Химия и химические технологии/ 5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

 

Галимуллин И.Н., д.т.н. Дияров И.Н., Григорьева Н.П.*, к.х.н. Нугманов О.К.*, к.т.н. Лебедев Н.А.*

 

Казанский национальный исследовательский технологический университет г. Казань, Россия,

ОАО «НИИнефтепромхим» г.Казань, Россия*

 

Стабилизирующая  добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси на основе травяной полуцеллюлозы

 

В условиях постоянно возрастающего потока автотранспорта  увеличиваются нагрузки на дорожное полотно. Эти и многие другие проблемы заставляют обратить внимание к обеспечению эксплуатационных требований дорожного покрытия и искать различные пути решения проблемы связанные с повышением качества автомобильных дорог. Существует ряд современных технических решений, одним из которых является технология устройства верхнего слоя дорожного покрытия из щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси (ЩМАС). Данное покрытие получило широкое распространения на многих транспортных магистралях, автобанах и аэропортах Германии, Франции, Норвегии, Дании, Бельгии, Швеции, Англии, а также в таких странах, как США, Китай, Австралия и множестве других стран [1].

Основное отличие ЩМАС от обычного асфальтобетона это рационально подобранная смесь минеральных материалов, дорожного битума и стабилизирующей добавки на основе натуральных целлюлозных волокон  [2]. Эти добавки удерживают излишки вяжущего, используемого для наиболее полного заполнения межкаменного пространства, позволяющая увеличить толщину битумного слоя на поверхности минеральной части дорожного покрытия. В настоящее время в России представлены следующие стабилизирующие добавки: СД, Гасцел, Viatop и многие другие. Основным поставщиком стабилизирующей добавки на российский рынок является добавка Viatop фирмы JRS Gmbh & Co (Германия). Данная добавка состоит из мелковолокнистой древесной целлюлозы агломерированной дорожным битумом [3].

Целью данной работы является разработка технологии получения стабилизирующей добавки для ЩМАС на базе дешевых исходных компонентов, получаемой в гранулированной форме, удобной при транспортировке и дозировании в щебеночно-мастичную асфальтобетонную смесь при условии ее равномерного распределения в технологической массе.

Нами разработан способ получения стабилизирующей добавки из дешевой травяной полуцеллюлозы и отходов производства масложировых комбинатов.

Технология получения предлагаемой стабилизирующей добавки включает следующие основные стадии:

1.           рыхление полуцеллюлозного сырья;

2.           приготовление эмульсии типа «масло в воде»;

3.           смешение полуцеллюлозных волокон с эмульсией, отжим;

4.           сушка;

5.           гранулирование;

6.           упаковка.

Стабилизирующая добавка представляет собой гранулы полуцеллюлозного волокна, пропитанные связующим, в качестве которого могут выступать кубовые остатки дистилляции жирных кислот производства растительных масел, например, госсиполовая смола.

В качестве целлюлозного волокна использовали полуцеллюлозу полученную термо-механо-химическим способом по технологии, разработанной в ОАО «НИИнефтепромхим» из соломы травянистых культур (лен, рапс) [4].

Результаты анализа физико-механических свойств полученных  образцов полуцеллюлозы  из льна и рапса по ГОСТ 31015-2002, показали, что они соответствуют требованиям, предъявляемым к целлюлозному волокну для стабилизирующих добавок  (табл. 1)

Таблица 1 - Физико-механические свойства полуцеллюлозного волокна

Наименование показателей

 

Требования ГОСТ

31015-2002

Исходное сырье

Лен

Рапс

Влажность, % по массе, не более

8,0

6,09

5,75

Термостойкость при температуре 220 °С по изменению массы при прогреве, %, не более

7,0

5,3

6,5

Содержание волокон длиной от 0,1 мм до 2,0 мм, %, не менее

80

71,9

92,2

 

Выбор кубовых остатков дистилляции жирных кислот масло-жировых производств в качестве связующего, в сравнении с другими, в частности битумом, которая используется в добавках марки Viatop, диктуется следующими преимуществами:

- стоимость одной тонны отходов производства растительных масел составляет 5 000 т/р за тонну, что в 2 раза ниже стоимости тонны битума;

- технология производства стабилизирующей добавки с применением битума требует в два раза более высоких температур, чем с госсиполовой смолой.

К достоинствам получаемой, таким образом, стабилизирующей добавки можно отнести:

1.           Температуры процесса на стадии приготовления и пропитки эмульсии значительно ниже, в сравнении с аналогами [5,6];

2.           Применение в качестве сырья полуцеллюлозного волокна травянистых культур и отходов производства масложировых комбинатов существенно снижают себестоимость продукта, если стоимость добавки Viatop 54 руб. за 1 кг (без учета транспортных расходов, растомаживания и т.п.), то стоимость нами разработанной добавки 31 руб. за кг;

3.           С целью повышения энерго- и ресурсосбережения, технология производства стабилизирующей добавки включает многократный рецикл эмульсии;

4.           Полная пропитка органическим вяжущим полуцеллюлозных волокон придает им гидрофобность.

В ОАО «НИИнефтепромхим» была выпущена опытная партия гранулята стабилизирующей добавки на основе льняной целлюлозы и госсиполовой смолы марки «СД Дороцелл». Согласно испытаниям, проведенным в ЦДСИЛ ОАО «Каздорстрой» (г. Казань) на щебеночно-мастичном асфальтобетоне марки ЩМА-20, полученный продукт отвечает требованиям ГОСТ (табл. 2).

Таблица 2 - Показатели свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-20 с использованием стабилизирующей добаки

Наименование показателей

ГОСТ 31015

«СД Дороцелл»

Средняя плотность

Не норм.

2,50

Водонасыщение, % по объему

От 1,0 до 4,0

3,16

Предел прочности при сжатии, МПа при + 200С, не менее

 

2,2

 

2,63

Предел прочности при сжатии, МПа при + 500С, не менее

 

0,65

 

0,85

Коэффициент дл. водостойкости, не менее

 

0,85

 

1,02

Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0 0С МПа

не менее

не более

 

 

 

2,5

6,0

 

 

 

 

4,73

Стекание вяжущего, %, не более

0,2

0,16

 

Выводы:

Разработана технология получения стабилизирующей добавки на основе полуцеллюлозных волокон льна в качестве стрктурообразователя и госсиполовой смолы как органического вяжущего. Полученный продукт отвечает требованиям ГОСТ 31015-2002.

 

Литература:

1.    Использование ЩМА [Электронный ресурс].-Режим доступа: http://www.ukrprombud.com.ua/content/view/22/4/

2. ГОСТ 31015-2002. Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон  щебеночно-мастичные. Технические условия [текст]. – 2003-05-01. – М.: МНТКС, 2003. – 32с.

3.   Стабилизаторы ЩМАС: виды и технология производства [Электронный ресурс].-Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=6268

4.   Способ получения полуцеллюлозы [текст] : пат. 2343240 Рос. Федерация : МПК7 D 21 C 5/00, D 21 C 1/06, D 21 B 1/16, D 01 C 1/02 / Нугманов О.К.; заявитель и патентообладатель ООО "НПО "Нефтепромхим". - № 2007115320/12 ; завял. 12.04.07 ; опубл. 10.01.09 Бюл. № 14 (II ч.). – 3 с. : ил

5.     Мухаметханов А.М. Стабилизирующая  добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси./ Мухаметханов А.М., Нугманов О.К.// Известия КазГАСУ. – 2010, -  №2 (14) С. 255-260

6.     Стабилизатор для щебеночно-мастичного асфальтобетона [пат] пат. 2348662 Рос. Федерация, МКП7 C 08 L 1 / 02, C 08 L 23 / 12, C 04 B 16 / 02, C 04 B 16 / 06 / Киселев М.А. ; заявитель и патентообладатель ООО "Фирма "ГБЦ". - № 2007107626/04. заявл. 28.02.07 ; опубл. 10.03.09 Бюл. № 14 (II ч.). – 3 с. : ил