ПРИМЕНЕНИЕ СЕРЫ В АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЯХ

В.Д. Галдина

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)», г. Омск

Изучены свойства серобитумных вяжущих на битумах разных марок и типов структуры, исследованы физико-механические свойства сероасфальтобетонов и приведены результаты опытно-производственных работ. Установлено, что при рациональной дозировке серы серобитумные вяжущие и сероасфальтобетоны имеют более высокие физико-механические свойства по сравнению с обычными битумами и асфальтобетонами. Применение технической серы для модификации битумов экономически целесообразно и позволяет решать экологические проблемы во многих регионах.

Ключевые слова: битум, серобитумные вяжущие, сероасфальтобетон.

V.D. Galdina

Sulphur application in asphalt conkrete mixes

Properties sulphur- bitumen different marks knitting on bitumens and structure types are studied, physicomechanical properties sulphur asphalt conkrete are investigated and results of skilled-industrial works are resulted. It is established that at a rational dosage of sulphur sulphur- bitumen knitting and sulphur asphalt conkrete have higher physicomechanical properties in comparison with usual bitumens and asphalt conkrete. Application of technical sulphur for updating of bitumens economically expediently also allows to solve environmental problems in many regions.

Keywords: bitumen, sulphur- bitumen knitting, sulphur asphalt concrete.

Техническая сера является недорогим и многотоннажным побочным продуктом промышленности. Накопление технической серы как побочного продукта нефте- и газоперерабатывающих, нефтехимических и металлургических производств постоянно увеличивается. В России значительное количество попутной серы скопилось в отвалах предприятий: ООО «Астраханьгазпром», ОАО «Норильский никель», ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» (г. Ревда, Свердловская обл.). Образуются серные отходы на нефтеперерабатывающих предприятиях: ОАО «Омский НПЗ» (около 60 тыс. т серы в год), ОАО «Башкортостаннефтезавод». В Татарстане ежегодно образуется более 35 тыс. т серных отходов на Минибаевском ГПЗ, ОАО «ТАИФ-НК» и других предприятиях, а с вводом Нижнекамского ОАО «ТАНЕКО» выход серы составит еще 260 тыс. т в год [1].

В Казахстане на картах Тенгиза (ТОО СП «Тенгизшевройл») к 2007 г. было накоплено 8,5 млн т серы (40 % от всей хранящейся в мире серы). Ежегодный прирост серы составляет 100 тыс. т, к 2030 г. количество серы в отвалах может увеличиться до 58 млн т [2].

Поэтому переработка дешевой попутной серы в эффективные дорожно-строительные материалы экономически целесообразна и позволила бы также решить экологическую проблему во многих регионах. В настоящее время определились следующие направления применения серы при строительстве и ремонте автомобильных дорог [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]: в асфальтобетонных смесях взамен части битума; в серобетонных смесях для дорожных покрытий и изготовления штучных изделий (тротуарных плит, укрепительных плит, бордюрных камней и др.); для приготовления горячих гидроизоляционных и антикоррозионных мастик; при приготовлении горячих и холодных композиций для пропитки капиллярно-пористых материалов с целью гидрофобизации и упрочнения.

Одним из наиболее эффективных направлений применения серы в дорожном строительстве является модификация нефтяных дорожных битумов и получение на их основе сероасфальтобетонов [1, 2, 3, 4, 6, 7]. При получении серобитумных вяжущих (СБВ) в результате взаимодействия серы с непредельными углеводородами битума происходит выделение токсичных сернистых газов – сероводорода и сернистого ангидрида. Это сдерживает широкое применение серы в дорожном строительстве.

В СибАДИ изучены физико-химические и реологические свойства СБВ, на битумах разных марок и типов структуры, структурно-механические свойства сероасфальтобетонов и технологические особенности приготовления СБВ и сероасфальтобетонов. Серобитумные вяжущие получали с использованием вязких дорожных битумов, выпускаемых Омским НПЗ и Ачинским НПЗ, и серы комовой, образующейся в результате очистки нефти и нефтепродуктов на Омском НПЗ [7].

Выявлены особенности изменения физико-механических свойств битумов разных марок и типов дисперсной структуры от содержания серы в СБВ и установлены рациональные дозировки серы. Показано, что добавка серы в количестве до 20 % эквивалентна введению пластификатора. При более высоких дозировках (до 30 – 40 %) сера является структурообразующей добавкой, повышающей вязкость и теплостойкость, несколько понижающей трещиностойкость вяжущего. При этом битумы со структурой золь-гель растворяют больше серы, чем битумы со структурой, близкой золю, что объясняется более высоким содержанием в них легких и средних ароматических углеводородов и меньшим структурированием дисперсионной среды смолами. Введение серы в битум приводит к снижению вязкости СБВ и предельного напряжения сдвига при температурах выше 80 ºС. Пониженные реологические характеристики СБВ при технологических температурах позволяют понизить температуры приготовления и уплотнения асфальтобетонных смесей.

В результате определения физико-механических свойств асфальтобетонов разных типов структуры, приготовленных на минеральных материалах, используемых в дорожном строительстве Омской области, битумах и СБВ, показано, что введение в СБВ серы в количестве 15 % вызывает понижение показателей прочности и морозостойкости. Увеличение содержания серы в СБВ до 30 % приводит к повышению плотности, прочности, особенно при высоких эксплуатационных температурах, теплоустойчивости, водо- и морозостойкости асфальтобетонов по сравнению с асфальтобетоном на битуме (табл. 1).

Таблица 1

Физико-механические свойства горячего плотного асфальтобетона типа Б

Опытно-производственные работы по выпуску СБВ и сероасфальтобетонной смеси проводились на асфальтобетонном заводе «Аmman» ЗАО «Стройсервис» в 2000 г. по рецептам и технологическому регламенту, разработанным СибАДИ. Серобитумное вяжущее получали на основе битума марки БН 60/90 и серы комовой Омского НПЗ. В специальной лопастной мешалке производительностью 5 т/ч при температуре 120 – 130 °С готовилась концентрированная серобитумная композиция содержащая 50 % по массе серы, которая затем перекачивалась в рабочий битумный котел для смешения с битумом при помощи циркуляционного насоса при температуре 130 – 140 °С и получения готового СБВ.

Сероасфальтобетонные смеси готовили при щадящих температурных режимах. Температура нагрева минеральных материалов была 140 – 150 °С, СБВ 60/90 – 130 – 140 °С, готовой сероасфальтобетонной смеси при выпуске из смесителя – 130 – 140 °С. Содержание серы в СБВ изменялось от 20 до 30 мас. %.

При указанных выше температурных режимах приготовления СБВ и сероасфальтобетонной смеси концентраций сероводорода и сернистого газа в воздухе производственной зоны, превышающих предельно допустимые концентрации (не более 10 мг/м³), не наблюдалось, и обеспечивались нормальные условия работы обслуживающего персонала АБЗ.

Состав горячей пористой крупнозернистой сероасфальтобетонной смеси был следующим: щебень гранитный фракции 5 – 40 мм – 60 %; песок природный с модулем крупности М_к = 2,28 – 40 %; СБВ 60/90 – 5 % (сверх 100% минеральной части). Сероасфальтобетон по физико-механическим свойствам удовлетворял требованиям ГОСТ 9128 к пористым асфальтобетонам марки I (табл. 2).

Таблица 2

Физико-механические свойства горячих крупнозернистых

пористых асфальтобетонов производственного состава

Пористая сероасфальтобетонная смесь укладывалась в нижний слой покрытия при уширении проезжей части автомобильной дороги Омск – Тюмень. Дальность возки смеси от АБЗ составляла 25 км. Сероасфальтобетонная смесь укладывалась в покрытие асфальтоукладчиком при температуре воздуха от +5 до + 10 °С. Смеси легко обрабатывались асфальтоукладчиком, обеспечивая заданную толщину и ровность покрытия.

Температура смеси при укладке в покрытии равнялась 120 – 135 °С. Уплотнение сероасфальтобетонной смеси начинали сразу после укладки, не допуская их остывания. Температура смеси в начале уплотнения составляла 110 – 120 °С, в конце уплотнения 80 – 90 °С. Уплотнение смеси производили гладковальцовыми катками массой 7 и 10 т. Ввиду хорошей уплотняемости сероасфальтобетонных смесей количество проходов катков было снижено и составило 4 – 6 для легкого и 8 – 10 для тяжелого. На контрольных участках при уплотнении асфальтобетонной смеси на битуме число проходов катков составляло соответственно 5 – 7 и 10 – 12.

Испытания образцов-вырубок, отобранных через двое суток после строительства нижнего слоя покрытия опытного участка, показали, что коэффициент уплотнения сероасфальтобетона в покрытии составил 0,98 – 0,99, средняя плотность образцов-вырубок равнялась 2280 – 2300 кг/м³, водонасыщение 7,5 – 8,2 % по объему.

Опытные работы подтвердили возможность и эффективность применения серы в дорожном строительстве. Экономический эффект был достигнут за счет снижения стоимости СБВ по сравнению со стоимостью битума и при содержании 30 мас. % серы составил 48,87 руб. на 1 т сероасфальтобетонной смеси. Серобитумные вяжущие и смеси на их основе обладают более высокими показателями физико-механических и реологических свойств по сравнению с обычными битумами и асфальтобетонами. Использование серы целесообразно с точки зрения экономии дефицитного битума, экономии энергоресурсов за счет снижения на 10 – 20 °С температур приготовления и уплотнения материалов с серой, а также решения экологических проблем во многих регионах, связанных с утилизацией серы.

Библиографический список

1. Фомин А. Ю. Применение серы в производстве дорожно-строительных материалов / А. Ю. Фомин // Строительные материалы. – 2009. – № 11. – С. 20 – 22.

2. Каганович Е. В. К вопросу использования серы при строительстве и ремонте автомобильных дорог в Республике Казахстан / Е. В. Каганович, В. С. Курчавов // Вестник КаздорНИИ. – Алматы, 2004. – № 1. – С. 53 – 55.

3. Руденская И. М. Органические вяжущие для дорожного строительства / И. М. Руденская, А. В. Руденский. – М.: Транспорт, 1984. – 229 с.

4. Иваньски М. Асфальтобетон как композиционный материал (с нанодисперсными и полимерными компонентами): монография / М. Иваньски, Н. Б. Урьев. – М.: Техполиграфцентр, 2007. – 668 с.

5. Орловский Ю. И. Бетон и изделия на основе серосодержащих отходов: монография / Ю. И. Орловский. – М.: Стройиздат, 1993. – 120 с.

6. Алехина М. Н. Сероасфальтобетонные смеси / М.Н. Алехина [и др.] // Строительные материалы. – 2011. – № 10. – С. 12 – 13.

7. Галдина В. Д. Серобитумные вяжущие: монография / В. Д. Галдина. – Омск: СибАДИ, 2011. – 124 с.

Сведения об авторе

Галдина Вера Дмитриевна (Омск, Россия) – канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительные материалы и специальные технологии» ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: galdin_ns@sibadi.org,

тел. 8-913-142-62-50, 8(3812)65-23-88)

GaldinaVera Dmitrievna (Omsk, Russian Federation) - сandidate of technikal sciences, the associate. professor of Department «Construkcion materials and special technologies» of The Siberian automobile and highwau academy (SibADI) (644080, Omsk, Mira Avenue, 5, e-mail: galdin_ns@sibadi.org, tel. 8-913-142-62-50, 8(3812)65-23-88)

УДК 504.738:581.526.325.2:504.453(571.13)

НАПРАВЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ДОМИНИРУЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ФИТОПЛАНКТОНА СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ИРТЫШ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: