Использование полимерного вторсырья как замена битумного вяжущего для ямочного ремонта | Статья в сборнике международной научной конференции

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 23 ноября, печатный экземпляр отправим 27 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Покидов, Д. С. Использование полимерного вторсырья как замена битумного вяжущего для ямочного ремонта / Д. С. Покидов. — Текст : непосредственный // Исследования молодых ученых : материалы LXXXVI Междунар. науч. конф. (г. Казань, сентябрь 2024 г.). — Казань : Молодой ученый, 2024. — С. 9-18. — URL: https://moluch.ru/conf/stud/archive/520/18648/ (дата обращения: 15.11.2024).



Актуальность исследования ; наибольшее распространение при изготовлении различной пищевой тары и промышленных пленок получил полиэтилентерефталат (PET). Это объясняется наличием у него уникальных свойств, таких как химическая стойкость, инертность, возможность повторного использования, что дает ему высокие конкурентные преимущества по сравнению с другими крупнотоннажными полимерными материалами того же назначения. В результате использования PET получаем возможность создания долговечного асфальтобетонного покрытия с наилучшими эксплуатационными свойствами, а также решение проблемы утилизации отходов.

Проблема исследования ; проблемой исследования можно считать, подбор условий плавления полимеров и отработки технологического процесса для ямочного ремонта

Цель исследовательской работы ; Подобрать условия для плавления полиэтилентерефталата, полиэтилена и других легкоплавких термопластичных пластиков и добавка их, как основного вяжущего, без использования битума.

Объект, предмет исследования ; Объект исследования технологический процесс образования массы для ямочного ремонта состоящей только из гранулята и вторичного сырья полимеров, и предмет исследования — отработка рецептуры и подбор компонентов

Задачи, Обзор литературы по теме проведение, исследовании разных способов подготовки полимеров, попытки использования смеси, для ямочного ремонта на территории колледжа на автодроме.

Гипотеза ; Мы считаем, что если из ПЭТ можно готовить песчано-гравийные плитки и черепицу, можно попробовать использовать только вторсырье, гранулят и вторичный ПЭТ для ямочного ремонта, плановый срок службы которого 1 сезон. Так как температура плавления полиэтилена близка к технологической температуре асфальта, его можно использовать для ямочного ремонта заменяя битум

М етоды исследования ; литературный обзор, практическое изучение подготовки пластика и приготовление розных смесей по составу и условиям подготовки, апробация рецептуры на территории колледжа.

Литературный обзор.

Композиционные строительные материалы

Характеристики:

Строительные материалы на основе вторичных ПЭТ-полимеров, как правило изготавливаются путем смешивания и нагрева компонентов, спрессовывания смеси при повышенной температуре и высоком давлении. Для улучшения свойств и экономичности к полимерам добавляют пассивные наполнители, стабилизирующие вещества и армирующие волокна. Полученные таким способом композиты имеют высокую прочность и твердость (на уровне мягкой стали или меди), повышенное сопротивление истиранию, очень низкую гигроскопичность, низкую тепло- и электропроводность.

Черепица: связующее — ПЭТФ, наполнитель — зола, кварцевый песок и неорганические красители

Тротуарная плитка: связующее — ПЭТФ, наполнитель — стеклянный бой, гранитный гравий, песок или древесные опилки, неорганические красители.

Стеновые панели: связующее — ПЭТФ, наполнитель — древесные опилки, отходы текстильной промышленности, неорганические красители.

Кирпич: связующее — ПЭТФ, наполнитель — песок, древесные опилки и неорганические красители. [1]

Полиэтилентерефталат PET (валокс, ПЭТФ, ULTRADUR , CELANEX , RYNITE ) .

Свойства полиэтилентерефталата: ММ = (20–50)*10 3 ; показатель текучести расплава (230 0 С/2,16кг, г/10мин) 15; температура стеклования (температура размягчения) 95–100 0 С; температура плавления 255–265 0 С; температура разложения 350 0 С; диапазон технологических температур 270–280 0 С; термостойкость расплава 290 0 С; морозостойкость до -50 0 С; влагопоглощение ПЭТ — 0,3 %, ПЭТ(преформа) — 0,1–0,3 %; допустимая остаточная влага ПЭТ — 0,02 %, ПЭТ(преформа) — 0,005 %; плотность 1,37 г/см 3 ; усадка (при изготовлении изделий) 0,2–2,0 %.

Эксплуатационные свойства: Эксплуатационные свойства сохраняются в диапазоне температур от -60 до 170 0 С. [2]

Ещё одной проблемой, является тенденция ПЭТ к самопроизвольной кристаллизации с течением времени, то есть «старение». Это приводит к изменению свойств материала, что может вызвать изменение размеров изделия (усадку и коробление). Тем не менее, с недавних пор и в России существует мощный рынок вторичного ПЭТ. Несколько компаний специализируются на покупке и продаже отходов и готового вторсырья ПЭТ. [3]

ПЭТ и экология

Полиэтилентерефталат относится к пятому, самому безопасному классу отходов. Материал не содержит хлора, диоксина, тяжелых металлов. Вторичная переработка ПЭТ снижает выбросы СО2 и парниковых газов в атмосферу на 50–80 %.

Полипропилен (ПП). Получают полимеризацией пропилена. Относится к термопластичным материалам. Отличается повышенной жесткостью, хорошей формоустойчивостью.

Из него делают профили труб для холодной и горячей воды, кабельную изоляцию, приборные панели, электроинструменты, ящики, контейнеры и пр. Материал легко перерабатывается. Безопасен при использовании в качестве упаковки для пищевых продуктов.

Сравнительная таблица основных видов полимеров [4]

Свойства

ПЭТФ

ПП

Плотность, г/см3

1,36–1,40

0,90–0,92

Прочность на изгиб, МПа

50–83

н/д

Прочность на разрыв, МПа

60–80

25–36

Удлинение при разрыве, %

50–75

200–800

Твердость по Бринеллю, МПа

14–23

40–70

Теплопроводность, Вт/м*К

0,2–0,32

н/д

Температура плавления, °С

240–270

165–170

Температура размягчения, °С

81–83

110–153

Диэлектрическая проницаемость (50Гц)

2,6

1,6–2,3

Полиэтилен, его вторичная переработка и использование

Полиэтилен (ПЭ) — один из наиболее подходящих для рециклинга (вторичной переработки) материалов. Причин тому несколько: достаточно простая технология переработки, сохранение полимером всех своих свойств даже во вторичном виде, рентабельность перерабатывающего бизнеса за счет превышения уровня потребления полиэтилена над его производством и наличия больших объемов отходов. Кроме того, переработка полиэтилена имеет важное экологическое значение. Считается, что для его полного разложения нужны сотни лет, в течение которых неиспользуемый полимер будет просто загрязнять окружающую среду.

Самыми распространенными и универсальными разновидностями являются полимеры типа ПВД и ПНД, из которых можно сделать практически любое изделие (от упаковочных пакетов до напорных труб). Возрастает также популярность ЛПВД, используемого для изготовления стретч-пленок.

Способы использования вторичного материала

В результате переработки полиэтилена можно образовать вторичное сырье нескольких разновидностей, по качеству ничем не уступающее первичному материалу. Так, в число самых востребованных продуктов входит полиэтиленовый воск (ПВ), вырабатываемый из регранулята, измельченной ПНД и ПВД пленки, который бывает разных марок, имеет контролируемые характеристики и состав.

Полиэтиленовый воск широко применяется в таких сферах как кабельное и литейное производство, изготовление ПВХ-труб, профилей, кровельные и дорожные работы (в качестве составляющей битума). [5]

Щебеночно-песчаная смесь: особенности и применение

Широкое применение щебеночно-песчаной смеси (ЩПС) объясняется просто — этот материал производится предприятиями преимущественно из местного минерального сырья. В его пользу говорит и разнообразие характеристик, устойчивость к физическому и химическому воздействию, доступная цена. С течением времени спрос на поставку со стороны потребителей лишь растет.

Компоненты смеси

Щебень . Продукт дробления с последующим рассевом, у которого зерна крупнее 4 мм (по отдельным стандартам — больше 5 мм). Щебень получают при измельчении горных пород, валунов и гравия, утилизируемых бетонных конструкций, некондиции, шлаков от выплавки металла и других производственных отходов.

Песок . Состоит из зерен, размеры которых меньше щебня. Получается из отсевов дробления щебня, шлаков, иных промышленных отходов или путем перемалывания горных пород, гравия и бетона. Также добывается в готовом виде в песчаных и песчано-гравийных карьерах.

Пылевидные и глинистые частицы . В эту категорию входят примеси размером менее 0,63 мм, влияющие на пластичность смеси. При недостатке таких включений в ЩПС добавляют суглинки и пылеватые пески, золошлаки и фосфогипс, нефелиновые шламы или иные производственные отходы.

Применение ЩПС для укладки оснований автодорог

Обработка вяжущими

ЩПС при подготовке к применению может обрабатываться неорганическими и органическими вяжущими. Цель обработки — снизить риск появления трещин и деформаций, включая образование колеи, повысить морозостойкость, увеличить срок службы стройматериала. [6]

Полимерпесчаная плитка

Полимерпесчаная тротуарная плитка появилась на рынке относительно недавно. Для ее производства требуется не очень капиталоемкое, но технологичное оборудование — дробилка, плавильный аппарат, пресс и, поэтому себестоимость продукции получается довольно высокой.

В качестве сырья для производства используется кварцевый песок мелкой фракции — это основа, составляющая до 75 % объема плитки, смесь полимеров в качестве связующего, красящие пигменты и стабилизаторы. В процессе производства исходное сырье нагревают до температуры 250°, при которой расплавляется полимер, смесь перемешивают и формуют под давлением. [7]

Современные виды асфальта

Среди современных видов асфальта можно выделить:

– полимерасфальтобетон

– щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА)

– литой асфальтобетон

– цветной асфальт

– резиноасфальтобетон

– пластиковый асфальт

– стеклянный асфальт

– сероасфальтобетон

– штампованный асфальт

– переработанный асфальт [8]

Практическая часть

На первом этапе мы попробовали просто сплавить бутылку из-под воды и песок, бутылка размягчилась, но песок налип и осыпался, в более толстом слое не прогревалась, так как у пластика плохая электропроводность. Фото 1 в приложении.

Второй этап купили гранулы вторсырья, сказали ПЭТ, в сушильном шкафу при температуре 200 градусов, не расплавились и даже особо не размягчились, сделали вывод, что может это не ПЭТ.

В домашних условиях, просто горелкой расплавили, пластик от канистры и ПЭТ (гранулы), увы, он начинал гореть, но и плавился хорошо, соотношение пластика и щебня с песком было примерно 50:50. После остывания смесь приняла форму в которой плавили, толщина около 2, 5 см достаточно твердая смесь. Фото 2 в приложение

Так как для расплавления ПЭТ требуется достаточная высокая температура, а при нагреве горелкой происходит воспламенение, пришли к выводу купить пластик с низкой температурой плавления, а это полиэтилен температура плавления 122 градуса, полипропилен 160 градусов и полистирол от 170–200.

На третьем этапе купили полиэтилен. Мы решили заделать яму на территории колледжа. Для этого соединили щебень фракции 5–20 мм и полиэтилен в пропорции 1: 1 и нагревали газовой горелкой непосредственно в яме. Сыпали слоями. Верхний слой посыпали только полиэтиленом, он начал сильно гореть. Поняли, что ошибка, т.к полиэтилен должен плавиться, а не гореть. Далее, посыпали песком. Фото в приложении 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11.

На четвертом этапе, спустя 2 часа пришли визуально оценить. Уложенная смесь была всё ещё горячая. Края смеси отошли от кромки ямы. Но, сама уложенная смесь была твердая. Сделали вывод: укладывать щебень тонким слоем прогревая горелкой, затем посыпать полиэтиленом, прогревая от центра для того, чтобы расплавленный полиэтилен растекался к краям, и хорошо соединялся с кромкой ямы и в ближайшее время у нас в планах, рассчитать точную рецептуру щебня и полиэтилена.

Заключение

В заключении следует отметить, что применение ПЭТ-вторсырья и гранулята позволяет существенно экономить природные ресурсы и снижать нагрузку на окружающую среду. При этом важно правильно подготовить и использовать вторичные материалы чтобы добиться высокого качества конечной продукции. В дальнейшем у нас в планах исследование физико-механических свойств смесей с различным содержанием ПЭТ-вторсырья и гранулята асфальта. А также визуальная оценка заделки ям с этими смесями после зимнего и весеннего периода.

Приложение

Фото 1

C:\Users\Владимир\Downloads\WhatsApp Image 2024-09-18 at 12.51.06.jpeg

Фото 2

C:\Users\Владимир\Downloads\WhatsApp Image 2024-09-16 at 17.33.04.jpeg

Фото 3

C:\Users\Владимир\Downloads\IMG_20240918_104443.jpg

Фото 4

C:\Users\Владимир\Downloads\IMG_20240918_105554.jpg

Фото 5

C:\Users\Владимир\Downloads\IMG_20240918_105753.jpg

Фото 6 C:\Users\Владимир\Downloads\IMG_20240918_110202.jpg

Фото 7

C:\Users\Владимир\Downloads\IMG_20240918_110356.jpg

Фото 8

C:\Users\Владимир\Downloads\IMG_20240918_110741.jpg

Фото 9

C:\Users\Владимир\Downloads\IMG_20240918_112801.jpg

Фото 10

C:\Users\Владимир\Downloads\IMG_20240918_113622.jpg

Фото 11

C:\Users\Владимир\Downloads\WhatsApp Image 2024-09-19 at 09.32.48.jpeg

Литература:

  1. Твердые бытовые отходы, отраслевой ресурс Композиционные строительные материалы [электронный ресурс] https://www.solidwaste.ru/processing/catalog/prod/4.html
  2. Интерпласт, ПЭТ — что это такое, применение полиэтилентерефталата [электронный ресурс]https://plasticmachinery.ru/baza-znanij/syre/pjet-chto-jeto-takoe-primenenie-polijetilentereftalata/#:~
  3. Пластэксперт. ПЭТ. [электронный ресурс] https://e-plastic.ru/spravochnik/materiali/pet/
  4. Пластиковая и полимерная упаковка/. ПЭТ и экология [электронный ресурс] https://abmf.ru/company/articles/pet/
  5. Макгрупп, Полиэтилен, его вторичная переработка и использование. [электронный ресурс] https://makulatura24.ru/staty/polietilen-ego-vtorichnaya-pererabotka-i-ispolzovanie
  6. Строительная система. Щебеночно-песчаная смесь: особенности и применение [электронный ресурс] https://tsk-sistema.ru/company/stati/shchebenochno-peschanaya-smes-osobennosti-i-primenenie/
  7. Выбор. Виды тротуарной плитки: описание и особенности производства. [электронный ресурс] https://www.vibor-spb.ru/pokupatelyam/article/2267/
  8. Надежное оборудование для дорожно-строительных компаний. Современный асфальтобетон. [электронный ресурс] https://nflg.ru/stati/post/sovremennye-vidy-asfalta

Похожие статьи

Использование полимерных материалов для модификации дорожного вяжущего

Применение компоста из твердых бытовых отходов для лесовосстановления

Использование морковного порошка в качестве пребиотика в технологии производства функциональных колбасных изделий

Использование полимерных композиций на основе поливинилового спирта в качестве загустителя для печатных красок

Получение антикоррозионных материалов на основе местного сырья для нефтетранспортирующих трубопроводов

Использование местных адсорбентов при очистке хлопкового масла

Внесение жидких консервантов при заготовке рулонного сена

Обеспечение сохранности рациональной геометрии пластинчатого ножа в процессе раскроя текстильных материалов

Использование резиновой крошки и гранулята для ямочного ремонта (отработка рецептуры)

В статье написано о возможности использовать подготовленную резиновую крошку и гранулят старого асфальтобетона для ямочного ремонта.

Современные установки для модификации битумов полимерными материалами

Похожие статьи

Использование полимерных материалов для модификации дорожного вяжущего

Применение компоста из твердых бытовых отходов для лесовосстановления

Использование морковного порошка в качестве пребиотика в технологии производства функциональных колбасных изделий

Использование полимерных композиций на основе поливинилового спирта в качестве загустителя для печатных красок

Получение антикоррозионных материалов на основе местного сырья для нефтетранспортирующих трубопроводов

Использование местных адсорбентов при очистке хлопкового масла

Внесение жидких консервантов при заготовке рулонного сена

Обеспечение сохранности рациональной геометрии пластинчатого ножа в процессе раскроя текстильных материалов

Использование резиновой крошки и гранулята для ямочного ремонта (отработка рецептуры)

В статье написано о возможности использовать подготовленную резиновую крошку и гранулят старого асфальтобетона для ямочного ремонта.

Современные установки для модификации битумов полимерными материалами