Асфальтобетон на серно-битумном вяжущем
За рубежом применение серы в качестве добавки, улучшающей свойства битума, относится к прошлому столетию. Однако достаточные запасы сырой нефти и большой спрос на серу до 60-х годов нашего столетия не стимулировали ее применение в качестве добавки к битумам. В последующем из-за нехватки нефти и повышения ее цены, избытка производства серы и снижения ее цены вновь стал проявляться интерес к использованию серы в дорожном строительстве.
Обобщения иностранного опыта применения серы в дорожном строительстве, выполненные И. М. Руденской, позволили выделить три направления использования серы:
- введение серы в битум в относительно небольших количествах (до 20%) для получения серно-битумного вяжущего для производства асфальтобетона и других аналогичных материалов;
- введение большего количества серы в битум, при этом избыточная часть ее при содержании более 20% проявляет себя как своеобразный активный наполнитель в вяжущем;
- пластификация серы органическими пластификаторами с полной заменой битума.
Наиболее широкое распространение в дорожном строительстве получило первое и частично второе направление.
Температура, при которой приготавливается серно-битумное вяжущее, находится в пределах 120-150°С и зависит от содержания серы. Обычно количество серы в битуме не превышает 30%. Сера плавится при 119°С и имеет более низкую вязкость, чем вязкий битум. Плотность жидкой серы равна 3 1,75 г/см3.
Влияние содержания серы в битуме
По данным И.М. Руденской, предельное количество растворенной в битуме серы зависит от содержания в мальтеновой части битума ароматических углеводородов, наиболее активно растворяющих серу. Для серно-битумного вяжущего используют битумы с глубиной проникания иглы 40- 280°.
Как показали исследования И.А. Плотниковой, Е.М. Гурарий и И.В. Степаняна, введение серы в битум марки БН 90/130 до 15% от его массы вызывает снижение вязкости битума во всем исследуемом интервале температур. При дальнейшем увеличении содержания серы при температурах 120°С наблюдается обратная зависимость- вязкость битума повышается. Однако с дальнейшим ростом температуры серно-битумного вяжущего вязкость значительно падает и становится ниже вязкости исходного битума. Следует отметить, что при 130-160 °С вязкость серно-битумного вяжущего практически не зависит от содержания серы и находится ниже вязкости исходного битума.
Установлены оптимальные технологические температуры приготовления серно-битумных вяжущих и смешения их с минеральными материалами. Так, максимально допустимая температура нагрева серно-битумных вяжущих 140°С. При этой температуре все вяжущие, независимо от содержания серы, имеют практически минимальную и одинаковую вязкость. Дальнейший нагрев недопустим, так как при температуре около 150°С начинается выделение токсичного газа - сероводорода, образующегося в результате воздействия двуокиси серы с продуктами дегидрогенизации компонентов битума.
Влияние содержания серы в битуме марки БН 90/130 на свойства асфальтобетона было изучено на песчаном асфальтобетоне типа Д, приготовленном с использованием песка Дмитровского карьера в количестве 83% и известнякового минерального порошка Обидимского завода в количестве 17% по массе. В качестве вяжущего использовали битум БН 90/130 и серно-битумное вяжущее с различным содержанием серы.
Вяжущие предварительно приготовляли путем перемешивания битума и расплавленной серы при температуре 140°С, затем серно-битумное вяжущее вводили в работающую мешалку, где находились минеральные материалы, нагретые до той же температуры, всю смесь перемешивали до однородного состояния.
Закономерность изменения прочности асфальтобетона
На первом этапе исследования смесей было установлено оптимальное содержание в них серно-битумного вяжущего, что сделано по кривым зависимости прочности асфальтобетона от содержания в нем вяжущего. В результате проведенных экспериментов установлено, что с увеличением количества серы в вяжущем от 0 до 50% оптимальное содержание его в асфальтобетоне увеличилось от 7,5 до 9,8% по массе. При этом расход битума соответственно уменьшился и экономия его составила от 4 до 35%.
Если рассчитать оптимальное количество вяжущего не по массе, как это принято для асфальтобетонов на нефтяных битумах, а по объему с учетом плотности серы, окажется, что объем, занимаемый вяжущими, остается постоянным независимо от их состава. Это свидетельствует о том, что замена части битума серой в пределах концентраций, не влияет на поровую структуру асфальтобетона. Все исследуемые смеси имели пористость минерального остова около 20%, из них 16% были заполнены вяжущим, а остаточная пористость составляла 4%.
Исследованиями И.А. Плотниковой, Е.М. Гурарий и И.В. Степанян установлена закономерность изменения прочности асфальтобетона от содержания серы в вяжущем.
И.М. Руденская приводит данные о том, что обычный дорожный асфальтобетон, приготовленный на известняковом щебне с 6,7% битума, имеет усталостную долговечность при 25°С, равную 1 млн. циклов, что эквивалентно 15 голам эксплуатации при среднем движении, при постоянном уровне напряжений около 0,07 МПа. Асфальтобетоны того же состава, приготовленные с применением серно-битумного вяжущего, имеют такую же усталостную долговечность при более высоком уровне напряжений (0,2-0,3 МПа). Смеси на серно-битумном вяжущем, имеюшие улучшенные эксплуатационные характеристики, дадут более долговечные покрытия или же позволят укладывать более тонкие слои дорожного покрытия, что даст экономию битума и каменных материалов.
Обобщение опыта применения серы в асфальтобетоне позволило сделать следующие выводы:
- температура смешения серы с битумом и приготовления асфальтобетонной смеси на серно-битумном вяжущем не должна превышать 150°С;
- для приготовления асфальтобетона на серно-битумном вяжущем можно использовать обычные минеральные материалы;
- соотношение между битумом и серой в вяжущем в разных странах принимается различное; наиболее распространенное соотношение от 5:1 до 1:2;
- при строгом выполнении технологических операций никаких вредных веществ, портящих оборудование и загрязняющих окружающую среду, не выделяется;
- ровность, текстура и шероховатость асфальтобетона на серно-битумном вяжущем не ниже обычного асфальтобетона на вязком битуме;
- применение серы в асфальтобетоне позволяет экономить до-30% битума.
| << ПРЕДЫДУЩАЯ ГЛАВА Асфальтобетон на полимеризатбитуме | СЛЕДУЮЩАЯ ГЛАВА >> Асфальтобетон на поликонденсатбитуме | |
| << Содержание >> | ||