XVI ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» НИУ Международная межвузовская научно-практическая конференция молодых учёных, аспирантов и докторантов

Автор: Гладких В.А.

аспирант института ИСА, каф. ТВВиБ

Руководитель: Е.В. Королев

д.т.н., профессор, директор НОЦ НТ

• • • •

Физико-химические свойства серы.

Доступность.

Экологическая причина

–утилизации технической серы.

Экономическая причина

серным модификатором ( – замещение дорогостоящего битума менее дорогим

стоимость технической серы 2000 руб/т, стоимость нефтянного битума 16000 руб/т

).

2

 

Причины не позволявшие развивать технологию сероасфальтобетона:

Отсутствие решений по эмиссии токсичных газов: сероводорода и диоксида серы, вызывающих отравление у рабочих.

Хрупкость при отрицательных температурах, приводящая к образованию трещин в дорожном покрытии.

Решение указанных проблем:

  Использованием комплексного серного модификатора содержащего не менее 90% серы, и нейтрализатор эмиссии сероводорода и диоксида серы. Нейтрализатор включает органический компонент, обеспечивающий снижение температуры хрупкости битума. Разработанный модификатор имеет форму гранул размером 5-10 мм. 3

Проектирование сероасфальтобетона

Сероасфальтобетонные смеси следует рассматривать в качестве разновидности асфальтобетонных, в которых битумное вяжущее частично заменено на серу.

Проектирования сероасфальтобетона осуществляется согласно методики, в основу которой положено равенство объемов нефтяного битума базового состава асфальтобетона и вяжущей композиционной смеси, содержащей битум и серный модификатор. Б ρ Б  К ρ К Где где Б − расход битума для приготовления асфальтобетона заданной марки; ρ Б − плотность битума; К − расход битума и вводимой в смесь серного модификатора; ρ К − плотность битума с добавкой серы. 4

Физико-механические свойства асфальтобетона без добавления серного модификатора и с добавлением

Наименование показателей Требования ГОСТ 31015-2002 (II дорожно климатичес кая зона) Контроль ный состав (ЩМА 15) Модифицированный асфальтобетон 30% серного модификатора 40% серного модификатора Предел прочности при сжатии при 20 о С, МПа не менее 2,2 Предел прочности при сжатии при 50 о С, МПа Средняя плотность асфальтобетона, г/см Остаточная пористость, % Водонасыщение, % по объему Предел прочности на растяжение при расколе при 0 о С, МПа Сдвигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения сцепление при сдвиге при температуре 50 о С, МПа 3 не менее 0,65 от 1,5 до 4,5 от 1 до 4 не менее 2,5 не более 6 не менее 0,93 не менее 0,18 Водостойкость при длительном водонасыщении не менее 0,85 5,20 1,76 2,59 3,60 2,7 3 0,93 0,33 0,85 5,71 2,2 2,63 2,45 1,5 3,13 0,93 0,44 0,86 6,24 2,4 2,63 2,71 1,8 3,04 0,93 0,44 0,85 5

Сдвигоустойчивость и жесткость асфальтобетона в условиях воздействия высоких эксплуатационных температур

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 -20 -10 0 10 Традиционный асфальтобетон 20 30 Температура, о С Сероасфальтобетон 40 6

Оценка стойкости асфальтобетона к колееобразованию

Анализатор асфальтового покрытия (ААП) •

Метод AASHTO TP 63.

Режим испытания: температура – 50 течение 5 ч при температуре 50 о С о С, количество проходов 8000 циклов; перед испытанием образцы термостатировались в •

Гамбургский тест - AASHTO T 324

Режим испытания: испытываемые образцы погружены в водную среду с темпратурой – 50 о С, количество проходов 20000 циклов; перед испытанием образцы термостатировались в течение 5 ч при температуре 50 о С

Оба метода построены на принципе прокатывающего колеса.

7

Результаты испытания традиционного и модифицированного асфальтобетона на колейность по методу АРА

№ образца 1 2 3 4 Традиционный асфальтобетон Средняя плотность г/см 3 2,58 2,58 2,58 2,57 Остаточная пористость, % 3,57 3,67 3,92 3,99 Глубина колеи, мм 2,30 2,62 2,40 2,67 № образца 1 2 3 4 Сероасфальтобетон Средняя плотность г/см 3 2,60 2,60 2,61 2,62 Остаточная пористость, % 3,78 3,87 3,27 3,02 Глубина колеи, мм 1,6 1,24 1,41 1,42 Уровень колеобразования сероасфальтобетона в 1.5 – 2 раза ниже, чем у традиционного асфальтобетона 8

Результаты испытания традиционного и модифицированного асфальтобетона на колейность по Гамбургскому методу

Традиционный асфальтобетон № образца 1А 1Б 2А 2Б 3А 3Б Средняя плотность г/см 3 2,59 2,59 2,59 2,59 2,6 2,6 Остаточная пористость, % 3,28 3,42 3,30 3,40 3,12 2,56 Общая глубина колеи, мм 13,91 9,21 7,2 № образца 1А 1Б 2А 2Б 3А 3Б Сероасфальтобетон Средняя плотность г/см 3 2,60 2,61 2,6 2,6 2,59 2,60 Остаточная пористость, % 3,38 3,30 3,39 3,28 3,27 3,41 Общая глубина колеи, мм 5,37 4,15 4,86 Уровень колеобразования сероасфальтобетона в 1.5 – 2 раза ниже, чем у традиционного асфальтобетона 9

Изменение эмиссии сероводорода и диоксида серы,

содержащего

30% серы и различные нейтрализаторы

50 40 30 20 10 0 Без модификатора Промышленный аналог фирмы "Бузанпорт" Эмиссия SO2 Разработка НОЦ НТ Эмиссия H2S При применении модификатора разработанного в НОЦ НТ эмиссия по сероводороду снижается до

12,5

раз, а по диоксиду серы – до

50

раз.

10

Экономический эффект от применения серного модификатора Разница в стоимости тонны традиционного и сероасфальтобетона равна:

  Б  Б  где Б – расход битума в асфальтобетонный смеси без добавления серы; – стоимость битума; – расход битума в асфальтобетонной смеси с добавлением серного модификатора; – расход модификатора, рассчитываемый по M Б C

Экономический эффект от применения серного модификатора равен:

Э 

V

1   Б  2 Б  M где

V

– объем асфальтобетона, рассчитываемый по формуле: , здесь

l

,

b

и

t

– ρ асфальтобетона с добавлением серного модификатора.

ρ 2

Расчетная стоимость серного модификатора 6000-6500 руб./т, стоимость нефтяного битума – 16000-16500 руб./т. Экономия на замене битума в расчете на 1 км двухполосного дорожного полотна составляет 31-40 тыс. рублей (в зависимости от состава серного модификатора и его количества)

11

Выводы

• • • • • • Сероасфальтобетон имеет высокую сдвигоустойчивость и жестокость в условиях воздействия высоких эксплуатационных температур Сероасфальтобетон обладает высокой стойкостью к колееобразованию, а следовательно повышенной долговечностью.

Применение серного модификатора позволяет снизить температуру приготовления асфальтобетона и улучшить технологические свойства смесей. Решена проблема эмиссии токсичных газов.

Достигается экономический эффект за счет замещения битума серным модификатором.

Использование в качестве добавки для асфальтобетонов серного модификатора, частично решает экологическую проблему утилизацию технической серы.

12

Спасибо за внимание!

Доклад окончен.

13