Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Органические вяжущие материалы. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 134 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Исходное сырье или смесь двух-трех видов сырья в

определенном соотношении из соответствующих емкостей прокачивается через трубчатую печь, а при необходимо-

сти, в трубчатые реакторы для доокисления.

Для получения высококачественных компаундированных нефтяных дорожных битумов на нефтеперерабатывающих предприятиях, работающих по масляной схеме,

в середине 60-х годов профессором И.М. Руденской был предложен метод переокисления-разжижения. Асфальты деасфальтизации II и III ступени в окислительных уста-

новках переокислялись до достижения показателем

температуры размягчения (по КиШ) значении 90-130

С,

после чего разжижались отходами масляного производства

(рис. 13).

Учитывая, что для получения разжиженных и вязких битумов необходимо иметь одновременно вязкие битумы с различной температурой размягчения в технологическую схему компаундирования могут быть включены два трубчатых реактора. В этом случае окисленный битум с низа испарителей непрерывно откачивается в емкости для готового битума или через холодильники в резервуары 2 для смешения, где получают жидкие битумы путем разжижения или вводят различные добавки. Из резервуара

смешения готовый битум поступает в емкости для налива.

Эстакада отгрузки битума должна быть оборудована приспособлениями для налива в железнодорожные цистерны, бункерные полувагоны и в автомобильные

битумовозы.

Помимо основных сырьевых резервуаров, необходимы промежуточные емкости для приема битума, поступающего из испарителя перед подачей его в резервуар для смещения. Необходимо иметь промежуточные

емкости для поверхностно-активных веществ, полимерных

и других добавок, основные запасы которых находятся в

сырьевых резервуарах, откуда они по мере расхода

подаются в промежуточные технологические емкости.

На битумную установку могут поступать высокосмолистые нефти, обеспечивающие получение высококачественных битумов по технологии глубокого отбора. В этих случаях для получения окисленного битума предусматривается вместо двух один трубчатый реактор, но дополнительно включается в состав оборудования вакуумная

установка.

Технология производства, основанная на смешении

является единственной при приготовлении жидких средне-

и медленногустеющих битумов, которые могут быть получены только при помощи смешения вязких битумов с

углеводородными фракциями нефти.

Метод компаундирования применяется в России на

отдельных нефтеперерабатывающих заводах. Технологический процесс получения битумов путём смешения получил большое распространение в ряде стран (США, Франция, ФРГ и др.). Во Франции при производстве битумов широко применяют введение добавок сырого дегтя, каменноугольного масла, полимерных материалов,

поверхностно-активных веществ. С помощью этих добавок

удается значительно улучшить и исправить свойства битумов, которые не могут быть получены путем окисле-

ния или глубоковакуумной отгонки.

Контрольные вопросы

1. Какие Вы знаете способы производства битумов? 2. Какие битумы называются остаточными? 3. Какие битумы получают методом окисления? 4. В чём суть

окисления битумов? 5. Какие окислительные установки

Вы знаете? 6.Какие битумы являются компаундированными?

2.3. Состав битумов

Нефтяные битумы состоят из углеводородов раз-

личных групп и их неметаллических производных, что

зависит главным образом от состава нефти, из которой

битум получен.

Элементарный химический состав битумов: угле-

род (С) 80…87%, водород (Н) 10…12 %, кислород (О) 5…10%, сера (S) 2… 5%, азот (N) до 3%. В зависимости

от происхождения исходной нефти в битумах обнаружены

следы и многих других химических элементов.

Углеводороды образуют как цепочные (в виде про-

стых или разветвлённых цепей), так и циклические соединения:

цепочные

цепочные разветвлённые

циклические

Как и исходная нефть, битумы состоят из различ-

ных относительно высокомолекулярных углеводородов: метановых CnH

; нафтеновых CnH

2n+2

; ароматических

CnH

, а также гетероциклических (содержащих другие

2n-6

атомы – О, S, N) соединений. Несмотря на небольшое

содержание кислорода, серы, азота, они оказывают большое влияние на образование сложных высокомолеку-

лярных веществ, входящих в состав битумов. Кроме того, эти элементы входят в состав различных активных функциональных групп: -ОН, -СООН, -СН=СН-, -NH2, SH и др, которые оказывают большое влияние на поверх-

ностную активность битумов, обусловливающих сцепле-

ние и прилипание их к каменным материалам.

Элементарный состав органических вяжущих не

даёт представления о возможных химических соединениях

и свойствах вяжущих. Поэтому было предложено опреде-

лять групповой состав органических вяжущих, т.е.

содержание отдельных групп углеводородов, характери-

зующихся более или менее близкими свойствами: молекулярной массой, вязкостью и др.

Битумы обычно разделяют на следующие группы

углеводородов: масла, смолы, асфальтены, реже выде-

ляют карбены и карбоиды, асфальтогеновые кислоты и

их ангидриды, парафины. Масла и смолы образуют группу мальтенов.

Примерный групповой состав битумов (%): масла – 40…60%, смолы – 20…40%, асфальтены – 10…25%, карбены и карбоиды - 1…3%, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды до 1%, парафины – до 5%.

Масла состоят из смеси метановых (парафиновых), нафтеновых, ароматических полициклических углеводородов. При комнатной температуре они подвижны, текучи. Цвет масел светло-желтый, плотность меньше 1000 кг/м3, молекулярная масса от 300 до 500.

Увеличение содержания масел уменьшает вязкость и снижает температуру размягчения битума при нагрева-

нии. Одновременно понижается температура хрупкости битумов.

Смолы (нейтральные и кислые) - легкоплавкие вяз- ко-пластичные вещества бурого или темно-коричневого

цвета, плотность около 1000 кг/м

с молекулярной массой

600…1000.

По химическому составу смолы относятся к гетеро-

циклическим ароматическим высокомолекулярным соединениям.

Смолы полярны и поверхностно-активны, поэтому

их сцепление (адгезия) с поверхностью минеральных зерен обеспечивает асфальтобетону повышенную водо-

стойкость. Смолы хорошо растворяются в этиловом эфире,

бензине, бензоле, хлороформе, плохо растворяются в

этиловом спирте и ацетоне.

От содержания смол зависят растяжимость и эла- стичность битума. При пониженных отрицательных

температурах смолы способствуют повышению трещино-

стойкости битума.

Асфальтены - твердые неплавкие вещества плот-

ностью больше 1000 кг/м

. Кроме углерода и водорода

содержат кислород и серу. Молекулярная масса асфальтенов в 2…3 раза больше, чем у смол (1000…5000). Асфальтены растворимы в бензоле.

При прочих равных условиях с увеличением их содержания в битуме повышается теплоустойчивость,

вязкость и хрупкость битумов. Активные функциональные

группы, входящие в состав асфальтенов, придают битумам

высокие адгезионные свойства.

Карбены и карбоиды - чёрные твёрдые вещества, содержащиеся, главным образом, в крекинг-битумах. Они

повышают вязкость, хрупкость и температурную устойчи-

вость битума. По составу и свойствам карбены похожи на асфальтены, но они не растворимы в бензоле.

Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - гу-

стые маслянистые вещества коричневого цвета, плотностью более 1000 кг/м

, хорошо растворяются в спирте и

хлороформе, плохо - в бензине.

Асфальтогеновые и карбоновые кислоты, а также

фенолы представляют собой полярные поверхностно-

активные вещества, повышающие адгезию битума к

камню. В большей степени это проявляется с карбонатными горными породами.

Парафин - твердый метановый углеводород. При

содержании парафина в битуме до 3,5%, как правило, он не оказывает существенного влияния на его свойства.

Повышенное содержание в битуме парафина снижает его

растяжимость и повышает температуру затвердевания, а также увеличивает хрупкость при отрицательных темпера-

турах. Поэтому содержание парафина в битуме не должно превышать 5%.

При нагревании парафинистый битум переходит в

жидкое состояние быстрее, чем малопарафинистый.

Контрольные вопросы

1. Назовите элементарный состав битумов. 2. Назовите ряды углеводородов, образующие битум? 3. Назовите групповой состав битумов. 4. Назовите свойства масел

и их влияние на свойства битума. 5. Назовите свойства смол и их влияние на свойства битума. 6. Назовите

свойства асфальтенов и их влияние на свойства битума. 7. Какова роль асфальтогеновых кислот в битуме?

2.4. Структура битумов

Рассмотренные компоненты битума, входящие в его состав, в зависимости от их свойств и соотношения образуют сложную дисперсную систему, в которой средой

является молекулярный раствор масел и смол, а дисперс-

Рис. 14 . Схема структуры

битума:

а – жидкого; б – твёрдого;

1 мицелла; 2 – раствор смол в

маслах; 3 – асфальтены (ядро

мицеллы размером 18…28

мкм); 4 – смолы (оболочка

мицеллы

ной фазой – асфальтены.

В настоящее время большинство исследователей

считают, что битумы в физико-химическом отношении

представляют собой сложную коллоидную систему или коллоидный раствор асфальтенов с адсорбированной ими частью смол в среде, образованной маслами и смолами. Как видели выше, от масел к асфальтенам имеется переход, характеризующийся возрастанием молекулярных масс, изменением соотношения С:Н, увеличением плотно-

сти и вязкости.

15). В вязких и твёрдых битумах, где мицеллы занимают

большую часть системы, масла находятся в неподвижном

состоянии. В жидких битумах мицеллы не связаны между собой и могут свободно перемещаться в среде масел.

Академик А.П. Ребиндер, развивший теорию высо-

комолекулярных соединений, так представляет битумы:

«Ввиду плавного и постепенного перехода от ядра к

Структурной единицей битума является битумная

мицелла (от лат. micelle уменьш. от mica крошка, крупица)

– сложная система различных веществ –

от асфальтенового ядра, объединённого более или менее прочно со смолами различной молекулярной массы, до масел, являющихся дисперс-

ной средой (рис. 14,

маслам в структуре мицеллы нет ясной поверхности

а б

раздела. Ни снаружи мицеллы, ни вокруг её ядра нет соприкосновения вещества с явно выраженным различием

в свойствах – например, в поверхностном натяжении».

По классификации А.С. Колбановской различают

битумы структурных типов I, II и III, которые можно отождествлять с коллоидными системами «гель»*, «золь»*, «золь-гель».

Структура I типа - гель - образуется в битуме

при относительно большей концентрации асфальтенов, в

которой асфальтеновые ядра укрупняются, мицеллы сближаются между собой и взаимодействуют друг с другом, образуя при этом пространственную структурную решётку, которая придаёт упругие свойства материалу.

Твердые парафины могут образовывать вторую структурную сетку, кристаллизационную.

Рис. 15. Структуры битумов:

а – золь; б – гель

________________________________________

* гель (от лат. gelare мёрзнуть, застывать) – дисперс-

ная система обладающая некоторыми свойствами твёрдых тел (способность сохранять форму, прочность, упругость;

обычно гели имеют вид студенистых тел.

* золь (нем. Sol) – дисперсная система с жидкой дисперсной средой; различают гидрозоли (растворитель – вода) и органозоли (растворитель - органическое соединение);

К первому структурно-реологическому типу отно-

сят битумы, скорость сдвига которых при постоянном

напряжении подчиняется закону Ньютона. Эта структура

характерна для твёрдых битумов при нормальной темпе-

ратуре.

Структура II типа - золь - характерна для биту-

мов с повышенным количеством масел и смол, которых достаточно для образования наружных оболочек из адсорбированных смол на поверхности не связанных

между собой асфальтеновых ядер. Дисперсная фаза сетка-каркас из асфальтенов, набухших в ароматических углеводородах, дисперсионная среда - смесь парафино-

нафтеновых и ароматических углеводородов; при этом мицеллы не создают прочной и упругой структуры и могут свободно перемещаться в зависимости от вязкости среды.

Такие битумы пластичны в широком интервале темпера-

тур, тиксотропны (способны восстанавливать со временем свою структуру после разрушения), однако имеют пониженную растяжимость. Эта структура характерна для жидких дорожных битумов при нормальной температуре и для вязких битумов, нагретых до температуры, когда они

переходят в жидкое состояние.

Структура III типа - золь-гель - промежуточная

структура, характерна для вязких битумов при нормальной температуре, определяется взаимосопряженными сетками отдельных агрегатов асфальтенов и адсорбированных на их поверхности тяжелых смол, пронизывающих весь

объём системы.

Отдельные агрегаты асфальтенов находятся в дис-

персионной среде, структурированной смолами в большей

степени, чем среда I типа, но в меньшей, чем среда II структурного типа.

Свойства битумов третьего типа промежуточны

между свойствами битумов первого и второго типа.

Количественное содержание основных структуро-

Наимено-

вание

компонен-

тов

Структурно-реологический тип

битумов

III

Масла

более 50%

менее 48%

46…50%

Смолы

менее 24%

более 36%

30…34%

Асфаль-

тены

более 25%

менее 18%

21…23%

Наименование

свойств

Показатели свойств

битумов разных струк-

турных типов

III

Кольцо и шар,

Растяжимость при 25

С, см

>100

Индекс пенетрации

2,7

-1,1

+ 0,1

Хрупкость,

- 33

- 14

- 24

образующих элементов битума, в первую очередь асфальтенов, обусловливает тип его структуры. Групповой состав

битумов трёх структурных типов приведён в табл. 3, сравнительная характеристика физико-механических свойств битумов разных структурных типов приведена в табл. 4.

Таблица 3

Таблица 4

Битумы типа I не рекомендуются для дорожного

строительства, т.к. обладают низкой устойчивостью к

старению под действием термоокислительных факторов в процессах технологической переработки и при изготовле-

нии горячих асфальтобетонных смесей.

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 134 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]