сотрудник
Белгородская область, Россия
аспирант
Белгородская область, Россия
студент
Белгородская область, Россия
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ББК 383 Строительные материалы и изделия
Российские автомобильные и железные дороги являются одними из самых больших транс-портных сетей в мире. Являясь основой транспортной системы страны, он обладают чрезвычайно важным экономическим, государственным, оборонным и социальным значением. Огромное значение этих транспортных сетей требует поиска рациональных способов и технологий улучшения качества и технических характеристик автомобильных и железных дорог. Поиск новых материалов и технологий для улучшения качества дорог жизненно необходим для развития страны в целом. Направленность на высокоскоростное движение с большим объёмом грузов и большим пассажирооборотом становится все более актуальной проблемой на сегодняшний день, а введение санкций требует поиски и разработку отечественных технологий строительства и ремонта дорог. В данной статье рассмотрена перспектива применения органических вяжущих на основе битума и вулканизированной резиновой крошки, рассмотрены способы улучшения качественных характеристик автомобильных и железных дорог.
битум, резиноасфальтобетон, вяжущее, резиновая крошка
Одной из самых актуальных проблем в дорожном строительстве в России является подбор качественно и приемлемого по стоимости сырья, основным компонентом которого является битум. Битум применяется в дорожном строительстве, изготовлении кровельных материалов, строительстве зданий и сооружений, для изоляции трубопроводов, в лакокрасочной и кабельной промышленности. Наиболее широко органическое вяжущее, в виде битума применяют в дорожном строительстве [1, 2].
Существует принципиальное отличие качества дорожных битумов, выпускаемых отечественными предприятиями, от битумов, выпускаемых за рубежом, где в качестве сырья применяется только нефть определенного состава, в которой практически отсутствует твердый парафин.
Сложность получения качественного битумного сырья вызывает необходимость в поиске новых материалов для получения вяжущего необходимого качества, какими могут быть природные битумы, полимер-битумные композиции и битумы, модифицированные добавками. Применение таких материалов позволяет увеличить температурный интервал работоспособности, обеспечить надежность и долговечность эксплуатируемой конструкции [3].
В связи с различием климатических зон России и зарубежных стран технические требования к качеству дорожных битумов различаются. В России более высокие требования к битумам по морозостойкости и теплостойкости. В зарубежных странах большее внимание уделяют показателю растяжимости при 25 °C [4].
Все это ведет к потребности создания новых подходов и технологий в дорожном и железнодорожном строительстве.
Одним из таких решений было создание резиноасфальтобетона на основе вяжущих БИТРЭК [5]. БИТРЭК – это аббревиатура словосочетания «битумнорезиновые экологически чистые композиционные материалы», получаются по технологии химического объединения мелкодисперсной крошки из шинной резины и нефтяных битумов.
Вяжущие БИТРЭК разработаны для использования в составе асфальтобетонных смесей и служат для повышения трещеностойкости, сдвигоустойчивости и коррозионной устойчивости верхних защитных слоев асфальтобетонных дорожных покрытий и слоев износа повышения их эксплуатационной и усталостной долговечности, продления межремонтных сроков службы.
Резиноасфальтобетонные смеси на основе вяжущих БИТРЭК должны производиться по специально разработанному и согласованному технологическому регламенту. При этом подобранные оптимальные составы резиноасфальтобетонных смесей согласовываются с организацией-заказчиком.
Резиноасфальтобетонные смеси следует приготовлять в асфальтосмесительных установках, оборудованных смесителями принудительного перемешивания периодического или непрерывного действия. Смесительные установки должны обеспечить точность дозирования компонентов в соответствии с точностью подбора составов. Допускаемая погрешность дозирования компонентов резиноасфальтобетонной смеси не должна превышать +/- 3 % по массе для каждого компонента минеральной части и
+/- 1,5 % по массе для вяжущего БИТРЭК. Продолжительность перемешивания устанавливают в соответствии с техническими характеристиками используемой смесительной установки и уточняют при пробном замесе. Температура нагрева минеральных материалов должна быть 200 °С – 210 °С, температура вяжущего БИТРЭК – 160 °С – 170 °С [6].
Помимо вяжущих БИТРЭК в России разрабатываю другие технологии приготовления и применения битума с добавлением резиновой крошки, для создания качественного асфальтобетона и применения его в строительстве.
В патенте [7] описывается изобретение, которое может быть использовано в строительстве верхних слоев дорожной одежды во всех климатических зонах.
Асфальтобетон включает щебень, песок, минеральный порошок, вязкий нефтяной битум и тонкомолотую резиновую крошку. Тонкомолотую резиновую крошку он содержит в виде смеси механоактивированной резиновой крошки с размером фракций от 0,071 мм до 0,100 мм и песка, полученной совместной обработкой их в дезинтеграторе при массовом соотношении 1:2. Соотношение компонентов в составе асфальтобетона составляет, мас. %: щебень 42–43, песок 35–36, минеральный порошок 12,8-13,2, вязкий нефтяной битум 5,5–6,0, указанная резиновая крошка 1,0, указанный песок 2,0.
В данной разработке предусмотрен «сухой» способ введения резиновой крошки. В работе отмечается, что по своей природе резиновая крошка обладает высокой устойчивостью к воде и солевым растворам. Ее введение способствует повышению устойчивости асфальтобетонной смеси к старению под воздействием факторов окружающей среды, ультрафиолетового излучения, значительному снижению водопоглощения, увеличению водостойкости.
Частицы резины способствуют повышению в асфальтобетоне доли закрытой пористости, а это значит, что добавление резиновой крошки может улучшать коррозионную устойчивость асфальтобетона. Данный асфальтобетон включает в состав 44 % щебня, 41 % песка, 14 % минерального порошка, 1 % резиновой крошки крупностью 1,2 мм и 5,5–6 % битума.
Многочисленные исследования показали, что грамотное применение резиновой крошки в качестве модификатора асфальтобетона приводит к значительному расширению температурного интервала работы покрытия и к увеличению срока его службы (табл.1). Как следствие этого, значительно снижаются эксплуатационные расходы на обслуживание асфальтобетона, модифицированного резиновой крошкой.
Таблица 1
Физико-механические показатели ЩМА-15
|
Наименование показателя |
Значение показателя для |
|||
|
ЩМА-15 на БНД |
ШМА-15 на ПБВ |
ЩМА-15 на РБВ |
ГОСТ 31015-2002 |
|
|
Предел прочности при |
|
|
|
|
|
сжатии, МПа, не менее: |
|
|
|
|
|
при температуре 20 °С |
3,17 |
3,85 |
4,53 |
2,2 |
|
при температуре 50 °С |
1,10 |
1,28 |
1,44 |
0,65 |
|
Сдвигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения, не менее сцепление при сдвиге при температуре 50 °С, МПа, не менее |
0,94 0,19 |
0,97 0,25 |
0,97 0,36 |
0,93 0,18 |
|
Трещиностойкость – предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0 °С, МПа: |
3,22 |
3,01 |
2,87 |
2,5–6,0 |
|
Показатель стекания, не более, % |
0,14 |
0,12 |
0,10 |
0,20 |
Как видно из представленных данных резинобитумное вяжущее существенно расширяет температурный интервал надежной работы асфальтобетонного покрытия, увеличивает трещиностойкость при низких температурах, за счет повышенной эластичности, повышает стойкость покрытия к колееобразованию не только по сравнению с традиционным рецептом ЩМА с применением целлюлозной стабилизирующей добавки, но и по сравнению с ЩМА на полимерно- битумном вяжущем [8].
Применение таких технологий возможно не только при строительстве автомобильных дорог. Битумно резиновые вяжущие находят свое применение в качестве мастики для ремонта автомобильных дорог и аэродромов, а также имеют перспективы при применении в железнодорожном строительстве.
Важной проблемой при строительстве современных железных дорог, является: сохранение формы, увеличение срока службы и качества балластного слоя при высоких скоростях и больших нагрузках на ось пути.
В патенте [9] описана технология применения битумно-резиновых вяжущих, которая может быть использована при строительстве и реконструкции железных дорог. Изобретение относится к балластному слою с порозаполняющим веществом. Балластная призма содержит щебень, соединенный связующим материалом на основе синтетического латекса в упругий монолит с открытыми сквозными порами. При этом 0,15–
0,20 объема составляет резиноподобная фракция 10–20 мм, полученная дроблением использованных автомобильных покрышек и других утилизируемых изделий из резиноподобных материалов. Решение направлено на уменьшение разрушения щебня с соответствующим увеличением ресурса.
При росте технических скоростей и осевых нагрузок подвижного состава актуальны меры, направленные на стабилизацию процесса взаимодействия поезда с верхним строением пути (ВСП), повышение уровня упруго-деформативной стабильности балластного слоя, проявления свойства амортизации как в работе балластной призмы, так и ламинаризации передачи нагрузок к основанию, в том числе в усложненных климатических и инженерно-геологических условиях.
Предлагаемая конструкция балластной призмы железнодорожного пути состоит из щебня, соединенного в местах контакта друг с другом в упругий монолит с открытыми сквозными порами связующим материалом на основе, например, синтетического латекса, и отличающаяся тем, что в состав омоноличиваемой щебеночной балластной призмы вводится до 0,15–
0,20 объема резиноподобная фракция 10–20 мм, полученная, например, дроблением использованных автомобильных покрышек.
Предлагаемая конструкция балластной призмы железнодорожного пути поясняется на рисунках 1, 2.
Рис. 1. Конструкция балластной призмы
1 – рельс, 2 – шпала, 3 – балластная призма, 4 – песчаная подушка
Рис. 2. Щебеночный балласт
2 – шпала, 5 – щебень, 6 – дробленая резиноподобная фракции 10–20 мм, 7 – склеивающий (латексный) слой
.
Применение композиционных вяжущих материалов, обеспечивает продление сроков службы, способствуя сокращению расходов, связанных с содержанием и ремонтом балласта. В связи с этим становится актуальным производство и применение комплексных битумных вяжущих, в которых битум производится в больших масштабах и выступает основой, а необходимый уровень качества достигается путем введения модифицирующих компонентов.
В патенте [10] описывается способ укрепления балластной призмы железнодорожного пути, который включает формирование и пропитку верхнего щебеночного слоя жидким полимерным связующим на основе полиуретана. Сначала осуществляют отсыпку с балластной призмы части щебеночного слоя, затем формируют со стороны действующей части пути технологический откос высотой Н. В верхние слои откоса и примыкающие к нему участки балластной призмы шириной Н/2 вводят жидкое полимерное связующее и формируют каркасную структуру щебеночного слоя на глубину 7–14 см за счет склеивания зерен щебня в точках их соприкосновения. Затем обработанный щебеночный слой выдерживают в условиях отсутствия капельной жидкости и вибрации в течение 1-4 ч для отверждения связующего. Результатом данной технологии является увеличение удерживающей способности верхнего слоя щебня в технологических откосах для предотвращения их осыпания и нежелательного выбивания зернистого материала щебня при движении высокоскоростных поездов в ремонтный и послеремонтный периоды, улучшении амортизационных и эксплуатационных характеристик балластной призмы эксплуатируемой части железнодорожного пути.
Битумно- резиновые композиционные вяжущие являются экологически чистыми материалами, в которых, имеющиеся как в битуме, так и в резине токсичные соединения, по-видимому, химически связываются и поэтому их выделение незначительно. Проведенные испытания показали, что по своим санитарно-гигиеническим свойствам эти вяжущие материалы более чистые, чем битум и отвечают самым жестким экологическим требованиям [11].
1. Ахмедов С.А., Технология глубокой переработки нефти и газа. Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 202. 672 с.
2. Грушко И.М., Королев И.М. Дорожно-строительные материалы. М.: Транспорт, 1991. 357 с.
3. Джумаева О., Солодова Н.Л., Емелья-нычева Е.А. Основные тенденции производ-ства битумов в России // Вестник технологи-ческого университета. 2015. Т.18, №20. С. 132-135.
4. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные до-рожные вязкие. Введ. 1991.01.01 изм от 21.12.2017. М.: ИПК Издательство стандар-тов, 1996. 77 с.
5. Композиционные битумнорезиновые материалы БИТРЭК и их применение в до-рожном строительстве [Электронный ресурс]. / НПГ ИНФОТЕХ. URL: http://snipov.net/database/c_4294966400_doc_4293849068.html, (дата обращения 10.01.2017).
6. СТО 58528024.001-2013. Композици-онные битумные вяжущие БИТРЭК. Введ. 01.12.2013. М.: ФГУП «СТАНДАРТФОРМ» 2014. 13 с.
7. Прокопец В.С., Иванова Т.Л. Пат. 2365553, Российская Федерация, МПК C04B26/26, C04D20/02, C08L95/00. Асфаль-тобетон, содержащий механоактивированную резиновую крошку / заявитель и патентообла-датель В.С. Прокопец. № 2008108049/03, за-явл 29.02.2008; опубл. 27.08.209.
8. Духовный Г.С., Сачкова А.В. Карпенко Д.В., Применение резиновой крошки в до-рожном строительстве в рамках импортоза-мещения // «НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИННОВАЦИИ» сборник докладов Между-народной научно-практической конференции. БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. С. 79-82.
9. Тюньков В.В., Бочерова О.А., Воронова Ю.В. Пат. 2475580, Российская Федерация, МПК E01B1/00, E02D3/12. Балластная призма для скоростных грузонапряженных участков бесстыкового железнодорожного пути / за-явитель и патентообладатель Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС (ИрИИТ)). № 2011114322/11, заявл. 12.04.2011; опубл. 20.02.2013 Бюл. № 5. 6 с.
10. Мичурин О.А., Федоров А.В., Хрулев А.В., Шаула Я.И. Пат. 2469145, Российская федерация, МПК E01B1/00, E02D3/12. Способ укрепления балластной призмы железнодо-рожного пути. / заявитель и патентооблада-тель ООО «ЭЛАСТОИМПЭКС». №2011117757/11, заявл. 05.05.2011; опубл 10.12.2012 Бюл. №34. 7 с.
11. Отраслевой дорожный методический документ. Рекомендации по применению би-тумно-резиновых композиционных вяжущих материалов для строительства и ремонта по-крытий автомобильных дорог (для опытного применения). Введ. 02.05.2003 изм. 01.10.2008. Министерство транспорта Рос-сийской Федерации государственная служба дорожного хозяйства (Росавтодор). Москва 2003.
12. Барабаш Д.Е., Никитченко А.А. Опти-мизация составов высоконаполненных арми-рованных полимерных композиций // Изве-стия ВУЗов. Строительство. 2006. №5. С. 44-48.
13. Гохман Л.М. Регулирование процессов структурообразования и свойств дорожных битумовдобавками дивинилстирольных термоэластопластов: Автореф. дисс. канд. техн. наук М.; 1974.
14. Прокопец В.С. Иваницкий Ю.В. Орга-ническое вяжущее на основе нефтяного гуд-рона и активированой резиновой крошки для укрепления грунтов. Учебное пособие. Омск. Академия, 2005.
15. Гохман Л.М. Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полиме-расфальтобетон. Учебно-методическое посо-бие. М., ЗАО «ЭКОНОМ-ИНФОРМ», 2008. 117 с.
