ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт геологии и нефтегазовых технологий

Кафедра высоковязких нефтей и природных битумов

Специальность: 131000.68 – «Нефтегазовое дело»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

Работу завершил: "___"______________ 2014г.

Работу допустил к защите: "___"______________ 2014 г. Научный руководитель: Заведующий кафедрой: д.т.н., профессор А.Ф. Кемалов Рецензент: Дата, время защиты: _________ Оценка защиты: ______________

Казань – 2014 Реферат

Расчетно-пояснительная записка содержит 131стр., 25 рисунков, 16 таблиц, 252 источника.

ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ, ПОЛИМЕР, АДГЕЗИОННАЯ ДОБАВКА

Цель работы - разработка рецептур и создание полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) на основе региональных источников нефтехимического сырья.

В процессе выполнения дипломной работы была проведена выборочная паспортизация предприятий нефтехимического комплекса региона и подобраны реагенты для создания полимер-битумных вяжущих для дорожного строительства, разработаны новые составы ПБВ с участием различных полимеров. Проведены исследования, в результате которых установлены характеристики ПБВ и влияние компонентов на конечные свойства ПБВ. Разработаны составы ПБВ с характеристиками существенно лучшими, чем у используемых в данное время ПБВ.

Оглавление

Введение 4

ГЛАВА 1. БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ: СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИТУМОВ …...…………………………………….8

1.1 Введение………………..……………………………………………….8

1.2 Битум. Общие представления……………………………………….9

1.3 Групповой и химический состав битумов………………………….11

1.4. Битум как специфическая нефтяная дисперсная система. Коллоидно-химические свойства битума………………………………………..18

1.5 Физико-химические свойства битумов…………………………….22

Глава 2. ПОЛИМЕР-БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ…………..…….……..….30

2.1 Введение……………………………………………………………….30

2.2 История применения полимер-битумных вяжущих………………33

2.3 Полимеры, используемые для модификации битума…………….38

2.4 Технические разработки для удаления недостатков ПБВ………..50

2.5 Перспективы развития……………………………………………….59

2.6 Выводы……………………………………………………………….65

Глава 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.………...…………67

3.1 Объекты исследования……………………………………………….69

3.2 Оборудование для исследования ……………………………………77

3.3 Методики исследования………………………………………………82

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ………………………….85

4.1 Выборочная паспортизация нефтехимических предприятий

региона……………………………………………………………………85

4.2 Выбор компонентов для создания ПБВ……………………………87

4.3 Способ приготовления ПБВ………………………………………..87

4.4 Исследование физико-механических свойств ПБВ……………….88

4.5 Полимер-битумные вяжущие полученные на основе

смесевых каучуков……………………………………………….………90

4.6. Введение адгезионной добавки…………………..……………….100

Заключение…………………………………………………………...…103

Библиографический список ...…………………..………………106

Введение

Автомобильные дороги имеют стратегическое значение для Российской Федерации. Они связывают обширную территорию страны, обеспечивают жизнедеятельность всех городов и населенных пунктов, во многом определяют возможности развития регионов, по ним осуществляются самые массовые автомобильные перевозки грузов и пассажиров. Сеть автомобильных дорог обеспечивает мобильность населения и доступ к материальным ресурсам, позволяет расширить производственные возможности экономики за счет снижения транспортных издержек и затрат времени на перевозки. В настоящее время протяженность автомобильных дорог общего пользования составляет 947,3 тыс. километров, в том числе автомобильных дорог федерального значения – 50,1 тыс. километров.

Имеется несколько процессов, комплексно влияющих на качество дорожных покрытий из асфальтобетонов. Непосредственно сам процесс получения сырья для изготовления дорожного битума. В странах с дорогами высокого качества основным материалом для изготовления дорожных битумов служит остаток перегонки нефти, полученный при достаточно высоком вакууме. В нашей стране повсеместно реализуется процесс окисления гудронов, причем этому процессу подвергаются нефти различного состава.

Процесс получения битума, являющийся с химических позиций процессом окислительного дегидрирования радикального типа, неминуемо ведет в большей или меньшей степени к процессу образования пачечных структур (графитоподобные кристаллические структуры с электронами проводимости). Данные структуры являются основными негативными компонентами дорожного битума, быстро старящими его, имеющими крайне слабую адгезию к минеральному наполнителю любого типа, что неминуемо вело и ведет к короткоживущим и (или) не выдерживающим необходимых нагрузок дорогам.

Процесс приготовления асфальтобетонной смеси также привносит свою лепту в процесс старения дорожного битума и образованию дефектов в асфальтовом покрытии дороги. Известно, что при смешении с минеральным материалом битум переводится в пленочное состояние и распределяется по большой поверхности. Следовательно, в асфальтосмесителе создаются все условия для окисления битума и удаления летучих компонентов, т. е. для химического старения битума уже на стадии приготовления. С повышением температуры скорость реакции окисления соединений, входящих в состав битума, возрастает.

Введение модификаторов и стабилизаторов способно ингибировать процессы старения и деструкции в асфальтовом покрытии дороги. В странах Запада, несмотря на высокую стоимость полимеров, уже давно считается экономически оправданным применение модификаторов битума в дорожном строительстве. Улучшение адгезии битума к минеральному наполнителю, повышение качества асфальтобетона в целом – сцепление с колесами транспортных средств, усталостные свойства, автовосстановимость в благоприятных условиях и т. д. – это то, что удается добиться применением модификаторов.

Одна из основных причин преждевременного разрушения дорожных покрытий заключается в качестве дорожных битумов. Битумы не обладают требуемыми адгезионными свойствами, так как склеивают только минеральные частицы основной породы, и, кроме того, становятся хрупкими при наступлении зимы практически на всей территории России. Это предполагает образование трещин на покрытиях, которые ввиду малой прочности асфальтобетона быстро превращаются в выбоины. В общей доле деформаций, которые претерпевает битумная пленка в результате движений автомобилей по покрытию или под действием температурных напряжений, превалирует пластическая, т.е. идет накопление дефектов.

Уникальной особенностью территорий России является рекордное количество «переходов через ноль», отчего тающая и вновь застывающая в небольших трещинах вода буквально разрывает полотно. Летом асфальтобетон, нагреваясь до 50–60 градусов, теряет свои прочностные свойства. А зимой, при низких температурах, асфальт растрескивается.

Наиболее распространенным типом усовершенствованных дорожных покрытий в России и за рубежом являются асфальтобетонные покрытия, устраиваемые с применением нефтяных дорожных битумов. Увеличение грузонапряженности и интенсивности движения автомобилей приводит к преждевременному разрушению дорожных покрытий, срок службы которых составляет в среднем по России около 6 лет. В результате, несмотря на незавершенность сети автомобильных дорог с твердым покрытием в России, более 90 % материальных, трудовых и энергетических ресурсов выделяется дорожной отраслью на ремонт и реконструкцию асфальтобетонных покрытий.

Одним из важнейших условий повышения долговечности асфальтобетонных покрытий является улучшение свойств битумов и правильный выбор их с учетом условий эксплуатации. Однако углубление переработки нефти в целях увеличения объемов выхода топливных и масляных компонентов приводит к ухудшению качества битумов. Отечественные дорожные битумы марок БНД и БН (по ГОСТ 22245-90) не отвечают требованиям дорожного строительства по показателям низкотемпературной трещиностойкости, теплоустойчивости, эластичности, адгезионным свойствам, особенно по отношению к поверхности минеральных материалов из кислых горных пород, устойчивости к старению.

Эффективным способом повышения качества дорожных битумов является регулирование их свойств путем применения различных модифицирующих добавок (полимеров, резиновой крошки, серы, адгезионных добавок и др.). Применение полимеров для модификации битумов относится к одной из наиболее активно внедряющихся технологий строительства и ремонта покрытий автомобильных дорог.

Наибольшее распространение, в качестве модифицирующего агента, получили полимерные материалы или отходы их производства. Последние 15-20 лет полимерные битумы стали применяться особенно широко, по причине того, что полимерные материалы производят десятки тысяч тонн в год и они стали более доступны, во-вторых, при их производстве образуется значительные количества некондиционных материалов, которые не находят квалифицированного использования.

При введении в битум даже небольших их количеств полимеры оказывают влияние на параметры, характеризующие качество. Добавки полимеров позволяют снизить температуру хрупкости и одновременно увеличить теплостойкость битумов. Использование таких модифицированных полимерами материалов повышает сроки службы покрытий. В настоящее время имеются многолетние наблюдения за покрытиями разного рода с использованием многих видов полимеров. Общим для них является удлиненный срок службы. Наряду с этими свойствами улучшаются, как правило, деформативная способность во всем интервале эксплуатационных температур, водостойкость, прочность и другие характеристики.

На сегодняшний день актуальным является вопрос создания комплексных битумных вяжущих, содержащих в своем составе полимер и адгезионную добавку.