Исследование термостабильности смесевых пластификаторов – остаточных продуктов лесохимии

Актуальность. Истощение легкодоступных запасов нефти приводит к необходимости уделять все большее внимание изучению возможности замещения используемых в дорожном строительстве нефтепродуктов на компоненты растительного происхождения. Важно отметить, что получение таких компонентов является экологически полезным, поскольку расширение лесных массивов позволяет компенсировать потери кислорода вследствие интенсивной человеческой деятельности. Продукция лесного хозяйства широко востребована, объёмы лесопереработки ежегодно растут, но параллельно с ними увеличивается и количество производимых отходов, а следовательно, и объёмы их утилизации путем сжигания.

Основные технологии переработки и соответствующие им товарные продукты лесохимии были разработаны более 50–70 лет назад, и их модернизация весьма затратна. Существующие сегодня частные примеры нетрадиционного использования остаточных продуктов сульфатно-целлюлозного производства точечно обозначают перспективные направления для развития данного сегмента их применения, но не снимают всю остроту проблемы. Обширные запасы древесной щепы в российских регионах и существенный объём сточных вод целлюлозных производств подчеркивают важность проведения исследований в указанном направлении.

Основная часть данной работы посвящена систематизированному исследованию и анализу качественных показателей товарных и нетоварных продуктов лесохимии с целью оценки возможности рекомендовать их для использования в качестве модификаторов технологических и эксплуатационных свойств битумных вяжущих. Это одно из потенциальных направлений полезного использования лесохимических остатков, которое является примером продолжения технологического передела продуктов лесопереработки, но уже в дорожно-строительной отрасли.

Цель работы – выявление возможности применения товарных продуктов лесохимии и их смесей для дальнейшего изучения целенаправленного регулирования комплекса физико-механических показателей дорожных вяжущих.

Методы. Методом гравиметрического анализа проведена сопоставительная оценка термостабильности как для товарных и нетоварных продуктов, так и для их смесей при различном соотношении компонентов.

Результаты. Исследования подтвердили потенциальную возможность применения остаточных продуктов лесохимического передела, в том числе их смесей, для корректировки технических, технологических и эксплуатационных характеристик битумных вяжущих различных составов.

1. Быстров Н.В. Нормирование свойств модифицированных битумов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20. № 5. С. 198–203. DOI: 10.31675/1607-1859-2018-20-5-198-203

2. Гохман Л.М. Дорожный полимерасфальтобетон. Москва : Экон-Информ, 2017. 477 с.

3. Hunter R.N., Self A., Read J. The Shell Bitumen Handbook. 6th Edition, ICE Publishing, London, 2015. 485 p. DOI: 10.1680/tsbh.58378

4. Azari-Jafari H., Yahia A., Amor B. Life Cycle Assessment of Pavements: Reviewing Research Challenges and Opportunities // J. Clean. Prod. 2016. V. 1126. P. 2187–2197. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.09.080

5. Balaguera A., Carvajal G.I., Albertí J., Fullana-i-Palmer P. Life Cycle Assessment of Road Construction Alternative Materials: A Literature Review // Resour. Conservation Recycling. 2018. V. 132 (24). P. 37–48. DOI: 10.1016/j.resconrec.2018.01.003

6. Симчук Е.Н., Харпаев А.В., Рожков И.М. Современные подходы к моделированию старения битумных вяжущих материалов в лабораторных условиях // Дороги и мосты. 2022. № 2 (48). С. 274–306. EDN: HUWSYA

7. EAPA, Asphalt in Figures 2020. Brussels, European Asphalt Pavement Association, 2021. 13 p.

8. Будрис А. ЕС ограничивает поставки каучука и битума из России: какими будут последствия // Forbes. 01.03.2023. URL: www.forbes.ru/biznes/485436-es-ogranicivaet-postavkikaucuka-i-bituma-iz-rossii-kakimi-budut-posledstvia (дата обращения: 16.12.2024).

9. Ingrassia L.P., Lu X., Ferrotti G., Canestrari F. Renewable materials in bituminous binders and mixtures: Speculative pretext or reliable opportunity? // Resources, Conservation and Recycling. 2019. V. 144. P. 209–222. DOI: 10.1016/j.resconrec.2019.01.034

10. Белова Н.А., Страхова Н.А. Возможность пластификации нефтяных битумов отработанными синтетическими и минеральными // Перспективы развития строительного комплекса. 2014. № 1. С. 93−97. EDN: SYBQXR

11. Евдокимова Н.Г., Грызина Е.В., Ялиева Э.А., Гуреев А.А. Подготовка сырья битумного производства с использованием вакуумного остатка установки висбрекинга // Нефтегазовое дело. 2011. № 5. С. 323−335.

12. Mahssin Z.Y., et al. Converting Biomass into Bio-Asphalt – A Review // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2021. V. 19. DOI: 10.1088/1755-1315/682/1/012066

13. Lahjiri F. Etude de l’impact physico-chimique des liants dits ”régénérants” sur la constructibilité (performance et durabilité) des enrobés recycles // Physique. Français. Université Montpellier, 2020. 307 p.

14. Elahi Z., et al. Waste Cooking Oil as a Sustainable Bio Modifier for Asphalt Modification: A Review // Sustainability. 2021. V. 13. P. 11506. DOI.org: 10.3390/su132011506

15. Дошлов О.И., Спешилов Е.Г. Полимерно-битумное вяжущее – высокотехнологическая основа для асфальта нового поколения // Вестник ИрГТУ. 2013. № 6. С. 140–144. EDN: QCRBYJ

16. The Eurobitume life-cycle inventory for bitumen. Version 3.1. European Bitumen Association. 2020. V. 49.

17. Alvarez-Barajas R., et al. Bio and waste-based binders with hybrid rubberized-thermoplastic characteristics for roofing // Polymer Testing. 2024. V. 130. 108317. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2023.108317

18. Zhou Y. Hydrothermal conversion of biomass to fuels, chemicals and materials: A review holistically connecting product properties and marketable applications // Science of The Total Environment. 2023.V. 34. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.163920

19. Samieadel A., Schimmel K., Fini E.H. Comparative life cycle assessment (LCA) of bio-modified binder and conventional asphalt binder // Clean Technologies and Environmental Policy. 2018. V. 20. № 1. P. 191–200.

20. 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. V. 84. P. 315–319.

21. Zhang Z., Fang Y., Yang J., Li X. A comprehensive review of bio-oil, bio-binder and bio-asphalt materials: Their source, composition, preparation and performance // J. Traffic Transp. Eng. 2022. V. 9. № 2. P. 151–166. DOI: 10.1016/j.jtte.2022.01.003

22. Смид В.A., Дильман А.Д. Основы современного органического синтеза. Москва : БИНОМ, 2009. 750 с.

23. Методические рекомендации по применению составленных вяжущих в покрытиях автомобильных дорог. Москва : Союздорнии, 1980. 24 с.

24. Варанкина Г.С., Русаков Д.С., Козик П.С. Исследование процессов склеивания шпона фенолоформальдегидной смолой с использованием промежуточных продуктов сульфатноцеллюлозного производства // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 2 (30). С. 120–127. DOI: 10.18324/2077-5415-2016-2-120-127

25. Владимирова Т.М., Третьяков С.И., Жабин В.И., Коптелов А.Е. Получение и переработка талловых продуктов. Архангельск : Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2008. 155 с.

26. Гурова Е.В., Галдина В.Д. Определение технических свойств нефтяных битумов. Омск : СибАДИ, 2014. 40 с.

27. Ковалев Я.Н., Галузо Г.С., Змачинский А.Э., Чистова Т.А. Строительные материалы. Лабораторный практикум. Минск : Новое знание, 2013. 633 с.