Содержание к диссертации
Введение
Использование крупнотоннажных отходов строительства для устройства асфальтобетонных покрытий
Использование старого асфальтобетона в дорожном строительстве
Утилизация битумосодержащих отходов кровельных материалов
Применение отходов ремонта кровель для гидроизоляционных работ
Использование битумосодержащих кровельных отходов в дорожном строительстве
Выводы по главе.
Цель и задачи исследований 52
2 Материалы и методики исследований 54
Характеристика материалов, примененных для исследований 54
Методики, применяемые для исследований битумного вяжущего
Методики, применяемые для исследований качественных показателей битумного вяжущего и прямогонного гудрона
2 2 2 Групповой химический состав 58
2.2.3 Рентгенофазовый анализ 60
Построение плана проведения полного факторного эксперимента и его статистическая обработка
Методики, используемые при испытании асфальтобетона
Битумное вяжущее из отходов ремонта кровель и асфальтобетон, полученный на его основе
3.1 Изучение состава и свойств битумного порошка 67
3.1.1 Исследование свойств битума, извлеченного из 7 отработанного кровельного покрытия 3.1.2 Вторичный битум, извлеченный из кровельных ковров на , промышленной установке 1 Вторичный битум, полученный из порошка в лабораторных условиях
Разработка способов пластификации вторичного битума и рецептуры битумного вяжущего
3.3 Ультразвуковое диспергирование битумного вяжущего 88
3.4 Рентгеноструктурный анализ битумного вяжущего з
3.5 Подбор состава асфальтобетонной смеси на битумном вяжущем... 91
Подбор рецептуры битумного вяжущего с добавкой кровельной крошки и особенности технологии приготовления асфальтобетонных смесей
Определение оптимального соотношения кровельной крошки и прямогонного гудрона в битумном вяжущем асфальтобетонной смеси
Испытания асфальтобетонной смеси на битумном вяжущем с добавкой кровельной крошки и стандартном битуме
Определение оптимального соотношения кровельной крошки, пластифицированной прямогонным гудроном, и стандартного битума в вяжущем асфальтобетонной смеси
Испытания асфальтобетона на битумном вяжущем с добавкой кровельной крошки при оптимальной температуре приготовления
Испытания асфальтобетонной смеси без замены и при полной замене битума новым вяжущим
Экономическая часть 121
5.1 Определение капитальных затрат и эксплуатационных расходов на производство вяжущего из отходов ремонта мягких кровель 121
Плата за захоронение отходов ремонта мягких кровель на полигоне твердых бытовых отходов
Основные выводы 128
Список литературы 1
- Применение отходов ремонта кровель для гидроизоляционных работ
- Методики, применяемые для исследований качественных показателей битумного вяжущего и прямогонного гудрона
- Испытания асфальтобетонной смеси на битумном вяжущем с добавкой кровельной крошки и стандартном битуме
- Плата за захоронение отходов ремонта мягких кровель на полигоне твердых бытовых отходов
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение стоимости нефти вынуждает нефтеперерабатывающие предприятия производить более глубокую ее переработку, что приводит к ухудшению физико-химических показателей нефтяных гудронов и, как следствие, к снижению качества нефтяных битумов. На сегодняшний день расширение сырьевой базы для производства дорожных битумов может производиться за счет использования побочных продуктов и отходов строительства.
К таковым можно отнести отходы кровельных материалов, образующиеся при сносе, реконструкции и ремонте зданий и сооружений. На данный момент миллионы квадратных метров многослойных кровель, сделанных на основе рубероида, постоянно нуждаются в ремонте. В результате ремонта с крыш приходится снимать накопившиеся за время эксплуатации ковры, состоящие нередко из 10 и более слоев рубероида. Объем накопленных отходов, содержащих битумные компоненты, на данный момент уже составляет десятки тысяч тонн и постоянно растет. Кровельные отходы представляют собой вещества, классифицируемые по IV классу опасности и требующие захоронения на полигонах твердых бытовых отходов. Данная проблема характерна практически для всех городов России и, в том числе, для Республики Башкортостан. Важно то, что отходы мягких кровель децентрализованы и не требуют транспортных перевозок, в результате которых утилизация их становится нерентабельной.
Предметом исследования выбраны битумные вяжущие из отходов ремонта мягких кровель для дорожного асфальтобетона. В Республике Башкортостан по примерным расчетам ежегодно вывозятся на полигоны для захоронения более 100 тыс. тонн отходов, состоящих примерно на 50% из битума. В связи с этим актуальным представляется вопрос переработки отходов ремонта мягких кровель для использования в дорожном строительстве.
Работа была выполнена по государственному контракту с Министерством строительства, архитектуры и транспорта Республики Башкортостан (№ 705-06/16-А-425).
Целью работы является исследование и разработка битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель для применения в дорожном строительстве.
Поставленная в данной работе цель включала решение следующих задач:
–анализ литературных источников по изучению технологии переработки битумосодержащих отходов кровельных материалов в строительстве и процессов регенерации асфальтобетона при ремонте дорожных покрытий;
–изучение группового химического состава и свойств битумного порошка, полученного из отходов ремонта мягких кровель;
–разработка способов пластификации вторичного битума и исследование свойств битумного вяжущего;
–подбор состава смеси, исследование свойств асфальтобетона на основе битумного вяжущего из кровельных отходов и выявление особенностей технологии приготовления смесей;
–разработка технологической схемы переработки отходов битумосодержащих кровельных материалов на асфальтобетонном заводе.
–оценка экономической эффективности производства вяжущего из кровельных отходов, пластифицированных гудроном.
Научная новизна.
Впервые установлено, что использование в асфальтобетонных смесях битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудронном в следующем соотношении компонентов, масс.%: битум, извлеченный из старых кровельных ковров 49-65, прямогонный гудрон 51-35 повышает прочность при одновременном снижении восприимчивости асфальтобетона к температурам.
Установлены зависимости физико-механических показателей асфальтобетона от относительного содержания кровельной крошки и гудрона в битумном вяжущем. Выявлен механизм воздействия добавки кровельной крошки на структурно-механические свойства битумных вяжущих и асфальтобетонов.
Обоснованы основы технологии получения асфальтобетонов на битумных вяжущих из отходов ремонта мягких кровель с применением ультразвука для ускорения процесса смешения гудрона с вторичным битумом.
Практическая значимость.
Разработаны оптимальные составы асфальтобетонных смесей, содержащие битум, получаемый из отходов кровли, в качестве добавки от 20 до 40 % к дорожному нефтяному битуму.
Разработана технологическая схема переработки отходов битумосодержащих кровельных материалов на асфальтобетонном заводе, предусматривающая для ускорения процесса перемешивания гудрона и вторичного битума применение кавитационно-вихревого воздействия.
Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы», магистров по направлению 270100 «Строительство».
Достоверность исследований обеспечена использованием современных методов исследований на поверенном оборудовании с применением математических методов планирования экспериментов и статистической обработки результатов испытаний.
На защиту выносятся следующие положения:
- результаты исследования свойств битумного порошка из отходов кровель;
- метод пластификации вторичного кровельного битума;
- составы асфальтобетонной смеси на битумном вяжущем из кровельных отходов и с добавкой кровельной крошки в стандартный битум.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных международных научно-технических конференциях «Проблемы строительного комплекса России» (г. Уфа, 2009-2012 гг.); на международной научно-технической конференции – «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (г. Уфа, 2009 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития строительного материаловедения: энерго- и ресурсосбережение в строительстве» (г. Челябинск, 2010 г.).
Публикации.
По результатам исследования опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 работ в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 150 страниц, включая 40 таблиц и 39 иллюстраций.
Применение отходов ремонта кровель для гидроизоляционных работ
Наиболее распространенным способом восстановления (увеличения прочности) дорожной одежды в России и странах СНГ является устройство слоев усиления поверх старого покрытия. За рубежом чаще применяют способ, называемый «способом переукладки», при котором потерявшие несущую способность слои асфальтобетона удаляют фрезерованием, а на их место укладывают новые. Срок службы восстановленной дорожной одежды соответствует расчетному, а стоимость ремонта ниже, чем при традиционном способе усиления благодаря частичной компенсации затрат за счет реализации сфрезерованного материала - асфальтобетонного гранулята (АГ) [8]. Еще больше удешевляют ремонтные работы различные способы регенерации асфальтобетона.
Существует большое количество методов регенерации [90-93], которые могут быть применены при ремонте и реконструкции автодорог. Все методы можно объединить в следующие группы: а) горячая регенерация на месте: используют различные способы разогрева, разрыхления и улучшения свойств старого асфальтобетона с последующим устройством покрытия; б) холодная регенерация на месте: материал старого покрытия снимают холодным фрезерованием, обрабатывают битумной эмульсией и (или) цементом и устраивают нижний слой нового покрытия; в) холодно-горячая регенерация (комбинированные методы): материал старого покрытия снимают холодной фрезой, а затем перерабатывают его с подогревом, добавлением нового щебня и битума в смесительной установке и укладывают в покрытие. Переработка может осуществляться на месте в передвижной смесительной установке или на стационарном асфальтобетонном заводе.
Широкое распространение получила регенерация способом горячей переработки в смесительных установках периодического действия.
Старый асфальтобетон, полученный путем разлома покрытия, предварительно дробят в щековых, конусных или роторных дробилках ударного действия. Установлено, что асфальтобетон легче поддается разрушению в водонасыщенном состоянии. Дробление проводят в холодное или умеренно теплое время (не выше 15 С). Материал, полученный холодным фрезерованием, не измельчают, а добавляют к свежим и уже прошедшим через сушильный барабан минеральным материалам.
В зависимости от принятой технологии старый асфальтобетон может подаваться питателем в горячий элеватор, весовой бункер или смеситель.
При загрузке предварительно отдозированного старого асфальтобетона в элеватор для горячих каменных материалов его нагрев обеспечивается длительным контактом с ними. Недостатком является загрязнение битумом ковшей, сит грохота и других элементов оборудования. Кроме того, возможно неравномерное поступление в смеситель старого асфальтобетона, приводящее к колебаниям содержания битума в смеси.
При подаче асфальтобетона в весовой бункер гарантируется строго дозированная его добавка в смесь. Однако при контакте асфальтобетона с горячими каменными материалами возможно загрязнение бункера битумом, что будет сказываться на точности дозирования материалов. Так как время контакта старого асфальтобетона с горячими материалами в весовом бункере невелико, то его нагрев будет продолжаться в смесителе, где он перемешивается с минеральными материалами, отбирая у них тепло.
При подаче старого асфальтобетона непосредственно в смеситель сложности, связанные с загрязнением элеватора или накопительных бункеров, отпадают. Но отбор тепла в смесителе для нагревания холодного старого асфальта, естественно увеличивается.
Установки с дополнительным оборудованием для переработки асфальтобетона находят применение в ФРГ, США, Франции, Италии и других странах. Их недостатком является то, что количество старого асфальтобетона, добавляемого в смесь, ограничено 10 - 20%, что определяется температурой нагрева каменных новых материалов, содержанием влаги в старом асфальтобетоне и требуемой температурой смеси. Увеличение влажности асфальтобетона требует значительного увеличения температуры нагрева каменных материалов.
Тепловой расчет показывает, что при соотношении старого асфальтобетона и новых каменных материалов 10:90 и влажности старого асфальтобетона 5%, температуру новых минеральных материалов следует повысить до 210С. Соответственно при такой же влажности старого асфальтобетона, при соотношениях старого асфальта и новых материалов 20:80, 30:70, 40:60, температуру минеральных материалов пришлось бы увеличить до 250, 310, 380С. Таким образом, практический предел добавления старого асфальта с учетом температуры минеральных материалов на выходе из сушильного барабана составляет 20%. Несмотря на то, что эти установки не требуют больших затрат на модернизацию оборудования, из-за образования большого количества пыли и пара они пригодны только для получения смеси с низким содержанием старого асфальтобетона.
Методики, применяемые для исследований качественных показателей битумного вяжущего и прямогонного гудрона
Методика основана на принципах жидкостно - адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением и предназначена для определения группового состава тяжелых нефтепродуктов (битумов, гудронов, крекинг -остатков, асфальтенов и т.п.) с разделением на семь групп: парафино -нафтеновые углеводороды, легкие, средние, тяжелые ароматические углеводороды, смолы I, смолы II и асфальтены. Определение группового состава проводится в едином хроматографическом процессе. Подготовка к испытанию состоит из следующих стадий: 1. Обработка адсорбента (силикагеля АСК); 2. Определение адсорбционной активности силикагеля; 3. Модификация адсорбента; 4. Промывка колонок спирто-хлорофорной смесью; 5. Набивка колонок (засыпка силикагеля); б.Приготовление элюентов - смесей растворителей для хромато-графического разделения тяжелых нефтяных остатков; 7. Подготовка пробы (анализируемую пробу разогревают, перемешивают и берут навеску 0,1 г, которую разбавляют бензолом); 8. Ввод пробы (введение в резервуар хроматографической колонки элюента). Проведение анализа
С помощью редуктора «колонка» подают давление. Рабочее давление колеблется в пределах 0,3 - 1,2 МПа и зависит от помола силикагеля, от степени набивки колонки. Чем мельче силикагель и чем плотнее набивка колонки, тем больше рабочее давление. Необходимо такое давление, при котором элюент, выходя из колонки, равномерно смачивает цепочку - транспортер, не заливая ее и не оставляя сухих звеньев. При этом нужно следить за положением иглы, из которой элюент выходит на транспортер. Игла должна как бы ползти по цепочке, не давая возможности образовываться каплям. Каждое звено цепочки должно быть смочено, но пленка жидкости должна находиться на проволоке, образование пленок в виде зеркал в зазорах звеньев не допустимо, так как при разрушении пленок в испарителе часть вещества теряется в виде брызг.
После того как все разделившиеся компоненты мальтеновой части выйдут из колонки и на картограмме самописца зафиксируются 6 хроматографических пиков, осторожно снимают давление.
Снимают колонку и шприцем убирают оставшийся растворитель. Затем вводят 1 - 1,5 мл второго растворителя, колонку снова устанавливают в хроматограф и подают давление.
После того, как пик асфальтенов зафиксируется на картограмме, колонку снимают, сушат и удаляют из нее силикагель. Порядок выхода групп 1 пик парафино - нафтеновые углеводороды 2 пик легкие ароматические углеводороды 3 пик средние ароматические углеводороды 4 пик тяжелые ароматические углеводороды 5 пик смолы I 6 пик смолы I 7 пик асфальтены Количественный расчет хроматограмм Расчет хроматограмм проводят методом внутренней нормализации, путем измерения площадей пиков, записанных на картограмме. Площадь пика, приближенно принимаемая за площадь треугольника (мм), вычисляется по формуле: S = h ап, где h - высота пика, соответствующая отрезку от боковой линии до вершины пика, мм; a - ширина пика, измерена на расстоянии, равном 1Л его высоты,мм. Площади необходимо считать как можно точнее. Для этого пик на картограмме (он, как правило не имеет правильной треугольной формы) нужно поделить на более правильные геометрические фигуры. Высота пика измеряется линейкой, ширина - измерительной лупой. В измеряемую величину должна входить толщина одной линии, поэтому ширина пика измеряется с правой внешней стороны до левой внутренней (в расчет берут правую линию, так как в большинстве случаев она более ровная). При измерении высоты и ширины малых геометрических фигур пользуются только измерительной лупой.
Сумму площадей всех пиков на картограмме принимают за 100% и вычисляют содержание каждого пика по формуле: X=Si/Si- Ю0%, где Si - площадь пика вычисляемого компонента, мм2; S; - сумма площадей всех пиков, мм ; X - содержание компонента, %.
Наибольшее применение в структурном анализе имеет метод порошков, который основан на получении с помощью дифрактометра дифракционной картины рентгеновских лучей, рассеянных на плоском образце исследуемого материала. Задача качественного анализа состоит в определении вида фаз, составляющих образец, и приблизительной оценки их количественного содержания. Каждое вещество характеризуется своим набором линий или пиков на рентгенограмме или, точнее, набором межплоскостных расстояний (а) и интенсивностей соответствующих линий. Анализ производился на дифрактометре ДРОН 4-07 (рисунок 2.1) по методике [18]. Битумное вяжущее заливали в кювету в расплавленном виде. Режим работы аппарата: излучение СиКа (С-монохроматор), скорость вращения счетчика 0,05 град./мин., напряжение трубки 30 кВ, сила тока 20 мА, шкала 1000 импульсов/с, постоянная времени 3,0 с.
Перед началом анализа образца, задают параметры анодного тока и напряжения. Рентгеновская трубка возбуждает рентгеновское излучение (источник). Узкий пучок излучения, прошедший через щель площадью 1-2 мм , попадает на образец. Дифрагированное от образца излучение, пройдя через щель, попадает в сцинтилляционный детектор, преобразующий кванты рентгеновского излучения в электрические импульсы, амплитуда которых пропорциональна энергии квантов. После усиления и амплитудной селекции, импульсы поступают в пересчетное устройство, регистрирующее их количество за время экспозиции. Количество зарегистрированных импульсов передаётся на ЭВМ для последующей обработки.
Задачей экспериментального исследования является установление связей между различными факторами, выявление объективных закономерностей, характеризующих влияние многих показателей на ход изучаемого процесса [79]. Объект исследования можно представить следующей схемой (рисунок 2.2)
Переменные Xi, Х2, ...,ХП называют входными независимыми переменными (факторами), переменные Уь У2, ...,Ут _ функциями отклика или функциями оптимизации. Математическая модель - уравнение регрессии с ограничениями, накладываемые на варьируемые факторы X;, когда у =1,2,.. .,п. где п- количество факторов; В; В B;J - коэффициенты модели. План эксперимента удобно задавать таблицей, называемой матрицей планирования эксперимента, включающей в себя значения факторов и эффектов их взаимодействий, а также значения исследуемой функции, называемой параметром оптимизации. При постановке планирования эксперимента от натуральных значений факторов переходят к безразмерным путем специального преобразования. Вместо текущего значения фактора Xi, подставляется его нижний уровень кодированного фактора Хін=-1, подставив верхний уровень Xj, получим верхний уровень кодированного фактора Хін=+1.В качестве основного или нулевого уровня выбирается срединное значение каждого фактора. Результаты экспериментов сводятся в матрицу планирования двухфакторного эксперимента (таблица 2.6). Каждый столбец в матрице планирования называется вектор-столбцом, а каждая строка вектор-строкой. Вектор-столбец результатов не относится непосредственно к матрице планирования, его располагают для удобства расчетов.
Испытания асфальтобетонной смеси на битумном вяжущем с добавкой кровельной крошки и стандартном битуме
Одним из возможных способов пластификации является разбавление битума гудроном [105]. Например, эту проблему при приготовлении полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) удалось решить подбором рецепта за счет увеличения в смеси количества пластификатора (индустриального масла И40) [65].
Однако только прибавление масла в качестве пластификатора для постаревшего битума уменьшит его вязкость, но может не улучшить другие показатели качества вяжущего. В описанном случае пластифицированный маслом постаревший битум был основой приготовления ПБВ, а в целевой композиции присутствовали также полимер (Кратон D1101) и адгезионная добавка. Полученное вяжущее оценивалось по показателям, регламентированным для ПБВ. Но если мы хотим восстановить постаревший битум, то должны побеспокоиться, чтобы все показатели, регламентированные стандартом, соответствовали его требованиям, что при использовании масла не всегда можно достичь. Решение этой задачи требует не только дополнительного лабораторного и производственного оборудования, например [65, 66], но также навыков исследовательского характера у персонала лаборатории (выбор пластификатора и рационального рецепта) [67].
Известно, что некоторые нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) приготавливают всю номенклатуру дорожных битумов путем компаундирования базовой высоковязкой марки битума, например, БНД 40/60, с нефтяным сырьем (гудроном) в различной пропорции [13,55]. Этот битум базовой марки можно считать переокисленным относительно целевых марок. Задача «омолаживания» постаревшего при хранении битума, подобна этому методу компаундирования, но сложнее его. Переокисленый битум - целевой продукт управляемого технологического процесса, поэтому его свойства в достаточной мере стабильны и воспроизводимы. К тому же он смешивается как раз с тем сырьем, окислением которого получен. В то время как свойства постаревшего при хранении битума неуправляемы и случайны. Ведь в откачиваемый из хранилища битум попадают в неизвестной пропорции слои, накопленные в разное время, иногда разных поставщиков и из разных нефтей. А применяемое в качестве пластификатора нефтяное сырье может оказаться производным нефти другого месторождения. Это осложняет задачи, которые должна решать дорожная лаборатория, по сравнению с лабораторией НПЗ.
Учитывая отработанную и эффективную технологию компаундирования битума на НПЗ, следует считать нефтяное сырье (гудрон) наиболее перспективным пластификатором для «омолаживания» постаревшего в результате длительного хранения битума. Для предприятий, имеющих немалый запас постаревшего битума, создание установки для улучшения его качества с целью целевого использования для производства стандартных асфальтобетонных смесей может оказаться экономически весьма выгодным [66,67].
Для иллюстрации возможности восстановления постаревшего битума Васьковским В.В. и Порадек В.В. были выполнены следующие эксперименты (таблица 3.4) [14]. Образец битума Московского НПЗ БНД 60/90 в количестве 580 г был подвергнут интенсивному старению путем перемешивания в лабораторном смесителе при повышенной температуре.
В целях экономии затрат, поскольку старение битума наряду с другими изменениями приводит к повышению вязкости и уменьшению пластичности, было решено оценивать только показатели пенетрации при 25 и 0С (П25 и П0). После старения путем интенсивного перемешивания в течение 10 ч при температуре 170С, была отобрана проба 58 г (обр. №1, таблица 3.4) для определения П25 и П0. После проведенного исследования была определена марка состарившегося битума - 20/40.
Постаревший битум пластифицировали гудроном Марийского НПЗ (добавлено 55 г гудрона). После перемешивания в течение 10 мин. при температуре 150 С отобрана проба 155 г (обр. № 2, таблица 3.4) для определения П25 и П0, а также возможно других показателей. К остатку добавлено 22 г отработанного масла лабораторного пресса (образец № 3, таблица 3.4) и перемешано в течение 10 мин.
Расчет концентраций. После отбора пробы № 1 осталось 580 - 58 = 522 г битума. К нему было добавлено 55 г гудрона. Концентрация гудрона: 55 х 100 : (522 + 55) = 9,53%. После отбора пробы № 2 осталось 577 - 155 = 422 г битума с гудроном, где содержание гудрона в смеси 422 х 9,53 : 100 = 40,21 г. Концентрация масла в смеси составила 22 х 100 : (422 + 22) = 4,95%. Концентрация гудрона в результирующей смеси 40,21 х 100 : 444 = 9,06%. Показатели исходного битума:
Авторы [14] сочли целесообразным взять предельно постаревший битум, который на практике не встречался. Но даже такой, казалось бы, безнадежно постаревший битум оказалось возможным привести к норме. Основные показатели качества полученного битума приведены в таблице 3.4. Результаты показывают, что в данном случае улучшенный битум, полученный компаундированием сильно постаревшего битума с нефтяным сырьем при добавлении масла, соответствует прежней марке и стандартным для этой марки показателям.
Разумеется, что количество добавляемого гудрона зависит от показателей постаревшего битума. Это может быть и 5% и 15%, что должна определять лаборатория в порядке предварительного исследования. Так же как и необходимость добавления в композицию масла. Возможно, что добавление в постаревший битум не 9,5% гудрона, а 12 или даже 15%, привело бы к положительному результату и без использования масла.
Совместно с Институтом Нефтехимпереработки (ИНХП) была разработана и испробована схема компаундирования гудрона и вторичного битума. Выбор необходимого соотношения гудрон/вторичный битум в битумном вяжущем проводился методом подбора с помощью показателя температуры размягчения. Предварительно измерив температуру размягчения вторичного битума - 115,7 С, подбираем необходимое соотношение гудрона/вторичного битума. Результаты в данном конкретном случае приведены на рисунке 3.3. Для каждой новой партии отходов, поступающих на переработку, будут аналогично проводиться испытания вторичного битума и подбор соотношения гудрон/ битум. V
Изменение показателя температуры размягчения в зависимости от степени разбавления гудроном для вторичного битума с температурой размягчения 115,7 С
Таким образом, в зависимости от температуры размягчения вторичного битума и количества примесей необходимо определять количество добавляемого гудрона для каждой поступающей партии отходов.
Результаты экспериментов по определению состава и качественных показателей вторичного битума, пластифицированного различным количеством гудрона, приведены в таблицах 3.5, 3.6 и на рисунках 3.4 - 3.7 [27].
Плата за захоронение отходов ремонта мягких кровель на полигоне твердых бытовых отходов
Для проверки физико-механических показателей асфальтобетона были изготовлены две серии образцов мелкозернистого асфальтобетона типа Б марки III. Минеральная часть асфальтобетонных смесей была одинакова. Для первой серии (контрольной) использовался битум БНД90/130 по ГОСТ 22245-90. Для второй серии (опытной) вяжущее было приготовлено из битумного порошка, полученного из отходов рулонных кровельных ковров.
При проектировании состава опытной смеси были внесены следующие коррективы:
1. В кровельной крошке содержится 28,1 процент примесей. Поэтому количество битумного вяжущего в опытной смеси будет большее по сравнению с битумом БНД 90/130, а именно 5+(5-28,1/71,9) = 6,95%.
2. Количество отсева. Поскольку в опытном вяжущем имеется песок, то количество отсева дробления известняка должно быть уменьшено. Если учесть количество песка в вяжущем, то в 100 г минеральной части асфальтобетонной смеси вместо 56 г отсева должно быть 55,95 г. Отличие незначительно, при проведении эксперимента не учитывалось. Вяжущее в опытной смеси состояло из измельченных отходов кровельных материалов и гудрона. Наиболее оптимальное соотношение гудрона и крошки составляет 65 процентов гудрона и 35 процентов измельченного рубероида. В таблице 4.7 приведен состав асфальтобетонной смеси, содержащий 60 процентов гудрона и 40 процентов измельченного рубероида.
Из анализа полученных данных следует, что асфальтобетон на вяжущем, полученном из битумосодержащих отходов, удовлетворяет требованиям стандарта для асфальтобетона типа Б марки III по показателям прочности при 0С , 20С и при 50С. По сравнению с асфальтобетоном на стандартном битуме показатели водонасыщения и коэффициента водостойкости опытного асфальтобетона на вторичном вяжущем не удовлетворят требованиям ГОСТ 9128-2009[36]. Предположительно, бумажные волокна, входящие в состав кровельных отходов при водонасыщении избыточно впитывают влагу, следовательно увеличивается показатель водонасыщения, а коэффициент водостойкости снижается. Возможно, ввиду того, что средняя плотность образцов на вяжущем из кровельных отходов несколько меньше (2,35 г/см ), в результате образец более пористый, водонасыщение больше. Отклонение показателей сцепления при сдвиге в опытных образцах по сравнению с контрольными требует дальнейшего изучения.
Поскольку некоторые физико-механические показатели асфальтобетона не удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-2009[36], было принято решение о частичной замене стандартного битума кровельным порошком, пластифицированным прямогонным гудроном.
С целью определения оптимального состава битумного вяжущего и его влияния на основные свойства получаемого асфальтобетона был спланирован двухфакторный эксперимент. В качестве варьируемых факторов были выбраны: «Xi» - относительное содержание кровельной крошки и прямогонного гудрона в битумном вяжущем, % (20, 40, 60 %), «Х2» - температура перемешивания, С (150, 165, 180). Откликами были приняты характеристики асфальтобетона: «Yi» -водонасыщение (В),%; «Y2» - предел прочности при сжатии при 0С (R0), МПа; «Y3» - предел прочности при сжатии при 20С (R20), МПа «Y4» - предел прочности при сжатии при 50С (R50), МПа; «Y5» - сдвигоустойчивость (СЛ), МПа; «Y6» - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0 С (Rp), МПа.
Ранее предприятием «ЕВРОКОМДОРМАШ» было исследовано применение кровельной крошки в качестве добавки в асфальтобетонные смеси, (см. п. 1.2.1.2). Однако по нашему мнению, добавление только кровельной крошки без пластификатора для вторичного битума возможно временно улучшит качественные показатели асфальтобетона, но при этом увеличит скорость старения битума.
Задачей эксперимента является подбор оптимального количества кровельной крошки в вяжущем и температуры приготовления асфальтобетонной смеси.
Для проведения эксперимента отходы ремонта кровельных ковров измельчались до размеров 2-5 мм, смешивались с нагретыми до 165 -185 С минеральными материалами в течение определенного промежутка времени, затем добавлялся гудрон в заданном соотношении. Стандартный битум добавляли после перемешивания кровельной крошки с гудроном. При этом соотношение прямогонного гудрона и кровельной крошки остается постоянным, менялось лишь общее содержание кровельной крошки и гудрона в вяжущем. Полученные образцы выдерживают в течение суток, затем испытывают для определения основных показателей асфальтобетона (табл.4.9).
