автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Неокисленные нефтяные битумы в составах дорожных асфальтобетонов

Введение

1. Современные битумные вяжущие для 6 асфальтобетонных дорожных покрытий

1.1. Общая характеристика дорожных битумов

1.2. Структура и реология битумов

1.3. Сравнение свойств битумов полученных по различным технологиям

1.4. Модифицированные битумы

1.5. Цели и задачи исследования

2. Методология научных исследований

2.1. Методы исследований

2.2. Анализ состава и свойств битумного сырья

3. Разработка технологии получения неокисленных битумов

3.1. Влияние вида нефтяного сырья на структуру и свойства неокисленных битумов

3.1.1 Производство неокисленных битумов на базе асфальта про- 84 пан-бутановой деасфальтизации

3.1.2 Компаундирование высоковязкого гудрона с асфальтом про- 86 пан - бутановой деасфальтизации.

3.2 Организация производства неокисленных битумов

Выводы

4. Свойства асфальтобетонов на неокисленных битумах, 99 технико - экономическая эффективность их производства и применения.

4.1 Свойства асфальтобетона на неокисленных битумах

4.2 Технико - экономическая эффективность производства и 115 применения неокисленных битумов в дорожном строительстве

4.2.1 Технико - экономическая эффективность производства не- 115 окисленных битумов

4.2.2 Оценка технико - экономической эффективности производства асфальтобетонов на неокисленных битумах с наполнителями из отходов промышленности.

Проблема повышения эффективности и качества дорожных покрытий, разработка и внедрения современных композиционных материалов и технологий дорожного строительства, обеспечивающих их высокие эксплуатационные характеристики и технологичность, осложняется кризисными явлениями в дорожной отрасли. Транспортно-эксплуатационное состояние автомобильных дорог общего пользования Российской Федерации близкое к исчерпанию своей несущей способности. Сложившееся ситуация усугубляется постоянным увеличением нагрузки на дорожные покрытия, что обусловлено быстрым ростом числа транспортных средств в стране. Статистический анализ показывает, что средний срок службы асфальтобетонных покрытий составляет менее 10 лет, вместо 20 лет нормативных. При этом в подавляющем большинстве случаев причиной их преждевременного выхода из строя является растрескивание и разрушение битумной и битумоминеральной составляющих асфальтобетона.

В настоящее время проблема восстановления старых и строительства новых дорожных покрытий резко осложнилась из-за недостатка и высокой стоимости качественных битумов и минеральных заполнителей. Потребность в них дорожно-строительных организаций удовлетворяется менее чем наполовину. Так как содержание битума в дорожных битумоминеральных композициях составляет лишь 5 - 9 % от массы минеральных компонентов, то при удлинении срока службы покрытия решается проблема экономии обоих компонентов. Поэтому создание стойких к растрескиванию, старению и атмосферным воздействиям долговечных битумов и материалов на их основе является актуальной и своевременной задачей.

Основная масса битумов дорожного назначения в России получается путем окисления нефтяных остатков кислородом воздуха в окислительных реакторах различного типа. Этот материалоемкий и продолжительный (от 10 до 24 часов), связан с выделением токсичных компонентов в виде отдува и не всегда позволяет получать битумы соответствующие требованиям стандарта. 3

Но даже применение окисленных битумов, соответствующих стандарту не всегда обеспечивает требуемую долговечность асфальтобетонных покрытий.

Основной причиной этого обстоятельства является недостаточная деформативность большинства окисленных битумов, слабая адгезия к минеральным материалам (особенно кислого характера), низкая устойчивость к процессам старения.

Вышеупомянутые факты явились предпосылками к работе в направлении создания таких битумов которые не требовали бы дополнительных технологических сложностей при их производстве, были термостабильны, имели хорошую растяжимость и сцепление с кислыми породами.

Научная новизна закоючается в следующем:

1. Предложен новый подход к процессу переработки остатков различных нефтей на битумные композиции дорожного назначения с более высокой термостабильностью, адгезией к минеральным заполнителям, улучшенными пластическими показателями и на его основе разработана технология получения неокисленных остаточных и компаундированных битумов.

2. Обоснованно значительное влияние термической стабильности битумов, на качественные показатели и долговечность асфальтобетонных покрытий, а также предложен метод её определения,

3. Теоретически обоснованно и экспериментально подтверждено значительное повышение адгезионных показателей неокисленных битумов с заполнителями и наполнителями различной минералогии из природного сырья и отходов промышленности.

4. Определены оптимальные составы дорожных асфальтобетонов различного назначения на основе нефтяных неокисленных битумов.

Практическое значение работы состоит в значительном повышения долговечности асфальтобетонных покрытий, работающих в условиях низких температур и увеличении межремонтного цикла эксплуатации автомобильных дорог.

Разработаны составы и оптимальные технологические режимы приготовления асфальтобетонов на неокисленных битумах, позволяющие существенно повысить физко-механические показатели и долговечность асфальтобетонных покрытий дорог.

По результатам проведенных с 1999 по 2002 г. исследований и производственных испытаний разработаны нормативно-технические документы, регламентирующие технологические, экологические и санитарно-гигиенические аспекты производства и применения остаточных и компаундированных нефтяных неокисленных битумов и асфальтобетонов на их основе, в том числе технические условия ТУ 0256-001-015180794 "Битумы дорожные компаундированные", ТУ 0256-097-001511807-97 "Битумы нефтяные дорожные неокисленные, технологические регламенты на производство неокисленных нефтяных битумов на ОАО "Уфанефтехим" и ОАО "Нижнекамский нефтеперерабатывающий завод"". Основные положения выносимые на защиту

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по изучению закономерностей процессов получения остаточных и компаундированных битумов из нефтяного сырья различных месторождений. - Технология производства неокисленных нефтяных битумов

Составы и свойства асфальтобетонных смесей на основе неокисленных битумов и минеральных компонентов из природного сырья и отходов промышленности.

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Опытно-промышленные испытания проводились на производственной базе института проблем нефтехимпереработки Академии наук Республики Башкортостан и ОАО "Уфанефтехим".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Изучены процессы глубоковакуумной перегонки мазута высокосмолистых высокосернистых нефтей и на их основе разработана технология получения неокисленных остаточных битумов дорожного назначения.

2. Разработана технология получения неокисленных компаундированных битумов на основе смешения асфальтов пропан-бутановой деасфальтизации с различными нефтяными остатками.

3. Исследованы свойства неокисленных нефтяных битумов, получаемых из различного нефтяного сырья. Доказано их преимущество перед стандартными дорожными битумами, получаемыми по серийным технологиям, в части улучшения адгезионных показателей и устойчивости к окислительному старению.

4. Обосновано значительное влияние термической стабильности битумов на качественные показатели и долговечность асфальтобетонных покрытий, а также предложен метод ее определения. Экспериментально подтверждена более высокая термостабильность остаточных и компаундированных нефтяных неокисленных битумов по сравнению с традиционными окисленными битумами.

5. Разработаны составы дорожных асфальтобетонов на основе неокисленных нефтяных битумов. При этом подтверждено повышение их адгезионных свойств наполнителям и заполнителям различной минералогии на основе природного сырья и отходов промышленности.

6. Разработан пакет нормативно-технической и технической документации на производство и применением неокисленных дорожных битумов, получаемых из различного нефтяного сырья.

7. Технология получения неокисленных остаточных и компаундированных битумов внедрена на Новоуфимском, Нижнекамском нефтеперерабатывающих заводах. Промышленная апробация разработанной технологии подтвердила ее целесообразность и перспективность.

8. Проведены исследования состояния выполненных в 1997-2001 гг. в республиках Башкортостан и Татарстан дорожных асфальтобетонных покрытий на основе неокисленных битумов, подтвердившие их более высокую долговечность по сравнению с дорожными покрытиями на основе стандартных битумов.

1. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции: - М.: Химия, -1990. - 256. -С.: ил.

2. Шестоперов C.B. Дорожно-строительные материалы: -М., Высшая школа, -19766. 240 -С.: ил.

3. Колбановская A.C., Давыдова А.Р., Сабсай О.Ю. Структурообразование дорожных битумов. Физикко-химическая механика дисперсных структур. -М.: Наука, 1966. -240 -С.: ил.

4. Колбановская A.C., Михайлов В.В. Дорожные битумы. -М.: Транспорт,-1973.261 —С.ил.

5. Розенталь Д.А., Березников A.B., Кудрявцева И.Н. Битумы. Получение и способы модификации. -Л., 1979. -С.80.

6. Печеный Б.Г. Долговечность битумов и битумно-минеральных покрытий. -М.: Стройиздат, 1981. — С. 123.

7. Руденская И.М. Нефтяные битумы. М.: «Росвузиздат» 1963. 43 с.

8. Руденская И.М. Состав и строение битумов // расширение ресурсов вяжущих для дорожного хозяйства. -М.: 1979. -С. 5-14.

9. Розенталь Д.А. и др. Повышение качества строительных битумов // Тематический обзор ЦНИИТЭНефтехим. М., 1976.

10. Колбановская А. С, Давыдова А.Р., Сабсай О. Ю. В кн.: Физико-химическая механика дисперсных структур. М., «Наука», 1966.

11. Руденский А. В., Руденкская И. М. «Нефтепереработка и нефтехимия», 1971,7.

12. Колбановская A.C., Михайлов В.В. Дорожные битумы. М., «Транспорт», 1973.

13. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М., «Химия», 1973.

14. Крейцер Г.Д. Асфальты, битумы и пеки. М., Стройиздат, 1952.

15. Руденская И.М., Руденский A.B. Реологические свойства битумов. М., «Высшая школа», 1967.

16. Розенталь Д.А. Нефтяные окисленные битумы. Л., 1973.

17. Садек Ахмед Каид Синан. Повышение водостойкости асфальтобетона для районов Йемена с влажным климатом. Автореф. на соискание ученой степени кандидата техн. наук. Харьков 2002. 19 с.

18. Дорошев В.Ф. Принципы подбора пластификаторов и битумов для восстановления постаревших асфальтобетонных покрытий. Автореф. на соискание ученой степени кандидата техн. наук. Ставрополь 2002. С 8-9.

19. Кутьин Ю.А., Теляшев Э.Г., Биктимирова Т.Г., Викторова Г.Н., Ризванов Т.М. Производство и свойства битумных и битумполимерных материалов на базе нефтяных остатков

20. Скорников C.B. Обоснование технологии производства высококачественных асфальтобетонов на битумах, эмульгированных в процессе перемешивания асфальтобетонных смесей. Автореф. на соискание ученой степени кандидата техн. наук. Стврополь 2002. С. 3-4.

21. Полякова C.B. Применение модифицированных битумов в дорожном строительстве // СтройПРОФИль., №10., 2001. М., С. 34-35.

22. Товкес И.Н., Раевский Ю.М. В основе высокого качества научный подход // СтройПРОФИль., №7., 2001. М., С. 11-13.

23. Колбановская A.C. Оптимальная структура битума в асфальтовом бетоне // Материалы работ симпозиума по структуре и структуробразованию в асфальтобетоне. М.: СоюзДорНИИ, 1970.

24. Коренькова С.Ф., Давиденко О.В. Нефтешлам сырье для сберегающих технологий // Сб. трудов Самарского филиала секции «Строительство» РИА. Вып.4.

25. Бутадиен-стирольные тepмoэлacтoплacты.www.solveг.ru/clients/vsk/BSTEP.htm

26. Битумы, модифицированные полимерами // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №4. С.8.

27. Битумы и их композиции в дорожном строительстве // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №4. С.8.

28. О процессе модификации нефтяных дорожных битумов нефтеполимерной смолой // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. -№8. С.8.

29. Модификация дорожных битумов смесями полимеров // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №10. С.8.

30. Классы водоопасности нестабильных катионных эмульсий // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №10. С.8.

31. Классы водоопасности нестабильных катионных эмульсий // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №10. С.8.

32. Состав битума и метод его подготовки // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №8. С.8.

33. Композиции на основе текучих асфальтов и соответствующие текущие асфальты // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. -№8. С.8.

34. Влияние количества вяжущих и стабилизирующих добавок на механические свойства щебнемастичных асфальтобетонных смесей // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №7. С.8.

35. Битумные вяжущие фирмы Elf // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №4. С.9.

36. Лабораторные исследования возможности снижения количества растворителей // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. -№7. С.8.

37. Поиски фирмы Shell // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ.-2001. - №4. С.8

38. Асфальтобетоны из отвалов золошлаковых смесей и отходов производства органических полимеров // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №4. С.8.

39. Проектирование минерального скелета асфальтобетонных смесей // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №4. С.8.

40. Возможные причины дефектов на асфальтобетонных покрытиях дорог

41. Алжира // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. -№4. С.9.

42. Структура модифицированных полимерами битумов в асфальте // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №5. С.8.

43. Модификация дорожных битумов парафинами, полученными по технологии Фишеру-Тропша // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ.-2001. - №12. С.9.

44. Новое в технологии битумов // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. - №12. С.9.

45. Испытание ползучести битума путем сгибания образца при низкой температуре. Опыты реометрического сгибания во взаимодействующих лабораториях // Автомобильные дороги: Экспресс информ./ ВИНИТИ. -2001. -№7. С.9.

46. К расчету показателей качества продуктов деасфалътизации гудрона. Султанов Ф.М., Хайрудинов И.Р. Башкирский химический журнал. Том 3, выпуск 3. 1998. С. 71-73.

47. Аминов Ш.Х., Ильясов В.Г., Набиев Р.Х., Струговец И.Б., Чистяков С.М. Операционный контроль качества дорожно-строительных работ. Уфа, 2002. - 280 с.

48. Лысихина А.И. и др. О стабильности битумов и взаимодействии их с минеральными материалами. М. Дориздат, 1952.

49. Попов В.Г. Строительство автомобильных дорог. Челябинск: Изд-во ЮурГУ, 1997.

50. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Т. 1,2.

51. Аминов Ш.Х., Ильясов В.Г., Струговец И.Б. Строительство автомобильных дорог. Уфа, 2000. - 153 с.

52. Горелышев Н.В. Асфальтобетон и другие битумоминеральные материалы. Можайск-Терра., 1995.

53. Кутьин Ю.А., Теляшев Э.Г., Хайрудинов И.Р., Везиров P.P., Викторова

54. Г.Н., Ризванов Т.М. Анализ эффективности различных технологий производства дорожных битумов. Башкирский химический журнал. Том 3, выпуск 3. 1996. С. 34-38.

55. Кутьин Ю.А., Аминов Ш.Х., Теляшев Э.Г., Струговец И.Б., Викторова Г.Н. О некоторых особенностях поведения дорожных битумов в составе асфальтобетона. Башкирский химический журнал. Том 3, выпуск 3. 1996. С. 91-98.

56. Хайрудинов И.Р., Шарифулин А.А., Каримов И.Ф., Кутьин Ю.А., Султанов Ф.М., Сажина Т.Н., Мустафина С.А. Технология производства не-окисленных дорожных битумов на ОАО "ТАИФ-НК". Башкирский химический журнал. Том 3, выпуск 3. 1996. С. 89-90.

57. Фрязинов В. В., Ахметова Р. С., Грудников И. Б. //Нефтепереработка и нефтехимия. 1967. - № 18.- С.14.

58. Хайрудинов И.Р., Мингараев С.С., Хамитов Г.Г., Сайфуллин Н.Р., Кутьин Ю.А., Бикбулатов М.С., Султанов Ф.М. //Сернистые нефти и продукты их переработки: Сб. науч. трудов ИПНХП АН РБ. Уфа, 1994. - Вып. 32. -С.10.

59. Хайрудинов И.Р., Кутьин Ю.А., Каракуц В.Н., Сайфуллин Н.Р., Мингараев С.С., Бикбулатов М.С., Султанов Ф.М. // Глубокая переработка углеводородного сырья: Сб. науч. тр. ХНИЛУНИ ФОХ. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1993.- С. 91.

60. Кутьин Ю.А., Теляшев Э.Г., Ризванов Т.М., Биктимирова Т.Г., Викторова Г.Н., Ишкильдин А.Ф. Применение полимерных материалов различного типа для модификации тяжелых нефтяных остатков Башкирский химический журнал. Том 3, выпуск 3. 1998. С. 38-40.

61. Фрязинов В. В., Печеный Б. Г., Махов А. Ф., Кушнир И. Л., Железко Е. П., Губка В. М., Горышних И. С. //Вопросы производства и качества нефтяных битумов: Сб. трудов БАШНИИ НП. — Уфа, 1976.- Вып. 15.- С. 61.

62. Рациональные направления производства дорожных битумов. Кутьин Ю.А., Хайрудинов И.Р., Биктимирова Т.Г., Имашев У.Б. Башкирский химический журнал. Том 3, выпуск 3. 1996. С. 27-32

63. Кучма М.И. Поверхностно-активные вещества в дорожном строительстве. -М.: Транспорт, 1980. 191 с.

64. Гезенцвей А.Б. Асфальтовый бетон из активированных мнеральных материалов. М.: Стройиздат, 1971. - 255 с.

65. Лысихина А.И. Поверхностноактивные добавки для повышения водоустойчивости дорожных покрытий с применением битумов и дегтей. М.: Автотрансиздат, 1959. -232 с.

66. Рыбьев А.И. Асфальтовые бетоны. М.: Высшая школа, 1969. - 398 с.

67. Алексеева В.А. Влияние коллоидных пленок на зернах песка на процессы взаимодействия с битумом. Труды ХАДИ, 1964, вып. 17, с. 76-80.

68. Хойберг А.Дж. Битумные материалы. м.: Химия. 1974. - 247 с.

69. Гезенцвей Л.Б., Сотникова В.Н., Алиев М.А., и др. Активированные минеральные материалы. Автомобильные дороги, 1976, №6, с. 23-25.

70. Гезенцвей Л.Б. Активация минеральных порошков эффективный путь повышения качества асфальтобетона. - Труды союздорНИИ, 1975, вып. 79, с. 125-131.

71. Дорожный асфальтобетон / Под общ. ред. Гезенцвея Л.Б. М.: Транспорт, 1975.-336 с.

72. Горелышев Н.В., Пантелеев Ф.Н. О пластичности дорожного асфальтобетона. Труды МАДИ, 1953, вып. 15. с. 139-152.

73. Гезенцвей Л.Б., Слива Г.Я. Избирательная фильтрация при взаимодействии с минеральным порошком. Труды СоюздорНИИ, 1971, вып. 44, с. 96-104.

74. Шестеркин В.Д. Количественная оценка фильтрации битума в поры минеральной части. Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1975, №8, с. 136-139.

75. Королев И.В. Модель строения битумной пленки на минеральных зернах в асфальтобетоне. Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1981, №8, с. 63-67.

76. Гезенцвей Л.Б., Сотникова В.Н. Активированные минеральные порошки -важный резерв повышения технико-экономических показателей устройства асфальтобетонных покрытий. Автомобильные дороги, 1982, №4, с. 20-21.

77. Колбановская A.C., Ефимова Л.И. Влияние природы битума и поверхности каменного материала на свойства битума в тонких слоях. Автомобильные дороги, 1982, №7, с. 15-17.

78. Бахрах Г.С., Малинский Ю.М. К оценке толщины адсорбционно-сольватного слоя битумов на поверхности минеральных частиц. Коллоидный журнал, 1960, т. 39, №1, с. 8-12.

79. Поконова Ю.В. Химия смолисто-асфальтовых веществ нефти. -Д.: ЛТИ, 1978. 86 с.

80. Посадов И.А., Поконова Ю.В. Структура нефтяных асфальтенов. -JL: ЛТИ, 1977,-75 е., ил.

81. Липатов Ю.С. Физико-химия наполненных полимеров. киев: Наукова думка,1967. -233 е., ил.

82. Маркина Г.Я. Использование полимеров для модифицирования минеральных порошков. Труды СоюздорНИИ, 1978, вып. 107, с. 100-103.

83. Колбановская A.C. Давыдова А.Р. Поверхностно-активные добавки улучшают свойства битумноминеральных смесей и повышают долговечность. Автомобильные дороги, 1969, №11, с. 15-16.

84. Бусел A.B. Получение активированных минеральных порошков из отработанных формовочных смесей и их применение в дорожном строительстве в дорожном асфальтобетоне.: Дисс. . канд. техн. наук: 05.23.05 Минск, 1983. 238 с.

85. Руденская И. М. Состав и строение битумов // Расширение ресурсов вяжущих для дорожного хозяйства. М., 1979. с. 5—14 (Пре-принт/ГипроДорнии: Л-44716).