vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2024-26-3-196-209vestniktgasu-1676Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSВторичное применение рекуперационных битумов из отходов рулонных материаловSecondary use of recovered bitumen from waste roll materialsШестаковН. И.ShestakovN. I.

Николай Игоревич Шестаков, канд. техн. наук, доцент

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Nikolay I. Shestakov, PhD, A/Professor

26, Yaroslavskoe Road, 129337, Moscow

SHestakovNI@mgsu.ruТкачЕ. В.TkachE. V.

Евгения Владимировна Ткач, докт. техн. наук, профессор

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Evgenia V. Tkach, DSc, Professor

26, Yaroslavskoe Road, 129337, Moscow

ev_tkach@mail.ruХохловаН. В.KhokhlovaN. V.

Наталья Владимировна Хохлова, аспирант

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Natalya V. Khokhlova, Research Assistant

26, Yaroslavskoe Road, 129337, Moscow

Natalyahoh@bk.ruПриходькоА. Ю.PrikhodkoA. Yu.

Анастасия Юрьевна Приходько, бакалавр

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Anastasia Yu. Prikhodko, Student

26, Yaroslavskoe Road, 129337, Moscow

23nastyaa@mail.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияNational Research Moscow State University of Civil EngineeringRussian Federation202413062024263196209Copyright © Шестаков Н.И., Ткач Е.В., Хохлова Н.В., Приходько А.Ю., 20242024Шестаков Н.И., Ткач Е.В., Хохлова Н.В., Приходько А.Ю.Shestakov N.I., Tkach E.V., Khokhlova N.V., Prikhodko A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1676Актуальность

Актуальность. Рассматривается проблематика утилизации и вторичного использования битумных компонентов из отходов кровельных материалов, вызванная острой необходимостью минимизации экологического воздействия и экономически эффективного использования природных ресурсов.

Исследование обусловлено существенной ролью битумных материалов в строительной отрасли и проблемами, связанными с их утилизацией после окончания срока службы, включая экологическую угрозу от накопления отходов и утрату первоначальных свойств материалов под воздействием деструктивных факторов, таких как ультрафиолетовое излучение, температурные перепады и влажность.

Цель исследования заключается в оценке эффективности методов рекуперации битума, при которых используются различные органические растворители. В работе особый акцент сделан на химическом методе, характеризующемся применением активных химических компонентов для растворения и извлечения битума, таких как технический керосин, трихлорэтилен, хлороформ и тетрахлорметан. В качестве контрольного образца для сравнения рассматривался битум, извлеченный термическим способом из рубероида без воздействия растворителей.

Методы исследования

Методы исследования. Применение органических растворителей оценивалось через анализ полярности и способности растворять определенные группы углеводородов, что позволяло селективно изменять химический состав битума. Проведенные исследования включают методы жидкостно-адсорбционной хроматографии и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) для определения изменений в групповом составе и тепловых свойствах битума соответственно.

Результаты показывают, что изменение концентрации углеводородных групп в битуме под воздействием растворителей влияет на физико-химические свойства материала, что открывает перспективы для его повторного использования в производстве строительных и дорожных покрытий. Изменения в тепловом потоке, наблюдаемые при ДСК, позволяют оптимизировать свойства извлеченного битума и повышают эффективность его применения.

Выводы исследования подтверждают возможность интеграции рекуперированных битумных отходов в производственный цикл, что ведет к снижению потребности в первичных ресурсах и уменьшению экологической нагрузки от захоронения отходов, способствуя устойчивому развитию строительной отрасли.

The article discusses current issues of recycling bitumen components from waste roofing materials due to an urgent need to minimize the environmental impact and provide cost-effective use of natural resources. The study is driven by the significant role of bituminous materials in the construction industry and their disposal after the end of their service life, including the environmental threat from waste accumulation and loss of original properties of materials caused by the ultraviolet radiation, temperature changes and humidity.

Purpose

Purpose: The aim of the work is to evaluate the effectiveness of bitumen recovery methods utilizing various organic solvents. Special emphasis is placed on the chemical method characterized by the use of active chemical components to dissolve and extract bitumen, such as technical kerosene, trichlorethylene, chloroform and carbon tetrachloride. For comparison, a bitumen sample is thermally extracted from roofing felt without exposure to solvents.

Methodology/approach

Methodology/approach: The analysis of polarity of organic solvents and their ability to dissolve certain groups of hydrocarbons, which made it possible to selectively change the bitumen chemical composition. Liquid adsorption chromatography and differential scanning calorimetry techniques are used to determine changes in the composition and thermal properties of bitumen, respectively.

Research findings

Research findings: Changes in the concentration of hydrocarbon groups in bitumen under the influence of solvents affect physicochemical properties of the material, that opens up prospects for its reuse in construction and road coating production. Changes in heat flow observed during the DSC analysis, allow optimizing the properties of the extracted bitumen and improve the efficiency of its application.

Practical implications

Practical implications: The possibility is shown for integrating recovered bitumen waste in the production cycle, which leads to a reduction in the need for primary resources and environmental burden from waste disposal, contributing to the sustainable development of the construction industry.

рубероидбитумрекуперациярастворителигрупповой состав битумасинхронный термический анализbitumen feltbitumenrecoverysolventbitumen compositionsimultaneous thermal analysisReferencesАнтонова И.И., Массарова Г.И. Утилизация отходов гидроизоляционных материалов на основе битума // Наследие В.И. Вернадского и современные проблемы экологии. 2023. Т. 1 (1). С. 179–182.Antonova I.I., Massarova G.I. Disposal of waste waterproofing materials based on bitumen. Nasledie V.I. Vernadskogo i sovremennye problemy ekologii. 2023; 1 (1):179−182. (In Russian)Красновских М.П. Перспективы термохимической утилизации многокомпонентных и загрязненных полимерных отходов // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2023. № 3. С. 50–58.Krasnovskikh M.P. Prospects for thermochemical recycling of multicomponent and contaminated polymer waste. Transport. Transportnye sooruzheniya. Ekologiya. 2023; (3): 50−58. (In Russian)Мифтахов М.Н. Проблема утилизации битумных отходов // Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация. 2017. № 1 (74). С. 14–22.Miftakhov M.N. The problem of recycling bitumen waste. Sotsial'no-ekonomicheskie i tekhnicheskie sistemy: issledovanie, proektirovanie, optimizatsiya. 2017; 1 (74): 14−22. (In Russian)Сагдеева Г.С., Патракова Г.Р. Переработка отходов производства и потребления с использованием их ресурсного потенциала // Вестник Казанского технологического университета. 2014. № 17 (6). С. 194–198.Sagdeeva G.S., Patrakova G.R. Recycling industrial and consumer waste using their resource potential. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2014; 17 (6): 194–198. (In Russian)Ермолаев Д.В., Мингалеева Г.Р. Механизм термического разложения асфальтенов природных битумов // Вестник Технологического университета. 2015. № 18 (12). С. 27–31.Ermolaev D.V., Mingaleeva G.R. Thermal decomposition of asphaltenes in natural bitumen. Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta. 2015; 18 (12): 27−31. (In Russian)Пискунов И.В., Белоконь Н.Ю., Глаголева О.Ф. Получение битумов из продуктов вторичных процессов – остатков процессов висбрекинга и деасфальтизации // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. 2021. № 2 (303). С. 83–95.Piskunov I.V., Belokon N.Yu., Glagoleva O.F. Bitumen production from residues of visbreaking and deasphalting processes. Trudy Rossiiskogo gosudarstvennogo universiteta nefti i gaza imeni I.M. Gubkina. 2021; 2 (303): 83−95. (In Russian)Пискунов И.В., Белоконь Н.Ю., Глаголева О.Ф. Производство битумных материалов из нефтяных остатков и вторичных ресурсов // Нефть. Газ. Новации. 2021. № 6. С. 67–71.Piskunov I.V., Belokon N.Yu., Glagoleva O.F. Production of bituminous materials from oil residues and secondary resources. Neft'. Gaz. Novatsii. 2021; (6): 67−71. (In Russian)Bolden J., Abu-Lebdeh T., Fini E. Utilization of recycled and waste materials in various construction applications // American Journal of Environmental Sciences. 2013. P. 94–24.Bolden J., Abu-Lebdeh T., Fini E. Utilization of recycled and waste materials in various construction applications. American Journal of Environmental Sciences. 2013; 9: 4−24.Cremiato R., Mastellone M.L., Tagliaferri C., Zaccariello L., Lettieri P. Environmental impact of municipal solid waste management using Life Cycle Assessment: The effect of anaerobic digestion, materials recovery, and secondary fuels production // Renewable Energy. 2018. № 124. Р. 180–188.Cremiato R., Mastellone M.L., Tagliaferri C., Zaccariello L., Lettieri P. Environmental impact of municipal solid waste management using Life Cycle Assessment: The effect of anaerobic digestion, materials recovery, and secondary fuels production. Renewable Energy. 2018; 124: 180−188.Aziz M.M.A., Rahman M.T., Hainin M.R., Bakar W.A. An overview on alternative binders for flexible pavement // Construction and Building Materials. 2015. № 84. Р. 315–319.Aziz M.M.A., Rahman M.T., Hainin M.R., Bakar W.A. An overview on alternative binders for flexible pavement. Construction and Building Materials. 2015; 84: 315−319.Mashaan N.S., Ali A.H., Karim M.R., Abdelaziz M. A review on using crumb rubber in reinforcement of asphalt pavement // Scientific World Journal. 2014. DOI: 10.1155/2014/214612Mashaan N.S., Ali A.H., Karim M.R., Abdelaziz M. A review on using crumb rubber in reinforcement of asphalt pavement. Scientific World Journal. 2014; doi:10.1155/2014/214612Garcia J., Hansen K. HMA Mix Type Selection Guide. Information Series 128. National Asphalt Pavement Association: Lanham MD, USA, 2001.Garcia J., Hansen K. HMA Mix Type Selection Guide. Information Series 128. National Asphalt Pavement Association: Lanham MD, USA, 2001.Adhikari B., De D., Maiti S. Reclamation and recycling of waste rubber // Progress in Polymer Science. 2000. № 25 (7). Р. 909–948.Adhikari B., De D., Maiti S. Reclamation and recycling of waste rubber. Progress in Polymer Science. 2000; 25 (7): 909–948.Merdrignac I., Espinat D. Physicochemical characterization of petroleum fractions: the state of the art // Oil and Gas Science and Technology. 2007. № 62 (1). Р. 7–32.Merdrignac I., Espinat D. Physicochemical characterization of petroleum fractions: the state of the art. Oil and Gas Science and Technology. 2007; 62 (1): 7–32.Claudy P., Letoffe J.M., King G.N., Planche J.P., Brule B. Characterization of paving asphalts by Differential Scanning Calorimetry // Fuel Science and Technology International. 1991. № 9 (1). Р. 71–92.Claudy P., Letoffe J. M., King G.N., Planche J.P., Brule B. Characterization of paving asphalts by Differential Scanning Calorimetry. Fuel Science and Technology International. 1991; 9 (1): 71–92.Карпов Г.Н. Кровельным отходам необходима промышленная переработка // Вестник ОГУ. 2003. № 5. С. 144–147.Karpov G.N. Roofing waste requires industrial processing. Vestnik OGU. 2003; (5): 144−147. (In Russian)Халиулина Л.Э. Вторичное использование отходов кровельных материалов // Достижения науки и образования. 2018. № 17(39). С. 9–11.Khaliulina L.E. Recycling of waste roofing materials. Dostizheniya nauki i obrazovaniya. 2018; 17 (39): 9−11. (In Russian)Асадуллина З.У., Исмагилов С.А., Яковлев В.В. Технико-экономические и экологические преимущества природоохранной технологии // Башкирский химический журнал. 2012. № 2. С. 74–77.Asadullina Z.U., Ismagilov S.A., Yakovlev V.V. Technical, economic and environmental advantages of environmental technology. Bashkirskii khimicheskii zhurnal. 2012; (2): 74−77. (In Russian)Шеповалов П.П., Штыка О., Елубай М.А. Применение тяжелоутилизируемых отходов во время производства строительных материалов // Наука и техника Казахстана. 2022. № 3. С. 160–167.Shepovalov P.P., Shtyka O., Elubay M.A. Application of heavily recyclable waste during construction material production. Nauka i tekhnika Kazakhstana. 2022; (3): 160−167. (In Russian)Дронов С.В., Гаджиева А.Х. Применение кровельных битумсодержащих отходов в производстве битумных композиционных материалов // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2019. № 49 (75). С. 36–39.Dronov S.V., Gadzhieva A.Kh. Application of roofing bitumen-containing waste in the production of bitumen composite materials. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo instituta. 2019; 49 (75): 36−39. (In Russian)Шашмаркина А.Е., Сахибгареев И.Р., Каюкова Г.П., Романов Г.В. Техногенные нефтяные образования в окружающей среде – дополнительный источник углеводородного сырья // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 9. С. 208–213.Shashmarkina A.E., Sakhibgareev I.R., Kayukova G.P., Romanov G.V. Technogenic oil formations in the environment as additional source of hydrocarbon raw materials. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2011; (9): 208−213. (In Russian)Walker I.D., Colwell R.R., Petrakis L. The rate of microIogical degradation of components of crude oils // Canadian Journal of Microbiology. 1976. № 22 (8). P. 1209–1213.Walker I.D., Colwell R.R., Petrakis L. The rate of microIogical degradation of components of crude oils. Canadian Journal of Microbiology. 1976; 22 (8): 1209−1213.Medeiros P.M., Bicego M.C. Investigation of natural and anthropogenic hydrocarbon inputs in sediments using geochemical markers // Marine Pollution Bulletin. 2004. № 49. P. 892–899.Medeiros P.M., Bicego M.C. Investigation of natural and anthropogenic hydrocarbon inputs in sediments using geochemical markers. Marine Pollution Bulletin. 2004; (49): 892−899.Moldovan J.M. Application of biological marker technology to bioremediation of refinery byproducts // Energy Fuels. 1995. № 9. P. 155–162.Moldovan J.M. Application of biological marker technology to bioremediation of refinery byproducts. Energy Fuels. 1995; (9): 155−162.Chainea C.H., Morel J.L., Oudot J. Land treatment of oil-based drill cuttings in an agricultural soil // Journal of Environmental Quality. 1996. № 25 (4). P. 858–867.Chainea C.H., Morel J.L., Oudot J. Land treatment of oil-based drill cuttings in an agricultural soil. Journal of Environmental Quality. 1996; 25 (4): 858−867.Шевцов С.А., Каргашилов Д.В., Животягин И.А. Экологически чистая пожаробезопасная и энергоэффективная технология переработки битумсодержащих отходов // Экология промышленного производства. 2020. № 1. С. 2–5.Shevtsov S.A., Kargashilov D.V., Zhivotyagin I.A. Environmentally friendly, fireproof and energy-efficient technology for processing bitumen-containing waste. Ekologiya promyshlennogo proizvodstva. 2020; (1): 2−5. (In Russian)Shevtsov S.A., Kargashilov D.V., Shutkin A.N. Fire and explosion safe technology of storage and regasification of liquefied petroleum gas // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. № 54 (1−2). P. 38–40.Shevtsov S.A., Kargashilov D.V., Shutkin A.N. Fire and explosion safe technology of storage and regasification of liquefied petroleum gas. Chemical and Petroleum Engineering. 2018; 54 (1−2): 38−40.Radeef H.R., Hassan N.A., Abidin A.R. Enhanced Dry Process Method for Modified Asphalt Containing Plastic Waste // Frontiers in Materials. 2021. № 8. P. 1–14.Radeef H.R., Hassan N.A., Abidin A.R. Enhanced dry process method for modified asphalt containing plastic waste. Frontiers in Materials. 2021; 8: 1−14.Шестаков Н.И., Чертес К.Л., Хохлова Н.В., Урханова Л.А. Биопозитивные технологии обращения с битумосодержащими строительными отходами // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2022. № 9 (765). P. 27–38.Shestakov N.I., Chertes K.L., Khokhlova N.V., Urkhanova L.A. Biopositive technologies for handling bitumen-containing construction waste. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2022; 9 (765): 27−38. (In Russian)Хохлова Н.В., Шестаков Н.И., Федосов С.В., Титова И.И., Сячинова Н.В. Особенности изменения битума в процессе рекуперации // Строительные материалы. 2023. № 7. P. 67–72.Khokhlova N.V., Shestakov N.I., Fedosov S.V., Titova I.I., Syachinova N.V. Features of changes in bitumen during the recovery process. Stroitel'nye materialy. 2023. (7): 67−72. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.