Содержание к диссертации
Введение
1 Направления и перспективы развития модифицирования дорожных битумов 9
1.1 Химический состав битумов 9
1.2 Получение нефтяных битумов 13
1.3 Нефтяные битумы как дисперсные системы 14
1.4 Модифицирование дорожных битумов 19
2 Объекты и методы исследований 44
2.1 Выбор модифицирующих добавок, минерального наполнителя и сырья 44
2.2 Методы получения и исследования физико-химических и эксплуатационных свойств модифицированных битумов 51
2.3 Методы исследования адгезионных свойств 60
2.4 Методы получения и исследования свойств асфальтобетонов на основе модифицированных битумов 72
2.5 Метод определения состава паров над поверхностью битума в процессе компаундирования 75
3 Исследование влияния модифицирующих добавок на физико-химические и эксплуатационные свойства битумов 77
3.1 Влияние элементарной серы на основные свойства битумных вяжущих 78
3.2 Влияние поливинилбутираля и триэтаноламина на основные свойства битумных вяжущих 81
3.3 Влияние поливинилбутираля и триэтаноламина на основные свойства серобитумных вяжущих 83
3.4 Влияние гликолей на основные свойства битумных вяжущих 87
3.5 Влияние аминов на основные свойства битумных вяжущих 91
3.6 Влияние комбинированных добавок, состоящих из резины и
смолы пиролиза на основные свойства битумных вяжущих 94
3.7 Влияние мазута Ml00 и пластификатора диоктилфталата на основные свойства битумных вяжущих 97
3.8 Классификация используемых добавок 99
4 Технология производства асфальтобетона на основе модифицированных битумов и ее технико-экономическое обоснование 102
4.1 Технология получения асфальтобетонов на основе модифицированных битумов 102
4.2 Технико-экономическое обоснование использования модифицированных дорожных битумов в качестве вяжущего при получении асфальтобетона 108
Общие выводы 120
Библиографический список 121
Приложения 136
- Нефтяные битумы как дисперсные системы
- Методы получения и исследования свойств асфальтобетонов на основе модифицированных битумов
- Влияние поливинилбутираля и триэтаноламина на основные свойства серобитумных вяжущих
- Технико-экономическое обоснование использования модифицированных дорожных битумов в качестве вяжущего при получении асфальтобетона
Введение к работе
-3-
Актуальность проблемы. Дорожное строительство является неотъемлемой
частью экономического развития страны, и улучшение качества дорожных магист
ралей является актуальной проблемой. '
В настоящее время при создании асфальтобетонных покрытий используют в качестве связующего различные сорта битума. В России для дорожного строительства традиционно используют окисленные битумы марок БНД (битум нефтяной дорожный), выпускаемые по ГОСТ 22245-90. Анализ результатов испытаний, проведенных «Центром лабораторного контроля, диагностики и сертификации» федеральной дорожной службы России, показывает, что 68 % дорожных битумов марок БНД, применяемых для асфальтобетонных смесей, не удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90 хотя бы по одному из физико-механических показателей (таких как температура размягчения, температура хрупкости, адгезионные свойства). Такие битумы не позволяют получить дорожные покрытия с нужным комплексом свойств, особенно в эксплуатации при высоких или при пониженных температурах. Это и является одной из причин нестойкости асфальтобетонных покрытий. В связи с этим основным направлением повышения качества и долговечности дорожных покрытий является модификация битума за счет введения в него различного рода добавок.
Цель и задачи работы. Целью работы являлось улучшение свойств (в частности низкотемпературные и адгезионные) нефтяных окисленных дорожных битумов модифицированием добавками.
В соответствии с этим были определены следующие задачи исследований:
Выбор модифицирующих добавок и его обоснование, а также выбор минерального материала на основе местных ресурсов.
Исследование влияния температуры и продолжительности компаундирования на качество полученных модифицированных битумов.
Исследование влияния добавок (серы, модифицированной серы, моноэта-ноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ), поливинилбутираля (ПВБ), комбинированных до-
-4-бавок, содержащих резину и смолу пиролиза (Р + СП) в различных соотношениях)
на качество битумов и асфальтобетонов, полученных на их основе.
4. Технико-экономического обоснования применения модифицированных битумов в качестве вяжущего при получении асфальтобетонов.
Научная новизна работы. Впервые установлена аналитическая взаимосвязь адгезионных и диэлектрических свойств модифицированных битумов.
Впервые для модифицирования предложены тетрафталаткобальта (ТФК) -химического связывания серы и уменьшения образования кислых газов в процессе компаундирования; ПВБ - для улучшения адгезионных свойств битумов и сероби-тумов; мазутом Ml00 и пластификатор диоктилфталат (ДОФ) - для предварительной обработки минерального материала, с целью повышения адгезии битумов.
Найден диапазон значений адгезии, определенной количественным методом, соответствующий ГОСТ 11508-74.
Практическая ценность работы. Предложена возможность использования ускоренного метода определения адгезионных свойств битумов на основе диэлектрической проницаемости. Метод внедрен в учебный процесс.
По значениям диэлектрической проницаемости модифицирующих добавок установлена возможность их выбора для повышения адгезионных свойств дорожных битумов.
Предложены эффективные добавки и их наилучшие концентрации к битумам, позволяющие уменьшить расход битума в асфальтобетоне и улучшить его показатели качества.
Проведены промышленные испытания на ООО «Битум» по выпуску опытной партии модифицированного нефтяного дорожного битума (459,5 тонн) по технологии, заключающейся в компаундировании окисленного нефтяного битума марки БНД 90/130 с ТЭГ в количестве 2 % масс, полученный модифицированный битум обладал улучшенными низкотемпературными, адгезионными свойствами и дук-тильностью. В итоге гарантированный экономический эффект от внедрения составил 38741,12 руб.
Показана экономическая целесообразность применения серобитумных вяжу-
щих при получении асфальтобетонных смесей улучшенного качества с целью
уменьшения расхода битума. Результаты исследований приняты к внедрению на заводе строительных материалов и конструкций ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».
Апробация работы. Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы были доложены на научных конференциях, в том числе научно-практической конференции «Нефтепереработка и нефтехимия» (Уфа, 2003) и «Экологические технологии в нефтепереработке и нефтехимии» (Уфа, 2003); Международном семинаре-совещании «Инновационная технология развития нефтяной и газовой промышленности» (Атьгоау, 2003); Ш Международном симпозиуме «Нефтяные дисперсные системы» (Москва, 2004); III Всероссийской научно-практической конференции «Нефтегазовые и химические технологии» (Самара, 2005); II Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения» (Самара, 2004); Международной конференции «Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых» (Санкт-Петербург, 2006).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных трудов, в том числе 6 статей, тезисы 7 докладов, 1 учебно-методическое пособие для выполнения учебно-исследовательской работы студентов.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, библиографического списка из 160 наименований публикаций. Работа изложена на 136 страницах, содержит 27 рисунков и 56 таблиц, 3 приложения.
Нефтяные битумы как дисперсные системы
Наиболее склонны к формированию ассоциатов асфальтены и смолы. На их склонность к ассоциированию оказывает существенное влияние содержание в них ароматизированных фрагментов. Наименее ароматизированные смолы преимущественно находятся в диспергированном состоянии в дисперсионной среде, а более ароматизированные, концентрируются в сольватном слое структурных единиц с ядром, состоящим из ассоциатов асфальтенов. При избыточном содержании асфальтенов и малой растворяющей способности дисперсионной среды, они составляют дисперсную фазу, а при низком содержании асфальтенов битумы приближаются к истинным растворам (содержание асфальтенов 0,006-0,6%) [151].
Как уже было установлено, структурные звенья смол и асфальтенов нефтяных остатков состоят из малореакционных конденсированных ароматических ядер и более реакционных цепей алифатического строения. Наряду с конденсированными ароматическими кольцами в ядре могут находиться и нафтеновыеструктуры. Однако из современных эффективных способов исследования высокомолекулярных соединений нефти является ЭПР, которым установлено [146, 147, 149], что асфальтени являются концентратами парамагнитных молекул -стабильных свободных радикалов и комплексов парамагнитных металлов. Вследствие большой энергии взаимодействия друг с другом и с диамагнитными молекулами парамагнетики битумов объединяются в ассоциаты.
Изучение природы сил межмолекулярных сил, способствующих ассоциированию асфальтенов, является предметом многочисленных исследований. Стабилизация надмолекулярной структуры асфальтенов объясняется следующими взаимодействиями: 1) дисперсионное, которое выражается в виде обмена электронами между однотипными неполярными фрагментами и действует на очень близких расстояниях (0,3-0,4 нм); 2) ориентационное, которое проявляется в виде переноса зарядов между фрагментами, содержащими диполи или гетероатомы, относится к близкодействующим силам; 3) я-взаимодействие ареновых фрагментов, формирующих блочную структуру; 4) радикальное взаимодействие между не спаренными электронами парамагнитных молекул; 5) взаимодействие за счет водородных связей между гетероатомами и водородом соседних атомов составляющих молекулу; 6) взаимодействие функциональных групп, связанных водородными связями. Ввиду наличия значительных межмолекулярных взаимодействий асфаль-тены проявляют свойства высокоэластичности. Деформация их зависит от температуры, и в процессе нагрева обнаруживаются заметные фазовые переходы. В целом ССЕ нефтяных остатков находятся в динамическом равновесии со средой и изменение размеров ядер и толщины сольватной оболочки протекают по одинаковым законам. Нефтяные остатки относятся к свободнодисперсным сие -18 темам, частицы которых могут независимо друг от друга перемещаться в дисперсионной среде под влиянием теплового движения или гравитационных сил. С изменением температуры в таких системах изменяется энергия межмолекулярных взаимодействий между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Это приводит к изменению размеров частиц дисперсной фазы, которое может быть полиэкстримально. При определенных высоких температурах в нефтяном остатке происходит накопление ассоциатов различных размеров, способных к взаимодействию и формированию более сложных структурных единиц, склонных к фазовым превращениям. Фазовые превращения приводят к агрегативной неустойчивости сырья, которое проявляется в виде осадкообразования, выпадения коксовых частиц. Однако существует такое состояние системы, когда количество ассоциатов и ССЕ минимально, размеры их незначительно отличаются от размеров молекул и частиц основной массы дисперсионной среды, т.е. система находится в состоянии, характерном для истинных молекулярных растворов. Применяя терминологию физико-химической механики, система находится в активном состоянии. Чтобы реализовать активное состояние и извлечь из него максимальную выгоду для процесса должны быть изучены дисперсный состав сырья, выявлены особенности структурных изменений сырья в процессе и другие особенности [19].
Исследования структурно-механических свойств граничных слоев в нефтяных системах проводились рядом авторов. Установлено, что толщина поверхностного слоя в битумах может меняться от 10 до 5 мкм при увеличении их прочности. Характеристики поверхностного слоя в битумах зависят от полярности образующих его компонентов. При изучении адсорбции пленок битума на минеральных подложках установлено повышение концентрации асфальте-нов в адсорбционном слое, что приводит не только к изменению его свойств, но и свойств поверхностных слоев, прилегающих к адсорбционному [12].
Высокая степень дисперсности асфальтенов в НДС могут создавать избыток поверхностной энергии, вследствие чего такие системы термодинамически не устойчивы и стремятся к расслоению на две фазы, характеризуются колло -19 идной неустойчивостью, склонностью к коагуляции, расслаиванию, образованию осадков. Эти характеристики необходимо знать при подборе сырья для технологических процессов получения нефтяных битумов и приготовлении товарных продуктов при компаундировании.
Выпадение CAB в осадок значительно осложняет применение, перекачку и хранение битумов. При обычных условиях расслоение битума как НДС происходит медленно вследствие значительной его вязкости. При нагревании вязкость и плотность снижаются и, несмотря на улучшении растворимости ас-фальтенов с повышением температуры, создаются благоприятные условия для агрегатирования асфальтенов в более или менее крупные ассоциаты и их выпадения вместе с карбенами и карбоидами (если они присутствуют) в битуме. Значительное влияние на коллоидную устойчивость битума оказывает химической состав дисперсной среды. В частности парафинонафтеновые углеводороды, имеющие низкую вязкость и плотность, не обладают способностью диспергировать асфальтены и способствуют их интенсивной коагуляции. Т.е. коллоидная устойчивость битума оценивает его дисперсные, физико-химические и эксплуатационные свойства в процессе эксплуатации. Одним из методов регулирования коллоидной устойчивости битумов является использование модифицирующих добавок.
Методы получения и исследования свойств асфальтобетонов на основе модифицированных битумов
В результате, существенно уменьшается температурный коэффициент прочности асфальтобетона, т.е. увеличивается температура размягчения дорожного покрытия. Например [132], введение 2 % масс активного резинового порошка в обладающий хорошими свойствами венгерский асфальт марки AB-12/F-G приводит к увеличению его температуры размягчения в два раза, при этом возрастают морозостойкость и упругость асфальтобетона. Как показали проведенные в Венгрии исследования, такая технология введения активного резинового порошка не сопровождается деструкцией макромолекул, что обеспечивает вполне удовлетворительные эластические свойства дорожного покрытия.
Таким образом, использование указанного порошка может привести к разрешению одной из самых главных проблем разработки и строительства асфальтобетонных магистралей с повышенным сроком эксплуатации.
В 2002 года была проведена Научно-практическая конференция «Проблемы повышения качества нефтяных дорожных битумов с целью увеличения срока службы дорожных покрытий». Целью данной конференции являлось определение перспективных направлений научных разработок по улучшению свойств асфальтобетонов и принятие практических мер по скорейшему решению в России проблемы строительства современных автострад с длительными сроками эксплуатации, соответствующими современному мировому уровню. Было решено, что наиболее перспективным направлением модификации дорожных битумов и улучшения технико-экономических показателей является использование ПБВ (резинобитумных) на основе активного порошка шинной резины [155].
Применение разработанной фирмой НПФ «Инфотех» энерго- и ресурсосберегающей технологии химического совмещения битумов с мелко дисперсной резиновой крошкой позволяет заметно улучшить характеристики отечественных низкокачественных битумов, получаемых в основном по технологии окисления гудрона кислородом воздуха.
В работе [36] показана универсальная технология химического модифицирования нефтяных битумов мелкодисперсной резиновой крошкой с получением битумнорезиновых экологически чистых композиционных материалов на ее основе, сокращенно - технология и материалы БИТРЭК. Причем основное внимание было уделено улучшению свойств отечественных низкокачественных окисленных битумов. Было установлено, что асфальтобетон на вяжущем БИТРЭК позволяет увеличить межремонтные сроки службы асфальтобетонных покрытий в 2 - 3 раза, что дает значительную экономию физических и материальных затрат на стадии эксплуатации.
Вяжущие БИТРЭК в отличие от обычных дорожных битумов имеют достаточно высокую степень эластичности при низкой температуре. Этот показатель влияет на устойчивость композиционных материалов к разрушению под действием циклической нагрузки. Асфальтобетоны на основе БИТРЭК обладают, по крайней мере, в 2 - 3 раза большей циклостойкостью, чем обычные.
Технология БИТРЭК помимо улучшения физико-механических свойств битумов, улучшает адгезионные свойства вяжущего материала и его устойчи -38 вость к старению под действием агрессивных факторов окружающей среды.
Сущность модификации по технологии БИТРЭК и технологии разработанной совместно специалистами ГП «РосдорНИИ» и НПФ «Инфотех» БМРК [137], заключается в том, что в нестабильную молекулярно-коллоидную структуру окисленных битумов вводятся частицы резины, которые абсорбируют часть мальтеновой фракции и соединяются между собой в объемную молекулярную сетку с помощью химических связей, образованных каучуковыми фрагментами резины, а также имеющимися и дополнительно созданными активными центрами высокомолекулярных компонентов битума. Процесс основан на создании условий прохождения в битуме и на поверхности частиц резиновой крошки процессов ступенчатой радикальной полимеризации под действием комплекса химических агентов, обеспечивающих режим «живых» цепей.
Введенные в структуру материала на второй стадии технологического процесса избыточные активные молекулярные группы создают поле дополнительных ассоциативных сил, действующих при снижении температуры и обеспечивающих повышенную адгезию и стабильность всей гетерогенной системы. Введение резиновой крошки, ее минимальная поверхностная деструкция и частичная полимеризация в битуме по предложенным технологиям также заметно меняет ход зависимости вязкости материала от температуры в пределах интервала пластичности. Повышается температура размягчения и понижается температура хрупкости, расширяется интервал пластичного состояния.
Так же данная технология позволяет модифицировать и улучшать низкокачественные, так называемые «выжатые», окисленные дорожные битумы с помощью дешевых эластомерных модификаторов, в основном резиной из отходов производства и амортизированных шин. Получать резинобитумные материалы БИТРЭК, в которых резина не разлагается и не растворяется, а связывается с компонентами битума прочными, но достаточно подвижными химическими связями и проявляет свои высокие эксплуатационные качества уже в составе нового композиционного материала. Благодаря такой структуре, имеющиеся как в битуме, так и в резине опасные и токсичные соединения как бы за -39 ключены в полимерную клетку и химически связаны, поэтому их выделение затруднено.
Высокие адгезионные свойства вяжущих обеспечиваются введением в их состав в процессе изготовления большого количества дополнительных активных химических групп, которые, с одной стороны, увеличивая полярность ас-фальтенов (стабилизируют гетерогенную структуру вяжущего), с другой стороны, резко повышают адгезионные свойства материала. Причем большая часть адгезионноактивных групп химически связывается с каучуковыми цепями резины, специально подготовленными для этой операции на начальном этапе, то есть адгезионные свойства присущи самому материалу БИТРЭК [134,139].
Как утверждают авторы работы [89] помимо улучшения свойств битумов, резина, по сравнению с каучуками и полимерами (типа СБС и т.п.), намного более устойчива к окислительному воздействию кислорода воздуха. Она отличается высокой устойчивостью к воде и солевым растворам. Ее объединение с битумом, особенно по технологии БМРК, способствует повышению долговечности вяжущих и мастик, устойчивости к старению под действием факторов окружающей среды, ультрафиолетового излучения, значительному снижению во-допоглощения. Введение мелкодисперсных резиновых частиц и их химическая сшивка с компонентами битумов, высокие адгезионные свойства повышают водоустойчивость битумных мастик, вяжущих и продуктов на их основе [123].
Таким образом, резиной возможно регулирование свойств дорожного вяжущего с незначительными эксплуатационными затратами.
Влияние поливинилбутираля и триэтаноламина на основные свойства серобитумных вяжущих
Увеличить адгезионную способность системы минеральный материал-битум возможно либо повышением качества битума, либо активизацией заполнителя и наполнителя. Для активирования минеральных порошков авторами [28] исследовано 15 различных гидрофобизаторов (анионоактивных ПАВ на основе карбоновых кислот и их солей), но данные модификаторы минеральных материалов являются достаточно дорогими.
Введение резиновой крошки в битум позволяет получать вяжущее, обеспечивающее существенное улучшение деформативности и трещиностойкости асфальтобетонов. Однако, как отмечают авторы многих работ [124, 121, 123], несмотря на очевидные преимущества перед другими модификаторами, использование шинной резины в дорожном строительстве до последнего времени сдерживается в основном технологическими трудностями совмещения резины с битумом.
В соответствии с этим были определены следующие задачи исследований: 1 Выбор и обоснование выбора модифицирующих добавок битума и минерального материала на основе местных ресурсов. 2 Найти хороший и дешевый растворитель для резиновой крошки и подобрать оптимальное соотношение резина: растворитель. 3 Исследование влияния условий проведения процесса модифицирования битума на качество полученных битумов. 4 Исследование влияния добавок (серы, модифицированной серы, некоторых аминов и гликолей, ПВБ, Р + СП в различных соотношениях) на качество битумов и асфальтобетонов, полученных на их основе. 5 Технико-экономического обоснования применения модифицированных битумов в качестве вяжущего при получении асфальтобетонов. Выбор добавок был основан на их возможности распределяться в дисперсионной среде вяжущего и при определенных концентрациях создавать новую самостоятельную пространственную дисперсную структуру или распределяться в свободной дисперсионной среде. То есть добавка может привести к снижению прочности (структурирующий эффект) или к межструктурной пластификации (пластифицирующий эффект). Добавки также оказывают большое влияние на поверхностное натяжение битумов, изменяя характер связи, тем самым прочность связи между ними и минеральным материалом. Добавки, имеющие полярные группы в своих молекулах, позволяют улучшить условия смачивания поверхности минеральных материалов битумом, образуя адсорбционный слой, а также мономолекулярный хемосорбционный слой, способствующий образованию прочной связи битумоминеральный материал. Для улучшения адгезии и водостойкости в битум добавляют кубовые остатки синтетических жирных кислот, натронную известь, синтетический изо-преновый каучук, атактический полипропилен [18], пентамеры пропилена [98], кубовые остатки кислот хлопкового соапстока [9], элементарную серу, керамзит [128, 84]. Для улучшения адгезионных свойств в составе битума используются каменноугольная смола, кубовые остатки 2-нафтола [73], омыленный пек, сульфированное растительное масло, обработанное хлорным железом, гидролизный лигнин [22], резиновую крошку [111], антрацитовую муку и синтетическое волокно, алифатические амины Ci7 — Cig [157] и ряд других. За рубежом в качестве адгезионных добавок широко применяют амино-производные типа алкилдиаминов, алкиламинодиаминов, полиэтиленполиами-нов и т.п. На практике широко применяются добавки Duomen (США), F-4 (Германия), Dinoram, Poliram (Франция), Berol (Швеция), EC-06 (Голландия) и др. Эти присадки вводятся в битум в количестве 0,05 - 0,5 %. В России адгезионные добавки не находят широкого применения и вводятся лишь в 10 % от общего количества дорожных битумов, в то время как во Франции их вводят в более чем в 80 % вырабатываемых дорожных битумов. В первую очередь это связано с высокой стоимостью, нестабильностью свойств во времени предлагаемых адгезионных добавок, ограниченностью их применения в широком температурном интервале и экологическая неприемлемость ввиду их вредного воздействия на организм. Нашей задачей является нахождение Также местные ресурсы не позволяют В связи с этим в работе основными критериями выбора добавок явились: а) возможность улучшения таких свойств дорожного битума как интервал пластичности битумов и рабочий интервал температур; адгезионные свойства к минеральным материалам; устойчивость к старению; б) хорошая совместимость с битумом, обеспечивающая коллоидную и механическую прочность вяжущего; в) технологичность процесса модифицирования битумов добавками; г) минимальные изменения свойства добавки при воздействии различных факторов (температура, время и др.); д) дешевизна, доступность и достаточные ресурсы добавки в нашем ре гионе; е) обеспечение экологической безопасности получения и применения мо дифицированных битумов.
Технико-экономическое обоснование использования модифицированных дорожных битумов в качестве вяжущего при получении асфальтобетона
Основными задачами исследований на данном этапе являлись изучение влияния добавок на физико-химические и эксплуатационные свойства полученных модифицированных битумов, а также определение наилучшей концентрации добавки в битуме. Некоторые битумы, выбранные для исследований, не соответствуют требованиям ГОСТ 22245-90 по основным показателям качества, таким как температуры размягчения, хрупкости, адгезионные свойства.
Технические требования к некоторым дорожным битумам марок БНД, вырабатываемым в России по различным технологиям из различных нефтей, представлены в табл. 19 [120].
Регулирование свойств битумов может быть осуществлено в соответствии с основными положениями физико-химической механики направленным регулированием их пространственной дисперсии структуры путём изменения их частиц дисперсной фазы. Модифицирующие добавки способны изменять размеры частиц дисперсной фазы. Видимо, используя выбранные добавки можно значительно улучшить физико-химические и эксплуатационные свойства битума, как за счет изменения дисперсных свойств, так и группового химического состава вяжущего.
Полученные серобитумные вяжущие и битумы, модифицированные серой с ТФК были проанализированы по комплексу основных показателей качества, результаты которых представлены в табл. 20. Для определения влияния количества ТФК в сере на свойства полученных вяжущих были проведены исследования с применением 1 и 2 % масс. ТФК на битум [154].
Результаты табл. 20 показывают, что различие в значениях между основными показателями качества серобитумов с 1 и 2 % масс ТФК незначительны, повышается пенетрация при 0 С, несколько снижается температура хрупкости, следовательно, можно сделать вывод о нецелесообразности повышения количества ТФК в сере. Однако сера, при использовании ТФК, работает в битуме как пластифицирующая добавка, образуя самостоятельную дисперсную фазу, практически не вступая в химические взаимодействия с компонентами битума. Использование ТФК заметно повысило рН газов над поверхностью серобитумного вяжущего, не повлияло на рост температуры размягчения и улучшило пластичные свойства битума.
Пенетрация с увеличением концентрации серы носит экстремальный характер в диапазоне концентраций 20 - 25 % масс. В области увеличения значений пенетрации сера проявляет пластифицирующие свойства, снижение значений пенетрации свидетельствует о способности серы структурировать систему. При увеличении содержания серы в битуме улучшаются низкотемпературные свойства. Образцы с содержание серы 30 % масс не соответствуют ГОСТ 22245-90. Низкотемпературные свойства серобитумов улучшаются, но при содержании серы в количестве 30 % масс на битум температура хрупкости не соответствует ГОСТ 22245-90.
Образцы серобитумов и модифицированных серобитумов были исследованы на старение дисперсной системы под воздействием высоких температур, результаты анализов представлены в табл. 21. Изменение температуры размягчения и потеря массы после прогрева косвенно характеризуют битумы в процессе эксплуатации, способность их терять свои первоначальные свойства.
Результаты исследований показывают, что потеря массы битума незначительна, а температура размягчения после прогрева значительно растёт в случае применения элементарной серы. Это связано, видимо, с влиянием процессов, которые происходят в битуме при воздействии температуры (165 С -температура стандартного метода), т.е. сера начинает вступать в химические реакции с компонентами битума, и происходит значительное увеличение его температуры размягчения.
При использовании ТФК изменение температуры размягчения имеет минимальное значение, т.е. ТФК способствует стабилизации дисперсной структуры серобитумного вяжущего. Так как температура дорожного полотна в летнее время может нагреться до температуры 80 - 90 С, то это исключит значительные изменения в физико-химических и эксплуатационных свойствах серобитумного вяжущего.
Анализ табл. 20, 21 показывает, что образцы с 10 % масс серы на битум и с 15 и 25 % масс серы модифицированной 1 % масс ТФК соответствуют требованием ГОСТ 22245-90 на дорожные битумы марки БНД 90/130 по температуре размягчения и пенетрации, поэтому их целесообразно исследовать по комплексу основных эксплуатационных свойств.
Было исследовано влияние ТФК на диэлектрическую проницаемость и адгезию серобитумов (табл. 22).
Результаты количественной адгезии серобитумов рассчитанной по значениям диэлектрической проницаемости, применяя полученное нами уравнение (см. рис. 19) и качественной - определенной по графику на рис. 4, представлены в табл. 22.
