ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» НИУ XVI 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 – замещение дорогостоящего битума менее дорогим серным модификатором (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 ρБ К ρК Где где Б − расход битума для приготовления асфальтобетона заданной марки; ρБ − плотность битума; К − расход битума и вводимой в смесь серного модификатора; ρК − плотность битума с добавкой серы. 4 Физико-механические свойства асфальтобетона без добавления серного модификатора и с добавлением Наименование показателей Предел прочности при сжатии при 20 оС, МПа Предел прочности при сжатии при 50 оС, МПа Средняя плотность асфальтобетона, г/см3 Остаточная пористость, % Водонасыщение, % по объему Предел прочности на растяжение при расколе при 0оС, МПа Сдвигоустойчивость: - коэффициент внутреннего трения - сцепление при сдвиге при температуре 50 оС, МПа Водостойкость при длительном водонасыщении Требования ГОСТ 31015-2002 (II дорожноклиматическая зона) Контрольный состав (ЩМА 15) не менее 2,2 Модифицированный асфальтобетон 30% серного модификатора 40% серного модификатора 5,20 5,71 6,24 1,76 2,2 2,4 2,59 3,60 2,7 2,63 2,45 1,5 2,63 2,71 1,8 не менее 2,5 не более 6 3 3,13 3,04 не менее 0,93 не менее 0,18 0,93 0,93 0,93 0,33 0,44 0,44 0,85 0,86 0,85 не менее 0,65 от 1,5 до 4,5 от 1 до 4 не менее 0,85 5 Сдвигоустойчивость и жесткость асфальтобетона в условиях воздействия высоких эксплуатационных температур 7000 Модуль упругости, МПа 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 -20 -10 0 10 Традиционный асфальтобетон 20 30 40 Температура, оС Сероасфальтобетон 6 Оценка стойкости асфальтобетона к колееобразованию Анализатор асфальтового покрытия (ААП) • Метод AASHTO TP 63. Режим испытания: температура – 50 оС, количество проходов 8000 циклов; перед испытанием образцы термостатировались в течение 5 ч при температуре 50 оС • Гамбургский тест - AASHTO T 324 Режим испытания: испытываемые образцы погружены в водную среду с темпратурой – 50 оС, количество проходов 20000 циклов; перед испытанием образцы термостатировались в течение 5 ч при температуре 50 оС Оба метода построены на принципе прокатывающего колеса. 7 Результаты испытания традиционного и модифицированного асфальтобетона на колейность по методу АРА Традиционный асфальтобетон № образца 1 2 3 4 Средняя плотность г/см3 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 Сероасфальтобетон № образца 1 2 3 4 Средняя плотность г/см3 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/см3 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 Сероасфальтобетон № образца 1А 1Б 2А 2Б 3А 3Б Средняя плотность г/см3 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 Эффективность, крат 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: Р Б СБ (Б* СБ М С М ) 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 формуле: M ai Б; C М – стоимость модификатора. Экономический эффект от применения серного модификатора равен: Э V (ρ1 Б СБ ρ 2 Б* СБ ρ 2 M СM ) где V – объем асфальтобетона, рассчитываемый по формуле: , здесь l, b и t – соответственно, длинна, ширина и толщина покрытия; ρ – плотность асфальтобетона без добавления серного модификатора;1 ρ – плотность асфальтобетона с добавлением серного модификатора. 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