Улучшение качества битумов, используемых в асфальтобетонных смесях

Улучшение качества битумов — задача нефтеперерабатывающих заводов. Только там можно целенаправленно регулировать групповой состав вязких битумов при надлежащем автоматическом контроле и квалифицированно соблюдать те или иные технологические режимы переработки нефти.

Существует два основных направления методов улучшения качества дорожных битумов: реагентное и нереагентное.

Реагентные методы, предполагающие введение в состав сырья (или готовых товарных битумов) различных добавок (ПАВ, полимеры и т.п.), имеют свою продолжительную историю, апробированы и внесены в нормативные документы (например, СТБ 1220-2000 «Битумы модифицированные дорожные. Технические условия»).

Нереагентные методы — более поздний этап развития технологических приемов улучшения битумов, основой которых являются различные физические эффекты. Нереагентные методы можно подразделить на четыре группы:

  • ? ультразвуковой метод;
  • ? магнитный (электромагнитный) метод;
  • ? механохимический метод;
  • ? электрогидравлический метод.

Ультразвуковой метод. В Харькове в 1980-х г. был разработан метод ультразвуковой активации битума для получения асфальтобетона (В.Н. Зинченко, В.А. Золотарев); изучено влияние длительности ультразвуковой обработки битумов на степень возрастания их адгезионных свойств по отношению к минеральным материалам и показано, что такая обработка повышает адгезионные свойства битума, по сравнению с обычным, на 30...70 %. Это способствует увеличению водо- и морозоустойчивости асфальтобетонов на их основе, а также устойчивости к старению.

Физическая сущность процесса ультразвуковой активации битума заключается в следующем. В результате такой обработки происходит разрыв межмолекулярных связей асфальтено- вых комплексов и образование более мелких блоков, отличающихся энергетической активностью, приводящей к усилению адгезионных свойств. Разрушение под действием ультразвука углеводородных оболочек, экранирующих полярные группы асфальтено-смолистых комплексов, также способствует повышению активности битума, реализуемой в процессе взаимодействия с минеральными материалами.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований подтверждены при производственной проверке в условиях АБЗ.

Магнитный (электромагнитный) метод. Исследования, проведенные в России (М.Н. Першин, А.П. Платонов, Е.Н. Баринов и др.), позволили разработать и внедрить эффективную технологию приготовления асфальтобетонных смесей на вспененных (активированных) битумах при воздействии электромагнитных полей.

Особенностью технологического процесса приготовления магнитоактивированных битумов является то, что при прохождении по битумопроводу вяжущее вспенивается, а затем подвергается воздействию переменного магнитного поля. Процесс вспенивания сопровождается резким увеличением суммарной величины поверхности раздела битум—газ, что, в свою очередь, приводит к росту свободной энергии системы. Следовательно, битум по мере вспенивания приобретает все большую свободную энергию, которая, в частности, проявляется в повышении его смачивающей и адгезионной способностей.

Вяжущее в таком состоянии особенно активно взаимодействует с наиболее тонкой частью минерального материала. Поэтому вспененные вяжущие представляют интерес для обработки плотных смесей с большим содержанием минерального порошка, а также некондиционных минеральных материалов с избытком тонкодисперсных (загрязняющих) фракций.

При применении вспененных вяжущих уменьшается расход битума (до 10 % массы вяжущего) и время перемешивания материалов (на 20...25 %), что позволяет рассматривать этот способ как материало- и энергосберегающую технологию приготовления асфальтобетонных и битумоминеральных смесей.

Этот способ дает реальную возможность существенно уменьшить температуру нагрева вяжущего и минеральных материалов, что обеспечивает не только сокращение расхода топлива, но и увеличение продолжительности межремонтных сроков эксплуатации дорог с асфальтобетонными покрытиями. За счет снижения рабочей температуры нагреваемых битумов уменьшаются процессы их старения. При нагреве вспененного битума до 130 °С (обычно битум нагревается до 140... 160 °С) продолжительность межремонтных сроков может возрасти на 4-5 лет.

Еще одним важным достоинством использования битумов в пенном состоянии является то, что эта технология может быть внедрена практически на любых АБЗ без существенного переоборудования.

Примерно такой же эффект достигается и при применении аппаратов с переменным электромагнитным полем (АВС).

Механохимический метод. Это направление отличается от предыдущих методов прежде всего своей механоактивацион- ной направленностью улучшения битумов при их изготовлении на НПЗ.

Нереагентное повышение адгезии битумов заключается в обеспечении максимально возможного перекрытия электронных орбиталей молекул активированного битума и минерального материала.

Эффект достигается (при сниженном температурном режиме) за счет интенсивной механоактивации битума при высоких градиентах скорости его движения между слоями, что обеспечивает разрыв слабых связей с высвобождением энергии образующихся свободных радикалов.

Практически реализация механохимического метода активации битумов наиболее эффективно может быть осуществлена с помощью дезинтегратора Хинта или по методу Волгоградского государственного строительно-архитектурного университета (С.И. Романов, С.А. Пронин и др.).

Электрогидравлический метод. Этот метод относится к перспективным нанотехнологиям, т.е.технологиям отдаленного будущего с внедрением только в составе НПЗ.

Исследования, проведенные в Белорусском национальном техническом университете (Я.Н. Ковалев), показали, что элек- трогидравлическая обработка битума ведет к существенному изменению его группового состава и, как следствие, к изменению физико-механических свойств (в частности, растяжимость битума можно изменять почти в два раза по сравнению с исходным). Это открывает перспективы для разработки новых технологических схем получения битума с заданными свойствами, а также комплексных органических вяжущих веществ.

Несмотря на положительные результаты экспериментов и их теоретическое обоснование, для широкой производственной апробации метода пока нет производственной базы: отсутствует надлежащее заводское оборудование и технологический регламент.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >