Приклади активного застосування добавок сухого введення: Туреччина, Грузія, Казахстан і Україна. Економічні та часові витрати, висновок і підсумки.
Приклади активного застосування добавок сухого введення
Туреччина, автомагістраль D-100, ділянка Стамбул — Ізміт
На цій ділянці було застосовано технологію прямого (сухого) введення полімерної добавки в асфальтозмішувач без попередньої модифікації бітуму. Це дало змогу:
- Знизити утворення колії за температури повітря +45 °C до менш ніж 2 мм (за результатами динамічних випробувань);
- Підвищити міцність дорожнього покриття на зсув на 60–70% порівняно з ділянками, де використовували традиційну модифікацію бітуму;
- Заощаджувати 7 000–9 000 євро на тиждень завдяки скороченню енерговитрат і виключенню стадії гомогенізації бітуму.
Технологію реалізував один із провідних підрядників Туреччини, і її схвалила національна дорожня лабораторія. Досвід підтвердив її застосовність у регіонах з підвищеним температурним навантаженням і високою інтенсивністю руху.
Грузія, ділянки автодоріг у м. Тбілісі, площа «Авлабарі»
Було застосовано технологію «сухого введення» полімерної добавки Veleton™ MPC в асфальтозмішувач без попередньої модифікації бітуму на базі заводу JEO GROUP. Це дало змогу:
- Знизити утворення колії за температури поверхні до +65 °C до 1,5 мм;
- Підвищити міцність дорожнього покриття на зсув на 60–70% порівняно з ділянками, де використовували традиційну модифікацію бітуму;
Ця ділянка із застосуванням полімерної добавки методом «сухого введення» перебуває під наглядом фахівців Муніципальної лабораторії вже понад 3 роки, зауважень до покриття немає.
“Overall, the test results complied with the specifications, and no distress or failure was recorded after 7 years of being under service. This could indicate that plastomers and the dry method can be considered as reliable alternatives for high quality asphalt pavement production.”
«Загалом результати випробувань відповідали специфікаціям, і після 7 років експлуатації не було зафіксовано жодних руйнувань чи браку. Це може означати, що полімери та метод „сухого введення“ можна розглядати як надійні альтернативи для виробництва високоякісного асфальтобетонного покриття».
(джерело researchgate.net)
Казахстан, м. Астана, вул. Тлендієва
На цій ділянці дороги служби виконували середній ремонт із фрезеруванням щонайменше 2 рази на рік, оскільки ліва смуга є ділянкою гальмування важкого вантажного транспорту перед світлофором, і розрахункові навантаження перевищують допустимі більш ніж у 2 рази. Було застосовано технологію «сухого введення» полімерної добавки в асфальтозмішувач без попередньої модифікації бітуму для нижнього шару (щільний, крупнозернистий, А-40) і верхнього шару (щільний, ЩМА-20). Це дало змогу:
- Не виконувати середній ремонт цієї ділянки вже понад два роки;
- Підвищити міцність дорожнього покриття на зсув на 70–90% порівняно з ділянками, де використовували традиційну модифікацію бітуму;
Україна, м. Київ, «Північний» міст
Раніше на цьому об’єкті дорожні служби щонайменше один раз на рік виконували поточний ремонт верхніх шарів. Це пов’язано з високими навантаженнями на дорожнє полотно та підвищеною температурою верхнього шару (у літній період).
Було застосовано технологію «сухого введення» полімерної добавки в асфальтозмішувач без попередньої модифікації бітуму для верхнього шару (щільний, дрібнозернистий А-20).
Наразі об’єкт експлуатується вже понад три роки без будь-яких видимих дефектів і перебуває під щоквартальним наглядом дорожніх служб міста.
Економічні та часові витрати
У сучасному дорожньому будівництві економічні та часові витрати відіграють ключову роль, особливо в роботі асфальтобетонного заводу. Вартість матеріалів, енергоносіїв і логістики безпосередньо впливає на рентабельність проєкту, а затримки у виробництві можуть призвести до зриву графіків укладання, зростання витрат на техніку та робочу силу.
Оптимізація виробничих процесів, вибір економічно ефективних модифікаторів і раціональне управління ресурсами дають змогу знизити собівартість суміші без втрати якості. В умовах жорстких строків будівництва важливо мінімізувати час прогрівання бітуму, дозування компонентів і транспортування асфальтобетону, щоб забезпечити його укладання в оптимальному температурному режимі та уникнути перевитрати матеріалів.
1. Енерговитрати та технологія модифікації
Модифікація бітуму полімером СБС або аналогічним. У разі використання СБС-полімеру (або аналогічного) бітум попередньо розігрівають до 180–190 °C (іноді вище) і вводять полімер в установках змішування. Це потребує значних енерговитрат на нагрівання обладнання (реактора, мішалок, бітумосховища) і підтримання високої температури протягом усього процесу модифікації. Також нерідко потрібні додатковий час і енергія для зшивання (гомогенізації) СБС з бітумом. У підсумку отримане полімерно-бітумне в’яжуче (ПБВ) потрібно зберігати за підвищеної температури, що й далі «споживає» енергію та створює ризик термоокиснювальної деструкції полімеру під час тривалого витримування.
«Суха» модифікація асфальтобетонної суміші. У разі «сухого введення» полімер (у вигляді гранул) додають безпосередньо в змішувач під час виробництва асфальтобетонної суміші, разом із мінеральними матеріалами. Температура бітуму не змінюється порівняно зі звичайним асфальтом (без полімерів) і становить близько 155–160 °C, а окремого процесу гомогенізації бітуму з полімером не потрібно, оскільки полімерна добавка «сухого введення» рівномірно розмішується в асфальтобетонній суміші, розплавляється, контактуючи з розігрітими кам’яними матеріалами, і потім зв’язує між собою всі компоненти асфальтобетонної суміші.
Це дуже позитивно впливає на властивості бітуму, оскільки не відбуваються окиснювальні й термодеструктивні процеси, ароматичні вуглеводні залишаються у складі бітуму, а не «вигоряють», як під час модифікації добавками типу СБС. Це дає змогу зберегти дуктильність і пластичність бітуму.
З енергетичного погляду відсутній додатковий цикл високотемпературного змішування бітуму з полімером. Тому сумарні витрати на підтримання температур і перемішування істотно нижчі, ніж у класичному варіанті ПБВ.
2. Витрати часу
Модифікація бітуму полімером СБС або аналогічним. Потрібна окрема стадія на заводі (або в межах зовнішньої установки) для приготування ПБВ: нагрівання бітуму (4-5 годин), дозування, гомогенізація (6-8 годин), витримування/термостабілізація (4-6 годин), аналіз якості. Усі ці дії подовжують технологічний цикл щонайменше на 8-12 годин і потребують винятково висококваліфікованого персоналу. У разі невдалого зберігання ПБВ (недотримання температурного режиму) можливі розшарування та втрата властивостей.
«Суха» модифікація асфальтобетонної суміші. У цій технології етап модифікації вбудовано безпосередньо в процес виробництва асфальту. Полімер вводять у суміш одночасно з мінеральними компонентами (щебенем і наповнювачем) за допомогою спеціального високоточного дозатора. Це дає змогу відмовитися від окремої стадії попереднього змішування полімеру з бітумом. Такий підхід відповідає актуальним вимогам дорожньо-будівельної галузі, базується на сучасних технологічних рішеннях, виключає вплив людського фактора і знижує ризик помилок під час модифікації. У результаті — процес стає ефективнішим, часові та фінансові витрати на модифікацію виключаються, а контроль якості стає стабільнішим і передбачуванішим.
«Метод „сухого введення“ характеризується простотою, гнучкістю, низьким споживанням енергії та низьким рівнем забруднення довкілля, що робить його ідеальним вибором під час ремонту дорожніх покриттів».
(джерело sciencedirect.com)
Висновок
За масштабного виробництва (кілька сотень або тисяч тонн асфальтобетону на добу) різниця в енерговитратах між модифікацією бітуму (добавками типу СБС або іншими) і «сухим введенням» полімеру на одному заводі може сягати 9 000 - 11 000 доларів на місяць, що за будівельний сезон перетворюється на значну суму.
Крім того, «суха» модифікація асфальтобетонної суміші, за якої гранульовані добавки вводять безпосередньо в змішувач разом із мінеральними матеріалами та бітумом, дає змогу значно спростити виробничий процес на асфальтобетонних заводах. Такий підхід усуває потребу в окремій стадії приготування модифікованого бітуму, що, своєю чергою, позбавляє витрат на додаткове обладнання для введення, дозування та гомогенізації полімеру в бітумі. Відпадає потреба в тривалому перемішуванні та витримуванні бітуму за високої температури для розчинення добавки.
Це дає змогу істотно заощаджувати час і скорочувати операційні витрати. Заводу не потрібно тримати в резерві окремі бітумні ємності для різних типів в’яжучого (звичайного та модифікованого), що особливо актуально для невеликих і мобільних виробництв. Знижується витрата енергії, зменшуються втрати матеріалу під час переходів з однієї партії на іншу.
Застосування методу «сухого введення» позитивно позначається і на укладальних властивостях асфальтобетонної суміші. Такий матеріал легше ущільнюється за стандартних технологічних режимів завдяки рівномірному розподілу модифікатора безпосередньо в тілі суміші. Це знижує ризик утворення порожнеч, розривів і неущільнених зон у готовому покритті, що безпосередньо впливає на довговічність і міцність дороги.
Крім того, «суха» модифікація знижує ймовірність технологічних помилок, які часто виникають під час приготування модифікованого бітуму на заводі. У традиційній технології можливі такі проблеми, як:
- неповне або нерівномірне розчинення полімеру в бітумі;
- перегрів і термічне руйнування полімерної структури;
- розшарування і нестабільність отриманого в’яжучого під час зберігання;
- плутанина під час роботи з кількома типами бітуму.
За методу «сухого введення» ці ризики зводяться до мінімуму, оскільки модифікація відбувається безпосередньо в процесі виробництва асфальтобетонної суміші, без складних операцій у бітумному господарстві. Це робить технологію стабільнішою, відтворюванішою та зручнішою для заводів.
Підсумки
Питання модифікації бітумів і асфальтобетонних сумішей стає дедалі актуальнішим, оскільки не всі бітуми мають достатню здатність до модифікації полімерами та потрібну якість. Це спонукає виробників шукати альтернативні методи істотного поліпшення властивостей асфальтобетону з урахуванням особливостей компонентів суміші. Одним із перевірених та ефективних рішень є додавання полімерних добавок безпосередньо в асфальтозмішувач.
Цей метод має низку істотних переваг перед традиційною модифікацією бітуму полімерами. По-перше, якість модифікації стає незалежною від технології виробництва бітуму, що особливо важливо під час роботи з дистиляційними бітумами, які погано взаємодіють із полімерами. По-друге, заощаджуються час і енергетичні ресурси, оскільки зникає потреба в тривалому розігріванні та гомогенізації полімерно-бітумних в’яжучих. По-третє, знижується ризик термічного старіння бітуму, оскільки температура його нагрівання не перевищує робочих значень в асфальтозмішувачі. У результаті виробники отримують прогнозованіші та стабільніші властивості асфальтобетонної суміші, що спрощує контроль якості на виробництві та знижує ризик виникнення дефектів покриття.
За активної підтримки провідних виробників асфальтобетонних сумішей, профільних науково-дослідних інститутів та інженерної спільноти технологія «сухого введення» полімерних добавок не просто зарекомендувала себе, а й утвердилася як повноправний і високоефективний метод модифікації бітуму — який не поступається класичній технології модифікації бітуму, а за низкою ключових параметрів і перевершує її. Саме тому її дедалі ширше застосовують як оптимальне рішення, що відповідає сучасним вимогам галузі до якості, технологічності та економічної ефективності.
“The dry process modification is characterized by simplicity, flexibility, low energy consumption, and low pollution, making it an ideal choice in pavement repair engineering.”
«Метод „сухого введення“ характеризується простотою, гнучкістю, низьким споживанням енергії та низьким рівнем забруднення довкілля, що робить його ідеальним вибором під час ремонту дорожніх покриттів».
(джерело sciencedirect.com)
Хочете дізнатися більше – співавтори науково-практичної роботи:
