Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный анализ состояния проблемы 7
1.1. Состав и свойства битумов 7
1.2. Модификация битумов, используемых в дорожном строительстве 13
1.3. Применение традиционных модификаторов в дорожном строительстве 17
1.4. Модификации битумов различными эластомерами и термоэластопластами . 25
1.5. Модификация асфальтобетонного покрытия 31
Глава 2. Объекты и методы исследования 40
2.1. Объекты исследования 40
2.2. Методы исследования 47
Глава 3. Влияние модифицирующих добавок на свойства полимербитумного вяжущего
3.1. Исследование влияния различных модифицирующих добавок на свойства полимербитумного вяжущего
3.2. Определение характера взаимодействия между компонентами модифицированного полимербитумного вяжущего
Глава 4. Создание математической модели полимербитумного вяжущего и оптимизация его состава статистико-экспериментальными методами
4.1.Обоснование и выбор параметров оптимизации и влияющих факторов 72
4.2. Проверка воспроизводимости опытов 74
4.3. Полный факторный эксперимент 79
Глава 5. Влияние модифицирующих добавок на свойства асфальтобетона 87
5.1. Изучение влияния базальтового волокна па свойства асфальтобетона 87
5.2 Взаимодействие в системе базальтовое волокно - полнмербитумное вяжущее 91
Основные выводы 108
Список использованной литературы j JQ
Приложения 121
- Модификация битумов, используемых в дорожном строительстве
- Модификации битумов различными эластомерами и термоэластопластами
- Определение характера взаимодействия между компонентами модифицированного полимербитумного вяжущего
- Взаимодействие в системе базальтовое волокно - полнмербитумное вяжущее
Введение к работе
Одними из крупнотоннажных продуктов, востребованными промышленностью, являются битумы, получающиеся окислением тяжелых фракций нефти. Они находят широкое применение, в том числе и в дорожно-строительной отрасли в качестве связующего компонента при производстве асфальтобетона.
Качественные характеристики битумного вяжущего в значительной степени определяют эксплуатационные свойства дорожного покрытия, его долговечность.
Несмотря на важную роль качественных характеристик битума, используемого в дорожном строительстве, ГОСТ 22245-90 допускает изменение их в достаточно широком интервале, что может сказываться на качественных характеристиках композиционного материала - асфальтобетона на его основе. Поэтому, учитывая в том числе и широкий разброс параметров поступающей на переработку нефти, крайне важными являются вопросы направленного регулирования свойств нефтяных битумов.
Одним из перспективных путей решения этой проблемы является использование в дорожном строительстве полимербитумного вяжущего (ПБВ), получаемого модификацией нефтяных битумов различными полимерными добавками.
Однако в настоящее время не сформировались научные принципы модификации нефтяных битумов с целью направленного регулирования их характеристик и повышения качества асфальтобетона на их основе. Имеющиеся публикации носят разрозненный характер, в них отсутствуют систематизированные сведения о способах воздействия на формирование структуры и комплекса свойств полимербитумных вяжущих и композитов на их основе. Поэтому определение физико-химических принципов модификации нефтяных битумов является чрезвычайно актуальной задачей.
5 Цель диссертационной работы - определение научных принципов модификации нефтяных битумов и разработка технологии производства асфальтобетона на основе полимербитумного вяжущего (ПБВ), модифицированного различными добавками.
Для достижения поставленной цели в задачи исследования входило:
установление зависимости характеристик полимербитумного вяжущего от количества и вида модификатора, вводимого в состав битума;
построение математической модели зависимости свойств полимербитумного вяжущего от количества вводимых компонентов модификатора и технологических параметров его получения;
изучение влияния базальтового волокна в качестве армирующего компонента и способов его введения на свойства асфальтобетона.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
установлена эффективность использования двухкомпонентного модификатора, состоящего из сс-метилстирольного каучука марки СКМС-ЗОАРК и полиэтилена высокого давления (ПЭВД), варьирование соотношений которых позволяет целенаправленно регулировать свойства ПБВ;
изучено влияние растворимых сульфированных олигомеров акриловых соединений, образующихся при синтезе метилакрилата и метилметакрилата в качестве модификатора нефтяных дорожных битумов;
создана математическая модель полимербитумного вяжущего статистико-экспериментальными методами на примере композиции «нефтяной дорожный битум марки БНД 60/90 - каучук СКМС - ПЭВД», проведена оптимизация состава и технологических параметров его получения;
доказана эффективность использования в качестве армирующего компонента базальтового волокна для повышения эксплуатационных характеристик дорожного покрытия;
- установлен механизм взаимодействия модифицирующих компонентов в составе ПБВ и композиционного материала - асфальтополимербетона - на его основе.
Практическая значимость работы состоит в том, что доказана эффективность использования двухкомпонентного модификатора на основе промыш-ленно выпускаемого каучука СКМС, ПЭВД и базальтового волокна, в виде базальтовой нити и кондиционной и некондиционной базальтовой ваты, что позволяет направленно регулировать свойства полимербитумного вяжущего, характеризующегося повышенной эластичностью при эксплуатации в широком температурном интервале, повышенной прочностью, водостойкостью и сдвиго-устойчивостью, что увеличивает долговечность дорожного покрытия.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту Саратовского государственного технического университета Арзамасцеву СВ. за участие в исследованиях и помощь в работе над диссертацией.
Модификация битумов, используемых в дорожном строительстве
Нефтяные битумы - остаточные продукты переработки нефти, имеющие твердую или вязкую консистенцию и состоящие из углеводородов и гетероа-томных соединений [1].
Основными компонентами битумов являются асфальтены, асфальтогено-вые кислоты, смолы, масла, карбены и карбоиды. Эти группы компонентов битумов определяют их структурные состояния и свойства.
Битумы при обычных температурах являются дисперсными системами, в которых дисперсионной средой являются масла и смолы, а дисперсной фазой -асфальтены. Частицы дисперсной фазы представляют собой мицеллы, ядром которых, или агрегатом, являются асфальтены. Асфальтенам свойственно одно из важных свойств характерных для ПАВ - способность распределяться на границе раздела вода-нефть, свидетельствующие о дифильности их молекул. Молекулы их имеют функциональные группы и углеводородный радикал, что обусловливает образование мицелл при достижении определённых концентраций асфальтенов в углеводородах. Функциональные группы - карбонильные, карбоксильные, фенольные, гидроксильные обращенные внутрь мицелл, а углеводородные части молекул - наружу. В асфальтенах сконцентрированы все содержащиеся в нефтях металлы: ванадий, никель, железо, кобальт, марганец и др., большая часть азота, кислорода и серы. Основу скелета асфальтена составляют атомы углерода (80-85%). Отношение атомов углерода и водорода С:Н колеблется в пределах от 0,80 до 0,87. Среднечисленная молекулярная масса асфальтенов 1000-5000. Содержание атомов (металлов, кислорода, азота и серы) составляет от 5 до 11-14%.
Асфальтены являются продуктами конденсации смол. На образование асфальтенов из нефтяных смол указывает то, что при хранении некоторых смол при полной изоляции от воздуха содержание асфальтенов заметно возрастает.
Структура асфальтенов и надмолекулярных образований из них представляет собой полициклическую конденсированную сложную систему преимущественно ароматическую, являющуюся продуктом конденсации двух -трёх и более олигомерных молекул, изредка связанные гетероциклическими и карбоциклическими звеньями. В периферийной части конденсированния полициклической системы, а иногда и в изолированных кольцах часть водорода замещена на метильные группы и относительно короткие (С2-С4) асфальтические цепочки. В состав заместителей входит основная часть гетероатомов и различных функциональных групп. Асфальтены состоят из двумерных систем конденсированных ароматических колец вперемешку с короткими алифатическими цепями и систем конденсированных нафтеновых колец. Эти ароматические системы имеют тенденцию образовывать пачки отдельных ароматических нафтеновых упорядоченных графитоподобных слоев, окруженных неупорядоченными зигзагообразными цепями насыщенных углеводородов.
Было установлено [2], что структура асфальтенов характеризуется хорошо организованными полициклическими системами - двумерными дискообразными слоями (гроздьями). Полиядерные пластины ассоциируются в кри-сталлоподобные образования (пачки), состоящие из 5-6 слоев. Сделано предположение, что нафтеновые и ароматические структуры составляют достаточно компактную единую полициклическую систему, являющуюся основным структурным блоком молекул асфальтенов.
Смолы служат сырьем для образования асфальтенов, с одной стороны, а с другой - они пластифицируют молекулы асфальтенов и, обладая хорошей растворимостью в нефтяных углеводородах, способствуют образованию относительно стабильной системы асфальтены - смолы - масла. Молекулы смол являются структурными блоками, из которых в результате реакций дегидрогенизации и конденсации, с отщеплением Н2, Н20, H2S, NH3, образуются молекулы асфальтенов.
Основными отличиями смол от асфальтенов является их меньшая молекулярная масса (500-1200), меньшее содержание гетероатомов, несколько меньшее соотношение С:Н (0,7-0,9). Смолы состоят из разветвлённых, чем ас-фальтены молекул. Молекулярно-массовое распределение смол гораздо шире, чем асфальтенов, их можно разделить на более однородные по своему строению группы. Содержание полярных кислородосодержащих групп (гидроксиль-ной и карбонильной), а так же некоторых других функциональных групп в смолах обеспечивает им поверхностную активность. В зависимости от концентрации асфальтенов и температуры смолы в битумах могут находится как в дисперсной фазе, так и в дисперсионной среде системы. Из-за большой разветв-ленности молекул упорядоченные структуры в смолах не образуются.
Масла представляют собой жидкие смеси парафиновых, нафтеновых, и ароматических углеводородов, а также их гетеропроизводных, содержащих серу, азот, кислород и некоторые металлы. Масла являются дисперсионной средой битума, их растворяющая способность определяется химическим составом, в частности соотношением парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов и, в некоторой степени, молекулярной массой (300-600). Соотношение С:Н в высокомолекулярных углеводородах находится в пределах 0,66-0,7.
Карбены - высокомолекулярные вещества, образующиеся вследствие уплотнения асфальтенов в присутствии серы.
Таким образом, в каждом из структурных компонентов битумов в зависимости от концентрации, температуры и времени их формирования образуются различные надмолекулярные структуры. Причём в структурах из асфальтенов, смол и масел в некоторых случаях возможны аморфные образования и подобные кристаллическим [3].
Модификации битумов различными эластомерами и термоэластопластами
В практике дорожного строительства многих стран имеется значительный опыт улучшения свойств битумов добавками каучуков [14].
Синтетические каучуки увеличивают эластичность и растяжимость при низких температурах, вследствие чего повышается трещиностоикость покрытий и их сопротивляемость к воздействию динамических нагрузок. Разработаны три способа введения каучука в битум: - смешение битума с небольшими (2-5 %) добавками каучука при температуре не выше 150 С и энергичном перемешивании; - предварительное растворение каучука и объединение этого раствора с битумом; - введение латекса каучука в битум.
Одним из основных направлений в технологии применения добавок каучуков является разработка способов введения каучука в битум, которые позволили бы уменьшить деструкцию каучука при нагреве и таким образом повысить эффективность введения этой добавки.
Разработаны способы введения каучука в виде растворов и латексов. Предварительное растворение каучука в достаточно эффективном и не слишком легком растворителе для получения раствора, хорошо совмещающегося с битумом, является принципиально иной технологией введения каучука (или полимера) в битум. Этот способ не требует работы при повышенных температурах и позволяет избежать деструкции каучука.
Другим направлением является применение латексов (эмульсий) каучука. Эффективным считается введение 2-3 % латекса в маловязкие битумы при температуре 80-90С. Для этого можно использовать некоторые хлорпреновые и дивинилстирольные латексы.
Добавки каучука в количестве 2-3 % рекомендуются для устройства покрытий дорог с умеренным движением, добавки каучука 5-7 % — для дорог с тяжелым интенсивным движением. Затраты, связанные с введением добавок каучука в битум, возрастают примерно на 20%, но они окупаются за счет увеличения срока службы покрытий.
В ряде стран [15] получило распространение устройство слоев поверхностной обработки с применением битумно-каучуковых вяжущих. Наблюдения показали, что срок службы покрытий, построенных с использованием битумно-каучуковых вяжущих, возрастает примерно на 50 %. Положительным свойством битумно-каучуковых вяжущих является меньшая чувствительность слоев поверхностной обработки к колебаниям дозировки при розливе вяжущего. При избытке битума покрытие не "потеет", при недостатке - не выкрашивается.
В последнее время находит широкое применение использование в качестве модификатора битумов дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ, а также его зарубежных аналогов - Финапрена, Кратона, Европрена и др. - которые позволяют повысить ряд технико-эксплуатационных параметров как ПБВ, так и асфальтобетонного покрытия.
Авторами [30] изучалось влияние эластопласта ДСТ и различных пластификаторов на свойства ПБВ. В качестве модификатора битумов использовали дивинилстирольный эластопласт ДСТ-30 как наиболее приемлемый с экономической точки зрения и хорошо растворимый в битуме. В качестве пластификаторов использовали товарные продукты - второй вакуумный газойль (ВВГ) и полиалкилбензол (ПАЕ). Дополнительно оценивалась эффективность совмещения битума с каучуком, что в свою очередь зависит от химической природы как битума, так и эластопласта.
Полимербитумные композиции представляют собой физические смеси типа грубодисперсных суспензий или эмульсий [31]. При создании таких композиций образуется дисперсная система, состоящая из трех фаз: полимера и мальтенов и асфальтенов битума. Основные свойства системы: эластичность, пластичность и адгезия к различным материалам определяются свойствами дисперсионной среды, а теплостойкость и механическая прочность - свойствами дисперсной фазы.
Механизм взаимодействия полимера с битумом заключается в том, что набухший в битумных маслах полимер создает в системе непрерывную фазу в виде сетки-каркаса, заполненную в качестве дисперсной фазы битумом, лишенным в процессе набухания полимера части масел [32].
Показано, что битум БНД 60/90 с более высокой температурой размягчения хуже совмещается с эластопластом ДСТ-30 по сравнению с битумом БНД 90/130. Молекулы эластопласта набухают в мальтенах битума, изменяя дисперсную среду композиции, так как они при набухании адсорбируют полярные ароматические углеводороды, а также гетероатомные компоненты из масляной части битума.
При добавлении эластопласта ДСТ-30 пропорционально содержанию пластификатора ВВГ возрастает температура размягчения полимербитумной композиции. Набухший каучук в массе битума образует эластичную сетку, а пластификатор, способствующий равномерному распределению эластопласта, снижает температуру размягчения в тем большей степени, чем больше его содержание в композиции.
По результатам работы удалось установить, что модификация дорожных битумов БНД 60/90 и БНД 90/130 эластомером ДСТ-30 (1-6 мас%) и нефтяными пластификаторами (полиалкилбензолом (3-5 мас%) и вакуумным газойлем (3-15 мас%) позволяет расширить температурный интервал применения эластобитумных композиций (от минус 32-35 до плюс 90-95С) по сравнению с немодифицированными битумами. В Центре по разработке эластомеров Казанского государственного технологического университета было получено ПБВ с применением каучука СКЭПТ {синтетический каучук этиленпропиленовый тройной) марок СКЭПТ-30 и СКЭПТ-40 производства АО «Нижнекамскнефтехим» [33].
Применение СКЭПТа в качестве модификатора имеет ряд преимуществ: он дешевле ДСТ и имеет меньшую ненасыщенность, т. е. обладает высокой стойкостью к окислительным процессам, действию агрессивных сред, тепло - и озоностойкостью. Поскольку ПБВ с применением СКЭПТ вулканизуются серой, это придает еще большую стабильность композиции и позволяет получить резиноподобные покрытия.
В качестве пластификатора предлагается использование, как и в случае с ДСТ, битумного сырья - гудрона или мазута. Содержание каучука может варьироваться в пределах 3 - 8%. Изменение количества сшивающего агента - серы в составе композиции позволит целенаправленно регулировать свойства ПБВ в зависимости от характеристик исходного битума.
Определение характера взаимодействия между компонентами модифицированного полимербитумного вяжущего
Изучение взаимодействия в системе «битум - каучук - ПЭВД» проводилось методом инфракрасной спектроскопии. Анализ ИК-спектров образцов ПЭВД (рис. 3.4) показывает, что кроме основных, присущих только ПЭВД, полос поглощения, соответствующих валентным колебаниям СНг — групп (2919, 2849, 1462 см"1 и 719,58 см"1) и валентным колебаниям СНз - групп (1366 см -1), наблюдаются малоинтенсивные полосы поглощения, принадлежащие валентным колебаниям ОН-групп (648 и 643 см " 1), связи -C=N (576, 532 см "]) и ассиметричным ковалентным колебаниям групп -NO2 (509 и 509 см"1). Это означает, что ПЭ не является чистым веществом и содержит примеси.
На спектрах поглощения ПЭВД полосы, соответствующие 3806 см"1 и 3737 см"1, являются составным тоном, образовавшимся наложением частот колебаний гидроксильных групп с колебаниями других групп. Слабые полосы поглощения при 3691, 3644 и 3610 см"1 обусловлены валентными колебаниями гидроксогрупп.
На спектрах поглощения исходного битума, снятых в диапазоне 4000-400 см" наиболее интенсивные полосы соответствуют валентным колебаниям групп СН2 (2923, 2853 и 1458см 1), СН3 (1375 см"1) и -С=С- (1602см"1).
Полосы средней интенсивности принадлежат деформационным колебаниям группы СН (807 см"1) в ароматическом кольце, валентным колебаниям групп С-О-С (745 см"1) и -C=N (539 и 516 см"1), находящихся в разном молекулярном окружении.
На спектрах поглощения битума, снятых в диапазоне 3000-517 см"1, дополнительно появились малоинтенсивные линии, соответствующие колебаниям связи С-О (1026 см"1), неплоским деформационным колебаниям группы СН2 (865 см"1), колебаниям замещенного ароматического ядра (594 см 1 ) и ароматического ядра (581 см"), участвующего в химическом взаимодействии.
Полоса поглощения при 3386,02 см 1 соответствует валентным колебаниям ОН-групп карбоновых соединений. Различие ИК-спектров битума объясняется неоднородностью структуры и переменным химическим составом этого природного композиционного материала. Абсолютно одинаковые ИК-спектры образцов одного и того же битума получить невозможно. На спектрах поглощения каучука СКМС наблюдаются малоинтенсивные полосы валентных колебаний ОН-групп (3606, 3490 и 3398 см 1), связанных водородными связями разной силы с другими группами структуры, а также свободных гидроксилов (3730 см"1). Наиболее интенсивные полосы соответствуют валентным колебаниям групп СН2 (2919 и 2846 см"1), симметричным валентным колебаниям СН (2360см"1), деформационным ножничным колебания групп СН2 (1495 и 1445 см ), деформационным неплоским колебаниям групп СН (966 см"1), СН2 (910 см"1), и СН (698 см"1) в углероде с двойной связью. Полосы средней интенсивности принадлежат следующим группировкам: С=0 (1744 см"1), -ОС- (1697 и 1638 см 1), -ОС- (1600 см"1) в сопряженных диеновых углеводородах, СНз (1376 см" )и-С-О(1076и 1030см"1). Невысокой интенсивностью проявляют себя неплоские СН (820 см"1) колебания в ароматическом ядре, колебания групп -0=N (560 и 543 см"1), колебания валентных асинхронных групп N02 (509 см"1), а также колебания замещенного и монозамещенного бензольного ядра при 760 см"1 и 600 см"1 соответственно. Очень слабые полосы поглощения при 3960, 3929, 3884, 3852, 3801см"1 -составные тоны или сдвоенные частоты колебаний. На спектрах ПБВ наиболее интенсивные полосы поглощения принадлежат колебаниям следующих групп: валентным СН2 (2922, 2851 и 1458 см"1), неплоским деформационным СН2 (867см"1), СН3 (1375 см"1), и -С=С-(1687, 2726 см"1). Также на спектрах присутствуют полосы колебаний с участием связи С— О (1033 см"1), неплоских деформационных колебаний группы СН (809 см"1) при замещении 1 атома водорода в бензольном ядре, колебания монозамещенного бензольного ядра (747, 610 см"1) и колебания-C=N-rpynn (560, 533, 512 см"1). Полосы поглощения при 3378 и 3323 см"1 соответствуют валентным колебаниям ОН-групп в карбоновых соединениях битума. Анализ спектров поглощения ГШВ и сравнение его со спектрами поглощения исходных веществ показал отсутствие полос поглощения в ПБВ, соответствующих группам С=0 (1744 см 1), -С=С- (1638 см"1) и СН (1076 см"1), а также смещение полосы поглощения группы СН2 каучука СКМС (966 см 1 и 910 см"1), что указывает на взаимодействие данных функциональных групп с функциональными группами битума.
Полоса поглощения в ИК-спектре ПБВ при 2726 см"1 указывает на появление новых связей -С=С- Связь -C=N участвует в межмолекулярном взаимодействии, на что указывает ослабление относительной интенсивности полос поглощения этой связи в ИК-спектре образцов ПБВ.
Полоса поглощения валентных колебаний ОН-групп в структуре ПБВ (3386 см 1) расщепляется на две полосы свободных и связанных гидроксилов, что является доказательством активности ОН-групп карбоновых кислот в битуме, связанных довольно сильными водородными связями с разными функциональными группами компонентов модификатора.
Взаимодействие в системе базальтовое волокно - полнмербитумное вяжущее
Асфальтобетон на основе ПБВ (табл. 5.4) изначально имеет прочностные характеристики на 5-20% выше аналогичных характеристик асфальтобетона на основе битума БНД 60/90. Армирование позволяет повысить прочностные характеристики асфальтобетона дополнительно на 10-30%.
Общий анализ данных табл. 5,3, 5,4 свидетельствует, что наибольшая эффективность армирования достигается при использовании базальтовой нити в объеме. Армирование некондиционной ватой и базальтовой нитью, уложенной в форму, имеет одинаковый эффект при 20С и упрочняющее влияние на 20 и 30% соответственно при 50С. При использовании ПБВ еще в большей степени наблюдается возрастание армирующего эффекта некондиционной ваты на 7-10%при20и50С.
Не отмечен армирующий эффект кондиционной ваты при использовании ПБВ при 20 и 50С. В составе с ПБВ большее влияние оказывает базальтовая нить в объеме, которая повышает прочность на 13% при 20С и на 22% при 50С.
Сравнительные данные по армирующему эффекту кондиционной и некондиционной ваты в составе асфальтобетона на основе БНД и ПБВ свидетельствуют о большем армирующем влиянии на прочность полимерасфальтобетона некондиционной ваты по сравнению с кондиционной. По-видимому, здесь определяющее влияние оказывает удельная поверхность некондиционной ваты, которая при перемешивании минеральной составляющей в большей степени измельчается, превращаясь в мелкие волоконца, в то время как кондиционная вата имеет большую прочность и при перемешивании разрушается в меньшей степени. Мелкие волоконца базальтовой ваты за счет большей удельной по верхности лучше покрываются пленкой вяжущего, и, распределяясь в объеме смеси, дополнительно структурируют композиционный материал. Водостойкость асфальтобетона с использованием ПБВ, армированного кондиционной и некондиционной базальтовой ватой и базальтовой нитью выше 1,5-2 раза, чем у неармированного.
Прочность асфальтобетона при 0С Введение в состав асфальтобетона некондиционной базальтовой ваты и нити практически не сказывается на прочности при 0С. Наблюдается снижение этого параметра для кондиционной ваты на 25 %.Содержание ПБВ в составе композитов приводит к увеличению прочности при данной температуре до 17%, причем наибольший положительный эффект от введения ПБВ наблюдается у асфальтобетона с кондиционной ватой (рис.5.2).
Сдвигоустойчивость асфальтобетона Таким образом, при использовании разработанного ПБВ предел прочности при сжатии при 0С до 15% превышает аналогичный показатель асфальтобетона на традиционном битуме (рис. 5.2) независимо от того, армирован асфальтобетон базальтовой нитью или ватой, либо нет. Аналогичные зависимости наблюдаются и при сравнении прочностных показателей полимерасфальтобе-тона и асфальтобетона при 20 и 50С (рис. 5.3, 5.4). Кроме того, использование разработанного ПБВ позволяет повысить такую важную характеристику асфальтобетона, как сдвигоустойчивость (рис. 5.5) более чем в 2 раза на неарми-рованном полимерасфальтобетоне. На основании полученных данных можно сделать утверждение об эффективности использования разработанного ПБВ для производства полимерас-фальтобетона. На ИК-спектрах образцов (рис. 5.6) базальта присутствуют интенсивные полосы колебаний СН2-групп масла (2922 и 2852 см 1), деформационные колебания иона Н3О+(1740 см 1), деформационные колебания ОН-групп (1632 см " ), колебания группы С03(1431 см"1).
Меньшей интенсивностью обладают полосы соответствующие валентным колебаниям ОН-групп (1543 см"1), связанных сильными водородными связями с атомами металлов структуры базальта, колебаниям связи Si-O (797см"1) в кольцевой силикатной структуре, деформационные колебания кремнекислород-ных мостиков Si—О—Si (668 и 644 см"1) и колебания связи Ме-0 (597, 573 и 550 см ) в минералах плагиоклазовой группы.
Очень интенсивная линия при 3426 см"1 отражает валентные колебания связанных между собой молекул Н20 и ОН-групп, являющихся адсорбционными центрами на поверхности молекул базальта. Линии на спектрах при 2359 и 2341см"1 - составные тоны, обусловленные деформационными и крутильными колебаниями Н20. Полоса поглощения высокой интенсивности при 1091,79 см 1 обусловлена валентными колебаниями связи Si-O в конденсированной цепочечной структуре. На спектрах ПБВ наиболее интенсивные полосы поглощения принадлежат колебаниям следующих групп: валентным СН2 (2922, 2851 и 1458 см"1), неплоским деформационным СН2 (867см"1), СН3 (1375 см"1), и -С=С-(1687, 2726 см"1). Также на спектрах присутствуют полосы колебаний с участием связи С— О (1033 см"1), неплоских деформационных колебаний группы СН (809 см"1) при замещении 1 атома водорода в бензольном ядре, колебания монозамещенного бензольного ядра (747, 610 см 1) и колебания -C=N-rpynn (560, 533, 512 см" ). Полосы поглощения при 3378 и 3323 см" соответствуют валентным колебаниям ОН-групп в карбоновых соединениях битума.
На спектре композиции «ПБВ - базальтовое волокно» наблюдается широкая полоса поглощения валентных колебаний ОН-групп при 3396, 3312 и 3180 см 1, связанных довольно сильными водородными связями с разными функциональными группами. Слабая интенсивность полос указывает, что поверхностные ОН-группы волокон базальта вступили в реакцию с битумом, СКМС и ПЭВД.
Наиболее интенсивные пики принадлежат валентным колебаниям групп -СН2 (2923, 2852 и 1460 см"1) компонентов ПБВ и масла, колебаниям связи -С=С (1601 см"1) в сопряженных диеновых углеводородах каучука СКМС, содержащем в структуре не вступившие в реакцию полимеризации мономеры, колебаниям группы СН3 (1376 см"1), валентным колебаниям связи Si-O (967 см" ) в островной силикатной структуре базальта. Полосы поглощения при 1062 и 1031 см"1 принадлежат валентным колебаниям связи Si-O в силикатной структуре базальта разной степени конденсации кремнекислородных тетраэдров. Малоинтенсивные полосы на спектрах соответствуют деформационным колебаниям ОН-групп (1308 см 1) в органических соединениях битума, неплоским деформационным колебаниям групп 0 (871 см"1), -СН (813 см"1), а так же колебаниям монозамещенного бензольного ядра (747 см 1) и группе -CN (722 см"1).
Основным связующим компонентом в ПБВ и композиции «ПБВ-базальтовое волокно» является битум, представляющий дисперсную коллоидо-подобную систему. Дисперсную фазу битума составляют групповые высокомолекулярные углеводороды метанового (СпН2п+2), нафтенового (СпН2п), ароматического (СпН2п-б) рядов и их кислородных, азотистых и сернистых производных. Активными функциональными группами в макромолекулах битума являются: ОН, Н, CN, N, SH, -СООН; в полиэтилене - группы СН2, СО, СН, ОН; в СКМС--С=С- и активные группы примесей: С=0, С-О, -СН, -C=N, -ОН, тг-система бензольного ядра.
