Полимерно-битумные вяжущие - Химия дипломная работа

Полимерно-битумные вяжущие - Химия дипломная работа




































Главная

Химия
Полимерно-битумные вяжущие

Разработка рецептур и создание полимерно-битумных вяжущих на основе региональных источников нефтехимического сырья. Групповой и химический состав, коллоидно-химические свойства битумов. Полимеры, используемые для модификации битума. Адгезионная добавка.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ




Р ЕФЕРАТ

Расчетно-пояснительная записка содержит 131 стр., 25 рисунков, 16 таблиц, 252 источника.
ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ, ПОЛИМЕР, АДГЕЗИОННАЯ ДОБАВКА
Цель работы - разработка рецептур и создание полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) на основе региональных источников нефтехимического сырья.
В процессе выполнения дипломной работы была проведена выборочная паспортизация предприятий нефтехимического комплекса региона и подобраны реагенты для создания полимер-битумных вяжущих для дорожного строительства, разработаны новые составы ПБВ с участием различных полимеров. Проведены исследования, в результате которых установлены характеристики ПБВ и влияние компонентов на конечные свойства ПБВ. Разработаны составы ПБВ с характеристиками существенно лучшими, чем у используемых в данное время ПБВ.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ: СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИТУМОВ
1.1 Битум. Общие представления
1.2 Групповой и химический состав битумов
1.3 Битум как специфическая нефтяная дисперсная система. Коллоидно-химические свойства битума
1.4 Физико-химические свойства битумов
ГЛАВА 2. ПОЛИМЕР-БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ
2.1 Введение
2.2 История применения полимер-битумных вяжущих
2.3 Полимеры, используемые для модификации битума
2.4 Технические разработки для удаления недостатков ПБВ
2.5 Перспективы развития
ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Объекты исследования
3.2 Оборудование для исследования
3.3 Методики исследования
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4.1 Выборочная паспортизация нефтехимических предприятий региона
4.2 Выбор компонентов для создания ПБВ
4.3 Способ приготовления ПБВ
4.4 Исследование физико-механических свойств ПБВ
4.5 Полимер-битумные вяжущие полученные на основе смесевых каучуков
4.6 Введение адгезионной добавки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильные дороги имеют стратегическое значение для Российской Федерации. Они связывают обширную территорию страны, обеспечивают жизнедеятельность всех городов и населенных пунктов, во многом определяют возможности развития регионов, по ним осуществляются самые массовые автомобильные перевозки грузов и пассажиров. Сеть автомобильных дорог обеспечивает мобильность населения и доступ к материальным ресурсам, позволяет расширить производственные возможности экономики за счет снижения транспортных издержек и затрат времени на перевозки. В настоящее время протяженность автомобильных дорог общего пользования составляет 947,3 тыс. километров, в том числе автомобильных дорог федерального значения - 50,1 тыс. километров.
Имеется несколько процессов, комплексно влияющих на качество дорожных покрытий из асфальтобетонов. Непосредственно сам процесс получения сырья для изготовления дорожного битума. В странах с дорогами высокого качества основным материалом для изготовления дорожных битумов служит остаток перегонки нефти, полученный при достаточно высоком вакууме. В нашей стране повсеместно реализуется процесс окисления гудронов, причем этому процессу подвергаются нефти различного состава.
Процесс получения битума, являющийся с химических позиций процессом окислительного дегидрирования радикального типа, неминуемо ведет в большей или меньшей степени к процессу образования пачечных структур (графитоподобные кристаллические структуры с электронами проводимости). Данные структуры являются основными негативными компонентами дорожного битума, быстро старящими его, имеющими крайне слабую адгезию к минеральному наполнителю любого типа, что неминуемо вело и ведет к короткоживущим и (или) не выдерживающим необходимых нагрузок дорогам.
Процесс приготовления асфальтобетонной смеси также привносит свою лепту в процесс старения дорожного битума и образованию дефектов в асфальтовом покрытии дороги. Известно, что при смешении с минеральным материалом битум переводится в пленочное состояние и распределяется по большой поверхности. Следовательно, в асфальтосмесителе создаются все условия для окисления битума и удаления летучих компонентов, т. е. для химического старения битума уже на стадии приготовления. С повышением температуры скорость реакции окисления соединений, входящих в состав битума, возрастает.
Введение модификаторов и стабилизаторов способно ингибировать процессы старения и деструкции в асфальтовом покрытии дороги. В странах Запада, несмотря на высокую стоимость полимеров, уже давно считается экономически оправданным применение модификаторов битума в дорожном строительстве. Улучшение адгезии битума к минеральному наполнителю, повышение качества асфальтобетона в целом - сцепление с колесами транспортных средств, усталостные свойства, автовосстановимость в благоприятных условиях и т. д. - это то, что удается добиться применением модификаторов.
Одна из основных причин преждевременного разрушения дорожных покрытий заключается в качестве дорожных битумов. Битумы не обладают требуемыми адгезионными свойствами, так как склеивают только минеральные частицы основной породы, и, кроме того, становятся хрупкими при наступлении зимы практически на всей территории России. Это предполагает образование трещин на покрытиях, которые ввиду малой прочности асфальтобетона быстро превращаются в выбоины. В общей доле деформаций, которые претерпевает битумная пленка в результате движений автомобилей по покрытию или под действием температурных напряжений, превалирует пластическая, т.е. идет накопление дефектов.
Уникальной особенностью территорий России является рекордное количество «переходов через ноль», отчего тающая и вновь застывающая в небольших трещинах вода буквально разрывает полотно. Летом асфальтобетон, нагреваясь до 50-60 градусов, теряет свои прочностные свойства. А зимой, при низких температурах, асфальт растрескивается.
Наиболее распространенным типом усовершенствованных дорожных покрытий в России и за рубежом являются асфальтобетонные покрытия, устраиваемые с применением нефтяных дорожных битумов. Увеличение грузонапряженности и интенсивности движения автомобилей приводит к преждевременному разрушению дорожных покрытий, срок службы которых составляет в среднем по России около 6 лет. В результате, несмотря на незавершенность сети автомобильных дорог с твердым покрытием в России, более 90 % материальных, трудовых и энергетических ресурсов выделяется дорожной отраслью на ремонт и реконструкцию асфальтобетонных покрытий.
Одним из важнейших условий повышения долговечности асфальтобетонных покрытий является улучшение свойств битумов и правильный выбор их с учетом условий эксплуатации. Однако углубление переработки нефти в целях увеличения объемов выхода топливных и масляных компонентов приводит к ухудшению качества битумов. Отечественные дорожные битумы марок БНД и БН (по ГОСТ 22245-90) не отвечают требованиям дорожного строительства по показателям низкотемпературной трещиностойкости, теплоустойчивости, эластичности, адгезионным свойствам, особенно по отношению к поверхности минеральных материалов из кислых горных пород, устойчивости к старению.
Эффективным способом повышения качества дорожных битумов является регулирование их свойств путем применения различных модифицирующих добавок (полимеров, резиновой крошки, серы, адгезионных добавок и др.). Применение полимеров для модификации битумов относится к одной из наиболее активно внедряющихся технологий строительства и ремонта покрытий автомобильных дорог.
Наибольшее распространение, в качестве модифицирующего агента, получили полимерные материалы или отходы их производства. Последние 15-20 лет полимерные битумы стали применяться особенно широко, по причине того, что полимерные материалы производят десятки тысяч тонн в год и они стали более доступны, во-вторых, при их производстве образуется значительные количества некондиционных материалов, которые не находят квалифицированного использования.
При введении в битум даже небольших их количеств полимеры оказывают влияние на параметры, характеризующие качество. Добавки полимеров позволяют снизить температуру хрупкости и одновременно увеличить теплостойкость битумов. Использование таких модифицированных полимерами материалов повышает сроки службы покрытий. В настоящее время имеются многолетние наблюдения за покрытиями разного рода с использованием многих видов полимеров. Общим для них является удлиненный срок службы. Наряду с этими свойствами улучшаются, как правило, деформативная способность во всем интервале эксплуатационных температур, водостойкость, прочность и другие характеристики.
На сегодняшний день актуальным является вопрос создания комплексных битумных вяжущих, содержащих в своем составе полимер и адгезионную добавку.

ГЛАВА 1. БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ: СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И О С НОВНЫЕ СВОЙСТВА БИТУМОВ

Нефтяной битум впервые был получен с 1898 г. из нефтяных остатков путем окисления их воздухом при высоких температурах (300--320° С).
Нефтяные битумы относятся к одним из самых многотоннажных видов нефтепродуктов в России и за рубежом. Они широко применяются в дорожном строительстве, при ремонте дорог, аэродромов, в дорожном и промышленном строительстве (для изготовления кровельных материалов, для изоляции трубопроводов от грунтовой коррозии и для приготовления лакокрасочных материалов).
Основным потребителем нефтяных битумов является дорожное строительство, в настоящее время до 90% производимого во всем мире объема товарных битумов потребляется дорожной отраслью. Доля дорожных покрытий с применением битума в России составляет 93-95% от всех усовершенствованных покрытий.
В нашей стране исторически сложилось, что нефтеперерабатывающая промышленность в основном заинтересована в углублении процесса переработки и максимального отбора светлых фракций, однако полностью отсутствует база нефтепереработки, которая целенаправленно занималась бы производством высококачественных дорожных битумов.
Дорожные битумы, выпускаемые отечественными нефтеперерабатывающими предприятиями, принципиально отличаются по своему качеству от битумов, производимых за рубежом, где в качестве исходного сырья используются нефти только определенного группового химического состава и где практически отсутствует твёрдый парафин.
Для производства дорожных битумов созданы специальные нефтебитумные заводы, поставку сырья для которых обеспечивают водным путем из Венесуэлы и Ливии. Качество нефтяных битумов служит определяющим фактором в обеспечении долговечности дорожных покрытий. На сегодняшний день до 70 % выпускаемых в России и странах СНГ битумов не соответствуют по ассортименту и качеству требованиям современного рынка, и в первую очередь это касается битумов дорожного, строительного и специального назначений. В результате срок службы дорог в России составляет в среднем 6-7 лет, в то время как в развитых зарубежных странах этот показатель достигает 10-15 лет. Указанная проблема вызывает необходимость поиска новых материалов для получения битумных вяжущих заданного качества. Поэтому все большее распространение в последнее время получают модифицированные битумные вяжущие, позволяющие расширить температурный интервал работоспособности за счет повышения теплостойкости и морозостойкости, обеспечить надежность и долговечность сооружений.
Постоянный интерес в повышении качества как самих товарных битумов, так и в расширении перечня материалов, используемых в композитах на основе битума, объясняется широким спектром их практического применения.
1. 1 Битум. Общие представления

Битумы благодаря ряду ценных свойств нашли широкое применение в различных областях народного хозяйства в качестве связующего, водонепроницаемого, тепло- и звукоизолирующего материала в различных битумных композиционных материалах [1,2].
Битумы (от лат. bitumen - горная смола) - твердые или смолообразные, водонерастворимые (преимущественно черного цвета) вещества, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов метанового C 2 H 2 n +2 , нафтенового C 2 H 2 n и ароматического рядов и их кислородных, сернистых и азотных производных.
Различают природные и искусственные нефтяные битумы. Применение находят как одни, так и другие [3,4], однако наибольшее распространение приобрели нефтяные окисленные битумы [5].
Природные битумы это вязкие жидкости или твердообразные вещества, получившиеся в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти.
Природные битумы в чистом виде встречается редко. Чаще встречаются пропитанные битумом горные породы (известняки, доломиты, песчаники, грунты). Залежи природных битумов разрабатывают открытыми (карьерными) и подземными (шахтными, скважинными) методами. Извлечение битума из пород выполняется тремя способами[6]:
- водой с добавлением поверхностно-активных веществ;
- экстракцией органическими растворителями;
- тепловым воздействием.
Скважинные методы добычи осуществляются с применением паротеплового воздействия, внутрипластового горения или других источников воздействия на пласт: вибрационных, акустических, электромагнитных [7].
Природные битумы и битуминозные породы относятся к категории комплексного сырья. Наличие в природных битумах реакционноспособных кислородсодержащих групп предопределяет их более высокую силу сцепления с породой (адгезионные свойства) по сравнению с искусственными композициями на основе продуктов нефтепереработки [8].
Ученые рассматривают два варианта использования природных битумов:
1. Комплексное сырье для строительства дорог получают без отделения углеводородной составляющей от породы.
2. Разделение органической (продукция химической промышленности) и минеральной (строительные материалы) составляющих битуминозных пород.
Нефтяные (искусственные) битумы получают путем переработки нефти. По консистенции (при температуре 18 0 С) битумы могут быть: твердыми - обладают упругими, а иногда хрупкими свойствами; вязкими - обладают вязкопластичными свойствами; жидкими - обладают легкотекучими свойствами [9].
Для современного производства нефтяных битумов наиболее характерными являются следующие способы получения битумов:
1. Концентрирование нефтяных остатков путем перегонки их в вакууме в присутствии водяного пара или инертного газа.
2. Окисление кислородом воздуха различных нефтяных остатков (мазутов, гудронов, полугудронов, асфальтов деасфальтизации гудрона, экстрактов селективной очистки масел, крекинг-остатков или их смесей).
3. Компаундирование различных нефтяных остатков с дистиллятами, с окисленными или остаточными битумами [6,7,10].
В зависимости от способа производства получаемые битумы подразделяются на три основные группы [7]:
1. Остаточные битумы.
2. Окисленные битумы.
3. Компаундированные битумы.
1. 2 Групповой и химический состав битумов

Битумы - это твердые, полутвердые или жидкие водонерастворимые материалы, представляющие собой чрезвычайно сложную смесь углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, азот, серу и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.) Средняя молекулярная масса битумов равна 600-1000 а.е.м., что соответствует углеводородам, содержащим от 40 до 70 атомов углерода. Битумы содержат до 80--85 % углерода, 8,0-11,5 % водорода, 0,2-4 % кислорода, 0,5-7,0 % серы и 0,2-0,5 % азота. Основная масса азота включена в соединения порфиринового ряда. Сера входит в состав циклических структур типа тиофена. Максимальное содержание азота и серы наблюдается в асфальтеновой фракции, а кислорода - в смолах. Максимальное содержание гетероатомов в асфальтенах и смолах достигает 10 % и более [8].
Химический состав, в общем, достаточно стабильный для различных битумов, не дает возможности судить об их свойствах. Битумы принято характеризовать по количественному содержанию в них определенных групп химических соединений. Основные группы соединений различаются по молекулярной массе и растворимости в селективных растворителях.
По методу Маркуссона битумы разделяют на масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды. Часто разделяют битум на асфальтены и мальтены, представляющие собой сумму масел и смол [11-13]. Эти соединения находятся в генетической связи друг с другом, масла в результате процессов окислительной конденсации, радикальной циклизации и окислительного дегидрирования могут превращаться в смолы, а затем в асфальтены.
Асфальтены являются высокомолекулярными компонентами битума. В качестве звеньев в их молекулы входят шестичленные ароматические и нафтеновые кольца, шестичленные гетероциклы с парафиновыми цепями различной степени разветвленности [14]. Молекулярная масса асфальтенов колеблется в пределах 1700-7500 а.е.м. Элементарный состав (в вес. %) углерода - 80-84; водорода -7,5-8,3; серы - 4,6- 8,3; кислорода - до 6; азота - 0,4-1. Содержание гетероатомов в асфальтенах выше, чем в маслах и смолах, выделенных из того же битума [11,15].
Смолы отличаются от асфальтенов меньшей степенью конденсированности, меньшей молекулярной массой и большим содержанием водорода. Основными структурными единицами молекул смол являются конденсированные циклические системы, содержащие ароматические, циклопарафиновые, гетероциклические кольца, которые соединены между собой сравнительно короткими алифатическими мостиками. В их состав входят кроме углерода (79-87 %), водорода (8,5-9,5%), кислорода (1-10%), серы (до 2 %), многие другие элементы, включая металлы (Fe, Ni, V, Cr, Mg, Со и др.) [16, 17]. Углеродный скелет молекул смол - полициклическая система, состоящая преимущественно из конденсированных ароматических колец с алифатическими боковыми цепями. Число углеродных атомов в соединениях, составляющих смолы, доходит до 80-100. По сравнению с асфальтенами смолы имеют большое число и длину боковых алифатических цепей [18].
Масляная часть битумов представлена углеводородами смежного строения, включающими парафиновые, нафтеновые и ароматические фрагменты, сочетающиеся в различных соотношениях [19, 20]. Асфальтовые кислоты и их ангидриды - вещества коричневого цвета смолистой консистенции с плотностью (р 4 20 ) - более 1. Они относятся к группе полинафтеновых кислот и могут быть не только вязкими, но и твердыми. Асфальтогеновые кислоты являются поверхностно-активной частью битума и способствуют повышению сцепления его с поверхностью минеральных заполнителей. Содержание их в нефтяных битумах составляет около 1 % [21].
Групповой состав битума не является стабильным. Под влиянием различных факторов групповой состав может претерпевать существенные изменения за счет частичного превращения масел в смолы, а смол в асфальтены. Такого рода изменения происходят, в частности, при нагреве битума во время приготовления асфальтобетонной смеси, а также в результате воздействия на битум атмосферных факторов. Эти изменения, отражаются на основных физических свойствах битума [22].
Соотношения между основными группами, входящими в состав битума, определяют его важнейшие свойства: вязкость, восприимчивость к изменению температуры, хрупкость и эластичность. Но все же не всегда групповой состав дает хорошее представление о свойствах битума. Объясняется это двумя причинами: во-первых до сих пор не установлена с достаточной четкостью связь между структурно-механическими свойствами битума и его групповым составом; во-вторых, и это, пожалуй, самое важное, выделяемые из битума тем или иным способом соединения и искусственно объединяемые в одну из трех основных групп (асфальтены, смолы, масла) не всегда имеют одинаковые свойства. Свойства каждого из этих компонентов могут быть различны для различных битумов в зависимости от свойств исходной нефти и способа ее переработки. Это положение подтверждается тем, что во многих случаях приходится сталкиваться с положением, когда битумы, различающиеся по своим свойствам, имеют одинаковый или почти одинаковый групповой состав и наоборот. К сожалению, свойства компонентов битумов изучены до сих пор недостаточно [22].
Различные исследователи пытались выделить из битума более узкие группы соединений, обладающих одинаковыми свойствами. Однако до сих пор эти работы не привели к результатам, позволяющим точнее оценивать свойства битумов [22].
Ученые предполагают, что молекулы всех компонентов битума состоят из фрагментов [23]. Фрагмент представляет собой полициклическую структуру, состоящую из 4-6 (чаще 5) конденсированных колец, имеющих несколько метальных (2-4) и один достаточно длинный (4-12 атомов углерода) алкильный заместитель. Молекулы масел и смол состоят из 1-2 фрагментов, асфальтены - из 4-6 [24-25].
Вышеуказанные группы углеводородов битума образуют сложную дисперсную систему - коллоидный раствор, в котором жидкая среда - это масла и раствор смол в маслах, а твердая фаза представлена асфальтенами, на поверхности которых адсорбированы асфальтогеновые кислоты [26].
Асфальтены представляют собой кристаллические структуры, пакеты из 5-6 слоев, состоящих из пластин с боковыми алифатическими цепочками и нафтеновыми кольцами, содержащими полярные функциональные группы с атомом кислорода.
Пластины представляют собой полициклические конденсированные ароматические структуры с включением гетероциклов с серой и азотом. Структура асфатьтена напоминает структуру графита.
Масла разделяются на парафино-нафтеновые, моно- и бициклоароматические соединения, а смолы - на бензольную и спирто-бензольную группы. Парафино-нафтеновые соединения представляют собой смесь нормальных парафинов, изопарафинов и полициклических нафтенов (конденсированные нафтеновые кольца, которые имеют алкильные заместители); последних обычно более 60 % мас. Моноциклоароматические соединения представлены главным образом пятикольчатыми конденсированными циклическими системами с 2-4 метальными заместителями и одним алкильным заместителем R циклической части этих соединений имеется одно ароматическое кольцо. Этот компонент битумов может состоять из 1-2 фрагментов [27].
Бициклоароматические соединения имеют молекулы, похожие на моноциклоароматические, только с двумя ароматическими конденсированными кольцами (рис. 1.1, а). Их молекулы также могут состоять из 1-2 фрагментов, при этом один имеет ароматические кольца, а второй нет. Моноциклоароматические и бициклоароматические соединения содержат гегероатомы - S, N, О, однако их количество относительно невелико - один атом на 3-5 молекул. Атомы серы и азота входят в циклические структуры типа тиофена, пиррола и пиридина, атомы кислорода входят в периферийные функциональные группы [13].
Спиртобензольные смолы отличаются высоким содержанием гетероатомов. Молекулы спиртобензольных смол преимущественно бифрагментны (рис. 1.1, б)

Рис. 1. Структурные фрагменты: а - молекулы моноциклоароматического и бициклоароматического соединений масел; б - молекулы спиртобензольной смолы.
Частица асфальтенов состоит из 4-6 фрагментов (рис. 2) Их отличие от масел и смол состоит в том, что фрагмент асфальтена из пяти конденсированных колец содержит три ароматических (гетероароматических) цикла, меньшее число алкильных заместителей и большее число гетероатомов [27]. Асфальтены имеют слоисто-блочное строение: фрагменты, имеющие три ароматических кольца, а, следовательно, большую плоскую часть молекулы (порядка 1,5 нм), ориентируются параллельно друг другу на расстоянии 0,35-0,37 нм. Частица из пяти слоев имеет псевдосферическую форму диаметром 1,5-1,8 нм. По всей вероятности фрагменты удерживаются друг относительно друга за счет взаимодействия ароматических систем. Псевдосферические частицы асфальтенов могут образовываться в среде, где находятся полициклические ароматические соединения типа ароматических масел и смол, которые сольватируют эти частицы [28].

Рис. 2. Среднестатистические структурные фрагменты асфальтенов (а) и схема объединения их в ассоциаты (б).
Молекулы масел и смол занимают свободные ароматические плоскости по "торцам" частиц асфальтенов и препятствуют их слипанию друг с другом. Если ароматических соединений в системе становится недостаточно, наступает коагуляция асфальтенов в виде твердой фазы, превышающей коллоидные размеры [28].
Парафины и церезины, входящие в состав сырья для получения битумов, снижают их товарные свойства. Твердые парафины, как кристаллические вещества, не обладают пластическими и клеющими свойствами и, покрывая тонкой пленкой битум, ухудшают растяжимость, прочность и адгезию. Однако существующие исследования влияния твердых парафинов и парафино-нафтеновых соединений сырья на свойства нефтяных битумов показали, что эти свойства зависят не только от содержания этих компонентов, но и от структуры их молекул и что их присутствие в определенных количествах даже полезно и необходимо.
Парафино-нафтеновые соединения ведут себя аналогично моноциклическим ароматическим: улучшают пластичность и температуру хрупкости нефтяных битумов Одинаковое поведение парафино-нафтеновых и моноциклических ароматических соединений, выражающееся в торможении процесса окисления, объясняется сходством структуры их молекул [29].
1. 3 Битум как специфическая нефтяная дисперсная система. Коллоидно-химические свойства битума
Нелленштейн еще в 1923 году предложил следующую теорию строения битумов: лиофобные части окружены лиофильными частицами, что защищает их от слияния друг с другом, от масляной фазы или среды, в которой суспендированы данные коллоидные образования, названные мицеллами [30].
Полагают, что компоненты с наиболее четко выраженными ароматическими свойствами и с наибольшей молекулярной массой ближе примыкают к ядру коллоидной мицеллы. Вокруг ядра располагаются последовательно слои компонентов все более низкой молекулярной массы и с постепенно снижающейся ароматичностью, переходящей в интермицеллярную жидкость.
Объяснение коллоидной структуры битумов по Тракслеру [8] заключается в следующем: вокруг ядра коллоидной мицеллы последовательно располагаются компоненты все более низкой молекулярной массой со снижающейся ароматичностью, переходящие в межмолекулярную среду с отсутствием границы раздела фаз.
Ряд отечественных и зарубежных ученых, таких как Р.С. Сергиенко, А.С Колбановская, И.М. Руденская, В.В. Михайлов, А.И. Лысихина, И.Пфейффер, Л. Корбет. Г. Олиензис, Р. Тракслер, и др., проводили исследования структуры и свойств битумов. В их работах была установлена роль отдельных компонентов: асфальтенов, смол и масел в формировании структуры. Представление о структуре битумов, определяемой соотношением и взаимодействием асфальтенов, смол и масел, сводится к следующему:
- битумы - дисперсная система, которая в зависимости от условий может быть в состоянии коллоидных растворов или суспензий;
- битумы - раствор высокомолекулярных соединений, который в зависимости от тех или иных условий может быть коллоидным или истинным[30].
По модели, предложенной З.И. Сюняевым, нефть, нефтяные остатки, в том числе и битумы, состоят из сложных структурных единиц -надмолекулярных структур (ассоциатов) различной толщины сольватной оболочки, прочности связей и упорядоченности [8,31]. Особенностью последних, в отличие от классических дисперсных систем, является то, что они формируются в системе, состоящей из большого числа компонентов, в том числе, относящихся к различным классам органических соединений с мало различающимися потенциалами межмолекулярного взаимодействия.
Таким образом, общепринято [24,32] считать битумы специфическими нефтяными дисперсными системами, состоящими из дисперсной фазы, представляющей собой ассоциаты асфальтенов и смол, и сплошной фазы (матрицы) - раствора н- и изоалканов и ароматических (алкилароматических) углеводородов или спиртобензольных смол. Дисперсная фаза обеспечивает прочностные свойства битума, а углеводородная матрица придает ему вязкость и пластичность. Большую роль в дисперсных системах играют поверхностные явления.
В битумах дисперсионной средой являются мальтены (сумма масел и смол), дисперсной фазой - асфальтены. Устойчивость системы зависит от степени родства мальтенов и асфальтенов которое с определенным приближением можно расценить как разность между степенью ароматичности (отношение числа атомов углерода, входящих в ароматические структуры, к общему числу углеродных атомов в молекуле) асфальтенов и мальтенов. Чем меньше эта разность отличается от значения 0,13, тем более устойчива система битума, тем медленнее он стареет. Таким образом, для долговечности битума (устойчивости его коллоидной структуры) необходимо наличие ароматических масел и смол. Поэтому лучшим сырьем для получения окисленных битумов являются гудроны, содержащие небольшое количество парафино-нафтеновых углеводородов [33].
Битумы принято делить на 3 типа:
1. К первому типу относят битумы, течение которых под действием постоянного напряжения сдвига подчиняется закону Ньютона[34]. Для таких битумов с момента наступления деформации скорость течения постоянна и пропорциональна напряжению сдвига. Когда напряжение снимают, наступает состояние неэластичной упругости. Битумы этого типа представляют собой золи.
2. Битумы второго типа - это вещества, у которых при постоянном напряжении сдвига скорость течения после начала деформации снижается и через некоторое время становится практически постоянной. Когда напряжение снимают, эластичность частично восстанавливается. Коллоидное состояние битумов этого типа - золь-гель.
3. У битумов третьего типа при постоянном напряжении сдвига в начале деформации скорость течения снижается до минимума, а затем повышается. После снятия напряжения, упругость восстанавливается. Битумы этого типа имеют коллоидную структуру геля [1,35].
Коллоидная структура битумов зависит от содержания и природы асфатьтенов и мальтенов.
Структура битума (золь или гель) определяется степенью пептизации асфальтенов и зависит от относительного содержания в битуме ароматических углеводородов с алифатическими цепями различной длины [33].
Высокое содержание ароматических соединений в мальтеновой части битумов противодействует стремлению молекул асфальтенов к ассоциации в более крупные агрегаты, что приводит к образованию небольших мицелл, и битум в результате находится в состоянии золя (рис. 1.3).
Наоборот, низкое содержание ароматических соединений ведет к образованию крупных агрегатов и битум находится в состоянии геля [36] (рис. 1.3).
Рис. 3. Структура битум - золь
По классическим представлениям мицелла имеет строение концентрически рас
Полимерно-битумные вяжущие дипломная работа. Химия.
Доклад: Психологическая характеристика деятельности человека
4 Сынып Эссе Менің Отаным
Курсовая Работа Государственный Бюджет Формирование И Использование
Курсовая работа: Международные стандарты аудита. Аудиторская проверка расчетов с персоналом по оплате труда
Реферат: Логические законы
Доклад: Конструктивная психология и психические культуры
Реферат по теме Сказание о Борисе и Глебе
Курсовая работа по теме Политика реформирования ЖКХ в Российской Федерации на современном этапе
Реферат по теме Дифференциальные уравнения I и II порядка
Какой Народ Чуваши Сочинение
Учебное пособие: Методические указания к изучению дисциплины для студентов заочной формы обучения специальности 060800 - экономика и управление
Курсовая Работа На Тему Выбор Места Расположения Торговых Предприятий
Реферат: Критика факторного подхода в понимании движущих сил психического развития ребенка
Реферат по теме Биологическое оружие и защита от него. Действия госслужб и правила поведения населения в очагах поражения
Курсовая работа по теме Печатная реклама - неотъемлемая принадлежность современной культуры
Контрольная Работа На Тему Планирование И Организация Перевозок Грузов В Международном Сообщении
Биологическая роль р-элементов va-группы. Применение их соединений в медицине (азот, фосфор)
Бизнес План Коммерческого Банка Реферат
Курсовая Работа На Педагогическую Тему
Почему Важно Беречь Природу Сочинение
Языковые условия реализации многозначности презенса - Иностранные языки и языкознание курсовая работа
Разработка дизайн проекта декоративной трости - Производство и технологии дипломная работа
Теорема Геделя - Математика реферат


Report Page