CC BY
42
УДК 691.34
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДОРОЖНЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ВЯЖУЩИХ
М.А. Свинарев, аспирант, ХНАДУ
Аннотация. На основе литературного анализа рассмотрены положительные и отрицательные стороны энергосберегающих технологий по производству асфальтобетонных смесей, применяемых в Европейском союзе. Изложены критерии, которым должны соответствовать энергосберегающие технологии, холодные асфальтобетонные смеси и бетоны на их основе.
Ключевые слова: синтетический цеолит, синтетический воск, эмульсия, теплая асфальтобетонная смесь, холодный асфальтобетон.
ЕНЕРГОЗБЕРЕЖН1 ТЕХНОЛОГИ ВИРОБНИЦТВА ДОРОЖН1Х СУМ1ШЕЙ НА ОСНОВ1 ТЕРМОПЛАСТИЧНИХ В'ЯЗКИХ
М.А. Свинарьов, асшрант, ХНАДУ
Анотаця. На основi лтературного анал1зу розглянуто позитивм i негативт сторони енерго-збережних технологт по виробництву асфальтобетонних сумшей, вживаних в Свропейському союзi. Викладено критерп, яким повинн вiдповiдати енергозбережш технолога, холодш асфа-льтобетонн сумш i бетони на гх основi.
Ключов1 слова: синтетичний цеолт, синтетичний вiск, емульия, тепла асфальтобетонна сумш, холодний асфальтобетон.
ENERGY SAVING TECHNOLIES OF ROAD MIXTURES PRODUCTION BASED
ON THERMOPLASTIC BINDING
M. Svynarov, Postgraduate Student, KhNAHU
Abstract. On the basis of the literature analysis the positive and negative aspects of energy saving technologies for the production of asphalt mixtures used in the European Union are examined. The criteria which must meet energy-saving technologies, cold asphalt mixtures and concretes based on them are presented.
Key words: synthetic zeolite, synthetic beeswax, emulsion, warm asphalt mixture, cold asphalt.
Введение
В декабре 1997 года в Японии (в городе Киото) был принят Киотский протокол, который обязывает развитые страны и страны с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов в 2008-2012 годах по сравнению с 1990 годом. Первый период осуществления протокола начался 1 января 2008 и продлится пять лет, до 31 декабря 2012, после чего, как ожидает-
ся, на смену Киотскому протоколу придет соглашение, которое возможно будет подписано в декабре 2009 на конференции ООН в Копенгагене. Основные обязательства взяли на себя индустриальные страны: Евросоюз должен сократить выбросы на 8 %, Япония и Канада - на 6 %, Страны Восточной Европы и Прибалтики - в среднем на 8 %. По состоянию на 26 марта 2009 протокол был ратифицирован 181 страной мира, в том числе и Украиной.
Анализ энергосберегающих технологий
Киотский протокол затрагивает все отрасли промышленности стран, подписавших данное соглашение. В том числе и дорожную отрасль. Так как производство смесей и устройство покрытий на основе органических вяжущих требуют высоких технологических температур, порядка 120 °С - 180 °С, то основное внимание энергосберегающих технологий направлено на их снижение. Этой проблеме огромное внимание уделяют во многих странах. В Европейском союзе в настоящее время разработаны и внедрены в производство несколько специальных энергосберегающих технологий:
Low energy asphalt (низкоэнергетический асфальт). Технология основана на использовании влажных каменных материалов для вспенивания горячего обезвоженного вяжущего. В зависимости от конфигурации асфальтобетонных заводов технология может иметь различную последовательность операций при приготовлении асфальтовых смесей:
- часть каменных материалов проходит стадию нагрева и просушивания, затем смешивается с полным объемом вяжущего, после чего в смесь добавляется оставшаяся часть холодных и мокрых каменных материалов;
Далее все компоненты смеси перемешиваются совместно.
- часть каменных материалов проходит стадию нагрева и просушивания, затем смешивается с оставшейся частью холодных и влажных каменных материалов, после чего в смесь добавляется вяжущее;
- процесс нагрева и просушивания может применяться ко всему объему каменных материалов, но до такой степени, чтобы часть исходной влаги сохранилась. После этого в смесь добавляется вяжущее [1].
WAM (теплая асфальтобетонная смесь). Технология основана на том, что вяжущее состоит из двух компонентов, менее вязкого битума и более вязкого вспененного битума, вводимых на определенных стадиях производства асфальтобетонной смеси. На первой стадии вводится и перемешивается с каменными материалами менее вязкий битум. Его марка подбирается таким образом, чтоб его
вязкость при 100 °С составляла 0,3 Пас. После полного перемешивания каменного заполнителя с вяжущим вводится более вязкий вспененный битум. Его марка подбирается в зависимости от необходимой марки конечного вяжущего, которая достигается в результате объединения при перемешивании двух битумов различных марок и может быть 10/20, 20/30, 35/50, 40/60, 70/100. Эта технология запатентована и требует дополнительного оборудования для вспенивания вяжущего [2].
Л8рЬа-шт цеолит (синтетический цеолит). Л8рЬа-шт цеолит - это алюмосиликат, который получают путем гидротермической кристаллизации. В нем содержится около 21 % воды, которая освобождается в диапазоне температур 85 °С - 180 °С, вследствие чего происходит вспенивание вяжущего, что позволяет производить перемешивание и устройство покрытия при более низких температурах. Рекомендованное количество добавки в смеси составляет 0,3 % от ее массы [2].
8а8оЬй (синтетический воск). 8а8оЬй получают путем газификации угля при помощи Р18сЬег-Тгор8сЬ синтеза. По утверждению производителя, 8а8оЬй снижает вязкость вяжущего при рабочих температурах. Достигаемый температурный эффект составляет 20 °С - 25 °С. Оптимальное содержание 8а8оЬй в смеси составляет 3 % [2].
ЕуоШегш - это эмульсия с относительно высоким содержанием битума около 70 %. В отличие от битума, ЕуоШегш используется при 80 °С. Вода, находящаяся в данной эмульсии, испаряется во время перемешивания с горячими каменными материалами. При этом достигается хорошее покрытие поверхности зерен битумом [2].
Основное преимущество всех выше перечисленных технологий - это сокращение производственных температур, что, в свою очередь приводит к сокращению вредных выбросов. Однако применение данных технологий связано с дополнительными экономическими затратами (модернизация оборудования, приобретение специальных модифицирующих добавок), а также с усложнением производственного процесса, в частности, с необходимостью регулирования количества остаточной воды в смеси, что сопряжено с
ошибками и может отрицательно сказаться на физико-механических свойствах асфальтобетона.
Кроме того, необходимо принимать во внимание выбросы не только от технологического топлива, но и испарения от углеводородов, содержащихся в асфальтобетонной смеси, поскольку во всех перечисленных технологиях необходимы относительно высокие, порядка 80 °С - 140 °С, температуры для устройства ее в покрытие. В связи с этим возникает необходимость разработки такой технологии производства асфальтобетонных смесей, которая бы позволила производить все необходимые процессы при повышенных температурах только на заводе, где для минимизации и локализации выбросов вредных веществ возможно предусмотреть различные очистные сооружения, в отличие от строительной площадки. К такой технологии можно отнести традиционные холодные асфальтобетонные смеси, а также смеси, в которых в качестве вяжущего используется эмульсия. Получение традиционных холодных смесей основано на использовании жидких битумов, которые получают путем разжижения вязких нефтяных битумов. В качестве разжижителя используются жидкие нефтяные продукты определенного фракционного состава. Холодные смеси характеризуются пониженным содержанием вяжущего, что отрицательно сказывается на их физико-механических свойствах. Известны запатентованные составы (№№ ЯИ 2 345 967) для получения холодных асфальтобетонных смесей с повышенными физико-механическими свойствами, в вяжущее которых вводили ПАВ и структурирующую. Структура холодных асфальтобетонных смесей и свойства асфальтобетона формируются благодаря испарению из них разжижителя, что также неблагоприятно для окружающей среды и здоровья человека. Поэтому уже в настоящее время существуют патенты (№№ И8 6764542) по использованию биоразжижителей вместо вредных и летучих углеводородов, которые получают путем перегонки нефти.
Что же касается эмульсий, то главный их недостаток состоит в наличии воды, скорость испарения которой влияет на эксплуатационные характеристики покрытия. Кроме того, в них используют токсичные эмульгаторы, не разлагаемые микроорганизмами.
Проблемой применения биокомпонентов является то, что они растительного происхождения. Это может создать ситуацию, когда будут изыматься земли под посевы промышленных культур за счет злаковых, что приведет к дефициту и подорожанию последних.
Выводы
Из всего перечисленного выше можно сделать заключение, что необходима технология, которая должна отвечать следующим критериям:
- все технологические операции при повышенных температурах (температуры выше температуры окружающей среды) должны осуществляться непосредственно на заводе с заранее предусмотренными очистными сооружениями;
- энергосберегающая технология должна быть адаптирована к традиционному оборудованию, которым располагают АБЗ, либо сопровождаться его минимальной модернизацией;
- использование традиционных материалов (минеральная часть, вяжущее), которые применяются для приготовления традиционных горячих асфальтовых смесей;
- позволять укладывать смеси при температуре окружающей среды, во избежание вредного воздействия на биосферу;
- максимально исключить содержание летучих растворителей из-за их вредного воздействия на биосферу;
- предупреждать использование излишнего количества воды, что отрицательно влияет на физико-механические свойства асфальтобетона;
- физико-механические свойства асфальтобетона, полученного в результате применения энергосберегающих технологий, не должны уступать физико-механическим свойствам традиционных асфальтобетонов, полученных по горячей технологии. В то же время должна быть сохранена возможность складирования холодных асфальтобетонных смесей.
Для того чтобы выполнить выше перечисленные требования и при этом обеспечить
высокие физико-механические свойства асфальтобетона, смеси должны приготавливаться на основе вязких органических вяжущих, при этом содержать их в таком количестве, которое достаточно для обеспечения его водоустойчивости. Еще в 70-х годах Космин А. В. провел производственный эксперимент по использованию вязких битумов для холодных асфальтовых смесей [3]. В 90-х ресурсосберегающую технологию разработал Капанадзе И. И. [4]. В настоящее время на кафедре ТДСМ разрабатывается технология по производству холодных цветных смесей на основе прозрачных термопластичных вяжущих. Эта технология основывается на учете тиксотропных и аутогезион-ных свойств вяжущего, а также на протекающих в нем диффузионных процессов. Полученные по предложенной технологии асфальтобетоны по своим свойствам близки к традиционным горячим асфальтобетонам.
Литература
1. Olard F., Le Noan C., Romier A. Low energy asphalt technique for minimizing impacts from asphalt plants to road works /
F. Olard, C. Le Noan, A. Romier // European roads. - 2007. - № 10. - P. 64-75.
2. Brosseaud Y., Saint-Jacques M. Will bitumi-
nous mixes be made differently tomorrow: state of the art for warm mix asphalt in France / Y. Brosseaud, M. Saint-Jacques // European roads. - 2007. - № 10. - P. 42-53.
3. Космин А. В. Исследование технологии
асфальтового бетона холодного типа: автореф. дис. на присвоение ученой степени канд. техн. наук : спец. 05.484 / Космин Александр Витальевич. - Харьков, 1969. - 24 с.
4. Капанадзе И. И. Использование вязких ор-
ганических вяжущих с повышенными тиксотропными свойствами для приготовления складируемых асфальтобетонных смесей : автореф. дис. на присвоение ученой степени канд. техн. наук : 05.23.05/ Капанадзе Иосиф Иванович. -М., 1991. - 241 с.
Рецензент: В. А. Золотарев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 9 октября 2009 г.
