Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Модификация битумных вяжущих жидкими продуктами быстрого абляционного пиролиза древесины. Монография
.pdf
71
масла выпадают в осадок. После отстаивания раствор отделяется от
Наименование веществ
Содержание, %
Содержание по
литературным
данным, %
Асфальтогеновые
кислоты
21
10-30
Асфальтены
21
10-30
Нейтральные смолы
11,05
15-30
Масла
62,95
45-60
Не идентифицировано
5
1-5
осадка. Осадок промывается 20 мл этилового спирта. Затем спирт
сливается, а осадок растворяется в 10 мл бензола и добавляется 200 мл
бензина, выкипающего до 50 °С. Асфальтены осаждаются в виде
аморфного чёрно-бурого порошка, который отфильтровывается,
промывается на фильтре бензином, сушится в сушильном шкафу и
взвешивается.
Учитывая то, что битумы имеют сложный полидисперсный состав
и изменчивые свойства, для проведения исследований и обеспечения
воспроизводимости результатов требовалось определить структурный
состав применяемых в работе контрольных образцов дорожных
битумов. В настоящей работе для приготовления композиционного
вяжущего применялись дорожные битумы марки БНД 60/90 от
различных производителей (Таиф НК и ВСК-2000). Технический
паспорт битума представлен в приложении. Результаты структурного
анализа дорожного битума БНД 60/90 производства «Таиф-НК»
представлены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Структурный анализ дорожного битума БНД 60/90 («Таиф-НК»)
Результаты исследования структурного анализа показали, что у
дорожного битума БНД 60/90 почти все показатели в пределах нормы,
за исключением содержания нейтральных смол, которое в испытуемом
72
битуме ниже нормы, и масел – выше нормы. Эти показатели
Показатели
ВСК -
2000
Таиф-НК
Норма
Метод
испытаний
Глубина проникания
иглы при 25 °С, мм
6,2
6,1
6,1-9,0
По ГОСТ
11501
Температура
размягчения по
кольцу и шару, °С
57
56
не ниже
47
По ГОСТ
11506
Растяжимость при
25°С, см
49
30
не менее
55
По ГОСТ
11505
Температура
хрупкости, °С
-22
-22,3
не выше
-15
По ГОСТ
11507
отрицательно сказываются на качестве битума, так как масла в отличие
от смол не способны к ассоциации с асфальтенами.
Также были произведены исследования нормируемых свойств
[131] дорожного битума, результаты которых представлены в
табл. 4.1.
Таблица 4.2
Свойства применяемых дорожных битумов БНД 60/90
Из таблицы 4.2 видно, что представленные дорожные битумы
БНД 60/90 не соответствуют ГОСТ 11505 по показателю дуктильности
[132]. Данный показатель отвечает за эластичность дорожного битума.
Основной причиной неудовлетворительной дуктильности битумов
является относительно низкое содержание ароматических
углеводородов и смол. Невысокое содержание ароматических
углеводородов в битумах, получаемых из высокопарафинистых
нефтей, объясняется прежде всего недостаточным содержанием
фракций этих углеводородов в исходном нефтяном сырье [133].
73
4.2 Подготовка и сепарация жидких продуктов быстрого
Жидкие продукты
быстрого
абляционного
пиролиза
Ультразвуковая ванна с
температурой воды
<40°C и выдержка в
течение 30 минут
Центрифуга и
выдержка в течение
30 минут при
частоте вращения
4500 об./мин
Декантация
Пиролитический
+Н2О
Водорастворимая
фракция с ПЛ
Водорастворим
ая фракция
(фильтрат)
Пиролитический
лигнин
(ретенат)
Фильтрация
Пиролитический
абляционного пиролиза для получения композиционного
битумного вяжущего и модифицированного асфальтобетона
Для выделения пиролитического лигнина из жидких продуктов
быстрого абляционного пиролиза древесины осуществлялась их
сепарация путём водной экстракции и отстаивания пиролитического
лигнина (рис. 4.1.) [134].
Рис.4.1. Схема водной экстракции жидких продуктов быстрого
абляционного пиролиза древесины
74
Подготовка фракции пиролитического лигнина осуществлялась
следующим образом. Проба жидких продуктов быстрого абляционного
пиролиза древесины заливались в центрифужную пробирку, после чего
в соотношении 1:10 заливалась дистиллированная вода. Для полного
взаимодействия жидких продуктов быстрого абляционного пиролиза
древесины с дистиллированной водой пробирка центрифуги
помещалась в ультразвуковую ванну с температурой воды <40 °C и
выдерживалась в течение 30 минут. Пробирка предварительно
встряхивалась. Для сокращения времени отстаивания пробирка
помещалась в центрифугу и выдерживалась в течение 30 минут при
частоте вращения 4500 об./мин. После декантации водорастворимая
фракция сливалась через бумажный фильтр, установленный в воронке.
Пробирка с пиролитическим лигнином один раз омывалась
дистиллированной водой и вновь фильтровалась через тот же фильтр.
Выход пиролитического лигнина оставшегося в пробирке и на фильтре
составил около 30% от массы жидких продуктов быстрого
абляционного пиролиза древесины.
4.3 Получение и свойства битумного вяжущего
с применением жидких продуктов быстрого абляционного
пиролиза древесины
Композиционное битумное вяжущее для испытаний
изготавливалось из дорожного битума марки БНД 60/90 и суммарных
жидких продуктов быстрого абляционного пиролиза, а также фракции
пиролитического лигнина, предварительно подготовленных по методу,
изложенному в п. 4.2.. Для получения композиционного битумного
вяжущего для дорожного строительства битум нагревался до 120-140
°С. Пиролитический лигнин нагревался до температуры 80-90 °С,
после чего смешивался с битумом в установленном количестве в
диапазоне концентраций от 0 до 100% и выдерживался в
изотермическом режиме при температуре 100 °С в течение 30 минут с
периодическим перемешиванием. Жидкие продукты быстрого
абляционного пиролиза, с целью минимизации испарения
легколетучих компонентов, добавлялись к нагретому до 100 °С битуму
Наименование
показателя
Содержание пиролитического лигнина, %
Метод
испытаний
100
1
0,5 0 БНД
60/90
Глубина
проникания
иглы, мм, при
25°С
≤ 28,1
6,5
6,3
6,2
6,1-
9,0
ГОСТ
11501 78
Температура
размягчения по
кольцу и шару,
°С, не ниже
31
50
51
51
51
54
57
47
ГОСТ
11506 73
Растяжимость,
см, не менее,
при 25°С
-
69
69
69
62
53
32
55
ГОСТ
11505 75
Температура
хрупкости, °С,
не выше
-46
-22
-22
-22
-23
-23
-22
-15
Индекс
пенетрации
-2,6
-0,1
-0,5
-0,3
-0,3
при комнатной температуре. Затем осуществлялся прогрев смеси до
100 °С и выдержка в течение 30 мин. Затем полученное вяжущее
охлаждалось до комнатной температуры, и производились испытания
его характеристик.
Таблица 4.3
Основные характеристики композиционного битумного вяжущего,
модифицированного пиролитическим лигнином
15 10 5
7,7 7,2 6,7
75
Наименова-
ние показа-
теля
Содержание жидких продуктов быстрого
абляционного пиролиза, %
Метод
испытаний
100
15
10 5 1
0,5 0 БНД
60/90
Глубина
проникания
иглы, мм,
при 25 °С
-
15,4
13,5
9,3
7,2
6,6
6,1
6,1-9,0
ГОСТ
11501 78
Температура
размягчения
по кольцу и
шару, °С, не
ниже
-
51
57
47
ГОСТ
11506 73
Растяжимость,
см, не менее,
при 25 °С
-
51
50,8
43,9
34
31
29
55
ГОСТ
11505 75
Температура
хрупкости,
°С, не выше
-
-20
-21
-21
-22
-22
-22
-15
Индекс пенетрации
-
>+1,0
>+
1,0
+0,5
-0,4
+0,9
От -1,0
до +1,0
Таблица 4.4
Основные характеристики композиционного битумного вяжущего,
модифицированного жидкими продуктами быстрого пиролиза
древесины
49 48,5 49,7 50
Все показатели находятся в пределах нормы см. (табл. 4.3. и 4.4.) в
диапазоне концентраций пиролитического лигнина 1-15%. В диапазоне
0,5-1% жидких продуктов быстрого пиролиза в пределах нормы
находятся все показатели, кроме растяжимости. Следует отметить, что
76
77
растяжимость контрольного образца не соответствуют требованиям
Компонент
Массовое содержание, %
Щебень марки 20
41,3
Щебень марки 10
20,3
Песок
28,6
Минеральный порошок
5,7
Вяжущее
4,1
ГОСТ 11505, но добавка пиролитического лигнина позволяет
увеличить дуктильность битума и привести её значения в пределы
нормы ГОСТа [131].
4.4 Получение и свойства модифицированного асфальтобетона с
применением битумного вяжущего для дорожного строительства с
использованием жидких продуктов быстрого абляционного
пиролиза древесины
Образцы асфальтобетона изготавливались из минеральной части и
вяжущего. В качестве минеральной части использовались песчаногравийная смесь или щебень разной фракции с обогащённым песком.
В качестве вяжущего применялось приготовленное в соответствии с
п. 3.3 композиционное битумное вяжущее с различным содержанием
жидких продуктов быстрого абляционного пиролиза древесины или
пиролитического лигнина. Массовые соотношения компонентов в
образцах модифицированного асфальтобетона устанавливались в
соответствии с представленными в табл. 4.5 данными.
Таблица 4.5
Массовые соотношения компонентов модифицированного
асфальтобетона
Подготовка образцов осуществлялась следующим образом [135].
Минеральный материал нагревался до температуры 160-170 °С, а
78
вяжущее – до 140-150 °С. После этого компоненты смешивались при
71,4
160
100
60
12
Рис. 4.2. Форма одиночная обычная
температуре 145-155 °С в течение 30 мин, в металлической ёмкости,
интенсивностью 60 об./мин. Затем готовая смесь укладывалась в
форму. Форма для изготовления цилиндрических образцов
представляла собой стальной полый цилиндр в виде кассеты с двумя
цилиндрическими пуансонами диаметром 71,4 мм (рис. 4.2).
Формы перед изготовлением образца прогревались в сушильном
шкафу до 140°С. Уплотнение смеси проводилось прессованием на
гидравлическом прессе (рис. 4.4.) при удельном давлении прессования
20 МПа с продолжительностью прессования 3 минуты.
79
Рис.4.3. Образец
модифицированного
асфальтобетона с применением
композиционного вяжущего
Рис. 4.4. Пресс гидравлический
лабораторный марки ПЛГ-20 со
стальной формой для получения
модифицированного
асфальтобетона
Затем форма с образцом охлаждалась при комнатной температуре
Гидравлический
пресс
Стальная форма
в течение 10 мин, и образец извлекался путём аккуратного
выдавливания пуансоном. На рис. 4.3 представлены образцы
модифицированного асфальтобетона с применением композиционного
вяжущего с использованием жидких продуктов быстрого
абляционного пиролиза древесины.
Полученные образцы стабилизировались и выдерживались при
нормальных условиях в течение 24 часов до проведения испытаний.
80
Таблица 4.6
Наименование
показателя
Норма
Вяжущее с содержанием ПЛ, %
0 5 10
20
50
Предел прочности при
сжатии, МПа, при
температурах:
20 °С, не менее
2,2
5,5
6,3
5,4
3,9
3,4
50 °С, не менее
1,0
2,4
2,5
1,9
1,31
0,96
Водостойкость при
длительном
водонасыщении, не
менее
0,75
0,70
0,70
0,75
0,82
0,7
Наименование
показателя
Норма
Вяжущее с содержанием ПЖ, %
0 1 5
10
20
60
Предел прочности
при сжатии, МПа,
при температурах:
20 °С, не менее
2,2
5,53
3,3
4,7
4,68
2,98
2,12
50 °С, не менее
1,0
2,4
2,5
1,9
1,31
1,0
0,69
Водостойкость при
длительном
водонасыщении, не
менее
0,75
0,75
0,97
0,8
0,7 - -
Основные характеристики асфальтобетона с ПЛ
Таблица 4.7
Основные характеристики асфальтобетона из щебня с ПЖ
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]