ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕРОБИТУМА

АННОТАЦИЯ

В статьи приведена температура размягчения битума и установлено, что битум могут быть использованы для разработки методов подготовки сырья различной природы для производства высококачественного серобитума. Установлены закономерности влияния модифицирующих добавок различной природы на эксплуатационные свойства нефтяных битумов. Установлена оптимальная глубина окисления сырья для производства битума. Взкость модифицированных битумов, определяемая количественным методом, определялась по их диэлектрическим свойствам.

ABSTRACT

The softening temperature of bitumen was determined. It was found that they can be used to develop methods for preparing raw materials of various natures for the production of high-quality sulfur bitumen. The regularities of the influence of modifying additives of various nature on the operational properties of petroleum bitumen have been established. The optimal oxidation depth of raw materials for bitumen production has been established. The viscosity of modified bitumen, determined by the quantitative method, was determined by their dielectric properties.

Ключевые слова: модификация, серобитум, жидкофаза, маслодисперсионный систем, мочевено, сырья.

Keywords: modifications, serobitum, liquid phase, bitumen, sulfur, urea, raw materials.

Введение. Модифицированный серобитум получают из сернисто-битумной смеси. Полученный серобитум используется в производстве асфальтобетона. Серобитум - вещество, обладающее высокой эластичностью по сравнению с битумом.Использование серы в условиях модернизации автомобильных дорог является перспективным направлением повышения качества дорожного битума, что позволит значительно увеличить использование и производство нефтяного битума в ближайшие годы [1].

Результаты работы позволяют решить экологическую проблему утилизации сернистых отходов от переработки битума, исключить выделение вредных токсичных газовых выбросов в процессе переработки сернистого сырья. Данные, полученные при изучении механизмов взаимодействия серы с различными неорганическими и органическими соединениями, служат основой для разработки малоотходных технологий утилизации серы от переработки нефти до полисульфидов и композиционных материалов широкого спектра назначения [2].

Физические и химические свойства серы

В обычных условиях сера S - желтые хрупкие кристаллы без вкуса и запаха, легко растворимые в сероуглероде CS₂.

Кристаллическая решетка серы - молекулярная, в узлах решетки находятся молекулы S₈ (неплоские циклы типа “корона”). Жидкая сера состоит из молекул S₈ и цепей разной длины, в парах серы содержатся молекулы S₈, S₆, S₄ и S₂, при 1500 °С появляется одноатомная сера (в химических уравнениях для простоты любая сера изображается как S). Не растворяется в воде и при обычных условиях не реагирует с ней.

Физические константы

Mr =32,066                                     ρ=2,07г/см³ (ромбическая)
1,96г/см³ (моноклинная)              tпл =119,3°C
tкип = 444,674 °C

Химический (компонентный, углеводородный и элементный) состав битума

Битумы имеют довольно сложный химический состав. Например, они могут состоять из предельных углеводородов от С₉Н₂₀ до С₃₀Н₆₂. Все разнообразные органические углеводородные соединения, которые образуют битум, можно объединить в три группы: твердая составляющая, смолы и масляные фракции. Твердая часть битума состоит из высокомолекулярных углеводородов и их производных с молекулярной массой от 1000 до 5000 г/моль и плотностью более 1 г/см³. Все они объединены под общим названием «асфальтены». В асфальтенах содержатся карбоиды, не растворимые в летучих растворителях и маслах, и карбены, которые могут растворяться только в СCl₄. К твердой составляющей битумов относят также твердые углеводороды, называемые парафинами [3].

Смолами являются аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой от 500 до 1000 г/моль, их плотность около 1 г/см³. Состав серобитума анализировали фотометрическим методом. Экспериментальные исследования по получению серных эмульсий в битуме (рисунок 1) показывают, что диапазон изменения диаметров частиц составляет 28…70 мкм.

Рисунок 1. Фотография серной эмульсии в битуме  (светлые сферы – капли серы)

Анализ формулы (1) показывает, что с увеличением содержания серы относительная толщина прослойки битума закономерно уменьшается.

Формулу (2) при предположении о наличии минимальной термодинамически устойчивой прослойки битума δmin можно преобразовать к виду: [4, 5].

Рисунок 2. Зависимость относительной толщины δ₀ d_s от содержания серы

Из формулы (1) с учётом данных рисунка (2) следует, что при прочих равных условиях затраты времени на преодоление прослойки битума для серных суспензий с высоким содержанием дисперсной фазы существенно меньше, а вероятность коалесценции частиц серы, которая обратно пропорциональна толщине прослойки битума существенно возрастает. Таким образом, коалесценция капель серы является энергетически выгодным процессом, движущей силой которого является давление Лапласа, возрастающее с увеличением соотношения размеров контактирующих капель серы. Также с увеличением содержания серы возрастает вероятность преодоления межфазной плёнки битума между каплями серы, что закономерно повышает вероятность образования пространственных структур серы, отрицательно влияющих на трещиностойкость сероасфальтобетона [4,5].

Список литературы:

1. Н.Г. Евдокимова. Разработка научно-технологических основ производства современных битумных материалов как нефтяных дисперсных систем. Автореферат. Москва -2015г.
2. Д.А. Ястремский. Щебеночно-мастичный асфальтобетон со  стабилизирующей добавкой на основе целлюлозы, Автореферат. Белгород - 2022г.
3. S.SH. Lutfullaev, M.S Rosilov, Research of Physico-Chemical and Mechanical Properties of Polymer Waste Nveo-natural volatiles & essential oils Journal| NVEO2021/11/296840-6847.
4. M.S. Rosilov Mansur Sirgiyevich, S.R. Raxmonov Methods of Reducing the Flammability of Polymer Compositions Web of Scholars: Multidimensional Research Journal 2023/2/28110-112.
5. Х.Т. Ле Физико-механические свойства серобитумных вяжущих и сероасфальтобетонов  Инженерный вестник Дона, №6 (2022).