УДК 665.45.455

КОМПОЗИЦИОННАЯ СМЕСЬ ПОЛИБУТАДИЕНОВОГО КАУЧУКА С ТОВАРНЫМ БИТУМОМ

Аяпбергенов Ерболат Озарбаевич1, Зейналова К.2
1АО "КазНИПИмунайгаз", Магистр техники и технологии
2АО "КазНИПИмунайгаз"

Аннотация
Рассматривается влияние полимерных добавок на основе каучука на эксплуатационные свойства дорожного битума. Представлены сравнительные характеристики модифицированного битума, полученные с использованием различных модификаторов.

Ключевые слова: гудрон, модифицирование битума, Нефтяной битум, нефтяной остаток


СOMPOSITE MIXTURE OF POLYBUTADIENE RUBBER WITH ASPHALT TRADEMARK

Ayapbergenov Erbolat Ozarbaevich1, Zeynalova K.2
1AO "KazNIPImunaygaz", master of technics and technology
2AO "KazNIPImunaygaz"

Abstract
Influence of polymeric additives on the basis of rubber on operational properties of road bitumen's is considered. Comparative characteristics of the modified bitumen's received with use of various modifiers are presented.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Аяпбергенов Е.О., Зейналова К. Композиционная смесь полибутадиенового каучука с товарным битумом // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/10/17656 (дата обращения: 29.09.2017).

Для получения нефтяных битумов улучшенного качества, с требуемыми эксплуатационными свойствами необходимо применение и подбор оптимального качества сырья или модифицирование свойств окисленных битумов различными добавками.

В настоящее время в производстве нефтяных битумов уделяется внимание получению модифицированных битумных материалов [1]. Главной целью модифицирования является получение битумов или материалов на их основе, которые позволили бы: расширить интервал пластичности битумов; усилить адгезию к металлическим и минеральным материалам; увеличить устойчивость к старению; обеспечить коллоидную и механическую прочность; расширить рабочий интервал температур; обеспечить экологическую безопасность получения и применения модифицированных битумов и др.

Необходимо отметить, что в пользу модифицирования говорит хорошая совместимость битумов с различными органическими веществами и полимерами, которые способны придать битуму специфические улучшенные свойства. В результате приготовления модифицированных битумных материалов образуется устойчивая (стабильная) коллоидная система, способная обеспечить выполнение ряда требований, предъявляемых к материалам для конкретного применения.

Регулировать свойства битумов возможно, изменяя дисперсную структуру битума добавками. В результате подбора наилучшего соотношения битум-добавка можно достичь по необходимости улучшения одного или нескольких свойств готового битумного материала. Основные критерии подбора добавки- это хорошая совместимость ее с битумом, высокая температура кипения или приемлемая температура плавления, доступность, дешевизна, нетоксичность, технологичность, возможность улучшать физико-химические и эксплуатационные свойства битума.

При анализе литературы выявлено много способов улучшения свойств и структуры дорожных битумов, из которых можно выделить: введение наполнителей, таких как сера, резиновой крошки; добавок – поверхностно-активных веществ (ПАВ), полимеров различного строения (эластомеры, термопласты, реактопласты, термоэластопласты).

Среди полимерных модификаторов битумов наиболее широко рекомендованы к применению различные марки каучуков, в частности, бутадиен-стирольный, а также другие классы и разновидности пластичных и эластичных синтетических полимеров [2]. Естественно, что использование марочных синтетических полимеров даже в небольших количествах при многотоннажных объемах производства, выражающихся в тысячах тонн в год, приводит к весьма серьезному удорожанию стоимости, как полимер-битумной композиции, так и всего строительства. Поэтому удешевление стоимости полимера представляет интерес.

Модификация битумных материалов каучуками заключается в следующем: повышается температура размягчения, уменьшается зависимость пенетрации от температуры, снижается температура хрупкости, возникает способность к эластическим обратимым деформациям, повышается жесткость и прочность битумной смеси, значительно улучшаются низкотемпературные характеристики [1, 2].

При производстве вязкого дорожного битума из гудрона парафинистых нефтей не удается получить битум марки БДН 60/90 улучшенного качества-некоторые показатели качеств товарного битума, как температура хрупкости, пенетрация при 0°С, растяжимость отстают от требований стандарта.

Причиной этого является изменение состава смеси нефтей, поступающей на НПЗ, особенно использование гудрона парафинистых нефтей, непригодных для производства дорожного битума.

В данной статье предоставлены композиционная смесь полимерного материала с низкокачественным парафинистым гудроном с последующим окислением. В качестве полимера использован полибутадиеновый каучук с молекулярной массой 6000. С этой целью в исходный гудрон добавляли от 3 до 6% полибутадиенового каучука и смесь подвергали окислению.

В результате окисления получали композиционную смесь гудрона с полибутадиеновым каучуком – битум, с улучшенными качествами [3].

В таблице 1 приведены показатели качества композиционного окисленного гудрона.

Таблица 1. Качества композиционно-окисленного битума

Сырье окисления

Содержание полибутадиенового каучука в сырье окисления, % масс.

Время окисления в часах

Пенетрация, 0,1 мм при

Температура, °C

Растяжимость при 25°C

25°C

0°C

размягчения

хрупкости

Гудрон

5 ч 35 м

68

25

51

-7

69

8 ч 30 м

55

10

61

+1

45

I cмесь

3

4 ч

87

30

51

-15

65

4 ч 30 м

60

22

61

-12

46

II cмесь

6

4 ч 10 м

90

32

51

-15

76

4 ч 25 м

52

26

60

-13

56

Как видно из данных в таблицы 1, показатели качества битумов: растяжимость, температура хрупкости, пенетрация улучшаются. Одновременно в 1,5 – 2 раза увеличивается скорость реакции окисления, что положительно влияет на производительность установки.

Установлено, что окислением смеси гудрона парафинистой нефти с полибутадиеновым каучуком получаются дорожные битумы с улучшенными качествами.

В таблице 2 приведены характеристики модифицированных битумов, полученных с использование различных модификаторов и апробированных на практике.

Таблица 2. Сравнительные характеристики модифицированных битумов, полученные с использованием различных модификаторов

Тип

модификатора

ДСТ

СКД, СКС,

СКИ

НПС

СКДПН

СКН

Резиновый порошок

Битум БН 60/90

Показатели свойств: глубина проникновения иглы, 0,1 мм

при 25°C

при 0°C

от 60 до 90

32

89

27

69

25

92

28

70

45

89

29

61 – 90

не менее 2

Температура, °C

размягчения

хрупкости

54

от -20 до -25

52,5

-22

51

-23

52

-25

60

-29

53

-22

не ниже 45

не ниже-45

Изменение температуры размягчения после прогрева при 160 oC, 5 ч

не более 5

2

1

5

5

4

не более 5

Растяжимость, см

при 25°C

при 0°C

не менее 25

11

78

8

88

8,5

47

15

43

10

47

12

не менее 50

не менее 3

Интервал пластичности

74 – 79

74,5

74

77

89

75

не менее 60

Сравнительная стоимость вяжущего, %

280

117

120

70

180

150

100

Примечания: ДСТ – дивинилстирольный термоэластопласт; НПС – нефтеполимерная смола; СКД – синтетический каучук дивиниловый; СКС – синтетический каучук дивинилстирольный; СКИ – синтетический каучук изопреновый; СКДПН – синтетический каучук дивинилпипериленовый; СКН – синтетический каучук нитрильный.

Как видно из таблицы 2, характеристики приведенных модифицированных битумов в большинстве своем превосходят требования ГОСТ. Исключение составляют лишь показатели растяжимости при 25°C для пяти из семи видов модифицированных битумов. Битум, модифицированный добавкой ДСТ, отличается более высокими значениями глубины проникания иглы при 0°C и растяжимости при 0°C.

Из приведенных в таблицы 2 модификаторов широкое практическое применение уже сегодня получили ДСТ, растворы в сланцевом масле синтетических каучуков СКД, СКС или СКИ, а также НПС. В отличие от ДСТ указанные выше модификаторы придают вяжущему высокое адгезионные свойства по отношению к каменным материалам кислых пород, что является особенно важным при устройстве поверхностных обработок. Они отличаются также простотой объединения с битумом. Отпускная цена битума, модифицированного этими добавками, в 2 – 3 раза ниже, чем с применением ДСТ.

С учетом данных таблицы 2 и отмеченного выше можно рекомендовать использовать: ДСТ-в асфальтобетонных смесях для верхних слоев покрытий дорог I – III категорий в районах I и II дорожно-климатических зон; СКД, СКС или СКИ, а также НПС – в асфальтобетонных смесях для верхних слоев покрытий дорог I – III категорий в III дорожно-климатической зоне.

В России работает установка «Катион-М» (рисунок 1) контейнерного типа, производительностью 2 тонн в час, автоматической системой управления и контроля [4]. В качестве полимерных добавок используются полимеры класса термоэластопластов-блоксополимера СБС (стиролбутадиенстирол) в виде порошка или крошки. Полученный модифицированный битум применяется для асфальтобетона верхнего слоя, поверхностных обработок и т.д. Исходным сырьем установки являются: битум, ДСТ и пластификаторы.


Рисунок 1. Технологическая схема приготовления модифицированного битума:

1 – емкость для битума; 2 – емкость для пластификатора; 3 – емкость для модифицированного битума; 4 – емкость для модификатора; 5 – насос пластификатора;

6 – насос битума; 7 – винтовой конвейер для подачи модификатора; 8 – измельчитель;

9 – реактор; 10 – лопасная мешалка; 11 – масляная рубашка.

Технологический процесс включает в себя следующие этапы:

  1. Подготовка битума до температуры 140 – 150°С в рабочей емкости;
  2. Дозирование насосом 6 из битумной емкости 1 в реактор 9 контрольного объема (1500 л) битума с температурой 140 – 150°С;
  3. Дозирование насосом 5 из емкости 2 пластификатора, температура которого составляет:

    а) мазут 90 – 100°С;

    б) гудрон 120 – 130°С;

    в) экстракт селективной очистки масел 130 – 140°С.

    Одновременно с подачей пластификатора из емкости 4 по винтовому конвейеру 7 дозируется модификатор в реактор 9 и включается лопастная мешалка 10;

    – после дозировки каждого из составляющих компонентов и достижения в реакторе объема 7500 литров, насосы отключаются;

    – процесс приготовления модифицированного битума проходит в реактор 9 при постоянно работающей мешалке 10 и измельчителе 8;

    – подача готового модифицированного битума производится в хранилище или автобитумовозы.

    Итак, обобщая вышесказанное можно сделать вывод, что битумно-полимерные композиции на основе полимеров обладают:

  4. большей долговечностью, чем окисленные покровные битумы;
  5. улучшенным адгезионным свойством, особенно по отношению к поверхности материалов кислых пород;
  6. повышенной трещиностойкостью вплоть до температур минус 50 – 60°С.

Библиографический список
  1. Самедова Ф.И., Аллахвердиева А.А. Технология получения битума. Баку, 2007, с: 127 – 131.
  2. Рябов В.А., Горячева Ю.Н. Нефтепереработка и нефтехимия. 2000, №7, С.: 63.
  3. Самедова Ф.И., Аллахвердиева А.А. Битумы из нефтей Азербайджана. Баку, 1991, С.: 37.
  4. Федоров А.А., Бауэр В.П., Сударкин Г.А. Нефтепереработка и нефтехимия. 2001, №7, С.: 45.


Все статьи автора «Dr Yerbolat»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)