Дорожное покрытие из пластика — качественные дороги и забота о природе
Переработанный пластик имеет множество сфер применения, одна из них – создание дорожных покрытий.
На планете около 40 млн км дорог, на расширение этой сети и создания новых магистралей ежегодно тратится 1,6 трлн тонн асфальта.
Одним из основных компонентов асфальтобетонной смеси является битум, содержание которого варьируется от 10 до 60%.
Частичная замена этого материала переработанным пластиком позволит решить проблему загрязнения окружающей среды и улучшит практические характеристики дорожного покрытия.
Мировой опыт
В 2002 году инженеры индийской компании KK Plastic Waste Management Ltd запатентовали технологию использования пластиковых отходов при асфальтировании дорог.
Этой фирме принадлежит завод в Бангалоре, перерабатывающий сегодня до 30 метрических тонн пластмасс в сутки.
На разработку технологии переработки ПЭТ бутылок, пластиковых стаканов и пакетов в компонент асфальтовой смеси ушло у индусов 5 лет.
Компания создала полимерную смесь KK Poly Blend, которая замещает 8% битума в составе асфальтобетонной смеси и улучшает характеристики дорожного покрытия.
Срок эксплуатации дорог, созданных на базе этого материала, увеличен в два раза. В своем штате KK Plastic Waste Management Ltd построили 2000 км дорог и переработали 8000 тонн пластиковых отходов.
Из Индии идея перекочевала в Западную Европу, один из руководителей шотландской компании MacRebur привез ее в свою страну и после 18 месяцев исследований запатентовал высокоэффективные добавки на основе переработанного пластика. Они выпускаются в виде гранул и хлопьев, которые добавляются вместе с битумом при производстве покрытия.
Модифицированная асфальтобетонная смесь становится прочнее на 60%, а полотно на ее основе служит в 10 раз дольше.
Лидерами производства пластикового асфальта в Северной Америке являются канадцы. Компания Green Mantra разработала инновационную технологию, позволяющую использовать при создании дорожного полотна до 20% переработанного пластика.
Модифицированный асфальтобетон активно используют сегодня для прокладки и ремонта дорог в Ванкувере.
Пластиковый асфальт в России
Технологии применения переработанных полимерных материалов в дорожном строительстве в России разрабатывала компания ОАО «Роснано».
Была создана программа «Инновационная дорога», в рамках которой новые покрытия должны были использованы при строительстве магистралей в Татарстане, Москве, Рязанской области.
Проект остался на стадии разработки, столкнувшись с необходимостью корректировки ГОСТов, СНиПов, технических регламентов.
В России улучшают качество покрытия для дорог с помощью пластиковых добавок, разрабатываемых компанией «СИБУР Холдинг».
Полимер-битумные вяжущие выпускаются из нефтепродуктов.
Рециклинг пластика в компании не внедряется, объясняется это высокими затратами и отсутствием в стране реализованных технологий по массовому сбору полимерных отходов.
Разрабатываются технологии, аналогичные индийским и канадским, в Ярославле и Новосибирске. Планируется использование асфальтобетонных смесей на основе переработанного пластика для ремонта дорог, а в дальнейшем – для прокладки магистралей.
Для реализации проектов требуется внедрение технологий по сбору и сортировки пластиковых отходов, изменение действующего законодательства.
Технология создания дорог: компоненты и укладка
Процесс создания строительного материала для дорожного покрытия идет в несколько этапов:
В результате получается асфальтобетонная смесь, которая укладываются на подготовленное основание классическим способом. Используются асфальтоукладчики для уплотнения и создания идеально ровного полотна.
Уникальную инновационную технологию использования пластиковых отходов разрабатывает голландская компания VolkerWessels.
Она заключается в литье из переработанного пластика пустотелых плит для дорожного полотна. В пустотах планируется прокладывать городские коммуникации. Плиты на таких пластиковых дорогах будут укладываться на подушку из уплотненного песка.
Отличительная особенность технологии – использование большого количества отходов, а также быстрый монтаж.
Российские специалисты проанализировали потенциал этой системы и пришли к выводу, что подобное дорожное покрытие из пластика можно использовать в климатических условиях нашей страны только для строительства тротуаров и парковых дорожек.
Как сделать покрытие своими руками?
Поклонники традиции все делать своими руками могут воспроизвести технологию производства асфальта из пластика.
Полученный материал можно использовать для мелкого ремонта полотна на парковке возле частного дома или дачи.
Для работы потребуется собрать пластиковые бутылки, удалить пробки и этикетки.
Измельченный пластик разогревают до температуры плавления. Воскообразную массу выливают в разогретый битум, добавляют гравий и перемешивают.
Образованную смесь засыпают в яму или трещину, нагревают горелкой для укладки наплавляемой кровли и утрамбовывают.
Плюсы и минусы
Основным преимуществом использование пластиковых отходов для создания дорожного покрытия является улучшение экологической обстановки в крупных городах.
Большой потенциал потребления пластмассы дорожными компаниями – это стабильное и постоянное избавление от мусора, загрязняющего не только большие города, но и мировой океан.
Среди преимуществ дорожного покрытия с пластиком:
Внешне покрытие не отличается от традиционного асфальтобетона.
Преимущества использования покрытия из переработанного пластика для городов:
Дороги с асфальтом на основе пластиковых бутылок и других отходов улучшит социально-экономический статус города.
Среди недостатков покрытия:
Для производства требуется большой объем пластиковых отходов – нужна система раздельной утилизации отходов.
Заключение
Дорожные покрытия на основе переработанных пластиковых отходов — одно из наиболее перспективных направлений развития строительства автомобильных дорог. Не исключено, что скоро эта сфера станет одним из стабильных каналов сбыта для бизнеса на переработке пластика.
Использование инновационных материалов поможет снизить расходы на прокладку и содержание магистралей, избавить города от пластикового мусора.
Еще одна хорошая идея для дорожного строительства — асфальт с резиновой крошкой, о котором можно прочесть здесь.
«Полимеры на трассе»
| Татьяна Устинова |
| Те, кто регулярно бывает в Европе, уже привыкли к тому, что европейские дороги не просто лучше российских — на них еще и гораздо реже можно увидеть ремонтные работы. Во многом это объясняется тем, что на Западе при строительстве применяют современные материалы, которые еще не получили широкого распространения в России. |
Почему российские дороги не похожи на европейские — понятно. Прежде всего они не рассчитаны на интенсивный транспортный поток. «Наши дороги строились 20-30 лет назад, когда не было таких нагрузок и такого количества машин, как теперь. На Западе дороги строились с учетом постепенного роста их количества, а у нас в 1990-х произошло резкое увеличение транспортного потока, но основания дорог остались прежними»,— рассуждает Виктор Котляров, главный инженер компании «Дорожник 92». Капитально, с заменой основания отремонтировать дороги мешает и непопулярность этой меры (для серьезного ремонта необходимо на длительный срок перекрывать дороги), и другая больная для отрасли проблема — коррупция: ремонтировать покрытие раз в два-три года выгоднее, чем сделать один раз, но качественно и надолго.
Есть и технические моменты, о которых обычно забывают: на Западе используется много современных материалов, которые помогают строить качественные и долговечные дороги.
Одним из основных компонентов асфальтобетона является нефтяной битум — самый дешевый и наиболее универсальный материал для применения в качестве вяжущего при строительстве дорожных покрытий. Сейчас до 90% производимых в мире товарных битумов потребляется дорожной отраслью. Но обычный битум не подходит для дорог, испытывающих значительные нагрузки. Поэтому качество битума повышают за счет регулирования его характеристик с помощью модифицирующих добавок. В мире накоплен значительный опыт применения в строительстве и ремонте дорожных покрытий материалов на основе битума и модификаторов. В качестве модификаторов применяют каучуки, органо-марганцевые компаунды, термопласты (полиэтилен, полипропилен, полистирол, этиленвинилацетат, бутадиен-стирольные термоэластопласты (SBS).
Кроме того, у ПБВ значительно больше способность к восстановлению при нагрузках, а значит, выше стойкость к деформации. «Наглядный пример: если взять брусок из полимера длиной 20-30 см, то его можно растянуть, не повредив, до 180 см, и со временем он восстановит прежнюю форму»,— поясняет Копылов.
Из-за этого свойства полимерных материалов применение их в дорожном строительстве дает очень хорошие результаты. Полимеры в дорожном строительстве широко применяют с середины 1970-х в Германии, Франции, и уже можно сделать выводы об их долгосрочной эффективности. За 20 лет расходы на эксплуатацию дорог США за счет использования полимерных добавок снизились на 10-20%; использование ПБВ в Канаде позволило увеличить долю дорог, находящихся в хорошем состоянии, с 43% до 75%. Неудивительно, что некоторые страны, например Китай, сделали применение полимерно-битумных вяжущих материалов обязательным при строительстве высокоскоростных трасс с десяток лет назад.
«В Европе есть дороги с использованием полимеров, которые функционируют уже по 20 лет, не требуя капитального ремонта»,— говорит господин Копылов. В России тоже есть такие примеры: один из участков трассы М-2 «Крым», закладывался с полимерными материалами. Специалисты МАДИ исследовали его и выяснили, что спустя 12 лет после укладки без проведения капитальных ремонтов дорога соответствует нормам, притом что это федеральная трасса с интенсивным транспортным потоком. Но такие примеры немногочисленны: в России полимерно-битумные вяжущие используются в 2% от общего объема вяжущего, используемого при ремонте и строительстве дорог, в то время как в Германии этот показатель составляет 23%, в США — 15%, в близкой к нам по климату Канаде — 50%.
Такой низкий уровень использования этих материалов в России можно было бы объяснить стремлением сэкономить: модифицированные битумы увеличивают стоимость строительства. Сам по себе ПБВ дороже обычного битума на 50-60%.
Но в общей стоимости строительства новой дороги влияние одного компонента, который применяется только в верхнем асфальтобетонном слое толщиной около 7 см, невелико даже с точки зрения количества, ведь другие слои могут составлять до 1,5 м. «Если речь идет о совсем новом строительстве, то удорожание из-за использования ПБВ составляет менее 1%, и окупаются эти «лишние» вложения уже за два года. Именно поэтому вся мировая дорожная отрасль уже пришла к этим материалам»,— говорит господин Копылов. По словам Виктора Котлярова, применение полимеров в верхнем слое дорожного покрытия при его ремонте увеличивает суммарную стоимость этого слоя приблизительно на 20%, но благодаря этому дорога будет эксплуатироваться дольше и следующий срок ремонта отодвинется, а ремонты — самая затратная часть содержания дороги. Правда, господин Котляров констатирует, что в большинстве случаев заказчики пытаются сэкономить и предпочитают использовать обычный битум.
В 1995 году применение вяжущих материалов при строительстве федеральных трасс в России пытались сделать обязательным — соответствующий указ издало Федеральное дорожное агентство. Но тогда, несмотря на обязательность, попытка провалилась. Во-первых, не хватало высокотехнологичного оборудования и часто использовались кустарные технологии. «Было очень мало специалистов, люди не знали, как производить ПБВ высокого качества. Доходило до того, что иногда просто смешивали битум с полимером в бочке»,— отмечает господин Копылов. А это на самом деле непростой процесс: на каждую марку битума есть специальная рецептура, и если ее не соблюдать, результата не будет. Из-за «кустарного» применения полимерные материалы заработали негативную репутацию.
Сейчас ситуация изменилась. Дмитрий Орлов, начальник департамента битумных материалов «Газпром нефти», отмечает: «Сегодня нефтяные компании заказывают качественные установки из Италии, которые помогают добиться нужного качества материалов. Так, на Омском НПЗ «Газпром нефти» работает современное производство битумных материалов, реконструирована большая битумная установка на Московском НПЗ мощностью 1,7 млн тонн ежегодно». Есть специалисты, в том числе приезжающие из Европы, которые могут обучать производству, хранению, транспортировке, контролю качества полимерно-битумных вяжущих. Во всех значимых новых проектах федеральных трасс предусмотрено применение ПБВ в верхних слоях — например, это обязательное условие при реконструкции федеральной трассы М-4 «Дон», которую сейчас ремонтируют к Олимпиаде.
Химия глубокого залегания
Если модифицирующие добавки в битум применяются в верхнем слое покрытия дорог, то для более глубоких слоев дорожного пирога (основания, откосы, насыпи, дренажи) применяются другие современные материалы — геосинтетические.
Это класс полимерных строительных материалов, которые в дорожном строительстве выполняют функции армирования, разделения и дренирования.
В мире выпускается более 400 видов геосинтетических материалов, совокупный объем производства достигает 1 млрд кубических метров в год, причем примерно половина используется в дорожном строительстве.
Геосинтетические материалы подразделяются на несколько классов: геотекстили (нетканые и тканые), геосетки и георешетки, геомембраны, геокомпозитные материалы. Для производства геосинтетиков используют полиэфиры, полиамид, полипропилен, полиэтилен и другие полимеры. Выбор конкретного полимера, а также способ изготовления материала зависят от назначения геосинтетических материалов и выполняемой ими функции (армирования, разделения или дренирования). Поэтому вопрос эффективности применения таких материалов нужно рассматривать индивидуально. Но в целом их использование при строительстве и ремонте дорог обеспечивает повышение долговечности дорожной конструкции, увеличение межремонтных сроков, сокращение сроков строительства, снижение стоимости проекта. «Геосинтетика не материалоемкая, что позволяет упростить логистику. Другое важное преимущество состоит в том, что она позволяет не только заменить традиционные материалы, но и снизить объем их использования, например уменьшить толщину слоя щебня. При этом, как правило, снижается цена строительства и возрастает его качество»,— объясняет Александр Фомин, заведующий отделом геотехники и геосинтетических материалов ФГУПРосдорНИИ.
Экономию от использования геоматериалов иллюстрирует простой пример из российской практики. При обустройстве проездов и площадок завода «Роллтон» в Московской области строители уложили два участка дороги — с применением георешетки и без нее. В конструкции с применением геоматериала слой гранитного щебня был вдвое тоньше, поэтому экономия на 1 кв. м дороги составила 75 руб. 46 коп. В среднем, используя геосинтетические материалы, на 1 км двухполосной дороги можно сэкономить около 0,5 млн руб.
За рубежом геосинтетику используют из соображений экономии уже давно — с 60-х годов прошлого века. Сначала применялось всего два-три вида геосинтетических материалов, но со временем их спектр значительно расширился: к геосинтетическим нетканым материалам добавились материалы для армирования, объемного армирования, дренирования и т. д. В разных странах уровень применения геосинтетики разный, но везде она широко используется. Особенно во Франции, в Германии, США, скандинавских странах. «В США есть Институт геосинтетических материалов. В Китае это направление развилось буквально за несколько лет, и теперь они производят не только сами геосинтетические материалы, которыми пользуется весь наш Дальний Восток, но и оборудование для их производства, которое используют многие российские компании»,— рассказывает Александр Фомин.
В России геосинтетические материалы тоже применяются. По данным Росавтодора, суммарный эффект от использования геосинтетических материалов в сети федеральных автомобильных дорог в 2009-2010 годах составил около 100 млн руб. при объеме использования 1,5 млн кв. м. Правда, по словам господина Фомина, это в основном привычные нетканые материалы, а не весь спектр доступных новых технологий. Между тем начиная с 2007-2008 годов в стране производится практически весь ассортимент геосинтетических материалов, и эффект от применения их в России мог бы быть еще больше, но его сдерживает в основном недостаточность нормативной базы.
Многие развитые страны, такие, как США, Великобритания, Германия, Франция и т. д., имеют набор нормативно-методических документов, которые позволяют решать стоящие перед отраслью задачи. Сегодня можно выделить две тенденции в развитии нормативной базы: европейскую, основанную на немецких стандартах, и американскую, основанную на стандартах США (ASTM). При этом во всех странах на первом этапе создания нормативной базы акцент делался на преобладавший тогда нетканый геотекстиль. С образованием в 1983 году Международного общества по геосинтетикам (IGS) нормы стали вырабатываться с учетом всего спектра геосинтетических материалов. В США этот процесс идет быстрее, чем в ЕС: сегодня действует более 40 стандартов ASTM по геосинтетикам, разработанных национальным комитетом D-35. Одновременно по инициативе международных организаций идет процесс гармонизации нормативов разных стран.
В России в 2008 году создано отделение IGS. Сегодня нормативная база хотя и развивается, но в большей степени направлена на испытание новых материалов, тогда как для широкого их внедрения должна быть в первую очередь регламентирована область применения подобных материалов, методика проектирования, технические требования. «Проектировщикам нужно понимать, каково применение материала, какова его прочность. А сейчас, в отсутствие этих нормативов, они часто предпочитают не связываться с новыми материалами, ограничиваясь традиционными, ведь велик риск применить либо не то, либо не тогда, когда нужно. Это главная проблема»,— полагает господин Фомин.
Есть надежда, что после того, как нормативы будут доработаны и дополнены, геосинтетику в России станут применять активнее и «сроки годности» российских дорог если не догонят европейские, то хотя бы приблизятся к ним.