Технология дисперсного армирования асфальтобетонных смесей волокнистыми сорбентами, направленная на улучшение свойств битума в адсорбционном слое за счет снижения интенсивности избирательной фильтрации его компонентов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 625.855.4:691.16

ЛУКАШЕВИЧ ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, lukvin@tsuab.ru

ЕФАНОВ ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ, аспирант, ein7@yandex. ru

Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

ТЕХНОЛОГИЯ ДИСПЕРСНОГО АРМИРОВАНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ВОЛОКНИСТЫМИ СОРБЕНТАМИ, НАПРАВЛЕННАЯ НА УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ БИТУМА В АДСОРБЦИОННОМ СЛОЕ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ЕГО КОМПОНЕНТОВ

В данной статье рассмотрен один аспект воздействия - влияние содержащейся в сорбентах нефти на интенсивность избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума в поры и капилляры минеральных материалов. Это приводит к увеличению эластичности адсорбционных слоев при отрицательных температурах и обеспечивает повышенную трещиностойкость в зимний период, а следовательно, и долговечность дорожных покрытий.

Ключевые слова: избирательная фильтрация компонентов нефтяного битума; волокнистые сорбенты, предназначенные для сбора разлившихся нефти и нефтепродуктов; люминесцентная битумология; кольматация пор и капилляров; адсорбционные слои нефтяного битума; тонкопористые и крупнопористые минеральные материалы.

LUKASHEVICH, VIKTOR NIKOLAYEVICH, Dr. of tech. sc., prof, lukvin@tsuab.ru

EFANOV, IGOR NIKOLAYEVICH, P.G., ein7@yandex. ru

Tomsk State University of Architecture and Building,

2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia

TECHNOLOGY OF DISPERSE REINFORCING THE ASPHALT MIXES BY FIBROUS SORBENTS AIMED AT IMPROVING THE PROPERTIES OF BITUMEN IN THE ADSORPTION LAYER BY REDUCING THE INTENSITY OF SELECTIVE FILTERING OF ITS COMPONENTS

The article describes only one aspect of the impact - the influence of sorbent, contained in the oil, on the intensity of the selective filtering of components of petroleum bitumen in the pores and capillaries of mineral materials. It was proved that with the use of the method of fluorescent bitumology at disperse reinforcing of asphalt mixes by fibrous sorbents, saturated with collected oil, bitumen adsorption layers on the surface of the mineral materials don’t become exhausted of low molecular weight fractions.

© В.Н. Лукашевич, И.Н. Ефанов, 2012

Keywords: selective filtering of components of petroleum bitumen; fibrous sorbents intended for collecting the spilled oil and petroleum products; fluorescent bi-tumology; mud injection of pores and capillaries; adsorbed layers of petroleum bitumen; finely and large-pore mineral materials.

Исследованиями Л.Б. Гезенцвея, В.М. Смирнова, И.М. Борща, Л.С. Тер-лецкой установлено, что при взаимодействии битума с неактивированными минеральными порошками из тонкопористых материалов имеет место явление избирательной фильтрации компонентов битума в поры и капилляры зерен порошка. Вглубь материала проникают наименее вязкие компоненты битума - масла. Мелкие поры заполняют смолы. На поверхности минерального материала адсорбируются асфальтены. Хотя это и повышает механическую прочность и температурную устойчивость асфальтобетона, но одновременно приводит к снижению трещиностойкости при низких температурах и способствует интенсивному старению материала покрытия. Избирательная фильтрация компонентов битума в поры и капилляры минеральных материалов начинается на стадии приготовления асфальтобетонных смесей и продолжается длительное время при эксплуатации асфальтобетонных покрытий.

Процесс избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума может быть ограничен либо прекращен при дисперсном армировании асфальтобетонных смесей волокнистыми сорбентами, предназначенными для локализации и сбора разлившихся нефтепродуктов. Для ограничения либо прекращения процесса избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума необходимо при приготовлении асфальтобетонной смеси вводить в минеральный материал сначала волокнистые сорбенты, содержащие собранные нефтепродукты, производить их перемешивание, а затем в полученную смесь вводить нефтяной битум. При этом реализуется двухстадийная технология введения органических вяжущих [1]. Опережающая обработка минеральных материалов нефтепродуктами, содержащимися в волокнистых сорбентах, обеспечивает модифицирование поверхности минеральных материалов. Нефтепродукты проникают в поры и капилляры, кольматируя их. При дальнейшей обработке смеси нефтяным битумом избирательная фильтрация его компонентов в поры и капилляры минеральных материалов не будет иметь места, поскольку они уже заполнены нефтепродуктами, содержащимися в волокнистых сорбентах. В результате адсорбционные слои битума на поверхности минеральных материалов не будут обедняться низкомолекулярными фракциями, что повысит их эластичность при отрицательных температурах, обеспечивая повышенную трещиностойкость в зимний период, а следовательно, и увеличение срока службы дорожных покрытий.

Для изучения процессов избирательной фильтрации компонентов органического вяжущего при его взаимодействии с поверхностью минеральных материалов был использован метод люминесцентного анализа [2]. В основе этого метода лежит способность компонентов нефтяного битума люминесцировать под воздействием ультрафиолетовых лучей. Каждый компонент при этом лю-минесцирует своим цветом, имеющим определенные характерные особенности. Цвета и оттенки видимой части спектра люминесценции компонентов нефтяного битума достаточно хорошо изучены. Асфальтены светятся темно-корич-

невым цветом. Смолы люминесцируют коричневым и кремовым цветами. Голубые, синие, зеленые, желтые цвета люминесценции характерны для масел. Метод люминесцентного анализа позволяет получить достаточно наглядную картину распределения компонентов битума в минеральном материале.

Целью эксперимента являлось доказательство отсутствия либо существенного снижения интенсивности избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума при применении волокнистых сорбентов, содержащих собранное углеводородное сырье для дисперсного армирования асфальтобетонных смесей. В качестве собранного углеводородного сырья была использована нефть. Экспериментальные работы основывались на различии характеристик люминесценции компонентов нефтяного битума и нефти под воздействием ультрафиолетовых лучей.

В ходе эксперимента исследовалась избирательная фильтрация компонентов органических вяжущих при обработке ими тонкопористых и крупнозернистых известняковых пород. Щебень из этих материалов просушивался до постоянного веса и подвергался обработке органическими вяжущими. Часть щебеночного материала обрабатывалась нефтяным битумом. Другая часть обрабатывалась нефтью. Третья часть - сначала нефтью, а затем нефтяным битумом. Была проведена также обработка щебня сначала нефтяным битумом, а затем нефтью. После остывания каждую из щебенок разрезали и исследовали избирательную фильтрацию компонентов органических вяжущих.

Наблюдение процессов избирательной фильтрации осуществлялось с использованием универсального биологического микроскопа МБИ-15, имеющего источник ультрафиолетового излучения. Микроскоп предназначен для визуального наблюдения и фотографирования объектов в проходящем и падающем свете. Исследования проводились в падающем свете. В этих условиях микроскоп позволяет проводить наблюдения и фотографирование объектов в свете видимой люминесценции, возбуждаемой сине-фиолетовым участком спектра в пределах длины от 400 до 440 нм и ультрафиолетовыми лучами длиной волны до 360 нм.

При исследовании объектов в свете люминесценции в качестве источника света применялась ртутная лампа ДРШ-250-3, интенсивно излучающая свет в сине-фиолетовой и в ближней ультрафиолетовой областях спектра. Для возбуждения люминесценции наблюдаемых объектов использовался светофильтр УФС-6 с максимумом пропускания 365 нм. При использовании данного светофильтра в образовании изображения может участвовать весь видимый свет, что позволяет наблюдать объекты с большим разнообразием цветов. Для исключения возможности облучения объекта наблюдения красными и инфракрасными лучами применялся светофильтр СЗС-24, срезающий эту часть спектра. Фотографирование производилось с использованием фотокамеры и электронного автоматического устройства определения экспозиции, которыми оборудован микроскоп МБИ-15.

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить следующие факты. При исследовании разреза щебенки из тонкопористого известняка, обработанного нефтяным битумом, выявлено фракционирование компонентов нефтяного битума. Вглубь минерального материала проникают

масла, ближе к поверхности располагаются смолы. На поверхности адсорбируются асфальтены. Таким образом, как и предполагалось, пленки нефтяного битума, обеспечивающие связь между минеральными частицами асфальтобетонной смеси, существенно обедняются низкомолекулярными фракциями, что приводит к повышению их хрупкости и, следовательно, к ускорению старения асфальтобетона.

Люминесценция щебенки из тонкопористого известняка, обработанного нефтью, показала, что нефть проникает в минеральный материал глубже, нежели нефтяной битум. Люминесцирование ее компонентов выражается менее ярко и менее насыщено красками.

Наблюдение люминесценции щебенки из тонкопористого известняка, обработанного сначала нефтью, а затем нефтяным битумом, свидетельствует об отсутствии фильтрации компонентов нефтяного битума в минеральный материал, поскольку поры, капилляры уже заполнены компонентами нефти.

Исследования крупнопористых известняков позволили установить, что проникновение вяжущего проходит на большую глубину без существенного разложения на фракции. При этом, как и в предыдущих исследованиях, нефть проникает в минеральный материал глубже и исключает проникновение в него нефтяного битума.

При исследовании минерального материала, обработанного сначала нефтяным битумом, а затем нефтью, выявлено, что люминесценция компонентов органических вяжущих в этом случае идентична люминесценции, имеющей место при обработке минерального материала только нефтяным битумом. Это свидетельствует о том, что избирательная фильтрация компонентов нефтяного битума при такой технологической последовательности введения органических вяжущих не исключена. В данном случае происходит разжижение нефтяного битума нефтью. Адсорбционные слои нефтяного битума обогащаются низкомолекулярными фракциями, что может привести к снижению сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий при высоких температурах в летнее время.

Экспериментальные исследования, проведенные с применением методов люминесцентной битумологии, показывают, что при дисперсном армировании асфальтобетонных смесей волокнистыми сорбентами, предназначенными для локализации и сбора разлившихся нефтепродуктов, целесообразно вводить в минеральный материал сначала волокнистые сорбенты, содержащие собранные нефтепродукты, производить их перемешивание, а затем в полученную смесь вводить нефтяной битум. Опережающая обработка минеральных материалов нефтепродуктами, содержащимися в волокнистых сорбентах, обеспечивает модифицирование поверхности минеральных материалов. Нефтепродукты проникают в поры и капилляры, кольматируя их. При дальнейшей обработке смеси нефтяным битумом избирательная фильтрация его компонентов в поры и капилляры минеральных материалов не будет иметь места, поскольку они уже заполнены нефтепродуктами, содержащимися в волокнистых сорбентах. В результате адсорбционные слои битума на поверхности минеральных материалов не будут обедняться низкомолекулярными фракциями, что повысит их эластичность при отрицательных температу-

рах, обеспечивая повышенную трещиностойкость в зимний период, а следовательно, и долговечность дорожных покрытий.

Библиографический список

1. Лукашевич, В.Н. Увеличение срока службы асфальтобетонных покрытий за счет двухстадийного введения органических вяжущих в процессе производства асфальтобетонных смесей / В.Н. Лукашевич // Строительные материалы. - 2003. - № 1. - С. 24-25.

2. Флоровская, В.Н. Люминесцентная микроскопия битуминозных веществ / В.Н. Флоров-ская, Л.И. Овчинникова. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 80 с.