CC BY
52увеличением периодичности выполнения смазочных, регулировочных и крепежных операций ТОР машин;
доведением средней наработки на отказ машины до уровня длительности сезонного их использования;
обеспечением легкосъемности, транспортабельности; широким использованием элементов машин блочного исполнения; применением дублированных звуковых и световых сигнализаторов предельного падения давления в системе смазки, повышения температуры жидкости в системе охлаждения и других приборов, исключающих аварийные поломки машин.
Реализация этих конструкторско-технологиче-ских мероприятий позволит повысить коэффициент готовности тракторов на 15...20 %, сократить затраты труда и времени на ТОР на 10.12 %.
Список литературы
1. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. М. Издательство стандартов, 1990, С.38
2. Научный отчет. Оценка надежности трактора МТЗ-80 по результатам испытания в КубНИИ-ТИМ и ЦМИС, ГОСНИТИ 1974, 254 стр.
3. Селиванов А.И. Основы теории старения машин, М., «Машиностроение», 1964, 365 стр.
4. Табаков П.А. Повышение эффективности технической эксплуатации тракторов «Беларусь» на основе их восстановления и модернизации в условиях ремонтного производства; Дисс. .канд. техн. наук. М.; ГОСНИТИ, 2001, С.228
5. Табаков П.А. Без восстановления технического потенциала села нет развития сельского хозяйства /Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт 2013.-№ 6.-С.10-19.
6. Табаков П.А. О техническом оснащении с/х Чувашской Республики, Техника и оборудование для села №8, 2013г. С10-13.
7. Шухгалтер Л.Я. Конструктор и ремонтопригодность машин; М., изд-во «Знание», 1971, 340 стр.
ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КОНСТРУИРОВАНИИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ АВТОДОРОГ РЕЦИКЛИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ
Халиков Р.М.
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
доцент, канд. хим. наук;
Иванова О.В.
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
доцент, канд. тех. наук; Короткова Л.Н.
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
доцент, канд. хим. наук;
Салов А.С.
Уфимский государственный нефтяной технический университет
доцент, канд. тех. наук
EFFECTIVE USE OF RECYCLED POLYMER WASTE IN THE CONSTRUCTION OF ROAD
SURFACES
Khalikov R.,
Ufa State Petroleum Technical University, associate Professor, Ph. D.
Ivanova O.,
Ufa State Petroleum Technical University, associate Professor, Ph. D.
Korotkova L., Ufa State Petroleum Technical University, associate Professor, Ph. D.
Salov A.
Ufa State Petroleum Technical University, associate Professor, Ph. D.
Аннотация
Рассмотрены актуальные проблемы утилизации макромолекулярных полимерных отходов при создании технологичных вяжущих материалов для строительства автодорожных полотен. Адгезионные компа-тибилизаторы усиливают термодинамическую совместимость макромолекулярных отходов с асфальтобетонной смесью за счет повышения сродства в межфазном слое. Модифицированная асфальтобетонная
композиция с добавлением вторичных рециклизированных полимеров становится прочнее на 27%, а срок эксплуатации дорожного покрытий увеличивается в 1,5 раза.
Abstract
The current problems of utilization of macromolecular polymer waste in the creation of technological binders for the construction of roadways are considered. Adhesive compatibilizers enhance the thermodynamic compatibility of macromolecular waste with the asphalt mix by increasing the affinity in the interfacial layer. The modified asphalt concrete composition with the addition of secondary recycled polymers becomes stronger by 27%, and the service life of road surfaces increases by 1.5 times.
Ключевые слова: дорожное покрытие, рециклинг отходов полимеров, асфальтобетонные композиции.
Keywords: road surface, recycling of polymer waste, asphalt concrete compositions.
Одним из перспективных направлений вторичного использования переработанных макромолеку-лярных пластиковых отходов [1] является утилизация в качестве вяжущих дорожных покрытий в ходе строительства и ремонта автомобильных дорог. Добавление в состав битумных композиций полимерных отходов позволяет решить экологические проблемы уменьшения загрязнения окружающей среды, улучшает технологические характеристики дорожного полотен и реализует программу создания безопасных автодорог регионального и федерального назначения.
Данная статья нацелена на рассмотрение технологичных подходов утилизации макромолеку-лярных отходов при строительстве автомобильных безопасных и качественных дорог.
Растущая интенсивность движения потребовал привлечения в дорожную отрасль Башкортостана и России больших капиталовложений, что способствовало увеличению объемов по строительству и ремонту автодорог, повышению требований к их транспортно-эксплуатационным показателям асфальтобетонных покрытий. Например, для возведения 1 км автомобильной дороги требуется в зависимости от региональных условий и категории дорожного полотна 1,2-4,5 тыс. тонн асфальтобетона. Проблему увеличения долговеч-
ности автодорог, предотвращения проявления деформационных трещин, а также для повышения транспортно-эксплуатационных показателей дорожного полотна эффективно можно решить технологией модифицирования асфальтобетонных композиций.
Экономичным и технологичным способом улучшения характеристик асфальтобетонных покрытий автодорог является добавление вторичных полимеров в расплавленный битум [2]. Актуальная тенденция ресурсосбережения в производстве дорожных конструкций реализуется комплексной утилизацией переработанных макромолекулярных [3] отходов, которые позволяют усилить гидрофоб-ность и износостойкость асфальтобетонных полотен.
Рециклинговая технология макромолекуляр-ных отходов при создании вяжущих материалов для строительства автодорожных полотен включает: очистка утилизируемых полимерных остатков; измельчение; добавление расплавленных отходов в битум при температуре 150-170°С; приготовление модифицированной полимерно-асфальтобетонной композиции. Сначала производится сортировочное разделение полимерных отходов, затем сырьевой материал подвергается механическому измельчению (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема технологической переработки макромолекулярных отходов (1 - сортировка отходов; 2 - измельчение; 3 - моечный агрегат; 4 - установка сушки; 5 - экструдер; 6 - фильера; 7 - грануляция)
Измельченные отходы крупнотоннажных полимеров транслируют на очистку в моечный агрегат; далее сырьевую массу обезвоживают в установке сушки. Затем в экструдере макромолекуляр-ные отходы расплавляются и продавливаются через
фильеры; на выходе производится грануляция. Эффективная технология изготовления резиновой крошки из утилизируемых резиновых шин [4] имеет некоторые технологические отличия, в частности необходимость демонтажа корда.
В рамках реализации национальных проектов вместо традиционных наполнителей асфальтобетонных композиции: песка, гравия, измельченного щебня используют техногенные золошлаковые отходы и тогда необходимо решить проблему усиления адгезии между разнородными сырьевыми компонентами. Асфальтобетонные композиты состоят из фаз, характеризующиеся слабой межфазной адгезией наполнителя и макромолекулярной битумной матрицы, что приводит к ухудшению их прочностных характеристик и расслоению автодорожного покрытия. Поэтому в настоящее время ведется интенсивный поиск специальных нанодобавок -компатибилизаторов [5, 6], повышающих межфазную адгезию битумных вяжущих, переработанных макромолекулярных отходов и твердофазных наполнителей.
Введение компатибилизатора (модифицированного малеинизированного вторичного полиэтилена, полипропилена) обеспечивает улучшение межфазного взаимодействия между битумной матрицей и наполнителями. Компатибилизаторы синтезируют на основе макромолекулярного отработанного полиэтилена и др., к которому «прививают» малеиновый ангидрид (около 1,5%). В ходе его модификации у макромолекул матрицы на базе рециклизируемых полимерных отходов появляются функциональные (гидроксильные, карбоксильные) группы, которые могут вступать в физико-химическое взаимодействие (рис. 2) с поверхностью слоя битумной вяжущей, которая адсорбирована минеральными зернами (гранулами) гравия, песка, автодорожного щебня.
Рисунок2
- Адгезионное взаимодействие модифицированного вторичного полиэтилена с битумной матрицей (1) и гранулами наполнителей (2)
Эффективное использование модификаторов-компатибилизаторов вносят довольно существенный вклад в улучшение технологических свойств полимерно-битумных компонентов за счет повышения совместимости макромолекул в межфазной области асфальтобетонных композиций. Следует отметить, что модифицирующий эффект достигается при меньшей концентрации нанодобавки -компатибилизатора и меньшей продолжительности процесса, чем при введении эластопластирующего компонента, а компатибилация обусловлена адсорбционными взаимодействиями макромолеку-лярных отходов поверхностями гравийных (щебеночных) наполнителей. Адгезионные компатиби-лизаторы усиливают термодинамическую
совместимость макромолекулярных отходов с асфальтобетонной смесью за счет повышения сродства в межфазном слое, например, модификация ре-циклируемого полиэтилена малеиновым ангидридом в дисковом экструдере приводит к увеличению физико-механической прочности и термостойкости.
Для производства асфальтобетона в качестве модификаторов адгезионные добавки и присадки [7] улучшают параметры нефтяного битума и повышают сцепление с минеральной фракцией наполнителей. Технологическое смешивание битумов с каменным наполнителем (гравием, песком, щебнем) при производиться при160-170°С. При таких высоких температурах происходит интенсивное взаимо-
действие тонкого слоя битума с кислородом воздуха, что приводит ухудшению реологических характеристик битумных вяжущих. В рамках муль-тифрактальной концепции диффузии газов в полимерах [8] имеется возможность контролировать нежелательное окисление макромолекулярных ас-фальтеновых битумов.
Получение дорожных покрытий с высокими эксплуатационными и технико-экономическими характеристиками реализуется путем разработки инновационных подходов цифрового управления [9] автодорожным оборудованием. Сервисное обслуживание и эксплуатация технологических автодорожных машин требует соответствующей организации сертификации и лицензирования автодорожных транспортных систем [10].
Перспективным методом повышения качества дорожного покрытия с добавлением макромолеку-лярных материалов на базе отходов крупнотоннажных полимеров является термомеханическая обработка кремнийорганическими и хлорорганиче-скими [11] соединениями. Этот способ позволяет конструировать дорожное полотно с добавлением вторичных макромолекул с повышенной водо- и износостойкостью, эластичностью, стойкостью к биокоррозии. Формирование регулярной наноструктуры и адгезионного взаимодействия макромолекул позволяет значительно усилить комплекс физико-механических (ударная вязкость увеличивается в 1,5 раза) асфальтобетонных композитов и эксплуатационных характеристик (водо-, теплостойкость), сохранять их при повышенных и (или) пониженных температурах.
Важнейшим компонентом асфальтобетона при строительстве дорожных покрытий является битумное вяжущее: однако в современных условиях интенсивной эксплуатации автодорог, традиционный нефтяной битум демонстрирует недостатки. Поэтому качество битумного вяжущего увеличивают с помощью модифицирующих добавок, которые за счет пространственного расположения функционально-активного компонентов позволяют формировать трехмерный нанокаркас на основе термопластов, бутадиен-стирольных термоэласто-пластов. При добавлении вторичных полимеров модифицированная асфальтобетонная композиция становится прочнее на 27%, а также срок эксплуатации дорожного покрытий увеличивается в 1,5 раза.
Резиновая крошка (оптимальное содержание крошки по массе 4-9%) размерами 0,1-0,15 мм позволяет увеличить износостойкость и трещиностой-кость полимерно-асфальтобетонной композиции на 25%, а также вдвое повышает сцепление автомобильных колес с дорожным полотном. Модифицированная асфальтобетонная водонепроницаемая композиция становится прочнее на 25-35%, а срок эксплуатации дорожного полотна увеличивается. В ходе производственных испытаний инновационного материала асфальтобетонной смеси и отходов на базе переработанных полиэтилентерефталато-вых бутылок в виде гранул добавляли (8-15%) в ас-
фальтобетонную смесь (гравий, песок и др. наполнители). Эксплуатационная работоспособность битумных вяжущих, модифицированных полимерами, позволяет сохранять прочность и эластичность при низких и высоких температурах, сопротивляться к разрушению под воздействием грузового автотранспорта.
Эффективная реализация национальных проектов в настоящее время предусматривает использование разнообразных макромолекулярных переработанных отходов: полимерно-битумное вяжущее для асфальтобетонных смесей; геотекстильные материалы; композитная сетчатая арматура; дорожная разметка; стабилизаторы грунта для инфраструктуры автодорог России и Башкортостана [1214]. Инновационная технология обработки грунтового основания автодорог вторичными полимерными стабилизаторами позволяет усилить прочность и может выдерживать без разрушения очень высокие нагрузки. Такие стабилизаторы на основе вторичных акрилатов разрабатывались специально для укрепления и стабилизации грунтов оснований и верхних слоев дорожных полотен автомобильных дорог. Для реализации управления использования ресурсосберегающих пластиковых коммунальных и промышленных отходов [15] в процессе качественного строительства дорожного полотна автодорог необходимо обеспечить устойчивость ас-фальто-полимерного бетонного покрытия к перепадам температуры, хороший коэффициент сцепления с шинами, прочность и долговечность.
Таким образом, эффективное вовлечение в технологический процесс изготовления востребованных асфальтобетонных композиций с улучшенными физико-механическими характеристиками автодорожных покрытий реализуется комплексной утилизацией переработанных макромолекулярных отходов.
Список литературы
1. Еговцев К.Ю., Бартоломей И.Л. Строительство автомобильных дорог с применением переработанного пластика // Сб. Всерос. конф. «Химия, экология, урбанистика». - Пермь: ПНИПУ, 2019. Т. 2. С.69-73.
2. Karmakar S., Roy T.K. Effect of waste plastic and waste tires ash on mechanical behavior of bitumen // Journal of Materials in Civil Engineering. 2016. Р.04016006.
3. Ivanov L., Khalikov K., Ivanova O. et al. Innovative creation trends of biodegradable packaging composites // The scientific heritage. 2020. No.48-1. P.51-54.
4. Селицкая Н.В., Лашин М.В., Красников И.А. Применение битумно-резиновых вяжущих материалов при строительстве автомобильных дорог // Вестник БГТУ. 2018. № 8. С.13-18.
5. Сабитов Ш.Н., Николаенко Б.О., Вдовенко Н.Н., Халиков Р.М. Востребованные технологии конструирования макромолекулярных композитов на основе полиэтиленовых и полипропиленовых
отходов // Сб. III Всерос. конф. «Совр. технол. ком-поз. материалов». - Уфа: РИЦ БашГУ, 2018. С.211-213.
6. Кахраманлы Ю.Н., Билалов Я.М. Исследование свойств несовместимых полимерных смесей модифицированных компатибилизатором // Пластические массы. 2011. № 6. С.53-58.
7. Василенко Н.А. Присадка улучшает битум //Автомобильные дороги. 2010. №1. С.62-65.
8. Халиков Р.М., Козлов Г.В. Мультифрак-тальная модель диффузии газов в полимерах // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2006. Т.48. №4. С.699-703.
9. Иванова О.В., Халиков Р.М., Салов А.С. и др. Технологичное управление оборудованием для 3D-аддитивной печати строительных нанокомпози-тов // Нанотехнологии в строительстве. 2021. Т.13. №2. С.117-123.
10. Иванова О.В. Сертификация и лицензирование в сфере транспортных систем. - Уфа: УГНТУ. 2019. - 44 с.
11. Мифтахов М.С., Халиков Р.М., Фатыхов А.А. и др. Диастереофасная селективность в реакциях 2,3,5-трихлор-4,4-диметокси-5-аллил- и 2,3-
диэтиламино-4-оксо-5-аллилциклопент-2-ен-1-онов с MeMgI // Известия РАН. Серия химическая. 1995. №6. С.1169-1170.
12. Пугин К.Г., Юшков В.С. Строительство автомобильных дорог с использованием техногенных материалов // Вестник ПГТУ. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. 2011. № 1. С.35-43.
13. Халиков Р.М., Иванова О.В. Технологические схемы решения экологических проблем регионального производства материалов // Nauka-Rastudent.ru. 2014. №3(03). С.10.
14. Korotkova L.N., Ivanova O.V., Khalikov R.M. Green technologies to reduce waste accumulation of polymer packaging materials // Сб. II Международ. конф. «Обращение с отходами: современное состояние и перспективы». - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2020. С.135-139.
15. Бахтиярова Р.С., Туктарова И.О., Корот-кова Л.Н. Системы управления отходами. - Уфа: УГНТУ, 2016. - 71 с.
