ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗИНОВОЙ КРОШКИ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ: ТЕХНОЛОГИИ, ПРЕИМУЩЕСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ

THE USE OF RUBBER CHIPS IN ROAD CONSTRUCTION: TECHNOLOGIES, ADVANTAGES AND PROSPECTS

Anatoly Velsovsky

Candidate of Science, Head of the Highways department, assistant professor, Vologda State University,

Russia, Vologda

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлен анализ применения резиновой крошки (РК), полученной из переработанных автомобильных шин, в дорожном строительстве. Рассмотрены методы производства РК, технологические аспекты введения её в асфальтобетонные смеси, физико-механические свойства модифицированных покрытий, а также экологические и экономические преимущества данной технологии. Приведены результаты лабораторных и натурных испытаний, подтверждающие повышение эксплуатационных характеристик дорожных покрытий. Особое внимание уделено перспективам развития данного направления в условиях ужесточения экологических норм и необходимости повышения долговечности дорожных конструкций.

ABSTRACT

This article presents an analysis of the use of rubber chips (RC) obtained from recycled automobile tires in road construction. Methods of production of RC, technological aspects of its introduction into asphalt concrete mixtures, physical and mechanical properties of modified coatings, as well as environmental and economic advantages of this technology are considered. The results of laboratory and field tests confirming the improved performance of road surfaces are presented. Special attention is paid to the prospects for the development of this area in the context of stricter environmental regulations and the need to increase the durability of road structures.

Ключевые слова: резиновая крошка; дорожное строительство; переработка автомобильных шин; модифицированная асфальтобетонная смесь; резинобитумное вяжущее; шумопоглощение; трещиностойкость.

Keywords: rubber chips; road construction; tire recycling; modified asphalt; rubber-bitumen binder; noise absorption; crack resistance.

Актуальность исследования.

Современное дорожное строительство сталкивается с рядом вызовов, включая необходимость повышения долговечности покрытий, снижения эксплуатационных расходов и минимизации экологического ущерба. Одним из перспективных направлений решения этих задач является использование вторичных материалов, в частности продукта переработки изношенных автомобильных шин – резиновой крошки.

Ежегодно в мире образуется более 1,5 млрд отработанных шин, значительная часть которых не утилизируется должным образом, что создает большие проблемы экологического характера.

Таблица 1.

Образование отходов автомобильных шин

Годовой объем отходов резины от изношенных автомобильных шин в России увеличивается из-за роста автопарка и естественного износа покрышек и в настоящее время оценивается порядка 1200 тыс. тонн в год. В Европе по данным ETRMA утилизация отходов резины достигает 90-95%, в мире перерабатывается порядка 30-40%, в России, по данным Росприроднадзора, всего лишь 15-20%, что требует серьезного отношения к решению экологической проблемы, но открывает и хорошие возможности по использованию резиновой крошки [2,3,5,6].

Основными источниками резиновой крошки являются: 

– изношенные шины (70-80% от общего объема отходов резины). 

– производственные отходы (резинотехнические изделия, брак). 

Одно из направлений утилизации – использование резиновой крошки в составе дорожных покрытий позволяет не только решать вопрос утилизации отходов, но и позволяет улучшать характеристики асфальтобетонных смесей [1].

Цель и задачи исследования.

Целью данной статьи является анализ современных технологий применения резиновой крошки в дорожном строительстве.

Основные задачи:

- Изучение методов получения резиновой крошки и её свойств.

- Анализ технологий модификации асфальтобетона резиновой крошкой.

- Оценка физико-механических и эксплуатационных характеристик модифицированных асфальтобетонных смесей.

Методы получения резиновой крошки и её свойства.

Резиновая крошка производится путем переработки изношенных шин с использованием следующих методов:

1. Механическое дробление. Шины измельчаются при температуре окружающей среды. Одно из основных преимуществ – это низкая стоимость оборудования, а недостатков, высокое энергопотребление, неоднородность фракционного состава.

2. Криогенное дробление. Шины охлаждаются до -80 °C и дробятся. При этом получается высокая чистота крошки и минимальные повреждения её структуры. Как недостаток, высокая стоимость метода.

3. Химическая девулканизация. Резина покрышек подвергается воздействию химических реагентов, что на выходе дает возможность получения

тонкодисперсной крошки. Основным недостатком является токсичность процесса.

Фракционный состав и свойства резиновой крошки.

Таблица 2.

Классифицируется резиновой крошки по размеру частиц в строительстве

Технологии применения резиновой крошки в дорожных покрытиях.

Асфальтобетонные смеси с резиновой крошкой. Первые попытки применения резиновой крошки в дорожном строительстве были связаны с так называемым «сухим методом», при котором измельченная резина добавлялась непосредственно в минеральный наполнитель асфальтобетонной смеси.

Резиновую крошку добавляли в асфальтобетон 5-15% от массы минеральной части для повышения: усталостной долговечности, трещиностойкости, улучшения шумопоглощающих свойств покрытия. Теоретически такой подход позволял утилизировать значительные объемы шинных отходов, однако на практике он столкнулся с серьезными проблемами:

1. Отсутствие значимого улучшения качества покрытия – резиновая крошка, не взаимодействуя с битумом, не обеспечивала ожидаемого повышения прочностных и деформационных характеристик.
2. Экологическая опасность – в процессе эксплуатации дорожного полотна происходило выбивание резиновой пыли, оказывающей негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.

В связи с этим в США в 1994 году отказались от введения резиновой крошки в асфальтобетонную смесь «сухим способом» [8].

Модификация битума резиновой крошкой. Дальнейшее развитие технологии связано с созданием полимерно-битумных вяжущих (ПБВ), превосходящих обычный битум по ключевым физико-механическим показателям. Это позволило реализовать так называемый «мокрый метод», при котором резиновая крошка предварительно смешивается с битумом, образуя резинобитумное вяжущее, которое затем вводится в асфальтобетонную смесь в жидком виде (5-20% от массы).

Теоретической основой метода стало предположение о частичной деструкции и девулканизации резины в процессе термической обработки (при температуре 160-180 °C), что должно было привести к высвобождению молекул каучука и их взаимодействию с битумом. Однако практические исследования выявили следующие ограничения:

• Недостаточная степень деструкции – значимое разрушение резиновой матрицы наблюдается лишь при температурах 300-400 °C, что неприемлемо из-за термической деградации битума (испарение легких фракций, окисление) [4,7].
• Технологические сложности, при стандартных температурах приготовления (160-180 °C) лишь незначительная часть резины (менее 15% по массе) эффективно модифицирует битум.

Для преодоления этих ограничений были разработаны различные подходы:

1. Использование химических добавок (США) – катализаторов деструкции резины.
2. Введение полимерных модификаторов (Россия) – эпоксидные смолы.
3. Применение концентратов – предварительное получение высоконаполненного резиной вяжущего с последующим разбавлением свежим битумом [8].

Эксплуатационные преимущества резино-асфальтобетонных покрытий связаны с повышением устойчивости асфальтобетона к сдвиговым деформациям и устойчивости к образованию трещин:

1. Повышении сопротивления сдвиговым деформациям (на 25-40% при содержании резины 2-3% от массы минерального наполнителя);

2. Снижении трещинообразования за счет повышенной эластичности композита (коэффициент упругого восстановления возрастает в 1,8-2,2 раза);

3. Улучшении низкотемпературной стойкости (порог хрупкости снижается на 8-12°C).

Еще одним преимуществом является шумопоглощение. Покрытия с использованием резиновой крошки снижают уровень шума на 3-7 дБ по сравнению с традиционными покрытиями.

При содержании резинового наполнителя свыше 1,5% масс. смесь приобретает свойства, промежуточные между традиционным асфальтобетоном и каучуком-модифицированным материалом. Практические исследования демонстрируют:

• Увеличение межремонтного ресурса покрытий в 1,5-2 раза;
• Снижение образования колеи на 35-60%;
• Экономию битума на 12-8% за счет его структурирования в присутствии резины.

Экономическая и экологическая эффективность.

Прямая экономия при строительстве и эксплуатации получается за счет снижения расхода битума. Резиновая крошка (2-5% от массы смеси) частично замещая битум на 10-15%. Стоимость резиновой крошки существенно меньше стоимости битума, к тому же решаются экологические проблемы, связанные с утилизацией опасных отходов и снижением выбросов СО2.

Заключение и перспективы.

Применение резиновой крошки в дорожном строительстве демонстрирует значительные технические, экономические и экологические преимущества. Перспективными направлениями развития являются:

• Оптимизация фракционного состава резиновой крошки;
• Разработка комбинированных модификаторов асфальтобетона;
• Развитие стандартов на модифицированные асфальтобетонные смеси;
• Реализация государственной стратегии организованной системы сбора покрышек и формирования экологической культуры населения
• и ряд других вопросов.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 55419-2013 Материал композиционный на основе активного резинового порошка, модифицирующий асфальтобетонные смеси. Технические требования и методы испытаний
2. Smith J. "Rubberized Asphalt for Sustainable Roads". – Journal of Materials, 2019.
3. Иванов А. В. "Рециклинг шин в дорожном строительстве". – М.: Стройиздат, 2020.
4. Утер, Ф.Г. Пилюля от раковой опухоли битума / Ф.Г. Утер, А.К. Эфа, Л.В. Цыро и др. // Автомобильные дороги. - 1998. - № 11. - С. 22-23.
5. Ситникова, Н. А. Рынок сбора и переработка изношенных автомобильных шин / Н. А. Ситникова // Твердые бытовые отходы. - 2023. - N 8. - С. 10-15
6. Jeong, K. D., Lee, S.-J.*, Amirkhanian, S., Kim, K. W., "Interaction effects of crumb rubber modified asphalt binders." Construction and Building Materials. Vol. 24, No. 5, pp. 824-831 (May 2010).
7. Корнейчук, Г.К. Разработка универсального нанополимерного вяжущею для дорожных асфальтобетонов / Г.К. Корнейчук, Ю.А. Буценко // Вестник инженерной школы ДВФУ. – 2017. № 1
8. Радюкова, Л.Э. Перспективы применения вторичного каучука марки «УНИРЕМ» для комплексной модификации структуры асфальтобетона / Л.Э. Радюкова // Современные строительные материалы. – 2024. 1(165).