Российский и зарубежный опыт в дорожном строительстве
Известно, что в течение длительного периода времени предпринимались многочисленные попытки утилизировать резину путем введения ее в битумы и асфальты в надежде улучшить их свойства.
Как отмечают специалисты научно-производственной группы ИНФОТЕХ, в основном разрабатывались два направления. В частности, были разработаны многочисленные методы и технологические схемы так называемого сухого введения частиц резины в асфальтобетонные смеси при их изготовлении, прямого использования резиновой крошки как наполнителя в дорожно-строительных материалах, в асфальтобетонных покрытиях. Считается, что это наиболее простая и низкозатратная схема использования утильной резины. В различных странах и регионах были построены экспериментальные участки дорог и аэродромов. Вначале они показывали достаточно высокие характеристики, но затем, при постепенном набухании резиновой крошки, покрытия разуплотнялись и разрушались. Ничем не связанная резиновая крошка выкрашивалась из покрытий и в практически неизменном виде разносилась ветром, загрязняя окрестности. Некоторое применение сухой метод нашел в производстве асфальтобетонов для нижних слоев и слоев оснований, где проблема разуплотнения и выкрашивания резины решалась за счет перекрытия верхними плотными слоями, отмечают ученые ИНФОТЕХ. В литых асфальтобетонных смесях сухое введение резиновых частиц также оказалось возможно без явных отрицательных последствий. Однако в данном случае говорить об осуществлении действительно сухого введения резины не представляется возможным.
В так называемых мокрых методах модификации, основанных на разложении и девулканизации резины в битумах при высоких температурах, происходил выброс токсичных веществ, содержащихся в резине, а образовавшиеся жидкие низкомолекулярные каучуковые фрагменты фактически пластифицировали битум и снижали адгезию вяжущего, понижая сдвиговые показатели асфальтобетона и его водостойкость. Кроме того, мелкодисперсная сажа из резины, в большом количестве попадая в битум, становилась дополнительным источником центров кристаллизации, резко понижая стабильность вяжущих, их устойчивость к старению и деградации свойств. По тем же причинам не оправдали себя и способы введения в битумы высокодисперсных резиновых порошков с сильно развитой и модифицированной поверхностью. При введении таких высокоактивных добавок существенно изменялись привычные приемы обращения с битумными вяжущими — например, резко сокращался срок их хранения при технологических температурах.
В России исследования по введению резиновой крошки в дорожный битум и битумоминеральные смеси проводились Н.В. Горелышевым, А.И. Лысихиной, Г.К. Сюньи, И.М. Руденской, Б.М. Слепой и многими другими. При участии «СоюздорНИИ» более двадцати лет тому назад были вновь начаты научно- исследовательские и опытно-внедренческие работы по применению резиновой крошки в качестве компонента минеральной составляющей асфальтобетонных смесей. Возможность использования дробленой резины в асфальтобетоне была отражена в выпущенном в 1991 году «Пособии по строительству асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов» (Минтрансстрой). В этом документе отмечается, что использование дробленой резины в горячих асфальтобетонных смесях повышает долговечность покрытий, улучшает их фрикционные свойства, что позволяет уменьшить расход высокопрочного трудношлифуемого щебня. При использовании асфальтобетонов с дробленой резиной уменьшается вероятность появления вторичных трещин на поверхности дорожного покрытия. В пособии отмечается, что крупность зерен резины должна быть не более 1 мм, считается, что наибольшая плотность составов асфальтобетонной смеси обеспечивается при крупности частиц резины не более 0,63 мм. Предусмотрено, что резиновая крошка может вводиться как в битум (мокрый метод), так и непосредственно в асфальтобетонную смесь (сухой метод). Рекомендовано содержание резиновой крошки в дорожном битуме 5-7% по массе как оптимальное. Пособие регламентирует основные технологические параметры введения резиновой крошки в битум или в асфальтобетонную смесь и технологию применения таких смесей при строительстве и ремонте дорожных асфальтобетонных покрытий. Ученые ИНФОТЕХ отмечают, что последующий анализ полученного опыта применения резиновой крошки при приготовлении асфальтобетонных смесей выявил неудовлетворительные физико-механические характеристики, в том числе и недостаточную адгезию вяжущего, что приводило к затруднениям при укладке и самопроизвольному разуплотнению и разрушению уложенных верхних слоев покрытий. Применение резиновой крошки с размерами частиц 2-8 мм в асфальтобетонных смесях приводило к снижению срока службы асфальтобетонных покрытий из-за «невозможности формирования однородного материала, способного к восприятию нагрузок», хотя при этом в начальный период эксплуатации таких покрытий (непосредственно после укладки) отмечалась повышенная трещиностойкость и бульшая деформативность, водостойкость, снижение уровня шума и вибрации, уменьшение случаев образования ледяной корки, повышение сцепления, сокращение тормозного пути автомобиля.
В действительности только одна из разновидностей мокрого метода получила достаточно широкое распространение сначала в США, а затем и в других странах (Канада, Испания, Португалия, Южная Африка, Бразилия). Так называемый прорезиненный битум — Asphalt Rubber (AR) — был изобретен в конце 1960-х Чарльзом Макдоналдом. Он искал состав для того, чтобы заделать широкие «крокодиловые» трещины в асфальтовых покрытиях на бетонных основаниях, и достаточно долго продолжал работу прежде, чем запатентовал состав и его применения. Ранние полевые испытания в проектах между 1988 и 1992 гг. показали, что перекрытие слоем на основе Asphalt Rubber уменьшает растрескивание и затраты на обслуживание, повышает надежность как в жарком, так и в холодном климате и, что в то время было весьма удивительно, значительно уменьшает собственный шум шоссе. Патентованный материал представляет собой, по существу, механическую смесь 20% дробленой шинной резины и 80% специального остаточного битума, обогащенного ароматическими фракциями. Частицы резины достигают размера зерен кофе и при смешении с горячим битумом набухают, образуя гелеподобную массу, обладающую превосходными упругими свойствами при растяжении. Резина в AR деструктирует или девулканизируется в степени, достаточной для прохождения частичной самовулканизации. Вначале Asphalt Rubber было очень трудно использовать, поскольку не было надлежащего смесительного и насосного оборудования, которое могло бы работать с такими высоковязкими и неоднородными вяжущими. Понадобились многочисленные эксперименты, зачастую ошибочные, чтобы разработать оборудование и получить материал, который в настоящее время является привычным продуктом. В конце концов, эти усилия привели к тому, что было осуществлено перекрытие магистрали Феникс Метрополитэн с помощью горячих асфальтобетонных смесей на основе AR с целью снижения шума от движения транспорта. Применение слоя из асфальтобетона на основе AR толщиной 1 дюйм на поверхности бетонного покрытия заметно снижает уровень шума от шин, и последние исследования показали, что эта магистраль имеет в США самую тихую (низкошумную) поверхность до настоящего времени. Несмотря на высокую стоимость AR и сложности обращения с таким вяжущим, после 1992 года (окончание действия патента) наблюдается резкий скачок потребления амортизированных шин для производства асфальтовых покрытий с резиной. Для этого в США была создана целая индустрия по изготовлению специального высокотехнологичного дорожного оборудования для работы с AR и асфальтобетонами на его основе. Все последующие попытки применения мокрого метода совмещения битумов с резиной являлись развитием метода AR, уверены специалисты научно- производственная группы ИНФОТЕХ. К сожалению, российские дорожники не располагают необходимым оборудованием для повторения технологии AR. Но самое главное — отсутствуют битумы российского производства, подходящие по своему химическому составу и свойствам для использования в составе AR. За рубежом битумы необходимого химического качества как целевые продукты получают методами низкотемпературной вакуумной отгонки практически из исходной нефти.
Александр ПАНИЧ
Как отмечают специалисты научно-производственной группы ИНФОТЕХ, в основном разрабатывались два направления. В частности, были разработаны многочисленные методы и технологические схемы так называемого сухого введения частиц резины в асфальтобетонные смеси при их изготовлении, прямого использования резиновой крошки как наполнителя в дорожно-строительных материалах, в асфальтобетонных покрытиях. Считается, что это наиболее простая и низкозатратная схема использования утильной резины. В различных странах и регионах были построены экспериментальные участки дорог и аэродромов. Вначале они показывали достаточно высокие характеристики, но затем, при постепенном набухании резиновой крошки, покрытия разуплотнялись и разрушались. Ничем не связанная резиновая крошка выкрашивалась из покрытий и в практически неизменном виде разносилась ветром, загрязняя окрестности. Некоторое применение сухой метод нашел в производстве асфальтобетонов для нижних слоев и слоев оснований, где проблема разуплотнения и выкрашивания резины решалась за счет перекрытия верхними плотными слоями, отмечают ученые ИНФОТЕХ. В литых асфальтобетонных смесях сухое введение резиновых частиц также оказалось возможно без явных отрицательных последствий. Однако в данном случае говорить об осуществлении действительно сухого введения резины не представляется возможным.
В так называемых мокрых методах модификации, основанных на разложении и девулканизации резины в битумах при высоких температурах, происходил выброс токсичных веществ, содержащихся в резине, а образовавшиеся жидкие низкомолекулярные каучуковые фрагменты фактически пластифицировали битум и снижали адгезию вяжущего, понижая сдвиговые показатели асфальтобетона и его водостойкость. Кроме того, мелкодисперсная сажа из резины, в большом количестве попадая в битум, становилась дополнительным источником центров кристаллизации, резко понижая стабильность вяжущих, их устойчивость к старению и деградации свойств. По тем же причинам не оправдали себя и способы введения в битумы высокодисперсных резиновых порошков с сильно развитой и модифицированной поверхностью. При введении таких высокоактивных добавок существенно изменялись привычные приемы обращения с битумными вяжущими — например, резко сокращался срок их хранения при технологических температурах.
В России исследования по введению резиновой крошки в дорожный битум и битумоминеральные смеси проводились Н.В. Горелышевым, А.И. Лысихиной, Г.К. Сюньи, И.М. Руденской, Б.М. Слепой и многими другими. При участии «СоюздорНИИ» более двадцати лет тому назад были вновь начаты научно- исследовательские и опытно-внедренческие работы по применению резиновой крошки в качестве компонента минеральной составляющей асфальтобетонных смесей. Возможность использования дробленой резины в асфальтобетоне была отражена в выпущенном в 1991 году «Пособии по строительству асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов» (Минтрансстрой). В этом документе отмечается, что использование дробленой резины в горячих асфальтобетонных смесях повышает долговечность покрытий, улучшает их фрикционные свойства, что позволяет уменьшить расход высокопрочного трудношлифуемого щебня. При использовании асфальтобетонов с дробленой резиной уменьшается вероятность появления вторичных трещин на поверхности дорожного покрытия. В пособии отмечается, что крупность зерен резины должна быть не более 1 мм, считается, что наибольшая плотность составов асфальтобетонной смеси обеспечивается при крупности частиц резины не более 0,63 мм. Предусмотрено, что резиновая крошка может вводиться как в битум (мокрый метод), так и непосредственно в асфальтобетонную смесь (сухой метод). Рекомендовано содержание резиновой крошки в дорожном битуме 5-7% по массе как оптимальное. Пособие регламентирует основные технологические параметры введения резиновой крошки в битум или в асфальтобетонную смесь и технологию применения таких смесей при строительстве и ремонте дорожных асфальтобетонных покрытий. Ученые ИНФОТЕХ отмечают, что последующий анализ полученного опыта применения резиновой крошки при приготовлении асфальтобетонных смесей выявил неудовлетворительные физико-механические характеристики, в том числе и недостаточную адгезию вяжущего, что приводило к затруднениям при укладке и самопроизвольному разуплотнению и разрушению уложенных верхних слоев покрытий. Применение резиновой крошки с размерами частиц 2-8 мм в асфальтобетонных смесях приводило к снижению срока службы асфальтобетонных покрытий из-за «невозможности формирования однородного материала, способного к восприятию нагрузок», хотя при этом в начальный период эксплуатации таких покрытий (непосредственно после укладки) отмечалась повышенная трещиностойкость и бульшая деформативность, водостойкость, снижение уровня шума и вибрации, уменьшение случаев образования ледяной корки, повышение сцепления, сокращение тормозного пути автомобиля.
В действительности только одна из разновидностей мокрого метода получила достаточно широкое распространение сначала в США, а затем и в других странах (Канада, Испания, Португалия, Южная Африка, Бразилия). Так называемый прорезиненный битум — Asphalt Rubber (AR) — был изобретен в конце 1960-х Чарльзом Макдоналдом. Он искал состав для того, чтобы заделать широкие «крокодиловые» трещины в асфальтовых покрытиях на бетонных основаниях, и достаточно долго продолжал работу прежде, чем запатентовал состав и его применения. Ранние полевые испытания в проектах между 1988 и 1992 гг. показали, что перекрытие слоем на основе Asphalt Rubber уменьшает растрескивание и затраты на обслуживание, повышает надежность как в жарком, так и в холодном климате и, что в то время было весьма удивительно, значительно уменьшает собственный шум шоссе. Патентованный материал представляет собой, по существу, механическую смесь 20% дробленой шинной резины и 80% специального остаточного битума, обогащенного ароматическими фракциями. Частицы резины достигают размера зерен кофе и при смешении с горячим битумом набухают, образуя гелеподобную массу, обладающую превосходными упругими свойствами при растяжении. Резина в AR деструктирует или девулканизируется в степени, достаточной для прохождения частичной самовулканизации. Вначале Asphalt Rubber было очень трудно использовать, поскольку не было надлежащего смесительного и насосного оборудования, которое могло бы работать с такими высоковязкими и неоднородными вяжущими. Понадобились многочисленные эксперименты, зачастую ошибочные, чтобы разработать оборудование и получить материал, который в настоящее время является привычным продуктом. В конце концов, эти усилия привели к тому, что было осуществлено перекрытие магистрали Феникс Метрополитэн с помощью горячих асфальтобетонных смесей на основе AR с целью снижения шума от движения транспорта. Применение слоя из асфальтобетона на основе AR толщиной 1 дюйм на поверхности бетонного покрытия заметно снижает уровень шума от шин, и последние исследования показали, что эта магистраль имеет в США самую тихую (низкошумную) поверхность до настоящего времени. Несмотря на высокую стоимость AR и сложности обращения с таким вяжущим, после 1992 года (окончание действия патента) наблюдается резкий скачок потребления амортизированных шин для производства асфальтовых покрытий с резиной. Для этого в США была создана целая индустрия по изготовлению специального высокотехнологичного дорожного оборудования для работы с AR и асфальтобетонами на его основе. Все последующие попытки применения мокрого метода совмещения битумов с резиной являлись развитием метода AR, уверены специалисты научно- производственная группы ИНФОТЕХ. К сожалению, российские дорожники не располагают необходимым оборудованием для повторения технологии AR. Но самое главное — отсутствуют битумы российского производства, подходящие по своему химическому составу и свойствам для использования в составе AR. За рубежом битумы необходимого химического качества как целевые продукты получают методами низкотемпературной вакуумной отгонки практически из исходной нефти.
Александр ПАНИЧ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 05 за 2008 год в рубрике дороги
