На сегодняшний день Россия занимает третье место в мире по количеству неутилизированного пластика. Такие отходы оседают в водоемах или на незаконных стихийных свалках. Среди них есть остатки оптоволокна, состоящие из стекла и пластика, которые будут загрязнять почву и водные ресурсы. При разложении под воздействием ультрафиолетовых лучей материалы выделяют токсичные вещества: свинец, мышьяк и кадмий. Попадая в пищевую цепочку, они наносят вред здоровью человека, например, замедляют интеллектуальное развитие, провоцируют новообразования, сердечно-сосудистые болезни и анемию, поражение центральной нервной системы и другие болезни. Ученые Пермского Политеха нашли эффективный способ утилизации остаточных продуктов оптоволокна, используя его в строительстве автодорог, мостов и аэродромов. Это позволит сократить негативное воздействие на окружающую среду и при этом повысить прочность строительного материала.
На изобретение выдан патент № 2832088 . Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Асфальтобетон, используемый в укладке дорог в настоящее время, традиционно содержит щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и армирующий (упрочняющий) элемент. Известные составы подобных смесей с добавлением разных укрепителей имеют ряд недостатков, среди которых высокая стоимость, температурные ограничения и сложность в равномерном распределении компонентов в структуре. Последнее приводит к образованию комьев и ухудшению свойств покрытия.
Ученые Пермского Политеха разработали смесь асфальтобетона, способную повысить прочность дорог и снизить негативное влияние на окружающую среду. За прототип взяли состав, который содержит щебень, мелкий заполнитель, минеральный порошок, битумное вяжущее и углеродное волокно в качестве упрочняющего наполнителя. Из-за отсутствия химических связей между битумом и волокнами прототип имеет серьезный недостаток — слабое адгезионное взаимодействие, то есть низкую способность одного материала приклеиваться и удерживаться на поверхности другого. Это снижает прочностные характеристики асфальтобетонной смеси. Политехники нашли способ исправить эту ситуацию, предложив использовать в качестве армирующего материала оптическое волокно вместо углеродного.
— Мы исследовали 4 смеси асфальтобетона с разным содержанием оптоволокна: 0,1%, 0,5%, 1% и 1,5%. Последняя смесь показала лучшие характеристики предела прочности при температуре 20 °С (4,30 МПа) и 50 °С (2,12 МПа). Устойчивость к трещинам при расколе при 0 °С (в соответствии с требованиями ГОСТ) составила 4,48 МПа — также выше, чем у первых трех смесей. Прочие показатели полностью соответствуют требованиям ГОСТ 9128. Испытания позволили рекомендовать асфальтобетон с содержанием 1,5 % оптоволокна как наиболее оптимальный для укрепления дорожного покрытия. А вот избыток этого материала приведет к ухудшению прочностных характеристик, — комментирует Константин Пугин, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук .
Технология позволяет утилизировать отходы оптоволокна, используя их как армирующий материал, и получить асфальтобетон с повышенными эксплуатационными качествами. По предварительным оценкам ученых трещиностойкость покрытия увеличится на 10-15%. Также метод расширяет арсенал средств дорожно-строительных материалов.
