Реализация транспортной стратегии России с учетом сложных климатических условий эксплуатации требует разработки новых дорожных материалов, имеющих большой индекс пластичности1. Отчетливо это было видно в аномально жаркие летние месяцы предыдущих лет.

Во всем мире проводятся интенсивные работы по синтезу и подбору новых вяжущих материалов, способных противостоять возросшим нагрузкам, увеличить период эксплуатации дорожных покрытий и сократить расход средств и материалов на проведение ремонтных работ. Новые улучшенные битумные вяжущие должны иметь более высокие эксплуатационные характеристики, чем существующие. Одним из решений является создание сероасфальтобетонов, которые уже успешно применяются США, Канаде, Великобритании, Ирландии, Франции и Нидерландах, некоторых провинциях КНР и регионах Индии, где серобитумное вяжущее применяют как при новом строительстве, так и при реконструкции дорог и ремонте дорожных покрытий. В России использование сероасфальтобетонов особенно эффективно в южных регионах, их применение обеспечивает повышение стойкости покрытия к колееобразованию из-за увеличения температуры размягчения и твердости.

Использование технической серы в строительной индустрии является в настоящее время наиболее эффективным вариантом утилизации избытков этого попутного продукта. Актуальность ее использования обусловлена двумя основными причинами:

Кроме того, имеется экономическая предпосылка применения серы. Цена технической серы составляет примерно 2000 руб./т, битума – 16500 руб./т. Поэтому замещение части битума приводит к существенному снижению стоимости вяжущего.

Физической предпосылкой применения серы для модификации битумов является то, что при температурах до 120 ^оС она является твердым веществом и выполняет функцию дополнительной дисперсной фазы, снижающей деформацию битума при повышенных температурах. При температурах выше 120 ^оС сера – это высокоподвижный состав, который улучшает технологические свойства асфальтобетонной смеси.

Таким образом, существуют очевидные физические и экономические преимущества применения серы в дорожном строительстве.

В Советском союзе в 1986 году были подготовлены соответствующие методические рекомендации по применению серы в дорожном строительстве3. Однако отсутствие решений по эмиссии токсичных газов: сероводорода и диоксида серы при изготовлении, транспортировке, укладке смеси и эксплуатации дорожного полотна, а также хрупкость битума при пониженных температурах не позволили развивать эту перспективную технологию.

Решение этих задач проводилось в различных направлениях, которые к сожалению имеют существенные недостатки.

Таблица ­– Направления решения проблем применения серы в дорожном строительстве

Необходимо отметить, что, несмотря, на некоторый неудачный опыт начального этапа применения серы в дорожном строительстве одной из ведущих компаний – «Shell» – было предложено перейти от использования порошка серы к применению ее гранул, которые дополнительно содержат нейтрализаторы эмиссии сероводорода. Эта технология на современном этапе реализуется во многих южных странах, в частности Южной Корее и Индии. Однако проблема эксплуатации при пониженных температурах не решена.

Выбор нейтрализатора эмиссии газов для сероасфальтобетона является достаточно сложной задачей как в методологическом, так экономическом аспектах. Существующие, апробированные неорганические нейтрализаторы эффективны только в водных средах, а сложные органические соединения, как правило, весьма ядовиты и имеют высокую стоимость.

Нами разработана экспериментальная установка (принципиальная схема приведена на рисунке), которая позволяет перманентно определять эмиссию токсичных газов. Исследования, которые были проведены с известными неорганическими солями и органическими соединениями показали, что соединения железа, меди и свинца (металлы, которые образуют с серой нерастворимые соединения) обеспечивают нейтрализацию только одного вида токсического газа, а органические соединения часто только маскируют запах.

Таблица ­– Влияние компонентов серобитумных композиций на эмиссию газов

Примечание: «+» – влияние положительное (эмиссия уменьшается); «–» – влияние отрицательное.

Отсюда очевидна стратегия реализации технологии модифицирования битумов серой, а именно: применение неорганической соли для нейтрализации эмиссии диоксида серы, а органического компонента – для нейтрализации сероводорода. Кроме того, органический компонент дополнительно обеспечит снижение температуры хрупкости битума, то есть обеспечит решение второй задачи, которая не была решена зарубежными компаниями.

В настоящее время проведен выбор эффективного нейтрализатора и органического компонента. Разработана технология изготовления модификатора, который представляет собой гранулы с размером 5-10 мм, содержащие серу, нейтрализатор эмиссии и органический компонент. Проведенные исследования по эмиссии токсических газов из серобитумных смесей, в которых битум замещен на 30%, показывают, что эмиссии снижается по сероводороду до 12,5 раз, а по диоксиду серы – до 50 раз.

Рисунок. Эмиссии сероводорода и диоксида серы из серобитумных композиций (температура 140-150 ^оС, продолжительность 3 часа, ток воздуха – постоянный)

Расчетная стоимость гранул серы, содержащих новые нейтрализаторы – 3600-3800 руб./т (с учетом затрат на производство и стоимости серы 2000 руб./т; стоимость нефтяного битума – 16000-16500 руб./т). Содержание серы в грануле – не менее 90 %.

Таким образом, разработана новая технология модифицирования нефтяных битумов серой, которая лишена недостатков современных зарубежных технологий.