ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА БИТУМОВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведено результаты исследования по оценке совместимости ФЭ, НШ и ООГ с битумами БН-70/30 и БН-90/10 и влияние этих добавок на структуру и свойства битумов.

ABSTRACT

This article presents the results of a study to assess the compatibility of PE, NS and OSH with bitumen BN-70/30 and BN-90/10 and the effect of these additives on the structure and properties of bitumen.

Ключевые слова: битум, нефть, шлам, отработанные отбеливающая глина, фенольный экстракт, композиция, пенетрация, растворимость.

Keywords: bitumen, oil, sludge, used bleaching clay, phenolic extract, composition, penetration, solubility.

В мире большое внимание уделяется переработке нефтепродуктов и приобретению новых видов продукции. Эти продукты даются для получения композиционного строительного битума[1]. Разработка технологических процессов получения композиционных строительных битумов с высокими физико-химическими свойствами с опорой на научно обоснованные показатели и исследования по повышению эффективности их использования[2].

В мировом масштабе для получения и использования композиционного строительного битума, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками, необходимо обосновывать следующие научные решения. Определение физико-химических свойств местного нефтяного остатка, отработанного отбеливающей глины (ООГ), нефтешлама(НШ) и фенольного экстракта(ФЭ); разработка технологии производства композиционного строительного битума на основе местного сырья; определение физико-химических и эксплуатационных свойств компонентов  полученного композиционного строительного битума.

ФЭ+НШ+ООГ (нефтяные остатки (ФЭ+НШ+ООГ) = НО) относятся к неполярным смесям и поэтому должны хорошо совмещаться с таким битумом, как БН-90/10 обладает хорошей эластичностью, морозостойкостью, стойкостью к УФ - облучению и озону. Для предварительного выбора оптимального соотношения компонентов в нефтяном остатке была изготовлена серия образцов со следующим соотношением ФЭ:НШ:ООГ = 40:40:20, 50:25:25, 45:35:20, 35:35:30. В качестве объектов исследования были выбраны 2 типа битумов, наиболее традиционных при производстве рулонных материалов: БН-70/30 и БН-90/10.

Состав и свойства композиционных битумов на битумов БН-70/30 и БН-90/10 приведено на таблице 3.

Таблица 1.

Состав и свойства композиции на битумов БН-70/30 и БН-90/10

* - время, в течение которого происходит полное растворение нефтяного остатка в битуме.

Проводились исследования по оценке совместимости ФЭ, НШ и ООГ с битумами БН-70/30 и БН-90/10.О потенциальной совместимости можно судить по параметру растворимости. При близких значениях этого параметра, зависящего от химического строения компонентов, можно ожидать взаимной растворимости. Ниже приведены значения параметра растворимости некоторых органических растворителей таб.2.

Таблица 2.

Параметры растворимости органических жидкостей

В качестве оценочного показателя использовали время растворения НО в соответствующем растворителе. Полученные данные приведены на рис.2. Из рисунка видно, что зависимости имеют выраженный минимум при 6=16,5 (МДж/м³)^0,5 как для НО-1, так и для НО-2. Используя известные данные параметров растворимости, были рассчитаны значения,  НО с учетом содержания каждого из компонентов в НО: для НО-1 5р=16,52 (МДж/м³)^0,5 для НО-2 5р=16,66 (МДж/м³)^0,5.

На рис.2 приведены микрофотографии 10%-ных растворов НШ и ФЭ в толуоле, соответственно. В обоих случаях наблюдаются включение набухших нефтяных остатков по всему объему раствора.

Рисунок 2. Оптические микрофотографии растворов нефтяных остатков в толуоле (концентрация 10%) (увеличение 125 ^х)

Растворение ООГ в толуоле осуществляется при 100 °С. На рис.3 а,б представлены растворы 2,5% и 10%-ных концентраций ООГ в толуоле, где видны равномерно распределенные нитеобразные включения остатка.

Таким образом, анализ полученных данных показывает, что наибольшее растворение НО и его компонентов происходит при их концентрациях до 2,5% в растворителе. При большем содержании остатка в толуоле наблюдается помутнение растворов, что свидетельствует о неполном их растворении (см. рис.4 в,г).

Рисунок 3. Оптические микрофотографии растворов ООГ и НО-2 в толуоле (увеличение 125 ^х):

а) 2,5%ООГ; б) 10% ООГ; в) 2,5%НО-2; г) 10%НО-2

Данные табл.5 показывают влияние отдельных компонентов НО-2а: ФЭ, НШ и ООГ при концентрациях 5, 10 и 15% на свойства битума БН-90/10. Эффективность модификации оценивалась по изменению физико-технических свойств. Для сравнения использовался известный в промышленности ДСТ.Основные свойства дивинилстирольного (ДСТ) и разработанного битума, НО приведены в табл.3.

Таблица 3.

Свойства НО и ДСТ

НО-1 состоит из ФЭ-45%, НШ-35% и ООГ-20%; НО-2 состоит из ФЭ-50%, НШ-25% и ООГ-25%. Как видно из приведенных в таблице результатов, ДСТ обладает более высокими физико-механическими показателями по сравнению с НО-1 и НО-2, но уступает по водостойкости. Кроме того, НО-1 является насыщенным и НО-2 малонасыщенным (с предельной цепью), поэтому можно предположить, что стойкость к воздействию озона и ультрафиолета у них выше, чем у ДСТ.

Таким образом, установлено, что НО-1 и НО-2 лучше совмещаются с кровельным битумом БН-90/10, чем со строительным БН-70/30. Максимальное количество вводимого в битум НО-1 и НО-2 ограничивается 20%, т. к. большее содержание приводит к расслоению системы «битум - композиционной».

Список литературы:

1. Воробьев А.Е., Тчаро Х., Воробьев К.А. Современное производство битума: Технологии и оборудование // Издательские решения, 2018. – 422 с.
2. Лебедев М.С. Методы оценки взаимодействия между битумом и минеральными материалами в асфальтовых композитах// Современный взгляд на проблемы технических наук Выпуск III. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции, 2016.