Исследование особенностей и физико-химических свойств немодифицированных нефтяных битумных материалов

Research of peculiarities and physicochemical properties of unmodified oil bituminous materials
Цитировать:
Негматов С.С., Бойдадаев М.Б., Акбаров И.Г. Исследование особенностей и физико-химических свойств немодифицированных нефтяных битумных материалов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 2 (71). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/8809 (дата обращения: 24.06.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной статье приводятся результаты работ по исследованию особенностей и физико-химических свойств немодифицированных  нефтяных битумных материалов.

ABSTRACT

In the article evaluation operation results of peculiarities and physicochemical properties of unmodified oil bituminous materials are presented.

 

Ключевые слова: битум, технологическое оборудование, температура размягчения, температура хрупкости, эластичность.

Keywords: bitumen; technological equipment; softening temperature; brittle temperature; elasticity.

 

Как известно битум в основном, производится в нефтеперерабатывающих заводах. В республике Узбекистан битум выпускается Ферганским, Бухарским, Чиназским и другими нефтеперерабатывающими заводами.

Необходимо отметить, что свойства битума существенно зависит от способа их получения в нефтеперерабатывающем заводе, поэтому нами в первую очередь были проведены контрольные исследования свойств битумов, полученных различными способами и установками.

В таблице 1.1 приведены характеристики битумов, полученных в различных реакторах.

Таблица 1.

Характеристика битумов, полученных в различных реакторах

Показатели

Глубина проникновения иглы при 25°С, мм-3

100

50

20

100

 50

20

100

50

20

трубчатый реактор

бескомпрессорный реактор

барботажный  реактор

Температура раз­мягчения, 0С по КиШ

4 9,5

62,5

100

49, 0

58, 5

87

4 9,0

58,5

80

Глубина проникания иглы при °C, х10мм

3 0

21

14

27,0

1 9

13

2 4

16

12

Температура хрупкости, 0С

-22

-16,5

-

-

16, 5

-

-20, 0

-75, 5

-

 

Далее нами были исследованы изменения температуры и глубина проникновения иглы битума в процессе окисления. На рис. 1. приведены зависимости изменения этих характеристик от времени проведения процесса.

 

Рисунок 1. Изменение температуры размягчения по кольцу и шару (1) и глубина проникания иглы 0,1 мм, при 250С (2) в процессе окисления битума

 

Результаты исследования (рис 1.) показывают, что в начальный период окисления (первые 2 ч) температура размягчения битума изменяется мало, что обусловлено значительным отгоном легких фракций, снижающих концентрацию кислорода и тем самым замедляющих процесс окисления.

В дальнейшем скорость повышения температуры размягчения увеличивается. Глубина проникания иглы, соответственно, в начале резко уменьшается интенсивно, а затем изменяется незначительно.

Полученный битум намного превышает требование ГОСТа на кровельные битумы по глубине проникания иглы при 25 °C (30-31х0,1 мм при 90°С по КиШ, по ГОСТ - не менее 20х0,1 мм) (рисунок 1).

Битум с температурой размягчения 104°С по КиШ имеет температуру хрупкости - 11,5°С (по Фраасу), температуру вспышки 305-310сС. Эти данные показывают, что масла в битуме предельно окисленные, не полимеризуются и трудно окисляются, что является признаком лучшего качества битума и его долговечности (рис. 2).

 

1 - масса; 2 - бензольные смолы;3 - спиртобензольные смолы; 4 - асфальтены

Рисунок 2. Изменение группового состава битума в зависимости от его температуры размягчения

 

Высокая эластичность полученного битума объясняется, возможно, тем, что окисление в эмульсионном состоянии происходит при высоких скоростях смеси (30-40 м/с), при этом создается большая поверхность контакта газа с жидкостью, хорошая интенсивность ее обновления, и тем самым исключается возможность образования крупных (агрегированных) асфальтенов.

Структуру полученных битумов исследовали методом ИК-спектроскопии для выявления зависимости их химического состава от глубины окисления. ИК-спектры регистрировали на автоматическом спектрофотометре UR-10фирмы Карл-Цейс в области частот 400-4000см-1 с призмами KBr, NaClи LiF.

Образцы готовили в виде пленок, получаемых из разбавленных растворов битума в хлороформе после испарения растворителя.

ИК-спектры четырех образцов-битумов (исходного гудрона, после окисления в течение 1, 3 и 4 ч) имеют одинаковые полосы поглощения, характеризующие общий состав веществ, взятых на анализ, и отличаются друг от друга интенсивностью полосы поглощения с частотой 1700 см-4. Интенсивность полосы возрастает с увеличением глубины окисления (повышением температуры размягчения по КиШ). Такая частота характерна для валентных колебаний карбонильной группы С=0.

Таким образом, с повышением температуры размягчения увеличивается содержание кислородосодержащих структур в битуме. Остальные полосы поглощения (ПП) практически одинаковы для всех образцов. ПП свидетельствуют о сложности состава битума, куда входят метанонафтеновые структуры, ароматические и гетеросоединения.

Контрольными исследованиями установлено, что битумы, в основном, состоят из химических элементов, мас.%: углерод -80-87, водород – 10-12, кислород- 5-10, сера -2-5, азот – 2-3. Кроме этого, молекулы веществ, входящих в состав битумов, содержат также активные функциональные группы как ОН-, СООН-, СН-СН-, NН2- и другие.

Результаты комплексных исследований битума, полученного из гудрона ферганской нефти на окислительной установке имеет аналогичные свойства битумом марки БНД-60/90, БНД-40-60, БН-70/30, БН-90/10, что, дает основание рекомендовать их к применению в данной работе для дальнейших исследований с целью разработки модифицированных битумных композиций.

В мировой практике с целью улучшения свойств битумов для их модификации применяется различные полимеры и поверхностно активные вещества – ПАВ [62,63,65]. Применение полимерных материалов для получения модифицированных битумных композиций в отечественной кровельной промышленности крайне ограничено, что обусловлено дефицитом, высокой стоимостью полимеров и их плохой совместимостью с битумами.

Тенденция развития производства полимерных модификаторов существующих ПАВ в странах СНГ из-за высокой стоимости не позволяет надеяться на полное удовлетворение потребностей кровельной промышленности в указанном сырье в ближайшее время. В этой связи предлагается сосредоточить внимание на использовании вторичных полимерных ресурсов и отходов  производства и ПАВ на основе вторичных сырьевых ресурсов и отходов производств.

Как указывалось выше, из вторичных полимерных модификаторов наиболее перспективным, доступным и дешевым сырьем является отходы различных органических производств, в том числе, резиновая крошка резинотехнических производств и  амортизированных автопокрышек. Благодаря содержанию в ней 50-60% каучука резиновая крошка, а также  поверхностно активное вещество ПАВ композит на основе госсиполовой смолы, являющийся отходом масложирового производства при соответствующей термомеханической обработке битумно-­полимерной смесью может служить хорошим модификатором для получения эффективных кровельных и гидроизоляционных композиционных материалов.

 

Список литературы:
1. Гранев В.В. и др. Определение потенциального срока службы кровельных би¬тумно-полимерных наплавляемых рулонных материалов //Ж. «Промышленное и гражданское строительство.»- № 1. М.2001, -С.39-41.
2. Билетов К.Б. и др. Основные причины разрушения кровельного рулонного материала покрытий в условиях сухого жаркого климата // В кн.: Расчет ес¬тественного освещения в светоклиматических условиях Узбекистана. - Ташкент, Т. 2008. с.28-31
3. Жаббаров У.Р. Долговечность гидроизоляционных материалов плоских крыш в условиях жаркого климата, - Ташкент: ФАН, 1992. - 134 с.
4. Жаббаров У.Р. Исследования физико-химических, эксплуатационных свойств полимербетумных композиций и перспективность их применения в кровельных покрытиях //Ж. «Вестник ТашГТУ» Ташкент, 2002, № 1,-С.77-78.

 

Информация об авторах

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

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