ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ. Фундаментальные
проблемы создания новых материалов и технологий.
Есиркепова М.М.
Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова, Казахстан
Перевозка, хранение, приемка и
контроль качества органических вяжущих
Битумы, битуминозные породы и дегти
перевозят железнодорожным транспортом в открытых и полуоткрытых вагонах, в
цистернах и специальных бункерных полувагонах, а также автомобильным
транспортом. Твердые битумы, битуминозные породы и каменноугольные пеки (дегти)
доставляют потребителям в обычных вагонах, а также автомобилями и самосвалами.
Многие нефтеперерабатывающие заводы твердый битум выпускают в трехслойных
бумажных мешках массой по 50 кг, а также в кусках или брикетах без упаковки.
Вязкие битумы и отделенную органическую
часть битуминозной породы чаще всего перевозят в бункерных опрокидывающихся
полувагонах, автогудронаторами и в автоцистернах, а также в железнодорожных
цистернах, оборудованных змеевиками для разогрева. Жидкие битумы и дегти, как
правило, перевозят в цистернах с оборудованием для подогрева вяжущего и для его
слива. Органические вяжущие материалы поставляются партиями. Партией считается
продукт с одинаковыми качественными показателями свойств. При поставке вяжущего
автоцистернами партией считается каждая цистерна.
Срок хранения органических вяжущих битумов
и дегтей устанавливается для каждого вида вяжущего. Так, для вязких битумов и
дегтей он составляет 1 год; жидких битумов класса БГ – 2 месяца; СГ – 6
месяцев; для МГ – 8 месяцев. По истечении гарантийного срока хранения вяжущие
перед применением должны быть проверены на соответствие требованиям стандартов.
Перед употреблением органические вяжущие
материалы обезвоживают и подогревают до рабочей температуры, которая зависит от
вязкости вяжущего и составляет 50-180ºС. Твердые и вязкие битумы нагревают
до 155-180ºС, а жидкие битумы и дегти – 50-70ºС. Нагревать вяжущие
выше рабочих температур нельзя, т.к. это приводит к интенсивному испарению
легких летучих фракций, резкому изменению свойств материала и, в частности,
увеличению вязкости и уменьшению пластичности.
Битумные и дегтевые эмульсии
транспортируют в цистернах, автогудронаторах, битумовозах и т.д. Срок хранения
бысто- и среднераспадающихся эмульсий – не более 1 месяца при температуре
воздуха не ниже 0оС; медленнораспадающихся эмульсий – не более 2 месяцев при
температуре воздуха не ниже -4оС.
При применении органических вяжущих
материалов должны строго соблюдаться правила техники безопасности и охраны
труда. Участки кожи, пораженные битумом, промывают соляркой, бензином или
керосином, а затем делают примочку из 96%-ного этилового спирта. В случае
попадания эмульсии на лицо и руки их следует быстро обмыть холодной водой.
Остатки битума смывают керосином или соляровым маслом.
Добавки к органическим вяжущим материалам
Для изменения физико-механических свойств
в органические вяжущие материалы вводят различные добавки. В зависимости от
того, какое действие они оказывают на органическое вяжущее и какие свойства
улучшают, добавки подразделяют на: разжижающие; пластифицирующие;
модифицирующие; улучшающие адгезию и композиционные. Разжижающие добавки
используют для уменьшения вязкости битумов, органической части
нефтебитуминозных пород или дегтей и, в частности, для получения жидких битумов
и составленных дегтей. Для понижения вязкости битумов применяют продукты
нефтепереработки, для дегтей – продукты перегонки дегтевых смол и т.д.
В зависимости от вязкости разжижаемого
вяжущего и требуемой вязкости конечного продукта массовая доля разжижителя
может колебаться от 2 до 50%.
При введении в вяжущее разжижителя
происходит не только уменьшение вязкости, но и пластификация этого вяжущего.
Таким образом, некоторые разжижители являются своего рода пластификаторами.
Пластифицирующие добавки обычно применяют
для увеличения пластичности вяжущих материалов. Важнейшей особенностью этих
добавок является их способность растворяться в пластифицируемом вяжущем,
которая проявляется наиболее заметно, когда добавка и вяжущее совместимы, т.е.
близки по составу. При введении в органическое вяжущее вещество пластификатора
происходит понижение температуры размягчения и температуры хрупкости,
следовательно, увеличивается интервал пластичности. Однако при излишке
пластификатора может произойти снижение теплоустойчивости и химической
стойкости вяжущего. Пластификаторы также уменьшают вязкость вяжущего. В
качестве пластификатора используют мазут, гудрон, антраценовое масло,
содержание которых устанавливается опытным путем и колеблется в пределах 2-40%.
Модифицирующие добавки в органические вяжущие материалы вводят для улучшения
упругих свойств, растяжимости, когезии и других показателей.
Пластификация является частным случаем
модификации, изменяющим свойства вяжущего в нужном направлении. В качестве
модифицирующих добавок применяются эпоксидные смолы, полистирол, синтетический
каучук, резиновая крошка и др. материалы. Эти добавки в горячем битуме или дегте составляют 1-6% от массы
вяжущего. В горячем вяжущем с незначительной вязкостью происходит лучшее их
распределение и объединение с вяжущими.
Синтетические и натуральные каучуки
пригодны также для модификации вязких и жидких битумов и дегтей. При
использовании этих добавок значительно повышаются температура размягчения и
пластичность, улучшается сцепление с каменными материалами, понижается вязкость
вяжущего, что дает возможность готовить бетоны при более низких температурах. Битумы
и органическую часть нефтебитуминозных пород можно также модифицировать
эпоксидными и кумороновыми смолами, а дегти – полистиролом и другими сложными
эфирами. При введении в органические вяжущие материалы модифицирующих добавок
из синтетических смол значительно увеличивается их теплостойкость, растяжимость
при 0оС и когезия в 1,5-2 раза.
Добавки улучшающие адгезию. Применение
резиновой крошки придает битумам, а следовательно и асфальтобетонам, более
высокую упругость, трещиностойкость, улучшает сцепление колес автомобилей с
поверхностью покрытий и т.д. Измельченная резиновая крошка из старых
автомобильных покрышек в количестве 3-5% вводят в битум при t=150-180оС. В этом
случае получается битумно-резиновая смесь, которая весьма положительно влияет
на основные свойства асфальтобетона.
Композиционные добавки. Для улучшения
физико-механических свойств органических вяжущих веществ в них вводят
композиционные добавки, которые совместно с вяжущим образуют композиционный
материал. Свойства полученного материала отличаются от свойств исходных
материалов, но структура вяжущего остается неизменной. В качестве
композиционных добавок используют различные порошкообразные и волокнистые
материалы. Для этих целей применяют тонкоизмельченные порошки известняка,
доломита, мрамора, диабаза, а также некоторые порошкообразные отходы
промышленности. Введение таких добавок повышает теплоустойчивость вяжущих. Положительно
зарекомендовали себя добавки каменноугольной пыли, особенно при использовании
их с дегтем. Особенно, большое влиянии на свойства вяжущих оказывают добавки,
волокна которых являются армирующими компонентами и способствуют образованию
нового композиционного материала с повышенными физико-механическими свойствами.
В качестве волокнистых добавок используют асбест, отходы шерсти, измельченное
стекловолокно и др. отходы промышленности.
Жидкие битумы. При строительстве и ремонте
автомобильных дорог широкое применение находят жидкие битумы, которые при
нормальной температуре находятся в жидко-текучем состоянии. Это состояние дает
возможность использовать их как в подогретом до температуры 100ºС, так и в
холодном состоянии при температуре 18-20ºС.
Жидкие нефтяные дорожные битумы получают
путем разжижения вязких битумов и органическую часть нефтебитуминозной породы жидкими нефтяными продуктами определенного
состава с добавлением поверхностно-активных веществ. Вязкий битум разогревается
до t=80-140ºС в зависимости от вязкости и разжижителя. Характерной
особенностью жидких битумов является их способность, находясь в дорожных
покрытиях, с течением времени загустевать и приобретать вязкость, почти равную
по величине вязкости вязких дорожных битумов. Ну, а по мере загустевания
жидкого битума возрастает и прочность покрытия. Важнейшими свойствами жидких
битумов являются: технологическая вязкость, скорость загустевания, а также
адгезия, когезия, температура вспышки, погодоустойчивость и др.
В зависимости от скорости формирования
структуры различают три класса жидких (разжиженных) битумов: - быстрогустеющие
(БГ); - среднегустеющие (СГ); - медленногустеющие (МГ).
Каждый класс битумов включает несколько
марок, различающихся по вязкости: - класс БГ – это марки БГ 25/40, БГ 40/70, БГ
70/130; - класс СГ – это марки СГ 15/25, СГ 25/40, СГ 40/70, СГ 70/130, СГ
130/200; - класс МГ – это марки МГ 25/40, МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200.
В дорожном деле нашли применение битумы
классов СГ и МГ.
Класс битума (скорость загустевания)
устанавливается по количеству испарившегося разжижителя при выдерживании
образца битума в термостате при соответствующей температуре или в
вакуум-термостате.
Скорость загустевания зависит от вида и
свойств разжижителя, который был использован при изготовлении жидкого битума, а
также от вида и плотности минеральной смеси, климатических условий и
расположения слоя в конструкции дорожной одежды.
Так, процесс загустевания битума
происходит более интенсивно в пористых смесях и в верхних слоях, чем в плотных
и в нижних слоях. Быстрогустеющие и среднегустеющие битумы применяют при
строительстве усовершенствованных дорожных покрытий и оснований. Медленногустеющие
битумы, как правило, используются при строительстве дорожных облегченных
покрытий и оснований. Быстрогустеющие битумы получают путем разжижения вязких
битумов крекинг-бензином или газолином (продукты переработки нефти). Добавки
обычного бензина нарушают структуру битума и ухудшают его свойства. Среднегустеющие
битумы в своем составе содержат значительное количество легких летучих фракций.
Для получения битумов этого класса часто используют керосин и лигроин. Но более
качественное вяжущее получается при применении крекинг-керосина и дорожного
каменноугольного масла.
Медленногустеющие битумы получают путем
разжижения вязких битумов масляными нефтяными продуктами, природной смолистой
нефтью и др.
Жидкие битумы часто приготавливают на
битумных базах производственных организаций. В этом случае вязкий битум
разогревается до температуры 80-140оС в зависимости от вязкости и характера
разжижителя.
Литература
1.
Алтаев Ш.А., Бишимбаев
В.К., Тумаков В.А., Черний Г.М. О рациональном использовании битуминозных пород
(киров) Западного Казахстана // Комплексное исп. минерального сырья. 1984,
№6, С. 72-78.
2.
Рахманкулов Д.Л.
Товароведение нефтяных продуктов Т3, 2006, 313 с.
3.
Надиров
Н.К. Высоковязкие нефти и природные битумы: В 5 т. Т.1. История. Бассейны.
Свойства. Алматы: Тылым, 2001. 360 с.
4.
Надиров Н.К. Высоковязкие
нефти и природные битумы: В 5 т. Т. 2. Добыча. Подготовка. Транспортировка.
Алматы: Тылым, 2001. 344 с.
5. Бишимбаев В.К. Рациональное использование
нефтебитуминозных пород и кондиционного
сырья западного Казахстана и Приаралья. Дисс… ученой степени доктора технических наук. Москва, 1990, 386 с.