Применение промышленных отходов гранулированной серы

В практике дорожного строительства ряда стран в течение
последних лет прослеживается тенденция использования серы в
асфальтобетоне взамен части нефтяного битума.
Применение серы в качестве добавки позволяет уменьшить
расход
битума,
повысить
производительность
применяемых
асфальтосмесителей
и
уплотняющих
механизмов,
снизить
температуры нагрева битумов и приготовления асфальтобетонных
смесей, повысить водо- и морозостойкость асфальтобетона и,
следовательно, долговечность дорожных покрытий.
Наша организация совместно с ООО «Новые технологии»
ведет разработку полимерно-серной композиции из отходов
промышленности Свердловской области, которая обладает рядом
преимуществ перед обычной серой:
- Не имеет запаха;
- Имеет более удобную форму для приготовления асфальтобетонной
смеси;
- Имеет более низкую температуру хрупкости.
Разработаны два способа введения полимерносерной композиции в асфальтобетонную смесь:
- в виде серно-битумного вяжущего (СБВ), полученного
предварительным
введением
полимерно-серной
композиции в битум;
- непосредственно в асфальтобетонную смесь в процессе
перемешивания всех ее компонентов в смесителе.
Первый способ проще, легче осуществим в
производственных условиях при современном серийном
оборудовании АБЗ.
Второй
способ
требует
дополнительного
оборудования асфальтосмесительных установок линией
подачи и дозирования полимерно-серной композиции в
мешалку, однако он более эффективен.
Добавку полимерно-серной композиции вводят в асфальтобетонную
смесь двумя способами - либо в битум, либо непосредственно в смесь.
Для введения в битум можно использовать гранулированную или
жидкую
полимерно-серную
композицию.
Технологический
процесс
приготовления смесей при введении полимерно-серной композиции в битум
включает приготовление СБВ и подачу его в смеситель через дозатор битума
(см. рисунок).
Полимерно-серную композицию смешивают с
битумом в рабочем котле мешалкой пропеллерного или
шнекового типа при температуре не выше 130 - 140 °С.
Продолжительность перемешивания при введении
жидкой полимерно-серной композиции в битумный котел
- 10 мин, при введении гранулированной полимерносерной композиции - 20 мин.
Готовое СБВ допускается выдерживать в битумном
котле не более одной рабочей смены.
СБВ можно приготовить также путем введения
дозировочным насосом расплавленной и нагретой до
130°С полимерно-серной композиции в трубопровод, по
которому битум подается в дозатор смесителя. В
трубопроводе
полимерно-серной
композиции
перемешивается с битумом и в дозатор уже поступает
готовое СБВ.
При введении полимерно-серной композиции непосредственно в
смесь в качестве самостоятельного компонента можно использовать
молотую или жидкую полимерно-серную композицию.
Молотую полимерно-серную композицию в холодном состоянии
подают элеватором в отдельный отсек бункера по типу минерального
порошка.
При
использовании
жидкой
серы
смеситель
дополнительным дозатором, аналогичным битумному.
оборудуют
Технологический процесс приготовления асфальтобетонных
смесей с добавкой полимерно-серной композиции включает: дозирование
минеральных материалов и битума, подачу, перемешивание этих
компонентов до полного обволакивания минеральных зерен битумом,
введение полимерно-серной композиции в смесь и окончательное
перемешивание смеси.
Ввиду того, что полимерно-серную композицию вводят в смеситель
после предварительного перемешивания битума с минеральными
материалами, время приготовления смеси увеличивается на 30 - 45 с.
При уплотнении смеси число проходов всех видов катков при содержании
полимерно-серной композиции больше 2 % - на 25-30 % по сравнению с
асфальтобетонными смесями на нефтяных битумах без добавки.
Наименование
показателя
Глубина проникания
иглы, 0,1мм,
при температуре:
25°С
Фактические
показатели
Норма для
вяжущего
ГОСТ Р
22245-90
Наименование
показателя
Глубина проникания
иглы, 0,1мм,
при температуре:
25°С
Фактические
показатели
Норма для
вяжущего
ГОСТ Р
22245-90
111
90-130
44
Не менее
28
69
Не менее
65
101
90-130
42
Не менее
28
Растяжимость, см, при
температуре:
25°С
86
Не менее
65
0° С
4,7
Не менее
4,0
0° С
4,9
Не менее
4,0
45
Не менее
43
Температура
размягчения по кольцу
и шару,°С,
45
Не менее
43
-27
Не выше
-17
-33
Не выше
-17
0° С
Температура
размягчения по кольцу
и шару,°С,
Температура хрупкости
по Фраасу, ° С
0° С
Растяжимость, см,
при температуре:
25°С
Температура хрупкости
по Фраасу, ° С
При исследовании асфальтобетонных смесей на полимерно-серной
композиции использовался роллерный компактор, который позволяет
имитировать процесс уплотнения катками на дороге. Тем самым мы могли
прогнозировать как будет себя вести асфальтобетон в реальных условиях и на
сколько меньше нужно будет проходов для уплотнения катками.
Для проведения
испытаний на
использовалась установка WHEEL TRACKER
пластические
деформации
Наименование показателя
Средняя плотность, кг/м3
Водонасыщение, % по объему
Предел прочности при сжатии,
МПа:
при температуре 50° С
при температуре 20° С
Предел прочности при сжатии
после длительного
водонасыщения, МПа
Водостойкость при длительном
водонасыщении
Сдвигоустойчивость, МПа:
- коэффициент внутреннего
трения
- сцепление при сдвиге при
температуре 50° С
Сцепление битума с
минеральной частью
Трещиностойкость - предел
прочности на растяжение при
расколе при температуре 0° С,
МПа
Стойкость к колееобразованию
прокатыванием нагруженного
колеса (10 000 циклов), %
Результаты
испытаний
Технические
требования
согласно
ГОСТ31015-2002,
ПНСТ
2640
Не нормируется
1,8
От 1,0 до 4,0
1,4
Не менее 0,65
3,4
Не менее 2,2
3,0
Не нормируется
0,88
Не менее 0,85
0,95
Не менее 0,93
0,26
Не менее 0,18
выдерживает
2,9
3,4
Должно выдерживать
Не менее 2,5
Не более 6,0
Не более 5,0
Результаты
испытаний
Технические
требования
согласно
ГОСТ31015-2002,
ПНСТ
2690
Не нормируется
Водонасыщение, % по объему
2,6
От 1,0 до 4,0
Предел прочности при сжатии,
МПа:
при температуре 50° С
2,4
Не менее 0,65
4,4
Не менее 2,2
3,9
Не нормируется
0,89
Не менее 0,85
0,95
Не менее 0,93
0,56
Не менее 0,18
Наименование показателя
Средняя плотность, кг/м3
при температуре 20° С
Предел прочности при сжатии
после длительного
водонасыщения, МПа
Водостойкость при длительном
водонасыщении
Сдвигоустойчивость, МПа:
- коэффициент внутреннего
трения
- сцепление при сдвиге при
температуре 50° С
Сцепление битума с
минеральной частью
Трещиностойкость - предел
прочности на растяжение при
расколе при температуре 0° С,
МПа
Стойкость к колееобразованию
прокатыванием нагруженного
колеса (10 000 циклов), %
выдерживает
Должно выдерживать
Не менее 2,5
3,0
Не более 6,0
2,6
Не более 5,0
Технико-экономическая эффективность использования
асфальтобетона с добавками серы
Применение
асфальтобетона,
модифицированного
полимерно-серной композицией, по сравнению с
традиционным асфальтобетоном позволяет:
- сэкономить до 30 % битума;
- повысить производительность асфальтосмесителей на 10
% за счет уменьшения времени перемешивания в случае
применения СБВ;
- увеличить производительность уплотняющих механизмов
на 30 % за счет уменьшения числа проходов катков;
- снизить температуры нагрева вяжущего и минеральных
компонентов асфальтобетонных смесей на 20-30 °С;
- снизить расход условного топлива на 0,672-1 т на 1 км;
увеличить срок службы покрытия.