Поверхностно-активные добавки для дорожных битумов

 

 

 

Тема:

«Поверхностно-активные добавки для дорожных битумов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение.

Понятие о битумах.

Диэлектрическая проницаемость как показатель, характеризующий адгезионные св-ва битумов.

Взаимодействие серы с органическим сырьем.

Полимерные добавки

Битумно-полимерные и дегте-полимерные вяжущие.

Поливинилбутираль.

Диэтиленгликолем

Литой асфальтобетон на основе полимер – битумных вяжущих.

Заключение.

Список используемой литературы.

 

 

 

 

Введение

 

Дорожное строительство является неотъемлемой частью экономического развития страны, и улучшение качества дорожных магистралей является актуальной проблемой нашей страны. Дорожные покрытия состоят из основания (которое придает покрытию прочность, делает его ровным, а также передает давление транспорта на грунт) и дорожного покрытия. Общим для большей части дорожных покрытий является сочетание в них минеральных наполнителей и битума, в которых битум используется в качестве прочной водонепроницаемой связующей среды. Выбор типа покрытия и способа его строительства определяется местными условиями, характером автотранспорта и интенсивностью движения по данной дороге. Применяют в основном строительство дорожных покрытий поверхностной обработкой битумом дороги и смешением битума с каменным материалом на дороге. В зависимости от температуры обрабатываемой и укладываемой смеси различают горячий и холодный способы строительства дорожных покрытий. Выбор вяжущих материалов зависит от способа строительства дорог, интенсивности движения автотранспорта, климатических условий, наличии местных строительных материалов, дорожных механизмов и других экономических факторов В последнее время возросли транспортные нагрузки, усилилось техногенное воздействие на автодороги, такие как кислотные осадки, загрязнители атмосферы и др., участились перепады температур. В совокупности эти факторы ведут к усиленному разрушению покрытий автодорог. В настоящее время при создании асфальтобетонных покрытий используют в качестве связующего различные сорта битума. В России для дорожного строительства традиционно используют окисленные битумы марок БНД, выпускаемые по ГОСТ 22245-90. Анализ результатов испытаний «Центра лабораторного контроля, диагностики и сертификации» ФДС России показывает, что 68% дорожных битумов марок БНД, применяемых для асфальтобетонных смесей, не удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90 хотя бы по одному из физико-механических показателей. Такие битумы не позволяют получить дорожные покрытия с нужным комплексом свойств, причем наиболее сильно это проявляется при высоких и при пониженных температурах. Это и является одной из причин нестойкости асфальтобетонных покрытий. В связи с этим, основным направлением повышения качества и долговечности дорожных покрытий является модификация битума за счет введения в него различного рода добавок. Применение модифицированного битума позволяет существенно улучшить все основные свойства дорожного покрытия повысить его однородность, прочность, морозостойкость, треш;иностойкость, влагостойкость, стойкость к высоким температурам и т.д. Большое значение на долговечность покрытия оказывает сцепление или адгезия дорожного битума к минеральному материалу (гравию, песку). Этот показатель зависит от природы битума и минерального наполнителя, температуры и времени приготовления смеси.

Главной целью модифицирования является получение битумов или материалов на их основе, которые позволяют расширить интервал пластичности битумов; усилить адгезию к металлическим и минеральным материалам; увеличить устойчивость к старению; обеспечить коллоидную и механическую прочность; расширить рабочий интервал температур; обеспечить экологическую безопасность получения и применения модифицированных битумов и др. Необходимо отметить, что в пользу модифицирования говорит хорошая совместимость битумов с различными органическими веществами и полимерами, которые способны придать битуму специфические улучшенные свойства. Битум является устойчивой дисперсной системой. Регулировать свойства битумов возможно, изменяя его дисперсную структуру добавками. В результате подпора наилучшего соотношения битум добавка можно достичь по необходимости улучшения одного или нескольких свойств готового битумного материала. В данной работе рассматривается одна из актуальных тем нефтепереработки это возможность улучшения эксплуатационных свойств битумов модифицированием различными добавками. В качестве добавок использовались побочные продукты или отходы нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, а основной метод получения модифицированных битумов являлся метод компаундирования. Особое внимание уделялось исследованию адгезионных свойств битума к минеральному материалу, так как с увеличением адгезии увеличивается и срок службы дорожного покрытия.

 

 

 

 

Понятие о битумах

 

Битумы – органические вещества черного или темно-бурого цвета, состоящие из смеси ВМС и соединений углеводородов с серой, азотом и кислородом. При комнатной температуре бывают твердыми, вязкими и вязко-жидкими, хорошо растворяются в органических растворителях. Битумы бывают природные, искусственные, получаемые из нефти.

Природные битумы образовались из нефти под действием климатических и геологических факторов, залегают в верхних пластах земной коры или скапливаются в виде поверхностных озер. При пластовой форме залегания природный битум пропитывает горные породы и содержится в них в количестве 5..20% и более. При содержании битума более 10% его целесообразно извлекать. Чаще всего битум извлекают варкой в воде или экстрагированием органическими растворителями.

Битумы отличаются сложным и многообразным составом углеводородов главным образом метанового, нафтенового и ароматического рядов. В состав углеводородов химических соединений битума входят кислород, азот, сера, ванадий, железо, никель и др. Молекулярная масса молекул битума составляет 400..5000. Ароматические углеводороды имеют повышенную устойчивость при воздействии тепла, кислорода и ультрафиолетовых лучей, их окисление сопровождается образованием смол. Метановые углеводороды представляют собой прямые цепи, состоящие из многократно повторяющихся звеньев СН2- с метиловыми группами СН3-, при отрицательных температурах способны выкристаллизовываться, ухудшая свойства битумов. Нафтеновые углеводороды при окислении частично переходят в смолы.

В групповой состав битума входят масла, извлекаемые растворением их в эфире или легком бензине. Масла состоят из углеводородов парафинового, нафтенового и ароматического рядов с молекулярной массой 300….600. Они имеют светло-желтый цвет и придают битумам подвижность и текучесть. Содержание масел в битумах 35…60%.

Смолы состоят из углеводородов циклического и гетероциклического строения М.м. 600…1000, имеют темно-коричневый цвет, содержат наибольшее количество сернистых, азотистых и кислородных производных углеводородов, что придает им поверхностную активность, улучшает адгезию битумов к каменным материалам, способствует формированию на них водоустойчивых пленок. Смолы хорошо растворяются в бензине, бензоле, хлороформе, придают битумам эластичность, водоустойчивость. Содержание смол в битумах 20…40%.

Асфальтены – твердые неплавкие вещества, М.м. 1200…6000, растворимы в хлороформе, горячем бензоле, не растворимы в легком бензине. Содержание асфальтенов повышает температуростойкость, вязкость и твердость битумов, обычно в битумах содержится 10…40%.

Карбены и карбоиды содержатся в основном в крекинг-битумах в количестве 1…3%. Карбены по своим свойствам и составу близки к асфальтенам, не растворяются в горячем бензоле, растворимы только в сероуглероде. Карбоиды – твердые вещества, нерастворимые в известных растворителях. С увеличением содержания карбенов и карбоидов увеличивается вязкость и хрупкость битума.

Парафины - твердые метановые углеводороды, они ухудшают свойства битумов, снижают пластичность и увеличивают хрупкость битумов.

Битум представляет собой сложную коллоидную систему, дисперсной средой в которой является раствор смол в маслах, а дисперсной фазой служат асфальтены, карбены и карбоиды, коллоидно-растворенные в среде до макромолекул размером 18…20 мкм.

Под влиянием солнечной радиации, высоких температур, кислорода воздуха групповой состав битумов изменяется за счет химического перехода масел в смолы, а смол – в асфальтены.

К дегтебитумным связующим материалам относятся: асфальтовые битумы и асфальтиты, пиробитум, дегти и пеки.

Асфальтовые битумы — битумы вязкожидкой или твердой консистенции, полностью или частично растворимые в сероуглероде и плавящиеся при нагревании, обладающие характерными вяжущими и пластичными свойствами. Различают нефтяные и природные битумы, а также битумные сплавы и улучшенные битумы.

Асфальтиты — хрупкие, с сильным или слабым блеском, высокоплавкие, полуплавкие или почти неплавкие, растворимые в сероуглероде, но нерастворимые в спирте, щелочах и кислотах, природные, темно-коричневые до черных битумы без минеральных примесей или с незначительными примесями. Различают асфальтиты, добываемые в чистом виде, плавкие (садкинские и сирийские), трудноплавкие (каировские и велиховские), а также асфальтиты, экстрагируемые из битумных горных пород (печорские или ижменские асфальтиты, бахилит и др.)-

Пиробитумы - природные битумы и битумные горные породы, содержащие высокополимеризованный, неплавкий и нерастворимый битум (кероген), деполимеризуемый при термической обработке и приобретающий при этом растворимость и плавкость. Различают битуминизироваиные сланцы и   неплавкие   каустобиолиты (вурцилиты, альбертиты, элатериты и др.).

Асфальтовые битумы представляют собой твердые или вязкие смеси углеводородов и их неметаллических производных, полностью растворимых в сероуглероде, содержащих незначительное количество летучих составных частей.

По происхождению асфальтовые битумы разделяются на следующие виды:

нефтяные, получаемые в результате перегонки нефти;

природные—из естественных асфальтовых пород;

битумные сплавы, получаемые сплавлением различных нефтебитумов между собой или с природными битумами;

битумы улучшенные — природные или нефтяные, подвергнутые химической обработке или улучшенные специальными добавками.

Асфальтовые битумы нефтяные в зависимости от способа получения подразделяются на остаточные, окисленные, кислотные, щелочные и крекинговые. Для гидроизоляционных работ обычно применяются нефтяные асфальтовые битумы из непарафинистой нефти.

Битумы нефтяные разделяются согласно ГОСТ 11955, 6617, 11954 и др.

Битумы нефтяные применяются для гидроизоляционных работ в чистом виде, а также в качестве вяжущего для изготовления асфальтовых смесей и штучных гидроизоляционных материалов. Кроме того, при устройстве асфальтовых облицовок и креплений, осуществленных способами пропитки и смешивания на месте, могут найти применение жидкие битумы. Применение для гидроизоляционных работ сернистых битумов изучено недостаточно и должно обосновываться на результатах специальных лабораторные исследований.

Асфальтовые битумы природные добивают из асфальтовых пород экстрагированием или вываркой с последующей очисткой и переработкой. Природные асфальтовые битумы превосходят нефтяные по некоторым свойствам (теплопогодоустоичивости и др.).

Битумные сплавы — сплавы нефтяных битумов двух различных марок для получения битума с промежуточными свойствами или сплавы нефтяных битумов с природными асфальтовыми битумами и постоянными разжижителями.

Свойства сплавов зависят от свойств и соотношения компонентов. Они могут удовлетворять требования стандартов или другие специальные требования. Подбирают составы лабораторным способом и применяют для гидроизоляционных работ взамен нефтяных битумов в тех случаях, когда имеющиеся на строительстве битумы не удовлетворяю требований ГОСТов.

Битумы улучшенные — это нефтяные и природные или их сплавы заводского изготовления, строительные свойства которых улучшены специальной химической обработкой или добавлением пластификаторов

Нефтяная промышленность выпускает улучшенные битумы марок БН-И-У и БП-Ш-У согласно ГОСТ 21822—76 и рубракс — особо тугоплавкий битум, требования к которому определяются  ГОСТ 781—68. К улучшенным битумам относят также гудрокам, являющийся продуктом совместного окисления кислородом воздуха битума марок БН-I, БН-Н или гудрона с антраценовым или шпалопропиточным маслом в отношении 1: 1 при температуре 200—230° С, Впервые гудрокам получен в НИИасбестоцементе в 1951—1952 гг. Представляет собой биостойкий битум, обладающий по сравнению с обычным битумом свойством снижать вязкость при одной и той же температуре размягчения.

 

 

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЙ АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА БИТУМОВ

 

Адгезия к минеральным материалам определяет важнейшее качество битумного вяжущего и является параметром, определяющим долговечность строительных конструкций и покрытий дорог. Она объясняется образованием двойного электрического поля на поверхности раздела плёнки битума и твёрдого минерального материала. Свойства тонкого слоя битума, адсорбционно (хемосорбционно) связанного с минеральным материалом, зависят от химического, минерального состава и структуры поверхности минерального материала, структуры и свойств битума, а также условий взаимодействия между ними на границе раздела фаз. Следовательно, адгезионные свойства битума будут зависеть от полярности его компонентов, так же используемого модификатора. Так как диэлектрическая проницаемость характеризует силы взаимодействия между зарядами в данной среде по отношению к вакууму, то этот показатель может косвенно характеризовать содержание полярных групп в битуме, а следовательно и адгезионные свойства.

Для нахождения взаимосвязи между адгезией битума к минеральному материалу и диэлектрической проницаемости битумов, были исследован ряд добавок-модификаторов с различной диэлектрической проницаемостью. Выбор добавок был основан на их возможности распределяться в дисперсионной среде вяжущего или при определенных концентрациях создавать новую самостоятельную пространственную дисперсную структуру. Добавки оказывают большое влияние на поверхностное натяжение битумов, изменяя характер связи, тем самым прочность связи между ними и минеральным материалом. Добавки, имеющие полярные группы в своих молекулах, позволяют улучшить условия смачивания поверхности минеральных материалов битумом, образуя адсорбционный слой, а также мономолекулярный хемосорбционный слой, способствующий образованию прочной связи битум - минеральный материал.