Разработка оптимальных технологических режимов получения битумно-резиновых композиций

Development of optimal technological modes for obtaining bitumen-rubber compositions
Цитировать:
Разработка оптимальных технологических режимов получения битумно-резиновых композиций // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Акбаров И.Г. [и др.]. 2020. 10(79). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10744 (дата обращения: 24.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье определен оптимальный технологический режим получения битумно-резиновых композиций. Проведены необходимые исследования, которые подтвердили теоретические и практические предпосылки о структурообразовании битумно-резиновой композиции, позволяющей разработать оптимальный состав и технологический режим получения битумно-полимерных композиций, с хорошими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками.

ABSTRACT

The article defines the optimal technological mode for producing bitumen-rubber compositions. The necessary studies have been carried out, which have confirmed the theoretical and practical prerequisites for the structure formation of the bitumen-rubber composition, which makes it possible to develop an optimal composition and technological mode for obtaining bitumen-polymer compositions with good physical, mechanical and operational characteristics.

 

Ключевые слова: битум, технология, температура размягчения, температура хрупкости, эластичность.

Keywords: bitumen, technology, softening temperature, brittle temperature, elasticity.

 

Эластичность, прочность, водонепроницаемость, теплостойкость и долговечность рубероидов является важной и актуальной задачей. При решении данной задачи особое место отводится применению модифицированных битумных материалов, способных обеспечить эластичность, прочность, водонепроницаемость, теплостойкость и долговечность рубероидов в течение годового цикла. В связи с этим, возникает необходимость в разработке новых составов полимерно-битумных материалов с использованием минеральных ингредиентов для производства эффективных, долговечных, кровельных материалов и технологий их получения для применения в строительстве зданий и сооружений в условиях сухого и жаркого климата.

Анализ литературных данных и опыт эксплуатации кровельных покрытий из традиционных битуминозных рулонных материалов, показали, что в условиях сухого и жаркого климата они быстро теряют свои первоначальные свойства, преждевременно разрушаются вследствие влияния солнечных радиаций и интенсивного термического старения битумного вяжущего.

Кроме того, одним из приоритетных направлений развитая экономики Узбекистана является локализация производства и замена привозных материалов местными. Это в полной мере, относится и к кровельным материалам. Поэтому для экстремальных климатических условий Узбекистана возникает необходимость научного обоснования производства кровельных битуминозных материалов улучшенного качества, с повышенным сроком службы.

C целью определения оптимальных технологических режимов получения битумно-полимерных композиций были исследованы влияние времени термомеханической обработки, температуры процесса деструкции резинового порошка, и её содержания на степень деструкции резинового порошка, а также температура размягчения исходного битума и их содержания (рисунки 1.1-1.5).

 

Рисунок 1.1. Зависимость степени деструкции резинового порошка от времени термомеханической обработки в насосе-диспергаторе битумно-резиновой композиции при различном содержании резинового порошка

(1, 2, 3 – 20 масс. ч, 1I, 2I, 3I – 30 масс.ч, 1II, 2II и 3II – 40 масс.ч и температура процесса термомеханической обработки (1, 1I и . 1II – 2300С; 2, 2I и 2II – 2100С; 3, 3I и 3II – 1900С).

 

На рисунке 1.1 приведены результаты исследования зависимости степени деструкции резинового порошка от времени термомеханической обработки в насосе – диспергаторе битумно-резиновой композиции, при различном содержании резинового порошка (20 масс. ч; 30 масс. ч; 40 масс.ч) и температуры процесса обработки термомеханической обработки композиции (1900С, 2100С, 2300С).

Из кривых рисунка 1.1 видно, что во всех случаях, с увеличением времени термомеханической обработки, степень деструкции резинового порошка увеличивается во всех температурных режимах термомеханической обработки. При этом степень деструкции увеличивается от 40-68 до 55-88% соответственно.  Также показано, что степень деструкции с повышением содержания резинового порошка уменьшается. Так, при увеличении содержание резинового порошка от 20 до 40 масс. ч. степень деструкции снижается с 88 до 70%. Наиболее на степень деструкции резинового порошка влияет температура процесса термической обработки. Так, при увеличении температуры, от 1900С до 2300С степень деструкции увеличивается с 68 до 88%, при 20% содержании резинового порошка [3]. Как видно, наибольшая степень деструкции наблюдается при температуре 2000 – 2300С и времени обработки 4-6 часов. При этом температура исходного битума, нами была принята 380С по определению КиШ.

Таким образом, оптимальным режимом приготовления модифицированной битумно-резиновой композиции, принята температура термомеханической обработки композиции – 2200С, в режиме обработки 5 часов и температуры исходного битума 380С.

На рисунке 1.2 приведены результаты размягчения битумно-резиновых композиций, в зависимости от температуры исходного битума, при различном содержании и размера частиц резинового порошка.

С увеличением содержания резинового порошка, у всех исследованных параметров, как при различных содержаниях, так и размера частиц, температура размягчения с начало незначительно, а потом, резко повышаясь, стремится к стабилизации.   В связи с этим, с учетом технологического и эксплуатационного процесса, нами были выбраны температуры размягчения исходного битума в пределах 38 – 400С.

 

Рисунок 1.2 Зависимость температуры размягчения битумно-полимерных композиций от содержания и размера частиц наполнителя – резинового порошка

1 – 0,3мм; 2 – 0,6мм; 3 – 0,9 мм. 1I – 20 масс.ч; 2I – 30 масс.ч; 3I – 40 масс.ч.

 

На рисунке 1.2 приведены результаты исследований зависимости температуры размягчения битумно-полимерных композиций от содержания и размера частиц резинового порошка. Как видно, из кривых рисунка 1.2 температуры размягчения битумно-полимерных композиций в зависимости от содержания наполнителя, имеют экстремальный характер прохода через максимум, а в зависимости от размера частиц с увеличением дисперсности резинового порошка в начале резко, а потом медленно снижается.

На основе анализа, оптимальным размером частиц резинового порошка было принято 0,6 мм, а её содержание в пределах 28 – 30 масс.ч. 

Таким образом, оптимальными для горячей битумно-резиновой композиции является: температура исходного битума - 400С, содержание – 28 - 39 мас.ч., размер частиц резинового порошка 0,6 мм соответственно [2].

 

Рисунок 1.3 Зависимость степени деструкции резинового порошка от температуры размягчения исходного битума при различных размерах частиц и содержания резинового порошка

1-0,3 мм; 2-0,6 мм; 3-0,9 мм; 11-20 мас.ч.; 21-30 мас.ч.; 31-40 мас.ч.

 

На рисунке 1.3 приведены результаты исследований зависимости степени деструкции резинового порошка от температуры размягчения исходного битума при различного размера частиц и содержания резинового порошка. Из кривых рисунка видно, что степень деструкции снижается с увеличением содержание наполнителя, как при различных размерах частиц, так и содержания резинового порошка. Как видно высокая деструкция резинового порошка в битумно-резиновой композиции наблюдается при размере частиц 0,3-0,6мм и 20 мас.ч. содержания.

 

Рисунок 1.4. Зависимость степени деструкции резинового порошка от содержания наполнителя при различной температуре размягчения исходного битума: 1-380С, 2-460С, 3-540С

 

Рисунок 1.5. Зависимость степени деструкции резинового порошка от размера частиц при различном содержании: 1-20мас.ч; 2-30мас.ч; 3-40мас.ч.

 

На рисунках 1.4 и 1.5 приведены результаты исследований зависимости степени деструкции резинового порошка в битумно-резиновой композиции от содержания и размера частиц наполнителя при различной температуре и содержания и наполнителя соответственно.

Из кривых рисунков видно, что с увеличением содержания и размера частиц резинового порошка, у всех исследованных образцов деструкция резинового порошка снижается.

На основе комплексного анализа выше полученных результатов, учитывая технологический процесс степени деструкции, оптимальной температурой размягчения исходного битума является 38-400С, содержание резинового порошка битумно-резиновой композиции 28-30 мас.ч. и размер частиц порошка 0,3-0,6 мм [1].

Количественные показатели степени деструкции резиновой крошки в битумно-резиновой композиции, в зависимости от продолжительности термомеханической активации и температуры размягчения исходного битума подтверждаются и качественными характеристиками структуры, определенными методом ИК-спектроскопии. С этой целью сняты ИК-спектры БРС состава 70% - битум + 30% резиновый порошок исходный битум имел исходную температуру размягчения: 38, 42, 16, 50 и 540С, по КИШ.

Термомеханическую деструкцию БПК проводили при оптимальной температуре в насосе «Пластикам» в течение 6 ч. Через каждые 2 ч. отбирали пробы и снимали ИК - спектры. Анализ показал, что наиболее значительные изменения в ИК - спектрах, исследуемых БПК наблюдаются на полосе поглощения (ПП) с частотой 970см-1. Это полоса обусловлена вне плоскостными деформационными колебаниями СН - групп и 1,4-трансдвиойной связи, которая характерна для структуры каучуков. Поэтому относительное содержание двойных связей может служить мерой «растворения» каучука в битуме.

Известно, что пенетрация и температура хрупкости гидроизоляционных и кровельных материалов в определенной мере характеризуют их эластичность. С целью обоснования температуры размягчения исходного битума в битумно-резиновой композиции для покровной композиции рубероида выполнены экспериментальные исследования. Их результаты показали, что наибольшая эластичность битумно-резиновой композиции достигается при использовании битума с исходной температурой равной 38 - и 420С (таблица 1). Поэтому для получения битумно-резиновых кровельных композиций для дальнейших исследований приняты битумно-полимерные композиции, приготовленные на этом исходном битуме.

Таблица 1.

Показатели пенитрации и температуры хрупкости БРК

  №

Т р  исходные  битума

Пен, х 0,1 мм

Т х р,-0С

1

38

72

35

2

42

64

30

3

46

54

28

4

50

43

26

5

54

38

24

6

62

33

22

 

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

- наиболее значимым фактором, является темпеpaтypa размягчения исходного битума по КиШ. С увеличением Трисх.бит возрастает и температура размягчения наполненной битумной композиции и за пределами исследуемой области. По техническим соображениям температуру размягчения исходного битума по КиШ следует ограничить и принять -380С:

- вторым по значимости фактором является дисперс­ность (диаметр) резиновой крошки. По­лученное значение оптимальной дисперсности резиновой крошки 0,35 мм;

- третьим по значимости фактором, но не менее важным, чем дисперсность резиновой крошки, оказывается степень наполнения модифицированной битумной композиции. В результате получено оптимальное значение степени наполнения композиции равное 28%.

Таким образом оптимальными параметрами состава модифицированной би­тумной композиции следует считать Д = 0,35 мм. Сv = 28% и Трисх.бит-38°С, со­держание битума - 72%.

Следовательно, проведенные исследования подтвердили теоретические и практические предпосылки о структурообразовании битумно-резиновой композиции, позволяющей разработать оптимальный состав и технологический режим получения битумно-полимерных композиций, с хорошими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками.

Разработанные битумно-полимерные композиции можно использовать самостоятельно, как эластичную покровную композицию рубероида, так и для получения гидроизоляционных и кровельных материалов. 

 

Список литературы:

  1. Акбаров И.Г., Негматов С.С., Бойдадаев М.Б. Исследование особенностей и физико-химических свойств немодифицированных нефтяных битумных материалов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 2(71). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/8809
  2. Негматов С.С.,  Салимсаков Ю.А. и др. «Исследование варочных и физико-химических свойств местных базальтовых пород //Композиционные материалы, 2003. -№ 2. -С. 44.
  3. Рузиева Б.Ю., Негматов С.С. и др. Перспективы использования базальтовых ингредиентов при разработке композиционных материалов. //Композиционные материалы, 2004. - №2. – С.60.
Информация об авторах

ст. преподаватель Наманганского инженерно-строительного института, Узбекистан, г. Наманган

Senior Lecturer, Namangan Institute of Civil Engineering, Uzbekistan, Namangan

старший преподаватель Наманганского инженерно-строительного института, Узбекистан, г. Наманган

Senior Lecturer, Namangan Institute of Civil Engineering, Uzbekistan, Namangan

академик АН РУз, д-р. техн. наук, профессор, научный руководитель ГУП «Фан ва тараккиёт» (Наука и прогресс) Заслуженный деятель науки Республики Узбекистан, Академик Международной Академии Высший школы, почетный доктор наук института Механики Металлополимерных систем НАН Белоруссии, Узбекистан, г. Ташкент

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Doctor of Technical Sciences, Professor, Scientific Director of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot" (Science and Progress) Honored Scientist of the Republic of Uzbekistan, Academician of the International Academy of Higher School, Honorary Doctor of Sciences of the Institute of Mechanics of Metal-Polymer Systems of the National Academy of Sciences Belarus, Uzbekistan, Tashkent

ст. преподаватель Наманганского инженерно-строительного института, Узбекистан, г. Наманган

Senior Lecturer, Namangan Institute of Civil Engineering, Uzbekistan, Namangan

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top