ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТЯНОГО БИТУМА

АННОТАЦИЯ

Были изучены физико-химические свойства битума. Было обнаружено, что битум содержит (сера, кислород, азот). Было установлено, что состав битума имеет сложную структуру, были изучены свойства сыворотки. Было изучено влияние сера на битум. Групповой состав битума определил его коллоидную структуру и реологическое состояние. Было обнаружено, что битумные вяжущие характеризуются уровнем текучести при заданной температуре

ABSTRACT

Bili izucheni physio-khimicheskie svoystva bituma. Bilo obnarujeno, chto bitum soderjite (Sera, oxygen, nitrogen). Bilo ustanovleno, chto sostav bituma imeet slojnuyu structure, bili izucheni svoyst, and sivorotki. Bilo izucheno Vliyanie Sera na bitum. Gruppovoy sostav bituma opredelil ego kolloidnuyu structure I rheologicheskoe sostoyanie. Bilo obnarujeno, chto bitumnie vyajutshie characterizuyutsya urovnem tekuchesti pri zadannoy temperature

Ключевые слова: битум, сера, плотност, серного цемента, серобетон, асфальтогранулята, гетероорганических, добавка, модификатор.

Keywords: density, sulfur cement, sulfur concrete, asphalt granulate, heteroorganic, additive, modifier.

Сера, обнаруженная в битуме в небольших количествах (от 5 до 10 мас. %), действует как активный пластификатор, поэтому при температурах выше 119,5 ее восьмичленные кольца делятся на удлиненные цепочки, длина которых увеличивается с повышением температуры. Битум и сера связываются под воздействием температуры. В зависимости от марки битума, вязкости серы и температуры нагрева при приготовлении вяжущего сера может растворяться в битуме в диапазоне 15-30 мас. %. По мере увеличения количества ароматических углеводородов, содержащихся в солодовой части битума, увеличивается и максимальное количество растворенной серы. Размер частиц нерастворимой серы в битуме существенно влияет на свойства сернистого битумного вяжущего, главным образом на вязкость.Постепенное снижение температуры приготовленного вяжущего образует прочные и стабильные кристаллические связи за счет выделения серы.

Физические свойства жидкого битума и жидкой серы предполагают возможность получения сернисто-битумного связующего, которое представляло бы собой фазу диспергатора серы и среду диспергирования битума; обосновывая это тем, что плотность серы в два раза больше плотности битума [1].

 Предполагается совмещение асфальтогранулята – материала с нарушенной структурой и идентичного по составу асфальтобетону и серного вяжущего

(серного цемента) – механической смеси расплава серы и тонкодисперсного наполнителя. Мы полагаем, что в результате введения расплава серного цемента (СЦ) в массу асфальтогранулята, на поверхности частиц последнего будет образована равномерная пленка вяжущего, формирующего коагуляционную макроструктуру материала. При этом битум, входящий в состав АГ будет способствовать пластификации серобетонной смеси образующиеся в результате смещения и повысит ее удобоукладываемость. Далее в процессе отверждения смеси, в покрытии или основании, будет образована прочная коагуляционно-кристаллизационная структура материала. Известно, что введение в состав серобетонных смесей битума позволяет не только снизить их жесткость, но и способствует проявлению упругопластических свойств отвержденных серных бетонов, что в конечном итоге положительно влияет на долговечность покрытий.

Структура и состав нефтяных битумов характеризуются типами и соотношением высокомолекулярных углеводородов и содержащих различные элементы (серу, кислород, азот, соединения металлов) их производных. Анализ элементного состава битумов показывает, что в среднем они содержат: углерода – 75-85% мас., водорода – до 12-15% мас., серы – от 0,5 до 8,0% мас., кислорода – от 0,2 до 4,0% мас., азота – до 0,4% мас. Содержание металлов – соединений железа, никеля, ванадия, кальция – находится на низком уровне: от следов до 0,2% мас. В зависимости от природы исходного сырья (нефти), а также технологии переработки углеводородный и элементный состав битумов может существенно различаться. Элементный состав не дает точного представления о входящих в состав битумов химических соединениях, поэтому для этой цели определяют групповой химический состав. И хотя на сегодняшний день химический состав битумных вяжущих изучен в значительно меньшей степени по сравнению с их физическими и реологическими свойствами, в последнее время за счет активного внедрения новых исследовательских методов и оборудования в этом направлении также достигнут существенный прогресс [2]. Это требует увеличения производства нефтяных битумов с улучшенными характеристиками, что необходимо решить как за счет интенсификации действующих нефтяных битумных производств, так и за счет улучшения свойств нефтяных битумов с использованием различных добавок и модификаторов.

В качестве последнего в мировой практике все большее внимание уделяется вовлечению в нефтяную битумную промышленность дешевой и доступной серии, открывающей перспективу развития серобитумной промышленности, дорожной отрасли, вяжущей и сокращения расхода битума битум представляет собой чрезвычайно сложную смесь углеводородов и гетероорганических соединений разнообразного строения, в основном не выкипающую при температурах перегонки нефти. Идентификация всех составляющих битум соединений невозможна из-за сложности их строения и состава. Групповой состав битума предопределяет его коллоидную структуру и реологическое поведение и, следовательно, технические свойства, характеризуемые условными показателями качества, определяемыми в стандартных условиях. Битумные вяжущие описывают и сравнивают по степени текучести при некоторой определенной температуре. К ним относятся растяжимость в нить (дуктильность), глубина проникания стандартной иглы (пенетрация), температура хрупкости, температура размягчения. Такие исследования не позволяют определить сразу показатель вязкости, однако применяются довольно широко, потому что дают возможность быстро характеризовать консистенцию битума. К важным показателям в свою очередь относят адгезию, тепловые, оптические и диэлектрические свойства, когезию, поверхностное натяжение на границе раздела фаз [3]. Физические свойства характеризуют состояние материалов, определяют его отношение к физическим воздействиям окружающей среды. К физическим свойствам относят плотность, объёмную массу, водостойкость, а также теплофизические, электрические, магнитные, оптические и поверхностные свойства. Магнитные и оптические свойства позволяют судить о строении молекул, входящих в состав материала, а диэлектрические - о его структуре. Поверхностные свойства предопределяют адгезионные характеристики и водоустойчивость материала. Физические свойства в определённой мере определяют поведение материала под воздействием механических нагрузок. Для органических веществ, в отличие от минеральных, характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обуславливают применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозийных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве [3].

Список литературы:

1. Катасонов М.В  Исследование возможности улучшения физико-механических свойств слабопрочного известнякового щебня способом обработки серобитумным вяжущим. Интернет-журнал “НАУКОВЕДЕНИЕ”  Том 9, №2 2017г.
2. Aндреев Aлексей Aнатольевич Прогнозирование свойств сбс-модифицированных битумных вяжущих в зависимости от качества битумной основы, полученной на различных нпз диссертация  Самара- 2022г.
3. Г. К. Бикмухаметова Современные методы физико – химического анализа при исследовании свойств битумных систем Вестник технологического Университета. Т.20, №3, 2017г.
4. В.П Ярцев, А.В Ерофеев эксплуатационные свойства и долговечность битумно-полимерных композитов Тамбов издательство фгбоу впо «тгту» 2014 г.
5. Неделькин В.И., Васильев Ю.Э., Зачернюк Б.А., Корнеева Л.А., Соловьева Е.Н. Реакции серы с ароматическими углеводородами // Материалы с заданными свойствами на переходе к новому технологическому укладу: химические технологии: Сб. мат. I научно-технич. конф. Москва, 2018.