Модификация свойств дорожных вяжущих материалов полимерами

• Автор: Самсонов, Михаил Витальевич
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Дорожные битумы и битумные материалы. Литературный обзор
1.1. Состав, свойства и структура нефтяных битумов
1.2.Современные технологии производства дорожных битумов
1.3.Необходимость модификации свойств битумов
1 АПолимеры, используемые для производства ПБВ
1.5.Целесообразность использования резиновой крошки в битумном производстве
1.6.Сера как модификатор свойств дорожных вяжущих
Глава 2. Экспериментальная часть. Объекты и методы исследования
2.1. Объекты исследования
2.2. Свойства объектов, методы исследования и методики приготовления композиций
Глава 3. Разработка рецептуры рентабельных дорожных вяжущих
3.1. Исследования возможности модификации свойств дорожных битумов полиэтиленом и пластификаторами
3.2. Модификация свойств дорожных гудроновых вяжущих элементнойсерой
3.3. Разработка технологических основ производства серосодержащих полимергудроновых композиций
3.4. Разработка технологических основ производства резиносодержащих гудроновых композиций
3.5. Создание резиносодержащих полимергудроновых композиций
3.6. Исследование возможности создания резино- и серосодержащих полимергудроновых композиций
Глава 4. Испытания асфальтобетонной смеси, приготовленной на основе полимергудронового вяжущего. Оценка рентабельности промышленного производства полимергудронового вяжущего
4.1. Испытания асфальтобетонной смеси, приготовленной на основе полимергудронового вяжущего
4.2. Оценка рентабельности промышленного производства полимер-гудронового вяжущего
Общие выводы
Список сокращений и условных обозначений
Литература
Приложение А
Приложение Б
Введение
Нефтяные битумы были и остаются основным видом вяжущих материалов, применяемых в дорожном строительстве. Непрерывное возрастание требований потребителей к долговечности дорог, а, соответственно, и к качеству битумов, усиление внимания к вопросам экологичности производства стимулируют развитие новых и совершенствование существующих технологий их производства. Производимые сегодня дорожные вяжущие 4-го поколения, то есть битумы, модифицированные полимерами (например, ПБВ - на основе битумов и блок-сополимеров типа СБС по ГОСТ Р 52056-2003),обеспечивают высокий уровень эксплуатационных показателей, таких как: трещиностойкость, теплостойкость, сдвигоустойчивость, долговременная прочность и сопротивление низкотемпературному растрескиванию.
К числу основных эксплуатационных недостатков применения полимернобитумных вяжущих по ГОСТ Р 52056-2003 (помимо высокой себестоимости и определённой склонности к расслоению в период «жизненного цикла») следует отнести и использование в качестве основы окисленных битумов по ГОСТ 22245-90, что увеличиваетсебестоимость вяжущих и снижает их качество. Этот недостаток можно отнести ко всем выпускаемым сегодня российским полимерно-битумным вяжущим материалам. Кроме того, недостатком российских полимерно-битумных вяжущих является использование дорогостоящих пластификаторов (товарного индустриального масла И-40) и в качестве полимеров (и это зафиксировано в стандарте) - только термоэластопластов типа стирол-бутадиен-стирольных каучуков (СБС).
В связи с вышеизложенным была сформулирована основная цель работы -разработать вяжущее для дорожных асфальтобетонных покрытий, котороебы отличалось использованием более дешевых и доступных компонентов по сравнению с ПБВ, и по уровню своих основных эксплуатационных показателей было бы максимально приближено к значениям нормативных требований к ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003, обеспечивающих их надёжную эксплуатацию в составе асфальтобетонных смесей.

Глава 1 Дорожные битумы и битумные материалы. Литературный обзор
1.1. Состав, свойства и структуранефтяных битумов.
1.1 ЛХимический состав битумов
Нефтяные битумы - это сложная смесь взаиморастворимых высокомолекулярных компонентов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, азот, серуа также ряд металлов [1]. В состав битумов входят как алифатические соединения, так и высокоароматические конденсированные вещества с гетероциклическими фрагментами.
Битумы имеют следующий примерный элементный состав (% мае.): углерод - 80-85; водород - 8,0-11,5; кислород - 0,2-0,4; сера - 0,5-7,0; азот -0,2-0,5. Кроме того, в их состав входят микроколичества различных металлов [2].
Нефтяные битумы - это продукты черного цвета, имеющие низкую тепло- и электропроводность, достаточно стойкие к действию различных химических реагентов, водо- и газонепроницаемые, устойчивые к действию различных видов излучения [3,4].Основным сырьем для производства окисленных битумов являются нефтяные остатки вакуумной перегонки нефти - полугудроны, гудроны, а также побочные продукты масляного производства - асфальтиты деасфальтизации, крекинг-остатки [2,3,4,5]. Нефтяные остатки представляют собой дисперсные системы, в которых дисперсная фаза состоит из ассоциатов высокомолекулярных органических и гетероатомных соединений (преимущественно асфальтенов и парафиновых соединений).
Из-за сложности строения битумов трудно выделить какие-либо индивидуальные соединения за исключением парафинов. Поэтому битумы разделяют по методике ВНИИНП-СоюзДорНИИ на группы компонентов, отличающихся по растворимости [2]. Битумы состоят из асфальтенов, смол и масел. Сумму масел и смол часто называют мальтенами.
Масла в битуме понижают температуру его размягчения, твердость, увеличивают текучесть и испаряемость.
Масласостоят из:
Рисунок 1.5.1 Изображение трёхмерной структуры системы бутадиенового каучука и
полиэтилена.
Рисунок 1.5.2 Изображение структуры системы стиролбутадиенового каучука и
полиэтилена.
С увеличением температуры и времени растворения увеличивается степень девулканизации резиновой крошки. Соответственно уменьшается размер частиц резиновой крошки, смесь становится более однородной, за счет «сшивки» структур полимера и гудрона, что подтверждается ростом вязкости смеси.
Явление увеличения вязкости может быть объяснено следующим: резиновая крошка является вулканизованным изопреновым каучуком, поверхностные слои которых под воздействием высокой температуры начинают частично девулканизировать. Разрыв связи приводит к образованию боковых ответвлений производных изопрена, которые растворяются в гудроне. Они же в свою очередь несут на себе радикалы -С-8*, способные к взаимодействию с непредельными связями в гудроне, наличие которых было подтверждено ЯМР спектроскопией. Взаимодействие активных группировок с непредельными связями в гудроне ведёт к увеличению молекулярной массы гудрона и соответственно значения динамической вязкости системы.