Powered by Joomla CMS.

Оптимизация получение заменителя нефтяной битумной вяжущих на основе госсиполовой смоли

on Shanba, 21 Dekabr 2013. Posted in Texnika va texnologiya

В настоящее время строительство современных  дорожных покрытий осуществляется, в основном, с применением органических вяжущих материалов - нефтяных битумов. Особый интерес представляет, с точки зрения восполнимости в природе и получения новых строительных материалов с улучшенными свойствами, использование отходов растительного сырья, путем сравнительных оценок их химических свойств и целенаправленного изменения их физико-химических, эксплуатационных характеристик.

Свойства нефтяных битумов зависят от вида нефти и способа их получения. Наилучшим сырьем для получения дорожных битумов являются высокосмолистые малопарафинистые нефти, содержащие большое количество асфальтосмолистых веществ (более 20%). Однако нефтеперерабатывающие заводы нашей страны используют в основном нефти (смолистые и малосмолистые), содержащие значительно меньше асфальтосмолистых веществ, но обеспечивающие большой выход светлых нефтепродуктов.

Основными элементами, образующими битумы, являются углерод (от 70 до 87%) и водород (до 14%). Кроме того, в состав битумов входят: кислород, сера, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, являющиеся наиболее поверхностно-активной частью битума и влияющие на его сцепление с поверхностью каменных материалов.

Основными группами соединений (различающихся по молекулярной массе и растворимости в селективных растворителях) битума, важными для характеристики его свойств, являются: асфальтены, смолы и масла.

Асфальтены в свободном состоянии - твердые, хрупкие вещества с плотностью 1100 - 1150 кг/м3. Они представляют собой наиболее высокомолекулярную часть битумов, сообщающую им вяжущие свойства. Цвет их изменяется от бурого до черного, при нагревании не плавятся, при высокой температуре разлагаются и образуют кокс и газы. В битуме содержится от 3 до 30% и более асфальтенов.

Таким образом, нефтяные битумы можно представить в виде сложной многокомпонентной дисперсной системы. С увеличением количества асфальтенов в битуме повышаются его вязкость (уменьшается глубина проникновения иглы и растяжимость) и теплоустойчивость. Температура размягчения битумов увеличивается с повышением количества асфальтенов.

Возможность использования в качестве нового сырья для производства битумов представляет госсиполовая смола. Госсипол (С30Н30О8, его молекулярная масса 518) относится к полифенольным веществам и входит в состав госсиполовой смолы, которая является отходом масложировой промышленности. Он состоит из двух нафталиновых циклических скелетов, каждый из которых, в свою очередь, представляет из себя соединение, состоящее из двух конденсированных бензольных циклов. Нафталиновые циклические скелеты соединены простой связью, непосредственно через углеродные атомы циклов.

В молекуле госсипола две гидроксильные группы определяют кислотные свойства госсипола. Необходимо также учесть наличие высокомолекулярных жирных кислот (>С18) в составе госсиполовой смолы. Таким образом, госсиполовая смола представляет из себя сложную многокомпонентную систему, проявляющую, в зависимости от внутренних и внешних воздействий, свойства молекулярного раствора или дисперсной системы. Наличие различных функциональных групп в дисперсной системе позволяет реализовать целенаправленное изменение свойств этой системы за счет реализации полимеранологичных прекращений и межмолекулярных взаимодействии, существенно влияющих на изменение структуры дисперсной системы и в этой связи на физико-химические и физико-механические свойства госсиполосмоловой системы, до получения в конечном счете битума для дорожных покрытий.

Цель данного исследования заключается в разработке технологии получения различных битумов на основе использования госсиполовой смолы для дорожных покрытий и изучение их физико-химических свойств, в реализации их практического использования, как заменителя в частичном импортзамещении при получении нефтяных битумов.

В связи с этим  изучены свойств госсиполовой смолы, который при наличии различных функциональных групп в дисперсной системе реализовывается целенаправленное изменение коллоидно-химических свойств этой системы за счет реализации межмолекулярных взаимодействий[1].  В этом направлении изучены коллоидно-химические свойства госсиполовых смол, модифицированных с оксидом кальция.

Показана возможность целенаправленного регулирования коллоидно-химических свойств госсиполовой смолы методом сравнительной идентификации с коллоидно-химическими и физико-механическими характеристиками битумов на основе остаточных нефтепродуктов. При этом составлена механическая модель структурного изменения дисперсной системы битума по видам деформации при эксплуатации битума на основе госсиполовой смолы.

Условно образование химических связей между дисперсными частицами госсиполо-смоловой   коллоидной   системы при использовании в качестве модификатора оксида кальция образование сетчатой дисперсной системы может быть представлено следующей схемой:

При этом происходит не только образование сетчатой структуры, но и повышение молекулярной массы дисперсных частиц, участвующих в реакции, что приводит к повышению эластических характеристик дисперсной системы, выражающиеся в повышении дуктильности госсиполо-смоловой диспереной системы.

Таблица 1.

Свойства нефтяных битумов, первичных и вторичных остатков переработки нефти и гудроно-вяжущих на основе госсиполовой смолы

Показатели и компонентный состав

Показатели по ГОСТ 22245-90

Битум из крекинг-остатков

Битум из асфальта деасфальтизации

Битум из гудроно-вяжущих госсиполовой смолы

Глубина проникновения иглы. 0.1 мм при 298 К

 

356-362

 

 

480-542

 

344-361

 

 

338-376

 

Растяжимость при 298 К

52

 

-

-

56

Температура размягчения по прибору кольцо и шар, не ниже К

316

322

 

334

 

363

 

Температура хрупкости по Фраасу, К не выше

252

255,0

266,5

253,5

Показатель сцепления с мрамором

-

5-4

3-3

Более 5

Кислотное число, мг КОН/г

-

0,28

0,21

64,0

Число омыления  мг  КОН/г

 

-

4,75

8,69

172,0

Йодное число.%

-

28,37

22,6

81,0

Компонентный состав, %:

Углеводороды

Смолы

Асфальтены

 

41,6

28,6

СЖК-56

-

16,4

37,3

С1618

-

28,7

18,2

Фенол-20

Концентрация парамагнитных центров в битуме,

с . г -1

-

3∙10-1

5∙1018

8∙1019

Тоже же в  асфальтенах

с . г -1

-

5,6∙1019

2,8∙1019

-

Таким образом, на основании проведенных исследований получен новый связующий битум на основе госсиполовой смолы. Сравнительные характеристики с нефтяными битумами сведены в таблицу № 1. Как свидетельствуют данные таблицы битум из гудроно-вяжущих госсиполовой смолы по многим физико-химическим показателям превосходит битумы, полученные на основе нефтепродукта. Кроме того, из проведенных характеристик, принятых для битумов, видно, что йодное число крекинг битума равно 28,7%. а битума из асфальта деасфальтизации – 18,2%, йодное число для битума из госсиполовой смолах равняется 81,0% что характеризует более  высокую активности битума из системи композиций на основе госсиполло смоло связущего.

Дальнейщие исследования направлены на оптимизации процесса  палучения  госсиполо-смоловых композиций для дорожных покрытий. Использовался метод мате­матического планирования эксперимента по Боксу-Уильсону, на основании серии предварительных лабораторных испытаний (более 120 серий опытов) определены основные уровни и шаги варьирования по каждому фактору, приведенные в табл.2

Таблица 2

Уровни и интервал варьирования переменных факторов, определяющих параметры оптимизации по глубине проникновения иглы, мм при 25 °С, тем-пература размягчения по кольцу и шару, °С и растяжимость, см при 25 °С

Уровни и шаги их варьирования

Факторы

 

 

X1

х2

х3

Основной уровень

140

0,03

3,90

Интервал варьирования

10

0,01

1,00

Верхний уровень

150

0.04

4.90

Нижней уровень

130

0,02

2,90

 

После реализации серии опытов, приведенных в таблице №1, получено   адекватное уравнение регрессии:

У1=187,4-3,46Х1-21,74Х3

где X1 - температура проведения процесса; Х3 - содержание оксида кальция в составе композиции; Х2 – концентрация госсиполовой смолы. У1 - параметр оптимизации по глубине проникновения иглы в полученную битумную композицию на основе госсиполовой смолы. А при принятии за параметр оптимизации температуру размягчения по кольцу и шару (У2)  и растяжимость  (У3) уравнение регрессии имеет следующий вид:

У'2=34,6+1.12Х1+2.20Х3+1,14Х,Х2,

У3=58,14+2,78Х2+1,43Х1Х2

при Fр критерии Фишера 4,42<Fкр=15,62

 

Таким образом, методом математического планирование эксперимента по Боксу-Уильлсаму проведена оптимизация процесса получения композиции нефтяной битумной вяжущей на основе отхода нефти и госсиполовой смолы и составлены уравнения регрессии, устанавливающие  их взаимосвязь с технологическими параметрами и физико-химическими характеристиками.

 

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1, Душанов Д.О. Абдуллаев Ш.А. Госсиполосмолобетон- новый тип  композиционного  материала  для покрытия  автомобильных дорог и городских улиц. Ж. Композиционные  материалы. № 1. -2002.-с-17-19.

 

автор:  Рахматова Г. магистрант  2- курса по специальности 5А 140501- Химия

Остонов  Ф. студент 3- курса химии


Izohlar (0)

Leave a comment

You are commenting as guest.