Пылеобразование на карьерных дорогах. Битумная эмульсия для карьерных автодорог

Особое значение имеет количественное соотношение асфальто-смолистых соединений и дисперсионной среды, с ростом которой падает концентрация асфальтенов, пептизированных в смолах, увеличивается расстояние между отдельными структурными образованиями и замедляется их рост. Все это способствует снижению механической прочности битума. Наоборот, повышение концентрации высокомолекулярных компонентов уменьшает вредное диспергирующее действие мальтенов. Возрастают количество и величина вторичных образований, растет прочность битума.

Одновременно с глобулами в объеме дисперсионной среды довольно четко вырисовывается значительное число надмолекулярных линейных структур от элементарных пачечных до более сложных, напоминающих фибриллярные. Появление этих структур служит процессом дальнейшего структурообразования, который сводится к агрегации глобул и образованию более или менее плотно упакованных асфальто-смолистых надмолекулярных структур, обладающих значительно лучшим комплексом механических и эластичных свойств, чем глобулярные структуры. Линейные структуры оказывают основное прочностное усиление в битуме. Наличием этих надмо-лекулярных образований и крупных глобул обусловлены, вероятно, и высокие эластичные свойства нефтебитумов.

Рассмотренная структурная картина достаточно наглядно и убедительно показывает, что битум следует относить к группе аморфных полимеров, обладающих определенным набором прочностно-эластичных свойств, улучшающихся с ростом полимеризации, т. е. в условиях, когда возникает больше крупных глобул, а отдельные пачечные структуры агрегируют в крупные линейные, вплоть до фибриллярных.

Каменноугольный пек (рис. 12, а, б) характеризуется принципиально иной структурой. Такому качественному структурному скачку, прежде всего, способствуют сырье и условия получения этих связующих, где жесткий термический крекинг высокоароматических каменноугольных смол приводит к возникновению большого количества обособленных высококонденсированных углеродистых соединений типа карбенов и карбоидов.

а) б)

Рис. 12. Структура каменноугольного пека

Пронизывая всю дисперсионную среду пека, эти структурные элементы выступают в качестве активных зародышеобразователей, способных концентрировать вокруг себя наиболее высокомолекулярную часть макромолекул пека - коагуляционный комплекс.

Взаимодействие асфальтенов, пептизированных в высокомолекулярных смолах с карбенами и карбоидами, напоминает обычный акт наполнения полимера. Карбены и карбоиды как зародышеобразователи обусловливают снятие внутренних напряжений в системе и ведут к образованию сферолитных мелкокристаллических структур. Вероятно, условия получения среднетемпературного пека не позволяют достичь построения микрокристаллов, так как в этом процессе не обеспечивается нормальный ход их возникновения. Большая концентрация сферолитов приводит к упрочению пека. Этот эффект усиливается благодаря агрегации мелких сферолитов в лентоподобные частицы. В то же время, повышенное содержание сферолитов отрицательно сказывается на эластичности пека, увеличивая хрупкость в стеклообразном состоянии.

Дисперсионная среда, состоящая в основном из мальтеновой части макромолекул, у пека так же, как и у нефтебитума, однородна, но объем ее значительно меньше. К тому же мальтены каменноугольного пека сосредоточивают в себе значительное количество различных ароматических соединений с разветвленной сетью боковых групп атомов алифатического характера. В них, в отличие от дисперсионной среды нефтебитума, сосредоточиваются также соединения с функциональными различными группами. Поэтому мальтены пека выступают в качестве довольно активного связующего звена между отдельными соединениями асфальтенов.

Таким образом, каменноугольный пек -- это комплексное полимерное образование, находящееся в аморфно-кристаллическом фазовом состоянии, надмолекулярные структуры которого представлены равномерными мелкими сферолитами, образованными в результате глубокой полимеризации карбено-асфальто-смолистых глобул. Вероятно, здесь наблюдается закономерность переходного состояния аморфного полимера, обладающего совершенно одинаковыми глобулами, в единичные кристаллы с четким внешним ограничением. Существенным отличием этих структурных форм является способность обнаруживать картину то кристаллического, то аморфного тела. При этом степень кристалличности надмолекулярных структур повышается с ростом полимеризации от мягких к средним каменноугольным пекам. Достигается максимально кристаллическое состояние у твердого пека. Как и следовало ожидать, полученная структурная картина указывает на значительные принципиальные различия между типом и характером укладки вторичных образований, возникающих в каменноугольном пеке и у битума. Прежде всего, формы надмолекулярных структур, наблюдаемые под электронным микроскопом, обусловлены химическим составом компонентов макромолекул рассматриваемых битумов -- степенью конденсированности асфальтенов, поляризационными свойствами смол, ароматичностью масел, а также наличием углеродистых карбенов, карбоидов и непредельных соединений, сосредоточивающих основное количество функциональных реакционных групп.

У битумов полимеризация углеводородных соединений в силу слабой ароматичности приводит к пониженной прочности внутримолекулярных связей и степени обуглероживания макромолекулы по сравнению с каменноугольным пеком. Асфальтены нефтебитумов, хотя и обладают достаточно плотной структурой и представлчются главным образом конденсированными высокомолекулярными ароматическими и нафтено-ароматическими соединениями, более рыхлыми и менее плотными, чем у пека. Повышенная ароматичность пеков характерна также для смол и масел, обусловливая большую степень их полимеризации, чем битумов.

Существенное влияние на характер природы нефтебитумов оказывают карбены и карбоиды, представляющие собой свободный углерод. Будучи обособленными химическими группировками, эти высококонденсированные кристаллические структуры выступают как естественные углеродные наполнители. Как правило, более мягкие условия получения битумов и отсутствие в их сырье конденсированных ароматических соединений не обеспечивают сколько-нибудь заметного перехода асфальтенов в карбены и карбоиды. Поэтому их содержание в битумах весьма ничтожно. У пека, наоборот, интенсивно протекающие свободнорадикальные реакции в условиях жесткого термического крекинга высокоароматичных каменноугольных смол приводят к большому выходу обуглероженных конденсированных структур типа карбенов и карбоидов.

Исследования агрегативной устойчивости компаундов из битума БН 60/90 и каменноугольных пековых смол при производстве спецбитума

Для регулирования качества спецбитума с заданными свойствами для производства дорожных эмульсий нами использован метод компаундирования нефтяных низкоплавких битумов типа БНД 60/90 (Т_Р 40⁰С) с добавкой высокоароматических дистиллятных каменноугольных смол, табл. 3.

Таблица 3 - Физико-химические свойства компонентов компаундов, % масс

В первой серии опытов проведена оценка агрегативной устойчивости компаундов из смеси битума БНД 60/90 из асфальта пропановой деасфальтизации гудрона, пековых смол обжига электродов Челябинского ЭЗ.

Агрегативную устойчивость (расслоение) жидкости определяли по коксуемости проб, отобранных с верхней и нижней части смесительного ректора. Результаты качества компаундного сырья после выдержки смеси в течение 1-4 часов приведены в табл.4.

Таблица 4 - Коксуемость проб компаундов (в числителе пробы, отобранные сверху; в знаменателе пробы, отобранные снизу реактора), % масс

Из таблицы видно, что коксуемость верхних и нижних слоев смесей битума и смолистых веществ практически находится на одном уровне.

Это характеризует их однородность, т.е. расслаивания жидких смесей нефтебитума и каменноугольных смол не происходит. Физико-химические и технические свойства компаундов приведены в табл. 3. Из которой видно, что по мере увеличения количества добавки смолы в компаунде, температура размягчения уменьшается, пенетрация растет, в то время как плотность смесей битума и смолистых отходов растет при практически неизмененном содержании летучих веществ.

Таким образом, исследованные смеси с последующим доокислснием можно рекомендовать для применения их в качестве битумных эмульсий.

Окисление компаундного сырья на лабораторной установке периодического действия (рис. 13). Сырьем для получения спецбитума служила смесь дорожного битума БНД 60/90 из асфальта пропановой деасфальтизации гудронов западносибирской нефти и смол отходов от обжига «зеленых» электродов ЧЭЗ (табл. 1, 3). Пековые смолы добавляли в АПД в количестве 5, 10, 15 и 20 % масс от компаунда.

Таблица 5 - Физико-химические свойства компаундных битумов

Рис. 13. Лабораторная окислительная установка: 1 - корпус реактора, 2 - барботер, 3 - карман термопары, 4 - электропечь, 5 - автотрансформатор, 6 - пробоотборный кран, 7 - приемник дистиллята, 8 - холодильник, 9 - потенциометр, 10 - ротаметр, 11 - игольчатый клапан

Повышенное содержание асфальтенов, карбенов и карбоидов в каменноугольной смоле позволяет получить компаунды с увеличенным содержанием тяжелой ароматики, асфальтенов и карбенов карбоидов (см. табл. 3). Некоторое снижение концентрации смол в компаундах с увеличением добавки пековых смол является низким содержанием их в электродных дистиллятах.

Таким образом, методом компаундирования можно получить спецбитум с заданным групповым составом с высокой адгезионной активностью, при этом уменьшается длительность окисления компаунда кислородом воздуха, т.е. происходит интенсификация процесса, а, следовательно, и повышение производительности окислительной установки и качества битума.

обеспыливание карьерный битумный

Литература

1. Резванцев В. И., Харченко В, А. Исследование смесей из Липецкого гранулированного шлака, обработанного битумной эмульсией// Материалы Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие дорожного строительства с использованием укрепленных материалов". -М.: СоюздорНИИ, -1969. -С. 39-43.

2. Ребиндер П. А. К теории эмульсии // Коллоидный журн. -1946. - Т. 8, № 3. - С. 457-473.

3. Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП 3.06.03-85). - М.: СоюздорНИИ, -1989. - 57 с.

4. Зиновьев А.П., Купин А.Н., Ольков П.Л., Максимов Г.Г. Борьба с пылеобразованием на карьерных автодорогах нефтяными вяжущими. -Уфа.: Башкирское книжное изд. - 1990. - 95 с.

5. Купин А.И, Назарова Н.Ю., Токмаков М.А. Применение Универсина-Л для обеспыливания автодорог с песчаноглинистым покрытием // Безопасное ведение работ и рекультивация нарушенных земель на разрезах. -Киев: Укр НИИпроект, - 1978. - С. 9 - 14.

6. Першин М.Н., Черкасов И.И., Платонов А.П. и др. Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов. -М.: Транспорт. -1973. -148 с.

7. Розов Ю.П., Белоусов Т.А., Крылов В.Д. и др. Рекомендации по применению лигносульфонатов для обеспыливания гравийных покрытий. - М.: ЦБНТИ Минавтодор. РСФСР. - 1980. - 40 с.

8. Rumhf H.,Turga E. «Chemie - Ingenieur - Technik», -1964, № 3, - p. 230.

9. Rumhf H. Agglomeratton N.Y. Кneррег Ed. Ingerscience Publishегs Inc., 1962, p. 885..

10. Кошкаров В.Я., Вдовиченко Н.С., Окунев А.И. Брикетирование окисленных никелевых руд с высокосернистым нефтяным коксом.//Бюлл. Цветная металлургия. - № 17. - 196

11. Фризен В.Г. Исследование и разработка технологий брикетирования марганцевых и никелевых продуктов с учетом тонких классов крупности. Автореферат. Магнитогорск. -2004.

Размещено на Allbest.ru