автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Исследование и разработка способов получения нефтяных битумных эмульсий

На правах рукописи

БУДНИК ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФТЯНЫХ БИТУМНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Специальность 05.17.07 -«Химия и технология топлив и специальных продуктов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

УФА - 2009

003472865

Работа выполнена на кафедре химико-технологических процессов фшп^ Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салават

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Жирнов Борис Семёнович.

доктор химических наук, профессор Доломатов Михаил Юрьевич;

кандидат технических наук, доцент Азнабаев Шаукат Талгатович.

Ведущая организация

ГУП «Институт нефтехимпереработкн Республики Башкортостан.

Защита состоится «24» июня 2009 года в 14-00 на заседании совета по запцг докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при Уфимско государственном нефтяном техническом университете по адресу: 45006 Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственно! нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «23» мая 2009 года.

Ученый секретарь совета Абдульминев К.

Актуальность работы

Дорожное строительство является одной из самых востребованных отраслей народного хозяйства России. Ежегодно для строительства новых и ремонта существующих покрытий дорог потребляется огромный объём материалов, ведущее место среди которых занимают асфальтобетоны с использованием битумных вяжущих. Возросший поток автомобилей значительно увеличил нагрузку на дорожные покрытия, а следовательно, породил новый ряд проблем.

В настоящее время, особенно за рубежом, наблюдается тенденция перехода на относительно новый способ создания дорожных покрытий с применением битумных эмульсий.

Поиск доступных способов получения и составов битумных эмульсий является весьма актуальным вопросом на данный момент. Зарубежный опыт показывает, что применение холодных технологий с использованием эмульсий в дорожном строительстве обеспечивает экономию битума на 30% и снижает энергозатраты почти в 1,5 раза.

Цель работы - разработка составов битумных эмульсий на основе дорожЕ1ых битумов марки БНД 60/90 с использованием доступных компонентов (эмульгаторов, модификаторов), а также наиболее приемлемых способов эмульгирования битума и приготовления эмульсионно-минеральных смесей с улучшенными показателями качества.

Задачи исследования

1 Поиск доступных компонентов битумных эмульсий, способов эмульгирования, их сравнение и разработка методов анализа полученных образцов битумных эмульсий.

2 Исследование влияния компонентного состава анионных и катионных битумных эмульсий на их свойства, разработка способов модификации битумных эмульсий и эмульсионно-минеральных смесей на их основе.

3 Изучение возможности утилизации серы в процессах производства битумных эмульсий и эмульсионно-минеральных смесей.

Научная новизна

1 Установлено необходимое соотношение анионной и катиоипой эмульсиГ при их комбинировании в процессе устройства дорожного покрытия дл; обеспечения требуемой адгезии вяжущего к минеральному материалу, что позволяет значительно сократить расход эмульсии катионного типа < использованием дорогостоящего эмульгатора.

2 Выявлено положительное влияние добавки диэтаноламина в битум на дисперсность битумных эмульсий, а также на их устойчивость при хранении.

3 Показана возможность утилизации серы в процессе производства битумных эмульсий. Определено допустимое содержание серы в битумной эмульсии.

Практическая значимость

1 Разработанный модернизированный способ эмульгирования битума при помощи дезинтегратора и специального устройства на выходе из аппарата позволяет сократить в 2 раза время эмульгировапия битума.

2 Комбинирование битумных эмульсий катионного и анионного типов в соотношении 2:3 по предложенной технологии позволяет добиться высокого показателя адгезии вяжущего к минеральным материалам и снизить затраты катионной бшумной эмульсии на 60%.

3 Предложенный способ модификации битума диэтаноламином (до 2% на исходный битум) позволяет увеличить срок хранения эмульсии в 2-3 раза.

4 Разработан метод анализа, позволяющий отслеживать кинетику расслоения битумной эмульсии в процессе хранения.

5 Разработанный способ утилизации серы (добавление до 3% масс, на битумную эмульсию) позволяет снизить себестоимость эмульсий на 4-5%.

Апробация работы

Результаты исследований по теме диссертации были представлены на межвузовской научно-технической конференции «Наука. Технология. Производство» (Уфа, 2005); III Всероссийской научно-практической конференции «Нефтегазовые и химические технологии» (Самара, 25-26 октября, 2005); Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и

[ефтехимия - 2007» (Уфа, 2007); III Всероссийской научно-производственной юнференция по проблемам производства и применения битумных материалов Пермь, 2007); Международной научной конференции «Нефтепереработка ->008», посвященной 60-летию кафедры ТНГ УГНТУ (УФА, 2008).

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического ;писка из 126 наименований. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста и включает 54 рисунка и 46 таблиц.

Публикации

Содержание диссертации изложено в 15 научных публикациях, включая 2 статьи в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показаны актуальность проблемы, практическая значимость, определены цель работы, задачи и пути их решения.

В первой главе представлен обзор литературы по дорожным покрытиям, рассмотрены состав, структура, основные свойства и преимущества битумных эмульсий, свойства компонентов входящих в их состав, а также их влияние на свойства получаемых эмульсий. Рассмотрены существующие методы эмульгирования, составы битумных эмульсий и способы их применения, в частности по технологии "холодного ресайклинга".

Во второй главе описаны объекты и методы исследования битумных эмульсий анионного и катионного типов. Обоснован выбор необходимых компонентов образцов и модифицирующих добавок. Рассмотрены способы и методы их внесения в битумную эмульсию (БЭ).

Выбор компонентов входящих в состав битумных эмульсий в первую очередь был основан на их доступности. В качестве основного вяжущего использовались нефтяные окисленные дорожные битумы производства ООО «Битум» и ОАО «Салаватнефтеоргсинтез». Их основные характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика использованных битумов

Свойство Производитель

ООО Битум ОАО СНОС

Температура размягчения, °С 40,5 47,8

Пенетрация (25 °С), 0,1 мм 87 80

Обычная вода содержит механические примеси, а также обладает повышенной жёсткостью, что может привести к распаду эмульсии. Жёсткость используемой воды не должна превышать 6 мг-экв/л. Для приготовления опытных образцов использовалась дистиллированная вода.

В качестве эмульгатора использовались поверхностно-активные вещества: БП-ЗМ - производитель ГУП «ИНХП РБ», г. Уфа, ТУ 02570001-00151822-93, ОП-7, ОП-Ю, ОП-12; «Синтерол» - продукт Опытного завода ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», выпускается по ТУ2484-088-05766575-200. Основные физико-химические свойства эмульгаторов приведены в таблицах 2,3.

Таблица 2 - Основные физико-химические свойства эмульгаторов

Наименование показателя ОГ1-7 ОП-Ю ОП-12 Синтеро:

Внешний вид Маслоподобная жидкость или паста от светло-желтого до светло-коричневого цвета Вязкая белая ЖИДКОСТ1

Внешний вид водного раствора концентрации Юг/л Слегка мутная жидкость Прозрачная жидкость Мутная жидкость Прозрач пая жидкост

Массовая доля основного вещества, %, не менее 88 80 85 66-78

Массовая доля воды, %, не более 0,3 0,3 0,2 2,5

Водородный показатель водного раствора концентрации 10 г/л 6-8 6-8 6-8 7,0 - 8,5

Поверхностное натяжение раствора концентрации 5 г/л, им, не более 35,1 37,1 42,2 31,6

Для активации эмульгатора и перевода его в состояние соли применялись водные растворы кислоты НС1 (35%) и щёлочи ЫаОН (24%).

Для модификации свойств битумных эмульсий были использованы различные вещества. В качестве растворителя дисперсной фазы и для обработки

инерального материала применялась фракция гидроочищенного дизельного оплива зимней марки с температурой кипения от 220 до 350 °С, с относительной лотностыо р =0,815 и вакуумный газойль. Также была изучена модификация сходного битума различными аминами и гликолями (ДЭА, ТЭА, ДЭГ, ТЭГ) с [елью повышения адгезии и дисперсности образцов.

'аблица 3 - Физико-химические свойства БП-ЗМ

Наименование показателя Значение

1 Внешний вид Однородная масса от жёлтого до коричневого цвета

2 Температура вспышки в открытом тигле, "С, не менее 165

3 Температура каплепадения, °С5 не выше 75

4 Сцепление битума, содержащего 1% присадки с песком Выдерживает по контрольному образцу №1

Для исследования адгезионных свойств полученных образцов использовались следующие минеральные материалы: песок, гранит, мрамор.

Также во второй главе были рассмотрены методы анализа основных свойств эитумных эмульсий, таких как адгезия, вязкость, показатель расслоения и класс эитумной эмульсии.

Для оценки адгезии в данной работе применялись визуальный и количественный метод (ГОСТ 11508-74, ГОСТ Р 52128-2003).

Главным эксплуатационным свойством битумных эмульсий является их ;пособность с установленной скоростью достаточно полно выделять битум в виде шёнки после их распределения на поверхности. По скорости распада при ззаимодействии с каменным материалом обычно различают три класса эмульсий: 5ыстро-, средне- и медленнораспадающиеся. В данной работе класс получаемых образцов БЭ определялся в соответствии с ГОСТ 18659-73.

Вязкость БЭ имеет немаловажное значение. Она влияет на способность БЭ растекаться по поверхности минерального наполнителя, проникать в мелкие щели и трещины. Вязкость влияет на скорость распада эмульсии в процессе её применения. Для характеристики вязкости БЭ используют относительную

величину, определённую с помощью специальных вискозиметров в соответствш с ГОСТ 18659-81.

Определение устойчивости полученных образцов БЭ в работ производилось двумя способами. Первый способ заключался в определен»! количества дней, при которых эмульсия сохраняла неизменными свои исходны« свойства. Второй способ (количественный) заключался в отслеживании кинетиы расслоения.

Разработан метод количественного определения интенсивностс расслоения эмульсии. Проба битумной эмульсии помещалась в стандартнук химическую пробирку таким образом, чтобы высота слоя БЭ составляла 8-10 см: далее каждые сутки производился замер общей высоты слоя эмульсии и слоя отделившейся водной фазы и рассчитывалась его объёмная доля.

В третьей главе исследованы основные свойства (адгезия, вязкость, устойчивость при хранении) анионных и катионных битумных эмульсий, приготовленных на основе дорожных битумов марки БНД 60/90 (ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», ООО «Битум») и других доступных компонентов эмульсий. Изучены возможности регулирования эксплуатационных свойств битумных эмульсий путём введения различных модификаторов и изменения компонентного состава.

Разработаны основные методы получения опытных образцов БЭ, а также рассмотрены перспективные варианты их усовершенствования. Для получения битумных эмульсий было опробованы три метода: механическое перемешивание при помощи лопастной мешалки, воздействие ультразвуком и механическое дезинтегрирование.

В процессе исследования была выявлена нецелесообразность использования пропеллерной и лопастной мешалки (JIM), так как образцы эмульсий не сохраняли агрегативную устойчивость.

Эмульгирование посредством ультразвука осуществлялось с помощью генератора УЗГ-З-0,4, мощностью 0,4 кВт.

Процесс эмульгирования при помощи дезинтегратора позволил добиться относительно высокой однородности и дисперсности получаемых систем и с

технологической точки зрения является более простым, а предложенные варианты модернизации позволили увеличить производительность разработанного аппарата.

Предложены варианты усовершенствования процесса эмульгирования битума в воде с помощью коллоидной мельницы (КМ) следующими способами:

1) увеличить время пребывания эмульгируемой смеси в зоне смешения;

2) установить дополнительное устройство смешения на выходе из аппарата, тем самым добиться эффекта, аналогичного первому способу, и использовать энергию потока для дополнительного эмульгирования.

Для осуществления первого способа модернизации было спроектировано и изготовлено устройство, которое представляет собой насадку, устанавливаемую при помощи резьбового соединения на линии циркуляции эмульгируемой смеси. Принцип его действия основан на том, что диаметр проходного канала снижается больше чем в 4 раза, тем самым увеличивая время пребывания смеси в аппарате.

Для осуществления второго способа модернизации было спроектировано и изготовлено устройство, которое позволяло использовать энергию потока циркулирующей смеси для дополнительного воздействия на неё (рисунок 1).

4

Устройство состоит из корпуса 1, соединяемого, аналогично описанному выше, с аппаратом эмульгирования (КМ) посредством резьбового соединения 2 Поток, попадая через соединение 2, раздваивается, проходит разделительные каналы 3, и далее, через насадки 5, два встречных потока сталкиваются.

Эффект дополнительного эмульгирования, при помощи данного устройства заключается в том, что насадки 5 имеют небольшое проходное отверстие с диаметром около 1 мм. В связи с этим скорость потоков на выходе из насадок значительно возрастает, и в результате их столкновения частицы битума, содержащиеся внутри этих потоков, подвергаются дополнительному механическому воздействию. Таким образом, предложенное усложнение конструкции позволяет использовать энергию потока для дополнительного воздействия на эмульгируемую смесь.

Для сравнения эффективности предложенных вариантов был проведён ряд опытов и получены образцы БЭ, приготовленные тремя способами (включая исходный вариант установки). Результаты данных исследований представлены на рисунке 2. Из рисунка видно, что образцы БЭ, эмульгируемые исходным способом на 10-12% менее устойчивы к расслоению, чем БЭ, эмульгируемые по первому варианту модернизации, и на 12-20% - чем БЭ, эмульгируемые по второму варианту модернизации процесса.

I I

О

5

£ 13

4 \ Al О 1 \ О 2 СХОДНЫЙ -й вариаш -ой вариа! , ... вариант модерни гг модерн зации изации

\

▲ N

□ \ vo А -а-

О 140 280 420 560 700

Работа эмульгирования (кДж/м3)

Рисунок 2 - Зависимость расслоения БЭ (%) через двое суток от работы эмульгирования различными способами

Были исследованы следующие способы модификации битумной эмульсии:

- модификация исходного битума различными аминами и гликолями с целью повышения адгезии и дисперсности образцов;

- разбавление исходного битума фракцией дизельного топлива и тяжёлым вакуумным газойлем с целью облегчения процесса эмульгирования;

- компаундирование исходного битума элементарной (комовой) серой с целью снижения себестоимости вяжущего;

- ввод различных веществ, повышающих вязкость водной фазы, например пищевого крахмала, для изучения свойств и поведения эмульсий с различной вязкостью.

Также изучены образцы битумных эмульсий с использованием элементарной серы путём непосредственного добавления серы в битум и предварительной обработки серой минерального материала. Изученные образцы серобитумов показали нецелесообразность введения серы свыше 6% на битум. Это связано с резким понижением показателя адгезии БЭ при более высоких концентрациях серы. Анализ образцов эмульсионно-минеральных смесей с обработанным серой минералом, показал целесообразность добавления серы от 0,4 до 1,4% масс, на минерал в зависимости от содержания вяжущего. Предложенные способы позволят снизить общую стоимость дорожных покрытий без заметного снижения эксплуатационных свойств эмульсионно-минеральных смесей, так как стоимость серы почти в 20 раз ниже стоимости дорожных битумов.

Известно, что регулировать свойства битумных эмульсий можно изменяя соотношения её компонентов, а также при помощи модификации битумной либо водной фазы.

Анионные эмульсин (АБЭ). Данный тип эмульсии отличается тем, что для устойчивости образцов рН водной фазы необходимо поддерживать выше 7,0. Для приготовления эмульсий такого типа использовались следующие компоненты: дистиллированная вода, битум БНД 60/90, 24% водный раствор №ОН, эмульгаторы (ОП-7, ОП-Ю, ОП-12, «Синтерол»),

На первых этапах исследования «анионных» битумных эмульсий в качестве эмульгатора применялся ОП-7, а также его модификации - ОП-Ю и ОП-12. По экономическим соображениям наиболее подходящим был признан ОП-7. На его основе был получен ряд опытных образцов, в которые вводился ОП-7 в количестве от 0,7 до 5,2% масс, для исследования его влияния на агрегативную устойчивость. Выявленная зависимость представлена на рисунке 3. Анализируя представленную зависимость, можно выделить три участка, наибольший интерес из них представляет участок с содержанием эмульгатора от 1,75 до 2,50% масс., на котором устойчивость меняется с 8 до 28 дней.

Для исследования устойчивости АБЭ с различным содержанием вяжущего были получены образцы с содержанием битума от 30 до 62% масс. Результаты исследований представлены на рисунке 4.

35 30 |25 | 20 f 15 $10 5 0

f

1

i !

:

0,5 1,0 1,5 2.0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

011-7 (•/. от массы БЭ)

35 40 45 50 55 60 65 содержание битума, % масс.

. „ „ . „ Рисунок 4 - Зависимость устойчивости АБЭ от

Рисунок 3 - Зависимость устойчивости АБЭ жания би1ума

от содержания ОП-7

В таблице 4 приведены составы исследуемых образцов БЭ, приготовленные на основе ОП-7. Образцы №3, 4 показали себя как абсолютно неустойчивые дисперсные системы. Дальнейшее исследования проводились с составами №1,2, 5,6.,

Для исследования влияния работы перемешивающего устройства на интенсивность расслоения в процессе эмульгирования через определённые промежутки времени производился отбор проб эмульсий. На рисунке 5 приведена зависимость доли отделившейся водной фазы образцов анионной БЭ после 2 и 7 дней хранения, полученных при помощи УЗ и КМ, от работы эмульгирования.

Таблица 4 - Состав АБЭ (вода до 100%)

Метод Битум, % масс. ОП-7, % масс. 24% №ОН, % масс. №. образца

УЗ 25,0 3,5 3,1 1

УЗ 25,5 3,6 3,1 2

лм 18,5 4,2 4,0 3

лм 28,8 4,1 4,0 4

км 25,2 3,5 3,2 5

км 25,4 3,5 3,1 6

В работе были изучены некоторые способы модификации битумных эмульсий. В качестве эталонного модификатора дисперсной среды был взят пищевой крахмал, в связи с его свойством повышать вязкость водной среды. Были получены образцы АБЭ с содержанием крахмала с 0,7 до 7,0% масс, (содержание битума 35%, ОП-7 2,5%, 24% раствор №ОН 2,5%). Данный модификатор оказал наибольшее влияние на вязкостные свойства полученных эмульсий и, как следствие, на интенсивность расслоения в процессе хранения. При содержании крахмала до 2% наблюдалось улучшение реологических свойств БЭ, в частности снижение интенсивности расслоения при хранении (рисунок 6).

5

О =1

К

ч5*

\ 1 \ +

ч X ' *+ .

X о». Ж. * ^

о*— - *

0,7

со «в ' Я

5 «0,55

« £ Н 95

3 «

° 0,<5 0,4

1 1 1 0 940 фи на 1куб.м

■ ■ • в, ^

"С

300 750 1200 1650 2100 2550 3000 Работа эмульгирования (кДяУы )

♦ КМ после 7 дней • КМ посла 2дмй

XУЗ после 2 дней +УЗ после г дней

Рисунок 5 - Зависимость интенсивности расслоения образцов анионной БЭ от работы эмульгирования

О 0,5 1 1.5 г 2,5 3 3,5 Содержание ирахмала, % масс.

Рисунок 6 - Зависимость доли отделившейся водной фазы (через 7 дней) от массовой концентрации крахмала при различной работе эмульгирования

Вязкость должна быть задана заранее и оставаться в определенных пределах в течение срока хранения эмульсии. На рисунке 7 изображена

зависимость условной вязкости БЭ от содержания эмульгатора в эмульсии. Из рисунка видно, что с увеличением содержания эмульгатора вязкость эмульсии возрастает линейно.

Для исследования влияния содержания вяжущего на вязкость АБЭ были получены образцы с содержанием битума от 30 до 62% масс. Результаты исследований показали нелинейную зависимость вязкости от содержания битума (рисунок 8).

Содержание эмульгатора, % масс. Содержание битума % масс.

Рисунок 7 - Зависимость условной Рисунок 8 - Зависимость условной

вязкости БЭ от содержания эмульгатора (30 °С) вязкости АБЭ от содержания битума (30 °С)

Главным недостатком «анионных» эмульсий является пониженный показатель адгезии. В области производства дорожных битумов широкое распространение нашли разного рода присадки, повышающие адгезию. Данные присадки снижают практически до нуля эмульгирующую способность используемых эмульгаторов.

Основными параметрами, влияющими на адгезию АБЭ, явились содержание эмульгатора и рН водной фазы БЭ (при значениях рН<9 адгезия ухудшалась). Другие факторы (состав и содержание битумной фазы, температура анализа) практически не влияли на этот показатель. С увеличением содержания эмульгатора адгезия АБЭ немного повышается, однако и при использовании щелочного минерального заполнителя не является удовлетворительной (образец №3, ГОСТ 11508-74). В среднем в исследуемых образцах АБЭ показатель адгезии не превышал 40%.

Катионные эмульсии. Данный тип эмульсии отличается тем, что для устойчивости образцов БЭ необходимо поддерживать рН водной фазы ниже 7,0.

В работе был исследован ряд эмульгаторов. Наиболее качественным и доступным оказался нефтерастворимый эмульгатор катиопного типа БП-ЗМ, использующийся как адгезионная присадка к нефтяным битумам. Эмульсии на его основе отличались хорошей адгезией.

Были изучены такие свойства БЭ, как интенсивность расслоения при различных температурах, срок хранения, вязкость при 30 и 50 °С, адгезия к минеральному материалу. Все полученные образцы состояли из 30% битума БНД 60/90, для активации эмульгатора использовалась соляная кислота.

Для изучения свойств катионных БЭ был выбран интервал исследуемых концентраций эмульгатора от 0,8 до 2,6% масс, (таблица 5). Выбор верхнего предела связан с экономической нецелесообразностью получения БЭ с более высоким содержанием БП-ЗМ. Нижний предел определяется исходя из требований минимального срока храпения, равного семи суткам.

Таблица 5 - Состав исследуемых образцов КБЭ (вода до 100%)

Номер образца Эмульгатор, % масс Количество кислота, % масс. Битум, % масс. Хранение более 7 суток

Действительное Расчётное

1 0,28 0,3 0,3 30,1 не выдержал

2 0,28 0,8 0,3 30,1 не выдержал

3 0,48 0,5 0,4 30,0 не выдержал

4 0,48 0,8 0,4 30,7 не выдержал

5 0,48 1,6 0,4 30,5 выдержал

6 0,68 0,7 0,5 30,2 не выдержал

7 0,72 0,6 0,5 30,6 не выдержал

8 0,72 0,9 0,5 30,0 выдержал

9 0,84 0,5 0,6 30,1 не выдержал

10 0,84 0,8 0,6 30,0 выдержал

11 0,88 1,6 0,6 30,0 выдержал

12 1,12 1,2 0,7 30,1 выдержал

13 1,08 1,7 0,7 30,1 выдержал

14 1,40 1,6 0,8 30,1 выдержал

15 1,84 1,9 1,0 30,3 выдержал

16 2,36 2,4 1,2 29,9 выдержал

17 2,60 2,8 1,3 30,0 выдержал

18 2,60 0,5 1,3 30,2 не выдержал

Для экспериментального определения интенсивности расслоения выбранных образцов эмульсий использовался количественный метод, который заключается в определении количества отделившейся водной фазы для исследуемых образцов, при этом исследование расслоения полученных эмульсий производилось в течение 30 дней.

На рисунке 9 представлена графическая зависимость количества отделившейся водной фазы от содержания эмульгатора и срока хранения. Из рисунка видно, что образцы с содержанием эмульгатора менее 1,1% масс, показали резкое расслоение в первые 7 суток, а образцы с содержанием эмульгатора свыше 2,3% масс, оставались практически полностью стабильными весь срок испытания. Эмульсии же с содержанием эмульгатора от 1,1 до 1,8% масс, имели практически одинаковый срок хранения.

В работе был изучен процесс хранения БЭ при температурах 6, 20, 36 и 50 °С, в течение 15 суток, с содержанием эмульгатора 1,1% масс. (см. образец №12, таблица 5).

45 40

а? 35

5 зо

в

8 25

5.

8 20

о.

§ 15

о

4 10 5 0

0 5 10 15 20 25 30

♦ 0,7% □ 0,8% А 1,1% X 1,4% Д»и

О 1,8% * 2,3% + 2,6%

Рисунок 9 - Интенсивность расслоения БЭ в течение 30 суток при различном содержании эмульгатора

Исследования позволили обнаружить определённую тенденцию повышения устойчивости БЭ при более высоких температурах. Так, например,

при храпении эмульсии в течение 7 дней при 36 °С показатель её расслоения будет соответствовать показателю расслоения БЭ, хранящейся в течение 15 дней, но при температуре около 50 °С.

В ходе исследовашш были определены значения условной вязкости испытуемых образцов при 30 и 50 °С, результаты которых приведены на рисунке 10. Как видно из рисунка, в рассмотренном диапазоне зависимости условной вязкости от содержания эмульгатора (от 0,8 до 2,6%) описываются линейным уравнением.

Регулирование вязкости за счёт изменения содержания эмульгатора весьма нецелесообразно, так как его концентрация значительно влияет на другие свойства БЭ (адгезия, срок хранения, стоимость).

Для оценки адгезии применялся визуальный и количественный метод. Практически все исследуемые образцы (см. таблицу 5) показали удовлетворительную и хорошую адгезию к минеральному наполнителю. На рисунке 11 представлена графическая зависимость показателя адгезии (%) от содержания эмульгатора.

15 4-0------

0.в 1.1 1,6 2.1 2.6 Содержание эмульгатора, % масс.

♦ при 30 С а при 50 С

Рисунок 10 - Зависимость вязкости БЭ от содержания эмульгатора

100

К 05 g 90

0,6 1,1 1,6 2,1 2,6

Содержание эмульгатора, % масс.

Рисунок 11 - Зависимость адгезии от содержания эмульгатора

Из рисунка видно, что зависимость показателя адгезии от содержания эмульгатора носит нелинейный характер и для получения образца с адгезией 80-85% (соответствует образцу №2 ГОСТ Р 52128-2003) необходимо добавлять эмульгатор в количестве более 1,0%.

Влияние температуры на адгезию к минеральному материалу изучалось с образцом битумной эмульсии, содержащим 1,1% масс, эмульгатора при температурах 16, 30, 50 и 75 °С. Исследования показали, что при температуре более 30 °С показатель адгезии не изменяется и поддерживается на уровне 85%.

Модификацию битума проводили различными аминами и гликолями. Наилучшим образом зарекомендовал себя диэтаноламин (ДЭА), при добавлении его до 2% масс, на исходный битум в значительной степени улучшались реологические свойства эмульсии (рисунок 12) при незначительном снижении адгезии.

Из рисунка видно, что модификацию битумной фазы катионных битумных эмульсий на основе эмульгатора БП-ЗМ целесообразно проводить диэтаноламином в количестве до 1-2% масс, на исходный битум. В результате этого, при небольшом снижении показателя адгезии значительно улучшаются реологические свойства эмульсии.

В четвёртой главе представлены технологии получения битумной эмульсии на основе эмульгатора БП-ЗМ. В качестве основного вяжущего был выбран окисленный битум БНД 60/90 - продукт ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», соответствующий требованиям ГОСТ 22245-90.

Содержание ДЭА, % масс.

■ Адгезии БЭ ♦ Расслоения через 30 суток

Рисунок 12 - Зависимости адгезии БЭ и доли отделившейся водной фазы после 30 суток от содержания ДЭА в битуме

В качестве эмульгатора был выбран БП-ЗМ, который вводился в исходный битум в количестве 1,1% масс, в пересчёте на эмульсию.

Водная фаза получаемой эмульсии состоит из воды с жёсткостью менее 6 мг-экв/л и 1,4% масс, раствора 35% соляной кислоты.

Для получения модифицированных катионных битумных эмульсий также предусматриваются следующие варианты: получения серобитума, содержащего серы до 6%, с дальнейшим его эмульгированием, что позволит утилизировать элементарную серу и снизить себестоимость получаемого вяжущего (вариант №2); добавки до 2% масс, на исходный битум диэтаноламина (вариант №3).

Основным аппаратом эмульгирования был выбран дезинтегратор мокрого помола (ДМП) «Горизонт - 3000МК - ВА» производительностью 5000 кг/ч, производства ИТП «ТехПрибор», РФ, Тульская область, г. Щекино.

Технология получения битумных эмульсий должна включать в себя стадию подготовки битумной фазы, стадию подготовки водной фазы и стадию дезинтегрирования. На рисунке 13 принципиальная технологическая схема установки получения битумной эмульсии катионного типа.

Рисунок 13 - Принципиальная технологическая схема установки получения битумной эмульсии

Приготовление битумной фазы осуществляется посредством смешения нагретых до температуры 120 - 125 °С битума из резервуара Р-1 и эмульгатора из емкости Е-1 в мешалке М-1. Далее приготовленная смесь попадает в промежуточную емкость Е-3, откуда поршневым насосом откачивается в дезинтегратор КМ-1. Приготовление водной фазы осуществляется посредством

смешения раствора 35% НС1 из Е-2 с водой из Р-2 в мешалке М-2. Из М-2 водная фаза центробежным насосом Н-6 направляется в КМ-1 на смешение с битумной фазой. Готовая битумная эмульсия самотёком направляется в емкость Е-4, откуда насосом Н-7 откачивается в резервуар готового продукта Р-3 (Р-4), снабжённый паровым змеевиком. Часть битумной эмульсии направляется на циркуляцию. Температура хранения битумной эмульсии поддерживается на уровне до 40 °С.

Также в четвёртой главе представлено технико-экономическое обоснование предложенных вариантов получения битумных эмульсий с использованием эмульгатора БП-ЗМ. В таблице 6 приведены основные технико-экономические показатели проектируемой установки по предложенной технологии.

Таблица 69 - Технико-экономические показатели

Показатель Значение

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3

Дни работы 214

Мощность установки, тыс. т/год 25,55

Численность работников, чел. 28

Стоимость основных фондов, тыс. руб. 37235,52 37952,64 38024,83

Фондоотдача, руб./руб. 5,8 5,6 6,0

Себестоимость 1 т продукции, руб. 6948 6668 7382

Цена 1 т продукции, руб. 8500 8300 8900

Удельные капитальные вложения, руб./т 37235 37953 38025

Годовой экономический эффект, тыс.руб. 34077,32 36008,08 33070,15

Простой срок окупаемости, лет 2,578 - -

Дисконтированный срок, лет 3,500 - -

выводы

1 Исследованы основные свойства битумных эмульсий (адгезия, срок хранения, вязкость, класс, дисперсность):

- установлено, что для обеспечения качественного сцепления битумной эмульсии с минеральным материалом количественное значение показателя адгезии должно превышать 80%;

- изменение компонентного состава позволило регулировать условную вязкость образцов эмульсии в пределах от 20 до 400 с, что расширяет эксплуатационные возможности применения битумных эмульсий;

- предложенные способы получения и составы образцов позволили получить битумные эмульсии со сроком хранения от 1 до 30 и более суток.

2 Предложено дополнительное устройство к дезинтегратору для получения битумной эмульсии, что позволило увеличить в два раза производительность разработанного аппарата эмульгирования.

3 Подобран компонентный состав образцов битумной эмульсии на основе эмульгатора БП-ЗМ соответствующих ЭБК-1,2 ГОСТ Р-52128-2003.

4 С целыо улучшения показателей качества предложены следующие методы модифицирования битумных эмульсий:

- дизельным топливом, в количестве до 0,5% па минерал, в результате чего показатель адгезии увеличивается на 10 - 12%;

- ДЭА до 2% на исходный битум, что положительно влияет на устойчивость БЭ к расслоению в процессе хранения (срок хранения увеличивается в 2 - 3 раза);

- комбинированием АБЭ с КБЭ (3:2) в дорожном строительстве, что позволяет снизить себестоимость битумной эмульсии.

5 Предложена методика анализа показателя расслоения, позволяющая отслеживать кинетику данного процесса и составить его математическую модель.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1 Будник В.А. Ультразвуковой метод получения битумных эмульсий / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов // Нефтегазопереработка и

нефтехимия - 2005: материалы Международной научно-практической конференции, 25 мая 2005 год. - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2005. - С. 13.'

2 Будник В.А. Битумные эмульсии. Особенности состава и применения: Тематический обзор / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов // Нефтегазовое дело. - 2006. - www.ogbus.ru/authors/Budnik/Budnik_l .pdf.

3 Будник В.А. Механический способ эмульгирования битума в воде. Установка. Методика. Результаты апробирования / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов // Нефтегазовое дело. - 2006. - www.ogbus.ru/authors/ Budnik/Budnik_2.pdf.

4 Будник В.А. Исследование способов получения, состава и свойств нефтяных битумных эмульсий / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов // Наука. Технология. Производство - 2005: материалы межвузовской научно-технической конференции. - Уфа, 2005. - С. 8.

5. Будник В.А., Получение нефтяных битумных эмульсий I В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов // Нефтегазовые и химические технологии - 2005: материалы III Всероссийской научно-практической конференции, 25-26 октября 2005 г. - Самара: Сам УГТУ, 2005. - С. 18.

6 Будник В.А. Исследование битумных эмульсий. Применение «Синтерола» в качестве эмульгатора / В.А. Будник Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов // Нефтегазовое дело. - 2006. - 30 сентября. - www.ogbus.ru/authors/Budnik/ Budnik_3.pdf.

7 Будник В.А. Анализ методов получения битумных эмульсий / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Т.В. Пушкарёва // Нефтегазопереработка и нефтехимия - 2007: материалы Международной научно-практической конференции, 2007 г. - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2007. - С. 13.

8 Будник В.А. О возможности использования серобитумов, модифицированных адгезионными добавками, для получения битумных эмульсий / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, И.М. Шафикова Э.Г. Теляшев // Нефтегазопереработка и нефтехимия - 2007: материалы Международной научно-практической конференции, 2007 г. - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2007. - С. 16.

9 Будник В.А. Способы модификации установки дезинтегрирования для получения битумных эмульсий / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, И.М. Шафикова Т.В. Пушкарёва // Нефтегазопереработка и нефтехимия - 2007: материалы Международной научно-практической конференции, 2007 г. - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2007. - С. 13.

10 Будник В.А. Катионные битумные эмульсии на основе эмульгатора БП-ЗМ / В.А. Будник, М.И. Басыров, Н.Г Евдокимова, И.М. Шафикова, Т.В. Пушкарёва // Нефтепереработка и нефтехимия, № 4-5. - 2008. - С. 73-77.

11 Будник В.А. Модифицирование битумных эмульсий и эмульсионно-минеральных смесей / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, И.М. Шафикова // Нефтепереработка - 2008: материалы Международной научной конференции, посвященной 60-летию кафедры ТНГ УГНТУ, 21 мая 2008г. - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2008. - С. 236.

12 Будник В.А. Модификация дисперсионной среды анионных битумных эмульсий / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Т.В. Пушкарёва // Материалы III Всероссийской научно-производственной конференция по проблемам производства и применения битумных материалов - 2007. - Пермь: Изд-во Лукойл-Пермьнефтноргиснтез, 2007. - С. 13.

13 Будник В.А. Совершенствование составов эмульсионно-минеральных смесей для дорожных покрытий / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, И.М. Шафикова // Материалы III Всероссийской научно-производственной конференция по проблемам производства и применения битумных материалов - 2007. - Пермь: Изд-во Лукойл-Пермьнефтноргиснтез, 2007. - С. 16.

14 Будник В.А. Процессы эмульгирования битума в воде и способы их совершенствования / В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Т.В. Пушкарёва // Нефтегазовое дело. - 2007. - www.ogbus.ru/authors/BudnikyBudnik_4.pdf.

15 Будник В.А. Способы модификации битумных эмульсий. Совершенствование эмульсионно-минеральных смесей / В.А. Будник, П.В. Доминов, Н.Г Евдокимова, Б.С. Жирнов // Нефтепереработка и нефтехимия, № 1.-2009.-С. 25-29.

\Н

Подписано в псчать19.05.09. бумага писчая. Формат 60*80 1\16. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл.печ.л. 1. Тираж 120. Заказ 2224. Типография Открытого акционерного общества «Салаватнефтсоргсинтез».

Адрес типографии: 453256, Республика Башкортостан, г. Салават, ул. Молодогвардейцев, 30.

Введение

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Дорожные покрытия

1.2 Битумная эмульсия как дисперсная система

1.3 Компоненты битумных эмульсий 10 ( . 1.3.1 1^оверхностно-активные вещества (ПАБ)

1.3.2 Дисперсионная среда (водная фаза)

1.3.3 Дисперсная фаза (битумная фаза)

1.3.4 Предлагаемые составы битумных эмульсий

1.4 Методы эмульгирования битума в воде

1.5 Свойства битумных эмульсий

1.5.1 Вязкость

1.5.2 Устойчивость при хранении

1.5.3 Разрушение эмульсии в процессе применения

1.5.4 Адгезия частиц дисперсной фазы к минеральному ^ наполнителю

1.6 Достоинства битумных эмульсий

1.7 Битумные эмульсии'в технологии "холодного ресайклинга"

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Выбор компонентов битумной1 эмульсии^ и модифицирующих ^ добавок

2.2 Методы исследования свойств полученных образцов битумных ^ эмульсий

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И 52 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА БИТУМНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

3.1 Разработка методики получения битумных эмульсий

3.1.1 Получение битумной эмульсии при помощи лопастной ^ мешалки

3.1.2 Получение битумной-эмульсии при помощи ультразвуковой ^ мешалки

3.1.3 Получение битумной эмульсии при помощи дезинтегратора

3.1.4 Сравнение различных способов получения битумных ^ эмульсий

3.1.5 Способы модернизации разработанных методов ^ эмульгирования

3.2 Методы модифицирования битумной эмульсии и обработки ^ минерального материала

3.2.1 Метод модифицирования битумной фазы эмульсии

3.2.2 Метод модифицирования водной фазы эмульсии

3.2.3 Метод модифицирования эмульсионно-минеральных смесей

3.2.3 Метод модифицирования эмульсий их комбинированием

3.3 Исследования влияния компонентного состава на свойства ^ анионных битумных эмульсий (АБЭ)

3.3.1 Влияние компонентного состава и параметров процесса ^ приготовления на агрегативную устойчивость АБЭ

3.3.2 Влияние компонентного состава и модифицирующих ^ добавок на вязкостные свойства

3.3.3 Влияние компонентного состава и модифицирующих ^ добавок на адгезионные свойства

3.4 Исследования влияния компонентного состава на свойства g^ катионных битумных эмульсий (КБЭ)

3.4.1 Подбор состава исследуемых образцов

3.4.2 Влияние различных параметров на агрегативную ^ устойчивость образцов

3.4.3 Влияние содержания эмульгатора на вязкостные свойства ^ катионной битумной эмульсии

3.4.4 Влияние состава, параметров процесса эмульгирования и ^ модифицирующих добавок на адгезионные свойства КБЭ

3.4.5 Способы модификации КБЭ

3.5 Использование серы в процессе производства битумных эмульсий ^^ и эмульсионно-минеральных смесей

3.5.1 Модификация элементарной серой исходного битума

3.5.2 Обработка элементарной серой минерального материала

4 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМНОЙ ЭМУЛЬСИИ КАТИОННОГО ТИПА НА ОСНОВЕ ЭМУЛЬГАТОРА БП-ЗМ И ЕЁ 108 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

4.1 Технология получения битумной эмульсии катионного типа на ^^ основе эмульгатора БП-ЗМ

4.1.1 Получение битумной фазы с использованием серобитума

4.1.2 Модификация исходного битума диэтаноламином

4.1.3 Обработка получаемых эмульсионно-минеральных смесей ^^ фракцией дизельного топлива

4.1.4 Обработка получаемых эмульсионно-минеральных смесей ^^ расплавом серы

4.2 Технико-экономическое обоснование технологии получения ^^ битумных эмульсий с использованием эмульгатора БП-ЗМ

4.2.1 Расчет мощности и производственной программы установки

4.2.2 Расчет капитальных затрат и стоимости основных фондов

4.2.3 Расчёт себестоимости продукции

4.2.4 Расчёт технико-экономических показателей

4.2.5 Расчёт эффективности инвестиционного проекта

Выводы

Список используемой литературы

Дорожное строительство является одной из самых востребованных отраслей народного хозяйства России. Ежегодно для строительства новых и ремонта существующих покрытий дорог потребляется огромный объём материалов, ведущее место среди которых занимают асфальтобетоны на битумных вяжущих. Возросший поток автомобилей значительно увеличил нагрузку на дорожные покрытия, а, следовательно, породил новый ряд проблем [100].

Битум в различной форме используется как связующий материал при строительстве дорог. При низких температурах битум представляет собой вязкую жидкость, непригодную для создания дорожных покрытий [1]. В связи с этим нельзя не отметить растущий интерес научных работников и специалистов-дорожников к различным способам приведения битума в рабочее состояние, в частности к таким, которые исключают нагрев вяжущего до высоких/гемператур, приводящий к загрязнению воздуха На данный момент, для решения данной проблемы широко используются разжиженные битумы. Однако, данный способ применения связующего так же накладывает негативный отпечаток с точки зрения экологии, в связи с выделением значительного количества углеводородов в атмосферу. Таким образом, применение разжиженных битумов позволяет лишь сократить удельный расход вяжущего при укладке дорожного покрытия (хотя стоит отметить и увеличение себестоимости в связи с введением растворителя) и исключить расходы на его разогрев в битумоварочных котлах [2].

Основными причинами преждевременного разрушения покрытий является качество и физико-механические свойства применяемых вяжущих. Выпускаемые на нефтеперерабатывающих заводах дорожные битумы по своим свойствам не соответствуют эксплуатационным температурам, в условиях которых работает покрытие. Вследствие этого, возникает необходимость в разработке вяжущих, применение которых позволит повысить сдвигоустойчивость, морозостойкость, трещиностойкость и прочность асфальтобетонных покрытий, используя для этого различные методы и технологии [101].

В настоящее время, особенно за рубежом, наблюдается тенденция перехода на относительно новый способ создания дорожных покрытий с применением битумных эмульсий. Дорожные битумные эмульсии появились в 20-х годах нашего столетия. С появлением такого рода вяжущего были сняты основные проблемы, возникавшие при использовании традиционных органических вяжущих на различных стадиях ремонта и строительства дорожных покрытий [3].

Битумная эмульсия (БЭ) представляет собой жидкость тёмно-коричневого цвета, которую получают путём дробления битума в воде с добавлением анио-нактивных или катионоактивных эмульгаторов. БЭ в дорожном строительстве используют для подгрунтовки основания или старого дорожного покрытия перед нанесением на них асфальтобетона, для приготовления холодных асфальтобетонных смесей, поверхностной обработки дорожных покрытий, устройства тонких защитных слоёв покрытий и ямочного ремонта дорог [4]. Зарубежный опыт показывает, что применение БЭ в дорожном строительстве обеспечивает экономию битума на 30% и снижает энергозатраты почти в 1,5 раза [3].

Цель работы: разработка составов битумных эмульсий на основе дорожных битумов марки БНД 60/90 с использованием доступных компонентов (эмульгаторов, модификаторов), а так же наиболее приемлемых способов эмульгирования битума и приготовления эмульсионно-минеральных смесей с улучшенными показателями качества.

Задачи исследования:

- поиск доступных компонентов битумных эмульсий, способов эмульгирования, их сравнение и разработка методов анализа полученных образцов битумных эмульсий;

- исследование влияния компонентного состава анионных и катионных битумных эмульсий на их свойства, разработка способов модификации битумных эмульсий и эмульсионно-минеральных смесей на их основе;

- изучение возможности утилизации серы в процессах производства битумных эмульсий и эмульсионно-минеральных смесей.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Дорожные покрытия

Нефтяной битум является общепринятым вяжущим для строительства и ремонта автомобильных дорог. В России доля битума от общего количества переработанной нефти составляет 2,6% [1]. В большинстве развитых стран доля дорожных покрытий с использованием битума и битумсодержащих материалов превышает 90% и существует тенденция к полному переходу на эти виды вяжущих [2]. Однако, с технологической точки зрения, битум следует применять при минимально возможной вязкости, что может быть достигнуто тремя принципиальными способами:

-разогрев битума до технологических температур (горячий способ);

-разжижение вязких битумов специальными, как правило, легкими растворителями;

-эмульгирование битума в воде в присутствии специальных веществ (битумные эмульсии).

Первый способ используется обычно для производства горячих смесей с предварительным нагревом исходных минеральных материалов или розливом горячего битума на холодную поверхность при производстве подгрунтовки или устройстве поверхностной обработки. Этот способ имеет достоинства и недостатки. К достоинствам следует отнести возможность получения конгломерата (асфальтобетона) с высокой прочностью, а к недостаткам - затраты энергии на нагрев минеральных материалов при производстве горячих смесей, ограниченный период времени на устройство конструктивных дорожных одежд.

Второй способ, как правило, дороже из-за весьма дорогостоящих растворителей, которые за относительно короткий период времени должны испариться, что приводит к загрязнению окружающей среды и к опасности.

Третий способ, с использованием битумных эмульсий, не требует нагрева и может использоваться с холодными и даже влажными минеральными материалами, что позволяет снизить расход энергоносителей до 40% по сравнению с традиционными «горячими» технологиями. Эмульсия - неоднородная, термодинамически неустойчивая система с двумя или несколькими жидкими фазами, представляющими одну постоянную жидкую фазу (дисперсионную среду) и, по меньшей мере, вторую жидкую фазу, рассеянную в первой в форме мелких капелек (дисперсную фазу). В зависимости от вида дисперсионной среды и дисперсной фазы, битумные эмульсии классифицируются на прямые и обратные [47].

В дорожной практике наибольшее применение находят прямые битумные эмульсии. В зависимости от требуемых технологических и эксплуатационных свойств связующего материала эмульсии могут быть приготовлены на битумах различной вязкости, как с использованием различных добавок (растворители, ПАВ, полимеры), так и без них. При этом в зависимости от назначения и условий применения могут приготавливаться эмульсии с различной скоростью их распада и устойчивостью при транспортировке и хранении. Замедленную скорость распада должна иметь эмульсия, применяемая для покрытия кровли [106].

Относительно низкая вязкость прямых битумных эмульсий, обусловленная наличием водной среды (от 31 до 50%), обеспечивает хорошую способность обработки каменных материалов без их сушки и нагрева. Такие технологические свойства битумных эмульсий обусловливают благоприятное их применение в дорожном строительстве с позиций охраны труда дорожных рабочих и охраны окружающей среды.

В зависимости от применяемых эмульгаторов эмульсии могут быть анионного и катионного видов. При этом за последние годы в мировой практике дорожного строительства производятся и используются главным образом (практически 100%) эмульсии катионного типа, как наиболее универсальные и обеспечивающие достаточную адгезию вяжущего к поверхности минеральных материалов кислой и основной природы.

Наибольший опыт в теоретических разработках и в практическом использовании битумных эмульсий накоплен во Франции, которая считается мировым лидером в этих вопросах и где более 30% от общего объема органических вяжущих для дорожных целей применяется в эмульгируемом виде.

В России в середине 60-х годов на основании научно-исследовательских работ и небольшого опыта практического применения были разработаны технические и- нормативные документы по приготовлению и использованию битумных эмульсий-в дорожном строительстве [47].

выводы

1 Исследованы основные свойства битумных эмульсий (адгезия, срок хранения, вязкость, класс, дисперсность):

- установлено, что для обеспечения качественного сцепления битумной эмульсии с минеральным материалом количественное значение показателя адгезии должно превышать 80%;

- изменение компонентного состава позволило регулировать условную вязкость образцов эмульсии в пределах от 20 до 400 с, что расширяет эксплуатационные возможности применения битумных эмульсий;

- предложенные способы получения и составы образцов позволили получить битумные эмульсии со сроком хранения от 1 до 30 и более суток.

2 Предложено дополнительное устройство к дезинтегратору для получения битумной эмульсии, что позволило увеличить в два раза производительность разработанного аппарата эмульгирования.

3 Подобран компонентный состав образцов битумной эмульсии на основе эмульгатора БП-ЗМ соответствующих ЭБК-1,2 ГОСТ Р-52128-2003.

4 С целью улучшения показателей качества предложены следующие методы модифицирования битумных эмульсий:

- дизельным топливом, в количестве до 0,5% на минерал, в результате чего показатель адгезии увеличивается на 10 - 12%;

- ДЭА до 2% на исходный битум, что положительно влияет на устойчивость БЭ к расслоению в процессе хранения (срок хранения увеличивается в 2 - 3 раза);

- комбинированием АБЭ с КБЭ (3:2) в дорожном строительстве, что позволяет снизить себестоимость битумной эмульсии.

5 Предложена методика анализа показателя расслоения, позволяющая отслеживать кинетику данного процесса и составить его математическую модель.

1. Капустин В.М., Кукес С.Г., Бертолусини Р.Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. М: Химия, 1995.-с. 98, 125.

2. Emulsions Worid Congress. / Bordeaux, France: www.spidernet.tm.fr. (23-26.09.1997).

3. Ф.В. Карпеко, A.A. Гуреев Битумные эмульсии. Основы физико-химического производства и применения М: «Химия», 1998 - 191 с.

4. Государственный стандарт РФ Эмульсии Битумные дорожные ГОСТ Р-52128-2003.-М.: Стройиздат, 2003.-15 с.

5. В. Клейтон Теория эмульсий и техника их получения. М.: Снабтехиздат, 1933. - 186 с.

6. Современные методы и средства ямочного ремонта дорожных покрытий // STROIT.RU: http://library.stroit.ru (2007)

7. М.И.Гельфман, О.В.Ковалевич и др. Коллоидная химия 3-е издание. Изд. «Лань», 2005 257с.

8. Ю.Г. Фролов Курс коллоидной химии. Поверхностные явлении и дисперсные системы М.: Химия, 1989. - 463 с.

9. В. Клейтон Эмульсии. М., 1950 - 680 с.

10. Битумные эмульсии // Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика": http://www.effects.ru/science/ (2004)

11. Дорожные эмульсии: энциклопедия в 3-х томах, под.ред. И.Н. Петухова, Евразийская ассоциация дорожных эмульсий EARE. Минск, 1998. 3 тома.

12. Битумные эмульсии для дорожного строительства // Сокол-БМП: http://sokolbmp.narod.ru/ (2006)

13. А. Шварц, Д. Пери Поверхностно активные вещества и моющие средства М.: ИЛ, 1960 - 320 с.

14. Д.А. Фридрихсберг Курс коллоидной химии Л.: Химия 1974 - 351с.

15. Р.Б.Гун Нефтяные битумы. Учебное пособие для рабочего образования М., «Химия», 1989 - 150 с.

16. Д.Н.Ильин, Н.С. Эдагон Автомобильные дороги, №5, 22 М. 196943 с.

17. П.А. Ребиндер Избранные труды Т-1 М.: СЭ, 1978

18. Катионные битумные эмульсии // Предприятие «Дорос»: http://doros.yaroslavl.ru (2007)

19. Эмульгатор Амдор-ЭМ // ЗАО Амдор: http://www.amdor.spb.ru2005)

20. О.В. Мухин. Эмульсии и грунтовки // Стройся!!!: http://www.mukhin.ru (2007)

21. Р.Б.Гун Нефтяные битумы. Учебное пособие для рабочего образования М., «Химия». 1989 43 с.

22. Эмульгаторы и водно-битумные эмульсии // Институт катализа СО РАН: http://www.catalysis.ru (13.05.2008)

23. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение эмульсий. М.: Недра, 1982-222 с.

24. Под редакцией Н.Г. Ибрагимова, Е.И. Ишемгужина Осложнения в нефтедобыче. Уфа: Монография, 2003 - 300 с.

25. Harkins W/D/ The physical Chemistry Of Surface Films. New York: Reinhild Publishing Corpor., 1959 - 253 c.

26. Sauterey R. u.a. Bitumenemulsionen in franzosischen Strassenbau. Teill : Allgemeines. Zusammensetzung. Vorschriften. Prufung./"Bitumen. Treere. Asphalte. Peche". Bd. 26. N 3, 1975 35 с.

27. Плотникова И.А., Казарновская Э.А. и др. Опыт получения и применения катионных эмульсий. Журнал «Автомобильные дороги», 1975, №4, с 11-13.

28. Розенталь Д.А., Таболина JI.C. Федосова В.А. Модификация свойств битумов полимерными добавками. Тематический обзор ЦНИИТЭ-нефтехим. 1988. №6-48 с.

29. Под.редакцией И.Н. Петухова Дорожные эмульсии: энциклопедия в 3-х томах /Евразийская ассоциация дорожных эмульсий EARE. Минск, 1998.

30. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. JI.: Наука, 1975592 с.

31. Глестон С., Лейднер К., Эйринг Г. Теория абсолютных скоростей реакций. / перевод под ред. Баландина A.A. М.: Иностранная литература, 1948-584 с.

32. Ребиндер П.А. Вестник АН СССР, №10, 32 (1957); №8, 8 (1964).

33. Д. Неппер Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. М.: Мир, 1986-488 с.

34. Heller W., Pugh Т., / Chem. Phys., 1954, 1778 с.

35. Действие эмульгатора // Эмульсионно-битумные технологии: http://emulbittech.iTi/ (2008)

36. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа, часть 3. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. -М.: Химия, 1978, 423 с.

37. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. М.: Химия, 1983, 192с.

38. Хаимов Г.Я. Применение и транспортирование нефтяных битумов. -М.: Химия, 1968,184с.

39. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1992.

40. Под ред. Абрамзона A.A. Эмульсии. Л.: Химия, 1972.

41. Губкин И.М. Учение о нефти. ОНТИ 1938

42. Евдокимова Н.Г., Жирнов Б.С., Ишкильдин А.Ф. Технология получения нефтяных окисленных битумов. Учебно-методическое пособиедля подготовки к курсовому и дипломному проектированию студентов специальности 25.04.01. Уфа 2002.

43. Саханов А.Н. в сб. «Химический состав нефтей и нефтяных продуктов» Гос. научн. тех. изд. 1938

44. Фрязинов В.В., Грудников И.Б., Труды БашНИИ НП, вып. №8, Изд. Химия 1968

45. М.М.Кусаков, Методы определения физико-химических характеристик нефтяных продуктов, ОНТИ ,1936

46. Лысихина А.И., Сицкая P.M. и др. О стабильности битумов во взаимодействии их с минеральными материалами. Дор.издат. 1952

47. Никольский Ю.Е. Дорожная Техника-2001 каталог-справочник

48. Никитина М.Ф., Эвенов И.М., Архипов А.П. Дорожные эмульсии. -М.: Транспорт, 1964.

49. Эмульсионные установки // ЗАО "Коррус-Тех Инк.": http://www.korrus.ru (2005)

50. Зенинский A.M., Тищенко Е.Е. Экономика производства и применения нефтяных битумов. М: Химия, 1977.

51. Paulman, Kolb EinFluss von Polyzusatzen auf den Verformungswiederstand bituminöser Deckschichten. / FA 7.097.G81 B, BMW.

52. Grimaux, Grinard, Huet Revetement au beton des liants hydrocarbons modifies. / Rapport de recherchai LPC #62, 1976 Laboratorie Central des Ponts et Chaussees, Paris.

53. Печеный Б.Г., Каракуц В.H., Теляшев Г.Г. Битумополимерные и нефтеполимерные композиции Тематический обзор ЦНИИТЭнефтехим. 1992 №3-89 с.

54. Кломп А.И. Применение и эксплуатационные качества асфальтитов. -М., 1971 г.

55. Аррамбид Ж., Дюрье М. Органические вяжущие и смеси для дорожного строительства. -М., 1961 г.

56. Технические условия по приготовлению и применению дорожных эмульсий (ВСН 1115-75). Минтрансстрой СССР -М: Транспорт, 1976 80 с.

57. Ещенко А.И., Тыртышов Ю.П., Печеный Б.Г., Скориков C.B. Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Естественнонаучная», 2005, №1.

58. Установка для производства битумных эмульсий / Украинская государственная корпорация промышленности строительных материалов «Укрстройматериалы», Одесское предприятие «Стромпроект»: http://www.stxom.farlep.net (2006).

59. Тонкошуров Б.П., Сербина H.H., Смирнова А.М. Основы химического деэмульгирования нефтей. / Сб. под ред. Ребиндера П.А. М: Гостоптехиздат, 1946.

60. Ребиндер П.А., Сербина H.H. /ЖФК, 2, 760, 1931.

61. Ребиндер П.А., Трапезников A.A. / ДАН СССР, 18, №7, 421, 1938.

62. Бернштейн A.B. Самопроизвольное эмульгирование битумов -Киев: Наукова Думка, 1969 69 с.

63. Смирнов Л.П. Труды БашНИИ НП вып.Х1 Уфа: Башкнигоиздат,1973.

64. Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП 3.06.03-85) М: Стройиздат, 1989 - 56 с.

65. Гуреев A.A., Сабаненков С.А. Методы исследования физико-химической механики нефтяных остатков М: МИНХиГП, 1980 - 48 с.

66. Сюняев З.И., Сафиева Р.З., Сюняев- Р.З. Нефтяные дисперсные системы М: Химия, 1990 - 226 с.

67. Технологический регламент на производство и применение в дорожном строительстве катионных битумных эмульсий с использованием импортного оборудования Федеральная автомобильно-дорожная служба РФ, - М: Создорнии, 1996 - 32 с.

68. Под ред. Гельфмана М.И. Практикум по коллоидной химии -Москва: Лань, 2005 254 с.

69. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии М.: Химия, 1964 - 574 с.

70. Гезенцвей Л.Б., Горелышева H.A. Дорожный Асфадьтобетон Изд. 2-е, перераб. и доп. -М: Стройиздат, 1989 - 56 с.

71. Колбановская A.C., Михайлов В.В. Дорожные битумы М: Транспорт, 1973 - 264 с.

72. Худякова Т.С., Розенталь Д.А., Машкова И.А. Адгезионные свойства нефтяных битумов и способы их корректировки Тематический обзор ЦНИИТЭнефтехим - М: 1991 - 40 с.

73. Хаимов Г.Я. Применение и транспортирование нефтяных битумов -М: Химия, 1968- 184 с.

74. Битумно-эмульсионные установки (БЭУ) ООО Давиал. Технологическое оборудование // ООО Давиал: http://www.davial.ru/ (2006)

75. Костельов, М.П. Технология холодного ресайклинга. Дорожная Техника, 2004, №3, с. 98-102.

76. Битумная эмульсия: пат. 2003124110 РФ: МПК C08L95/00 / Черкасова Елена Владимировна, Кошкаров Евгений Васильевич, Гольцев Виктор Федорович, Дмитриев Владимир Николаевич, Плишкии Владимир Владимирович-2003124110/04; заявл. 2003.07.31, опубл. 2005.02.20.

77. Битумная эмульсия: пат. 2244725 РФ: МПК C08L95/00/ Кемалов А.Ф., Абдуллин А.И., Ганиева Т.Ф., Дияров И.Н., Кемалов P.A., Солдатова Л.Б., Нуриев И.М. 2003116678/04; заявл. 2003.06.04, опубл. 2005.01.20.

78. Катионная битумная эмульсия для дорожного строительства: пат. 2241012 РФ: МПК C08L95/00/ Илиополов С.К., Мардиросова И.В., Горелов C.B., Каклюгин A.B., Дьяков К.А., Чубенко E.H., Заднепровская И.А. -2003128447/04; заявл. 2003.09.22, опубл. 2004.11.27.

79. Катионоактивная битумная эмульсия и эмульгирующая добавка в эмульсию: пат. 2200173 РФ: МПК C08L95/00/ Молчанов В.В., Гойдин В.В., Сукорцев C.B. -2001128422/04; заявл. 2001.10.18, опубл. 2003.03.10.

80. Эмульгатор катионных битумных эмульсий и способ его получения: пат. 2230084 РФ: МПК C08L95/00/ Аванесова Х.М., Болдырев A.B., Борисенко B.C., Самсонов Э.Е., Болдырев В.А. 2002132586/04; заявл. 2002.12.05, опубл. 2004.06.10.

81. Битумная эмульсия: пат. 2185878 РФ: МПК B01F17/00/ Хозии В.Г., Макаров Д.Б., Мурафа A.B., Рахматуллина А.П., Ахмедьянова P.A., Лиакумович А.Г., Гибадуллин Т.К., Мошков В.И. 2001125205/04; заявл. 2002.07.27, опубл. 2002.07.27.

82. Битумная эмульсия: пат. 2243245 РФ: МПК C08L95/00 / Черкасова Е.В., Кошкаров Е.В., Гольцев В.Ф., Дмитриев В.Н., Плишкин В.В. -2003124110/04; заявл. 2003.07.31, опубл. 2004.12.27.

83. Apparatus for mixing and applying a bitumen emulsion-based surfacing composition: патент GB2342943A: (IPC 1-7) E01C7/35 / Kilner David Nicholas -GBl9980023338 19981023; опубл. 2000.04.26.

84. Installation copacte pour produre une emulsion de bitume: патент FR2881151 (Al): Е01С19/02 / Chabard Raymond FR20050050192 20050121; опубл. 2006.07.28.

85. Emulsion de bitumen de hautes performances et procede de fabrication: патент FR2723101 (Al): C08L95/00 / Boussad Nadjib, Marchai Jean Luc, Soto Thierry-FR19940009462 19940729; опубл. 1996.02.02.

86. Anlage zur herstellung von bitumenemulsionen: патент AT405837B (В): C08L95/00 / Gaisch Peter -ATI 9980000032 19980113; опубл. 1999.11.25.

87. Emulsion de bitume a gouttelettes calibrees et procede d'obtention: патент FR2852964 (Al): C08K3/36 / Colas Sa FR20030050082 20030331; опубл. 2004.10.01.

88. Способ приготовления сырьевой смеси для строительных изделий: пат. 2044714 РФ: МПК С04В28/14 / Чумак Майя Вадимовна, Лаврега Лидия Яковлевна 5033471/33; заявл. 1992.03.20, опубл. 1995.09.27.

89. Procede et installation pour la fabrication d'une emulsion de bitumen et emulsion resultante: патент FR2791997 (Al): B01F15/04 / Chicanne Roger; Stefimko Jean FR19990003566 19990323; опубл. 2000.10.13.

90. Bioentschwefelung von bitumen-brennstoffen: патент DE-Aktenzeichen 69129588: C12S 1/00 / James M. -EP0558682; опубл. 1998.07.16.

91. Breaking a bitumen-water emulsion: патент GB2264951A: (IPC 1-7) ВО ID 17/0 / Hemming Malcolm Lisle GB19920005223 19920311; опубл. 1993.09.15.

92. Process for preparing a bitumen emulsion: патент GB2322569A: C08L95/00 / Van Gooswillgen Gerrit, De Jonge Frits, Stamps Paulus Antoon -GB19980003881 19980224; опубл. 1998.09.02.

93. Д.Б. Макаров, A.B. Мурафа, В.Г. Хозин Битумно-водные эмульсии и строительные материалы на их основе. Сб.научн.трудов Международной НТК 21-22 марта 2002г. Пенза, 2002. С 238-241.

94. Ю.А. Чулочников и др. Асфальтобетонные покрытия автомобильных дорог Иркутской области. Тезисы докладов первого научно-практического семинара, Иркутск ГТУ, 1999 С 36-38.

95. В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов Ультразвуковой способ получения битумных эмульсий «Нефтепереработка и нефтехимия» материалы международного конгресса нефтепереработчиков - Уфа, 2005.

96. В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов. Механический способ эмульгирования битума в воде. Установка. Методика. Результаты апробирования. Электронный интернет-журнал «Нефтегазовое дело», 07.05.2006 г.

97. Установка по производству битумной эмульсии // Технология в дорожном строительстве: http://www.roadkursk.ru/ (2.02.2007).

98. Эмульсионные установки Massenza // «ООО4 Техно-импорт»: http://www.ds-texnika.ru (2006).

99. Эмульсия // ООО РосДомК г. Санкт-Питербур: http://clavdom.sb-com.ru (2006).

100. Битумные эмульсии // "Строй-Техника.Ру" информационная система по строительной технике: http://stroy-teclmics.ru (2007).

101. Технология многоцелевого окисленного битума и водно-битумных анионных эмульсий для дорожного строительства // Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева: http://www.advtech.ru2007).

102. Битумные эмульсии // ООО «Магазин Мягкой ' кровли»: http://www.kpoem.ru (2007).

103. Химреактивы,// ЗАО «Агримэкс» г. Москва: http://wvvw.agrimex.ru2008).

104. ДОР-ЭМ строительные и дорожные работы // ДОР-ЭМ: http://www.dor-em.ru (2006).

105. Диалоги вокруг дорожных битумных эмульсий и не только // «ИИЦ Держава»: http://www.dorvest.ru (2007).

106. Романов СИ. Вопросы теории эмульгируемости битумов на твердых эмульгаторах. Труды Казфилиала СоюзДорНИИ, Алма-Ата, 1967, с. 81-86.

107. Толстиков Н. П. Некоторые вопросы сцепления цементогрунтовых оснований с покрытиями. Ж. «Известия ВУЗов», сер. «Строительство и архитектура», 1965, № 7.

108. Шевченко В. Г. Обоснование повышения качества материалов на основе водоэмульсионных цементо-битумных вяжущих. Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. к. т. н., Ставрополь, 2007, с. 22.

109. Эмульгаторы водо-битумных эмульсий на основе аммониевых солей Ахметов А.Ф., Рысаев У.Ш., Жданов В.Р., Рысаев Д.У., Булюкин П.Е., Фаттахов И.М., Байрамов Б.М. Материалы международной научно-практической конференции «Нефтепереработка-2008».

110. Получение битумной эмульсии на основе эмульгатора с добавкой. Труды 5-той юбилейной международной конференции "Химия нефти и газа" Институт химии нефти СО РАН, Томск, 2006. Кемалов А.Ф., Шапошников Д.А, Кемалов P.A., Гладий Е.А.

111. Универсальная добавка к эмульгаторам Труды 5-той юбилейной международной конференции "Химия нефти и газа" Институт химии нефти СО РАН, Томск, 2006. Кемалов А.Ф., Шапошников Д.А, Кемалов P.A., Гладий Е.А.

112. Горелышева JI.A. Битумные эмульсии в дорожном строительстве // Информав-тодор. Обзорная информация. Москва, 2003. - Вып. 7.125 «Дороги и мосты», выпуск №3/2007. Дорожные комбайны, с. 40-44.

113. Международная научно-практическая Интернет-конференция «Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение безопасности движения» (с 10.02.07 по 20.03.07) Место проведения: БГТУ им. В.Г. Шухова

114. Получение дисперсных систем // Acio.ru: http://www.acio.ru (2009).

115. Битумно-эмульсионный завод // Керамист: http://www.keramist.com (2008).