авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Технология производства асфальтобетонных сме­сей, оптимизированная по критерию прочностных свойств асфальтобетона

-- [ Страница 3 ] --

В составе органической части сланцевых фусов содержится до 30% (от
массы сланцевой смолы) высокоактивных веществ - фенолов и карбоновых
кислот, которые могут вступать в химическое взаимодействие с минералами твердых частиц с образованием водонерастворимых соединений. Таким образом, поверхность минеральных частиц оказывается лиофилизованной, что должно улучшать условия ее смачивания битумом и способствовать более полному и более легкому переводу битума в пленочное состояние. При последующей обработке битумом контакт битума будет происходить через структурированный слой сланцевой смолы, уже связанный с поверхностью минеральных частиц прочной хемосорбционной связью.

Следует ожидать также, что связь между нефтяным битумом и адсорбци­онным слоем сланцевой смолы гораздо прочнее, нежели связь между биту­мом и немодифицированной поверхностью минерального материала, что может обеспечить повышение морозо - и водостойкости асфальтобетона.

В случае использования в составе асфальтобетонных смесей легких и
средних сланцевых фусов, характеризующихся недостаточным для замены
минерального порошка количеством минеральных примесей, недостающая
часть минеральных примесей может быть восполнена за счет введения зол
уноса ТЭС. Использование золы уноса в качестве минерального порошка
при производстве асфальтобетонных смесей по традиционной технологии
приводит к ухудшению свойств асфальтобетонов. Это связано с высокой
пористостью и, как следствие, высокой битумоемкостью золы уноса. Применение двухстадийной технологии введения органических вяжущих при­водит к тому, что на первой стадии происходит модифицирование поверхности частиц золы уноса. В результате кольматации пор и капилляров золы уноса снижается ее пористость и битумоемкостъ.

Золы уноса содержат большое количество полуторных оксидов Аl2O3 + Fе2O3. Исследования профессора И.М. Борща свидетельствуют, что полуторные оксиды А12О3 + Fе2O3 являются катализаторами старения неф­тяных битумов, в результате чего асфальтобетоны содержащие эти оксиды, характеризуются незначительными сроками службы.

Двухстадийная технология введения органических вяжущих приводит к тому, что на первой стадии введения вяжущего содержащиеся в смоле фусов фенолъные соединения вступают в активное взаимодействие с полуторными

оксидами и нейтрализуют их каталитические способности к окислению
нефтяных битумов.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследо­ваний, направленных на проверку выдвинутых во второй главе теоретиче­ских положений. В ходе экспериментальных работ, проводимых в лабора­торных и производственных условиях, были исследованы процессы структу-рообразования дисперсно армированных асфальтобетонов и асфальтобето­нов из смесей, приготовленных при двухстадийном введении органического вяжущего. Установлены оптимальные содержания компонентов смесей, определены технологические параметры процесса приготовления асфальто­бетонных смесей, исследованы показатели физико-механических и струк­турно-механических свойств асфальтобетонов из смесей, приготовленных по предлагаемым технологиям» наработаны данные, необходимые для состав­ления рекомендаций по проектированию состава асфальтобетонных смесей.

Исследованы процессы старения дисперсной арматуры в асфальтобето­нах. Исследован один из наиболее распространенных и наиболее поддаю­щихся влиянию климатических факторов полимер - полиамид. Были ото­браны три группы образцов с длиной образца нити в каждой группе 50 мет­ров. Образцы первой группы являлись эталонными и обработке не подверга­лись. Образцы второй группы были помещены в битум, затем извлечены и очищены в гексане. Для обработки был использован нефтяной битум марки БНД 90/130, наиболее часто используемый дорожно-строигельными органи­зациями Западной Сибири. Для очистки нитей от нефтяного битума был вы­бран гексан, как наиболее чистый продукт, имеющий четко идентифициро­ванные характеристические полосы поглощения и мало влияющий на об­щую картину изменений в исследуемых образцах.

Образцы третьей группы полиамидных жгутовых нитей были также об­работаны нефтяным битумом марки БНД 90/130. Затем они подвергались старению в климатической камере, после чего также были отмыты от биту­ма гексаном. Приготовленные образцы были использованы при исследова­нии химических и физико-механических свойств полиамидных жгутовых нитей. Кроме химических и физико-механических испытаний были сняты ИК-спекгры образцов нитей на спектрофотометре марки "Спекорд М-80".

Сравнение ИК-спектров исходной полиамидной, жгутовой нити и ИК-спектров нитей, подвергнутых обработке, показало что в последнем случае заметного ухудшения физико-химических свойств нитей не наблюдается.

Результаты химических и физико-химических испытаний полиамидных
жгутовых нитей представлены в табл.1.

После обработки нефтяным битумом увеличилась на 0,04 относительная вязкость полиамидных нитей. После обработке в климатической камере эта величина увеличилась только на 0,01. Обработка нитей нефтяным битумом привела к снижению массовой доли экстрагируемых веществ на 0,6 % мас-

сы, а процессы старения - еще на 0,5 %. Более существенное влияние про­цессы старения оказали на термостабильность полиамидных нитей, увели­чив ее на 350 %. Величина разрывной удельной нагрузки снизилась на 50% лишь после обработки нити битумом увеличилась, но по истечении смо-делированных 18 лет службы в дорожном покрытии, эта величина уменьши­лась почти на 50%. Процессы старения привели также к снижению удлине­ния нити при разрыве. Таким образом, вышеприведенные химические ис­следования, в том числе с привлечением методов ИК-спектроскопии, а также физико-механические испытания образцов показали, что при об­работке полиамидных нитей нефтяным битумом химический их состав и физико-механические свойства существенных изменений не претерпевают. Незначительно влияют на их показатели свойств и процессы старения, что, вероятно, является следствием нахождения нитей в составе асфальтобетона, защищающего нити от прямого воздействия климатических факторов.

Таблица 1

Результаты физико-химических испытаний полиамидных жгутовых нитей

Наименование показателей Единица измерения Образец №1 Образец №2 Образец №3
1.Относительная вязкость 2.Содержание экстрагируемых веществ 3.Термостабильность 4.Температура плавления 5.Удельная разрывная нагрузка 6.Удлинение при разрыве 7.Растяжимость - %массы °С гс/текс % 2,46 2,6 0,2 215 15,9 45,6 8,3 2,50 2,0 0,2 215 19,3 47,7 18,0 2,51 1,5 0,7 216 8,1 26,9 -

Исследована величина адгезии нефтяного битума к полимеру при введении дисперсной арматуры в виде расплава или раствора. Величина адгезии оценивалась по значению величины краевого угла смачивания (рис.4)

В ходе экспериментальных работ были приготовлены образцы волокно-образующего полимера в твердом виде, в виде расплава и в виде раствора Затем на приготовленные образцы полимера размещались капля нефтяного битума марки БНД 90/130. В качестве волокнообразующего полимера были использованы изотактический полипропилен, а также бытовые отходы из поликарбонатного волокна. Величина краевого угла смачивания для каждого из образцов определялась во четырем каплям нанесенного нефтяного биту­ма Исследовалась адгезия нефтяного битума к изотактическому полипропилену, находящемуся в твердом состоянии и в виде расплава. Для этого кап­ли битума с температурой 150 °С размещались на поверхности полимера,

находящегося в твердом состоянии. Для исследования величины адгезии
нефтяного битума к поверхности изотактического полипропилена полимер
расплавляли при температуре 190-200 °С, давали ему остыть до температуры 150-170 °С и наносили капли битума.

 Схемы определения величины краевого-4

Рис.4. Схемы определения величины краевого угла смачивания, нефтяным битумом поверхностей волокнообразующих поли меров: а-полипропилен в твердом состоянии; б-полипропилен в состоянии расплава; в- поликарбонат в растворенном состоянии; г - наполненный поликарбонат в растворенном состоянии

Для исследования адгезии нефтяного битума к раствору полимера поликарбонат растворялся в органическом растворителе до состояния, при котором возможно формование волокон, и на поверхность раствора наносились капли битума. Для определения величины краевого угла смачивания образец полимера с нанесенными на него каплями нефтяного битума помещался на предметный столик кодоскопа и контуры капли на поверхности полимера проецировались на экран, где и фиксировались с помощью карандаша. После этого проводилось определение краевого угла смачивания с использованием существующих методик. Результаты исследований, представленные на рис.4, показывают, что краевой угол смачивания битумом поверхности полимеров, находящихся в состоянии расплава и раствора, в два-три раза меньше утла смачивания битумом поверхности полимера, находящегося в твердом состоянии.

Полученные результаты подтверждают предположение о том, что при дисперсном армировании асфальтобетонных смесей путем введения волок­нообразующих полимеров в виде расплава или раствора достигается более высокая

адгезия битума к поверхности дисперсной арматуры.

Проведены исследования физико-механических свойств асфальтобето­нов, дисперсно армированных различными полимерными материалами. По­лучены математические модели, адекватно описывающие зависимость свойств асфальтобетона от его компонентного состава. Исследованы струк­турно-механические свойства дисперсно армированных асфальтобетонов. Результаты исследований свидетельствуют, что характеристики дисперсно армированных асфальтобетонов на 30 - 40 % превышают характеристики асфальтобетонов, приготовленных по традиционной технологии.

Для изучения процессов избирательной фильтрации компонентов орга­нического вяжущего при его взаимодействии с поверхностью минеральных
материалов был использован метод люминесцентной битуологии. В основе
этого метода лежит способность компонентов нефтяного битума люминес-
цировать под воздействием улътрафиолетовых лучей. Каждый компонент
при этом люменесцирует своим цветом, имеющим опредёленные характерные особенности. Цвета и оттенки видимой части спектра люминесценции
компонентов нефтяного битума достаточно хорошо изучены. Асфальтены
люминесцируют темно-коричневым цветом, смолы - коричневым и кремо-
вым цветами. Голубые, синие, зеленые, желтые цвета люминесценции характерны для масел.

Метод люминесцентного анализа позволяет получить достаточно наглядную картину распределения компонентов битума в минеральном материале.
Для исследования процессов избирательной :фильтрации компонентов орга­нического вяжущего использовался микроскоп МБИ-15, имеющий источник
ультрафиолетового излучения.

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 УФС6 с максимум пропускания 365 нм. При использовании
данного светофильтра в образовании изображения может участвовать весь
видимый свет, что позволяет наблюдать объекты с большим разнообразием
цветов. С целью исключения возможности облучения объекта наблюдения
красными и инфракрасными лучами применялся светофильтр С3С 24, срезающий эту часть спектра.

При исследований разреза щебенки из тонкопористого известняка, обработанного нефтяным битумом, установлено фракционирование компонентов нефтяного битума. В глубь минерального материала проникают масла, бли-

же к поверхности располагаются смолы. На поверхности адсорбируются
асфалътены. 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 сланцевыми фусамн, показала, что сланцевая смола проникает в минеральный материал глубже, нежели нефтяной битум. Люминесцирование ее компонентов выражается менее ярко и менее насыщенно красками. Наблюдение люминесценции щебенки из тонкопористого известняка, обработанного сначала сланцевыми фусами, а затем и нефтяным битумом, свидетельствует об отсутствии фильтрации компонентов нефтяного, битума в минеральный материал, поскольку поры, капилляры являются уже заполненными компонентами сланцевой смолы.

При исследовании минерального материала, обработанного сначала неф­
тяным битумом, а затем сланцевыми фусами, выявлено, что люминесценция компонентов органического вяжущего в этом случае идентична люминесценции, имеющей место при обработке минерального материала только нефтяным битумом.

Приведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что применение двухстадийной технологии введения органического вяжущего для приготовления асфальтобетонных смесей позволяет снизить интенсивность избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума в поры и капилляры минеральных материалов, а следовательно, и уменьшить скорости старения асфальтобетонов. Эксперименты подтвердил предположение о том, что для достижения выявленного эффекта обработку нефтяным битумом необходимо производить на второй стадии введения органического вяжущего.

Исследовано влияние двухстадийной технологии на. свойства зол уноса
Т,ЭС. Введение сланцевых фусов приводит к повышению средней плотности, снижению пористости и битумоемкости зол уноса ТЭС. Методами ИК-спектроскопии исследованы процессы взаимодействия полуторных оксидов с компонентами сланцевой смолы, а также процессы старения асфальтового вяжущего, приготовленного по традиционной технологиям.

На рис.5 представлены результаты исследования процессов взаимодействия фенолов и карбоновых кислот, содержащихся в смоле фусов с полуторными оксидами. Из рисунка видно, что в спектре сланцевых фусов присут­ствуют широкие полосы поглощения, простирающиеся от 3000 до 3799 см-1, свидетельствующие о колебании свободных или ассоциированных групп ОН и подтверждающие наличие фенольных соединений. В спектре

сланцевых фусов присутствуют полосы поглощения при 1050 и 1100 см-1, связанные с валентными, колебаниями групп С-ОН. Исчезновение этих полос поглощения при переходе от "чистых" фусов к смеси с окси­дом железа можно объяснить активным взаимодействием карбоновых ки­слот с оксидом, в результате которого влияние последних как катализаторов старения на нефтяные битумы существенно снижается. Произведена оценка влияния продуктов взаимодействия сланцевых фусов и оксида железа на интенсивность старения вяжущего (рис.6). В качестве критерия оценки интенсивности старения была принята глубина карбонильного поглощения при 1600 см-1, свидетельствующая о наличии ароматических соединений в смеси. Анализируя этот рисунок, следует отметить, что смеси оксида железа и нефтяного битума характеризуются менее интенсивной полосой карбо­нильного поглощения, нежели смесь нефтяного битума и оксида, модифици­рованного сланцевыми фусами. Это свидетельствует о более высокой кон­центрации ароматических соединений в смеси нефтяного битума и оксида железа, модифицированного сланцевыми фусами, что можно объяснить замедлением процессов образования асфальтенов из низкомолекулярных фракций нефтяного битума вследствие нейтрализации полуторных оксидов как катализаторов старения в ходе их взаимодействия с фенолами. Из этого следует, что исследования, проведенные с использованием методов ИК-спектроскопии, подтвердили правильность теоретических предположений о возможности замедления процессов старения асфальтового вяжущего при использовании сланцевых фусов для приготовления асфальтобетонных сме­сей по двухстадийной технологии.

Влияние двухстадийной технологии на процессы старения асфальтобето­нов исследованы также с использованием ЭПР-спектроскопии. В соответст­вии с теорией, разработанной профессором Ф.Г. Унгером, имеющиеся на поверхности минеральных материалов свободные радикалы могут являться центрами, на которых осаждаются асфальтены, происходит их объединение с дальнейшим увеличением количества. Поскольку асфальтены являются почти 100%-ным концентратом парамагнетиков, показателем интенсивности процесса старения нефтяной дисперсной системы может быть концентра­ция в ней парамагнитных центров, свидетельствующая о концентрации ас­фальтенов. В качестве минеральных материалов в экспериментальных рабо­тах был использован гранит и известняк. Модифицирование минеральных материалов осуществляли с использованием каменноугольной смолы фусов Кемеровского коксохимического комбината. В качестве основного органи­ческого вяжущего был использован нефтяной дорожный битум марки БНД 90/130 Ачинского НПЗ.

Исследования проводили на смесях двух типов:

-смесь, приготовленная по традиционной технологии (минеральный ма­териал, обработанный нефтяным битумом);

 ИК-спектры: 1 - сланцевые фусы; 2 - оксид-5

Рис.5.ИК-спектры: 1 - сланцевые фусы; 2 - оксид железа; 3 - оксид железа + сланцевые фусы

 ИК-спектры асфальтового вяжущего-6

Рис.6. ИК-спектры асфальтового вяжущего после старения: 1-оксид

железа + нефтяной битум; 2 - оксид железа + сланцевые фусы +

нефтяной битум

-смесь, приготовленная по двухстадийной технологии (минеральный материал, обработанный сначала каменноугольной смолой, а затем нефтяным битумом).

Двухстадийная технология приготовления смеси предусматривала дозирование минерального материала и его нагрев до температуры 160°С, введение каменноугольной смолы и ее перемешивание с минеральным материалом, введение горячего нефтяного битума и окончательное перемешивание. При приготовлении смеси по традиционной технологии введение фусов не производилось. Исследовались смеси органических вяжущих как с известняком, так и с гранитом.

Были получены спектры ЭПР смесей сразу после смешения компонентов, а также смесей, подвергнутых старению (выдержанных при температуре 160 °С в термостабилизированной камере в течение 6 часов). Результаты расчета концентрации парамагнитных центров в смесях представлены в табл.2.

Таблица 2

Влияние технологии приготовления асфальтобетонной смеси на

концентрацию парамагнитных центров



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.