CC BY
28РЕКУПЕРАЦИОННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ МЯГКИХ КРОВЕЛЬ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Короткова Л.Н.
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
доцент, канд. хим. наук Иванова О.В.
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
доцент, канд. тех. наук Халиков Р.М.
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
доцент, канд. хим. наук Воробьев Н.А.
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
Магистрант
RECUPERATIVE USE OF BITUMEN-POLYMER WASTE OF SOFT ROOFS IN THE
CONSTRUCTION OF HIGHWAYS
Korotkova L.,
Ufa State Petroleum Technical University, associate Professor, Ph. D.
Ivanova O.,
Ufa State Petroleum Technical University, associate Professor, Ph. D.
Khalikov R.,
Ufa State Petroleum Technical University, associate Professor, Ph. D.
Vorobyov N.
Ufa State Petroleum Technical University, undergraduate.
Аннотация
Проанализированы актуальные проблемы утилизации битумосодержащих кровельных отходов при создании технологичных вяжущих асфальтобетонов в процессе строительства автодорожных полотен. Би-тумосодержащие рекуперационные порошки служат эффективным сырьем для производства вторичных битумов, а для использования отработанного битума в дорожном строительстве необходимо увеличить растяжимость и понизить температуру хрупкости. Компаундирование утилизируемого кровельного битума гудроном и добавлением БНД 90/130 в количестве 38-52 % повышает трещиностойкость асфальтового вяжущего.
Abstract
The actual problems of utilization of bitumen-containing roofing waste in the creation of technological binding asphalt concrete for the construction of roadways are analyzed. Bitumen-containing recovery powders serve as an effective raw material for the production of secondary bitumen, and for the use of spent bitumen in road construction, it is necessary to increase the extensibility and lower the brittleness temperature. Compounding of recycled roofing bitumen with tar and the addition of BND 90/130 in an amount of 38-52 % increases the crack resistance of asphalt binders.
Ключевые слова: кровельные покрытия, битумные отходы, рекуперация вторичного битума, асфальтовые вяжущие.
Keywords: roofing, bitumen waste, recovery of secondary bitumen, asphalt binders.
Разработка инновационных технологий утилизации техногенных отходов является неотъемлемым условием современных трендов эффективных подходов защиты окружающей среды и достижения устойчивого развития цивилизации. Приблизительно 20 % скатных и 80 % плоских кровель зданий и сооружений на территории Российской Федерации покрыты битумно-полимерными материалами. Рекуперационная отсортировка и технологичная переработка битумно-полимерных
отходов, которые накапливаются после ремонта би-тумосодержащих кровельных покрытий остается актуальной проблемой [1].
Цель данной статьи - рассмотрение технологичных подходов утилизации битумосодержащих отходов кровельных покрытий при строительстве автомобильных качественных дорог.
Экологические вопросы переработки и цифровой утилизации старых битумных мягких рулонных кровель остаются тяжело решаемых проблем
в области управления отходами [2]. Со второй половины XX века на зданиях и сооружениях устраивались типовые плоские крыши с битумными кровлями из рубероида, объемы которых составляли до 80 % от общего объема кровельных покрытий. Плоские кровли из рубероида представляет собой многослойное кровельное покрытие, склеиваемое на крыше зданий битумными мастиками.
Мягкие кровли недолговечны, и поэтому обычно в среднем через 3-5 лет гидроизоляционные покрытия крыш ремонтируют дешевым способом: покрывают горячим битумом и укладывают новые слои рубероидного материала. В последние годы вместо картонной основы рубероидов используют стекловолоконные и/или полиэстеровые материалы, а также модифицируют битумные вяжущие полипропиленом и бутадиен-стирольными каучу-ками. Для защиты от солнечного ультрафиолетового излучения в технологии современных рулонных битумно-полимерных материалов производят защитные посыпки из минеральной крошки.
Битумосодержащие кровельные отходы представляют IV класс опасности и требуют захоронения на полигонах твердых бытовых отходов. По ориентировочным расчетам в Республике Башкортостан ежегодно вывозятся на полигоны для захоронения более 1,5-Ш5 тонн отходов мягких рулонных кровель, состоящих на 1/2 из битума. Рекуперация (вторичная переработка и рециклирование) битумосодержащих отходов, которые накапливаются после ремонта мягких плоских кровель [3], позволяет осуществлять ресурсосбережение и одновременно уменьшить загрязняющее техногенное воздействие на региональные экосистемы.
Демонтаж пришедших в негодность битумосодержащей многослойной кровли реконструирмых зданий осуществляет
лицензированная строительная организация. Последущая транспортировка утилизируемых би-тумосодержащих кровельных покрытий на место рекуперационной переработки соответствующей
организацией требует контролируемой эксплуатации сертифицированного обслуживания [4] технологического оборудования строительной инфраструктуры.
Рекуперационная технология утилизации отходов битумно-полимерных покрытий [5, 6] включает:
■ складирование рубероидных отходов;
■ сортировка рециклируемых остатков мягкой кровли;
■ измельчение в специальной установке остатков (кусков) многослойной кровли в мелкодисперсный порошок;
■ выгрузка и сортировка битумосодержащих порошков.
В процессе термоокислительного старения битумов в процессе эксплуатации мягких кровель под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации происходят физико-химические реакции деструкции, которые приводят к ухудшению реологических параметров. Поэтому для использования вторичного рекуперационного битума в дорожном строительстве необходимо увеличить растяжимость и понизить температуру хрупкости. Для качественного улучшения физико-технологических характеристик вторичных битумов, полученных при переработке отработанных мягких кровель, возникает необходимость модифицирующей пластификации.
В качестве улучающих вторичный битум модификаторов были использованы дорожный битум БНД 90/130, дорожный битум БНД 60/80, прямо-гонный гудрон ОАО «Салаватнефтеоргсинтез». Одним из эффективных технологий является способ пластификации вторичного битума: компаундирование гудроном в пределах 38-52 %. Эластичные свойства - растяжимость пластифицированного БНД 90/130 битумной композиции изменяются с температурой менее резко, чем у стандартных битумов и вследствие этого трещино-стойкость вторичного битума выше (рис. 1).
an
Температура'С
Рисунок 1 - Влияние добавления разнообразных композиций на растяжимость модифицированных битумных вяжущих в зависимости от температуры (1 - вторичный битум; 2 - добавка 40% прямогон-ного гудрона; 3 - добавка 50% гудрона; 4 - добавка дорожного битума БНД 90/130; 5 - добавка дорожного битума БНД 60/80)
При совмещении переработки битумосодержа-щих отходов и приготовления асфальтобетонных смесей in situ можно избежать операции очистки битумного порошка от примесей. Следует также учитывать их присутствие при проектировании асфальтобетонной композиции, которая представляет собой компаунд модифицированных битумов с тонкомолотыми минеральными порошками. При достижении оптимального соотношения модифицированных битумов и тонкомолотых минеральных наполнителей битумная композиция полностью адсорбирована поверхностью наполняющих микрочастиц. Введение компатибилизаторов- ма-леинизированных вторичного полиэтилена, полипропилена - в состав асфальтобетонных смесей [79] обеспечивает улучшение межфазного взаимодействия между битумной матрицей и наполнителями. В результате асфальтобетонная смесь после уплотнения и затвердения приобретает наибольшую прочность и имеет повышенную температуру размягчения.
Нормативная прочность асфальтобетонных композиций, используемые для устройства дорожных полотен, зависит от соотношения битумных вяжущих и заполнителей (гравия, песка, щебня). Разработанная технологическая схема позволяет получать дорожный битум и другие компоненты практически со 100% утилизацией кровельных отходов.
Более технологична рекуперационная переработка битумосодержащих отходов мягких плоских
кровель, которая производится в три совмещенные этапы:
♦ механическое измельчение отходов кровли;
♦ переплавка битумного порошка;
♦ смешение вторичного битума с гудроном в кавитационно-вихревом аппарате.
Битумосодержащие рекуперационные порошки служат эффективным сырьем для производства вторичных битумов. Количество примесей в битумном порошке составляют 10-30 %; они состоят из: минеральной части - мелкого песка, органической - целлюлозных волокон в результате разрыва картонной основы рубероида. Для использования вторичного битума в дорожном строительстве необходимо увеличить растяжимость и понизить температуру хрупкости, а также снизить его вязкость. Оптимальное содержание кровельной крошки в битумном модифицированном вяжущем при пластификации гудроном варьирует 47-58%.
Разработанные асфальтобетонные композиции с использованием битумосодержащих отходов мягких плоских кровель удовлетворяют основным нормативным требованиям стандартов. Дополнительное применение в технологической схеме кавита-ционно-вихревых аппаратов позволяет ускорить процесс компаудирования при температуре 160-180°С вторичных модифицированных рекупераци-онных битумных вяжущих. Также предложена технология приготовления горячих асфальтобетонных смесей с использованием отходов мягкой кровли
[10], которая включает предварительное перемешивание смеси отходов мягкой кровли с холодным песком в соотношении 1:3, а также дробление крупных агрегатов смеси и подачу данной смеси через отдельный дозатор в горячие минеральные материалы асфальтосмесительной установки.
Асфальтобетоны с использованием модифицированных битумных вяжущих из отходов ремонта мягких плоских кровель можно рекомендовать для покрытий автодорог III и IV категорий, а также при устройстве слоев основания автомобильных дорог более высоких категорий. Использование битумо-содержащих рекуперационных порошков улучшает технологические характеристики дорожного полотен, значит, реализует национальную программу создания безопасных автодорог федерального и регионального назначения в различных климатических условиях.
Следует отметить, что в дорожном строительстве достаточно эффективно можно производить рекуперацию отходов производства профильно-погонажных изделий из поливинилхлорида. К макро-молекулярным профильно-погонажным с многообразной геометрией и размерами поперечного сечения и различной степенью жесткости относятся изделия большой длины. Такие изделия на базе по-ливинилхлорида широко применяются в качестве отделочного материала для обеспечения плотного соединения различных конструкций в строительстве, мебельной промышленности и транспортном машиностроении.
Ресурсосберегающая добавка измельченных отходов ремонта мягких кровель в асфальтобетонные смеси повышает прочностные характеристики асфальтобетона, использование вторичных битумов отходов кровли в составе горячих асфальтобетонных смесей позволяет снизить содержание в них дорогостоящих битумных вяжущих и минеральных порошков. Снижения расхода при использовании битумосодержащих отходов мягких плоских кровель этих материалов позволяет экономить порядка 70-80 рублей на 1 тонну асфальтобетонной смеси.
Для устойчивого функционирования технологической схемы рекуперационного использования битумно-полимерных отходов мягких кровель в процессе строительства автодорог необходим тщательный цифровой анализ ожидаемых результатов. Внедрение новейших технологий комплексной рекуперационой вторичной переработки и цифровой утилизации невозобновляемого углеводородного сырья [11-16] идет в однонаправленном тренде. Кроме технологических разработок важны и юридические аспекты: законодательная база государства должна быть направлена на то, что захоронение на полигонах и тем более сжигание (даже на специальных установках) с выделением парниковых газов, отработанных битумов было в финансовом отношении невыгодно для строительных организаций, которые осуществляют демон-тажные и ремонтные работы.
Таким образом, гармоничное и рациональное сочетание рекуперации битумосодержащих отхо-
дов мягких кровель с безопасностью для экосистемы основано на способе эффективного вовлечения в технологический процесс изготовления востребованных асфальтобетонных композиций с улучшенными физико-механическими характеристиками автодорожных покрытий. Разработанная технология эффективной переработки битумосо-держащих отходов из подверженных разрушению в результате длительной эксплуатации старых рубероидных покрытий обеспечивает извлечение и регенерацию вторичного битума.
Список литературы
1. Олейник П.П., Олейник С.П. Организация системы переработки строительных отходов и получение вторичных ресурсов. - Саратов: Вузовское образование, 2019. - 193 с.
2. Бахтиярова Р.С., Туктарова И.О., Короткова Л.Н. Системы управления отходами. - Уфа: УГНТУ, 2016. - 71 с.
3. Асадуллина З.У., Яковлев В.В. Вовлечение отходов кровельных материалов в производство битума // Безопасность жизнедеятельности. 2012. №11(143). С.53-56.
4. 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.
5. Шахова В.Н., Воробьева A.A., Виткалова И.А. и др. Современные технологии переработки полимерных отходов и проблемы их использования // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 11-2. С.320-324.
6. Balaguera A., Carvajal G. I., Albertí J. et al. Life cycle assessment of road construction alternative materials // Resources Conservation and Recycling 2018. V.132. Р.37-48. DOI: 10.1016/j.rescon-rec.2018.01.003.
7. Халиков Р.М., Иванова О.В. Короткова Л.Н. и др. Эффективное использование в конструировании дорожных покрытий автодорог рециклирован-ных полимерных отходов // The scientific heritage. 2021. No.68-1. Р.62-66. DOI: 10.24412/9215-03652021-68-1-62-66.
8. Korotkova L.N., Ivanova O.V., Khalikov R.M. Green technologies to reduce waste accumulation of polymer packaging materials // Сборник II Международ. конф. «Обращение с отходами: современное состояние и перспективы». - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2020. С.135-139.
9. 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.
10. 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.
11. Халиков Р.М., Козлов Г.В. Мультифрак-тальная модель диффузии газов в полимерах // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2006. Т.48. №4. С.699-703.
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. Roque R., Yan Y., Lopp G. Impact of Recycled Asphalt Shingles (RAS) on asphalt binder performance. - Florida: University of Florida, 2018. - 115 p.
14. Иванова О.В. Сертификация и лицензирование в сфере транспортных систем. - Уфа: УГНТУ. 2019. - 44 с.
15. Porto M., Caputo P., Loise V. et al. Bitumen and bitumen modification: A review on latest advances // Applied Sciences (Switzerland) 2019. 9(4).
16. Халиков Р.М., Иванова О.В., Короткова Л.Н. и др. Супрамолекулярный механизм влияния поликарбоксилатных суперпластификаторов на управляемое твердение строительных нанокомпо-зитов // Нанотехнологии в строительстве. 2020. Т.12. №5. С.250-255. DOI: 10.15828/2075-85452020-12-5-250-255.
THE ORIGIN OF COAL: BASIC THEORIES
Tas-ool L.,
Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources SB RAS,
leading researcher Saryglar Ch.,
Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources SB RAS,
an engineer Chysyma R.
Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources SB RAS,
chief researcher
Abstract
This article provides a brief overview of the main theories of the origin of coal. It is shown that many issues related to the formation of coal have been insufficiently studied and are scattered in nature, which suggests the possibility of a general theory of coal formation based on existing concepts and hypotheses. Keywords: coal, brown coal, peat, theories of coal formation, saprophytic microorganisms.
There are still different views on the mechanisms of coal formation. Most researchers who have studied the origin of coal come to the reasonable conclusion that the source of its formation is the remains of dead plants under the influence of physicochemical and biological processes. However, there are other hypotheses that run counter to the generally accepted theory of the origin of coal.
The study of the origin of coals is aimed at understanding the essence of the process of coal formation with the identification of natural-historical factors that caused the formation of coals and their properties and is both a fundamental and an applied scientific problem [1]. Awareness of this problem makes it possible to carry out reasonable searches for new coal deposits, apply new approaches to solving problems on the method of its extraction and transportation to consumers, as well as the creation of a new generation of mining machines [7].
Coal is a hot hard stony rock of black or brown-black color with a shiny matte or semi-matte surface. The main component of coal is carbon, depending on the stage of transformation (brown, stone or anthracite), its content may vary and ranges from 50-95%, the content of hydrogen is 2.5-5.7 %, oxygen is 1.5-15 % and volatile substances, respectively, from 2-48 %.
Coal has been known to people since ancient times, however, even now, questions about its origin differ. There are two main theories of coal formation -biogenic and abiogenic. The most widely known is the organic (biogenic) theory, the supporters of which believe that coal was formed from the dead remains of
ancient plants, the initial substances for the formation of coal were the decay products of organic material.
At the first stage of such a process, peat, lignite, and subsequently brown coal, coal, anthracite are formed under the influence of fungi and bacteria, which differ from each other in the degree of carbonification, and, consequently, in composition and density [5].
At the initial stage of coal formation, biochemical and chemical transformations of organic substances took place with the formation of peat, in anaerobic conditions of peat bogs, fermentation reactions took place with the participation of bacteria, which led to an increase in carbon and the formation of humic acids. The process of" maturation " of peat leads to an increase in the level of humic acids, which causes the death of bacteria and the beginning of the formation of brown coal, which subsequently turns into coal [8]. In the further transformation, the graphitization stage occurs in the coals, the number of crystal bonds increases, and it consists entirely of carbon.
Adherents of the inorganic version of the formation of coal believe that the origin of coal is associated with the process of pyrolysis of CH4 in the presence of H2 and CO2. However, this version does not provide an explanation for the origin of methane in the earth. Methane is known to be of organic origin, since it is formed as a result of the decomposition of organic matter.
There are other alternative theories of coal formation, in particular the allochthonous theory, which is based on evidence of the formation of coal from alloch-thonous deposits. The layered structure of coal is more
