Методические рекомендации по применению асфальтобетонных смесей с полимерными отходами промышленности

Утверждены замдиректора Союздорнии канд. техн. наук
В.М. Юмашевым

Одобрены Главдорстроем
Минтрансстроя (письмо № 5603/171 от 6.03.1986 г.)

Показаны преимущества асфальтобетонных смесей, содержащих различные полимерные отходы промышленности - дробленую резину мелкого помола, порошковый каучук, низкомолекулярный каучук, термопластичные полимеры.

Изложены особенности проектирования составов смесей, способы введения полимеров в асфальтобетонную смесь с учетом свойств полимеров и особенности технологического цикла приготовления смеси.

Даны требования к асфальтобетону, составляющим материалам. Особое внимание обращено на размер зерен вулканизованных полимеров (дробленой резины); показано, что максимальные плотность и прочность асфальтобетона обеспечиваются при использовании тонкодисперсной резины, содержащей не менее 60% частиц мельче 0,63 мм.

Показано, что улучшения уплотняемости смесей с дробленой резиной можно достигнуть, применяя мягчители, а также выдерживая готовые смеси в бункерах - накопителях в течение 1-2 ч, в связи с чем при технической возможности рекомендовано, их применение.

Предисловие

Рациональное использование дорожно-строительных материалов в конструктивных слоях дорожных одежд - важная народнохозяйственная задача; актуальным вопросом при этом является обеспечение работоспособности дорожной конструкции в различных условиях эксплуатации с учетом транспортных нагрузок и климатических факторов.

Проведенные в Союздорнии и его филиалах, Гипродорнии, ЦПКТБ Минавтодора Казахской ССР работы и анализ зарубежного опыта позволили выбрать ряд доступных полимерных отходов промышленности, которые способствуют повышению качества асфальтобетонов» К таким полимерам откосятся дробленая резина; порошковый каучук, получаемый как побочный продукт при производстве бутадиенстирольных латексов; низкомолекулярные каучуки (олигомеры); термопластичные полимеры.

Разработаны методы повышения совместимости вулканизованных порошковых полимеров (дробленой резины) с битумом, основанные на термической или химической деструкции резины, способствующие повышению технологичности, удобоукладываемости, уплотняемости асфальтобетонных смесей.

Конструктивные слои из асфальтобетона с дробленой резиной характеризуются большей трещиностойкостью и повышённым сцеплением с шинами автомобиля. Последнее обстоятельство дает возможность снизить содержание щебня в смеси, обеспечивая при этом надлежащие фрикционные свойства покрытия.

Применение порошковых и низкомолекулярных каучуков также направлено на обеспечение трещиностойкости покрытий. Вместе с тем, хорошая совместимость порошкового невулканизованного каучука с битумом, и связанная с этим повышенная теплостойкость вяжущего позволяют обеспечить высокий комплекс физико-механических свойств асфальтобетона на мало вязких битумах, а также на битумном сырье и тяжелой нефти.

Использование отходов производства термопластичных полимеров - атактического полипропилена и полистирола, эффективно для повышения сдвигоустойчивости и коррозионной стойкости асфальтобетона.

Кроме этого, рациональное использование полимерных отходов представляет важную проблему для охраны окружающей среды.

"Методические рекомендации по применению асфальтобетонных смесей с полимерными отходами промышленности" составлены на основе исследований, проведенных Союздорнии и его филиалами, Гипродорнии, опытно-производственных работ, внедрения, осуществленных на объектах Минтрансстроя, Главмосдоруправления минавтодоров РСФСР, Казахской и Узбекской ССР,

При составлении настоящих "Методических рекомендаций" использованы авторские свидетельства №929780, №949031, №975646, №1154237, №834304, №297614.

"Методические рекомендации" составили: кандидаты технических наук Б.М. Слепая (Союздорнии), Г.Б. Крыжановская, И.П. Шульгинский, В.П. Гальперин (Ленинградский филиал Союздорнии), канд. техн. наук Л.И. Джулай (Казахский филиал Союздорнии), инж. Р.Б. Джуманов (Среднеазиатский филиал Союздорнии), инж. Л.В. Поздняева, канд. техн. наук А.В. Руденский (Гипродорнии), кандидаты технических наук В.Я. Стрельникова, Г.Н. Гуцалюк (ЦПКТБ Минавтодора КазССР).

В работе принимали участие кандидаты технических наук В.Ф. Дроздовский, О.Т. Поляков (НИИ шинной промышленности).

Экономический эффект при использовании полимерных материалов в асфальтобетонных смесях составляет от 5003 до 1500 руб. на 1 км.

Замечания и предложения по данной работе просьба направлять по адресу: 143900, Московская обл., г. Балашиха-6, шоссе Энтузиастов, 79, Союздорнии.

1. Общие положения

1.1. Полимерные материалы и олигомеры позволяют повысить работоспособность асфальтобетонных покрытий, использовать местные материалы для приготовления асфальтобетонных смесей, способствуют охране окружающей среды.

1.2. Применение в асфальтобетонных смесях эластомеров - дробленой резины, порошкового каучука, а также низкомолекулярных каучуков (олигомеров) обеспечивает снижение хрупкости асфальтобетона при пониженных температурах, повышает устойчивость покрытий к динамическим воздействиям.

1.3. Использование отходов термопластичных полимеров (отходов полистирольного производства и атактического полипропилена) в асфальтобетонных смесях позволяет повысить сдвигоустойчивость и водостойкость покрытий.

Введение в состав асфальтобетонных смесей атактического полипропилена дает возможность сэкономить 10-20% битума.

1.4. Все работы по приготовлению асфальтобетонных смесей с применением полимерных отходов и олигомеров и устройству конструктивных слоев дорожных одежд следует осуществлять в соответствии с требованиями главы СНиП 3.06.03-85, учитывая особенности исходных материалов и асфальтобетонных смесей, приготовленных с их применением.

2. Материалы для асфальтобетонных смесей

2.1. Минеральные материалы и битум, применяемые для приготовления асфальтобетонных смесей с полимерными отходами или олигомером, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-84.

2.2. Резина дробленая, используемая в асфальтобетонных смесях, должна отвечать требованиям ТУ 38 10436-82 "Резина дробленая марок РД и РДС"к марке РДС Миннефтехимпрома.

"В дополнение к требованиям ТУ для достижения наибольшей плотности асфальтобетона следует использовать резину дробленую, содержащую не менее 60% зерен мельче 0,63 мм. Для лучшего взаимодействия резины с битумом следует использовать мягчители, нпример сланцевый, которые предварительно вводят в нагретый до рабочей температуры битум в количестве 4-7% массы битума.

2.3. Невулканизованный порошковый каучук БС – П должен соответствовать требованиям ТУ 38 103524-84 "Крошка каучуковая из отходов производства бутадиенстирольных латексов" Миннефтехимпрома.

Для повышения водостойкости и сдвигоустойчивости асфальтобетонов с невулканизованным каучуком. БС - П целесообразно осуществлять вулканизацию каучука. Для этой цели следует использовать серу техническую молотую по ГОСТ 127-76 и ускоритель вулканизации сульфенамид Ц по ТУ 6-14-868-81 "Сульфенамид Ц грану -лированный" Минхимпрома.

2.4. Полистирол должен отвечать требованиям ТУ 6-05-1918-82 ''Отходы полистирольного производства" к марке О-ПС-3 Минхимпрома.

2.5. Атактический полипропилен должен отвечать требованиям ТУ 6-05-1902-81 "Полипропилен атактический" Минхимпрома.

2.6. Низкомолекулярный каучук СКН-26-1А должен отвечать требованиям ТУ 38 10316-76 "Каучуки синтетические низкомолекулярные" Миннефтехимпрома.

3. Состав и свойства асфальтобетонных смесей

3.1. Зерновые составы асфальтобетонных смесей, содержащих полимерные отходы, должны соответствовать установленным ГОСТ 9128-84 для каждого конкретного типа асфальтобетонных смесей.

3.2. При введении порошковых полимеров (резины, каучука, полистирола) в минеральную часть необходимо учитывать их зерновой состав в общем зерновом составе смеси; при введении порошковых полимеров в битум их зерновой состав не учитывается; атактический полипропилен также не учитывается в зерновом составе смесей.

3.3. Количество вводимого полимера должно составлять:

при введении в битум дробленой резины, порошкового каучука - 5-15%, низкомолекулярного каучука - 2-10% массы битума;

при введении в смесь дробленой резины, порошкового каучука - 1,5-2%, низкомолекулярного каучука - 0,35-0,7%, полистирола - 2-4%, полипропилена атактического - 1-3% массы минеральных материалов.

Количество вводимого мягчителя (например, сланцевого) при использовании резины дробленой составляет 4-7% массы битума.

При вулканизации каучука БС-П количество молотой серы составляет 0,3%, ускорителя вулканизации 0,2 % массы битума.

3.4. Поскольку на свойства асфальтобетона с полимерами влияет количество введенного битума, оно не должно быть ниже оптимального (недостаток битума ухудшает уплотняемость смесей).

Следует учитывать, что атактический пропилен, являющийся заменителем части вяжущего, при расходе 1 и 3% дает экономию битума на 10 и 20% массы битума соответственно.

Оптимальное количество битума и полимеров необходимо уточнять в каждом конкретном случае на основе результатов лабораторных испытаний.

3.5. Все асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны с полимерами должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-84 для горячих асфальтобетонных смесей соответствующих марок, за исключением показателя прочности при сжатии при 0°С асфальтобетонов с полистиролом и полипропиленом, который не учитывают в комплексе требований к асфальтобетону.

4. Технология приготовления асфальтобетонных смесей с полимерами или олигомерами

4.1. Асфальтобетонные смеси с полимерами или олигомерами следует приготавливать в соответствии с главой СНиП 3.06.03-85 с учетом особенностей этих материалов.

4.2. Смеси следует приготавливать в смесительных установках типов Д-597, Д-617-2, ДС-645-2Г, ДС-117-2К, обеспечивающих точность дозирования компонентов, предусмотренную- ГОСТ 9128-84.

4.3. Дробленую резину, порошковый и низкомолекулярный каучук можно вводить в минеральную часть асфальтобетонных смесей или предварительно объединять с битумом. Способ введения полимера или олигомера определяют: технология приготовления смеси на заводе, конструкция смесительной установки, наличие дополнительного рабочего котла для смешения полимера с битумом, возможность механизации работ при подаче полимеров. Полистирол или атактический полипропилен вводят на каменный материал или в готовую асфальтобетонную смесь.

4.4. При предварительном объединении с битумом дробленую резину, невулканизованный порошковый каучук или олигомер необходимо вводить порциями в битум, нагретый до 160-170 С, тщательно перемешивать до получения однородной массы. Битумный котел должен быть оборудован специальным приспособлением для перемешивания полимеров (олигомеров) с битумом.

Порошковые полимеры (резину, каучук) перед введением в битум нагревать не следует.

Низкомолекулярный каучук нагревают в специальной емкости до 160-200 С.

4.5. Температура резинобитумной и каучукобитумной (с каучуками БС-П и СКН-26-1А) смесей должна составлять 160-170°С.

Приготовленную смесь битума с полимерами (олигомерами) следует использовать в течение одной рабочей смолы.

Битум с добавкой полимера (олигомера) может быть использован для приготовления асфальтобетонных смесей и устройства поверхностных обработок.

4.6. При введении непосредственно к минеральным составляющим порошковые полимеры с дисперсностью более I мм (атактический полипропилен, полистирол) подают на холодный элеватор перед сушильным барабаном через отдельный дозатор.

В этом случае предварительно отдозированные щебень, песок и полимер направляют в сушильный барабан, а затем горячим элеватором на грохот для сортировки по отсекам горячего бункера.

Из весового бункера минеральные материалы и полимеры загружают в смеситель и осуществляют предварительное "сухое" перемешивание в течение 15-20 с, после чего подают минеральный порошок и битум и перемешивают все компоненты смеси.

4.7. Полимеры с дисперсностью менее 1 мм (резина дробленая, каучук порошковый, полистирол, атактический полипропилен) подают непосредственно в мешалку через отдельный дозатор, либо по линии подачи и через дозатор минерального порошка.

При технической возможности порошковые полимеры следует предварительно в заданном соотношении перемешать с минеральным порошком для совместной подачи в смесительную установку.

Смесительные установки рекомендуется дооборудовать расходной емкостью закрытого типа для храпения порошковых полимеров, рассчитанной на одну-полсмены работы АБЗ, средствами для транспортирования полимеров от емкостей к дозатору холодного элеватора или смесителя и для подачи полимера в смеситель.

4.8. При введении полимера непосредственно в смеситель предварительно отдозированные щебень и песок направляют в сушильный барабан, а затем горячим элеватором на грохот для сортировки по отсекам горячего бункера.

Далее подача материалов осуществляется в зависимости от вида применяемого порошкового полимера.

При использовании полистирола или атактического полипропилена в смеситель загружают минеральные материалы из весового бункера, минеральный порошок, битум и перемешивают. Затем подают отдозированный полимер и перемешивают все компоненты.

При использовании дробленой резины или каучука сначала в смеситель загружают минеральные материалы из весового бункера, минеральный порошок, полимер (резину или каучук), осуществляют "сухое" перемешивание в течение 15-20 с, после чего подают битум и перемешивают все компоненты.

4.9. При возможности предварительного смешения порошковых полимеров с минеральным порошком асфальтобетонные смеси приготавливают по общепринятой схеме.

4.10. При использовании в качестве добавки дробленой резины в битум или непосредственно в асфальтобетонную смесь следует предварительно ввести мягчитель (4-7% массы битума), например сланцевый, либо другие продукты с высоким содержанием ароматических соединений. Мягчитель следует добавлять в нагретый до рабочей температуры битум и с помощью специальных приспособлений осуществлять перемешивание компонентов до получения однородной смеси.

4.11. Продолжительность перемешивания необходимо уточнять при пробном замесе.

4.12. Введение низкомолекулярных каучуков в смеситель осуществляют по следующей технологии: минеральные компоненты нагревают до 165-185°С, вводят нагретый до 180°С низкомолекулярный каучук, перемешивают, затем вводят битум, температура которого 140-160°С, перемешивают все компоненты.

При такой технологии смесительную установку следует дооборудовать емкостью для нагрева олигомера до рабочей температуры, насосом и дополнительным дозатором для подачи олигомера в мешалку.

4.13. Температура нагрева каменных материалов для смесей с атактическим полипропиленом, резиной, каучуками составляет 165-185°С, полистиролом - 190 - 220°С.

4.14. Температура асфальтобетонных смесей, содержащих вулканизованную дробленую резину, должна составлять 140-170°С, атактический полипропилен - 150-180°С, полистирол - 160-200 С, порошковый или низкомолекулярный каучуки - 140-160°С.

4.15. Для улучшения технологических параметров асфальтобетонных смесей с дробленой резиной, атактическим полипропиленом, полистиролом их целесообразно выдерживать в бункерах-накопителях в течение 1-2ч при технологических температурах.

4.16. Асфальтобетонную смесь с полимерами или олигомерами рекомендуется транспортировать к месту укладки автомобилями-самосвалами в соответствии с "Правилами перевозки грузов на автомобилях" (Минавтотранс РСФСР, 1979).

5. Строительство покрытий из асфальтобетонных смесей с полимерами или олигомерами

5.1. Покрытия из асфальтобетонных смесей с полимерами или олигомерами следует строить в соответствии с требованиями главы СНиП 3.06.03-85, учитывая особенности, обусловленные специфичностью смесей.

5.2. Температура асфальтобетонных смесей с дробленой резиной или каучуками (порошковым и низкомолекулярным) при укладке в покрытие должна соответствовать установленной ГОСТ 9128-84 для горячих асфальтобетонных смесей; смесей с атактическим пропиленом температура должна составлять 140-160°С, с полистиролом - 160-180°С.

5.3. Асфальтобетонные смеси следует укладывать, как правило, сразу на всю ширину покрытия широкозахватными асфальтоукладчиками с активными уплотняющими рабочими органами, обеспечивающими максимально возможное предварительное уплотнение слоя. При отсутствии широкозахватных асфальтоукладчиков укладку следует осуществлять сопряженными полосами (асфальтоукладчиками марок ДС-126А, ДС-143); при этом необходимо следить за исправностью трамбующего бруса асфальтоукладчика.

Для обеспечения сопряжения поперечных полос длина укладываемой полосы должна быть не более 100 м на защищенных от ветра участках и не более 50 м на открытых участках; при температуре воздуха ниже 15°С длину полосы следует уменьшить в 2 раза.

5.4. Уплотнение асфальтобетонных смесей с дробленой резиной или полистиролом отличается рядом особенностей.

Температура асфальтобетонных смесей с дробленой резиной в момент уплотнения должна быть на 10°С ниже установленной для обычных асфальтобетонных смеceй; уплотнение смесей с полистиролом следует начинать немедленно после укладки и заканчивать при температуре смесей не ниже 100°С (уплотнение смесей с полистиролом при температуре ниже 100 С приводит к образованию на покрытии технологических трещин).

5.5. Технология уплотнения асфальтобетонных смесей с порошковым каучуком, низкомолекулярным каучуком и полипропиленом не отличается от традиционной.

5.6. Отряд катков для уплотнения рассматриваемых смесей необходимо назначать в зависимости от начальной степени уплотнения слоя рабочими органами асфальтоукладчика. С этой целью перед началом работ по уплотнению следует определить коэффициент уплотнения слоя рабочими органами асфальтоукладчика.

Для этого перед проходом асфальтоукладчика на нижний слой укладывают металлическую пластинку 200×150×1,5 мм и фиксируют металлической проволокой, закрепленной на краю пластинки у обочины. Немедленно после прохода асфальтоукладчика пластинку со смесью осторожно извлекают, остывший образец снимают с пластинки и определяют коэффициент уплотнения в соответствии с ГОСТ 12801-84.

5.7. При начальном коэффициенте уплотнения асфальтоукладчиком выше 0,9 в состав отряда катков следует включать: гладковальцовый массой 10-13т (4-6 проходов) либо вибрационный массой 6-8 т (2-4 прохода с выключенным вибратором, 3-4 - с включенным) и гладковальцовый массой 11-18 т (10-12 проходов); при начальном коэффициенте уплотнения менее 0,9 в этот отряд дополнительно следует включить гладковальцовый жаток массой 6-8 т (2-4 прохода).

5.8. Уплотнение асфальтобетонных смесей с полистиролом допускается начинать гладковальцовым катком массой 11-18 т либо катком на пневматических шинах.

5.9. Вальцы катков, особенно при первых проходах, следует обильно смачивать водой, мыльным раствором и пр.

6. Контроль качества строительства

6.1. Качество приготовленной асфальтобетонной смеси с полимерами или олигомерами и построенного покрытия следует контролировать в соответствии с главой СНиП 3.06.03-85 с учетом дополнений, изложенных в настоящих "Методических рекомендациях".

6.2. Качество готовой асфальтобетонной смеси оценивается по показателям однородности, температуре, а также по результатам испытания стандартных образцов по ГОСТ 9128-84 и ГОСТ 12801-84.

6.3. Однородность асфальтобетонных смесей оценивают как визуально, так и по значениям истинной плотности.

При визуальной оценке смесь считают однородной, если в двух-трех пробах из одного замеса отсутствуют комки, скопления битума, минерального порошка и полимера, зерна минерального материала, не покрытые битумом.

При оценке однородности по значениям истинной плотности отбирают 3-4 пробы из одного замеса. Если расхождения в значениях истинной плотности проб не превышает 3%, смесь считают однородной.

Однородность по значениям истинной плотности следует определять при отработке технологии приготовления смеси на АБЗ.

Если установлена неоднородность смеси с полимерами или олигомерами, то необходимо проверить точность дозирования всех компонентов, температуру каменного материала при выходе из сушильного барабана и температуру готовой смеси, время перемешивания, в том числе "сухого".

6.4. Стандартные образцы из асфальтобетонных смесей, содержащих каучук (порошковый или низкомолекулярный), атактический полипропилен, полистирол, рекомендуется изготавливать в соответствии с ГОСТ 12801-84.

6.5. Образцы из смесей с дробленой резиной следует изготавливать после выдерживания смеси в термостате при температуре 140-170°С в течение 45-60 мин.

6.6. При введении дробленой резины или порошкового каучука БС-П в битум следует контролировать однородность получаемой композиции (равномерность распределения порошковых полимеров в битуме) по следующей методике: в три точки, расположенные на различной глубине рабочего котла, последовательно опускают емкость объемом 100-200 см3 с подвижной крышкой. После отбора пробы крышку закрывают и емкость с композицией (битум с порошковым полимером) извлекают из рабочего котла.

Вяжущее считают однородным, если расхождения в показателях глубины проникания иглы трех проб, отобранных с разной глубины рабочего котла, не превышает 5%. Однородность битума, содержащего олигомер, определяют визуально. В нагретую до рабочей температуры композицию опускают на 1с стеклянную палочку. Композицию считают однородной, если на поверхности стеклянной палочки отсутствуют сгустки, пленки и пр.

7. Правила техники безопасности при строительстве асфальтобетонных покрытий с полимерами или олигомерами

При приготовлении смесей, содержащих полимеры или олигомеры, при устройстве покрытий следует соблюдать требования безопасности, предусмотренные главой СНиП II I-4-80, "Правилами техники безопасности при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог" и "Правилами по технике безопасности и производственной санитарии при строительстве и ремонте городских дорог, работе на асфальтобетонных заводах и производственных базах дорожно-эксплуатационных организаций".