ОПЫТ МОДИФИКАЦИИ БИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО КОЖЕВЕННЫМИ ОТХОДАМИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

il

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 1 (20)

EXPERT: THEORY AND PRACTICE

Научная статья УДК 691

ГРНТИ: 67.09 Строительные материалы и изделия ВАК: 2.1.5. Строительные материалы и изделия doi:10.51608/26867818_2023_1_163

ОПЫТ МОДИФИКАЦИИ БИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО КОЖЕВЕННЫМИ ОТХОДАМИ*

© Авторы 2023 SPIN: 9908-4472 AuthorID: 48837

ЯРЦЕВ Виктор Петрович

доктор технических наук, профессор

Тамбовский государственный технический университет

(Россия, Тамбов, e-mail: kzis@mail.tstu.ru)

SPIN: 8423-2539 AuthorID: 648799 ORCID: 0000-0002-3111-7565 Scopus: 57196442062

МАМОНТОВ Семён Александрович

кандидат технических наук, доцент

Тамбовский государственный технический университет (Россия, Тамбов)

СУЧКОВ Кирилл Олегович

аспирант

Тамбовский государственный технический университет (Россия, Тамбов)

СУЧКОВА Ирина Геннадьевна

главный специалист ТОГБУ "Капиталстрой" (Россия, Тамбов)

Аннотация. В настоящее время в процессе производства кожевенной продукции вырабатывается огромное количество отходов, достигающих до пятидесяти процентов по массе сырья. Такое производство отрицательно воздействует на окружающую среду: трансформирует рельеф, качество и структуру почвы, загрязняет воздух, и т.д. Промышленность строительных материалов всегда была одним из главных потребителей крупнотоннажных отходов кожевенного производства. При этом перед строительной отрасли стоит задача в повышении эксплуатационных характеристик битума, т.к. он не обладает высокой долговечностью. В данной работе проведен анализ проведенных перспективных научных исследований по наполнению битумного вяжущего твердыми дублеными отходами кожевенной промышленности.

Ключевые слова: битумное вяжущее; кожевенные отходы; строительные материалы; строительное материаловедение; утилизация; строительный битум

Для цитирования: Опыт модификации битумного вяжущего кожевенными отходами / В.П. Ярцев, С.А. Мамонтов, К.О. Сучков, И.Г. Сучкова // Эксперт: теория и практика. 2023. № 1 (20). С. 163-166. doi:10.51608/26867818_2023_1_163.

* Материалы данной статьи использовались в докладе на Научно-технической конференции «Расширение применения местных сырьевых материалов и отходов предприятий Республики Мордовия, при изготовлении строительных материалов и изделий» (18-19 ноября 2022 г., Саранск, МГУ им. Огарева).

Технические науки. Строительство и архитектура

Original article

EXPERIENCE OF MODIFYING BITUMEN BINDING WITH LEATHER WASTE

© The Author(s) 2023 YARTSEV Viktor Petrovich

Doctor of Technical Sciences, Professor Tambov State Technical University (Russia, Tambov, e-mail: kzis@mail.tstu.ru)

MAMONTOV Semyon Alexandrovich

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Tambov State Technical University (Russia, Tambov)

SUCHKOV Kirill Olegovich

PhD Candidate

Tambov State Technical University (Russia, Tambov)

SUCHKOVA Irina Gennadievna

Chief Specialist TOGBU "Kapitalstroy" (Russia, Tambov)

Annotation. Currently, in the leather production process manufactures a huge amount of waste, reaching up to fifty percent by weight of raw materials. Such production has a negative impact on the environment: it transforms the topography, soil quality and structure, pollutes air, etc. The construction materials industry has always been one of the main consumers of large-volume leather waste. At the same time, the construction industry has a problem in increasing the performance of bitumen because it does not have high durability. The authors conducted the analysis of prospective research studies on filling bitumen binder solid tanned wastes of the leather industry.

Keywords: bitumen binder; leather waste; building materials; building materials science; recycling; construction bitumen

For citation: Experience of modifying bitumen binding with leather waste / V.P. Yartsev, S.A. Mamontov, K.O. Suchkov, I.G. Suchkova // Expert: theory and practice. 2023. № 1 (20). Pp. 163-166. (In Russ.). doi:10.51608/26867818_2023_1_163.

При существующем характере увеличения объемов образования кожевенных отходов вопрос их утилизации, с позиции экологической ситуации, становится очень актуальным. Более того, данные отходы несут огромную ценность, т.к. в своем составе они содержат до пятидесяти процентов белковых и многих других полезных для вторичного использования продуктов [1-3].

Существуют следующие виды отходов: жировые, дубленые, недубленые [4].

Дубленые отходы - это кожевенная стружка, спилковая обрезь, а также пыль, которая возникает при строгании, распиливании, шлифовании полуфабрикатов, которые имеют структурные образования вследствие взаимодействия коллагена с солями хрома и многих других дубящих соединений [5].

Технологии переработки дубленых отходов отличаются глубиной интеграции в структуру (рис. 1).

Высокоперспективной отраслью для утилизации дубленых кожевенных отходов является про-

мышленность строительных материалов, которая всегда выступала одним из главных потребителей крупнотоннажных отходов производств различного назначения [7].

Битумные материалы - имеют большое распространение для кровельных, дорожных игидро-изоляционных работ. Одна из главных задач строительной отрасли состоит в повышении эксплуатационных характеристик битума, потому что он не обладает высокой долговечностью. Для повышения долговечности, а также для улучшения теплофизиче-ских, механических и других свойств используются такие методы, как совершенствование технологии производства битумов, модификация битумов, пластификация битумов, и их комбинации.

В производстве практикуют смешение битумов, окисление расплавленного битума воздухом, окисление в присутствии хлорида железа или окиси фосфора, введение в битум модифицирующих добавок: наполнителей, пластификаторов, структурооб-

il

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 1 (20)

EXPERT: THEORY AND PRACTICE

Рис. 1. Технологии переработки

разователей, синтетических полимеров и их смесей и др.

Иными словами, создаются композиционные битумные материалы, которые обеспечивают требуемую долговечность для кровли, дорог и гидроизоляции.

Используя третий тип переработки (рис.1), на базе кафедры «Конструкции зданий и сооружений» Тамбовского государственного технического университета под руководством профессора д.т.н. Ярцева В. П. проводилось научное исследование по наполнению битумного вяжущего твердыми дублеными отходами кожевенной промышленности [7].

Для исследования использовались кожевенные отходы, просеянные через стандартный набор сит с разбиением по фракциям 0,16; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5 (рис. 2,3) [7].

Рис. 2. Просеянные кожевенные отходы с крупностью частиц 1,25...2,5 мм

Рис. 3. Просеянные кожевенные отходы с крупностью частиц 0,16.0,63 мм

Содержание отходов в битумном композите принималось в пропорциях 5, 10, 15% от массы битума. Также разрабатывались композиции с полифракционным наполнителем.

Технические науки. Строительство и архитектура

ф

Образцы получали введением отходов разной фракции в расплавленный битум с последующим перемешиванием и остыванием массы.

Для приготовленных битумных композиций оценивались следующие показатели:

1. Температура размягчения;

2. Дуктильность (способность битума вытягиваться в тонкие нити под действием внешних постоянных сил);

3. Пенетрация (глубина проникновения иглы);

4. Плотность битума;

5. Прочность при сжатии;

6. Прочность при поперечном изгибе;

7. Водопоглощение.

По результатам проведенных испытаний было установлено, что при введении кожевенных отходов в битумное вяжущее температура его размягчения практически не изменилась[7].

С увеличением содержания кожевенного наполнителя растяжимость образцов композита снизилась, также как и пенетрация. При этом глубина проникания иглы в битумный композит уменьшилась практически на пятьдесят процентов [7].

Средняя плотность наполненного битумного композита с повышением процента содержания кожевенных отходов увеличилась, что, по-видимому, связано с уплотнением частиц кожевенного наполнителя в результате воздействия на него высокой температуры при варке битума (см. таблицу). В процессе приготовления битумного композита обнаружена значительная температурно-влажностная усадка частиц кожи.

Плотность образцов битумного композита [7]

№ образца Фракция, мм Размеры образца, см Плотность образца, г/см3

2 без кож. наполнителя 2,0х2,2х11,9 1,06

3 2,0х2,1х11,9 1,05

8 0,16 мм 2,0х1,9х12,0 1,02

9 (10 %) 1,9х1,9х11,9 0,96

29 0,63 мм 2,0х1,8х11,9 1,08

30 (15 %) 2,0х19х12,0 1,05

44 2,5 мм 2,0х2,1х12,0 1,1

45 (10 %) 2,0х2,1х12,1 1,1

56 полифракц. состав 2,0х2,0х11,9 1

57 (15 %) 2,0х2,0х12,0 1,08

Наличие кожевенных отходов в битумном вяжущем повысило жесткость материала при деформировании его сжатием, что в целом положительно влияет на эксплуатационные свойства битумного композита.

Введение волокнистых отходов в битум, как и ожидалось, увеличило прочность при изгибе на 40 % по сравнению с битумом без добавок.

Оценка способности битумного композита поглощать и удерживать капельно-жидкую влагу выявила стойкость материала к агрессивному воздействию влаги ввиду отсутствия высокой пористости, несмотря на то, что кожевенные отходы обладают повышенным водопоглощением.

На основании всего вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что введение кожевенных отходов не снижает технические показатели строительного битума и повышает его механические характеристики.

Проведенные опытные исследования и полученные результаты конечно же не являются окончательными и требуют обоснованного научного уточнения и пояснения.

Исследование является перспективным и в будущем будет направлено на изучение механизмов взаимодействия наполнителя и вяжущего на различных уровнях организации структуры.

Посредством специальных лабораторных методов анализа будет рассмотрена физическая и химическая структура композитов, оценена их химическая, биологическая и климатологическая стойкость.

Библиографический список

1. Ярцев В.П. Применение кожевенных отходов в производстве строительных материалов / В. П. Ярцев, С. А. Мамонтов, А. А. Мамонтов, Д. А. Савенков // Актуальные вопросы архитектуры и строительства, Саранск, 23-24 декабря 2020 года. - Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, 2020. - С. 228-232. - EDN OFHIZW.

2. Богданова, И. Е. Современные направления переработки коллагенсодержащих отходов кожевенного производства / И. Е. Богданова // Кожевенно-обувная промышленность. - 2007. - № 2. - С. 30-31. - EDN KLRXUX.

3. Борисенко Л.Н. Утилизация кожевенных отходов и эффективность их использования в народном хозяйстве // Кожевенная промышленность - 1991, № 2.

4. Шименович Б. Утилизация кожевенных отходов / Style - 2003, № 3.

5. Чурсин В.И. Химико-технологические методы утилизации кожевенной стружки: экономика и экология // Кожевенно-обувная промышленность. 1998 . № 1.

6. Артемов А.В. Производство изделий из кожи -проблемы экологии // Экология и промышленность России. 2004. № 2.

7. Ярцев, В. П. Влияние отходов кожевенного производства на эксплуатационные свойства строительного битума / В. П. Ярцев, С. А. Мамонтов, Д. А. Савенков // Современная наука: теория, методология, практика: Материалы 2-ой Всероссийской (национальной) научно-практической конференции, Тамбов, 28-29 мая 2020 года. - Тамбов: Издательство ИП Чеснокова А.В., 2020. - С. 139-143. -EDN RWNZCD.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Статья поступила в редакцию 17.01.2023; одобрена после рецензирования 16.02.2023; принята к публикации 20.02.2023.

The authors declare no conflicts of interests. The authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The article was submitted 17.01.2023; approved after reviewing 16.02.2023; accepted for publication 20.02.2023.