CC BY
218
АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 625.855.31/32
Н.А. Горнаев, В.Е. Никишин, А.В. Кочетков ХОЛОДНЫЙ РЕГЕНЕРИРОВАННЫЙ АСФАЛЬТ
Технология холодной регенерации асфальтового бетона с дисперсным битумом является эффективным направлением дальнейшего развития технологии асфальта с дисперсным битумом по способу СГТУ. Процессы структурообразования в регенерированном асфальте имеют свои особенности. Дорожно-технические свойства позволяют
рекомендовать его для строительства покрытий.
N.A. Gornajev, V.E. Nickishin, A.V. Kochetkov ASFALT’S COLD REGENERATION
The technology of cold regeneration of new concrete asphalt with dispersed bitumen is the effective direction of further development of asphalt with dispersed bitumen technology by SSTU method. The processes of structure formation within regenerated asphalt have some peculiarities. The road-technical properties permit to recommend this method for the pavement base construction.
Утилизация старого асфальта методом его регенерации и применения в дорожном строительстве приобретает всё большее значение. Доказана её технико-экономическая эффективность и в некоторых странах она достигает десятков миллионов тонн в год.
В настоящее время наиболее широко применяется регенерация горячим способом, позволяющая получать асфальт высокого качества, но обладающая рядом существенных недостатков: повышенный расход энергии, загрязнение окружающей среды,
необходимость применения специального оборудования и др. Альтернативная холодная регенерация, основанная, в частности, на применении битумных эмульсий, представляется более предпочтительной. Однако современная практика производства битумных эмульсий с использованием дорогостоящих поверхностно-активных эмульгаторов и оборудования эмульсионных баз, нередко зарубежного производства, делают этот, казалось бы, прогрессивный способ регенерации достаточно дорогим.
Технология регенерации асфальта с дисперсным битумом является дальнейшим развитием предложенной в СГТУ технологии асфальта с дисперсным битумом [1]. Под патронажем Минавтодора РСФСР она прошла производственную проверку и была одобрена специальной комиссией и научно-техническим советом Министерства. Были разработаны соответствующие Рекомендации [2].
На рисунке представлена технология регенерации асфальта с дисперсным битумом. Холодные измельчённый старый асфальт (фрезерованный, дробленый), песок и минеральный порошок в определённых соотношениях увлажняются и перемешиваются. В полученную смесь вводится вязкий битум с рабочей температурой 140-150°С. В процессе перемешивания в объёме смеси образуется прямая медленнораспадающаяся битумная эмульсия на твёрдом эмульгаторе, роль которого могут выполнять обычно применяемые в асфальтах минеральные порошки. Таким образом, получаются холодные регенерированные асфальтовые смеси на битумных эмульсиях, целесообразность производства и применения которых известна.
Технология холодной регенерации асфальта с дисперсным битумом способствует решению острых социальных проблем. Является энергосберегающей, так как отпадает необходимость в высушивании и нагреве старого асфальта, песка и минерального порошка; экологически безопасной, практически исключающей выброс в атмосферу минеральной пыли, различных окислов, канцерогенных углеводородов; трудосберегающей, поскольку из технологической линии исключаются сушильный барабан, форсунка, топочное хозяйство, пылеуловительная установка, грохот; материалосберегающей за счёт снижения металлоёмкости АБЗ и др.
Технологическая схема производства регенерированной асфальтовой смеси
Главным преимуществом рассматриваемой технологии перед регенерацией с использованием эмульсий является отсутствие необходимости их заблаговременного приготовления по химической технологии, на специальных базах (заводах), с применением дефицитных эмульгаторов. Технологические трудности производства и применения битумных эмульсий на более доступных твёрдых эмульгаторах (битумные пасты) делают их использование для регенерации асфальта нерентабельным.
В отличие от горячей регенерации, когда процессы структурообразования в основном заканчиваются на стадии смешения составляющих, формирование структуры асфальта с дисперсным битумом значительно сложнее, начинается на стадии смешения и заканчивается в покрытии в процессе его эксплуатации. При этом асфальтовая смесь проходит ряд состояний, сопровождающихся обменом с окружающей средой энергией (горячий битум, механическое смешение, солнечная энергия) и веществом (испарение воды). Она представляет собой гетерогенную необратимую систему открытого типа, протекающие в ней процессы происходят в направлении уменьшения суммарной избыточной энергии, достижения устойчивого равновесия. При этом имеют место такие физико-химические процессы как смачивание водой, битумом, эмульгирование битума и стабилизация эмульсии, распад эмульсии, обращение фаз и др.
Скорость протекания этих процессов обусловливается интенсивностью происходящего тепломассообмена смеси, определяемой её составом, температурами исходных материалов, погодными условиями (солнце, ветер, температура воздуха и др.). Пределом формирования структуры является образование практически бинарной системы
битум-минеральные составляющие. Фактором интенсивности являются удельные избыточные поверхностные энергии составляющих материалов, фактором ёмкости -степень дисперсности.
Решающее значение для технологии регенерации асфальта с дисперсным битумом имеет диспергирование битума, образование в объёме асфальтовой смеси битумной эмульсии на твёрдом эмульгаторе (БЭТЭ). Старый асфальт, являясь гидрофобной составляющей, способен образовывать только обратную битумную эмульсию. Гидрофильные минеральный порошок и песок (частично) образуют только прямую эмульсию. Следовательно, в смеси присутствуют эмульгаторы-антагонисты, способные, в лучшем случае, образовывать множественную эмульсию. Однако асфальтовая смесь может быть технологичной только тогда, когда в её объёме образуется прямая эмульсия, что и определяет минимально допустимое содержание в смеси песка и минерального порошка. Исследованиями установлено, что содержание фрезерованного старого асфальта в смеси может достигать 70%, содержание песка должно быть не менее 20-30%, минерального порошка, в пересчёте на частицы, менее 0,071 мм, не менее 7%. В связи с этим представляется абсурдным заявление автора патента [3], утверждающего, что получает достаточную степень дисперсности вязкого битума при содержании 96% фрезерованного асфальта и 4% известнякового минерального порошка (то есть до 3% частиц менее 0,071 мм) с помощью неприспособленного для этих целей фрезы-смесителя-стабилизера (рисайклера).
В регенерированном асфальте с дисперсным битумом рекомендуется применять вязкие битумы с вязкостью более 100 дмм в количестве 3,5-4,0%. Содержание воды любой степени жёсткости в пределах 5-7%. Требования к свойствам песка и минерального порошка как для горячего асфальтобетона. Асфальтовые смеси могут приготавливаться с минеральной частью, соответствующей высокоплотным, плотным, пористым и высокопористым смесям с максимальными размерами зёрен 10, 15, 20 и 40 мм. В случае необходимости в смеси дополнительно вводятся щебень и песок.
В таблице приведены требования к свойствам регенерированного асфальта с дисперсным битумом.
Требования к свойствам регенерированного асфальта с дисперсным битумом
Значение для
Наименование показателя регенерированного асфальта горячих асфальтобетонов по ГОСТ 9128-97
с дисперсным битумом плотных II марки для III ДКЗ пористых I марки
Водонасыщение, % по объему, не более, для типов:
А 2,0-5,0
Б, В 9,0 1,5-4,0 5,0-10,0
Набухание, % по объему, не более 0,5 - -
Предел прочности при сжатии, МПа:
а) при температуре 20°С
для всех типов, не менее 2,2 2,2 -
б) при температуре 50°С,
не менее, для типов:
А 0,9 0,9
Б 1,0 1,0 0,7
В 1,2 1,2
Водостойкость, не менее 0,90 0,85 0,7
Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее 0,75 0,75 0,6
По основным показателям он отвечает требованиям ко II марке горячего плотного асфальтобетона для III дорожно-климатической зоны. Повышенное водонасыщение
обусловлено особенностями его уплотнения в присутствии воды. Однако, благодаря присутствию гидрофобной составляющей - старого асфальта, водостойкость его достаточно высокая.
Свойства асфальта, такие как теплоустойчивость, трещиностойкость,
водостойкость можно регулировать введением различных добавок. При замене 3-4% минерального порошка дорожным портландцементом в смеси формируются кристаллизационные связи, значительно повышается сдвигоустойчивость асфальта. Положительный эффект получен при использовании составленных вяжущих из нефтяного битума, сланцевой смолы и каменноугольного дёгтя предложенным способом [4]. Одновременное раздельное введение в смесь нефтяного битума, сланцевой смолы или дёгтя позволяет получить в объёме асфальтовой смеси смешанную эмульсию из двух вяжущих, стабилизированных твёрдым эмульгатором. Обеспечивая в окончательно сформированном асфальте необходимые дорожно-технические свойства, такой способ исключает необходимость получения составленных вяжущих горячим способом, сопровождающимся выбросом в атмосферу содержащихся в большом количестве в смоле и дёгте высокотоксичных веществ.
Регенерированные асфальтовые смеси с дисперсным битумом на стадии экспериментального освоения можно приготавливать на современных АБЗ. Предпочтительнее смесители принудительного перемешивания. Старый асфальт и песок из агрегата предварительного дозирования системой транспортёров должен подаваться, минуя сушильный барабан, непосредственно на горячий элеватор или грохот. Для широкого производственного применения технологии необходимо создать упрощённую технологическую линию, исключающую сушильный барабан, грохот, бункеры по фракциям [5]. Смеситель должен быть дооборудован системой хранения воды, её дозирования, подачи в мешалку и распределения.
Готовая асфальтовая смесь транспортируется, укладывается в покрытие и уплотняется обычными серийно выпускаемыми машинами. Технология уплотнения имеет ряд особенностей и требует повышенного внимания. Уплотнение должно осуществляться по мере испарения из смеси воды и поэтому растянуто во времени. Заполняя все поры и являясь практически несжимаемой, свободная вода препятствует сближению частиц смеси, уплотнению. Смесь обладает повышенной подвижностью. На этой стадии уплотнение следует производить 2-3 проходами лёгкого катка. Дальнейшее уплотнение следует осуществлять сначала средними, а затем тяжёлыми катками по 4-6 проходов по одному следу. При благоприятных погодных условиях (ясная погода, высокая температура воздуха, ветер, низкая относительная влажность воздуха) движение открывается в конце дня с проектной скоростью.
Имеется положительный опыт применения холодных регенерированных смесей для ямочного ремонта на проезжей части городских дорог и тротуаров. Отремонтированные участки находятся в удовлетворительном состоянии 6-9 лет эксплуатации.
Регенерированный асфальт с дисперсным битумом рекомендуется применять для устройства покрытий на дорогах П-ГУ технической категории в Ш-У дорожноклиматических зонах.
Народно-хозяйственный эффект новой технологии складывается из техникоэкономического, социального и экологического эффектов и составляет 52,7% по сравнению с горячим регенерированным асфальтобетоном.
ЛИТЕРАТУРА
1. Горнаев Н.А. Технология приготовления асфальтобетонной смеси с дисперсным битумом / Н.А. Горнаев // Наука и техника в дорожной отрасли. 2004. № 2. С. 20-21.
2. Рекомендации по технологии производства и применения холодных асфальтобетонных смесей с диспергированным битумом / Министерство автомобильных дорог РСФСР. М.: Главдортех, 1987. 16 с.
3. Патент 2232841 РФ, МПК7 Е 01С 7/18. Способ холодной регенерации слоёв дорожной одежды / Г.С. Бахрах; ГП «Росдорнии». № 2003102411/03; Опубл. 20.07.2004, Бюл. № 20.
4. Горнаев Н.А. Регенерированный асфальтобетон с составленными дисперсными вяжущими / Н.А. Горнаев, В.Е. Никишин // Актуальные проблемы транспорта России: тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. Саратов: СГТУ, 1999. Вып. 3. С. 107-109.
5. Горнаев Н.А. Технология холодной регенерации асфальтобетона / Н.А. Горнаев, В.Е. Никишин // Наука и техника в дорожной отрасли. 2005. № 3. С. 43-44.
Горнаев Николай Алексеевич -
кандидат технических наук,
профессор кафедры «Строительство дорог и организация движения»
Саратовского государственного технического университета
Никишин Вадим Евгеньевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительство дорог и организация движения»
Саратовского государственного технического университета
Кочетков Андрей Викторович -
доктор технических наук, профессор кафедры «Мосты и транспортные сооружения» Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 03.11.06, принята к опубликованию 05.12.06
