Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Экономия битума

Асфальтобетон на битуме с нафтенатом кальция


Асфальтобетон на битуме с нафтенатом кальция

При переработке нефти на некоторых нефтеперерабатывающих заводах образуется большое количество щелочных отходов. По своей природе они являются водными растворами нафтеновых мыл. Обычно щелочные отходы содержат некоторое количество нефтепродуктов. Так, например, щелочные отходы состоят из мылонафта 3-15%,. остатков щелочи 0,5-1,5%, примеси карбонатов натрия 0,02%, неомыляемых веществ (эмульгированное топливо и смолистые компоненты) 2-6%, остальное — вода.

Нерастворимые нафтенаты легко получить на нефтеперерабатывающих заводах путем осаждения из щелочных отходов, обработав их водным раствором щелочно-земельных солей, например, кальциевой, при этом образуется соль — нафтенат кальция. В зависимости от содержания минеральных масел нафтенат кальция может иметь цвет от темно-коричневого до светло-кремового и консистенцию от твердообразной до мазеобразной. Он характеризуется следующими показателями: молекулярная масса 550, кислотное число кислот, высоленных из нафтената... кальция 196 мг КОН/г, эфирное число 2 мг КОН/г, йодное число 2, карбонильное число 3, глубина проникания иглы при 25 °С 24, температура размягчения 77 °С. Нафтенат кальция при нагреве растворяется в нефтепродуктах и нерастворим в воде.

Нафтенат кальция в силу своего строения неизбежно должен оказывать структурирующее действие на битум. Это может быть проиллюстрировано реологической кривой модельной системы, состоящей из углеводородной жидкости (керосина) и нафтената кальция (рис. 1).

При введении в керосин небольшого количества нафтената кальция последний полностью в нем растворяется и образует коллоидную лиофильную систему, лишенную какой-либо структуры. Дальнейшее введение в модельную систему нафтената кальция приводит к медленному нарастанию вязкости за счет образования ассоциатов из молекул нафтената кальция, разобщенных между собой. И лишь при концентрации нафтената кальция 11,5% вязкость системы лавинно возрастает и в системе формируется, пространственная коагуляционная структура. Консистенция системы — желеобразная. Вязкость модельной системы с изменением температур изменяется в меньшей степени, чем вязкость битума. Это позволяет предположить, что нафтенат кальция будет повышать теплостойкость битума.

Поскольку нафтенат кальция содержит анион нафтеновой кислоты, добавление его к битумам будет повышать их полярность и улучшать адгезионные свойства. Очевидно, нафтенат кальция будет наилучшим образом совмещаться с маслами битума, так как их молекулярные массы почти равны. Масла могут структурироваться добавками нафтената кальция. Возникает дополнительная структура, расширяющая интервал превращений и придающая пластические свойства битума. При этом вероятнее всего будут лишь физические процессы.

Введение 20% нафтената кальция в битум III структурного типа повышает температуру размягчения е 53 до 60 °С. Глубина проникания иглы при этом снижается на 20 мм-1. Индекс пенетрации возрастает, а интервал пластичности расширяется с 64 до 69 °С. Добавка нафтената кальция до 15% наиболее эффективна с точки зрения улучшения свойств битума. При введении добавки выше 15% битум становится более жестким, интервал пластичности не увеличивается.



Рис. 1. Влияние концентрации нафтената кальция


Введение нафтената кальция в битум II структурного типа показало значительное улучшение его свойств. Добавка нафтената кальция до 15% повышает теплостойкость и улучшает низкотемпературные свойства битума. При одинаковой начальной глубине проникания иглы при 25 °С большему изменению от введения нафтената кальция подвергается битум II типа., чем III. В большей степени увеличивается интервал пластичности, т.е. битум марки БН 60/90 становится более теплостойким., чем битум марки БНД 60/90. Индекс пенетрации битума II структурного типа изменяется от -1,2 до О, а битума III структурного типа от 0,3 до 1,2.

Электронно-микроскопические исследования показали, что нафтенат кальция образует в дисперсионной среде битума достаточно развитые фибриллярные структурные образования, играющие роль армирующего компонента систем. Образованная с нафтенатом кальция пространственная сетка придает битуму' с нафтенатом кальция эластичные свойства, расширяет интервал пластичности, что очень важно в условиях больших динамических нагрузок от проходящих транспортных средств.

Влияние нафтената кальция на старение битума было изучено по кинетике изменения температуры хрупкости битума, по методике БашНИИ НП. Для построения кинетических кривых изменения температуры хрупкости битума с различным содержанием нафтената кальция образцы выдерживались на стеклянных пластинках диаметром 34 мм, толщиной 0,5 мм в термостате при различных температурах. Кинетические кривые изменения температуры хрупкости битума с нафтенатом кальция показаны на рис. 5.4. Наибольшая скорость старения наблюдается на чистом битуме, особенно в первые 14 сут. Битум с 5% нафтената кальция интенсивно стареет до 10 сут, а затем процесс затормаживается. Битум с 10, 15 и 20% нафтената кальция не изменяет температуру хрупкости за все время выдерживания в воде.

Увеличение содержания нафтената кальция в асфальтобетоне приводит к закономерному росту прочности на сжатие при температуре 50 и 20 °С. Наибольшая интенсивность роста при 50 °С наблюдается в диапазоне содержания нафтената кальция от 5 до 15% по отношению к битуму. Водонасыщение закономерно понижается по мере увеличения содержания нафтената кальция до 20% в пределах от 6,2 до 2,8%. Наименьшей прочностью при 50 °С обладает асфальтобетон на исходном битуме. Коэффициент водостойкости асфальтобетона повышается с увеличением в битуме количества нафтената кальция.



Рис. 2. Кинетика изменения Тхр битума с нафтенатом кальция при выдерживании в воде:
1 — битум БНД 60/90; 2 — битум БНД 60/90+5% нафтената кальция; 3 — то же, + 10 %; 4 — то же, +15 %; 5 — то же, +20%


Сравнение действия нафтената кальция на асфальтобетон, приготовленный на битумах II и III структурного типа, показывает, что большее действие оказывает нафтенат кальция на битум II структурного типа.

Выполненные исследования* также показали, что расход вяжущего в асфальтобетоне при введении нафтената кальция в битум марки БНД 60/90 сокращается на 5-15% от массы минеральной части, а в битум марки БН 60/90 — на 10-20%. Это объясняется лучшей смачиваемостью, повышенным растеканием битума с нафтенатом кальция по поверхности зерен при приготовлении смеси и лучшей уплотняемостью смесей при устройстве асфальтобетонных покрытий.

Увеличение содержания нафтената кальция в битуме с 5 до 20% приводит к повышению модуля упругости в наибольшей степени в диапазоне температур от 0 до 40 °С.

При температуре ниже 0 °С значения модулей упругости сближаются у асфальтобетонов всех составов, намечается даже больший рост модуля упругости для асфальтобетона на исходном битуме. Это свидетельствует о пластифицирующем действии нафтената кальция как на битум, так и на асфальтобетон. При температурах выше 40 °С модуль упругости у асфальтобетона с нафтенатом кальция также выше, чем у асфальтобетона на исходном битуме.

Технология введения нафтената кальция при приготовлении асфальтобетонной смеси заключается, в следующем. Из хранилища размельченные куски нафтената кальция подаются в весовой дозатор. Отдозированный нафтенат кальция поступает в битумный котел и перемешивается с битумом до однородного состояния. Далее смесь битума с нафтенатом кальция перекачивается в рабочий битумный котел и через дозатор в асфальтосмеситель. Время перемешивания с битумом в котле должно быть 10-15 мин. Битум с нафтенатом кальция при «л рабочих температурах (120-140 °С) можно выдерживать в котле в течение одной смены.

Следует уделять особое внимание концентрации нафтената кальция, так как превышение ее может привести к отрицательному эффекту. Рекомендуемые концентрации нафтената кальция 5-15% от массы битума. Укладка и уплотнение асфальто-бетонной смеси должна производиться при температуре не ниже 90-110 °С.

Таким образом, введение нафтената кальция в битум позволяет:
- облегчить обволакивание и обеспечить сцепление минеральных материалов с вяжущим;
- снизить температуру приготовления горячих асфальтобетонных смесей и замедлить процесс старения битума; уменьшить расход битума на 10-20%;
- повысить производительность АБЗ и машин, используемых при устройстве дорожных покрытий;
- повысить водо- и теплостойкость асфальтобетонных смесей и увеличить долговечность асфальтобетонных покрытий.

Рассмотренные в этой главе материалы показывают направление для замены битума на менее дефицитные органические вяжущие или побочные продукты нефтехимической и химической промышленности.

Во многих странах мира накоплен опыт применения комплексных органических вяжущих на основе битумов и дегтей, битумов и пеков, нефтяных и природных битумов, битумов с термопластичными полимерами и отходами их производства, вторичных полимеров для производства асфальтобетона.

Асфальтобетоны на комплексных органических вяжущих обладают различными свойствами, в некоторых случаях они уступают классическому асфальтобетону, а в некоторых превосходят. Так, асфальтобетон на дегтебитумном вяжущем хорошо сопротивляется агрессивному воздействию бензина, керосина и смазочных масел, устойчив к воздействию гнилостных грибковых микроорганизмов. Термоэластопласты придают асфальтобетону трещиностойкость при отрицательных температурах и снижают пластичность при высоких температурах,



Похожие статьи:
Переработка старого асфальтобетона в стационарных установках

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Экономия битума

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум