Научная статья на тему 'Технология получения сырья из битумосодержащих отходов для асфальтобетона'

Технология получения сырья из битумосодержащих отходов для асфальтобетона Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
109
20
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Эпоха науки
Ключевые слова
битум / минеральная дисперсия / вторичная обработка / bitumen / mineral dispersion / secondary treatment

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Бейсембаева Сабина Акпаровна, Енбеков Ардак Женисович

Кровля — это одна из важных составляющих любого здания, подвергающаяся атмосферному влиянию. Как известно, любая кровля изготавливается из различных видов материалов. В основном, в Республике Казахстан используются вид кровли из мягких битумных материалов (так называемых гудронов). При ремонтных работах, проводимых на кровлях различных зданий, с крыш нередко нужно удалить накопленный за длительный период эксплуатации ковер, который часто состоит из десятка и более слоев рубероидных остатков. В связи с чем, остро стоит вопрос утилизации таких отходов. Поэтому, утилизирование полученных отходов от рубероидных остатков становится серьезной проблемой. Одним из довольно неплохих способов полного утилизирования таких отходов может стать использование их в технологии производства асфальтобетонного дорожного бетона.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TECHNOLOGY FOR OBTAINING RAW MATERIALS FROM BITUMEN-CONTAINING WASTE FOR ASPHALT CONCRETE

The roof is one of the important components of any building that is exposed to atmospheric influence. As you know, any roof is made of various types of materials. Basically, in the Republic of Kazakhstan, a type of roof made of soft bituminous materials (so-called tar) is used. When repairs are carried out on the roofs of various buildings, it is often necessary to remove the carpet accumulated over a long period of operation, which often consists of a dozen or more layers of roofing material residues. In this regard, the issue of recycling such waste is acute. Therefore, recycling of the received waste from roofing material remains becomes a serious problem. One of the quite good ways to fully utilize such waste can be to use them in the production technology of asphalt concrete road concrete.

Текст научной работы на тему «Технология получения сырья из битумосодержащих отходов для асфальтобетона»

УДК 693.78

DOI 10.24411/2409-3203-2020-12204

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЫРЬЯ ИЗ БИТУМОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА

Бейсембаева Сабина Акпаровна

преподаватель каф. СМиТ, магистр техники и технологий

КарГТУ Казахстан, г. Караганда Енбеков Ардак Женисович магистрант гр. ПСКМ

КарГТУ Казахстан, г. Караганда

Аннотация: Кровля — это одна из важных составляющих любого здания, подвергающаяся атмосферному влиянию. Как известно, любая кровля изготавливается из различных видов материалов. В основном, в Республике Казахстан используются вид кровли из мягких битумных материалов (так называемых гудронов).

При ремонтных работах, проводимых на кровлях различных зданий, с крыш нередко нужно удалить накопленный за длительный период эксплуатации ковер, который часто состоит из десятка и более слоев рубероидных остатков. В связи с чем, остро стоит вопрос утилизации таких отходов.

Поэтому, утилизирование полученных отходов от рубероидных остатков становится серьезной проблемой. Одним из довольно неплохих способов полного утилизирования таких отходов может стать использование их в технологии производства асфальтобетонного дорожного бетона.

Ключевые слова: битум, минеральная дисперсия, вторичная обработка.

TECHNOLOGY FOR OBTAINING RAW MATERIALS FROM BITUMEN-CONTAINING WASTE FOR ASPHALT CONCRETE

Beisembayeva Sabina Akparovna

teacher of the Department of Building materials and technology, master of engineering and

technology, KSTU Kazakhstan, Karaganda Enbekov Ardak Zhenisovich master's student of PSCM group, KSTU Kazakhstan, Karaganda

Abstract: The roof is one of the important components of any building that is exposed to atmospheric influence. As you know, any roof is made of various types of materials. Basically, in the Republic of Kazakhstan, a type of roof made of soft bituminous materials (so-called tar) is used. When repairs are carried out on the roofs of various buildings, it is often necessary to remove the carpet accumulated over a long period of operation, which often consists of a dozen or more layers of roofing material residues. In this regard, the issue of recycling such waste is acute. Therefore, recycling of the received waste from roofing material remains becomes a serious problem. One of the quite good ways to fully utilize such waste can be to use them in the production technology of asphalt concrete road concrete.

Keywords: bitumen, mineral dispersion, secondary treatment.

15

Кровля — это одна из важных составляющих любого здания, подвергающаяся атмосферному влиянию. Как известно, любая кровля изготавливается из различных видов материалов. В основном, в Республике Казахстан используются вид кровли из мягких битумных материалов.

При ремонтных работах, проводимых на кровлях различных зданий, с крыш нередко нужно удалить накопленный за длительный период эксплуатации ковер, который часто состоит из десятка и более слоев рубероидных остатков. В связи с чем, остро стоит вопрос утилизации таких отходов.

Поэтому, утилизирование полученных отходов от рубероидных остатков становится серьезной проблемой. Одним из довольно неплохих способов полного утилизирования таких отходов может стать использование их в технологии производства асфальтобетонного дорожного бетона, соответствующему ГОСТу 9128-2013.

На данном этапе изучения данного вопроса, логично заключить, что накопившиеся отходы от мягких кровель, которые содержат битумные компоненты, с каждым днем накапливаются в сотни единиц тысяч тонн и их количество увеличивается. Обычным делом становится вывоз остатков битумных кровель, полученных путем капитального ремонта, на свалки городского или сельского назначения, либо их складируют на полигоны твердых бытовых отходов, нередко данные отходы закапывают в грунт, непосредственно на площадках строительства. Поэтому такие способы утилизации неприемлемы в современное время, так как битумные отходы из мягких кровель серьезно загрязняют обширную область земель, которые можно бы было использовать более безопасно.

Из уроков химии следует, что полный распад битумных отходов при закапывании их в землю проходит длительный процесс химической реакции в течение нескольких сотен лет или веков. В связи с чем, утилизирование отходов мягких кровель становится первостепенной задачей не как экономической, а как задачей экологии.

Битум получают путем дистилляции сырой нефти во время ее переработки. Он имеет огромное количество разнообразных спецификаций, которые используются не только в строительной, но и химической и медицинской промышленности. Его основные характеристики в качестве клея, а также, такие свойства, как водонепроницаемость, термопластичность, прочность, дают возможность использовать битум неоднократно, что в свою очередь делает его идеальным строительным инженерным материалом.

Институт асфальта и ЕишЫШте подсчитывают, что в настоящее время мировое производство битума составляет примерно 87 миллионов тонн в год. На рисунке 1 наглядно процент использования и применения битума в различных частях света. Есть и другие известные применения битума, но большую часть битума используют в дорожных покрытиях [9].

Рисунок 1 - Глобальное использование битума (источник: Asphalt Institute &

Eurobitume)

Наиболее распространенным процессом рафинирования, используемым для производства битума - это прямое восстановление (дистилляция) сорта используемого

сырья из нефти или сырая смесь, использующая атмосферное давление путем вакуумной перегонки. На рисунке 2 атмосферное давление дистилляцией используется для физического разделения легких при более низких температурах кипения нефтехимические и топливные фракции из некипящего компонента, известного как атмосферный остаток.

Для удаления конечных следов более легких фракций, а также нежелательного термального преобразования молекул, атмосферный остаток вводят в вакуум через дистилляционную установку. При пониженном давлении необходимо отделить все оставшиеся более легкие фракции, так как температура кипения становится низкой, что приводит к растрескиванию молекул. Более легкие фракции, например вакуумные газойли (продукты переработки нефти), получают при температуре эквивалентной температуры атмосферы 345-400°С (650-750°F) и 370-450°С (700-850°F), имея высокую температуру кипения и высокую молекулярную массу углеводородного остатка.

Недистиллируемые материалы, полученные путем дистилляции характеризуют свойства атмосферного остатка в вакууме по асфальту (CAS# 8052-42-4) и остаткам (нефть) вакуум (CAS# 64741-56-6) [9].

Рисунок 2 - Принципиальная схема процесса дистилляции

На сегодняшний день разработаны всевозможные виды техники и техкарты, которые используются для переработки отходов ремонта мягких кровель для дорожного асфальтобетона. Вторичное использование включает в себя: начальные работы по заготовке сырья, нарезание куска ковра кровель на куски меньших размеров, погружение их в специальное оборудование и измельчение, а также полученный материал сортируют [3].

По итогу таких переработок из битумных отходов получают битумосодержащую дисперсию, состоящую из мелкого минерального наполнителя и крошки битума.

Следующим шагом стало определение количественных и качественных характеристик битумосодержащего порошка, которое проводилось по методу, приведенному в ГОСТе 6370-83. Экспериментальными исследованиями выяснено, что механических примесей в битумной дисперсии составило примерно 10...30%. Такая примесь состоит из песка мелкой фракции и бумажного волокна, получившегося из-за разрыва картона рубероида [1-4].

Анализируя минеральную составляющую примесей путем воздействия соляной кислоты на сырье, получилось, что битумосодержающий порошок имеет в своем составе, как кварцевый, так и карбонатный песок.

Гранулометрический состав примеси соответствует требованию ГОСТа Р52129, который предъявляют к дисперсии, использующуюся для различных видов

асфальтобетонов [4]. Выходом из сложившейся ситуации по почти полной утилизации битумосодеражщего сырья, может стать добавление его в асфальтобетонные смеси с высоким процентом качества в соответствие ГОСТ 9128-2013. По данной методике порошок битума необходимо использовать в полном объеме, по причине того, что в составе асфальтобетонных смесей, как правило, вводят наполнитель - минеральное дисперсное вещество. Битумную смесь в совокупности с минеральной дисперсией обычно называют битумным вяжущим для асфальтобетона. Отделом технического контроля лаборатории ТОО «BI INFRA CONSTRUCTION», входящим в холдинг «BI GROUP» были изучены составы битумосодержащего вяжущего, содержащие кровельную крошку 40-60%, определены оптимальные температуры производства асфальтобетонной смеси с добавлением вяжущего из битумосодержащих отходов, которые составили единое значение в 165 °С [5]. Время перемешивания в лабораторном смесителе или вручную не нормировалось, его установили опытным путем.

Продолжительность перемешивания считается законченным и зависит от того, если все минеральные частицы равномерно покрываются вяжущим и в готовых смесях нет будет отдельных сгустков. Так как выполняются условия, указанные в ГОСТах, то можно изготовить смесь, пригодную для производства асфальтобетона, и удалять механические примеси нет необходимости, потому что в смесь, все равно, добавляют минеральный порошок и учитывать это нужно лишь в количественных расчетах минерального сырья в составе смеси. Целлюлозное волокно тоже не ухудшит свойства асфальтобетона, а наоборот, стабилизирует консистенцию смеси по причине дисперсного армирования и предотвратит или уменьшит ее расслаивание в результате экспериментов [4]. Следует отметить, что содержание целлюлозного волокна может замедлить процесс смачивания и перемешивания асфальтобетонной смеси в целом вяжущим минерального сырья вследствие его большой удельной поверхности.

При проведении опытов битумосодержащие отходы измельчают до 2-5 мм, смешивают с нагретым минеральным сырьем при температуре 165 °С в течение продолжительного периода времени, затем добавляют гудрон в заданных соотношениях.

Обще время перемешивания всего сырья выбрали исходя из варьируемого фактора.

Полученные составы выдерживали в течение суток, затем испытывали.

Для оценивания прочности асфальтобетона при однородном составе зерен минеральной части асфальтобетона на стандартном битуме и битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель изготовили две серии составов мелкозернистого асфальтобетона типа Б марки III. Минеральную часть смесей асфальтобетонов оставили онородной. В первую серию (контрольную) ввели битум БНД90/130 по ГОСТ 9128-2013.

Вторую серию (опытную) вяжущего приготовили из битумного порошка, который получили из отходов ремонта мягких кровель. Получили следующие образцы (таблица 1):

Таблица 1

Состав асфальтобетонных смесей

Материал Количество, % для смеси

Контрольная Опытная

Щебень, фр. 5 - 20 18 18

Щебень, фр. 3-10 26 26

Отсев 0-5 56 56

Битум БНД 90/130 5 -

Прямогонный гудрон - 4,2

Измельченный рубероид - 2,8

Испытания образцов асфальтобетонов проведены в соответствие с ГОСТ 9128-2013. Анализ результатов испытаний представлен в таблице 2.

Таблица 2

Свойства асфальтобетона тип Б, м. III на обычном вяжущем и на вяжущем из отходов ремонта мягких кровель_

Наименование показателя Ед. Величина показателей для Требования

изм. асфальтобетона на вяжущем ГОСТ

стандартном (битум БНД 90/130) из отходов

1. Средняя плотность г/см3 2,55 2,35 -

2. Водонасыщение % 1,1 4,7 1,5...4,0

3. Предел прочности на

сжатие при: 0 °С МПа МПа 10,7 6,0 не более 12

20 °С МПа 4,3 3,8 не менее 2,0

50 °С 1,5 0,9 не менее 0,9

4.Предел прочности на МПа 3,39 2,65 от 3 до 6,5

растяжение при расколе

5.Коэффициент водостойкости 0,97 0,67 не менее 0,85

б.Коэффициент внутреннего 0,68 0,96 не менее

трения 0,81

7.Сцепление при сдвиге МПа 0,61 0,27 не менее 0,35

Из полученных данных видно, что асфальтобетоны на вяжущем, полученные из битумосодержащих отходов, удовлетворяют ГОСТ для асфальтобетона типа Б марки III по показателям прочности при 0 °С , 20 °С и при 50 °С.

При сравнении асфальтобетона на стандартном битуме с экспериментальным асфальтобетоном на вторичном вяжущем показатели водонасыщения и коэффициента водостойкости не удовлетворили требования ГОСТ 9128-2013. Асфальтобетон с высоким показателем водонасыщения имеет менее низкую прочность, так как вода отслаивает пленку вяжущего от минеральных частиц, уменьшая склеенную поверхность, при этом, напряжение на единице площади склейки возрастает при неизменных нагрузках [6-8].

Также экспериментально доказано, что для получения требуемой прочности асфальтобетона в лабораторных условиях необходимо три минуты перемешивания, в соотношении крошки битума и гудрона 40/60 становится оптимальным.

Увеличивая содержание кровельной крошки в битуме можно резко ухудшить прочность асфальтобетонного образца.

Исходя из этого, до проведения длительных экспериментальных исследований, асфальтобетон на вяжущем из отходов ремонта мягких кровель следует рекомендовать для покрытий автомобильных дорог III и IV категорий. В дорогах, имеющих более высокие категории и требования, отходы ремонта мягких кровель можно применить лишь для устройства основных слоев.

Список литературы:

1 Олейник П. П., Олейник С. П. Организация системы переработки строительных отходов. М.: МГСУ. 2009. 252 с.

2 Кругов С. В. Вторая жизнь старого рубероида //Строительство: Всерос. отраслевой интернет-журн. 2002. № 1. URL: http://stroi.mos.ru/nauka/d27dr365m0.html (дата обращения: 12.11.2011).

3 ТКП 2.48740114.001 Механическая переработка отходов битумосодержащих кровельных материалов. ООО фирма «ОлимпДизайн». Калининград, 2004. 13 с.

4 Яковлев В. В., Асадуллина З. У. Асфальтобетоны на битумном вяжущем, полученном из отходов ремонта кровель // Башкирский химический журнал. 2011. Т.18, № 1. С. 49-52.

5 Асадуллина З. У., Яковлев В. В. Подбор рецептуры битумного вяжущего с добавкой кровельной крошки и особенности технологии приготовления асфальтобетонных смесей// Нефтегазовое дело: электрон. науч. журн. 2013. № 1. URL: http://ogbus.ru/authors /AsadullinaZU/AsadullinaZU_1.pdf (дата обращения: 12.11.2015).

6 Налимов В. В., Чернова Н. А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. 340 с.

7 Печеный Б. Г., Данильян Е. А., Асельдеров Б. Ш. Как готовятся асфальтобетонные смеси // Автомобильные дороги. 2014. № 1. С.76-79.

8 Рыбьев И. А. Асфальтовые бетоны. М.: Высшая школа, 1969. 396 с.

9 The bitumen industry. A Global Perspective. Production, chemistry, use, specifi cation and occupational exposure / Asphalt Institute & Eurobitume, 2015. - 52 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.