Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 10
1.1 Компонентный состав нефтяных битумов. Методы структурно группового анализа битумов 10
1.1.1 Характеристика масляных фракций нефтяных битумов 12
1.1.2 Характеристика смол нефтяных битумов 14
1.1.3 Характеристика асфальтенов нефтяных битумов 14
1.1.4 Распределение гетероатомных соединений по групповым компонен там битумов 17
1.2 Дисперсная система нефтяных битумов. Процессы структурирования компонентов битумов в инертной и окислительной средах 20
1.3 Процессы структурообразования при взаимодействии битума и минерального материала 26
1.4 Способы производства дорожных битумов 33
1.4.1 Производство остаточного битума 34
1.4.2 Производство окисленного битума 36
1.4.3 Производство компаундированного битума 38
1.5 Обзор качества дорожных битумов, применяемых на Северо - Западе России 39
1.6 Цель и задачи работы 50
2 Методы исследований. Аппаратура 51
2.1 Экстракционное извлечение целевых компонентов битумов 51
2.2 Элементный анализ битумов и их компонентов 53
2.3 Определение структурных параметров битумов и их компонентов методами ЯМР и ИК - спектроскопия 54
2.4 Рентгеноструктурный анализ 56
2.5 Определение физико-механических характеристик битума и асфальто бетонных смесей 56
3 Исследование термоадсорбционных свойств нефтяных битумов различных нефтеперерабатывающих предприятий 57
3.1 Влияние режима термостатирования на свойства дорожных битумов 57
3.2 Влияние природы минерального наполнителя (фракция 2-3 мм) на свойства дорожных битумов 66
3.3 Изменение свойств дорожных битумов при термостатировании в смеси с тонкодисперсным наполнителем 73
4 Изучение физико-механических и физико-химических свойств нефтяных битумов, полученных из нефтей различной природы 80
4.1 Физико-механические свойства нефтяных битумов 80
4.2 Взаимосвязь структурно-группового состава битумов с их эксплуатационными характеристиками 85
4.3 Распределение элементов по структурно-групповым компонентам битумов из нефтей различной природы 91
4.4 Прогнозная оценка качества нефтяных битумов методом рентгеност руктурного анализа (РСА) 105
5 Нефтяные битумы, модифицированные природными асфальтами и асфальтитами 111
5.1 Изменение реологических характеристик битумов путем модифи кации природными асфальтами и асфальтитами 111
5.1.1 Асфальт Тринидадского озера 111
5.1.2 Природный асфальтит - Гильсонит 113
5.1.3 Природные асфальтиты России 115
5.2 Физико-механические свойства асфальтобетонных смесей на основе битума марки БДУС 70/100, модифицированного природными битума ми 127
5.3 Влияние природы адгезионных добавок на прочность сцепления биту ма с минеральными наполнителями 138
Выводы 154
Литература 157
Приложение А
- Дисперсная система нефтяных битумов. Процессы структурирования компонентов битумов в инертной и окислительной средах
- Элементный анализ битумов и их компонентов
- Влияние природы минерального наполнителя (фракция 2-3 мм) на свойства дорожных битумов
- Взаимосвязь структурно-группового состава битумов с их эксплуатационными характеристиками
Введение к работе
Применение битума как доступного органического вяжущего основано на его адгезионных и гидрофобных свойствах. Битум применяется при производстве асфальтобетонных смесей, в качестве кровельных и гидроизоляционных материалов различного назначения, в резиновой, лакокрасочной и кабельной промышленности, при строительстве зданий и сооружений. В частности, кровельные битумы применяют для производства кровельных материалов: различных видов мастичных материалов ( горячего и холодного применения, наплавляемых рулонных), герметиков, пропиточных составов. Изоляционные битумы используют для изоляции строительных конструкций и трубопроводов с целью защиты их от коррозии.
Структура производства битумов различного назначения составлена по данным Федеральной службы государственной статистики РФ (диаграмма 1) [1]. На долю строительного и кровельного битумов приходится 6,7 и 16,4 % их совокупного производства соответственно.
76,9%
16,4% пНефгебмтум «рокльньй
Нефтебитум дорожный МЧДКИИ
Нефгеомтум строшъный
Диаграмма 1- Удельный вес дорожных, строительных и кровельных битумов в их совокупном производстве в России в 2007 г
Главным потребителем нефтяных битумов является дорожное строительство (около 75 %), в первую очередь, из-за того, что нефтяные битумы являются самым дешевым и наиболее универсальным материалом для применения в качестве вяжущего при устройстве дорожных покрытий. Использование битумов в дорожном строительстве позволяет дорожному покрытию выдерживать повышенные статические и динамические нагрузки в широком интервале температур при сохранении длительной жизнеспособности и погодоустойчивости.
Нефтяные битумы в процессе получения, хранения, транспортирования подвергаются значительным термическим воздействиям. В процессе приготовления и транспортировки асфальтобетонных смесей, помимо действия повышенных температур (от 170 до 200С), на них оказывают влияние межфазовые поверхностные явления в пограничных слоях контакта вяжущего и минерального наполнителя, а в эксплуатируемом асфальтобетоне - различные климатические воздействия. Все эти факторы оказывают существенное влияние на состав, структуру и свойства нефтяных битумов, а, следовательно, и на долговечность асфальтобетонных покрытий.
Общепринято, что основной причиной измененных свойств битумов является старение, вызванное воздействием высокой температуры и кислорода воздуха, и не принимается во внимание возможность структурных преобразований, происходящих в битуме, как и в любой дисперсной системе, стремящейся к состоянию термодинамического равновесия.
Для оценки термоокислительной стабильности в РФ существует ГОСТ 18180-72 [2], в США и многих других странах ASTM D 1754-97 [3] и ASTM D 2872 [4] (как претензиционный) или их аналоги, только под другими обозначениями. Все эти стандарты основаны на оценке изменения свойств битумов при воздействии на него высоких температур и кислорода воздуха. Однако изменения в свойствах битума происходят и при термо-статиовании в среде инертного газа, и без доступа кислорода и при пониженных температурах [5,6]. Следовательно, изменения вызваны не только действием высоких температур и кислорода , но и процессами, связанными со структурными преобразованиями в битуме.
В процессе приготовления битумно-минеральных смесей, под воздействием энергетического поля минерального наполнителя, происходит адсорбция определенных компонентов битума в зависимости от вида материала и его удельной поверхности. Это приводит в перестройке дисперсной структуры битума, а, следовательно, и к изменению его свойств. Исследования в области определения основных закономерностей изменения структуры и свойств нефтяных битумов под воздействием высоких температур и в контакте с минеральным наполнителем при приготовлении асфальтобетонных-смесей и эксплуатации асфальтобетона являются весьма актуальными. Знание закономерностей изменения структуры и свойств нефтяных битумов при приготовлении битумно-минеральных смесей под воздействием высоких температур позволяет путем модификации различными добавками корректировать их реологическую структуру, подбирать оптимальные составы асфальтобетонных смесей и более уверенно прогнозировать долговечность асфальтобетонных покрытий.
С учетом низкой рентабельности битумного производства в отечественной нефтепереработке усиливается роль хорошо освоенных процессов квалифицированной переработки гудронов (коксование, висбрекинг, гидрокрекинг, газификация, производство остаточных масел), позволяющих повысить эффективность и глубину переработки нефти. В последние годы ситуация с производством» высококачественных дорожных битумов на Северо-Западе РФ обострилась: а) выпускаемые ООО «Лукойл-Ухтанефтепереработка» битумы марки БДУ нестабильны по качеству; б) битумы, производимые из нефтяных остатков промышленной западно -сибирской нефти, поставляются на рынок неритмично. Вышеизложенное вынуждает производителей асфальтобетонных смесей искать новые источники качественных вяжущих материалов.
В частности, одним из направлений решения проблемы повышения эксплуатационных характеристик нефтяных битумов является возможность производства органических вяжущих, близких по свойствам к битумам, полученным из тяжелых нефтей (Ярегской, Венесуэльской) на базе массовых дорожных битумов, производимых российскими нефтеперерабатывающими заводами, их модификация добавками природных асфальтов и асфальтитов. Природные асфальты и асфальтиты содержат повышенное количество смол и асфальтенов. Можно предположить, что использование запасов асфальтита Ижемского месторождения Республики Коми в качестве структурирующей добавки к битумам, не отвечающим требованиям потребителей, позволит получать недорогие высококачественные битумные вяжущие, используемые для верхних слоев дорожных одежд.
Дисперсная система нефтяных битумов. Процессы структурирования компонентов битумов в инертной и окислительной средах
Представления о коллоидном строении битума, были выдвинуты Нелленштейном и, позднее, подтверждены многими исследователями [8, 50, 51]. По утверждению этих авторов, дисперсной фазой являются ас-фальтены, дисперсионной средой - масла и смолы. Стабильность такой системы зависит от межфазных сил, возникающих на поверхности раздела фаз. Макк [52, 53] считал битумы растворами асфальтенов в петроленах и рассматривал отношение вязкости асфальтенов к вязкости петроленов, как функцию концентрации и температуры. Согласно Макку, при 120С и вы ше, асфатьтены находятся в молекулярно - диспергированном состоянии, но при более низких температурах, они образуют ассоциированные комплексы [10]. Сергиенко [8, 17] считает, что битумы можно рассматривать, как концентрированные растворы большого числа твердых веществ в углеводородной среде, причем часть твердого вещества (асфальтенов), находится в виде взвеси. Твердые частицы, находящиеся в виде суспензии, при относительно низкой их концентрации, мало влияют на вязкость системы, при этом можно полагать, что силы межмолекулярного взаимодействия достаточно велики, чтобы они образовывали более крупные и относительно стабильные структурные единицы.
Пфайффер [50], изучая зависимость структурно-механических свойств битумов от количества и химической природы компонентов, предложил разделить битумы по коллоидному состоянию на три структурных типа: золь, золь-гель и гель. Эти типы отличаются определенными реологическими свойствами и соотношением компонентов. Колбановская разработала аналогичную классификацию для битумов, полученных из нефтей СССР [7, 54].
Битумы 1 типа содержат 25% асфальтенов, менее 24% смол и более 50% углеводородов. Структура 1 типа отличается наличием коагуляцион-ной сетки, образованной асфальтенами, путем взаимодействия друг с другом полярными лиофобными участками, через тонкие прослойки дисперсной среды. На внешней лиофильной поверхности асфальтенов, адсорбируется в виде тонкой пленки смолы. Сольватированные асфальтены набухают в ароматических углеводородах. Такие битумы пластичны в широком интервале температур, тиксотропны, обладают заметным пределом текучести и дают пологую вязкостно-температурную кривую. Однако они мало прочны, обладают низкими показателями когезии и растяжимости.
Битумы II типа содержат не более 18% асфальтенов, свыше 36% смол и не более 48% углеводородов. Асфальтены этого типа битумов невзаимодействуют друг с другом и не образуют каркаса. Доминирующую роль играют смолы, которые сильно структурируют дисперсионную среду. Такие битумы имеют узкий интервал пластического состояния, нетиксо-тропны и дают резкие изменения вязкости, с изменением температуры. Они обладают высокими показателями когезии и растяжимости в интервале пластических состояний.
Битумы III типа имеют промежуточный состав и содержат: асфаль-тенов 21-23%, смол 30-34% и углеводородов 45-49%. Количество асфаль-тенов в этой системе таково, что они уже могут взаимодействовать своими лиофобными участками, образуя отдельные агрегаты, но их еще недостаточно для создания сплошного структурного каркаса. Структурированные адсорбционно-сольватные пленки смол, пронизывают всю систему. Взаимодействие двух структур - отдельных агрегатов асфальтенов и высокоструктурированных смол, определяет особенности этого типа структуры. Битумы третьего типа обладают промежуточными свойствами.
Механизм образования первичных элементов дисперсной фазы, пока окончательно не выяснен. Асфальтены являются основным структурообразующим компонентом. Однако, как показали многочисленные исследования [8, 50, 51, 55, 56, 57], надмолекулярные коллоидные частицы битума состоят не только из одних молекул асфальтенов, а представляют собой сложные образования-мицеллы, в состав которых входят все три компонента битума (масла, смолы, асфальтены).
Для обозначения структурного элемента нефтяных дисперсных систем З.И. Сюняевым и его школой [61,62 ] принят термин сложной структурной единицы (ССЕ). ССЕ - это элемент дисперсной структуры нефтяных систем преимущественно сферической формы, способный к самостоятельному существованию при данных неизменных условиях и построенный из компонентов нефтяной системы в соответствии с их значением потенциала межмолекулярного взаимодействия. Исторически первая попыт ка описания ССЕ принадлежит Пфайфферу, который использовал термин «мицелла» вместо ССЕ.
В работе [58] под ССЕ понимается базовая частица коллоидной дисперсности - образование, состоящее из порядка 30-100 молекул и обладающее достаточным избытком энергии для совершения работы образования новых поверхностей раздела фаз.
В теории дисперсных систем в понятие ССЕ вкладывается смысл того «строительного кирпичика», на основе которого строится вся коллоидная система - ее структура и физико-химические свойства. В их составе различают более упорядоченную внутреннюю область (или ядро), которая, в большинстве случаев, образована смолисто-асфальтеновыми ассоциата-ми, и сольватную оболочку, окружающую ядро и образованную из менее склонных к межмолекулярным взаимодействиям соединений. Модель «строительного кирпичика» представлена на рисунке 3.
Элементный анализ битумов и их компонентов
Элементный анализ (C,H,N) проводился на анализаторе Perkin-Elmer-240. Содержание серы определяли микроаналитическим методом Шени, микропримесей в битуме - методом IPS MS.
Основными элементами битумов, определяющими скелеты химических соединений их разнообразных групповых компонентов (масла, смолы, асфальтены), являются углерод и водород.
Метод ЯМР - спектроскопии позволяет наблюдать распределение атомов углерода непосредственно по структурным группам полярных и неполярных компонентов битума. Спектры ЯМР Н образцов в CDCL3 записывали на приборе WM-400 фирмы «Брукер» (400МГц) [ 127 ].
В спектрах ПМР битумов полярных и неполярных компонентов битумов, асфальтенов, а также групповых составляющих ПК и НІЖ наблюдается четыре группы сигналов:- На - водород ароматического кольца;- На - сигналы водорода в насыщенных группах, находящихся в а -положении к ароматическому кольцу;- Н (3 — резонанс атомов водорода в метиленовых и метиновых группах алкильных цепей парафиновых структур и нафтеновых колец и групп, находящихся в более удаленных положениях, чем а - положении к ароматическим кольцам;- Ну — резонанс атомов водорода СНз - групп, находящихся в более далеком, чем аир- положения удалении от ароматического кольца или насыщенных структур.
Область а - от 6,8 до 9,2 м.д., область а - от 2,0 до 3,2 м.д., область (3 - от 1,05 до 2,0м.д., область у - от 0,5 до 1 м.д .
Для парафино-нафтеновых фракций характерно наличие сигналов в области у и р и отсутствие в области сигналов в области а.Из ПМР - спектров определяются нормированные интегральные интенсивности полос поглощения, находящиеся в ароматических, насыщенных в а - положении к ароматическому ядру, и в остальных структурных группах. Углерод в а - положении к ароматическому ядру, в среднем, входит в метиленовые группы, а в остальных структурах третичные и четвертичные углеводородные атомы отсутствуют. ЯМР-спектры С образцов снимали в CDCI3. Использовали спектрометр марки АС-200 фирмы «Брукер» (50МГц,) с протон-углеродным датчиком (5 мм) при 22С. При съемке протонных спектров использовался 30 импульс длительностью 5 мкс, релаксационная задержка между импульсами составляла 15 с, число накоплений - 32.
В типичных спектрах ЯМР С битумов наблюдаются следующие группы сигналов: в области от ПО до 155 м. д. резонирует углерод ароматических колец, в области от 31,9398 до 32,0658 м. д. - атомы углерода ме-тиленовых групп шестичленных нафтенов с одним или двумя алкильными заместителями, либо нафтеновых колец конденсированных с ароматическими (гетероароматическими), а также с нафтеновыми циклами. [127]
Область от 29,4074 до 30,1274 м. д. в изучаемых спектрах относится к резонансу углерода С метиленовых групп шестичленных нафтеновых колец и метиленовых групп длинных алкилов, и удаленных СНз-групп алифатических цепей (не ближе у-положения от заместителя). Сигналы метиленовых групп алифатических цепей проявляются так же в области от 22,689 до 22,816, метальных групп при третичных С-Н- связях гидроароматических циклов.
ИК- спектры снимались в тонких пленках на ИК Фурье спектрометре марки «ФСМ 1201» Обработка ИКспектров осуществлялась при помощи специализированной компьютерной программы «ESPEC». Суть метода состоит в определении интегральной интенсивности полос поглощения СНз-групп ,СН2-групп и двойной связи ароматических колец., максимум которых проявляется в ИК спектрах для:деформационных колебаний - СНз-групп - 1376 см-1;- деформационных колебаний - СН2-групп - 1460,6 см-1;- валентных колебаний двойной связи С=С ароматических колец — 1601,1 см-1.
Исследуемый образец растворяли в четыреххлористом углероде ( до 50% концентрации). Раствор наносили на окно, изготовленное из бромистого калия, и высушивали при температуре 25С в течение 30 минут. На окне из бромистого калия после удаления растворителя образовалась пленка вещества, которая затем исследовалась методом ИК спектроскопии.
В качестве образца для сравнения использовали окно из бромистого калия. В итоге получали спектр пропускания (см. рис. А 3 Приложение А), который затем преобразовали в спектр поглощения (см. рис. А 4 Приложение А). С помощью программы «ESPEC» находили интегральную интенсивность полос поглощения, выраженную в относительных процентах.
Влияние природы минерального наполнителя (фракция 2-3 мм) на свойства дорожных битумов
Как показано нами и ранее опубликованными работами [5,6], нефтяные окисленные битумы являются нестабильной дисперсной системой, и их свойства изменяются как во времени при хранении, так и при контакте с минеральными наполнителями. Брутто процесс окисления гудронов в битумы сводится к трансформации молекул масел, неспособных в условиях окисления создавать твердую дисперсную фазу молекул асфальтенов, но способных к образованию твердых частиц дисперсной фазы путем ассоциации. При окислении масляных компонентов гудрона скорость образования молекул асфальтенов значительно превышает скорость их ассоциации в надмолекулярные образования. Поэтому при принудительно прерванном процессе окисления, гудрона в битум в его продуктах содержитсяопределенное количество неассоциированных молекул асфальтенов, которые стремятся к образованию твердой фазы. Этот процесс самопроизвольно протекает и при более низких температурах, по сравнению с температурами процесса окисления, но с меньшей скоростью, что приводит к изменению структуры битума. Следовательно, битум в процессе хранения даже при температуре окружающей среды, переходит в более упорядоченную жесткую марку, что и отражается в изменение показателей качества.
При контакте битума с минеральным наполнителем, особенно при повышенных температурах, происходит избирательная адсорбция жидких компонентов битума на поверхности минерального материала. Это приводит к уменьшению содержания дисперсионной среды в оставшемся неад-сорбированном битуме и он становится более жестким. Изменение товарных характеристик битума протекает симбатно количеству адсорбированных на минеральном наполнителе его компонентов. Так как определение количества адсорбированного битума трудоемкий и крайне условный процесс, его результат удобнее наблюдать по изменению товарных характеристик битума таких, как Шз и Тр.
Очевидно, что процесс адсорбции лимитируется двумя факторами: величиной и активностью поверхности адсорбента и количеством компонентов в битуме способных к адсорбции на данном материале (сорбенте), С целью выяснения сорбционной способности гранита и габбро-диорита (наиболее распространенных наполнителей в асфальтобетоне) проводились опыты с использованием, смесей указанных наполнителей. Применяли минеральные наполнители гранулометрического состава фракции 2-3 мм (основные свойства этих материалов, приведены в таблице 9) и битума марки БДУС 70/100 (ООО «ПО Киришинефтеоргсинтез»). Этот битум после 6 месяцев хранения в герметически закрытой емкости имел пенетра-цию 41 дмм и температуру размягчения 60С. Массовое соотношение битум : минеральный наполнитель выбиралось равным 1:4 масс. Принятыйизбыток битума должен был обеспечить необходимое количество сорбируемых компонентов. Опыты были проведены по методике «свободно вытекающего битума» [5], результаты приводятся в таблице 10.
Из полученных данных можно заключить, что адсорбционное, а правильнее термоадсорбционное равновесие, наступило к 2 часам термостатирования. В данном случае лимитирующим фактором явилась удельная поверхность данных минеральных наполнителей. Что бы убедиться в достоверности сделанного вывода, гранит после 2 часов термостатирования был перенесен на металлическую сетку, и после полного удаления с него избыточного количества битума при 163С, методом свободного вытекания, был снова помещен в реакционный сосуд и смешан со свежей порцией битума. После повторного двухчасового термостатирования выделенный битум имел те же показатели качества, что и до внесения в реакционный сосуд. Битумы были предварительно «стабилизированы», их исходные характеристики указаны. Из данных, приведенных в таблицах 10 и 11 и на рисунках 10 и 11 видно, что различные битумы достигают термоадсорбционного равновесия к 2 часам термостатирования при 163С.
Результаты, полученные в ходе этого эксперимента по методике «свободно вытекающего битума из БСМ», подтверждаются адсорбционно - молекулярной теорией, рассматривающей адгезию, как результат сил межмолекулярного взаимодействия между молекулами контактирующих материалов - битума и минерального наполнителя. На первом этапе происходит транспортирование молекул битума к поверхности минерального наполнителя. Скорость этого процесса увеличивается с увеличением температуры.
Взаимосвязь структурно-группового состава битумов с их эксплуатационными характеристиками
Были выполнены исследования по определению структурно - группового состава битумов, физико-механические свойства которых приведены в таблице 17:
Деасфальтизацию битумов проводили в аппаратах Сокслета. Выделение полярных компонентов из мальтенов осуществляли с помощью ди-метил- формамида (ДМФА). Групповое разделение полярных и неполярных компонентов проводили на силикагеле [108]. В таблице 18 приведены выходы асфальтенов, мальтенов, ПК и НІЖ, в таблице 19 - групповые составы битумов.
Битум марки БДУ 70/100 заметно отличается по содержанию асфальтенов (22,1%о) и полярных компонентов (25,8%) от битумов марок БДУС и БНД, имеющих близкие количества основных компонентов. Известно, что термостабильность битумов, а следовательно и структурная организацияопределяются степенью ароматичности мальтенов и асфальтенов, содер жанием гетероатомов в смолах и асфальтенах, содержанием би- и поли-циклоароматических соединений в мальтенах [108,109,110 ]. Важны не только общее содержание этих соединений, но и их состав - молекулярные массы, строение полярных компонентов, включающих гетероатомы кислорода, азота, серы, степень ассоциации указанных компонентов, их ароматичность, наличие микропримесей. В работе [109] показано, что если в мальтенах будут преобладать полициклоарены, то плотность упаковки молекул полярных групповых компонентов битумов в ССЕ будет выше, и битумы будут обладать повышенной термостабильностью.
Битум является типичной дисперсной системой - дисперсная фаза (ас-социаты асфальтенов и частично смол) распределены в дисперсионной среде.
Лиофобные дисперсные системы характеризуются слабыми силами взаимодействия между фазой и средой из-за разности их полярностей и являются термодинамически неустойчивыми. Лиофильным дисперсным системам свойственно интенсивное межмолекулярное взаимодействие между фазами, взаимная растворимость веществ, образующих эти фазы, вследствие небольшого различия в их молекулярной природе. Отклонения свойств битумов от свойств идеальных систем связаны с многообразием межмолекулярных взаимодействий, возникающими между многочисленными соединениями, входящими в структурно-групповые соединения битумов. Составляющая диполь - дипольного взаимодействия в битумах убывает в ряду: азотосодержащие ароматические компоненты серосодержащие компоненты гибридные конденсированные ПЦАС БЦАС МЦАС. Наиболее общими и универсальными силами межмолекулярных взаимодействий являются дисперсионные силы, связанные с энергией ионизации молекул и их поляризуемостью.
При межмолекулярном расстоянии (r»d), значительно превышающем диаметр молекулы (d), относительный вклад диполь - дипольной, индукционной и дисперсионной составляющих в энергию межмолекулярногог6 нд.и г6 удисп.. Для слабо-полярных молекул первые две составляющие на несколько порядков меньше, чем, г6 удисп Для молекул с большим диполь-ным моментом составляющая г6 удип.-дип начинает превалировать над дисперсионным членом. При межмолекулярном взаимодействии на расстоянии сравнимом с величиной молекул, истинная энергия взаимодействия не складывается аддитивно и она меньше той, если бы закон у 1/ гб сохранялся вплоть до этих расстояний из-за электростатического отталкивания. Всложных многокомпонентных дисперсных системах, какими являются битумы, невозможно однозначно оценить вклад различных классов органических соединений в общее агрегативно-структурное состояние системы. Однако, нет сомнения в том, что на нее влияет электростатическое взаимодействие между молекулами структурно-групповых компонентов тяжелых нефтяных остатков, водородная связь в образовании различных ассоциа-тов, 7С-7С взаимодействие между ароматическими кольцами асфальтенов, смол, ПЦАС, БЦАС, МЦАС.
Известно, что в битумах асфальтены находятся не в виде молекулярных образований, а в виде ассоциатов, компоненты масел (арены) и смол так же ассоциированы, но взаимодействия между ними слабее, чем у асфальтенов, и они более чувствительны к внешним факторам и к температуре в первую очередь. И для того чтобы в битуме образовалась термодинамически устойчивая ССЕ с минимумом свободной энергии Гиббса необходимо, чтобы компоненты этой системы вступили в межмолекулярное взаимодействие определенным образом. Вследствие ассоциации сложных гибридных структур БЦАС, ПЦАС, смол, асфальтенов. при обычных температурах термодинамически устойчивое равновесие в битумах достигается медленно. В первом приближении (по теории Гильдебранда), сила сцепления между разнородными молекулами определяется силовым полем молекул (8= f ( АН испарения/ V) ,где V - мольный объем вещества). Указанный параметр является плотностью энергии когезии. По величине 5 структурно-групповые компоненты располагаются в ряд: ПНС МЦАС БЦАС ПЦАС ТС СТС асфальтены слабоассоциированные полярные соединения вода.
В асфальтобетоне активные компоненты минерального наполнителя взаимодействуют с вышеперечисленными структурно - групповыми компонентами вяжущего, что проявляется количественно в величине силы сцепления (адгезии).
Основные различия в групповом составе битумов, полученных из различных исходных нефтей (таблица 19) проявились в соотношении «МЦАС/БЦАС (ПЦАС)» как в полярных, так и в неполярных соединениях, в содержании смол и в ПК и НПК. Более высокая величина соотношения «МЦАС/БЦАС (ПЦАС)» и низкое содержание смол при невысоком содержании асфальтенов характерны для БДУС 70/100, и как следствие более низкие: когезионная прочность материала, адгезионная способность, скорость образования ассоциатов различных компонентов. Что и подтверждается фактором твердения равным 2,2, в сравнении с 2,5 у БДУ 70/100 и с 3,1 у