«Экологиялық мәдениет пен сананы қалыптастыру»

83 
УДК665.6.03(043.3) 
УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ДОРОЖНОГО БИТУМА ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ 
ТЕМПЕРАТУРЫ ОКИСЛЕНИЯ 
 
Акботаева Ж.М., студент, КГУТИ им. Ш. Есенова г. Актау 
Научный руководитель: Мухашева Р.Д. 
 КГУТИ им. Ш. Есенова, г. Актау 
Аннотация. Перспектива и экологически приемлемая путь решения проблемы 
улучшения качества битумов, является создание интенсивной технологии производства 
битумов, основанной на научном подходе к выбору и применению инициирующих 
добавок к окисляемому сырью 
Ключевые слова: битум, реакции окисления, технология производства битума, 
дисперсная система, смолисто-асфальтеновые вещества. 
В последние годы растет добыча высокопарафинистых, высоковязких тяжелых 
нефтей. Увеличение доли тяжелых нефтей, вовлекаемых в переработку, приводит к росту 
объема нефтяных остатков (мазутов и гудронов) в материальных потоках НПЗ. 
Переработка такого нефтяного сырья сопряжена со значительными затратами, 
обусловленными увеличением доли вторичных процессов для получения качественных 
нефтепродуктов. Ежегодно существенно увеличивается доля автомобильного транспорта 
в общем объеме грузоперевозок, в связи, с чем возросла актуальность строительства 
новых и ремонта существующих дорожных покрытий, для производства которых 
необходимы качественные связующие. Совершенствование процесса получения 
дорожных битумов из высоковязких и тяжелых нефтей является на сегодняшний день 
важной задачей. Одним из важнейших научных направлений в области нефтепереработки 
в последние десятилетия стало проведение целенаправленных исследований по 
определению новых возможностей интенсификации процесса жидкофазного окисления 
остаточного нефтяного сырья (ОНС) с учетом законов физико-химической механики 
нефтяных дисперсных систем (НДС) и квалифицированного использования вторичных 
продуктов нефтехимии и нефтепереработки. 
На сегодняшний день до 70% выпускаемых в странах СНГ битумов не 
соответствуют по ассортименту и качеству требованиям современного рынка, и в первую 
очередь это касается битумов дорожного, строительного и специального назначения [1]. 
Как следствие, недостаточное качество битумов ведет к преждевременному износу 
дорожных покрытий и, в итоге приводит к увеличению капитальных затрат на проведение 
трудоемких ремонтных работ. Положение усугубляется непрерывным увеличением 
грузоподъемности и интенсивности движения транспортных средств, приводящим к 
значительному росту динамических нагрузок на дорожное покрытие, что и вызывает 
необходимость повышения требований к качеству битума. 
В Казахстане и в странах СНГ основными источником производства битума 
является окисления остаточного нефтяного сырья. Одним из перспективных и 
экологически приемлемых путей радикального решения проблемы улучшения качества 
битумов, является создание интенсивной технологии производства битумов, основанной 
на научном подходе к выбору и применению инициирующих добавок к окисляемому 
сырью. 
Повысить качество вяжущихся материалов можно путем введения в их состав 
ароматизированных добавок, каучуков, резиновой крошки, серы, различных ПАВ и др. 
Модифицированные таким образом битумы обладают улучшенными адгезионно-
прочностными, низкотемпературными и реологическими свойствами. 
Однако их масштабное применение на практике существенно ограничено 

84 
отсутствием строгих критериев применения модификаторов. Зачастую используются 
только эмпирические подходы вследствие недостаточной изученности состава 
окисляемого сырья, условий совмещения модификаторов, в особенности при 
использовании полимерных материалов с битумами, имеющими различный химический 
состав и их влияние на физико-механические характеристики асфальтобетонных смесей, 
эксплуатируемых в различных климатических условиях. 
Простейший способ улучшения адгезии и замедления старения вяжущего, не 
ттребующий затрат на внедрение, заключается в окислении сырья при пониженной 
температуре. Снижение температуры окисления гудрона вполне возможно на 
нефтеперерабатывающих заводах. Однако снижение температуры окисления сопряжено c 
уменьшением производительности нефтебитумных установок, что нежелательно для 
нефтепереработчиков. Необходимы убедительные доказательства в пользу снижения 
температурного режима окисления, которое приведет к увеличению стоимости битума, но 
компенсируется за счет большего срока старения вяжущего в дорожных покрытиях. 
Температура один из определяющих факторов, влияющих на скорость реакции 
окисления, поликонденсации, полимеризации, термокрекинга различных групп 
углеводородных и неуглеводородных компонентов гудрона. При высоких температурах 
интенсивнее происходит превращение высокомолекулярных компонентов, преобладают 
реакции крекинга и уплотнения, основное количество кислорода уносится с отходящими 
газами, процесс окисления носит дегидрогенизационный характер. При низких значениях 
температур лимитирующими являются реакции, происходящие с масляными 
составляющими гудрона. Оптимальная температура окисления сырья в значительной 
степени будет определять качество полученного битума.
Высокая температура окисления (до 280°С), принятая при производстве битума, 
уменьшает выход битума из сырья, вызывает усиленную окислительную деструкцию, 
снижает полярность вяжущего, что ухудшает качество получаемого продукта. Высокая 
температура окисления также способствует накоплению повышенного количества 
свободных радикалов, что снижает термоокислительную устойчивость битума и приводит 
к его ускоренному старению. С увеличением температуры выше 250°C 
продолжительность окисления и суммарный расход воздуха снижается, причем при 
температуре выше 270°C степень использования кислорода воздуха понижается, 
возрастает скорость реакции крекинга, a при температуре выше 300°С усиливается 
образование карбенов, содействует интенсивному выходу вредных газообразных 
соединений и черного соляра, что ухудшает экологию окружающей среды. 
В решении вопроса выбора температурного режима окисления битумного сырья 
при производстве битума, следует руководствоваться принципами получения 
высококачественного продукта при наименьшем загрязнении окружающей среды. 
Влияние температуры окисления в широком диапазоне при производстве битумов 
на их свойства изучал A.H. Бодан. При пониженных температурах окисления он 
обнаружил значительное увеличение количества полярных кислородосодержащих 
функциональных групп в битумах, стандартизированные свойства которых существенно 
не отличались при изменении температурного режима окисления. 
Изучение химического состава битума и их компонентов методами Маркуссова в 
ИК-спектроскопии (таблица) показало снижение в битуме, полученном окислением сырья 
при температуре 200-220
о
С, содержания асфальтенов и повышение полярности битума [2]. 
Таблица 1. Групповой химический состав битумов полученных при различных 
температурах окисления 
№ 
Содержание,% 
А
(А + С)
А
(С + М)
Марка 
битума 
Температур
а окисления,
о
С 
Асфальтены 
(А) 
Смолы 
(С) 
Масл
а (М) 
1 
21,13 
35,82 
43,05 
0,37 
0,27 
БНД 60/90 
200 

85 
2 
22,10 
35,18 
42,72 
0,39 
0,28 
БНД 60/90 
220 
3 
23,28 
35,84 
40,83 
0,39 
0,30 
БНД 60/90 
250 
4 
27,36 
36,28 
36,36 
0,43 
0,38 
БНД 60/90 
280 
Оценка условной дисперсности показало (рис.1), что снижение температуры 
окисления способствует увеличению светопропускания битума. Это говорит о том, что 
битумы, полученные при температуре 200-220°С, имеют наименьшие размеры частиц 
дисперсной фазы. И чем размер частиц меньше, тем более высокие значения пластичности 
имеет окисленный битум. 
Рисунок 1. Влияние температуры окисления сырья на изменения показателя 
дисперсности битума 
Кроме того, битумы, полученные при снижении температуры окисления, обладают 
более устойчивой во времени дисперсной системой. При данной температуре, появляются 
в достаточной мере свободные радикалы в периферийно расположенными неспаренными 
электронами, которые рекомбинируя повышают разветвленность молекул асфaльтенов 
[1]. На рис.2 представлено, что при более низкой температуре окисления (230
о
С) частицы 
дисперсной фазы имеют наименьшие размеры в окисляемом сырье, чем при более 
высоких температурах окисления. Конечные размеры частиц дисперсной фазы будут 
определять физико-химические и эксплуатационные свойства битума, и чем они меньше, 
тем более высокие значения пластичности будет иметь окисленный битум. [3]. 
Снижение температуры окисления ведет к росту диэлектрической проницаемости 
полученных битумов (рис.3.). При температуре окисления 200-220°С значения 
диэлектрической проницаемости выше, чем при других температурах окисления. Это 
связано, видимо, c образованием при достаточно низких температурах процесса 
кислородсодержащих соединений в сырье, которые и определяют диэлектрические 
свойства конечного битума. При температуре окисления 280°С происходит некоторое 
снижение диэлектрической проницаемости, что можно объяснить незначительным 
накоплением полярных соединений в битуме, в основном образованием смолисто-
асфальтеновых веществ, которые имеют меньшие значения дипольного момента, чем 
кислородсодержащие соединения [1]. 

жүктеу/скачать 5.99 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: