Полимер модифицированное битумное вяжущее с кремнийорганической добавкой

ПРОБЛЕМЫ НЕФТЕДОБЫЧИ, НЕФТЕХИМИИ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

УДК 625.7.06

А. И. Абдуллин, Е. А. Емельянычева, А. М. Прокопий,

И. Н. Дияров

ПОЛИМЕР МОДИФИЦИРОВАННОЕ БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ

С КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОЙ ДОБАВКОЙ

Ключевые слова: битумное вяжущее, отходы полипропиленовых производств, кремнийор-

ганическая добавка, адгезия.

В статье представлены экспериментальные данные по оценке влияния отходов полипропиленовых производств и кремнийорганической добавки при совместном их введении на физико-химические и эксплуатационные свойства битумного вяжущего, в частности, на его адгезионную прочность к минеральному материалу.

Keywords: вitumen binder, polypropylene production wastes, silicon-organic additive, adhesion.

The article presents experimental data of polypropylene production wastes and silicon-organic additive influence estimation during their combined introduction to physico-chemical and performance properties of bitumen binder, particularly, to his adhesive strength to mineral material.

Добиться улучшения свойств асфальтобетона можно либо посредством активации его минеральной части, либо улучшением свойств его вяжущей составляющей. В современной практике результат чаще всего достигается использованием в составе битумного вяжущего разного рода полимеров [1].

В работе изучено влияние кремнийорганической адгезионной добавки - модифицированного кремнезема на физико-химические и эксплуатационные свойства битумного вяжущего. Поскольку модифицированные кремнеземы хорошо совместимы с различного рода полимерами и позволяют изготавливать композиционные материалы с повышенными потребительскими свойствами [2], нами была проведена серия экспериментов по оценке степени улучшения свойств битумного вяжущего при введении в него одновременно полимерной добавки - окисленных отходов полипропиленовых производств некоординированной структуры (ОАПП-н) и модифицированного кремнезема.

Для изготовления битумного вяжущего были использованы вязкий дорожный битум БНД 60/90, хорошая растворимость используемой полимерной добавки в расплаве битума позволила проводить гомогенизацию без использования пластификаторов и углеродных растворителей.

Свойства битумполимерных вяжущих с добавкой модифицированного кремнезема приведены в таблице 1. Свойства вяжущего определяли согласно ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» [3].

Состав битумного вяжущего їразм, 0С Глубина проникания иглы при 250С, * 0,1мм Растяжимость, при 250С, см їхруп>

Битум БНД 60/90 без добавок 49 72,5 63 -16

1,3% ОАПП-н+ 1% кремнийор-ганической добавки 51 72 63 -17

2,2% ОАПП-н+ 2% кремнийор-ганической добавки 53 72 62 -17

3,0% ОАПП-н+ 3% кремнийор-ганической добавки 53,5 71,5 61 -18

Как видно из таблицы 1, одновременное введение в битум двух вышеописанных добавок позволяет улучшить основные свойства битумного вяжущего.

Улучшить сцепление битумного вяжущего с минеральным материалом в асфальтобетоне можно путем введения в битум веществ, повышающих его поверхностную активность. Определение сцепления битумного вяжущего с минеральным материалом проводилось по ГОСТ 11508 - 76 методом А - «пассивное» сцепление, сущность которого заключается в определении способности вязкого битума удерживаться на предварительно покрытой им поверхности минерального материала при воздействии воды [4]. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Свойства адгезии битумных вяжущих

Образцы Адгезия в баллах

Битум БНД 60/90 без добавок 3

1,3% ОАПП-н+ 1% кремнийорганической добавки 4

2,2% ОАПП-н+ 2% кремнийорганической добавки 5

3,0% ОАПП-н+ 3% кремнийорганической добавки 5

Расшифровка баллов при сцеплении вяжущего с поверхностью минеральной части: 3 - «удовлетворительно», пленкой вяжущего покрыто 75% поверхности частиц гравия; 4 - «хорошо», пленкой вяжущего покрыто 90% поверхности частиц гравия; 5 - пленкой вяжущего покрыто 95% поверхности частиц гравия.

На основе экспериментальных данных, представленных в таблице 2, можно сделать вывод, что одновременное введение окисленных отходов полипропиленовых производств некоординированной структуры и модифицированного кремнезема увеличивает степень сцепления битумного вяжущего с поверхностью минерального материала.

С увеличением количества вводимых добавок увеличивается работа адгезии битума, которая является численной характеристикой его сцепления с минеральным материалом (рис. 1). Работу адгезии рассчитывали по уравнению Дюпре-Юнга [5].

4,5

Рис. 1 - Зависимость работы адгезии битумного вяжущего от количества добавляемой адгезионной добавки

Процесс адгезии можно рассматривать как адсорбцию битумного вяжущего на поверхности минерального материала. Адсорбция происходит за счет межмолекулярного взаимодействия, и адгезия, соответственно, будет повышаться с улучшением этого взаимодействия, а это достигается путем повышения активности битумного вяжущего введением в его состав адгезионных добавок, имеющих активные функциональные группы. В структуре макромолекулы использованной полимерной добавки присутствуют полярные карбонильные, гидроксильные функциональные группы и двойные углерод - углеродные связи. Этим и объясняется улучшение адгезии битумного вяжущего, содержащего окисленные отходы полипропиленовых производств некоординированной структуры и модифицированный кремнезем.

Проведенные испытания показали, что добавлением в битумное вяжущее отходов полипропиленовых производств и модифицированного кремнезема можно заметно улучшить его основные характеристики, в частности адгезию к поверхности минерального материала. Это свидетельствует о том, что данные добавки хорошо работают в качестве адгезивов к битумам дорожного назначения.

Литература

1. Модифицированные дорожные вяжущие [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

http://www.nestor.minsk.by/sn/1998/35/sn83519.htm, свободный.

2. Лисичкин, Г.В. Модифицированные кремнеземы в сорбции, катализе и хроматографии / Г.В. Лисичкин.- М.: Химия, 1986. - 248 с.

3. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие.

4. ГОСТ 11508 - 76. Битумы нефтяные. Метод определения сцепляемости битума с минералами и песком.

5. Фролов, Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы / Ю.Г. Фролов.- М.: Химия, 1988. - 464 с.

© А. И. Абдуллин - канд. техн. наук, доц. каф. химической технологии переработки нефти и газа КГТУ, ayaz_abdullin@kstu.ru; Е. А. Емельянычева - асп. той же кафедры; А. М. Прокопий -инж. ФГУ «Волго-Вятскуправдор»; И. Н. Дияров - д-р техн. еаук, чл.-корр. РАН, проф. каф. химической технологии переработки нефти и газа КГТУ.

ю -I----------1---------1--------1--------1---------1--------1---------1--------ь

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Содержание адгезионной добавки Сплином БС 300 142 в битумном вяжущем, % масс ♦ 1.3%ОАПП-н 12.2%ОАПП-н 3%ОАПП-н