1754

Таблица 4.15

Физико-механические свойства песчаного асфальтобетона типа Д

Однако при содержании серы выше 40 % увеличиваются остаточная пористость и водонасыщение, снижается водостойкость асфальтобетона. Асфальтобетоны типа Д на битуме и СБВ, содержащих 20 и 30 % серы, через сутки после изготовления образцов имеют низкие прочности при температуре 50 ºС. После 30-суточного хранения образцов (вследствие постепенной кристаллизации серы) их прочности увеличиваются и превышают начальные показатели прочности (см. табл. 4.15 и рис. 4.2). В большей степени возрастают прочности R50 и R20, повышается теплостойкость и сдвигоустойчивость асфальтобетона.

Асфальтобетон на СБВ (серы 40 %) по всем показателям, определенным через сутки после изготовления образцов, соответствует требованиям ГОСТ 9128-2009 к асфальтобетону II марки типа Д. Асфальтобетон на СБВ (серы 30 %) после месячного хранения также удовлетворяет требованиям стандарта.

Свойства асфальтобетонов типов Б и В, изготовленных на асбестовом щебне, природном песке, активированном алевритовом минеральном порошке, битуме марки БНД 60/90 и серобитумных вяжущих, даны в табл. 4.16 и 4.17.

Асфальтобетон типа Б на серобитумном вяжущем отвечает требованиям ГОСТ 9128-2009 к асфальтобетону II марки. Испытание асфальтобетона на СБВ через 20 суток после изготовления образцов показало, что прочности R50 и R20 возрастают и превышают прочность асфальтобетона на битуме в 1,2 – 1,4 раза, увеличиваются показатели водо- и теплостойкости.

Асфальтобетон типа Б на СБВ имеет более высокую морозостойкость по сравнению с асфальтобетонами на битуме и СБВ, содержащем 15 % серы (рис. 4.3).

Асфальтобетон типа В по физико-механическим свойствам удовлетворяет требованиям ГОСТ 9128-2009 к асфальтобетону типа В марки II (см. табл. 4.17).

Выполненные исследования показали, что применение СБВ взамен битума улучшает показатели технологического процесса приготовления асфальтобетонных смесей. На 10 – 20 ºС снижаются температуры нагрева вяжущего и приготовления асфальтобетонной смеси, улучшаются условия перемешивания и уплотнения смесей.

При температуре ниже 120 ºС расплавленная в битуме сера начинает выкристаллизовываться. Процесс кристаллизации серы продолжается длительное время (около месяца).

162

Таблица 4.16

Физико-механические свойства горячего плотного асфальтобетона типа Б, изготовленного с использованием асбестового щебня, песка природного и алевритового минерального порошка

Сера образует в СБВ самостоятельную фазу как в расплавленном состоянии, так и при охлаждении и кристаллизации. После охлаждения СБВ частицы серы представляют собой рассеянные в среде органического вяжущего кристаллические образования, которые создают при повышенных количествах серы сплошную сетку. В структуре вяжущего сера, действуя по механизму активного дисперсного наполнителя, способствует повышению прочности, водо- и морозостойкости асфальтобетона.

Рис. 4.3. Зависимость коэффициента морозостойкости от количества циклов замораживании-оттаивания асфальтобетона

типа Б на битуме марки БНД 60/90 (1)

и СБВ, содержащих 15 % серы (2) и 30 % серы (3)

Серобитумное вяжущее при эксплуатационных температурах имеет более высокую вязкость, чем битумы. Повышение вязкости особенно заметно при температурах 25 – 60ºС. Кристаллическая сера, играя роль дисперсного наполнителя в асфальтобетоне, способствует повышению прочности и сдвигоустойчивости асфальтобетонов на СБВ по сравнению с асфальтобетоном на битуме.

Применение серы в асфальтобетоне позволяет уменьшить расход битума, снизить стоимость вяжущего и понизить температуры нагрева компонентов и их смесей.

164

Таблица 4.17

Физико-механические свойства горячего плотного асфальтобетона типа В, изготовленного с использованием асбестового щебня, природного песка, алевритового минерального порошка

Установлены более высокие показатели плотности, прочности, особенно при высоких эксплуатационных температурах, теплоустойчивости, водо- и морозостойкости щебеночных и песчаных асфальтобетонов на серобитумных вяжущих (при содержании серы в вяжущем 30 мас. %) по сравнению с асфальтобетонами на битумах.

165

5.МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ

ССЕРОБИТУМНЫМИ ВЯЖУЩИМИ

Значительной проблемой при приготовлении СБВ является предотвращение образования и выделения токсичных газов при нагревании серы с битумом.

Элементарная сера химически нейтральна и поэтому нетоксична. Она не имеет запаха и не горит. Однако серная пыль взрывоопасна. Нижний предел взрываемости серной пыли с размером частиц 850 мкм составляет 23 мг/м3. Предельно допустимая концентрация серной пыли – 2 мг/м3. При воздействии солнечных лучей и влаги воздуха на серу происходит образование диоксида серы (SО2) и сероводорода (Н2S).

Эти выделения (особенно сероводород), благодаря характерному запаху, ощущаются даже при минимальных концентрациях. С одной стороны, эта особенность позволяет легко их обнаружить, с другой – отличить малую концентрацию, которая безвредна, от высокой концентрации, являющейся опасной, не удается. Измерения, проведенные при приготовлении серосодержащих материалов и устройстве слоев дорожных одежд из них, показали, что опасными по газовыделению могут быть резервуары жидкой (расплавленной) серы, сероорганического вяжущего и площадка асфальтоукладчика при повышении температуры более 150 °С [28, 32].

При укладке асфальтобетонной смеси с добавкой серы выделяются токсичные газы (сероводород и сернистый газ), которые вызывают головную боль, тошноту, имеют неприятный запах, раздражают слизистую оболочку глаз, носа, горла, легких, поэтому рабочим рекомендуется работать в респираторах. Предельно допустимой концентрацией выделяемых газов является 10 мг Н2S или SО2 на 1 м3 воздуха

[74].

Согласно представленному графику на рис. 5.1, характеризующему зависимость концентрации вредных газов от температуры, видно, что газовые выделения, образующиеся в пределах предлагаемого температурного режима получения СБВ (130 – 150 °С), в 2 – 4 раза ниже предельно допустимой концентрации [74, 75].

Факторами, влияющими на повышение выделения сернистых газов, являются не только повышенные температуры, но также увеличение содержания серы в смеси и скорость перемешивания (рис. 5.2 и 5.3) [6].

166

Установлено, что коррозия технологического оборудования асфальтосмесительных заводов (как правило, сталь Ст 3) по сравнению с низколегированными углеродистыми сталями (например, 20Х или 10ХСНД) незначительна (соответственно 0,612 мм/г и 0,514 – 0,526 мм/г) [15]. Эта разница еще менее заметна в случае использования смесительных установок, на которых уже осуществляли приготовление асфальтобетонных смесей.

Такое оборудование имеет «футеровку» из тонкодисперсного битумоминерального материала, предотвращающую прямой контакт паров сернистых соединений с металлической поверхностью.

В случае использования нового технологического оборудования ВНИПИСера рекомендует провести предварительную футеровку внутренней поверхности оборудования листовой хромистой нержавеющей сталью 08Х18Т толщиной 1 – 2 мм или же осуществить предварительный выпуск 12 – 25 тыс.т традиционной асфальтобетонной смеси без добавки серы.

167

Рис. 5.2. Зависимость выделения Н2S и SO2 от температуры получения СБВ [6]: 1 – выделение Н2S в начале процесса быстрого смешивания при 7000 об/мин; 2 – выделение SO2 в начале процесса быстрого смешивания при 7000 об/мин; 3 – выделение Н2S в начале процесса медленного смешивания при 100 об/мин; 4 – выделение SO2 в начале процесса медленного смешивания при 100 об/мин

По данным ВНИПИСера и НИИ ОКГ РНГЦ Минздрава Украины, предлагаемые технологические варианты приготовления смесей и устройства дорожных слоев полностью соответствуют существующим нормам производственной санитарии [42].

Сернистые газы, выделяющиеся в различных технологических процессах, улавливают и очищают адсорбционными и абсорбционными методами [76 – 78]. При получении СБВ целесообразно введение специальных добавок, химически взаимодействующих с сернистыми газами [7, 58 – 63]. Использование таких добавок не только снижает выброс сернистых газов, но и улучшает физикомеханические показатели битума, в частности адгезию, температуру размягчения, морозостойкость, деформативную способность. Помимо этого использование химических методов исключает: 1) применение

168

сложного оборудования; 2) многостадийность процесса; 3) большие затраты на приобретение очистных установок для улавливания сернистых газов.

В условиях Омской области наиболее приемлемыми добавками для улавливания сернистых газов являются нефтеполимерная смола (НПС) или адгезионная присадка БАП-ДС-3.

Рис. 5.3. Зависимость выделения Н2S и SO2 от содержания серы в процессе получения СБВ [6]: 1 – выделение Н2S в начале процесса быстрого смешивания при 7000 об/мин; 2 – выделение SO2 в начале процесса быстрого смешивания при 7000 об/мин; 3 – выделение Н2S

в начале процесса медленного смешивания при 100 об/мин; 4 – выделение SO2 в начале процесса медленного смешивания при 100 об/мин

Нефтеполимерная смола выпускается ОАО «Омскхимпром» в количестве 1300 т/год, имеет стоимость 18000 руб. за тонну. Нефтеполимерная смола представляет собой твердое хрупкое вещество темного цвета в виде чешуйчатых пластинок аморфной структуры. НПС не имеет запаха и относится к 4 классу опасности. Стирольно- дициклопентадиен-инденовая нефтеполимерная смола состоит из

169

смеси ненасыщенных полимеров, хорошо растворяющихся в ароматических углеводородах. Смола имеет следующие показатели физикохимических свойств: молекулярная масса 450 – 575; йодное число 20

–35 г I2 / 100 г; плотность 1,2 – 1,4 г/см3; температура размягчения 80

–95° С.

Высокое йодное число свидетельствует о большом содержании непредельных углеводородов и характеризует высокую реакционную способность НПС. Смола является термопластичным веществом, по химическому и углеводородному составу имеет сродство к нефтяным битумам, поэтому хорошо совмещается с ними при технологических температурах. При введении в битум 1 – 3 % по массе НПС улучшаются физико-механические свойства битума: адгезионная и когезионная прочности, термостабильность, пластичность, эластичность. При получении СБВ содержащиеся в НПС дициклопентадиеновые углеводороды будут химически взаимодействовать с серой, снижая выделение токсичных сернистых газов. Рекомендуемая дозировка НПС для снижения выброса сернистых газов составляет 1 – 2 % от массы битума.

Адгезионная присадка БАП-ДС-3, выпускаемая ЗАО НПП «Алтайспецпродукт» (г. Бийск) по ТУ 2482-005-339929-33-2003, относится к универсальным ПАВ, обеспечивающим сцепление битумов с различными по природе минеральными материалами, ее стоимость составляет 50000 руб. за тонну. Присадка БАП-ДС-3 поставляется в дорожные организации Омской области для улучшения адгезионных свойств дорожных битумов.

Присадка БАП-ДС-3 представляет собой смесь алкиламидопо-

лиаминов [R–C–NH–(CH2–CH2–NН)n–NH2]

║

О

иалкилимидазолинполиамидов [R–C––N–(CH2–CH2–NH)n–NH2],

║│

N – C2Н4

полученных на основе кислот растительного и (или) животного происхождения фракции С18 – С20 или дистиллированного талового масла и полиэтиленполиамина.

Присадка БАП-ДС-3, введенная в битум в количестве 0,5 – 0,7 мас. %, улучшает сцепление вязких и жидких битумов с минеральными материалами разной природы и повышает водо- и морозостойкость асфальтобетона, снижает температуру приготовления ас-

170