Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 9
1.1. Анализ состояния, состава и свойств битумов, полученных из различных нефтей 9
1.2. Методы улучшения свойства битумов 16
1.2.1 Путём применения поверхностно-активных веществ 16
1.2.2. Другие методы улучшения свойства битумов 24
1.3. Современное состояние получения и применения битумных эмульсий 28
1.3.1. В дорожном строительстве 34
1.3.2. В других отраслях народного хозяйства 40
1.3.3. Стабилизаторы, улучшающие свойства битумных эмульсий 42
1.4. Заключение по литературному обзору 46
Глава 2. Экспериментальная часть 48
2.1. Объекты исследования 48
2.1.1. Высокосернистые парафинистые нефти юга Таджикистана 48
2.1.2. Битум, полученный из нефти месторождения Кичик-Бель 48
2.1.3. Добитумная широкая фракция высокосернистой нефти 50
2.1.4. Эмульгаторы 52
2.2. Получение битумных эмульсий с использованием местных и зарубежных эмульгаторов 55
2.2.1. Активация битума 55
2.2.2. Приготовление водного раствора ПАВ 55
2.2.3. Получение битумных эмульсий 58
2.3. Методы исследования битума и битумных эмульсий 62
Глава 3. Основные результаты и их обсуждение 65
3.1. Физико-химические свойства нефтей месторождений юга Таджикистана и обоснование их пригодности для производства битумов 65
3.2. Исследование влияние природы сырья и процесса окисления на состав и свойства тяжелой остаточной части нефти 69
3.3. Получение дорожных битумов из тяжелой высокосмолистой нефти Кичик-Бель 79
3.4. Исследования добитумной широкой фракции нефти в качестве разжижателя и получения на их основе жидких дорожных битумов 81
3.5. Активация битумов из нефти Кичик-Бель маслорастворимым ПАВ 90
3.6. Исследование процессов получения битумных эмульсий 94
3.7. Исследование реологических свойств битумных эмульсий из нефти Кичик-Бель 102
3.8. Получение маловязкой жидкой прослойки пристенного слоя битума с добавкой водного раствора ПАВ (гидробитум) 107
Глава 4. Применение битумных эмульсии в дорожном строительстве 111
4.1. Технологические схемы получения битумных эмульсий 111
4.2. Поверхностная обработка покрытий автомобильных дорог 116
4.2.1. С использованием разжиженного битума 117
4.2.2. С использованием битумной эмульсии 119
Выводы 121
Литература 123
Приложения 136
- Современное состояние получения и применения битумных эмульсий
- Добитумная широкая фракция высокосернистой нефти
- Исследование влияние природы сырья и процесса окисления на состав и свойства тяжелой остаточной части нефти
- Технологические схемы получения битумных эмульсий
Введение к работе
Экономическое и социальное развитие страны предусматривает рациональное использование всех видов ресурсов, снижение их потерь, ускоренный переход к ресурсосберегающим и безотходным технологиям.
При этом важной экономической задачей, стоящей перед народным хозяйством страны является -мобилизация некондиционных и вторичных ресурсов, их более полное и всестороннее использование.
Поэтому, приоритетными направлениями фундаментальных и прикладных исследований, являются исследования по комплексной химической переработке органического сырья. Среди органического сырья ведущее значение имеют нефть и продукты её переработки, которые являются одним из основных источников получения дорожного, кровельного, гидроизоляционного и др. битумов, широко используемых в народном хозяйстве.
В Таджикистане, автомобильные дороги являются важнейшим элементом народного хозяйства.
Для дальнейшего повышения эффективности дорожной отрасли и народного хозяйства в целом, важное значение имеет экономное использование материально-сырьевых ресурсов, поскольку потребность в сырье непрерывно растет, а добывать его приходится из все более отдаленных месторождений.
Кроме того, совершенствование технологических процессов в дорожном строительстве путем применения новых способов нанесения дорожных покрытий с использованием прогрессивных машин и оборудования, выдвигает острую необходимость поиска путей и методов приготовления дорожных покрытий и повышения их долговечности.
Одним из наиболее эффективных путей в этом деле является применение поверхностной обработки на основе битумных эмульсий, способствующий экономному расходованию сырьевых ресурсов, улучшению экологии производства, повышению надежности и долговечности дорожных покрытий и ведущий к интенсификацию работы за счет применения прогрессивных механизмов и машин III.
Учитывая отсутствие в республике высококачественных дорожных битумов и наличие тяжелых высокосернистых нефтей, близких по свойствам к жидким битумам 121, а также наличие битумного завода, целесообразно изыскать возможность использования их в дорожном строительстве путем приготовления битумных эмульсий в сочетании с вязким битумом, используя в качестве эмульгаторов отходы некоторых производств.
Однако большинство отходов не может быть непосредственно использовано в дорожном строительстве из-за несоответствия существующим требованиям к дорожно-строительным материалам.
В связи с ростом объема дорожно-строительных работ и развития сети автомобильных дорог в республике важной проблемой является снижения расходов битума и энергоресурсов при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог.
В этой связи актуальным представляется необходимость проведения исследований по оценке и повышению качества местных нефтей, продуктов их переработки, а также отходов промышленности и определению возможных вариантов их использования в дорожном строительстве, с учетом реальных условий работы в дорожных конструкциях и сооружениях, что имеет большое значения как для физической химии, так и химии высокомолекулярных соединений нефти и дорожного строительства в целом.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка физико-химических основ получения битумной эмульсии из тяжелых нефтей Таджикской депрессии и изучения их свойств для использования в дорожном строительстве.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить физико-химические свойства нефтей месторождений Таджикистана и их пригодность для производства дорожного битума.
Изучить влияние природы сырья и процесса окисления на состав и свойства получаемых продуктов.
Поиск среды промышленных отходов республики, возможных поверхностно-активных веществ (эмульгаторов) и их влияние на качество местного дорожного битума.
Разработать способы получения битумных эмульсий с использованием зарубежных и местных эмульгаторов и изучить их реологические и эксплуатационные свойства;
Разработать способы практического применения битумной эмульсии для дорожного строительства.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые:
На основе изучения пластовых и физико-химических особенностей тяжелых парафинистых нефтей разработаны технологические основы производства местного битума и его эмульсии, определена перспективность их применения в дорожном строительстве.
Исследовано влияние сернистых соединений добитумной фракции нефти на качество битума.
Показана возможность использования в качестве эмульгатора, натриевые и моноэтаноламиновые соли гудрона растительного масла (ГРМ) и сульфокислот сернистых соединений, полученных на основе высокосернистых тяжелых нефтей юга Таджикистана.
Исследована возможность получения и использования битумной эмульсии из местного сырья в дорожном строительстве.
Практическая значимость работы. На основе результатов исследований разработаны технологии получения битума и битумных эмульсий из тяжелых нефтей с использованием отходов некоторых производств Таджикистана, что позволяет решить вопрос рационального использования тяжелых, высокосернистых, парафинистых нефтей таджикской депрессии и обеспечивает расширение сырьевой базы производства органического вяжущего материала.
Разработан способ получения битумной эмульсий из местного сырья для применения при поверхностной обработке автомобильных дорог.
Разработаны технические указания ВСН 01-99 «Технические рекомендации по производству шероховатой поверхностной обработки покрытия оборудованием фирмы «Секмер» (Франция) в Республике Таджикистан».
Работа внедрена на объектах Душанбинского производственного управления автомобильных дорог МТДХ и городских улицах г.Душанбе при их ремонте.
Положение диссертации выносимое на защиту:
Физико-химические свойства нефтей Таджикской депрессии и их пригодность для производства дорожного битума;
Способы улучшения качества местного битума с использованием местных отходов некоторых производств;
Разработка способов получения битумных эмульсий с использованием местных и зарубежных эмульгаторов ;
Результаты практического применения битумной эмульсий в дорожном строительстве.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах Института химии им.
В.И. Никитина АН Республики Таджикистан и Таджикского технического университета, научно-техническом совете Министерства транспорта и дорожного хозяйства РТ, международной конференции «Химия и экология композиционных материалов на основе битумных эмульсий и модифицированных битумов» (Минск, 1999г.), международной конференции «Горные регионы Центральной Азии. Проблемы устойчивого развития» (Душанбе, 1999г.).
Экономический эффект от применения битумных эмульсий при поверхностной обработке по сравнению с традиционной технологии составляет 4 млн. 637 тыс. 163 рублов (в ценах 1999 года).
Публикация. По материалам диссертации имеется 6 публикаций, в том числе: 4 научных статей и 2 тезиса докладов.
Объем работы. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц и 18 рисунков. Список использованной литературы включает 149 наименований.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной и методической частей, обсуждения результатов.
Современное состояние получения и применения битумных эмульсий
Поверхностно- активные вещества (ПАВ) находят применение более чем в 100 отраслях и подотраслях народного хозяйства. В последние годы ПАВ широко применяются в дорожном строительстве различных стран, в первую очередь, при использовании жидких битумов в неблагоприятных условиях погоды и при использовании ряда инактивных минеральных материалов.
Воздействие ПАВ на битум может развиваться по трем механизмам, связанным с их влиянием на дисперсную структуру битума, на процессы структурирующего влияния на битум поверхности минеральных материалов, на процессы термоокислительного старения битумов.
ПАВ представляют собой органические вещества ассимметрично-полярного строения, состоящие из органического длинно-цепочного радикала и полярной групп /27/. Полярная группа, как правило, гидрофильна и представляет собой -ОН,-СООН, - NY, -S03H, -OS03H, -N02, N+OOC-, -CONH-идр. По характеру диссоциации все ПАВ /28/ делятся на : анионные ПАВ, функциональные группы которых в результате ионизации в растворе образуют отрицательно заряженные органические ионы, обуславливающие поверхностную активность: Наиболее распространены соли карбоновых, сульфоновых, сульфоаминовых кислот, сульфоэфиров, тио- и персульфатов; металлфосфаты, фосфиты и фосфонаты. Катионные ПАВ, функциональные группы которых в результате ионизации в растворе образуют положительно заряженные органические ионы, обусловливающие поверхностную активность: [RNC5H5] +Х [RNC5H5]+ + X ". К ним относятся соли аминов RNR1 R" НХ: четвертичные аммониевые основания [RN(R R11 R1U )] "Х- и основания гетероциклических соединений [RNC5H5] + X" и др. Неионогеннные ПАВ, практически не образующие в водном растворе ионов. Их представителями являются спирты ROH и R(OH)n; кислоты RCOOH; амины RNR R11; альдигиды и кетоны (RCHO, RCOR1), простые эфиры ROR , сложные эфиры спиртов и кислот (RCOOR1) и глюкозидов RCOOG, амиды кислот RCON (R1 R11), нитрилы RCN, нитросоединения RN02, алкилгалогениды RHC1, оксиэтильные производные веществ, имеющих активный атом водорода [Km] Y [(С2Н40)П Н]К; сополимеры окиси этилена и окиси пропилена HO(CH3CHCH20)n (С2Н40)тН, так называемые проксанолы и др. Амфолитные ПАВ образующие в одном растворе в зависимости от условий рН растворителя такие как триалкиламмони-йалканоаты (R R" R,,x) N+ RSO3", аминокарбоновые кислоты и их соли, H2NRCOOH и др. В отдельную группу выделяют высокомолекулярные (полимерные) ПАВ состоящие из большого числа повторяющихся звеньев, каждое из которых имеет полярные и неполярные группы. Одним из основных условий применения ПАВ является изменение под их влиянием условий смачивания на границе жидкость-твердое тело /29/. Смачивание битумом поверхности минерального материала облегчается введением ПАВ. При этом условия смачивания определяются образовавшимся адсорбированным слоем ПАВ, обращенным полярной группой к поверхности минерала, а углеводородной частью - в фазу битума. Ребиндер ПА. /29, 30/ разделяет по механизму действия ПАВ на четыре группы: К первой группе относятся вещества, ПА на границе жидкость-воздух, но не образующие сетчатых и минеральных структур ни в объеме, ни в адсорбционных слоях и являющие низкомолекулярными веществами. Ко второй группе относятся вещества, ПА на границе двух несмешивающихся жидкостей или на твердых поверхностях раздела, но не образующих структур ни в объеме раствора, не в поверхностных слоях. Адсорбируясь на твердой поверхности, ПАВ второй группы могут резко изменять молекулярную природу твердой поверхности. В результате такой ориентированной адсорбции ПАВ происходит гидрофобизация первоначальных гидрофильных твердых поверхностей. К третьей группе относятся так называемые стабилизаторы, т.е. ПАВ, которые дают сетчатую гелеобразную структуру а адсорбционном слое и в растворе, предотвращая коагуляцию частиц. ПАВ третьей группы являются пластификаторами, понижают прочность и структурную вязкость системы. Четвертую группу ПАВ образуют моющие вещества. При малых концентрациях в разбавленных водных растворах все моющие вещества могут проявлять себя как гидрофобизаторы. В битумо-минеральных материалах применяются ПАВ, относящихся к группе гидрофобизаторов, улучшающих сцепление битума с поверхностью минеральных материалов путем гидрофобизации минеральных поверхностей в результате химически фиксированной адсорбции с образованием нормально ориентированного слоя ПАВ. Кроме химического взаимодействия некоторую роль могут играть и электростатические явления, вызывающие дополнительный характер твердой поверхности полярным молекулами битума и воды /31, 32/. Наиболее часто применяется модифицирование поверхности кварцевых каменных материалов гидратной известью, цементом или солями железа, алюминия, цинка /33, 34/. Изменение характера поверхности, получаемое при этом, приводит к возможности хемосорбционного взаимодействия с ПАВ, содержащихся в битуме. Наиболее широкое распространение получило введение в битум небольших добавок высших карбоновых кислот, в первую очередь, олеиновой, стеариновой, нафтеновых, продуктов окисления парафина, воска, смол, содержащих карбоксильные группы, оксикислот, смоляных кислот и других /35, 36, 37, 38/.
Наряду с анионоактивными веществами типа карбоновых кислот и их солей, в качестве добавок для улучшения сцепления битума с поверхностью минеральных материалов, применяются небольшие количества смол твердых топлив, содержащих органические кислоты и основания /39/.
Улучшение сцепления битумов с сухой и особенно влажной поверхностью минеральных материалов кислых пород достигается с помощью добавок катионоактивных веществ класса алифатических и ароматических аминов или четырех замещенных аммониевых оснований.
Добитумная широкая фракция высокосернистой нефти
Следовательно, чем выше концентрация ПАВ в водной среде, тем плотнее слой молекул на поверхности раздела. В этом случае большее влияние оказывает геометрия молекулы, а изменение коэффициента распределения играет меньшую роль.
Интересно, что эмульгаторы дающие в зависимости от условий и прямые и обратные эмульсии - являются плохими стабилизаторами. Отметим, что у этих соединений dr /dx 1, dr - диаметр головы, dx - диаметр хвоста.
ПАВ имеющие dr /dx l[(Ci6 Н 33 - NH - (СН3) 2] СІ стабилизируют лишь прямые эмульсии. Стабилизированные ПАВ [СібН3з-Н-(СН3)з]С1, dr/dx-l,32. Следовательно, геометрия молекул ПАВ - один из факторов, обуславливающих не только тип, но и устойчивость эмульсии. Подтверждающие это положение данные, получены /128/ при сопоставлении эмульгирующей способности солей первичных и четвертичных аминов. Следовательно, геометрия молекулы ПАВ и растворимость в определенной фазе могут или конкурировать друг с другом, или способствовать друг другу в образовании того или иного типа эмульсии. Отметим, что в случае противоположного действия обоих факторов высоко устойчивых эмульсий получить не удается /109, 129/. Хорошо известно, что тип эмульсии зависит так же от метода её получения и даже от аппаратов, в которых осуществляется процесс синтеза и хранение гетерогенной системы: гидрофильность стенок сосуда может предопределить тот или иной тип эмульсии и ее устойчивость. Для стабилизации прямых эмульсий используют как ионогенные, так и неионогенные поверхностно-активные вещества. Эмульгируюшей способностью обладают и высокодисперные минеральные порошки, которые смачиваются как полярной, так и неполярной жидкостью, образующей эмульсию. К ним относятся глины, известь, цемент и др. Стабилизация эмульсии твердыми эмульгаторами, возможно только при условии, что размер частиц порошка меньше размера капель эмульсии /130-132/. Известный в коллоидной химии антогонизмы электролитов имеют значение при использовании для эмульгирования битумов технических продуктов, содержащих разнообразные ПАВ. ПАВ - антогонисты по отношению к эмульгатору могут содержаться в составе битумов или же образовываться в результате химических взаимодействий эмульгатора с составными компонентами битумов или с электролитами водной среды. Известно, что для щелочных мыл высших карбоновых кислот антагонистом является мыла щелочно-земелных металлов. Аналогичное действие оказывают асфальтены /133/ и порфирины /134/, содержащиеся в битумах. В связи с антагонистическими взаимодействием, гидрофобные и гидрофильные эмульгаторы взаимообогащаются и эмульгирующую способность проявляет лишь тот эмульгатор, количество которого оказалось большим. В результате возникают условия для образования прямой или обратной эмульсии/135, 136/. Однако, нередки случаи появления снергизма ПАВ, когда их смесь оказывается более эффективной для эмульгирования, чем каждое из них в отдельности. Фролов Ю.М. /137/ и Кириллова Л.А. /138/ указывают на лучшую эмульгирующую способность сульфитно-спиртовой барды (ССБ) при добавлении в неё в небольших количествах сульфанола ИП-1, первичных и вторичных аминов, что можно объяснить сипергизмом этих ПАВ. Известны составы эмульсии, содержащие кроме обычных эмульгаторов, дополнительные стабилизаторы - жидкое стекло, NaCl, NH4CI и др. 151. Эмульгирующая способность ПАВ тесно связана с их растворимостью в дисперсной среде и объемно-коллоидными свойствами растворов. Отмечается, что эмульгирование возможно лишь при концентрации ПАВ выше ККМ /31, 125, 139, 140/. 1.4. Заключение по литературному обзору Проведенный литературный обзор показывает, что наилучшим сырьем для получения битумов и эмульсии на их основе являются нефти с содержанием более 25 вес. % асфальтосмолистых веществ и до 3.5 вес. % парафиновых соединений. Битумы, полученные из нефтей таджикской депрессии, до настоящего времени не были исследованы на предмет получения эмульсии на их основе для дорожного строительства. Следует отметить, что полученные битумы из нефтей месторождения Кичик-Бель и Акбаш-Адыр не отвечают требованиям ГОСТ 22245-90 по растяжимости при 25С, имеют неудовлетворительное сцепление с каменными материалами, т.е. являются инактивными и на их основе трудно получить качественные битумные эмульсии. В настоящее время, особенно с учетом снижения поступления битумов, важной проблемой экономии дефицитных основных дорожно-строительных материалов являются улучшение использования местных материалов применением ПАВ и повышение качества некондиционных битумов с использованием отходов промышленности республики. На этой основе, создавая комплексные вяжущие на базе нефти и местных материалов, можно расширить ассортимент органических вяжущих.
Поэтому, исследование влияния природы нефти и процессы окисления на состав и свойства её тяжелой остаточной части и использование этих результатов для получения качественных дорожных битумов и эмульсии на их основе, остается актуальным.
Наиболее перспективным при исследовании битумных эмульсий является изучение эмульгирующей способности местных ПАВ, полученных на основе промышленности, такие как ГРМ, ГРМ МЭА, натриевые соли сульфокислот сєроароматических соединений нефти, с апостоковое мыло, w щелочной смыв при производстве мыла и др.
Исследование влияние природы сырья и процесса окисления на состав и свойства тяжелой остаточной части нефти
По степени дифференциации нефти исследуемых месторождений Вашской зоны располагаются в следующем порядке: 1. Наиболее четко наблюдается дифференциация между нефтями 1 и 11 горизонтов на различных структурах. На месторождениях Кичик-Бель и Акбаш-Адыр прослеживается одна и та же закономерность распределения жидких УВ: вверх по разрезу нефтеносного комплекса, контролируемого региональной покрышкой, нефть становится легче, маслянистее. 2. Наблюдается четкая дифференциация нефтей 11 горизонта месторождений Кичик-Бель и Акбаш-Адыр. Это обстоятельство является наглядным подтверждением того факта, что формирование месторождений нефти и газа обязано, в значительной степени, латеральной миграции, и пути миграции на юге Вахшской зоны проходили в направлении от Кичик-Беля к Акбаш-Адыру. 3. Дифференциация нефтей 1 горизонта проявлена не так четко, как для нефтей 11 горизонта, но тем не менее она также указывает на латеральную миграцию нефтей в направлении от месторождения Кичик-Бель к Акбаш Адыр. Нефти месторождения Южный Кум, в ряду исследуемых (табл.3.1) являются наиболее тяжелыми, высоковязкими, с наименьшим значением коэффициента миграции (2.4). Нефти исследуемых месторождений, в значительной степени окислены и осернены. В.А. Успенский, О.А. Радченко доказали, что осернение нефтей происходит, в основном, уже в залежах и связано с окислением нефтей. Устанавливается связь сернистых нефтей с наличием сульфатных пород (гипсов и ангидритов) и относительно повышенной подвижностью подземных вод. Пластовые воды площадей Кичик-Бель и Акбаш-Адыр характеризуется, как высокоминерализованные (121-129 г/л), высокометаморфизированные, (0,76) содержащие сравнительно небольшое количество сульфатов. Тип воды по В.А. Сулину отличается большим разнообразием: хлоридо-магниевым и сульфат-натриевым. Если принять во внимание направление миграции нефтей (минимальные значения на месторождении Южный Кум; максимальное - Акбаш-Адыр), значительную зараженность карбонатных коллекторов сульфатными породами, относительную открытость локальных структур, то логично предоставляет продуктивную толщу бухарских отложений на юге Кафарниганской и Вахшской зон, как резервуар тяжелых высокосернистых, высокосмолистых нефтей. БашНИИНП /148/ предложено классифицировать нефти по их пригодности для производства битумов. По этой классификации нефти можно разделить на следующие три группы: 1.Наилучшие нефти. Состав этих нефтей соответствует уравнению: А + С-2,5П 8 2.Пригодные нефти: А + С - 2,5 П = 0 -8, где А+О 6 3.Непригодные нефти: А+С-2,5 П = 0-8, где А+С 6 и А +С -2,5 0. Согласно данной классификации, нефти Республики Таджикистан различных групп и типов по их пригодности для производства битумов, приведены в табл.3.2. Как видно из таблицы 3.2. тяжелые, смолистые, высокосернистые и парафинистые нефти месторождений Кичик-Бель, Акбаш-Адыр и Южный Кум являются пригодными как сырьё для производства битумов.
При добыче этих нефтей их всегда сопровождают пластовые воды и их содержание в продуктах нефтяных скважин достигают 50-90%. Как видно из вышеприведенных данных содержание в этих водах минеральных веществ достигается до 20 %.
При их совместном движении по системе сбора до центрального пункта подготовки нефти происходит эмульгирование нефти. Система сбора и подготовки нефти на этих месторождениях не совершенна и в подготовленной нефти все же остаётся значительное количество воды (2-9%). Переработать такую водонефтяную эмульсию невозможно. Вместе с водой в нефть, естественно, попадают и минеральные соли, что влечет за собой коррозию нефтеперегонной аппаратуры.
Растворенные в пластовой воде хлористые соли при повышенной температуре гидролизуются с выделением соляной кислоты, а разбавленные кислоты легко реагируют с железом. Опасное развитие получает процесс коррозии при переработке высокосернистых нефтей месторождений Кичик-Бель и Акбаш-Адыр, так как при этом сероводород и соляная кислота действуют на железо совместно. Поэтому качественный ход технологического процесса получения битума из нефтей этих месторождений вполне зависит от полноты процессов деэмульсации, обезвоживания и обессоливания стабильных нефтяных эмульсий.
Технологические схемы получения битумных эмульсий
Жидкие нефтяные дорожные битумы представляют собой остаточные продукты полутвердой и жидкой консистенции от перегонки и крекинга нефти и нефтепродуктов. Подобные битумы также получают разжижением нефтью и нефтепродуктами вязких битумов. Высокосмолистые нефти месторождения Кичик-Бель, Акбаш-Адыр, Южный Кум - это естественные жидкие битумы.
Использование жидких битумов дает возможность исключить высокотемпературные процессы, использовать различные способы обработки минеральных материалов и продлить сезон строительных работ. Из дорожного покрытия, включающего жидкие битумы, с течением времени под действием СЬ воздуха, солнечных лучей, адсорбции каменных материалов или грунтов и других факторов, испаряются низкокипящие фракции и уплотняются высокомолекулярные соединения. В результате дорожное покрытие становится механически прочным и теплостойким. Кроме того, для поверхностной обработки требуются битумы с пенетрацией 180-220 х 0,1 мм при 25 С, а такие битумы получают только разжижением окисленных битумов.
Для получения разжиженных битумов необходим дорожный битум определенного качества, и специально для этой цели подобран растворитель с соответствующей температурой выкипания. В бывшем СССР, согласно рекомендации СоюздорНИИ, разжижатель должен был иметь следующий фракционный состав: для быстрогустеющего НК - 120-130С скк- 200-230С; для среднегустеющего НК 160-180С скк - 260-300С; для медленногустеющего НК 240-260С скк - 360С. Для расширения выпуска качественных разжиженных битумов исследовалось влияние добитумной фракции тяжелой нефти (ДШФВН) Кичик-Бель на структуру, реологические свойства и строение исходного битума, а также на восстановление свойств битума старого асфальтобетона. Улучшение реологических свойств битума способом добавки реагентов и маловязких жидкостей, с одной стороны снижают затраты тепловой энергии на подогрев, а с другой стороны, предотвращают преждевременное старение битума. В связи с этим нами было выполнено данное исследование, чтобы установить роль серосодержащих средней фракции высокосернистых нефтей на разжижение и старение битума. Для изучения был взят битум и добитумная широкая фракция высокосернистой нефти таджикской депрессии (ДШФВН). Исследования по определению влияния 2,5 - 10% ДШФВН на реологические свойства битума проводились в области температуры 40-70С на приборе «Реатест-2». На основе данных ротационного вискозометра построены кривые зависимости касательных напряжений сдвига от градиента скорости (рис.3.5). Термо- и радиационные окислительные превращения сульфидов ДШФВН проводили при 160С от 1 до 10 час, а также с использованием солнечной радиации и кислорода воздуха при 70С от 1 до 10 дней. При постоянном перемешивании ДШФВН были запаяны в ампулы в кислородной среде при соотношении жидкой и паровой фаз 1:30. После окисления сернистые соединения ДШФВН исследовали методом ИК-спектроскопии на приборе UR-10. В таблице 3.6 приведены реологические параметры битума без ДШФВН и с её добавлениями. Как видно из таблицы 3.6, при температуре 45 С динамическая вязкость составляет 123,0 не/ м . При температуре 70 С вязкость снижается в 25 раз. При добавлении 2,5-10% ДШФВН динамическая вязкость и динамическое напряжение сдвига снижается при 45С в 2-10 раз. Повышение температуры до 70С приводит к исчезновению предельного динамического напряжения сдвига и снижению динамической вязкости в 30-70 раз. Исследование спектров показали следующие результаты (рис.3.6). В спектрах ДШФВН после окисления в течение часа при 160С образуются связи (970 широкая полоса 1600-1610) групп СО (1720, 1410); S-0 (1030, 1070), S -О2 (1160 и 1290). Интенсивные полосы СО-групп (1720, 1410) относятся, по-видимому, к альдегидам (2720) и кетонам (1410). При дальнейшем окислении ДШФВН в спектрах сохраняются те же полосы, но интенсивность их возрастает. Исчезновение полосы связи C-S (630) свидетельствует о разрыве циклических колец, одновременно происходит окисление атома серы с возникновением структуры: По-видимому, первоначально образовавшиеся сульфоксиды окисляются далее в сульфоны и сульфокислоты. Разрыв связи С -S в циклах подтверждается образованием непредельных связей 1640-1630, 540). Узкую полосу 700 и 980 можно отнести к непредельным связям типа CHRj = CHR2, интенсивность которых увеличивается с увеличением протяженности окисления. В спектрах продуктов окисления под солнцем при 70С обнаружены следующие изменения: Продукты окисления имеют поглощение в областях 720, 780, 900, 920, 1000, 1020, 1050, 1080, 1160, 1200, 1290, 1370, 1420, 1460, 1720, 22720, 3250-3600.
