Битуми за пътни асфалтови смеси

материал от рециклирани гуми

Рециклиран материал от гуми се използва за производството на нови такива, за гориво, при инженерни приложения и продукти, за изливане на каучукови изделия, в селското стопанство, за развлекателни и спортни приложения, както и за влагане в модифицирани асфалтови смеси. Ползите от използването на модифициран асфалт с рециклиран гумен материал са добре познати и признати, а влагането на гумения материал в асфалтови смеси вероятно ще се увеличава. Технологията с много различни показатели за успех, които се демонстрират при пътища построени в последните 40 години, е за производство на гумирани асфалтови смеси, получени по така наречения „мокър процес”, който включва използването на модифицирани битуми с добавка от рециклирани гуми.

Още от шейсетте години на миналия век асфалтовите смеси с модифициран битум с добавка от рециклирани гуми се използват в различни части на света, като решение за различни проблеми с качествените характеристики на асфалтобетона. Въпреки някои недостатъци, в по-голямата част от случаите тези смеси демонстрират подобрени показатели при влагане в пътни настилки. Освен това, имайки предвид факта, че технологията с използване на гумен материал добит от рециклирани гуми за влагане в модифицирани битуми, все още се бори да бъде приета по целия свят, най-вече поради слаба информираност, липса на обучение на персонала и заинтересованите страни, както и поради липсата на подкрепа от местните правителства, настоящата работа в областта има за цел да бъде в крак с новостите и да изясни ползите и въпросите, свързани с този тип технологии. Не на последно място, се предоставят предложения за по-широкото разпространение и употреба на технологията.

Непрекъснато увеличаващият се брой превозни средства по пътищата на индустриализираните и развиващите се страни генерира милиони употребявани гуми всяка година. Неадекватното депониране на гумите може, в някои случаи, да представлява потенциална опасност за човешкото здраве, поради риск от пожари, създаване на благоприятна среда за развитие на гризачи или други вредители, като комари, както и поради потенциалното увеличаване на рисковете за околната среда. Европа е един от най-активните региони по отношение рециклирането на употребени гуми. Нивата на рециклиране показват, че управлението на употребени гуми в Европа позволява постепенното елиминиране на депата и увеличаване наличието на рециклирани гуми за използването им за други цели.

Материалът от рециклирани гуми като суровина
Гумата е сложен и високотехнологичен продукт, който представлява едно столетие на иновации в производството, продължаващи и до днес. От гледна точка на материала, гумата е съставена от три основни компонента: еластомерен материал, тъкани и стомана. Стоманата и тъканите формират структурния скелет на гумата, като заедно с еластомерния материал образуват „плътта” на гумата в протектора, страничните стени, подложката, централния и раменния блок. Инженерният процес е необходим за трансформирането на естествения каучук в продукт, който може да осигури представяне, издръжливост и безопасност. В действителност, естественият каучук е лепкав по своето естество, може лесно да се деформира при загряване и става чуплив при охлаждане. В това свое състояние, каучукът не може да бъде използван за направата на продукти с добра еластичност. Причината за нееластичната деформация на невулканизирания каучук може да бъде открита в химическото естество на материала, който се състои от дълги полимерни вериги. Тези полимерни вериги могат да се движат независимо една спрямо друга и това води до промяна на формата. С процеса на вулканизация се образуват напречни връзки между полимерните вериги, така че те повече не могат да се движат независимо. Като резултат, при натиск вулканизираната гума се деформира, но при отстраняване на натиска, материалът възвръща първоначалната си форма. С окончателната обработка се постига подобряване на физическите свойства на гумата, като се включват съставките и спомагателните вещества, необходими за вулканизацията, но също така и за регулиране на твърдостта и модула на еластичност на вулканизирания продукт, с оглед постигане на крайните изисквания.

От структурна гледна точка, основните компоненти на една гума са централният блок, раменният блок, страничните стени и бордовете. Централният блок е издигнатата част от гумата, която е в контакт с пътя. Раменният блок поддържа централния блок и придава на гумата специфичната й форма. Бордовете представляват снопове от метални нишки, покрити с гума, които поддържат гумата към колелото.

Присъщите характеристики на гумите са едни и същи по цял свят. Те включват устойчивост на мухъл, топлина и влага, забавяне развитието на бактерии, устойчивост на слънчева светлина, ултравиолетови лъчи, някои масла, много разтворители, киселини и други химикали. Сред другите физически характеристики се включват небиоразградимост, нетоксичност, тегло, форма и еластичност. Въпреки това, много от характеристиките, които са от полза при експлоатацията на гумите като потребителска стока, са неблагоприятни и могат да създадат проблеми при събирането, съхранението и/или рециклирането им впоследствие.

Жизненият цикъл на гумите традиционно се състои от пет главни етапа, които включват извличане на каучука, производство, потребление, събиране на използваните гуми и управление на отпадъците. След събирането на употребените гуми, следващият етап включва депониране и възстановяване. По света се отчита непрекъснат спад при депонирането на използвани гуми, докато възстановяването на гумения материал като ресурс включва различни варианти, като например „възстановяване на енергия”, при което използваните гуми имат калорийна стойност, еквивалентна на тази на въглища с добро качество и се използват като алтернатива на изкопаемите горива. Друг вариант е „химическа преработка”, като пиролиза, термолиза и газификация, като икономическата целесъобразност на тези варианти все още предстои да бъде доказана. Последният вариант е „възстановяване на гранулат”, включващо нарязване и раздробяване на гумата. Това се извършва с помощта на големи машини, които разрязват гумите на малки парчета с различни размери. На този етап, след премахването на компонентите от стомана и тъкани, гуменият материал може да бъде използван за различни строителни проекти: гумирани асфалтови настилки, подови настилки за детски площадки и спортни стадиони, като покрития, абсорбиращи удари, тротоарни покрития, покривни материали и т.н.

Размерът на парчетата гума може да варира от 460mm до 25mm, като по-голяма част от частиците са с размери от 100mm до 200mm, а най-малките варират от 76mm до 13mm. С допълнително намаляване размерите на частиците, е възможно да се произведе каучуков материал, познат като гума с намален размер, който е подходящ за повторно използване в асфалтовата промишленост. Crumb Rubber Modifier (CRM) е общото наименование на частиците рециклиран материал, използвани за модифициране на битума. Важно е да се отбележи, че това обикновено е високо контролиран материал. Процесът вече не се състои в просто смилане на гумите и добавянето им към асфалта. Обработката и раздробяването се планират и наблюдават внимателно, така че да бъде произведен чист и висококачествен гумен материал. По време на процеса се премахват усилващите стоманени нишки и тъкани. Стоманените части се премахват посредством магнити, а тъканите се премахват чрез аспириране. Получените гумени частици са със сходни размери и са много чисти. Автоматизирани системи допринасят за осигуряването на подходящото опаковане на материала и елиминиране на страничните замърсявания.

Гумирани модифицирани асфалтобетонови смеси
Включването на раздробени гумени частици в асфалтобетонови смеси се извършва чрез мокър или чрез сух процес. С мокрия процес се разработва гама от гумирани модифицирани свързващи вещества с висок вискозитет до вещества, които не се разбъркват. Има три типа гумирани модифицирани смеси. Първият тип са смеси получени чрез мокър процес, с висок визкозитет, които включват разбъркване, докато вторият тип също се получава с мокър процес, но без разбъркване и с визкозитет близък до полимермодифицираните асфалти. Третият тип се получава чрез сух процес. Раздробеният каучук може да бъде произведен чрез директно раздробяване, криогенно смилане или комбинация от двете. Видът на обработката може да окаже влияние върху експлоатационните характеристики на сместа, използвана за настилка.

При мокрия процес или смесен на място гумиран асфалт, раздробеният каучуков гумен материал се смесва директно с асфалтобетона. След като модификаторът бъде добавен към горещата асфалтова смес, следва да се поддържа температура от 205 до 220ºC. След като процесът по смесването завърши, температурата на сместа трябва да се поддържа от 165 до 220ºC в продължение на минимум 45 минути до 1 час.

Това е от значение, за да се осигури пълното смесване на асфалтобетона с гумения материал и с оглед пълното абсорбиране на частиците, което допринася за високия вискозитет. През това време могат да бъдат добавяни и други пълнители, асфалтови модификатори и/или раздробени гумени модификатори, в зависимост от специфичните изисквания към материала за полагане. Важно е да се отбележи, че по време на смесването раздробените гумени частици набъбват и могат да протекат различни химични реакции. Когато материалът е стабилен, е готов за полагане. Обикновено, гумираният асфалт с висок вискозитет съдържа приблизително от 18 до 22% гумени частици с размери от 2mm до 2.36mm. Модифицираният асфалт с гумени модификатори, получен по мокър процес се използва обикновено при ремонтни работи със запълване на дупки или изпълнение на запечатващ слой в съществуващи настилки. Спецификациите, на които трябва да отговаря този продукт, са описани в стандарта ASTM D6114.

Вторият вид подобен асфалтобетон също се получава чрез мокър процес, но в този случай раздробеният материал се смесва с асфалтобетона при по-високи температури, заедно с полимерен модификатор. Раздробеният гумен материал се абсорбира напълно в асфалта и полимера, без да остават видими гумени частици. След като веднъж съставките се смесят, не се налага продължително разбъркване. Гумираният асфлатобетон намира различни приложения, включително за впръскване и при горещи смеси.

Запечатващ слой
Изпълнението на запечатващ слой е повърхностна обработка, при която минералните добавъчни материали се прилагат директно към асфалтов филм, който се впръсква върху основните пластове, изравнителния или износващия пласт на настилката. Запечатващите слоеве с определен размер на зърното се състоят от минерален пълнител с определена зърнометрия и бързополагаща се емулсия.

За първия слой на един такъв двоен запечатващ пласт, обикновено се използва минерален пълнител с по- голям размер на зърното, като за втория слой се използват добавъчни материали с по-малки размери. При добавянето на гума към тези слоеве, е необходимо да се използва разпределител с достатъчно голяма дюза за намаляване на риска от запушване поради навлизане на гумени частици в мембраната. Използването на чист и предварително обработен добавъчен материал е стандартно при всички подобни запечатващи смеси, които трябва да бъдат загряти до определена температура при влагането им в гумиран асфалтобетон. Зърната на добавъчния материал следва да бъдат прибавени чрез търкаляне към гумираната асфалтова мембрана, докато тя е гореща. Включването при по-ниска температура (по-малко от 15ºC) може да не позволи постигането на изискващите се физико-механични показатели на сместа.

Междинни слоеве
Междинните слоеве са необходими за поддържането и рехабилитацията на съществуващи настилки по пътната инфраструктура. За запечатващите и междинните слоеве се използва една и съща механизация и процедурата по полагане е една и съща. При ремонта на дълбоки пукнатини в настилките обикновено се прилагат гумирани биндери с висок вискозитет. Прилагането на гумирани биндери за междинни и запечатващи слоеве осигурява по -дълъг експлоатационен живот от обикновените асфалтови биндери и гарантират носимоспособността на настилката и устойчивостта й към развитие на пукнатини за по-дълъг период.

Горещи асфалтови смеси
Горещите асфалтови смеси включват широка гама от добавъчни материали, сред които са такива с отворена или прекъсната зърнометрия, с голяма плътност и др. Смесите, при които се използва добавъчен материал с прекъсната зърнометрия, успешно могат да бъдат полагани, като се изпoлзва мокър процес с гумена добавка с висок вискозитет, предимно за горни и износващи пластове. При плътните смеси се използват мокри процеси без разбъркване. Това са приложенията, които обикновено се използват в САЩ и Канада. Въпреки това, гуменият материал, който се използва в САЩ, обикновено е с по-голяма твърдост от този, използван в Канада.