Помощь студентам в учебе
Разработка технологии получения асфальтобетонной смеси при использовании резиновой крошки
|
Введение 3
Глава 1 Анализ существующих технологий в области получения асфальтобетонной смеси при использовании резиновой крошки 8
1.1 Литературный обзор связующих компонентов для изготовления
асфальтобетонных смесей 8
1.2 Свойства и требования к составу асфальтобетонной смеси 10
1.3 Аналитический обзор технологий производства и требований к
асфальтобетонным смесям 20
Глава 2 Разработка технологии получения асфальтобетонной смеси при использовании резиновой крошки 26
2.1 Существующая технология получения резиновой крошки на
предприятии ООО «ЭкоРесурсПоволжье» 26
2.2 Существующая схема получения асфальтобетонной смеси при
использовании резиновой крошки 29
2.3 Особенности смешения резиновой крошки и песка 47
2.4 Предложение технологии по получению асфальтобетонной смеси
при использовании резиновой крошки, полученной на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье» 51
2.5 Расчет материального баланса получения механоактивированной
резиновой крошки 55
2.6 Экспериментальные особенности процесса смешения 58
2.7 Расчет материального баланса изготовления модифицированного
асфальтобетона 66
2.8 Расчет экономической эффективности производства
механоактивированной резиновой крошки 69
Заключение 78
Список используемой литературы и используемых источников 80
Приложение А Протоколы лабораторных исследований
Глава 1 Анализ существующих технологий в области получения асфальтобетонной смеси при использовании резиновой крошки 8
1.1 Литературный обзор связующих компонентов для изготовления
асфальтобетонных смесей 8
1.2 Свойства и требования к составу асфальтобетонной смеси 10
1.3 Аналитический обзор технологий производства и требований к
асфальтобетонным смесям 20
Глава 2 Разработка технологии получения асфальтобетонной смеси при использовании резиновой крошки 26
2.1 Существующая технология получения резиновой крошки на
предприятии ООО «ЭкоРесурсПоволжье» 26
2.2 Существующая схема получения асфальтобетонной смеси при
использовании резиновой крошки 29
2.3 Особенности смешения резиновой крошки и песка 47
2.4 Предложение технологии по получению асфальтобетонной смеси
при использовании резиновой крошки, полученной на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье» 51
2.5 Расчет материального баланса получения механоактивированной
резиновой крошки 55
2.6 Экспериментальные особенности процесса смешения 58
2.7 Расчет материального баланса изготовления модифицированного
асфальтобетона 66
2.8 Расчет экономической эффективности производства
механоактивированной резиновой крошки 69
Заключение 78
Список используемой литературы и используемых источников 80
Приложение А Протоколы лабораторных исследований
Актуальность и научная значимость настоящего исследования
Ежегодно происходит увеличение количества автотранспорта и, как следствие, увеличение образования резины, потерявшей свои потребительские свойства. По оценкам ООН в мире ежегодно накапливается более 7 млн. тонн резины, которые необходимо перерабатывать. В России объемы образования изношенных шин составляют порядка 850-900 тыс. тонн в год (рисунок 1).
Проблема переработки изношенных автомобильных покрышек имеет важное экологическое значение. На сегодняшний день почти 90% изношенных шин утилизируются путем захоронения или сжигания, что оказывает негативное влияние на окружающую среду.
Почти 100% накопленных отработанных автомобильных шин сжигается в Швейцарии, в США объем сжигания составляет 75-80%, в России автопокрышки, потерявшие эксплуатационные свойства, вывозятся на свалки, при этом объем составляет 96%.
Изношенные автомобильные шины в своем составе содержат большое количество источников экономической выгоды и снижения потребления природных ресурсов: резина, имеющая свойства, приближенные к первоначальным, армирующие металлические, текстильные материалы.
Для того, чтобы решить проблемы ежегодного увеличения объемов накопления изношенных автомобильных шин, необходимо разрабатывать программы, позволяющие решить следующие задачи:
- сокращение или полное прекращение вывоза данного вида отходов на свалки;
- увеличение объемов автомобильных покрышек с восстановленным протектором;
- переработка автопокрышек для получения резиновой крошки с дальнейшим ее внедрением в различные сферы производств
Применение резиновой крошки различной степени измельчения является важным вопросом исследования во многих научных работах. Основной объем резиновой крошки, получаемой при переработке автомобильных покрышек, используется как добавка к резиновым смесям.
Существует несколько способов утилизации поступающих на переработку шин. Наиболее перспективным является метод механической переработки отработанных автомобильных покрышек, так как позволяет использовать получаемые в результате измельчения материалы для вторичного использования. Экспертные оценки существующих в РФ мощностей по переработке шин (170 тыс. тонн по состоянию на 2020 г.) в сравнении с потенциальным объемом образования шинных отходов приводят к выводу о том, что мощностей для утилизации недостаточно.
При механической переработке отработанных автомобильных шин образуется большой объем резиновой крошки, которую возможно использовать в различных отраслях в зависимости от фракции. Резиновая крошка обладает такими свойствами, как упругость, пластичность, устойчивость к истиранию и повреждению.
Изучение работ ученых показало, что введение резиновой крошки в состав асфальтобетонной смеси позволит улучшить качество асфальтобетонной смеси и позволит частично решить проблему утилизации отработанных автомобильных покрышек.
Объект исследования: технологический процесс переработки отработанных автомобильных покрышек для дальнейшего использования в производстве асфальтобетона.
Предмет исследования: асфальтобетонная смесь на основе резиновой крошки.
Цель исследования: повышение уровня утилизации автомобильных покрышек при использовании дробленной резиновой крошки в составе асфальтобетонной смеси.
Гипотеза исследования заключается в предложении, что при использовании резиновой крошки в составе асфальтобетонной смеси это позволит улучшить физико-механические свойства смеси и обеспечит повышение объемов утилизации отработанных автомобильных покрышек.
Проблема исследования - увеличение роста образования отработанных автомобильных покрышек и отсутствие эффективной системы их.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ эффективности существующих технологий утилизации изношенных автомобильных покрышек.
- провести исследование физико-механических свойств битума и асфальтобетона за счет использования дробленной резиновой крошки.
- предложить технологию получения асфальтобетонной смеси с использованием резиновой крошки.
- провести технико-экономический анализ внедрения предложенной технологии.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных и зарубежных ученых: Шулдяковой К.А. Волковой В.А. Поляковой С.В., Никольского В.Г. Слепого Б.М. Курденковой И.Б., Томаса Б.С., Вуландари П., Тджандра Д., Гарсиа Р., Фореста М.
Базовыми для настоящего исследования явились: работы Ивановой Т.Л. в области введения модифицированной резиновой крошки в бетоны, Прокопец В.С. с диссертационным исследованием «Повышение эффективности дорожно-строительных материалов механоактивационным модифицированием исходного сырья», а также разработки Сапроновой И.А., Андриенко В.Г., Горловой Е.Е., Дьякова К.А., Черскова Р.М.
Методы исследования: проведение анализа литературных источников, проведение сравнительных анализов технологий, проведение расчетов материальных балансов, экспериментальные испытания полученных образцов асфальтобетонных смесей осуществлялись по Методикам испытаний в соответствии с ГОСТ 9128-2013, ГОСТ 12801-98.
Опытно-экспериментальная база исследования: производственная база ООО «ЭкоРесурсПоволжье», лаборатории Института химии и энергетики ТГУ, лаборатории АСФ «ДорСтрой».
Научная новизна исследования заключается в исследовании свойств асфальтобетонной смеси при введении в его состав резиновой крошки, полученной при переработке изношенных автомобильных покрышек с последующей механоактивацией резиновой крошки.
Теоретическая значимость исследования заключается в определение количественных соотношений внесения резиновой крошки (механоактивированной) в асфальтобетонную смесь для улучшения ее физико-механических свойства.
Практическая значимость исследования заключается в возможности внедрения предложенной технологии на базе предприятия ООО «ЭкоРесурсПоволжье» и снижения воздействия на окружающую среду за счет уменьшения объемов размещения отработанных автомобильных покрышек на полигонах.
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждается экспериментальными исследованиями и расчетами при использовании методов математического моделирования.
Личное участие автора разработка эффективного способа производства механоактивированной резиновой крошки и состава асфальтобетонной смеси и для улучшения ее физико-механических свойства, проведение экспериментальных исследований и расчетов.
Апробация и внедрение результатов работы проводились на Всероссийской студенческой научно-практической Междисциплинарной конференции «Молодежь. Наука. Общество - 2020», проходивший в период с 25 декабря 2020 г. по 29 января 2021 года со статьей «Анализ применения резиновой крошки после утилизации отработанных автомобильных покрышек в технологическом процессе получения асфальтобетонной смеси».
На защиту выносится:
Предложение по составу асфальтобетонной смеси с использованием механоактивированной резиновой крошки и технологии ее получения.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 2 глав, заключения, содержит 14 рисунков, 22 таблицы, список использованной литературы (40 источников), 1 приложение. Основной текст работы изложен на 88 страницах.
Ежегодно происходит увеличение количества автотранспорта и, как следствие, увеличение образования резины, потерявшей свои потребительские свойства. По оценкам ООН в мире ежегодно накапливается более 7 млн. тонн резины, которые необходимо перерабатывать. В России объемы образования изношенных шин составляют порядка 850-900 тыс. тонн в год (рисунок 1).
Проблема переработки изношенных автомобильных покрышек имеет важное экологическое значение. На сегодняшний день почти 90% изношенных шин утилизируются путем захоронения или сжигания, что оказывает негативное влияние на окружающую среду.
Почти 100% накопленных отработанных автомобильных шин сжигается в Швейцарии, в США объем сжигания составляет 75-80%, в России автопокрышки, потерявшие эксплуатационные свойства, вывозятся на свалки, при этом объем составляет 96%.
Изношенные автомобильные шины в своем составе содержат большое количество источников экономической выгоды и снижения потребления природных ресурсов: резина, имеющая свойства, приближенные к первоначальным, армирующие металлические, текстильные материалы.
Для того, чтобы решить проблемы ежегодного увеличения объемов накопления изношенных автомобильных шин, необходимо разрабатывать программы, позволяющие решить следующие задачи:
- сокращение или полное прекращение вывоза данного вида отходов на свалки;
- увеличение объемов автомобильных покрышек с восстановленным протектором;
- переработка автопокрышек для получения резиновой крошки с дальнейшим ее внедрением в различные сферы производств
Применение резиновой крошки различной степени измельчения является важным вопросом исследования во многих научных работах. Основной объем резиновой крошки, получаемой при переработке автомобильных покрышек, используется как добавка к резиновым смесям.
Существует несколько способов утилизации поступающих на переработку шин. Наиболее перспективным является метод механической переработки отработанных автомобильных покрышек, так как позволяет использовать получаемые в результате измельчения материалы для вторичного использования. Экспертные оценки существующих в РФ мощностей по переработке шин (170 тыс. тонн по состоянию на 2020 г.) в сравнении с потенциальным объемом образования шинных отходов приводят к выводу о том, что мощностей для утилизации недостаточно.
При механической переработке отработанных автомобильных шин образуется большой объем резиновой крошки, которую возможно использовать в различных отраслях в зависимости от фракции. Резиновая крошка обладает такими свойствами, как упругость, пластичность, устойчивость к истиранию и повреждению.
Изучение работ ученых показало, что введение резиновой крошки в состав асфальтобетонной смеси позволит улучшить качество асфальтобетонной смеси и позволит частично решить проблему утилизации отработанных автомобильных покрышек.
Объект исследования: технологический процесс переработки отработанных автомобильных покрышек для дальнейшего использования в производстве асфальтобетона.
Предмет исследования: асфальтобетонная смесь на основе резиновой крошки.
Цель исследования: повышение уровня утилизации автомобильных покрышек при использовании дробленной резиновой крошки в составе асфальтобетонной смеси.
Гипотеза исследования заключается в предложении, что при использовании резиновой крошки в составе асфальтобетонной смеси это позволит улучшить физико-механические свойства смеси и обеспечит повышение объемов утилизации отработанных автомобильных покрышек.
Проблема исследования - увеличение роста образования отработанных автомобильных покрышек и отсутствие эффективной системы их.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ эффективности существующих технологий утилизации изношенных автомобильных покрышек.
- провести исследование физико-механических свойств битума и асфальтобетона за счет использования дробленной резиновой крошки.
- предложить технологию получения асфальтобетонной смеси с использованием резиновой крошки.
- провести технико-экономический анализ внедрения предложенной технологии.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных и зарубежных ученых: Шулдяковой К.А. Волковой В.А. Поляковой С.В., Никольского В.Г. Слепого Б.М. Курденковой И.Б., Томаса Б.С., Вуландари П., Тджандра Д., Гарсиа Р., Фореста М.
Базовыми для настоящего исследования явились: работы Ивановой Т.Л. в области введения модифицированной резиновой крошки в бетоны, Прокопец В.С. с диссертационным исследованием «Повышение эффективности дорожно-строительных материалов механоактивационным модифицированием исходного сырья», а также разработки Сапроновой И.А., Андриенко В.Г., Горловой Е.Е., Дьякова К.А., Черскова Р.М.
Методы исследования: проведение анализа литературных источников, проведение сравнительных анализов технологий, проведение расчетов материальных балансов, экспериментальные испытания полученных образцов асфальтобетонных смесей осуществлялись по Методикам испытаний в соответствии с ГОСТ 9128-2013, ГОСТ 12801-98.
Опытно-экспериментальная база исследования: производственная база ООО «ЭкоРесурсПоволжье», лаборатории Института химии и энергетики ТГУ, лаборатории АСФ «ДорСтрой».
Научная новизна исследования заключается в исследовании свойств асфальтобетонной смеси при введении в его состав резиновой крошки, полученной при переработке изношенных автомобильных покрышек с последующей механоактивацией резиновой крошки.
Теоретическая значимость исследования заключается в определение количественных соотношений внесения резиновой крошки (механоактивированной) в асфальтобетонную смесь для улучшения ее физико-механических свойства.
Практическая значимость исследования заключается в возможности внедрения предложенной технологии на базе предприятия ООО «ЭкоРесурсПоволжье» и снижения воздействия на окружающую среду за счет уменьшения объемов размещения отработанных автомобильных покрышек на полигонах.
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждается экспериментальными исследованиями и расчетами при использовании методов математического моделирования.
Личное участие автора разработка эффективного способа производства механоактивированной резиновой крошки и состава асфальтобетонной смеси и для улучшения ее физико-механических свойства, проведение экспериментальных исследований и расчетов.
Апробация и внедрение результатов работы проводились на Всероссийской студенческой научно-практической Междисциплинарной конференции «Молодежь. Наука. Общество - 2020», проходивший в период с 25 декабря 2020 г. по 29 января 2021 года со статьей «Анализ применения резиновой крошки после утилизации отработанных автомобильных покрышек в технологическом процессе получения асфальтобетонной смеси».
На защиту выносится:
Предложение по составу асфальтобетонной смеси с использованием механоактивированной резиновой крошки и технологии ее получения.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 2 глав, заключения, содержит 14 рисунков, 22 таблицы, список использованной литературы (40 источников), 1 приложение. Основной текст работы изложен на 88 страницах.
Переработанная резина используется в новых автомобильных покрышках, в топливе, полученном из шин, в гражданском строительстве и в изделиях, в формованных резиновых изделиях, в сельском хозяйстве, в рекреационных и спортивных целях, а также в модифицированных асфальтовых покрытиях.
Одним из важных направлений в области создания и усовершенствования технологий дорожного строительства является применений вторичных материалов и ресурсов в связи с возрастающими объемами накопления отходов и невысокой долей их утилизации.
Большое развитие получили исследования по повышению долговечности и качества дорожных покрытий путем усовершенствования битумов с внесением разного рода добавок. Целью таких исследований является улучшение качеств асфальтного покрытия, а именно: влагостойкости, снижения образования трещин, стойкости при повышенных температурах, морозоустойчивости, однородности.
Проведенный анализ научных материалов позволяет сделать вывод, что самым эффективным методом повышения качества асфальтобетонных покрытий является внесение резиновой крошки в битумные смеси, благодаря которой такие покрытия имеют улучшенные физико-механические свойства.
Для модернизации нефтяных битумов в их состав вводится резиновая крошка по структуре приближенная к порошку, которая получается методом механического измельчения.
Преимущества использования модифицированного каучуком асфальта приобретают все больший опыт и получают признание, и включение шин в асфальт, вероятно, увеличится. Технология, свидетельствующая об успехе, продемонстрирована на дорогах, построенных в последние 40 лет. Прорезиненная асфальтовая смесь, полученная с помощью так называемого «мокрого процесса», который включает использование битумов с модифицированной резиновой крошкой.
Резиновая крошка имеет высокую эластичность и улучшает деформируемость и пластичность при использовании в асфальтобетонных смесях.
Проведенные расчеты экономической эффективности показывают, что основными затратами на производство механоактивированной резиновой крошки будут: покупка и установка дезинтегратора, закупка песка, амортизационные расходы. Введение дополнительных штатных единиц персонала не требуется.
По полученным результатам видно, что производство механоактивированной резиновой крошки выгодно для ООО «ЭкоРесурсПоволжье» при ее реализации на заводы, производящие асфальтобетонные смеси, так как стоимость получаемого сырья ниже рыночной стоимости речного песка и битума, что удешевляет производство асфальтобетона. При загрузке дезинтегратора в 2 рабочие смены возможно сокращение срока окупаемости оборудования.
Переработка отработанных автомобильных покрышек в механоактивированную резиновую крошку позволяет снизить нагрузку на окружающую среду и улучшить качество асфальтобетонного покрытия.
По результатам расчетов экономической эффективности предлагаемого способа усовершенствования свойств резиновой крошки получено, что при капитальных вложениях размеров 51300 руб. предприятие сможет получать прибыль до 1960 руб. с одной тонны перерабатываемого материала, при этом стоимость механоактивированной резиновой крошки будет составлять 162,91 руб./т, что ниже стоимости песка и битума. Это позволит предприятия- изготовителям асфальтобетона затрачивать меньше средств на приобретение материалов для изготовления конечного продукта.
Одним из важных направлений в области создания и усовершенствования технологий дорожного строительства является применений вторичных материалов и ресурсов в связи с возрастающими объемами накопления отходов и невысокой долей их утилизации.
Большое развитие получили исследования по повышению долговечности и качества дорожных покрытий путем усовершенствования битумов с внесением разного рода добавок. Целью таких исследований является улучшение качеств асфальтного покрытия, а именно: влагостойкости, снижения образования трещин, стойкости при повышенных температурах, морозоустойчивости, однородности.
Проведенный анализ научных материалов позволяет сделать вывод, что самым эффективным методом повышения качества асфальтобетонных покрытий является внесение резиновой крошки в битумные смеси, благодаря которой такие покрытия имеют улучшенные физико-механические свойства.
Для модернизации нефтяных битумов в их состав вводится резиновая крошка по структуре приближенная к порошку, которая получается методом механического измельчения.
Преимущества использования модифицированного каучуком асфальта приобретают все больший опыт и получают признание, и включение шин в асфальт, вероятно, увеличится. Технология, свидетельствующая об успехе, продемонстрирована на дорогах, построенных в последние 40 лет. Прорезиненная асфальтовая смесь, полученная с помощью так называемого «мокрого процесса», который включает использование битумов с модифицированной резиновой крошкой.
Резиновая крошка имеет высокую эластичность и улучшает деформируемость и пластичность при использовании в асфальтобетонных смесях.
Проведенные расчеты экономической эффективности показывают, что основными затратами на производство механоактивированной резиновой крошки будут: покупка и установка дезинтегратора, закупка песка, амортизационные расходы. Введение дополнительных штатных единиц персонала не требуется.
По полученным результатам видно, что производство механоактивированной резиновой крошки выгодно для ООО «ЭкоРесурсПоволжье» при ее реализации на заводы, производящие асфальтобетонные смеси, так как стоимость получаемого сырья ниже рыночной стоимости речного песка и битума, что удешевляет производство асфальтобетона. При загрузке дезинтегратора в 2 рабочие смены возможно сокращение срока окупаемости оборудования.
Переработка отработанных автомобильных покрышек в механоактивированную резиновую крошку позволяет снизить нагрузку на окружающую среду и улучшить качество асфальтобетонного покрытия.
По результатам расчетов экономической эффективности предлагаемого способа усовершенствования свойств резиновой крошки получено, что при капитальных вложениях размеров 51300 руб. предприятие сможет получать прибыль до 1960 руб. с одной тонны перерабатываемого материала, при этом стоимость механоактивированной резиновой крошки будет составлять 162,91 руб./т, что ниже стоимости песка и битума. Это позволит предприятия- изготовителям асфальтобетона затрачивать меньше средств на приобретение материалов для изготовления конечного продукта.