ПАКЕТ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДИФИКАТОРОВ (ПФМ) ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМОВ И БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ШИРОКОГО АССОРТИМЕНТА С ВЫСОКИМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ-МИ СВОЙСТВАМИ
На сегодняшний день до 70 процентов выпускаемых в России и странах СНГ битумов по ассортименту и качеству не соответствуют требованиям современного рынка. Так анализ результатов испытаний «Центра лабораторного контроля, диагностики и сертификации» ФДС России показывает, что 68% битумов марок БНД, применяемых для асфальтобетонных смесей, не удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90 хотя бы по одному из физико-механических показателей. При этом по показателю «глубина проникания иглы при 0 0С» требованиям ГОСТ 22245-90 не соответствует 31% проб битума, 26% проб – по показателю «растяжимость при 0 0С», 21% проб – по «изменению температуры размягчения после прогрева», 16% проб – по «растяжимости при 25 0С» и 6% проб – по показателю «температура хрупкости».
Как следствие недостаточное качество битумов ведет к преждевременному износу дорожных покрытий и, в итоге приводит к увеличению капитальных затрат на проведение трудоемких ремонтных работ. Так за последние десятилетия в 2-3 раза сократился срок службы асфальтобетонных покрытий на автодорогах, мостах и аэродромах, более 90% материальных, трудовых и энергетических ресурсов, выделяемых дорожной отрасли, идет на ремонт и реконструкцию, а не на строительство асфальтобетонных покрытий. Положение усугубляется непрерывным увеличением грузоподъемности и интенсивности движения транспортных средств, приводящим к значительному росту динамических нагрузок на дорожное покрытие и тем самым повышению требований к качеству битума.
а – при изготовлении асфальтобетонной смеси; b – при хранении, транспортировке и укладке; с – за 8 лет работы в составе асфальтобетонного покрытия
Рис. 1. Изменение индекса старения битума во время смешения с минеральным материалом при изготовлении горячих асфальтобетонных смесей, при хранении и транспортировке, при работе в составе дорожного асфальтобетона.
Основными причинами преждевременного разрушения асфальтобетонных покрытий служит:
1. применение органических битумных вяжущих материалов, которые не удовлетворяют нормативным требованиям, предъявляемым к ним условиями эксплуатации покрытий на территории России;
2. температурная трещиностойкость, так как их температура хрупкости выше, чем температура наиболее холодных суток заданного района эксплуатации покрытий.
- для битумов дорожных марок температура хрупкости не ниже минус 180C,
- средняя зимняя температура в России колеблется от минус 20 до минус 60°С,
- расчетная температура трещиностойкости дорожных покрытий - от минус 19до минус 42º C.
Вследствие того через год на покрытии появляются трещины, которые являются очагами разрушения покрытий (выбоины, выкрашивания).
3.эластичность - способность к большим обратимым деформациям.
По данным фирмы «SHELL» (рис.1), интенсивность процесса старения битума на стадии приготовления асфальтобетонных смесей намного выше, чем при транспортировке и эксплуатации.
Необходимо отметить, что для повышения качества асфальтобетонных покрытий в верхних слоях автомобильных дорог I—II технических категорий рекомендовано применять модифицированные битумы соответствующие современным требованиям качества на марки БДУ (ТУ 38.1011356-91) в составе асфальтобетонных смесей, обладающие по сравнению с традиционными дорожными битумами, соответствующие нормам ГОСТ 22245-90, более высоким уровнем физико-механических и адгезионно-прочностных показателей. Битумы марок БНД характеризуются наименьшей растяжимостью, значительной потерей массы образца при испытании по методике ASTM D 1754, что объясняет более низкую трещиностойкость асфальтобетона особенно при переходах температуры через 0°C.
По этим причинам к одним из перспективных и экологически приемлемых путей радикального решения проблемы улучшения качества отечественных битумов, является создание интенсивной технологии производства битумов, основанной на научном подходе к выбору и применению инициирующих добавок к тяжелому нефтяному сырью – высоковязким нефтям, природным (ВВН и ПБ) и окисленным битумам. Таким образом, необходимо осуществлять перевод битумов из класса термопластов в эластомеры, которые способны в этом случае выполнять роль комплексных органических вяжущих (КОВ), т.е. битум-полимерных вяжущих (БПВ) в производстве долговечных асфальтобетонов, а также одновременно являющиеся высококачественным сырьем в производстве мастичных материалов для санации дорожного полотна от выбоин и трещин.
Для увеличения срока службы дорожных покрытий на мостах и искусственных сооружениях необходима не только корректировка нормативных требований к физико-механическим свойствам битумов, но и разработка, внедрение в практику дорожного строительства модифицированных битумов улучшенного качества и новых материалов на их основе, способных обеспечивать более высокую прочность и долговечность дорожных покрытий. Этот подход позволит:
- повысить качество и увеличить срок службы дорожных покрытий за счет улучшения их трещиностойкости, сдвигоустойчивости, водо- и морозостойкости,
- расширить температурный диапазон работоспособности за счет более высокого динамического предела текучести,
- увеличить в 1,5-3 раза срок службы асфальтобетонов,
- повысить вязкость и прочность,
- увеличить температуру размягчения регулированием состава при сохранении требуемой эластичности и температуры хрупкости.
- регулировать свойства органических вяжущих в зависимости от исходных компонентов и условий эксплуатации конструкций;
- повысить производительность работ по приготовлению вяжущих;
- снизить энергозатраты;
- получить материалы с требуемыми в данных условиях свойствами;
- расширить ассортимент органических вяжущих;
- увеличить темпы строительства дорог с твердым покрытием, особенно в осваиваемых сельскохозяйственных районах Севера и Сибири.
Для этого с технической точки зрения при создании битумных композиционных материалов с заданным комплексом свойств могут применяться те модификаторы, которые:
- не разрушаются при температуре приготовления асфальтобетонной смеси;
- совместимы с битумом при температурах приготовления асфальтобетонных смесей;
- в летнее время повышают сопротивление битумов в составе дорожного покрытия к воздействию сдвиговых напряжений без увеличения вязкости при температурах смешения и укладки;
- не придают битуму жесткость, ломкость при низких температурах в покрытии;
- химически и физически стабильны при хранении, переработке и в реальных условиях работы в составе дорожного покрытия.
В настоящее время на основании результатов испытаний битумов дорожных, модифицированных различными добавками, ФГУП СоюздорНИИ рекомендовано применение следующих полимеров:
• блоксополимеры бутадиена и стирола типа СБС (в виде порошка и крошки) ДСТ-30-01
1 группы по ТУ 38 103267-80, ДСТ-30Р-01
1 группы по ТУ 38 40327-90; их зарубежные аналоги: Финапрен 502, Финапрен 411; Кратон Д 1101, Кратон Д 1184, Кратон Д 1186; Европрен Сол Т 161; Калпрен 411, предназначенные для получения полимерно-битумных вяжущих марок ПБВ в соответствии с ОСТ 218.010-98;
• «Каудест-Д» – система полимеров типа синтетических бутадиенальфаметилстирольных каучуков (СКМС) – предназначен для получения вяжущих на основе композиции «Каудест-Д» в соответствии с ТУ 2257-045-05766793-96;
• растворы синтетических каучуков стирольных типа СКС, предназначенные для приготовления битумно-каучуковых вяжущих марок БКВ.
По данным ЕАРА (таблица 1) наблюдается рост доли потребления модифицированных битумов по сравнению с 1995 г. от общего объема битумов, используемых для строительства и ремонта дорожных покрытий.
Таблица 1. Доля модифицированных битумов в общем объеме дорожных битумов, используемых для строительства и ремонта дорожных покрытий в Европе по данным ЕАРА
нд – нет данных
Количество модифицированных дорожных битумов в 2001 г. в Европе составило 7% (рис.2). Характер распределения объема потребления модифицированных битумов по видам модификаторов (рис.2) свидетельствует о наибольшем применении полимеров: полиолефины (9%), EVA (12%), полибутадиен (14%), типа СБС (41%).
Производство модифицированных битумов полимерами типа СБС в Европе к 2001 г. возросло до 50% и составило во Франции 80%, в Германии – 95%, в Испании – 65%, Бельгии – 80%, в Италии – 100% от всего объема модифицированных битумов (сведения предоставлены фирмой «KRATON POLYMER»).
Рис. 2. Доля потребления модифицированных битумов в европейских государствах, в 2001 г.
Доля потребления битумов с разными видами модификаторов европейских государствах в 1998 г.
В настоящее время в зарубежной практике для устройства и ремонта дорожных покрытий используются композиционные материалы на основе битума и модификаторов, таких как сера, каучук (полибутадиеновый, натуральный, бутилкаучук, хлоропрен и др.), органо-марганцевые компаунды, термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол, этилен-винилацетат (EVA), термопластичные каучуки (полиуретан, олефиновые сополимеры, а также блоксополимеры стирол-бутадиен-стирола (СБС).
В настоящее время масштабное применение модифицированных битумов ограничено из-за отсутствия строгих критериев к использованию модификаторов, анализ опыта применения которых показал, что для повышения реологических и физико-механических характеристик битумов обычно используют различные виды полимеров, синтетических каучуков, резиновую крошку и т.д.
Способы применения характеризуются тем, что модификаторы вводятся в битумы в чистом виде в небольших количествах от 1 до 5% мас.
Для совмещения битума с полимером требуется специальное оборудование (в нашем случае им выступает роторно-пульсационное акустическое (РПАА), обеспечивающее активное совмещение компонентов).
Зарубежный и отечественный опыт применения модифицированных битумов показывает принципиальные отличия:
- выбору исходных компонентов,
- проектированию составов БПВ,
- регламентированию комплекса их физико-механических свойств,
- выбору объектов, на которых наиболее целесообразна замена дорожного битума на новый вид вяжущего.
Известно, что высокомолекулярные полимеры-модификаторы выпускают на производстве в виде гранул, крошки, кусочков, т.е. мелких частиц, расцепление которых в растворителе гораздо упрощается.
Отечественная и зарубежная практика показала, что такие модификаторы легко совмещаются с остаточными битумами, в структуре которых гораздо больше свободных молекулярных связей, чем в окисленных, таким образом введение высокомолекулярных полимеров создает практические сложности.
Качество дорожных покрытий, долговечность зависят от прочности сцепления битумных вяжущих с минеральными материалами. Отметим, что существенным недостатком производимых в Татарстане дорожных и строительных битумов являются низкие адгезионно-прочностные и упруго-деформационные свойства.
Средний срок службы дорожных покрытий в РТ не достигает 5-6 лет (на практике эта цифра колеблется от 1 до 3 лет), в то время как за рубежом эта цифра достигает 10-15 лет.
Известно, что для производства дорожных и строительных битумов подходят нефти высокосмолистые и малопарафинистые. Однако в связи с ограниченностью запасов таких нефтей используют остатки практически любых нефтей, что приводит к низкому качеству битумных материалов. Содержащиеся в битуме полициклические ароматические соединения, смолы и гетероатомсодержащие соединения не обеспечивают требуемую адгезию, как к минеральной части асфальтобетона, так и в случае использования строительных и специальных марок битумов в производстве битумно-кровельных, мастично-лаковых материалов к металлической и железобетонной основе, т.е. для изоляции крыш и оснований промышленных и гражданских объектов, нефте- и газотрубопроводов, подземных коммуникаций и различных хранилищ, устройстве изоляционных материалов для защиты от коррозии мостовых сооружений, а также объектов водного транспорта. Кислородсодержащие соединения, образующиеся при окислении гудрона, также мало влияют на адгезионные свойства битумов. Расширение сырьевой базы битумного производства за счет вовлечения тяжелых нефтяных остатков (ТНО) смолисто-парафинового основания регионального происхождения подтверждает несомненную актуальность данного проекта.
Разнообразие климатических и эксплуатационных условий требует разработки научно-обоснованных путей регулирования структуры мастик и вяжущих для дорожного строительства в широких пределах с целью получить оптимальные для данных условий свойства.
Многие современные производители композиционных мастик поставляют на рынок менее качественную продукцию, дезориентируя потребителей, подрывая заслуженный имидж статуса битум-полимерного материала. Такие мастичные материалы формально являются битумно-полимерными, не обладая требуемыми эксплуатационными характеристиками настоящих БПМ, правильнее называть псевдо-БПМ. Для достижения нормируемых ГОСТом показателей теплостойкости и низкотемпературной гибкости, производители, не имея более высокоэффективных добавок, используют окисленные битумы, более теплостойкие. Это приводит к получению материала, обладающего высокой стоимостью за счет большего содержания полимера для обеспечения требуемой пластичности, который можно вводить в систему до критического содержания, что приведет к нарушению целостности мастичного материала и система расслаивается.
Для производства высококачественных битумов и материалов на их основе руководствовались:
- знаниями в области химического структурно-группового состава ТНО и битумов различной природы;
- способов их добычи (термодеструктивные);
- режимов выработки (температура, продолжительность, расход воздуха).
А так как в большинстве своем отсутствует основная взаимосвязь между существующими способами добычи высоковязких нефтей и природных битумов (ВВН и ПБ), условиями их дальнейшей переработки и предъявляемыми требованиями качества к битумам (дорожного и гражданского назначения) у современного рынка потребителей битумных материалов, то задача получения высококачественных битумов и их материалов становится трудно выполнимой. Это связано с негативным влиянием химического структурно-группового состава деструктивных ТНО и битумов на адгезионно-прочностные свойства полученных на их основе материалов. В дальнейшем это приводит к преждевременному износу дорожных покрытий и к увеличению капитальных затрат на проведение ремонтных работ. Положение усугубляется непрерывным увеличением грузоподъемности и интенсивности движения автотранспорта, приводящих к значительному росту динамических нагрузок на дорожное покрытие.
Сырье для получения битумов и их материалов должно быть высокосмолистым с минимальным содержанием парафино-нафтеновых углеводородов (УВ). Это объясняется тем, что дисперсная структура битума значительно зависит от содержания н-парафиновых структур, где при содержании более 3% возникает кристаллизационный каркас, сообщающий системе жесткость и уменьшающий интервал пластичности. Вместе с этим известно, что в процессе окисления нефтяных остатков количество низкомолекулярных ароматических масляных УВ непрерывно убывает, а относительное количество н-парафинов повышается. Вследствие этого, уменьшается сродство дисперсионной среды к асфальтенам, которых, кроме того, становится больше, что приводит к ухудшению когезионных и адгезионно-прочностных свойств битумов.
Таким образом, возникает необходимость использования таких химически активных модификаторов, которые за счет эффективной межмолекулярной диффузии подвергали бы сегменты парафиновых цепей химическому структурированию с последующим образованием полярных макромолекулярных полициклических нафтеновых фрагментов.
Единственным решением в сложившейся ситуации является:
1. разработка фундаментальных основ создания битумов с улучшенным комплексом свойств и материалов на их основе для дорожной и гражданской отраслей, регламентируемых современными российскими, европейскими и западными стандартами качества ISO, ASTM, DIN на базе основных принципов физико-химической механики нефтяных дисперсных систем (НДС);
2. синтез серии универсальных полифункциональных модификаторов (ПФМ), обладающих высокими структурообразующей, пластифицирующей и, что не менее важно, адгезионной способностями в битумных матрицах за счет кластерного эффекта при физико-химическом взаимодействии компонентов «ПФМ» и битумов на любых типах подложек в различных условиях применения.
Это подтверждается качеством модифицированных битумных мастик с участием добавок серии «ПФМ», компоненты которых обеспечивают высокую химическую стойкость, адгезионно-прочностную, упруго-деформационную, низкотемпературную способность материалов к сдвиговым напряжениям. С использованием современных методов анализа проведены исследования влияния ПФМ-модификаторов на химический и структурно-групповой состав, свойства ПБ различной природы, производимые и добываемые в Татарстане.
Оригинальность и новизна разработки заключается в отсутствие взаимосвязи «состав сырья – качество» за счет высокоизбирательного протекания необратимых превращений с н-парафино-асфальтеновыми ассоциатами битумов с образованием полиэфиров, которые по своей молекулярной массе относятся к смолам. Последние адсорбируют ароматические мальтены битума, набухая в них; при этом размеры частиц «ПФМ» увеличиваются в 6 - 9 раз. Высокополярность, ароматичность, низкая вязкость ПФМ способствует диспергированию, необратимой физико-химической диффузии с компонентами битума. Загущая дисперсионную среду, «ПФМ» активно влияет одновременно на адгезионно-прочностные и упруго-деформационные свойства битумов, понижая их температуру хрупкости, и повышая адгезионную способность, температуру размягчения и одновременно пенетрацию, т.е. переводя БПМ в тип эластомеров, таким образом, способствует переходу битума в битумное вяжущее, и как следствие при приложении нагрузки возникают только упругие деформации, а течения мастики при действии нагрузки не происходит. Этот факт увеличивает более чем в 3 раза срок службы асфальтобетонов, межремонтный период эксплуатации покрытий, снижаются энергозатраты. В то же время применение известных полимеров не позволяет получить мастики, обладающие одновременно и высокой теплостойкостью и высокой пенетрацией.
Температура смешения битумов с СБС до 220°C, что вызывает расфракционирование, оксиполимеризацию мальтенов - первопричина охрупчивания БПВ-материалов. ПФМ гомогенизируются уже при 120ºС. Взаимодействие СБС-модификаторов с татарстанскими битумами ограничено их растворяющей способностью. Дополнительно необходимо отметить, что отсутствие азотсодержащих соединений и легкокипящих компонентов в составе разработанного модификатора позволяет существенным образом улучшить экологичность производства как самого модификатора, так и битумных материалов на его основе.
Таблица 1 – Изменение группового химического состава битума в процессе модификации
Время модификации, мин.
Групповой химический состав, % масс.
Содержание парафина, % масс.
по ГОСТ 17789-72
Масла
Смолы
Асфальтены
30
47,69
41,71
10,60
10,10
40
41,34
45,91
12,75
5,64
50
37,22
48,14
14,64
1,02
60
35,28
48,98
15,74
0,71
Отличительной особенностью является тот факт, что за счет регулирования концентрации модификатора можно получить на основе известных марок битума широкий ассортимент битумно-полимерных материалов: мастик для строительства и ремонта автодорог, аэродромов, устройства кровель, строительных конструкций, мостовых сооружений, защиты магистральных наземных и подземных нефте- газо- и трубопроводов, асфальтобетоны, мастики, эмульсии, лаки, рубраксы, рулонно-кровельные гидроизоляционные материалы.
Таким образом, основным отличием от СБС служит высокая адгезионная способность ПФМ-модифицированных битумов к каменным материалам. Особенности и преимущества ПФМ по сравнению с адгезивами "АМДОР", "WETFIX N", "DIAMINE OLBS", серии БП-3: высокая адгезия, термостабильность при 250-270ºС в течение 4-х часов по сравнению со 140-170ºС у аналогов-производителей, высокая температура вспышки, высокая технологичность - возможность дозирования ПФМ в битум, выходящий из окислительной колонны с температурой до 280ºС. ПФМ включает в себя одновременно характеристики СБС и адгезивов, что сказывается на себестоимости, позволяет получать битум-полимерные мастики и вяжущие, превосходящие производимые битумы по доле обратимых высокоэластических деформаций. Проведены сравнительные исследования отечественных модификаторов по их эффективности в модификации свойств битумов для дорожного и гражданского строительства, доступности, технологической безопасности, совместимости, дороговизной в сравнении с зарубежными модификаторами, стоимость которых на сегодняшний день колеблется от 2000 до 6000 евро за тонну. Следовательно, использование в массовом строительстве битумных мастик на основе полифункциональных модификаторов серии «ПФМ» позволит получить качество и долговечность конструкций и сооружений, требуемые по российским и ведущим зарубежным стандартам качества.
Проведенные нами исследования установили возможность получить модифицированные комплексные органические вяжущие с помощью добавок серии ПФМ. Это в первую очередь мастики и БПВ, которые не только не уступают нефтяным битумам, но и по ряду показателей превосходят их: доля обратимых высокоэластических деформаций (эластичность) БПВ составляет более 80% при 25°С и более 70% при 0°С, в то время как у битумов эластичность либо практически отсутствует, либо не превышает 20%. Это обуславливает его высокие теплостойкость и сопротивление сдвигу при повышенных температурах (50-70 С), эластичность, пластичность и устойчивость к динамическим воздействиям при низких отрицательных температурах. Температура хрупкости модифицированных таким образом БПВ разного состава находится в пределах от минус 20 до минус 55°С, чем существенно отличается от битумов, температура хрупкости которых изменяется от минус 4 до минус 20°С. При этом температура размягчения БПВ выше, чем у битумов. Модифицированные асфальтобетоны на основе таких БПВ отличается повышенными деформативностью при отрицательных температурах и упругостью при положительных (модуль упругости при минус 20ºС в 3-6 раз меньше, а при 40ºС – в 1,5-2 раза больше, чем асфальтобетона на битуме марок БНД); повышенной устойчивостью к многократным динамическим воздействиям. Такие качества БПВ позволяют существенно (в 2-3 раза) снизить модуль упругости битум-полимерного асфальтобетона по сравнению с асфальтобетоном при отрицательных температурах (минус 20 - минус 30°С) и одновременно в 1,5-2 раза повысить предел текучести и модуль упругости при положительных температурах (40-50°С). Такие покрытия более трещиностойки и сдвигоустойчивы, что подтверждено многолетними лабораторными исследованиями и наблюдениями за построенными во всех дорожно-климатических зонах участками дорожных, мостовых и аэродромных покрытий.
Использование модификаторов серии «ПФМ» в производстве кровельных и гидроизоляционных материалов на основе вторично используемых битумов
Кровельные материалы предназначены для устройства верхнего элемента покрытия - кровли, предохраняющей сооружение от проникновения атмосферных осадков. В процессе эксплуатации кровли, изоляционные мастичные материалы многократно подвергаются увлажнению и высушиванию, замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии, температурным деформациям, ветровым нагрузкам, а также воздействию прямого солнечного излучения и агрессивных воздействий , от чего кровля разрушается быстрее других конструктивных элементов здания. Для длительного и безотказного выполнения своих функций кровельные материалы должны обладать одновременно совокупностью свойств: водо-, морозо-, свето- и теплостойкостью, быть достаточно прочными, по физико-химическим свойствам совместимыми между собой (в многослойном гидроизоляционном материале) и с основанием кровли. Поэтому от выбора материала кровли напрямую зависит срок ее службы и надежность.
Разработка технологий модификации битумов, битумосодержащих материалов, вторично используемых битумов, с учётом ужесточения требований к гидроизоляционным материалам и праймеров на их основе является актуальной задачей. Вследствие атмосферных воздействий в процессе эксплуатации кровли, неизбежно происходит старение, в результате снижается пластичность, увеличивается хрупкость материала, что приводит к необходимости замены старой кровли на новую. В связи с этим появляется необходимость в применении вторично использованных битумов (ВИБ), что решит экологические и экономические аспекты проблемы утилизации ВИБ. Например, только в Москве за год образуется до 40 000 тонн в год отходов кровельных материалов. Решить озвученную проблему можно применением модификаторов серии «ПФМ».
Битумы обладают высокими противокоррозионными и диэлектрическими показателями, учитывая сырьевую базу РТ по ВВН ПБ - порядка 7 млрд. т, возможность за счет пигментирования придавать битумному лакокрасочному материалу (БЛМ) декоративность и низкую стоимость, необходимо рассматривать возможности перехода в производстве лаков и красок на битумную основу. Введение разработанного модификатора не только выводит БЛМ на должный уровень, но и позволяет наносить их на покрытый ржавчиной металл, исключая стадию пескоструйной обработки, здесь окислы железа выступают в роли наполнителя БЛМ, усиливая адгезионно-прочностные характеристики. ПФМ разработан таким образом, что каждый из его компонентов избирательно влияет на структуру масел, смол и асфальтенов битума, увеличивая рабочий интервал эксплуатационных свойств. ПФМ, диспергируясь в битуме, образуют собственные коагуляционные структуры, придающие оптимальные реологических характеристики и высокую устойчивость к старению. ПФМ позволяет перевести отходы обдира старых кровель в разряд основного сырья для производства современных кровельных материалов. И, как следствие, разработанный ПФМ закладывает основу для промышленного производства нефтяных битумов улучшенных, соответствующих самым жестким современным требованиям.
Совмещение «ПФМ» с битумами достигается собственной разработкой - высокопроизводительный роторно-пульсационный акустический аппарат (РПАА), обеспечивающий высокую дисперсность, время пребывания компонентов в котором минимально, что предотвращает старение битума и способствует созданию высокодисперсных систем, характеризующихся оптимальным комплексом физико-механических свойств. Процесс совмещения битума с полимерами протекает в две стадии: эмульгирование размягченного полимера в жидком битуме и последующее частичное (набухание) или полное растворение. Глубина процесса диспергирования полимера в битуме определяется химической природой полимера, молекулярной массой полимера, химическим составом битума, соотношением компонентов в смеси.
Технология совмещения должна полностью исключать деструкцию битума и полимера.
В результате совмещения компонентов ПФМ с битумом имеет место синергетический эффект, обеспечивающий достижение заданных эксплуатационных свойств, отвечающих современным требованиям стандартов качества на битумные материалы.
Учитывая тот факт, что полностью предотвратить расслоение композиции битума с полимером типа СБС на стадии хранения при повышенной температуре невозможно, то для достижения лучшей совместимости компонентов СБС и битума необходимо лимитировать длительность хранения, осуществлять механическое перемешивание массы изготовленной продукции на стадии хранения, увеличить количество масляных компонентов в битуме за счет дополнительного введения минеральных масел.
Себестоимость СБС-материала без учета дополнительного количества растворителя превышает конечную форму модификаторов серии ПФМ, что одновременно с учетом высокой температуры совмещения СБС материала с битумом 150-200ºС приводит:
1. к фракционированию масляных компонентов битума, являющиеся естественным растворителем полимера,
2. дополнительному удорожанию общепринятой технологии по сравнению с ПФМ модифицированными битумами.
Разработанный высокоэффективный комплексный экспресс методконтроля качества битумных материалов на основе пакета интегрированных математических программ, описывающие степень термодинамической молекулярной устойчивости, совместимости компонентов модификатора серии ПФМ и компонентов битумов различной природы с помощью импульсного ЯМР позволяетпри различных температурных режимах, время анализа до 3 мин., с большой уверенностью прогнозировать необходимую долговечность битумов и материалов.
С использованием малогабаритного импульсного ЯМР-релаксометраразработаны и запатентованы принципиально новые экспресс-методы и,
В производстве ПФМ модификаторов используются полимеры, априори способные совмещаться с нефтяным битумом при повышенной температуре за минимальный период времени, так как в значительной степени от этого зависит степень дисперсности БПК. Понятие «совместимость ПФМ с битумами» включает две составные части: термодинамическую совместимость компонентов, а также совместимость на уровне двухфазных структур.
Совместно с совместно с ведущими ВУЗами, НИИ, ФГУПами России проводятся расширенные лабораторные исследования о влиянии ПФМ-модификаторов на химический и структурно-групповой состав, а также свойства битумов различной природы, производимые и добываемые на территории Татарстана. Проводятся и в ряде получены положительные результаты испытаний ПФМ-модификаторов в ОАО «СМП-Нефтегаз», ГПРСО «Татавтодор», «Алексеевскдорстрой», «Дорстрой», «Татнефтепром-Зюзеевнефть», «Татстройтрест», ЦСЛ «Качество» проведены опытно-промышленные испытания с положительными эффектами.
Примечание: Битум ЕНПУ – Елховское НПУ ОАО «Татнефть», Битум ННПЗ – ОАО «Таиф-НК»
ОАО «ТрестКамдорстрой» ОАО «СМП Нефтегаз»
Учитывая тот факт, что в Татарстане проложено 22 тысяч км дорог, из которых более тысячи – федеральные, а общая протяженность автодорог в России – чуть менее 900 тысяч км, в то время как этот показатель уже сегодня должен значительно превышать 1,5 млн км, необходимо говорить о высокой потребности в качественных мастиках для ремонта существующих автодорог и в улучшенном дорожном битуме при строительстве новых.
Представленный проект является победителем Республиканского конкурса «Лучшее изобретение 1999 года» по теме: «Роторно-пульсационные аппараты в процессах переработки нефти», награжден дипломами за лучшую идею в конкурсах «50 и 1000 лучших инновационных идей РТ» 2006-2008 г.г.: «Производство модификаторов для нефтяных битумов и мастик для дорожного и гражданского строительства», «Внедрение научных разработок в современных технологиях комплексной переработки природных битумов», «Производство модификатора для нефтяных битумов, мастик для дорожного и гражданского строительства, кровельных и гидроизоляционных материалов на основе товарных и вторично используемых битумов», «Пакет полифункциональных модификаторов (ПФМ), кровельные и гидроизоляционные материалы различного назначения для гражданского строительства», «За значительный вклад в реализацию молодежной программы ОАО «Татнефть», «За разработку ресурсосберегающих технологий – Универсальный полифункциональный модификатор для нефтяных битумов и битум-полимерной продукции».
16
Библиографическая ссылка
Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А. ПАКЕТ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДИФИКАТОРОВ (ПФМ) ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМОВ И БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ШИРОКОГО АССОРТИМЕНТА С ВЫСОКИМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ-МИ СВОЙСТВАМИ
// Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/4548 (дата обращения: 22.12.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF
