Введение к работе
Актуальность_п2облемн.Основный вяжущим для строительства покрытий автомобильных дорог является нефтяной дорожный битум, но не исключено применение тяжёлых нефтяных остатков,составленных вяжущих.Срок службы асфальтобетонных дорожных покрытий в нашей стране невелик и одной из главных причин этого является низкое качество битумов,поскольку существует закономерное соответствие свойств вяжущего и конгломерата,изготовленного на его основе.Неоптимальная дисперсная структура в вязком битуме, плохая адгезия,пониженное сопротивление старение,отклонения от требуемой марки снижают качество битума.
Для приготовления тёплых и холодных асфальтобетонных сме -сей вместо средне- и медленногустеющих битумов следует рассмотреть возможность применения тяжёлых нефтяных остатков с необходимым количеством добавки загущающего действия с целью необходимого формирования,упрочнения дорожного покрытия.
3 карьерах по добыче и переработке известняка накапливается большое количество некондиционных отсевов предварительного грохочения,которые содержат много порошкообразной фракции.Эти отсевы целесообразно использовать в дорожном строительстве при условии их укрепления тяжёлым нефтяным остатком по технологии, предотвращающей фильтрацию масляных компонентов в поры минеральных зёрен.
Состав асфальтобетона,степень его уплотнения также весьма существенно влияют на срок службы асфальтобетонного дорожного покрытия,поэтому необходимо оперативно контролировать эти показатели и своевременно их корректировать.
Процессы структурообразования в нефтяных дорожных битумах .свойства вяжущих и конгломератов на их основе следует рассматривать с единых позиций изучения межмолекулярных взаимодействий, проявляемых при достаточном сближении активных элементов,участвующих в образовании прочных и водостойких связей в дорожном материале.Разработка теоретических представлений о механизме физико-химических процессов при изготовлении вяжущего и дорожного конгломерата на его основе позволяет обосновано регулировать состав,структуру и свойства этих матери-
адов для повышения срока службы дорожных покрытия.
Цель и задачи_исследования.Цель работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании технологических решений, направленных на совервенствование изготовления и применения улучшенных вяжущих для дорожного строительства.полученных из тяжёлых нефтяных остатков с учётом необходимости расширения сырьевых ресурсов и использования вторичных продуктов и отходов химической промышленности.
Для достижения указанной цеди необходимо было решить следующие задачи:
разработать теоретические положения,объясняющие механизм структурообразования в нефтяных битумах на основе анализа межмолекулярных взаимодействий и проявления сильнейших из них с участием неспаренннх электронов;
теоретически обосновать и экспериментально проверить гипотезу о генетической зависимости дисперсной структуры битума от дисперсного состояния исходного нефтяного еырья;разработав методику оценки этого состояния показателем условной дисперсности;
установить принципы модифицирования технологических процессов для получения дорожных битумов с повышенной термоокислительной устойчивостью;
проанализировать и усовершенствовать реагентный и нере-агентный способы улучшения адгезии битумов;
- : обосновать технологические решения по применение-Гудрона
с загущавшими добавками и без них для приготовления тёплых и холодных асфальтобетонных смесей,укрепления известняковых отсевов;
повысить оперативность регулирования свойств битума и асфальтобетона,разработав зкспресс-методы контроля качества. Научная новизна.Раскрыт механизм структурообразования в нефтяных битумах.Впервые показана роль локализованных и дело-кализованных неспаренных электронов в химическом и физическом агрегировании асфальтенов,зависящем от групповогоwcтава битума. Предложена методика определения числа локализованных неспаренных электронов,участвовавших в образовании слабых ковалентних связей,разрушенных при гемпературноактивированном рас-
творении битумов ароматическими углеводородами.Это даёт основание оценивать методом ЭПР структурные изменения в вяжущем при компаундировании,разжижении.
В соответствии с целесообразностью переработки нефтяного сырья в активированном состоянии для получения битума установлен принцип выбора из возможных полиэкстремальных дисперсных состояний оптимального экстремума.Он согласовывается с гарантированным получением битума оптимального структурного типа золь-гель.Используя физическую теорию коагуляции золей электролитами и учитывая значение адсорбционных явлений,установлены необходимые условия для понижения условной дисперсности высокодисперсного асфальта деасфальгизации гудрона с помощью определённых количеств добавок кубовых ректификации дихлорэтана или нефтепромыслового остатка,которые позволили получить дорожный битум традиционным окислением до требуемой марки.
Простейший способ повышения термоокисдительной устойчивости битума заключается в снижении температуры окисления сырья. Эффективна замена кислорода воздуха на дозированное количество отработанной серной кислоты производства поливинилхлори-да для получения из высокодисперсного сырья дорожного битума оптимального структурного типа с высокой гермоокислительной устойчивостью.Процесс превращения сырья в битум не замедляется несмотря на снижение температуры в 2 раза по сравнению с обычным режимом окисления кислородом воздуха.
Теоретически обоснован и экспериментально проверен способ прерывистого окисления низкодисперсного сырья без добавок с целью необходимого снижения индекса пенетрации получаемого битума.
Усовершенствование способов улучшения адгезии битумов заключается в обеспечении максимально возможного перекрытия . электронных орбиталей активных молекул вяжущего и минерального материала.Этому способствуют безреагентная низкотемпературная механоактивация битума,подавлявшая эффект внутриклеточной рекомбинации образующейся пары свободных радикалов,а также восстановление водородных связей между полярными функциональными группами молекул.йри этом минеральная поверхность выполняет роль акцептора активных молекул во время приготов-
лення асфальтобетонной смеси.
Для улучшения адгезии ннактивного золеобразного битума с одновременным преобразованием его структуры в золь-гель применена добавка анилиновой смолы,содержащей циклические амины. Установлено,что при введении этой добавки находившийся в ней анилин химически связывается в битуме по возможной схеме:
Преобразование первичных аминов во вторичные и третичные с присоединением высокомолекулярных радикалов смол или асфальте но в является причиной укрупнения я некоторого разветвления частиц дисперсной фазы,способствующих переходу структуры золь в золь-гель.
Обосновано применение в качестве самостоятельного вяжущего гудрона с добавками хлорсодержвцего олягомера для приготовления тёплых и холодных асфальтобетонных смесей,а также без добавок для укрепления известнякового отсева по технологии, совмещавшей эмульгирование вяжущего и обработку им минерального материала,при которой не фильтруется масла гудрона в поры минеральных зёрен.Физико-механические показатели образцов из укреплённого отсева удовлетворяют требованиям,предъявляемым к дорожным основаниям при умеренном расходе вяжущего.
Доказана применимость диэдькометрии для косвенной оценки состава горячих асфальтобетонных смесей и степени их уплотнениям дорожном покрытии.
Достоверность научных положений,выводов и рекомендаций подтверждается соответствием теоретических разработок результатам лабораторных и производственных экспериментов,выполненных с применением современных средств исследований.Экспериментальные работы выполнены в основном на уровне доверительной вероятности 0,95.Рекомендации по внедрению разработок обоснованы соответствующими проверками на нефтеперерабатывающем заводе,дорожных промбазах,опытном дорожном строительстве.
А.вто защищает:научные основы изготовления и применения нефтяных дорожных битумов оптимального структурного типа при расширении сырьевой оазы;усовершенствованные способы улучиения адгезии битума,повышения устойчивости к старению;технологичес-
кие решения по применение вяжущих в виде гудрона с загущающими добавками и без них;разработанные экспресс-методы для производственного контроля качества нефтяного битумного сырья,битума и асфальтобетона.
Практическое_значеиие аботы_и_реализация её_резу_льтатов.
Расширение сырьевой базы для производства битума оптимального структурного типа основано на соответствующем регулировании дисперсного состояния сырья определёнными активирующими добавками или модифицированием технологии.
Внедрение согласованных на Волгоградском НПЗ рекомендаций по снижению температуры окисления сырья в колонной установке улучшает термоокислигельнуп устойчивость получаемого дорожного битума.
Большое значение для увеличения срока службы асфальтобетонных покрытий имеет использование битума,улучшенного 1,0--1,5% мае.анилиновой смолы.Экономический эффект от применения анилиновой смолы только за счёт экономии вяжущего составил 7 млрд.руб(в ценах 1995г).
Построенный опытный участок дорожного основания из укреп- ленного гудроном известнякового отсева по совмещённой технологии эмульгирования и обработки минерального материала подтвердил идею предотвращения фильтрации в поры масел гудрона,обеспечив экономное и равномерное распределение вяжущего в укреплённом материале.
Многолетний опыт применения на дорожных промбазах метода ускоренного определения пенетрации для дорожных битумов позволил подготовить проект соответствующего ГОСТа.
Для контроля и оптимизации процесса уплотнения асфальтобетонных покрытий разработан и проверен на производстве электроёмкостный прибор.
Апобация работы.Материалы диссертации были представлены в виде докладов и сообщений на Всесоюзных,Российских,Региональных научно-технических конференциях:Казань,І969;Москва,І970І І97І;Алма-Ата,І97І.І976;Волгоград,1979,1980,1982,1989.1992.1995; Владимир,1988.І99І;Анапа.І99І;Суздаль.1993,1994.
ПубликацинЛІо результатам выполненных исследований опубликовано 46 статей,в том числе получено 6 авторских свидетельств, 2 патента.
Объем работьи Диссертация состоит из 6 глав.введения, выводов,списка использованных источников из 281 наименования, приложения;содержит 318 страниц маиинописного текста,включая 97 рисунков и 30 таблиц.
