CC BY
80
УДК 691.327:666.964.3
ЛИГНИНСОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРЫ В АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЯХ
19 л ^ с
© В.П. Киселёв1, Л.А. Иванова2, В.А. Шевченко3, М.Б. Бугаенко4, Н.В. Кеменев5
Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.
В работе показана целесообразность полной или частичной замены минерального порошка в составе асфальтобетонных смесей на лигнинсодержащие природные материалы: гидролизный лигнин из отвалов, торф с высоким содержанием смолистых битуминозных веществ, мелкие фракции скорлупы маньчжурских орехов. В процессе приготовления асфальтобетонных смесей органические заменители минерального порошка активны по отношению к битуму.
Ил.2. Табл. 7. Библиогр.9 назв.
Ключевые слова: асфальтобетон; минеральный порошок; лигнин; торф; скорлупа маньчжурских орехов.
LIGNIN CONTAINING POLYMERS IN ASPHALT CONCRETE MIXTURES V.P. Kiselyov, L.A. Ivanova, V.A. Shevchenko, M.B. Bugaenko, N.V. Kemenev
Siberian Federal University,
79 Svobodny Ave., Krasnoyarsk, 660041, Russia.
The article demonstrates the practicability of full or partial replacement of the mineral filler as a part of asphalt concrete mixtures for lignin-containing natural materials: hydrolytic lignin from waste dumps, peat with a high content of resinous bituminous substances, fine particles of Manchurian nut shells. Organic substitutes of mineral filler are bitumen active
1Киселёв Владимир Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры химии, тел.: (3912) 2527820, e-mail: Wkiselev001 @yndex.ru
Kiselyov Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Chemistry, tel.: (3912) 2527820, e-mail: Wkiselev001 @yndex.ru
2Иванова Людмила Алексеевна, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог, тел.: 89138352699, email: [email protected]
Ivanova Lyudmila, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Roads, tel.: 89138352699, e-mail: [email protected]
3Шевченко Валентина Аркадьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов и технологии строительства, тел.: 89135292928, e-mail: [email protected]
Shevchenko Valentina, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Building Materials and Construction Methods, tel.: 89135292928, e-mail: [email protected]
4Бугаенко Максим Борисович, инженер кафедры химии, тел.: (3912) 2527820, 89036260779, e -mail: [email protected] Bugaenko Maxim, Engineer of the Department of Chemistry, tel.: (3912) 2527820, 89036260779, e-mail: [email protected] 5Кеменев Николай Викторович, аспирант, тел.: 89082046965, e-mail: [email protected] Kemenev Nikolai, Postgraduate, tel.: 89082046965, e-mail: [email protected]
ВЕСТНИК ИрГТУ №7 (78) 2013
61
under the preparation of asphalt concrete mixtures. 2 figures. 7 tables. 9 sources.
Key words: asphalt concrete; mineral filler; lignin; peat; shells of Manchurian nuts.
Постановка вопроса. В современных условиях экономия и рациональное использование материальных ресурсов являются непременными условиями развития общественного производства. Хорошими возможностями по переработке и эффективному использованию некоторых видов промышленных отходов обладает дорожно-строительный комплекс [2, 7].
Одной из задач дорожной отрасли является расширение номенклатуры дорожно-строительных материалов, создание новых, более дешёвых материалов с улучшенными свойствами. В работах И.А. Рыбьева, И.В. Королёва, Л.Н. Гезенцвея, А.И. Лысихиной, Б.Л. Ладыгина, Н.В. Горелышева, Г.К. Сюньи, Т.Ю., И.М. Руденской и других учёных показано, что прочность асфальтобетона определяется структурно-механическими свойствами асфальтовяжущего: битума и минерального порошка.
Известно, что минеральный порошок является наиболее дорогим компонентом асфальтового бетона, стоимость которого составляет до 30% общей стоимости всех составляющих материалов [7]. В связи с большими объемами дорожного строительства традиционные известняковые минеральные порошки являются дефицитными материалами. Их используют при производстве асфальтобетонных смесей для покрытий дорог I и II категории. Для производства ремонтных асфальтобетонных смесей практикуют назначение минеральной части для асфальтобетонных смесей без минерального порошка, или заменяя его какими-либо отходами дробления каменных материалов различных карьеров.
Проблема улучшения эксплуатационных свойств асфальтобетона неразрывно связана с повышением качества минерального порошка, активации его поверхности при механических воздействиях или путем химической обработки. Минеральный порошок должен не только переводить расплавленный битум из объёмного в плёночное состояние при образовании асфальтобетонной смеси, тем самым способствуя более полному обволакиванию минеральных компонентов вяжущим, но и повышать адгезионное взаимодействие на границе раздела фаз. Это означает, что минеральный порошок или его заменители из побочных продуктов химической и других отраслей промышленности должны обладать определёнными активными химическими группами, которые могут взаимодействовать с битумом. Придать порошку химическую активность можно путём пропитки его веществами, содержащими активные функциональные группы.
Развитие исследований по использованию в качестве порошка-наполнителя органических природных полимеров связано с тем, что они могут применяться в качестве субстрата-носителя при введении в битум малых количеств (0,1-1,0%) высокоэффективных добавок, например, антиоксидантов [4, 5]. Традиционные известняковые порошки-наполнители для асфальтобетона, как отмечено, являются дорогими и дефицит-
ными и не способны играть роль субстратов-носителей для различных добавок. Обусловлено это с тем, что все высокоэффективные добавки являются по химическому составу органическими материалами и в качестве полимерных носителей целесообразно (по принципу «подобное взаимодействует с подобным») использование также органических материалов, обладающих развитой пористой структурой. Наиболее пригодными для этой цели являются высокопористые порошки: технический гидролизный лигнин (ГЛ), торф (Т), мелкие фракции скорлупы маньчжурских орехов (СМО). Известно модифицирование битума сернокислотным ГЛ [3], СМО [6].
В настоящее время предложено использовать твёрдую скорлупу орехов для производства активированного угля высокого качества. Для производства карбонизата (угля-сырца) пиролизуют, как правило, фракции скорлупы размером 1,5-2,5 мм и 2,5-5,0 мм. Суммарная доля этих фракций составляет не более 38-40%. Более мелкие фракции (размером 0,1-1,5 мм) для получения угля-сырца не используют. Для использования в качестве наполнителей в дорожные материалы при дальнейшем измельчении это наиболее подходящая по размерам часть СМО. СМО, благодаря наличию в ней активных функциональных групп, является перспективным модификатором органических вяжущих, а также порошком наполнителем для асфальтобетонных смесей, особенно для ремонтных асфальтобетонных смесей. В связи с большими запасами верхового пушицево-сфагнового торфа он представляет интерес как сырьё для ряда отраслей, в том числе и дорожно-строительной отрасли.
Только с помощью таких высокомолекулярных субстратов возможно дозирование, перемешивание и равномерное распределение по всему объёму битума антиоксидантов, адгезивов и термостабилизаторов битума. Поскольку для дорожного строительства могут применяться разные лигнинсодержащие материалы, на первом этапе представляет интерес исследование возможности применения указанных добавок как порошков наполнителей, а также субстратов-носителей высокоэффективных добавок в асфальтобетонных смесях.
Целью работы является изучение возможности применения в качестве активного наполнителя, способного к химическому взаимодействию с битумом, природных полимеров: ГЛ, Т, СМО.
Методика и объекты исследования. Для изучения возможности применения в составах асфальтобетонных смесей взамен минерального порошка использовали ГЛ, Т, СМО. ГЛ из отвалов - отход сернокислотной обработки растительного сырья. Технология сернокислотного гидролиза древесной массы была реализована на подавляющем большинстве гидролизных и биохимических заводов Российской Федерации. Несмотря на то, что большинство заводов по производству этилового спирта, кормовых дрожжей,
фурфурола и других продуктов методом гидролиза органической биомассы в настоящее время в России не работают и демонтируются, во многих регионах страны остались огромные запасы ГЛ в отвалах. Эти отвалы доставляют массу проблем и на поддержание их в безопасном состоянии тратятся значительные средства. В перспективе проблема с отходами про-гидролизованной биомассы вновь станет актуальной, поскольку в мире и в РФ ставится задача производства биотоплива в промышленном масштабе [1]. В работе использован ГЛ из отвалов Канского гидролизного завода следующего состава (% масс.):
С - 65,2; Н - 5,9; О - 27,9; - ОСН3 - 13,5;
- СООН - 0,6; = СОо6щ - 2,6; -ОНфен- 1,06;
-ОНо6щ - 10,7
Содержание в ГЛ трудногидролизуемых полисахаридов - 21,3%, неотмытых РВ - 3,88% , следы Н^О4 (< 0,05% ), золы - 16,7%. Характеристики лиг-нинов определяли общепринятыми в гидролизной промышленности методами.
Анализ химического состава СМО показал, что основными компонентами СМО являются: лигнин (остаток, негидролизуемый в 72%-ой серной кислоте) в количестве 54,3% и целлюлоза -35,4%. Установлено, что лигнин СМО на 23,5% состоит из низкомолекулярных фрагментов ароматического характера, способных растворяться в 0,1н растворе NaOH и на 76,5% из более высокомолекулярных полимерных образований ароматического характера.
Верховой пушицево-сфагновый торф характеризовался степенью разложения 30-32%, в нём наиболее высокое из всех видов торфа содержание битумов (10-12% масс.), 7,8 % лигнина, 6,7% целлюлозы,
26,8% гуминовых кислот, а также наиболее низкое содержание водорастворимых и легкогидролизуемых веществ.
После отделения от частиц непроваренной древесины (в случае ГЛ) или от минеральных примесей (в случае Т и СМО) измельчения, используемые материалы обрабатывали жидкой композицией из адгезионной добавки Wetfix BE (Akro Nobel (Швеция) в надсмольной воде пиролиза древесного сырья из расчёта последующего содержания Wetfix BE в битуме не менее 0,5-0,6% масс. и высушивали. Обработанные лигнинсодержащие полимеры вводили в асфальтобетонную смесь вместе с разогретым до 150-160оС битумом. При этом, как показывают проведённые ИК-спектроскопические исследования, не только адгезионная добавка, но и часть полимеров взаимодействуют с битумом. С использованием известнякового минерального порошка, а также лигнинсодержащих добавок (ГЛ, Т, СМО) были приготовлены образцы мелкозернистых асфальтобетонных смесей типа Б, 2-й марки для II дорожно-климатической зоны по ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия». Образцы асфальтобетонных смесей испытаны по методикам ГОСТ 12801-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные и аэродромные, дегтебетонные дорожные, асфальтобетон и дегтебетон. Методы испытаний».
Результаты и их обсуждение. Характеристика используемых в работе лигнинсодержащих материалов как порошков-наполнителей - отходов промышленности для дорожного строительства - приведена в табл. 1. Составы приготовленных на их основе смесей с использованием материалов кислых пород (гранитные) приведены в табл. 2-4. Результаты испытаний образцов приведены в табл. 5-7.
Таблица 1
Характеристика высушенных материалов-заменителей минерального порошка в асфальтобетонных
смесях
Данные по видам материала
Показатель качества Гидролизный лигнин Пушицево-сфагновый торф Скорлупа маньчжурских орехов Известняковый порошок
Зерновой состав, % < 1,250 мм 100 100 100 100
по массе не менее: < 0,315 мм 60 85 75 90
< 0,071 мм 35 35 28-30 70
Пористость, % по объему, не более 45 40 45 5
Набухание образцов из смеси порошка с битумом, % по объему, не более 2,5 2,5 2,5 2,5
Коэффициент водостойкости образцов из смеси порошка с битумом, не менее 0,70 0,65 0,70 0,60-0,80
Показатель битумоёмкости, не более г/100г 68 66 64 100
Содержание водорастворимых соединений, % по массе не более 6 6-8 6 6
Влажность, % по массе 8 8-12 8 2
Содержание свободной окиси 0 0 0 0
кальция СаО, %
Таблица 2
Составы мелкозернистого асфальтобетона типа Б2-й марки для II дорожно-климатической зоны
Номер образца Состав, масс. % Битум БНД 90/130, масс. % (сверх 100)
Гранитный щебень 20-10 мм Гранитный щебень 10-5 мм Песок Гидролизный лигнин Минеральный-порошок*
1 42 45 9,0 4,0 - 6,5
2 42 45 6,5 6,5 - 6,5
3** 42 45 9,0 4,0 - 6,5
4 42 45 9,0 - 4,0 6,5
5** 42 45 6,5 6,5 - 6,5
6 42 45 6,5 - 6,5 6,5
у** 42 45 3,0 10,0 - 6,5
8 42 45 3,0 - 10,0 6,5
9** 42 45 1,0 12,0 - 6,5
10 42 45 1,0 - 12,0 6,5
*В качестве минерального порошка использован известняковый порошок.
**Гидролизный лигнин (образцы 3, 5, 7, 9) обработан жидкой композицией из адгезионной добавки Wetfix BE в надсмольной воде пиролиза древесного сырья
Таблица 3
Составы мелкозернистого асфальтобетона типа Б 2-й марки для II дорожно-климатической зоны
Номер образца Состав, масс. % Битум БНД90/130, % масс. (сверх 100)
Гранитный щебень, 20-10 мм Гранитный щебень, 10-5 мм Песок Пушицево-сфагновый торф Минеральный* порошок
** 42 45 9,0 4,0 - 6,5
2 42 45 9,0 - 4,0 6,5
3** 42 45 6,5 6,5 - 6,5
4 42 45 6,5 - 6,5 6,5
5** 42 45 3,0 10,0 - 6,5
6 42 45 3,0 - 10,0 6,5
* В качестве минерального порошка использован известняковый порошок.
**Образцы торфа № 1, 3, 5 обработаны жидкой композицией из адгезионной добавки Wetfix BE в надсмольной воде пиролиза древесного сырья.
Таблица4
Составы мелкозернистого асфальтобетона типа Б 2-й марки для II, III дорожно-климатической зоны
Номер образца Состав, масс. % Битум БНД90/130,% масс. (сверх 100)
Гранитный щебень 20-10 мм Гранитный щебень 10-5 мм Песок Скорлупа маньчжур-ских орехов Минеральный порошок
** 42 45 9,0 4,0 - 6,5
2 42 45 9,0 - 4,0 6,5
3** 42 45 6,5 6,5 - 6,5
4 42 45 6,5 - 6,5 6,5
5** 42 45 3,0 10,0 - 6,5
6 42 45 3,0 - 10,0 6,5
* В качестве минерального порошка использован известняковый порошок.
**Образцы скорлупы маньчжурских орехов № 1, 3, 5 обработаны жидкой композицией из адгезионной добавки Wetfix BE в надсмольной воде пиролиза древесного сырья.
*Номер образца и характеристика состава смеси по табл. 2. Образцы испытаны в соответствии с ГОСТ 12801 -98.
Таблица 5
Результаты физико-механических испытаний образцов асфальтобетонных смесей, приготовленных с использованием известнякового порошка и гидролизного лигнина взамен минерального порошка
Номер образца* Средняя плотность, кг/м3 Набухание, % по объему Водонасы-щение, % по объему Прочность на сжатие Р в Мпа, при температуре Коэффициенты водостойкости
0°С, Р 20°С, Р20 50°С, Р50 Кв Кв. дл.
1 2,26 0,53 3,08 8,7 4,1 1,9 0,96 0,87
2 2,25 0,89 3,56 8,9 4,3 2,3 0,97 0,89
3 2,27 0,52 3,00 8,4 4,5 2,6 1,12 0,88
4 2,41 0,26 3,26 9,8 4,0 1,8 0,95 0,86
5 2,25 0,88 4,02 9,1 4,7 2,6 0,99 0,85
6 2,40 0,18 2,86 9,9 4,4 2,2 0,96 0,87
7 2,26 0,88 5,37 8,8 4,4 2,5 0,87 0,67
8 2,41 0,28 3,28 9,3 4,3 2,3 0,88 0,79
9 2,18 1,12 6,46 7,9 3,9 2,2 0,79 0,36
10 2,42 0,25 3,00 7,5 3,6 1,8 0.86 0,62
Проведённые опыты показали, что адгезионная добавка Wetfix ВЕ добавленная в надсмольную воду пиролиза древесного сырья практически полностью в ней растворяется (соотношение 1:20). После высушивания без затруднений объединяется с ГЛ, Т, СМО в шнековой лабораторной мешалке серии SWJB, что способствует в дальнейшем равномерному распределению адгезионной добавки и активной части надсмольной воды по всему объёму битума при приготовлении асфальтобетонной смеси. Как показывают данные табл. 5 образцы асфальтобетонных смесей, полученные с использованием исходного ГЛ (образцы № 1, 2) соответствуют ГОСТ 9128-97 и незначительно превышают по свойствам образцы асфальтобетонной смеси, приготовленной с использованием известнякового порошка-наполнителя (образцы № 4, 6). Испытания образцов асфальтобетонных смесей с добавками, обработанных жидкой композицией из адгезионной добавки Wetfix ВЕ в надсмольной воде пиролиза древесного сырья ГЛ (табл. 5), Т, СМО (табл. 6, 7) показали, что модифицированные лигнинсодержащие полимеры добавленные в количестве 4,0-6,5% масс. более эффективны. По сравнению с асфальтобетонными смесями на необработанном ГЛ или на известняковом порошке увеличиваются прочность на сжатие образцов при 20 и 50 С, коэффициенты кратковременной (1 сут) и длительной (14 сут) водостойкости. При увеличении содержания, как известнякового минерального порошка, так и органических полимеров до 10,0%, особенно 12,0%, происходит снижение прочностных показателей асфальтобетонных образцов и резкое снижение их коэффициентов водостойкости (образцы 7-10 табл. 5; образцы 5, 6 табл. 6, 7). При этом в случае добавок органического происхождения при увеличении их содержания более 6,5% наблюдается более интенсивное снижение физико-механических показателей образцов асфальтобетонных смесей. Это можно объяснить, по-видимому, следующим. Часть лигнинсодержащих добавок взаимо-
действует с битумом при добавлении вместе с разогретым битумом в песчано-минеральную смесь.
Поскольку в битуме в сложных структурных единицах (ССЕ) смол и асфальтенов присутствуют гид-роксильные и карбоксильные группы, то при приготовлении асфальтобетонной смеси в присутствии значительного количества (10-12% масс) лигнинсодержащих полимеров, по-видимому, в большей мере происходят конденсационные процессы с последующей структуризацией вяжущего подобно тем, какие происходят при образовании простых и сложных эфиров. Другая, большая часть, добавок выполняет функции порошка наполнителя, способствуя смачиванию битумом песка и крупного заполнителя. Поскольку насыпная плотность органических полимеров: ГЛ, Т, СМО в 2,5-2,6 раза выше насыпной плотности известнякового порошка (0,8-1,2 т/м3) эффективность их действия по переводу расплавленного битума из объёмного в плёночное состояние выше и при прочих равных условиях их требуется меньшее количество. При высоком содержании (10,0-12,0%) влажность лигнинсодержа-щих порошков, их большая насыпная плотность приводит при формовании к образованию более рыхлой структуры асфальтобетонных образцов, что сказывается на их прочности и водостойкости.
Таким образом, что для достижения более высоких прочностных показателей, коэффициентов водостойкости асфальтобетона органического порошка -наполнителя необходимо вводить в меньших количествах (4,0-6,5% масс).
Были приготовлены также образцы асфальтобетонной смеси, содержащие карбонатного (материал основной породы) щебня размером 20-10 мм - 45% масс., размером 10-5 мм - 35% масс., песка и порошка наполнителя - 20%, битума - 6,8% (сверх 100). В качестве порошка наполнителя использованы модифицированные (обработанные адгезионной добавкой Wetfix ВЕ в надсмольной воде пиролиза древесного сырья) лигнинсодержащие полимеры. Результаты
*Номер образца и характеристика состава асфальтобетонной смеси по табл. 4. Образцы испытаны в соответствии с ГОСТ 12801-98.
Таблица 6
Результаты физико-механических испытаний образцов асфальтобетонных смесей, приготовленных с использованием известнякового порошка и пущицево-сфагнового торфа взамен _минерального порошка_
Номер образца* Средняя плотность, кг/м3 Набухание, % по объёму Водонасы-щение, % по объему Прочность на сжатие Р МПа, при температуре Коэффициенты водостойкости
0°С, Р 20°С, Р20 50°С, Р50 Кв Кв. дл.
1 2,28 0,60 2,96 9,2 4,2 1,52 1,08 0,87
2 2,29 0,59 3,16 9,7 3,7 1,47 0,99 0,86
3 2,27 0,62 2,98 9,8 4,3 1,64 1,16 0,88
4 2,28 0,67 3,02 9,9 3,9 1,42 0,94 0,89
5 2,27 1,22 6,12 10,2 3,0 1,36 0,85 0,47
6 2,30 0,52 3,78 12,7 3,4 1,39 0,92 0,67
Номер образца и характеристика состава асфальтобетонной смеси приведены в табл.3. Образцы испытаны в соответствии с
ГОСТ 12801-98.
Таблица 7
Результаты физико-механических испытаний образцов асфальтобетонных смесей, приготовленных с использованием известнякового порошка и СМО взамен минерального порошка^
Номер образца* Средняя плотность, кг/м3 Набухание, % по объёму Водонасы-щение, % по объёму Прочность на сжатие Р МПа, при температуре Коэффициенты водостойкости
0°С, Р 20°С, Р20 50° С, Р50 Кв Кв дл.
1 2,32 0,56 2,18 9,9 4.3 1,57 1,06 0,89
2 2,29 0,59 3,16 9,7 3,7 1,47 0,99 0,86
3 2,34 0,72 3,42 12,13 4,5 1,54 1,07 0,88
4 2,28 0,67 3,02 9,9 3,9 1,42 0,94 0,89
5 2,28 1,28 5,98 13,8 3,9 1,36 0,87 0,64
6 2,30 0,52 3,78 12,7 3,5 1,39 0,92 0,75
испытаний прочностных показателей (при 20°С и в водонасыщенном состоянии через 1 и 14 сут) образцов смесей с различными наполнителями и при разном их содержании приведены на рис. 1 и 2.
Как видно из приведённых на рис. 1, 2 зависимостей прочности асфальтобетона на сжатие и коэффициентов водостойкости (1 сут, 14 сут) от содержания минерального известнякового порошка, а также модифицированных органических заменителей минерального порошка - ГЛ, Т и СМО, во всех случаях наблюдаются следующие закономерности: характер зависимости Р20, Кв и Кв.дл. от содержания разных лиг-нинсодержащих полимеров одинаков, во всех случаях максимум прочности на сжатие, значений коэффициентов водостойкости смещается в сторону меньшего оптимального содержания порошка-наполнителя при переходе от минерального порошка к органическим; при оптимальном содержании лигнинсодержащих порошков - наполнителей в количестве 4,0-6,5% по всем показателям образцы асфальтобетона, приготовленные на их основе, превышают аналогичные показатели стандартного асфальтобетона; при содержании органических добавок более 6,5-7,5 % масс. наблюдается снижение физико-механических показателей асфальтобетонных смесей.
Причина положительного влияния природных лиг-
нинсодержащих полимеров на свойства асфальтобетонных смесей заключается в следующем. Во-первых, полимерный растительный субстрат способствует равномерному распределению в битуме и, соответственно, в асфальтобетонной смеси адгезионной добавки, повышая эффективность её действия. Во-вторых, по-видимому, определённную роль играют возникающие при дроблении твердых тел свежеобразованные поверхности, обладающие повышенным запасом химической энергии [8, 9]. В силу своего органического происхождения лигнинсодержащие компоненты - ГЛ, Т, СМО - в ходе технологических операций при нагреве, перемешивании с битумом и, особенно, при уплотнении смеси при строительстве покрытия дополнительно измельчаются, не требуя при этом затрат энергии сверх той, которая предусмотрена обычным ходом технологического процесса.
Это приводит к увеличению площади свежеобразованных активных поверхностей, активно взаимодействующих с битумами, подобно тому, как это происходит при размалывании минеральных материалов. При этом, вероятно, происходят процессы, аналогичные тем, на которые указывается в работе [8]. В ней С.И. Самодуровым с соавторами изучено взаимодействие различных отходов с битумом и показано, что свежеобразованные поверхности твердых тел в мо-
мент элементарных актов разрушений реагируют с битумом по свободнорадикальной схеме с рекомбинацией свободных радикалов, возникающих при разрушении зерен твердого тела. По всей вероятности, при получении композиционных вяжущих лигнинсодержа-щие материалы взаимодействуют с битумом анало-
гичным образом. Следовательно, правомерно утверждать, что в ходе приготовления и уплотнения асфальтобетонных смесей формируется прочная коагу-ляционно-конденсационная структура асфальтобетона с применением твердых лигниносодержащих полимеров.
5
Ь о О
а
:5
N ч
а ч § ■
в ,
н н я
■щ и В тг а" —
■е
Л й
1,2 1,1 1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4
|||.........1.........1
► 3
1 \\
Область значений \\
Кв.лл. не соответст- •
вующая ГОСТ 9128-97
О 3 6 9 12
Содержание порошка, % масс.
а) б)
Рис. 1. Зависимость коэффициента водоустойчивости асфальтобетона: а - 1 сут; б - 14 сут от содержания: 1 - скорлупы маньчжурских орехов; 2 - гидролизного лигнина; 3 - технического известнякового минерального порошка; 4 - торфа (образцы № 1-4 обработаны жидкой композицией из адгезионной добавки Wetfix ВЕ в
надсмольной воде пиролиза древесного сырья)
я
х; 4.5
и
г7)
3.5
г
3 г
о с,
2,5
2 1
■ 5
\ V V
\
2 3 4 5 6 7 В Содержание порошка. % масс.
ю
Рис. 2. Зависимость прочности асфальтобетона на сжатие при 20 С от содержания минерального порошка - 1,3 (асфальтобетонные смеси с использованием разного минерального порошка: 1 - технического известнякового порошка; 3 - мраморной пыли, полученной при распиловке плит комбината «Саянмрамор»), органических порошков: 2 - гидролизного лигнина; 4 - скорлупы маньчжурских орехов; 5 - торфа (образцы № 2, 4, 5 обработаны жидкой композицией из адгезионной добавки Wetfix ВЕ в надсмольной воде пиролиза древесного сырья)
Выводы
1. При реализации предложенных в работе технических решений по использованию указанных лигнин-содержащих полимеров в производстве асфальтобетона можно решить следующие важные инженерные и экологические задачи:
- используя предложенную в работе технологию полной или частичной замены известнякового минерального порошка на лигнинсодержащие полимеры можно, не снижая качества получаемого при этом асфальтобетона, значительно расширить сырьевую базу для строительства современных автодорог;
- снизить экологическую нагрузку на окружающую природную среду за счет сокращения объектов раз-
мещения лигниносодержащих отходов.
2. Установлено, что при оптимальной концентрации гидролизного лигнина, торфа, мелких фракций скорлупы маньчжурских орехов 4,0-6,5 % масс. органические добавки могут не только заменять известняковый минеральный порошок в составе асфальтобетонных смесей, но и выполнять роль субстрата-носителя для жидкой композиции из адгезионной добавки Wetfix ВЕ в надсмольной воде пиролиза древесного сырья.
3. Показано, что количество органических добавок не должно превышать 6,5% от состава асфальтобетона.
Библиографический список
1.Карпов С.А. Этанол как высокооктановый экологически чистый компонент автомобильных топлив // Химия и технология топлив и масел. 2007. № 5. С. 3-7.
2. Кашевская Е.В., Костенко К.К., Костенко А.К. Исползова-ние отходов производства и вторичных ресурсов в дорожном строительстве // Наука и техника в дорожной отрасли. 2004. № 2. С. 30-33.
3. Киселёв В.П., Тюменева Г.Т., Рубчевская Л.А. Составленные вяжущие на основе битума, гудрона и гидролизного лигнина // Известия вузов. Строительство. 2000. № 9. С. 45-49.
4. Киселев В.П., Бугаенко М.Б., Кеменев Н.В. Влияние добавок, обладающих антиоксидантной активностью, на качество асфальтобетонных смесей // Известия вузов. Строитель-
ство. 2012. № 3. С. 49-55.
5. Киселёв В.П., Бугаенко М.Б., Кеменев Н.В. Стабилизация свойств нефтяного дорожного битума // Известия вузов. Строительство. 2012. № 2. С. 69-75.
6. Органический компонент асфальтобетонных смесей / В.П. Киселёв [и др.] // Вестник ТГАСУ. 2012. № 3. С. 207-218.
7. Руденская И.М., Руденский А.В. Органические вяжущие для дорожного строительства. М.: Транспорт, 1984. 203 с.
8. Самодуров С.И. Комплексное использование продуктов и отходов металлургической промышленности в асфальтобетоне / С.И. Самодуров [и др.] // Известия вузов. Строительство. 1994. № 12. С. 51-56.
9. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1982. 400 с.
