Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О СОСТАВЕ И СТРУКТУРЕ БИТУМОВ, ОО НОВНЫХ СПОСОБАХ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ, СТАРЕНИИ И МЕТОДАХ ОЦЕНКИ И
ПОВЫШЕНИИКАЧЕСТВА 9
1Л.ХИМИЧЕСКИЙСОСТАВИ(ЛРУКТУРАБИТУМОВ 9
12.0СН0ВНЫЕСП0С0ЕЫП0ЛУЧЕНИЯБШУМ0В 13
Получение остаточных битумов 14
Получение окисленных битумов 15
Получение компаундированных битумов 17
Другие способы получения битумов 18
1.3. ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЕ СТАРЕНИЕ БИТУМОВ 20
1.4.. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ДОРОЖНЫХ БИТУ
МОВ 23
Методы оценки качества дорожных битумов 23
Повышение качества дорожных битумов 26
ВЫВОДЫ 28
ГЛАВА 2. НАУЧНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ИССЛЕДОВАНИЮ СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКИСЛЕНИЯ НА СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА НЕФТЯНЫХ ДОРОЖ-
НЫХБИТУМОВ 32
2.1.ЭЛЕМЕНГАРНЫЕРЕАКЦИИПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ 32
22. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ОКИСЛЕНИЯ НА СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНЫЕ ПРО
ЦЕССЫ В ДОРОЖНІХ БИТУМАХ 34
2.3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКИСЛЕНИЯ НА ГРУППОВОЙ СОСТАВ И ФИ
ЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАДОЮЖНЫХБИТУМОВ 38
ВЫВОДЫ 42
ГЛАВАЗ.ОБЪЕКТЫИМЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЯ 44
3.1. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА 44
ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ОКИСЛЕНИЯ БИТУМНОГО СЫРЬЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ 45
МИНЕРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ЗЕРНОВЫЕ СОСТАВЫ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ
# СМЕСЕЙ,ИСПОЛЬЗУЕМЫХВИССЛЕДОВАНИЯХ 49
3.4.0БОРУДОВАНИЕИМЕТОДИКАОШЕДЕЛЕНИЯФШИКО-ХИМИЧЕСКИХИ
ФИ^О-МЕХАЩЧЕСКИХ(Ж>Й^ 51
Стандартные методы испытаний исследуемых материалов 51
Количественное определение группового состава битумов по Маркус-сону 52
Инфракрасная спектроскопия в исследованиях битумов 54
Оптический метод определения дисперсного состояния битума 56
Определение парамагнитных характеристик битумов 58
Изучение термоокислительной устойчивости к старению полученных битумов 60
Диэлькометрия в оценке адгезии битума 61
ВЫВОДЫ 62
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКИСЛЕНИЯ СЫРЬЯ НА СВОЙСТВА НЕФТЯНОГО ДОРОЖНОГО БИТУМА, ЕГО УСТОЙЧИВОСТИ К СТАРЕНИЮ И СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ
^ СМЕСЕЙНАЕГО ОСНОВЕ 64
4.1.ЮУЧЕНИЕХИМИЧЕСКОГОСОСТАВАБИТУМОВ 64
42.0ЦЩКАУСЛОВНОЙДИШЕРШОСШБИТУМОВ 68
43. ИНТЕНСИВНОСТЬ ПАРАМАГНИТНОГО ПОГЛАЩЕНИЯ БИТУМОВ ПОЛУ-
4EHHbKIimPA3№MHbIXTENmEPATyPAXOKHCnEHHH<^^ 70
4.4. ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМООКИСЛИГЕЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ К СТАРЕНИЮ ИС-
ОШДУЕМЬГХБИГУМОВ 72
4.5. ДИЭЛЕЮРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ БИТУМОВ КАК КОСВЕННЫЙ
ф ПОКАЗАТЕЛЬАДГЕЗИИ 82
. 4.6. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОНОВ НА БИТУ-
МАХ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫМ ОКИСЛЕНИЕМ СЫРЬЯ ПРИ ТЕМПЕ
РАТУРАХ 220 И 250С 84
47.РЕ1ТЕ(ЖОННЬ1ЙАНАЛШРЕЗУЛЬТАТОВЭКСПЕРИМЕНГА 87
ВЫВОДЫ 89
ГЛАВА 5. ОПЬПНаПРОМЫПГЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ
СМЕСЕЙ, ПРИГОТОВЛЕННЫХ НА БИТУМЕ, ПОЛУЧЕННОМ ОКИСЛЕНИЕМ
СЫРЬЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 220С, И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФ
ФЕКТИВНОСТЬ 91
5.1. ПРОИЗВОДСТВО БИТУМА И СТРОИТЕЛЬСТВО ОПЫТНЫХ УЧАСТКОВ
ПОКРЫТИЙАВТОМОБИЛЬНЫХДОРОГ 91
52. ТЕХНИКаЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АС
ФАЛЬТОБЕТОНОВ, ПРИГОТОВЛЕННЫХ НА БИТУМАХ, ПОЛУЧЕННЫХ ОКИС
ЛЕНИЕМ СЫРЬЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 220С 94
ОБЩИЕВЫВОДЫ 100
БЖЛИОІТАФИЧЕСКИЙСПИСОК 102
ПРИЛОЖЕНИЯ 112
Введение к работе
В настоящее время, особую актуальность приобретает проблема повышения качества дорожных битумов, решение которой позволит продлить срок службы дорожных асфальтобетонных покрытий и повысить эффективность работ по их строительству и ремонту.
Качество битума зависит от двух основных факторов: качества исходного сырья и технологии производства [86]. Разнообразие нефтей и получаемого из них битумного сырья, соответствующего действующим техническим условиям (ТУ) при ограниченном диапазоне вязкостных показателей сужает, сырьевую базу. Неоднородное, низкодисперсное сырье порождает в процессе окисления нестабильный, склонный к гелеобразованию битум. Из высокооднородного сырья получается стабильный битум золе-образной структуры [77]. Как следствие, битумы, выпускаемые нефтеперерабатывающими заводами, не всегда отвечают требованиям стандарта даже при полном соблюдении технологического режима переработки исходного сырья.
В целом, каждый завод - это совершенно иная, отличная от других компоновка основного и вспомогательного оборудования с различными параметрами процессов, вольными температурными режимами от 230 до 280 С и с неизвестным расходом воздуха, разными способами подогрева и обезвоживания битумного сырья перед закачкой в окислительный аппарат, разной степенью заполнения окислительных колонн и разным охлаждением, при отсутствии технологического регламента и технологических инструкций производства [4].
Высокая температура окисления, принятая при производстве битума, уменьшает выход битума из сырья, вызывает усиленную окислительную деструкцию, снижает полярность вяжущего, что ухудшает качество получаемого продукта [10].
Простейший способ улучшения адгезии и замедления старения вяжущего, не требующий затрат на внедрение, заключается в окислении сырья при пониженной температуре [78].
Снижение температуры окисления вполне возможно на нефтеперерабатывающих заводах, однако сопряжено с уменьшением производительности нефтебитумных установок, что нежелательно для нефтепереработчиков. Необходимы убедительные доказательства в пользу снижения температурного режима окисления, которое приведёт к увеличению стоимости битума, но компенсируется за счет большего срока старения вяжущего в дорожных покрытиях.
Цель работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании улучшения качества дорожного вязкого нефтяного битума, включая термоокислительную устойчивость к старению, на стадии его производства при снижении температуры окисления.
Указанная цель достигается решением следующих задач:
теоретическое обоснование целесообразности снижения температуры окисления при производстве битумов;
изучение свойств битумов полученных при различных температурных режимах окисления и их термоокислительной устойчивости;
экспериментальное определение физико-механических свойств асфальтобетонных смесей на битумах полученных при различных температурных режимах;
разработка практических рекомендаций по применению битумов низкотемпературного окисления (НТО) для приготовления асфальтобетонных смесей на их основе и технико-экономический анализ эффективности их использования в дорожном строительстве;
опытно промышленные испытания и практическая проверка предложенных рекомендаций.
Научная новизна: Обоснован низкотемпературный режим окисления
битумного сырья с целью получения битума лучшего качества, с повышенным сопротивлением старению. Оптическим методом установлена повышенная дисперсность битума НТО, свидетельствующая об устойчивости дисперсной системы; методом электронного-парамагнитного резонанса (ЭПР) зафиксировано снижение концентрации свободных радикалов, так как повышенная их концентрация в битуме вызывает ускоренное старение; показано улучшение физико-механических свойств асфальтобетонных смесей на битумах низкотемпературного окисления.
Подана заявка на изобретение №2005116787/04 «Способ получения нефтяного дорожного битума».
На защиту выносится: теоретическое и экспериментальное обоснование влияния понижения температуры окисления битумного сырья на улучшение качества получаемого дорожного битума и асфальтобетона.
Практическая ценность работы. Проведенная опытно-промышленная проверка результатов теоретических и экспериментальных исследований показала, что снижение температурного режима окисления вполне возможно на нефтеперерабатывающих заводах. Окисление при температуре 220С позволило получить качественный дорожный битум, обладающий повышенной устойчивостью к старению, способствовало некоторому увеличению выхода массы битума в процессе производства, улучшению экологической обстановки на нефтеперерабатывающем заводе и в общей окружающей среде за счет снижения выделения газовой фазы в процессе производства битумов.
Результаты, полученные при производстве и укладке опытных партий асфальтобетонных смесей, подтвердили выводы, полученные в процессе теоретических и экспериментальных исследований в настоящей работе. Анализ данных результатов свидетельствует о более высоких показателях физико-механических свойств у асфальтобетонов, приготовленных на битумах, полученных окислением сырья при снижении температуры. А за-
медленное старение битума позволило продлить их срок службы в процессе эксплуатации в 1,3-1,5 раза.
Подсчитан технико-экономический эффект при устройстве покрытий из асфальтобетонных смесей, приготовленных на битуме окисленном при температуре 220С вместо 250-280С, который составил 185094,6 рублей на 1 км или 23,14 руб./ м2 (в ценах на ноябрь 2005 г).
Результаты исследований и методика определения термоокислительной устойчивости внедрены в учебный процесс дисциплины «Прогрессивные методы и технологии организации строительства, автомобильных дороп> при подготовке инженеров по специальности 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы».
Реализация работы:
на Волгоградском нефтеперерабатывающем заводе ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» из битумного сырья в промышленных условиях на непрерывно действующей установке были получены битумы нефтяные дорожные марки БНД 60/90 при обоснованном температурном режиме окисления 220С соответствующие требованиям ГОСТ 22245-90;
на асфальтобетонных заводах ДСУ-1 и ДСУ-2 МУП трест «Дор-мостстрой» г. Волгограда и ДРСУ Котельниковского района Волгоградской области были приготовлены асфальтобетонные смеси на битуме НТО и построены опытные участки.
Публикации: По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ.
Объём работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, шести приложений и содержит 111 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 12 таблиц. Библиографический список включает 115 наименований, в том числе 11 на иностранных языках.
