1754

Сера комовая со склада направляется при помощи ленточного транспортера в бункер № 1 исходной серы, из которого поступает на вальцы, где происходит дробление комков серы до фракции менее 10 мм. Измельченная сера накапливается в бункере № 2, откуда транспортером поступает в расходный бункер серы № 3. Из бункера отдозированное количество серы при помощи поворотной или двухрукавной течки направляется в битумоплавильный котел № 1. В этот же битумоплавильный котел из битумохранилища насосом поступает заданное количество обезвоженного битума. Смешение серы с битумом в битумоплавильном котле производят при температуре 130 – 140 °С в течение 0,5 – 1,0 ч при интенсивном перемешивании лопастной мешалкой.

Полученное серобитумное вяжущее перекачивают в битумоплавильный котел № 2 и выдерживают в нем при температуре 110 – 120 °С в течение суток для повышения однородности. Затем готовое СБВ направляют для производства асфальтобетонных смесей.

Опытные работы по выпуску опытной партии СБВ и асфальтобетонной смеси на СБВ проводились на асфальтобетонном заводе «Аmman» ЗАО «Стройсервис». В сентябре 2000 г. по рецептам и технологическому регламенту, разработанным на кафедре ДиСМ СибАДИ, выпущено 90 т СБВ и 1600 т асфальтобетонной смеси на его основе.

Серобитумное вяжущее получали с использованием битума марки БН 60/90 и серы комовой ОАО «Омский НПЗ». В специальной лопастной мешалке производительностью 5 т/ч при температуре 120 – 130 °С готовилась концентрированная серобитумная композиция (СБК), содержащая 50 % по массе серы, которая затем перекачивалась в рабочий битумный котел.

Сера загружалась в мешалку погрузчиком. Концентрированная серобитумная композиция смешивалась в битумном котле с битумом, имеющим температуру 140 – 150 °С. Серобитумное вяжущее перемешивалось в битумном котле при помощи циркуляционного насоса. Температура приготовленного СБВ составляла 130 – 140 °С. Свойства исходного битума и СБВ, отобранных для испытания из лопастной мешалки и рабочего битумного котла, приведены в табл. 6.2.

Схема мешалки изображена на рис. 6.5. В нижней части теплоизолированной рабочей емкости 1 установлены электронагревательные регистры 2, позволяющие поддерживать заданную рабочую температуру при получении СБК.

181

Рис. 6.5. Схема смесительной установки для приготовления концентрированной серобитумной композиции: 1 – емкость с мешалкой; 2 – электронагревательные регистры; 3 – редуктор; 4 – электродвигатель; 5 – вал лопастной мешалки; 6 – лопасти; 7 – люк для загрузки серы; 8 – термометр; 9 – трубопровод;

10 – грузоподъемное устройство; 11 – битумный насос

Перемешивание битума с серой осуществлялось лопастной мешалкой, состоящей из горизонтального вала 5, на котором расположены горизонтальные лопасти 6. Требуемая скорость вращения вала (50 об/мин) обеспечивается электродвигателем 4 и редуктором 3. В верхней части мешалки имеется люк 7 для загрузки серы. Грузоподъемное приспособление 10 предназначено для подъема емкостей с серой. После приготовления СБК по теплоизолированным трубопрово-

182

дам 9 с помощью битумного насоса 11 подавалась в битумный котел для перемешивания с битумом и получения СБВ.

Контроль за температурой нагрева СБК осуществлялся с помощью термометра 8. Точность соблюдения температуры при приготовлении СБК была + 1 °С.

Сера, использованная для приготовления СБВ, хранилась на территории ЗАО «Стройсервис» в штабеле на открытом воздухе и была обводнена. В результате при смешении серы с битумом образовывались водяные пары, содержащие сернистую кислоту. Это вызвало шелушение краски на поверхности мешалки и битумного котла (у загрузочных люков.) Опытные работы показали, что увлажненную серу перед получением СБВ необходимо высушивать.

Свойства щебня и песка для приготовления асфальтобетонной смеси даны в табл. 6.3 – 6.5.

Таблица 6.3

Зерновые составы щебня и песка

183

Состав горячей пористой крупнозернистой асфальтобетонной смеси был следующим:

щебень гранитный фракции 5 – 40 мм………………...……60 %;

песок природный с Мк = 2,28……………….….………..……40 %; СБВ 60/90…………………………………………………….….5 %.

При изготовлении смеси температура нагрева минеральных материалов составляла 140 – 150 °С, СБВ 60/90 – 130 – 140 °С, готовой асфальтобетонной смеси при выпуске из смесителя – 130 – 140 °С. Содержание серы в СБВ изменялось от 20 до 30 мас. %.

При указанных выше температурных режимах приготовления СБВ и асфальтобетонной смеси концентраций сероводорода и сернистого газа в воздухе производственной зоны, превышающих предельно допустимые концентрации, не наблюдалось и обеспечивались нормальные условия работы обслуживающего персонала АБЗ.

Свойства асфальтобетонов лабораторного и производственного составов приведены в табл. 6.6. Асфальтобетоны по физикомеханическим свойствам удовлетворяли требованиям ГОСТ 9128-97, предъявляемым к пористым асфальтобетонам марки I.

Пористая асфальтобетонная смесь на СБВ укладывалась в нижний слой покрытия при уширении проезжей части автомобильной дороги Омск – Тюмень. Конструкция дорожной одежды на полосах уширения при ширине полосы 2,5 м была следующей:

- подстилающий слой из песка толщиной 30 см;

184

-основание из грунта (суглинок), укрепленного цементом, толщиной 20 см;

-нижний слой покрытия из пористой асфальтобетонной смеси на СБВ марки I толщиной 8 см;

-верхний слой покрытия из горячей плотной асфальтобетонной смеси типа Б марки II толщиной 5 см.

Таблица 6.6

Физико-механические свойства горячего крупнозернистого пористого асфальтобетона на серобитумном вяжущем марки СБВ 60/90

Дальность возки смеси от АБЗ составляла 25 км. Асфальтобетонная смесь укладывалась в покрытие асфальтоукладчиком при температуре воздуха от +5 до + 10 °С. Перевозка и выгрузка асфальтобетонных смесей на СБВ не вызывала никаких затруднений. Смеси легко обрабатывались асфальтоукладчиком, обеспечивая заданную толщину и ровность покрытия.

Толщина укладываемого слоя асфальтобетонной смеси была больше проектной толщины на 10 – 15 %. Температура смеси при укладке в покрытии равнялась 120 – 135 °С. Уплотнение асфальтобетонной смеси начинали сразу после укладки, не допуская их остывания. Температура смеси в начале уплотнения составляла 110 – 120 °С, в конце уплотнения 80 – 90 °С. Уплотнение смеси производили гладковальцовыми катками массой 7 и 10 т. Ввиду хорошей уплотняемо-

185

сти смесей количество проходов катков было снижено и составило 4 – 6 для легкого и 8 – 10 для тяжелого. На контрольных участках при уплотнении асфальтобетонной смеси на битуме число проходов катков составляло соответственно 5 – 7 и 10 – 12.

Работы по приготовлению, укладке и уплотнению асфальтобетонных смесей на СБВ, а также технический контроль осуществляли в соответствии с требованиями действующих нормативных докумен-

тов (СНиП 3.06.03-85).

Испытания образцов-вырубок, отобранных через двое суток после строительства нижнего слоя покрытия опытного участка, показали, что коэффициент уплотнения асфальтобетона в покрытии составил 0,98 – 0,99, средняя плотность образцов-вырубок равнялась 2,28 – 2,30 т/м3, водонасыщение 7,5 – 8,2 % по объему.

Опытные работы подтвердили возможность и эффективность применения серы в дорожном строительстве. Экономический эффект достигается за счет снижения стоимости СБВ по сравнению со стоимостью битума и при содержании 30 мас. % серы составляет 48,87 руб. на 1 т асфальтобетонной смеси.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ литературных данных по использованию серы в СБВ показал, что сера, введенная в битум, находится в нем в двух состояниях: жидком и твердом. Соотношение между количеством жидкой и кристаллической серы зависит от ряда факторов: химического состава и дисперсной структуры битума, температуры смеси и времени, прошедшего с момента введения серы. Введение добавки серы приводит к образованию в вяжущем вторичной высокодисперсной структуры, тип которой зависит от массового содержания серы в СБВ. Относительно малая добавка серы (до 15 %) способствует образованию высокодисперсной коагуляционной структуры. При содержании серы свыше 30 % по мере снижения температуры возможно образование в СБВ не только коагуляционной, но и кристаллизационной структуры. Кристаллизационная структура снижает деформативность, повышает жесткость и хрупкость вяжущего.

Выявлены особенности изменения физико-механических свойств битумов разных марок и типов дисперсной структуры от содержания серы в СБВ и установлены рациональные дозировки серы. Показано, что добавка серы в количестве до 20 % эквивалентна введению пла-

186

стификатора. При более высоких дозировках (до 30 – 40 %) сера является структурообразующей добавкой, повышающей вязкость и теплостойкость, несколько понижающей трещиностойкость вяжущего. Введение серы в битум приводит к снижению вязкости СБВ и предельного напряжения сдвига при температурах выше 80 ºС. Пониженные реологические характеристики СБВ при технологических температурах позволяют понизить температуры приготовления и уплотнения асфальтобетонных смесей.

Лабораторными исследованиями установлено, что при введении в СБВ, содержащее 30 мас. % серы, нефтеполимерной смолы или присадки БАП-ДС-3 количество выделяющегося сероводорода в процессе приготовления СБВ снижается в 1,5 – 2 раза.

Изучение структуры и свойств асфальтовяжущего на основе битума, СБВ и активированного минерального порошка показало, что прочность асфальтовяжущего оптимальной структуры возрастает при увеличении содержания серы в СБВ. Установлена меньшая чувствительность асфальтовяжущих к содержанию СБВ в сравнении с чистым битумом.

В результате определения физико-механических свойств асфальтобетонов разных типов структуры, приготовленных на минеральных материалах, используемых в дорожном строительстве Омской области, битумах и СБВ, показано, что введение в СБВ серы в количестве 15 % вызывает понижение показателей прочности и морозостойкости.

Увеличение содержания серы в СБВ до 30 % приводит к повышению плотности, прочности, особенно при высоких эксплуатационных температурах, теплоустойчивости, водо- и морозостойкости асфальтобетонов по сравнению с асфальтобетонами на битумах. Особенно существенно влияние СБВ на прочность, тепло- и водостойкость песчаного асфальтобетона типа Д.

Процесс кристаллизации серы в асфальтобетонах продолжается длительное время (более месяца). Это выражается в повышении качественных характеристик асфальтобетона, поскольку кристаллическая сера играет роль дисперсного наполнителя в асфальтобетоне.

На основании лабораторных и опытно-производственных работ установлена целесообразность применения СБВ для производства асфальтобетонов. Применение серы в асфальтобетоне позволяет уменьшить расход битума и снизить стоимость вяжущего, понизить температуры нагрева компонентов и их смесей.

187

Библиографический список

1.Менковский М.А. Технология серы / М.А. Менковский, В.Т. Яворский. – М.: Химия, 1985. – 286 с.

2.Халиуллин А.К. Химия серы / А.К. Халиуллин. – М.: Стройиздат, 1995. –

170 с.

3.Борбат В.Ф. Химия серы в технологии промышленных материалов / В.Ф. Борбат, М.А. Елесин, Ф.П. Туренко. – Омск: Изд-во «Академия», 2004. – 274 с.

4.Ляпина Н.К. Химия и физикохимия сероорганических соединений нефтяных дистиллятов / Н.К. Ляпина. – М.: Наука, 1984. – 120 с.

5.Потуроев В.В. Полимербетоны / В.В. Потуроев. – М.: Стройиздат, 1987.

–286 с.

6.Иваньски М. Асфальтобетон как композиционный материал (с нанодисперсными и полимерными компонентами) / М. Иваньски, Н.Б. Урьев. – М.: Техполиграфцентр, 2007. – 668 с.

7.Фомин А.Ю. Применение серы в производстве дорожно-строительных

материалов / А.Ю. Фомин, В.Г. Хозин // Строительные материалы. – 2009. –

№11. – С. 20 – 22.

8.Каганович Е.В. К вопросу использования серы при строительстве и ремонте автомобильных дорог в Республике Казахстан / Е.В. Каганович, В.С. Курчавов // Вестник КаздорНИИ. – Алматы, 2004. – № 1. – С. 53 – 55.

9.Руденская И.М. Органические вяжущие для дорожного строительства / И.М. Руденская, А.В. Руденский. – М.: Транспорт, 1984. – 229 с.

10.Веренько В.А. Дорожные композитные материалы. Структура и механические свойства / под ред. И.И. Леоновича. – Минск: Наука и техника, 1998. – 246 с.

11.Орловский Ю.И. Бетон и изделия на основе серосодержащих отходов / Ю.И. Орловский. – М.: Стройиздат, 1993. – 120 с.

12.Королев Е.В. Серные композиты специального назначения /

Е.В.Королев, С.А. Болтышев. – Пенза: ПГУАС, 2008. – 212 с.

13.Влияние технологических параметров на взаимодействие серы с нефтяными остатками / И.Р. Теляшев и др. // Нефтепереработка и нефтехимия: сб. науч. тр. ИПНХП. – Уфа: Изд-во ИПНХП, 2001. – Вып. 33. – С. 76 – 81.

14.Об использовании элементарной серы в производстве дорожных битумов / Ю.А. Кутьин и др. // Нефтепереработка и нефтехимия: сб. науч. тр. ИПНХП. – Уфа: Изд-во ИПНХП, 2001. – Вып. 33. – С. 40 – 42.

15.Beadion I. A two-continuous-plase sulpbur asphalt composide-development and character / I. Beadion, Р. Sereda // Canada. – I. Cevil. – 1979. – Vol. 6. – № 3. – P. 406 – 412.

16.Grybowska W. Badania nad nourymi Siepisrami Siarkowymi USA / W. Grybowska // Drogownictwo. – 1980. – Vol. 35. – № 5. – P. 153 – 155.

17.Urban R. Schwefalasphalt out einer Nationalst rafe in Frankreich / R. Urban // Bitumen. – 1982. – Vol. 44. – № 4. – P. 174 – 175.

188

18.Tomkowiak K. Wplyw dodatky sidrky do asphaltow / К. Tomkowiak, K. Zelinski // Drogownictwo. – 1983. – № 2. – S. 55 – 59.

19.Pallos J. Laboratoriumi clokisir leteka hullaken asfalt nevereneknen torteno belhas / J. Pallos // Melypepitestud Szembe. 1984. – Vol. 34. – № 3. – S. 137 – 142.

20.Плотникова И.А. Возможность экономии битума за счет добавок серы /

И.А. Плотникова, Е.М. Гурарий, И.В. Степанян // Автомобильные дороги. – 1982. – № 9. – С. 15 – 16.

21.Использование серы в качестве добавки к нефтяным дорожным битумам / И.А. Плотникова и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. – 1984. – № 11.

–С. 7 – 9.

22.Советско-чехословацкое научное сотрудничество по проблеме использования серы в асфальтобетоне / И.А. Плотникова и др. // Автомобильные дороги. – 1985. – № 6. – С. 13 – 15.

23.Степанян И.В. Использование серы как компонента асфальтобетона: автореф. дис. ... канд. техн. наук / И.В. Степанян. – М., 1988. – 20 с.

24.Веренько В.А. Влияние элементарной серы на структуру органических вяжущих и бетонов / В.А. Веренько, И.К. Яцевич // Управление структурообразованием, структурой и свойствами дорожных бетонов: материалы III Всесоюзного совещания. – Харьков, 1983. – С. 45 – 46.

25.Веренько В.А. Асфальтобетон на серобитумном вяжущем / В.А. Веренько, Б.И. Лелаев, Ю.А. Иванов // Автомобильные дороги. – 1983. – № 1. – С. 6 – 7.

26.Веренько В.А. Влияние элементарной серы на свойства органических вяжущих и бетонов / В.А. Веренько // Известия вузов. Стр-во и архитектура. – 1985. – № 4. – С. 62 – 64.

27.Сидоренко Н.Н. Продление срока службы дорожных асфальтобетонных покрытий в условиях Крайнего Севера: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Н.Н. Сидоренко. – М., 1987. –20 с.

28. Alama K. Mieshanki mineralo-iarkowo-aspaltowe (MSA) / К. Alama, D. Gayer // Pracy Instituty drog i mostow. – Warszawa. – 1981. – № 3. – S. 60 – 80.

29. Alama K. Wyniki badan mieszanek mineralno-siarkowych (M-S-A) / K. Alama, J. Zawadski // Siarka i emulsja w nawirzchniach drogowych-badania I doswiadczenia: Konferencja Naukovo-Nechniczna. – Tarnow, 1983. – S. 58 – 92.

30.Fatani М. Dune sandagregate mixes dunemixes for asphalt concrete pawements / М. Fatani, Н. Sultan // Transport Res. Rec. – 1982. – № 834. – Р. 56 – 60.

31.Zendrich I. Schwefelasphalt in Strassen ban Bereich uber ein internationales Symposiuminan Bordeaus / I. Zendrich // Strassen und Fiefbau. – 1981. – Vol. 35. –

№4. – S. 21 – 22.

32.Zartaut M. Beton bitumineur coule an Soufre / М. Zartaut // Bulletin de liasison labor. des. Ponts es chausses. – 1980. – № 109. – P. 121 – 123.

33.Dah-yinn L. Modificatoin of asphalt and asphalt pawing mixtures by sulfur additives / L. Dah-yinn // Ind. And. Eng. Chem. Proc. Res and Develop. – 1975. –

№3. – P. 171 – 177.

34.Sulfur may be enroute to partially replacing asphalt in highway pavements // Chem. long. – 1977. – № 15. – Part 1. – 52 p.

189

35.Sulfurasphalt pavement improved with silicones // Highway and Hauvy Constr. – 1978. – 121. – № 2. – P. 104 – 106.

36.Mc Bee W.C. Improved resistance of sulfur – asphalt paving formulations to attack by fuels / W.C. Mc Bee, А. Tomas Sullivan // Ind. аnd Еng. Chem. Prod Res and Develop. – 1977. –16. – № 1. – P. 93 – 95.

37. Kennedi T.W. An engineering evaluation of sulphur-asphalt mixtures / T.W. Kennedi, R. Haas, P. Smith // 56-th Agg, Meeting of T.R.B. Jan. – 1977. – P. 146

–171.

38.Гнатейко В.З. Использование серы и серосодержащих отходов в дорожном строительстве / В.З. Гнатейко // Автомобильные дороги: обзорная информация/ ЦБНТИ Минавтодор РСФСР. – М., 1990. – Вып. 1. – 62 с.

39.Дорожно-строительные материалы на основе побочных продуктов производства серы / В.З. Гнатейко // Автомобильные дороги: информационный сборник / ЦБНТИ Минавтодора РСФСР. – М., 1989. – Вып. 1. – С. 12 – 15.

40.Королев И.В. Пути экономии битума в дорожном строительстве / И.В. Королев. – М.: Транспорт, 1986. – 149 с.

41.Методические рекомендации по применению асфальтобетонных смесей с добавкой серы и технологии строительства из них дорожных покрытий / сост.: И.А. Плотникова, Е.М. Гурарий.– М.: Союздорнии, 1986. – 16 с.

42.Руденский А.В. Повышение качества органических вяжущих, применяемых в дорожном строительстве / А.В. Руденский // Автомобильные дороги: обзорная информация / ЦБНТИ Минавтодора РСФСР. – М., 1989. – Вып. 2. – С. 1 – 33.

43.Урьев Н.Б. Применение серы при производстве асфальтобетонных смесей в Польше / Н.Б. Урьев, М. Иваньски // Автомобильные дороги. – 1989. – № 7.

–С. 26 – 27.

44.Верещагин В.П. Оценка уровня качества асфальтобетона с применением серобитумного вяжущего / В.П. Верещагин // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2002. – № 3. – С. 17 – 18.

45.Соколов Ю.В. Битумосерные вяжущие и дорожные асфальтобетоны на их основе / Ю.В. Соколов, В.Д. Галдина // Повышение качества материалов дорожного и строительного назначения: сб. науч. тр. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2001. – С .67 – 72.

46.Соколов Ю.В. Влияние состава битумосерного вяжущего на его свойства / Ю.В. Соколов, Н.А. Гриневич, В.Д. Галдина // Автомобильные дороги Сибири: тез. докл. II Международной науч.-технич. конференции. – Омск: СибАДИ, 1998. – С. 134 – 136.

47.Соколов Ю.В. Структура и свойства битумосерного вяжущего при различном наполнении его минеральным порошком / Ю.В. Соколов, В.Д. Галдина, Н.А. Гриневич // Повышение эффективности дорожных и строительных материалов для условий Сибири: сб. науч. тр. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. –С . 24 – 30.

48.Pronk F.E. Sulphur modified asphalt concrete / F.E. Pronk, A.F. Soderberg, R.T. Frizeeie // Ann/ Conference of Canadian Technical Asphalt Ass. – Toronto, 1975.

–P. 192 – 215.

190