Удар резиной по бездорожью

Можно ли улучшить качество российских дорог с помощью современных технологий? Ответ на этот вопрос дает практика применения модификатора дорожных покрытий «Унирем». Состоящий из высокодисперсной резины, он структурирует асфальт на наноуровне, что в итоге увеличивает срок службы последнего как минимум в 1.5 раза

.

Качество наших дорог – вечная тема для злословия и поговорок. Проблемы кроются не только и не столько в огрехах технологий и небрежном строительстве. Во многом недолговечность российских дорог обусловлена природными условиями. Для сравнения: почвы Финляндии – это в основном скальная порода. И поэтому, чтобы построить дорогу, достаточно выровнять грунт и положить асфальт.

Асфальт с модификатором «Унирем»: участок федеральной трассы М-10 «Россия» Москва – Санкт-Петербург (укладка 2005 года)

• Не то в России. Чернозем, песок, суглинок – вот типы почв, которые преобладают на территории нашей страны и требуют совсем другого отношения. Чтобы построить на них асфальтовую дорогу, необходимо вырыть яму, засыпать в нее песок, щебень, все это много раз уплотнить, а сверху положить асфальт. Если делать это качественно, то себестоимость дорог в России из-за материалоемкости и протяженности превысит цифры по другим странам. Есть ли способы удешевить строительство дорог, не потеряв при этом их качества, главным образом долговечность?

Дорога похожа на слоеный пирог. Она состоит из двух покрытий – нижнего и верхнего. В нижнем – уплотненные щебень, песок, бетон. Верхнее – это асфальт. Он представляет собой смесь щебня, песка в качестве вяжущей добавки, минерального порошка, которая склеивается битумом. Последний – это вязкий продукт, остающийся после перегонки нефти. Раньше битум содержал много масел, легких углеводородов и был хорошим клеем. Сегодняшняя технология получения бензина такова, что нефтеперерабатывающим заводам выгодно выжимать из нефти все подчистую, и битум получается сухой и неупругий, как жмых. Он стекленеет при температурах ниже –15 градусов С, начинает крошиться при нагрузках. Очевидно, что при таком качестве битума 90 % российских дорог зимой рассыпается. Любая нагрузка при –20 градусов С – и в дороге появляются ямы, трещины, а в итоге она разваливается.

• Битум модифицируют разными способами, чтобы он стал тем клеем, который может работать в интервале температур от +50 (температура асфальта при летнем солнечном освещении) до –30 градусов С (обычная температура для большинства российских регионов зимой). Один из способов модификации – введение модификатора «Унирем», разработанного в компании «Уником». Основу модификатора составляет порошок так называемой дискретно девулканизованной (высокодисперсной) резины с размером частиц от нескольких десятков до нескольких сотен микрон. Применение модификатора «Унирем» позволяет повысить морозостойкость и пластичность асфальта.

При введении модификатора в горячий битум происходит быстрый распад его частиц на микроблоки. В нем образуется структурированное на наноуровне резинобитумное вяжущее, поэтому на морозе не происходит охрупчивания асфальта, растрескивания и последующего разрушения.

• Другая особенность битума, модифицированного высокодисперсной резиной, – его адгезионная способность. Такой битум значительно лучше склеивает частицы асфальта – песок, щебень и минеральные порошки. Это увеличивает сопротивляемость асфальта воздействию высоких температур. Когда обычный асфальт разогревается, то битум в нем становится сверхпластичным, и если по дороге едет автомобиль, то покрытие относительно легко деформируется. Но асфальт с добавками высокодисперсной резины за счет высокой упругости значительно более прочен и обладает повышенной стойкостью к образованию колеи.

Добавки из высокодисперсной резины изготавливают методом высокотемпературного сдвигового измельчения, разработанным в Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН). Несколько лет в ИХФ РАН создавали научные основы метода и лабораторное оборудование для его применения – оригинальные установки, по виду напоминающие короткий одношнековый экструдер, – так называемые роторные диспергаторы. В компании «Уником» уже есть промышленные образцы этого оборудования.

.

• Метод «высокотемпературного сдвигового измельчения» основан на явлении множественного растрескивания твердого тела и разрушении его на отдельные частицы в условиях интенсивного сжатия и одновременного деформирования сдвигом, осуществляемых при оптимально высоких температурах (для резин это температуры вблизи температур разрушения сшивающих связей, например S-S или C-S).

Распад частицы модификатора в битуме на фрагменты субмикронных размеров >>>

При этом резина полностью разрушается и превращается в высокодисперсный порошок с удельной поверхностью от 0.3 до 1 м2/г. Этот способ, с одной стороны, менее энергозатратен по сравнению с другими, а с другой стороны, позволяет получить такие частицы резины, которые легко смешиваются с битумом.

.

• Любопытно, что резиновый модификатор для дорожных покрытий производят из отработанных автомобильных шин. Во-первых, это действительно очень прочный материал – в автомобилях он работает на скорости до 150 км/ч, летом, зимой, на грязи, на асфальте, по камням и выбоинам, при этом машина проходит минимум 40–50 тыс. км на одном комплекте шин. Более эластичный и универсальный материал, чем автомобильная резина, трудно придумать. Она не боится ни воды, ни масла, ни жары, ни холода, ни ударных нагрузок. Во-вторых, такие свойства резины делают ее проблемным отходом, соответственно, использование измельченных автомобильных покрышек в асфальте решает вопрос их утилизации.

Частица дискретно девулканизованной резины

Еще более любопытно то, что шумность модифицированных резиной асфальтов уменьшается, по разным оценкам, от 25 до 100 % – в зависимости от метода регистрации шумов.

.

• Мощность производства высокодисперсной резины невелика – работает опытное производство. В 2009 году ГК «Роснанотех» утвердила проект строительства нового завода, который будет производить модификаторы для дорожных покрытий. За научную часть работ отвечают специалисты ИХФ РАН под руководством профессора Вадима Никольского.

Резиновый модификатор для дорожных покрытий производят из отработанных автомобильных шин

Сейчас проект находится на самом раннем этапе – для будущего завода выбирают площадку. Согласно регламенту «Роснанотеха» для этого проводится конкурс, в результате которого выберут наиболее оптимальный вариант. На рассмотрении находятся три района Московской области – Раменское, Серпухов и поселок Восточный рядом с Москвой, решение по ним примут в марте 2010 года (срок-то уже давно прошёл – НСт). Основное технологическое оборудование для нового завода поставят отечественные предприятия.

• Завод обеспечит материалами только Центральный регион – за Урал его продукцию везти экономически нецелесообразно. Поэтому в компании «Уником» считают, что потребуется еще два завода – на Урале и ближе к Дальнему Востоку. Сейчас экспериментальные участки дорог, оборудованные покрытием на основе модификатора «Унирем», есть в обеих столицах, на федеральных трассах М-10 «Россия» Москва-Санкт-Петербург, М-29 «Кавказ», М-4 «Дон», М-2 «Крым». А также на трассе А-141 Брянск-Смоленск.

После испытаний в Москве специалисты из МАДИ пришли к заключению, что «Унирем» увеличивает срок службы асфальта. Сейчас заканчивается третий год мониторинга, и его результаты свидетельствуют, что асфальт с «Униремом» в Москве изнашивается в 2 раза медленнее – это определяется по глубине колеи в дорожном покрытии. А на трассе Москва-Санкт-Петербург модифицированное покрытие лежит уже 5 лет – без существенного износа.

Иван Охапкин, корреспондент strf.ru

Михаил Лернер, ООО «Уником»

Журнал «Российские нанотехнологии» № 1–2 2010 год.

http://www.nanojournal.ru/events.aspx?…