CC BY
338
УДК 69.05
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ
Б.А. Усов, Т.Н. Горбунова
Московский политехнический университет
Аннотация
История развития технологий производства дорожных битумов (на их долю в России приходится до 80% мае. всего производства битумов) прошла в несколько этапов - от периодического окисления в кубах и безкомпрессбрных реакторах до современных автоматизированных комбинированных производств, включающих окислительные блоки непрерывного действия колонного типа различной конструкции и мощных блоков компаундирования сырья и готовой продукции
Ключевые слова
дорожные битумы, производство История статьи:
Дата поступления в редакцию: 19 марта 2017
Дата принятия к печати: 23 марта 2017
Дорожные битумы марок БН (ныне выведенных за рамки нормативных документов), которые получают прямым окислением гудрона, как правило, не обладали ни высокой пластичностью, ни необходимыми низкотемпературными характеристиками. Такая технология производства не выдвигала никаких требований ккачеству гудроновдля дальнейшегопроизв одства битумов. Принципиальные схемы технологийпроизводства д орожных битумов марок БНД приведены на рис.1
Дорожные битумы марок БНД по ГОСТ 22245-90 удовлетворяют более высоким нормам требований стандарта. В этот пе]гиодо беспечени е стабильности качества выпускаемых битумов марок БНД (в том числе плаатичности , низкатемпер атурных по к азателег иустой чивости к старению) было тесно связано с проблзмой плрарабатки высоктпарафинистых гефтейи необходимостью контролирования ГХС сыратокисоентз т гудроноз [2].
При этом некоторые продприятиг пытались оайти пути стабилиаациифгакционного и ГХС перерабатываемого сырьядобтзлензлгм анавоутилизируемыхпвлупродукввв, обогащённых асфаль-тенами (например, асфальтитапрацассадеагфалазизмциигуурвноо), смолзми и ароматическими соединениями («слоп», ТГКК, экстракты селективной очистки масел и др.)
б)
Рис. 1. Принципиальные схемы производствадорожныхбитумов 1-го поколения: 1-я технология:прямоеокислениегудрона (а);2-ятехнология: окисление гудрона, стабилизированного (по вязкости)добавками(б)
Некоторые нефтеперерабатывающие заводы пытались оптимизироватьГХС выпускаемых дорожных битумов путем компаундирования сырья с глубокоокисленным гудроном. Принципиаль-
ные схемы технологий производства дорожных битумов марок БНД путём компаундирования с глубокоокисленным гвдросомпредстаовевы нарис.1
Известно, что даже небольшие колебания состава сырья оказывают значительное влияние на качество получаемыхдорожнвехЫсетумона Этвсдивело впонимесиюнеобходимос™ создания на ведущих НПЗ РФ специального блока подготовки сырья к окислению. Появление долговечных дорожных битумов былвсесзаноис ужесточениамвпослааоиееоды трвбовавийпоорсбителей (прежде всего Федерального Дорожного Агентства Минтранса России) к качеству дорожных битумов по прочностным и ниссотемпературсвш показателяи.
РазработаннаавРоесиитемновогия производстсо^тумовпосошсннойдвлговечности марок «НОВОБИТ» базипосыся нс peгyлиpооеоиилибтышeния объёмов дисперсной фазы и дисперсионной среды и их природы за счет оптимизации ГХС гудронов и битумов.
а)
Рис. 2 Принципиальные схемыпроизводства дорожных битумов2-гопоколения:
3-я технология: компаундирование сырья с глубокоокисленным гудроном (а); 4-я технология: окислениегудрона,стабилизированногопофракционному иГХС
В работе была показана технология производства битумов повышенной долговечности, базирующаяся на технологических решениях оптимизации ГХС гудронов и битумов. Такая оптимизация приводит к повышению уровня низкотемпературных и пластичных, в сочетании с прочностными, свойств дорожных битумов. Разработанная технология производства битумов марок БДД включает блок подготовки сырья с использованием утяжеленных гудронов и комбинированных стабилизаторов состава, основной блок окисления и блок (стадию) компаундирования окисленного подготовленного гудрона с неокисленным. Исследованы и установлены оптимальные технологические требования к качеству перерабатываемых утяжеленного и подготовленного гудронов, качеству и количеству комбинированных стабилизаторов состава и других компонентов смешения, позволяющие минимизировать влияние колебаний качества смеси перерабатываемых западносибирских нефтей на свойства получаемых из них окисленных дорожных марок битумов.
Одно из последних достижений российской нефтепереработки в области инновационных разработок - это технология производства асфальтитсодержащих дорожных битумов. Также возможно производство более рентабельных дорожных битумов марок БДД-А на основе окисленного асфальтита. Разработанная трехстадийная технология окисления асфальтита с модифицирующими
добавками и последующего компаундирования окисленного продукта с гудроном позволяет квалифицированно утилизировать до 30-35% мае. асфальтита и вывести из экологически "грязного" процесса окисления до 65-70% мае. нефтяного сырья. Получаемые при этом дорожные битумы марок БДД-А по уровню основных своих эксплуатационных свойств превосходят стандартные битумы марок БНД. Технология существенно улучшает экономические и экологические показатели не только одной промышленной битумной установки, но и всего нефтеперерабатывающего предприятия. Принципиальные схемы технологий производства дорожных битумов НОВОБИТ повышенной долговечности марок БДД и БДД-А приведены на рисунке.2.
В последние годы специалисты в области дорожного строительства и в области нефтепереработки пришли к пониманию несоответствия качества нефтяного дорожного битума суровым требованиям российской климатической зоны и возросшим деформационным нагрузкам из-за резкого увеличения интенсивности дорожного движения. Для обеспечения длительной и надёжной работоспособности асфальтобетонного покрытия в таких условиях были разработаны модифицированные полимерами органические вяжущие материалы [1].
б)
Рис. 3. ПринципиальныесхемыпроизводствадорожныхбитумовЗ-гопоколения: 5-я технология: производствобитумов НОВОБИТ повышеннойдолговечности марок
БДД иБДД-А-битумыШпоколения(а,б)
Принципиальныесхемытехнологийпроизводстваполимерно-битумныхвяжущихпредставле-ны на рис. 3.
Органические вяжущиематериалы-сложныекомпозиционные материалы, представляющие смесь битумов с различными добавками(полимеров, пластификаторовит.п.),обеспечивающими их необходимыеэксплуатационныесвойства. Вработе[10]показано,чтоПБВхарактеризуются одновременно высокой эластичностью (более70% мае.),температурамихрупкости - до минус 60°С и размягчения - до 75°С, хорошимсцеплениемсминеральнымиматериаламикак кислых, так и
основных пород (щебнем, песком, минеральным порошком). Важным компонентом ПБВ является пластификатор, который позволяет не только существенно понизить температуру хрупкости компаунда, но и повысить технологичность его приготовления и применения. К числу таких эффективных пластификаторов относят индустриальное масло по ГОСТ 20799-88 марок И-20А, И-ЗОА, И-40А, И-50А.
БНД
Полимер
Коллоидная мельница
ПБВ
а)
б)
Рис. 4. Принципиальные схемы производства полимерно-битумных вяжущих, а) прямое смешение полимера и битума, б) с предварительной плас
Необходимость модификации свойств битумов
Нефтяной дорожный битум - основной вид вяжущего или клея, успешно применяемого в дорожной отрасли при строительстве и ремонте дорожных покрытий, пластичный, способный без разрушения выдерживать воздействие низких температур и температурных перепадов, а также приложенных деформаций. Однако специфическиеусловия эксплуатации таких высоконагружен-ных объектов дорожного строительства как мосты, путепроводы, развязки и пр. обуславливают необходимость предъявленияболеевысокихтребований касфальтобетонным покрытиям.
Удовлетворить этитребованияв полной мере нормируемые маркидорожных битумов уже не в состоянии. Кроме того, скаждым годомвозрастают нагрузки из-за увеличенияинтенсивности движения. Негативно влияет на дорожное покрытие использование шипованной резины. Во всем мире постоянно проводятработыпосозданиюновыхсовременных дорожных материалов и технологий, корректировке нормативныхтребований к их физико-химическимсвойствамсцелью повышения долговечности дорожных покрытий всовременныхусловиях ихэксплуатации.
Одним из основных направлений является модификация битума различными полимерными добавками [1]. Поиск наиболее эффективных модификаторов, отработка оптимальных рецептур модифицированного битума, полимерно-битумных эмульсий, а также анализ целесообразности их использования по тому или иному назначению, начатый в 50-е гг. прошлого столетия, продолжается и по сей день. Главным ориентиром для принятия технических решений являются результаты постоянно обобщаемого практического опыта.
Экономически эффективными модификаторами свойств нефтяных битумов являются те, которые доступны и рентабельны в применении [1].
С технической точки зрения, для создания на основе битумов композиционных материалов с заданым комплексом свойств могут применяться только те модификаторы, которые:
- не разрушаются при температуре приготовления асфальтобетонной смеси;
- совместимы с битумом при проведении процесса смешения на обычном оборудовании при температурах, традиционных для приготовления асфальтобетонных смесей;
- в летнее время повышают сопротивление битумов в составе дорожного покрытия к воздействию сдвиговых напряжений без увеличения их вязкости при температурах смешения и укладки, а также не придают битуму жесткости или ломкости при низких температурах в покрытии;
- химически и физически стабильны, сохраняют присущие им свойства при хранении, переработке, а также в реальных условиях работы в составе дорожного покрытия [2].
К настоящему времени за рубежом накоплен значительный опыт по применению при строительстве и ремонте дорожных покрытий композиционных материалов на основе битума и ряда 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) [1].
Наибольшее применение находят полимеры типа СБС, что обусловлено их способностью не только повышать прочность битума, но и придавать полимерно-битумной композиции эластичность - свойство присущее полимерам, причем при небольшой концентрации полимера (3^5% от массы битума) Использование в рецептуре асфальтобетонной смеси битума, модифицированного полимером типа СБС, обеспечивает дорожному покрытию способность к быстрому снятию напряжений, которые возникают в покрытии под воздействием движущегося транспорта [11].
Более масштабному применению полимерно-битумных вяжущих на основе СБС препятствует их высокая себестоимость (практически происходит удвоение цены на битумное вяжущее при использовании СБС).
Характер и эффективность модифицирующего действия полимера на битум зависит от структуры образующейся полимерно-битумной композиции [11].\
ЛИТЕРАТУРА:
1. Гуреев А.А., ЧернышеваЕ.А., КоноваловА.А., Кожевникова Ю.В. Производство нефтяных битумов М.2007,103с.
2. Руденская И.М., Руденский А.В. Реологические свойства битумов.М, Высшая школа,1967,118с.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Б.А. Усов, Т.Н. Горбунова. Современные технологии производства дорожных битумов // Системные технологии. — 2017. — № 22. — С. 67—72
MODERN TECHNOLOGIES OF PRODUCTION OF ROAD BITUMEN B.A. Usov, T.N. Gorbunova
Abstract
The history of the development of technologies for the production of road bitumen (to their share in Russia accounts for up to 80% of May of all bitumen production) has passed in several stages - from periodic oxidation in cubes and pressureless reactors to modern automated combined production facilities, including oxidative blocks of continuous operation of columnar type of various designs And powerful blocks of compounding of raw materials and finished products
Key words
Road bitumen, production Date of receipt in edition: 19 March 2017
Date of acceptance for printing: 23 March 2017
УДК 69.05
СВОЙСТВА И МОДИФИКАЦИЯ БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ
Б.А. Усов, Т.Н. Горбунова
Московский политехнический университет
Аннотация
В промышленности используются для приготовления асфальтобетонов или непосредственно на строительстве - для склеивания отдельных или формования монолитных конструкций.
Ключевые слова
асфальтобетон, строительтво, битум История статьи:
Дата поступления в редакцию: 20 марта 2017
Дата принятия к печати: 23 марта 2017
Виды и свойства битумов
Битумы -то органические вещества - твердые, вязко-пластичные или жидкие, темно-коричневого, черного цвета, содержащие углеводороды и их неметаллических производные
При обычной температуре- это твердые массы, либо густые жидкости темного или почти черного цвета;
При нагревании - они размягчаются (разжижаются), а при охлаждении - отвердевают вместе с твердыми включениями. Эта особенность представляет технологическую возможность называть их вяжущими или точнее связующими веществами.
Нерастворимость в воде (а многих и в кислотах) и даже при растворимости в органических растворителях - сероуглероде, хлороформе, бензоле, дихлорэтане и др., позволяет получать из них ещё лаки и мастики.
Богатейшим сырьем для получения многих подобных веществ являются нефть, каменный уголь и горючие сланцы.
В зависимости от исходного сырья их разделяют - на битумные и дёгтевые.
Битумы могут быть природными - при естественном процессе окислительной полимеризации нефти; -асфальтово-породными в виде пористых горных пород, пропитанных битумом; нефтяными, получаемыми при переработке нефти, или в виде гудронов - остатков после отгонки мазута.
