Технология и производство асфальта

Природный асфальт встречается в виде пластовых жильных залежей, и пропитанных проницаемых пластов и озёр в зонах выхода нефти на земную поверхность.

Искусственный асфальт – одна из тяжелых фракций переработки нефти. Фактически асфальт можно называть отходами нефтеперерабатывающего производства

Свойства асфальтобетона могут изменяться в зависимости от температуры. Например, прочность снижается при повышении температуры. При пониженной температуре он мало пластичен, а при повышенных температурах его пластичность может быть чрезмерной.

Месторождения

В России есть несколько месторождений в Оренбургской области, Республике Коми, Республике Саха (Якутия), Самарская (в СССР Куйбышевская) область. В мире асфальт добывают в 9 странах, в том числе во Франции, Канаде, в Венесуэле, Иордании, Израиле, в государстве Тринидад и Тобаго.

Самое значительное коммерческое месторождение асфальта находится на острове Тринидад, где асфальт добывается с давних пор из битумного озера Пич-Лейк (Мать-Озеро). Глубина озера всего 90 метров, площадь – более 40 гектаров. Озеро находится в кратере бывшего грязевого вулкана. Нефть, выходящая из недр, теряет летучие вещества и преобразуется в асфальт. Поверхность озера достаточно плотная, чтобы выдержать вес человека. Но если остановится на одном месте, или оставить любой предмет, через некоторое время асфальт затягивает всё в глубину. В давние времена этим асфальтом пропитывали свои лодки местные жители. В 90-х годах XX века ежегодная добыча асфальта составляла более 150 тыс. тонн. Впрочем, по оценкам экспертов, запасы асфальта в озере составляют приблизительно семь-десять миллионов тонн, в целом на с учетом других месторождений запасы составляют более 180 млн т. При сохранении темпов добычи этих запасов хватит более, чем на 400 лет

Известное в наше время под названием Мёртвое море, с древности и до конца XIX века носило название Асфальтовое озеро (Palus Asphaltites). Сейчас оно более известно своими целебными свойствами, уникальном составом богатой солями воды. Огромные куски асфальта поднимались со дна на поверхность. Такое случалось и в XX веке.

Производство на асфальтобетонных заводах

Для приготовления асфальтобетона на производстве исходные минеральные материалы сушат и нагревают до температуры 180-200 градусов, затем разделяют по фракциям. Нужные дозы в смесителе смешиваются с подогретым до 150-170 градусов битумом. Готовая асфальтобетонная смесь в самосвалах отправляется на место укладки, для покрытия различных площадок. Не только дорог, но и аэродромов, спортплощадок и прочего

Составы асфальтобетона обычно выражаются в процентном содержании (по массе) компонентов смеси. Методы проектирования были разработаны на основе исследований теории структуры, прочности асфальтовых бетонов, технологии их приготовления и укладки, повышения долговечности советскими учеными П. В. Сахаровым, Н. Н. Ивановым, В. В. Охотиным, И. А. Рыбьевым и др.

На асфальтобетонных заводах (АБЗ) смеси изготавливают несколькими способами, а именно: горячим, теплым, холодным, в зависимости от того, какой вид смешивания компонентов применяется во время приготовления состава и от способа укладки.

• Горячий асфальт: содержит вязкий битум, укладывается при температуре от 120 градусов по Цельсию. Используется давно. Минус: невозможность укладывать при температуре ниже –5 градусов
• Теплый асфальт: содержит средне-вязкий битум и уплотняется катками при температуре 40-70 градусов по Цельсию

Горячие и теплые смеси раскладывают с запасом на 15-20% от требуемой толщины покрытия. Уплотняют массу асфальтобетона статическими или вибромоторными катками

• Холодный асфальт: может уплотниться до 50% от изначальной толщины. В составе 94-95% занимает мелкий щебень, остальные компоненты: битум, адгезионная и другие добавки. Эта современная технология укладки позволяет уплотнять смесь, содержащую жидкий битум и битумные эмульсии, при нулевой или отрицательной температуре до минус 30 градусов по Цельсию. Отлично для увеличения сезонных сроков, для удобства ремонтных работ, особенно в межсезонье можно оперативно решить вопрос с аварийно-разрушающимся покрытием.Готовые к употреблению смеси могут годами хранится в герметичных мешках, в резерве. Еще одно преимущество: укладка холодного асфальта осуществляется просто, из тары, без специальной тяжелой техники и особой подготовки участка. Укатать и утрамбовать можно с помощью доступных даже дворнику инструментов. Застыв, обладает теми же свойствами, что и горячий.

В США, Европе, Скандинавии холодные смеси получили высоко оценены и активно используются. Однако в России пока не получил широкого распространения. Несмотря на известные преимущества, есть и ряд существенных недостатков:

• Во-первых, цена холодного асфальтобетона в 5-10 раз выше горячего
• Во-вторых, в российских реалиях сложно соблюсти точную технологию производства и укладки холодного асфальта. В настоящее время действует ГОСТ 9128-97. Однако производители холодного асфальта предпочитают СТО или техническим рекомендациям ТР 171-06, принципиально отличающимся от ГОСТа, что существенно снижает качество готовой смеси.
• В-третьих, по своим качествам холодный асфальт подходит только для небольших выбоин и применим в узком температурном диапазоне.

Таким образом, в России работают всего несколько АБЗ, производящих холодный асфальтобетон (например, в Рязани, Красноярском крае, Московской области) и нет опыта его широкого применения. Впрочем, рынок в России есть, хоть и небольшой. Свои площадки холодными смесями ремонтируют крупные компании, например, ЛУКОЙЛ, структуры ГАЗПРОМА, ТНК ВР.

Еще одна классификация используемых в дорожном строительстве асфальтобетонных смесей, производимых на АБЗ:

• крупнозернистые асфальтобетоны для устройства нижнего слоя дорожного покрытия.
• Среднезернистый бетон оптимален для однослойных и двуслойных покрытий (как верхний слой).
• Мелкозернистый асфальтобетон подходит для верхнего слоя покрытий с интенсивным движением.
• Для тротуаров, полов в промышленных здания, гидроизоляционных слоев и т.п. применяют песчаный асфальтобетон

Смеси и асфальтобетоны в зависимости от показателей физико-механических свойств и применяемых материалов подразделяют на марки

Асфальт и экология

Как действует асфальт на организм человека пока известно недостаточно хорошо. У непосредственных участников производства асфальта, при длительной работе с ним, часто развиваются дерматиты, кератозы, меланозы и фотосенсибилизация. По исследованиям, проведенным в Дании, у работников дорожных хозяйств наблюдаются онкологические заболевания.

Исследованийя по влиянию асфальта на окружающий мир проведено также немного. Например, ветеринары Казахстана доказали, прямую связь между плодащью асфальта в жилой зоне и раковыми заболеваниями у проживающих в этой зоне домашних собак. Характер онкологических проблем напрямую связан с дыханием околоасфальтным воздухом во время обнюхивания территории. Ученые-ботаники зафиксировали мутации городских деревьев. Что повлияло больше: выхлопные газы или испарения от асфальта, из выводов непонятно.

Большинство жителей городов свободно ощущают запах асфальта, когда он «плывет» под летним солнцем. Какие вещества при этом выделяются? Доказан вред для человека тяжелых металлов, накапливаемые в процессе эксплуатации дорожного покрытия.

Изучено мало, ведь в любом случае альтернативы асфальтовому покрытию или достаточно дорогие (брусчатка) или менее прочные.

Известный вред для окружающей среды приносит то, что при применении асфальтобетона влага не может испаряться из-под асфальта. В городах площадь асфальта и застроек может превышать 80% площади, из-за чего проблемы сырости в подвалах, проседание домов, разрушение подземных конструкций, заселение нижних частей зданий колониями микроскопических грибов.

Как можно решить эту проблему:

• Скорейшее устранение протечек в городской системе водоснабжения.
• Умеренное асфальтирование почвы в жилых кварталах, увеличение площади зеленых насаждений
• Увеличение использования так называемого «пористого» асфальта, испаряющего излишки влаги.
• Восстановление природных дренажных и водоотводящих систем.

Сравнительная таблица преимуществ холодной асфальтобетонной смеси модифицированной добавкой перед горячими асфальтобетонами используемыми для ремонта дорожных покрытий на территории России и соседних государств.

Рисуем на асфальте, рисуем… асфальтом. Неочевидные способы использования

Наиболее известный способ применения асфальта, описанный выше: в создании дорожного покрытия. Также это отличный кровельный, электро- и гидроизоляционный материал. В химической промышленности асфальт применяется для приготовления лаков, клеев и пр.

• Асфальто-битумный лак представляет собой раствор асфальта с различными добавками в органических растворителях типа бензина. Добавками могут служить канифоль, пластификаторы, изменяются сорта битума и количество минеральной пыли, алюминиевая пудра. Эластичен длительное время за счет битумов в составе. Недостаток: окисление под воздействием света, потеря водостойкости, растрескивание, отвердение. Термостойкость невелика, до 100—130 °С в зависимости от марки. Применяются для антикоррозионных паро- и гидроизоляционных покрытий, для защиты металлоконструкций, асбоцементных труб, отделки печей, окраски газовых плит и других поверхностей.
• В различных строительных работах используют штукатурную асфальтовую гидроизоляцию, в трех различных модификациях: литая, горячая или холодная
• В районах Крайнего Севера для различных целей применяют асфальтополимербетон приготовляемый с гудронами и тяжелыми фракциями нефти, и различными синтетическими полимерами
• У природного асфальта есть и другие, менее очевидные способы использования, например, для живописи и печати гравюр..

Например, асфальт Мертвого моря, или, как его еще называют, сирийский, – наивысшего качества. Так как он почти не содержит минеральных примесей, используется для создания масляных красок, а также литографий. Дает прекрасный коричнево-золотистый цвет, совершенную прозрачность, легко наводится. При соединении с другими красками этот асфальт как бы вытесняется в верхний слой рисунка. Кракелюры: почернение и растрескивание красочного слоя - модный в 21 веке эффект при различных интерьерных решениях

Изобретение фотографии также началось с применения сирийского асфальта, а именно его свойства окисляться на свету, теряя светопроницаемость. Именно на оловянной пластине с тонким слоем асфальта сохранилась самая старая фотография 1826 года (Ж. Ньепс «Вид из окна в Ле Гра»).

История развития использования и будущее асфальта

Асфальт – это первый нефтепродукт, известный человечеству. Вот только несколько фактов из истории:

Древний Египет. Третье тысячелетие до нашей эры. В амбарах для хранения зерна пол и стены покрывали асфальтом.

Ассирийцы, финикийцы и египтяне широко использовали асфальт при строительстве кораблей и зданий. Кроме того, египтяне использовали его при мумификации (само слово «мумия» в переводе с персидского означало асфальт, или природную чёрную смолу).

Вавилон. 700-500 гг. до н. э., создание «висячих садов» Семирамиды: использование асфальта для гидроизоляции

Само слово «асфальт» ввел в литературу Геродот, описавший в 460...450 г.г. до н.э. в «Истории греко-персидских войн» асфальтовые месторождения.

Китай. 400 лет до н.э., самое начало строительства Великой китайской стены на природном битуме.

Мидия. Около 400 лет до н.э. сооружение крепостных стен в Мидии из обожженных кирпичей, скрепленных битумом.

Перу. В 1532 году испанцы после открытия Америки обнаружили древние асфальтовые дороги.

Азербайджан. Издавна природный асфальт («кир», по-местному) использовали для покрытия крыш зданий.

С середины XIX века в странах Европы и Америки булыжные мостовые стали заменять на дорожное покрытие из битумно-минеральных смесей.

Соединенные Штаты Америки. В 1876 году впервые применили литой асфальт.

1839 год, Россия, Одесса. Первая попытка асфальтирования тротуаров. Позднее в 1865 г. заасфальтировали террасы Зимнего Дворца в Петербурге, а с 1866 г. стали асфальтировать дворы, тротуары, улицы и площади. В 1869-1873 г.г. им были покрыты улицы в Санкт-Петербурге, Кронштадте, Риге, Москве, Одессе, Киеве, Харькове и Тамбове. Для производства этих работ использовался закупленный за рубежом асфальт.

До наших дней действует Сызранский завод по изготовлению асфальта, основанный в 1873 году инженером и архитектором Иваном Буттацом.

Сегодня асфальт является наиболее распространенным дорожным покрытием, при этом обладающим рядом недостатков. Вода в сочетании с низкими температурами со временем делают асфальт хрупким. Невысокая прочность асфальта позволяет легко отделяться фрагментам покрытия. Асфальт образует колеи и неровности из-за вибрации, создаваемой движением транспорта.

Улучшение асфальтобетона и разработка новых технологий производства и составов идет по следующим направлениям:

• обеспечение высокой степени уплотнения слоев и максимального сцепления между слоями;
• увеличение несущей способности дорожного покрытия;
• сокращения продолжительности работ по укладке асфальта;
• обеспечение высокого коэффициента сцепления колеса с дорогой, в том числе в неблагоприятных погодных условиях.

Еще одно направление модификаций асфальта: повышение его шумопоглощения за счет увеличения пористости. Снижение уровня шума на дороге на практике достигает 4-6 дБ

Безусловно, интенсивность и грузонапряженность движения на дорогах в 21-м веке только возрастает. А это значит, что необходимо изучать и внедрять новые материалы и технологии. В отношении природного или искусственного асфальта есть множество перспективных направлений. Надеемся в ближайшем будущем увидеть специализированные научно-исследовательские центры, которые на высоком уровне и современном оборудовании проводили бы исследования в полном объеме, способствуя скорейшему внедрению лучших разработок в нашу дорожную отрасль.