Влияние проксанола на физико-химические свойства битумных остатков, как вяжущих, выделенных после испарения воды из эмульсии

М. Р. Идрисов, А. И. Абдуллин ВЛИЯНИЕ ПРОКСАНОЛА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИТУМНЫХ ОСТАТКОВ, КАК ВЯЖУЩИХ, ВЫДЕЛЕННЫХ ПОСЛЕ ИСПАРЕНИЯ ВОДЫ ИЗ ЭМУЛЬСИИ

Ключевые слова: битум, водо-битумная эмульсия, пенетрация, дуктильность, индекс пенетрации.

В данной работе представлены исследования влияния блок-сополимера класса проксанолов на основные физико-химические свойства битумных вяжущих, выделенных после испарения воды из эмульсии. Показано, что проксанол положительно влияет на такие показатели, как температура хрупкости, температура размягчения, при этом не меняя марку исходного битума.

Keywords: bitumen, bitumen emulsion of water, penetration, ductile, the index ofpenetration.

This paper presents the study of the block-copolymer (proxanol) effect on basic physical and chemical properties of bituminous binders isolated after evaporation of water from the emulsion. It is shown that proxanol has a positive effect on such properties as softening temperature, brittleness temperature, while not changing the brand of the original bitumen.

Исследование свойств битумов, выделенных из эмульсий, является важной составной частью оценки качества конечного продукта и его способности сохранять эксплуатационные характеристики во времени. Тем более что эта характеристика предусмотрена действующим техническим стандартом на дорожные эмульсии.

Целью исследований стало изучение влияния изменения концентрации блок-сополимера на свойства битума, остающегося после распада эмульсии. Из эмульсий битумы выделялись выпариванием воды по общепринятой методике [1] для последующей оценки качественных характеристик.

В процессе исследований были приготовлены БЭ с содержанием водной и битумной фазы 50% мас. и 50% мас. соответственно. Для получения эмульсий были использованы битумы марок БНД 60/90 и БНД-НК 80/120, так как эмульсии на их основе показывали граничные значения по изменению индекса распада, условной вязкости, устойчивости при хранении [2]. В качестве эмульгатора использовался проксанол марки Б, потому что, как было показано ранее [2, 3], при его использовании получаются наиболее устойчивые битумные эмульсии. Характеристики битумов, выделенных из эмульсий, приведены на рисунках 1-4.

Как видно из анализа представленных данных, изменение растяжимости при 25°С обнаруживает четкую зависимость от содержания проксанолов. В зависимости от компонентов и их соотношения могут обнаруживаться различные участки кривой. Начальное снижение растяжимости обусловлено, видимо, уменьшением доли пластической деформации в общей деформации (это уменьшение связано с ростом вязкости системы), эластическая же деформация еще мала, увеличением содержания проксанола ее доля будет нарастать, вероятно, быстрее, чем падает пластическая, в результате в некоторой области концентраций будет наблюдаться рост растяжимости или некоторая ее стабилизация.

0 12 3

Содержание проксанола, % мас.

♦ Проксанол марки А  Проксанол марки Б

Рис. 1 - Зависимость изменения температуры размягчения эмульгированных битумов на основе битума БНД 60/90 от концентрации проксанола

о.

=

-

я *

R

£

о

=

о

Содержание проксанола, % мас.

♦ Проксанол марки А  Проксанол марки Б

Рис. 2 - Зависимость изменения пенетрации эмульгированных битумов на основе битума БНД 60/90 от концентрации проксанола

Показатель пенетрации при 25 °С для большинства товарных битумов соответствует определенной области вязкостей, и с его уменьшением (например при окислении) вязкость увеличивается. В ряду битумов, содержащих проксанолы, в общем случае с увеличением содержания полимера глубина проникания при 25 °С меняется не монотонно, а по кривой: вначале резкое уменьшение, потом рост, но до значе-

£

о

е

U

о

S

н

5 0 0,5 1 1,5 2 2,5

Содержание проксанола, % мае.

♦ Проксанол марки А  Проксанол марки Б

Рис. 3 - Зависимость изменения дуктильности эмульгированных битумов на основе битума БНД 60/90 от концентрации проксанола

Рис. 4 - Зависимость индекса пенетрации эмульгированных битумов на основе битума БНД 60/90 при разном содержании проксанола

ния обычно меньше исходного и стабилизация. Это связано, по-видимому, с высокой проницаемостью для иглы самих полимеров: в растворенном состоянии они практически полностью проницаемы. Резкий спад глубины проникания связан, по-видимому, просто с ростом вязкости (как и у чистых битумов), а затем, по мере того как объемная доля блок-сополимера растет, проницаемость системы будет повышаться. С дальнейшим увеличением количества проксанола, по-видимому, будет играть роль соотношение растворителя (масляной фазы битума) и полимера, с уменьшением этого соотношения проницаемость снова может падать (либо в какой-то области оставаться постоянной).

При ведении блок-сополимеров в битум-полимерную матрицу происходит улучшение эластичности, т.е. способность к большим обратимым деформациям, при низких температурах. С теоретической точки зрения при соприкосновении битум-полимера с проксанолами и наличии сродства между ними молекулы последнего начинают диффундировать в фазу битум-полимера. Если сродство между компонентами невелико, то молекулы полимера распределяются только между структурами, и наблюдается так называемая межструктурная пластификация; для аморфных полимеров это явление получило название межпачечной пластификации. При большом сродстве между битум-полимером и пластификатором молекулы пластификатора проникают внутрь пачек и

наблюдается внутрипачечная пластификация. Эти два типа пластификации, впервые обнаруженные А. Каргиным и П. В. Козловым, особенно характерны для жесткоцепных битум-полимеров [4]. При межпачечной пластификации пластификатор влияет только на подвижность пачек. При внутрипачечной пластификации молекулы пластификатора, внедряясь между макромолекулами, влияют на подвижность цепей и звеньев, способствуя увеличению гибкости цепей. Оба процесса сопровождаются понижением вязкости системы и следствием понижение хрупкости битум-полимерного вяжущего, полученного после испарения воды из эмульсии.

В результате выпаривания воды из битумной эмульсии, полученных путем стабилизации разным содержанием эмульгатора (0,4-2%мас.) образуются битумы с различной дисперсной структурой, имеющие тип «золь-гель» с индексом пенетрации от -2 до +2. Структура битумов, «золь», «золь-гель» или «гель», определяется степенью пептизации асфальте-нов и зависят от относительного содержания в битуме ароматических углеводородов с алифатическими цепями различной длины. Так, битумы с индексом пе-нетрации менее -2 имеют высокое содержание ароматических соединений в мальтеновой части битумов, что противодействует стремлению молекул асфальте-нов к ассоциации в более крупные агрегаты, происходит образование небольших мицелл, битум в результате находится в состоянии «золь», эластичность таких битумов очень мала. С увеличением концентрации проксанола в битумных вяжущих происходит уменьшение индекса пенетрации в области значений от -2 до +2, что соответствует промежуточной структуре «золь-гель» с высокой Тразм и значительной эластичностью. Битумы с индексом пенетрации более +2 характеризуется низким содержанием ароматических соединений в мальтеновой части битума, что приводит к агрегированию асфальтенов, битум находится в состоянии «гель» с высокой Тразм и меньшей пластичностью. Наиболее приемлемыми для дорожного строительства являются битумы с индексом пенетра-ции от -2 до +2 со структурой «золь-гель» [5], их физико-химические свойства регламентируются ГОСТ 22245-90.

Литература

1. ГОСТ Р 52128-2003 Эмульсии битумные дорожные. Технические условия. - Введ. 1 октября 2003 г. - 22 с.

2. Идрисов, М.Р. Влияние природы битума на стабильность во-до-битумных эмульсий на основе проксанолов / М.Р. Идрисов, А.И. Абдуллин // Вест. Казан. технол. ун-та. - 2012. - Т. 15, №3. - С. 134-138.

3. Идрисов, М.Р. Проксанолы в качестве стабилизаторов водобитумных эмульсий / М.Р. Идрисов, А.И. Абдуллин // Вест. Казан. технол. ун-та. - 2012. - Т. 15, №3. - С. 138-141

4. Коновалов, АА Разработка технологии производства долговечных дорожных битумов: Автореф.Дисс.канд. техн. наук. -Москва, 2005, 27с.

5. Грудников, И.Б. Производство нефтяных битумов / И.Б. Грудников - М.: Химия, 1983. - 192 с.

© М. Р. Идрисов - асп. каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, idrisovmarat@gmail.com; А. И. Абдуллин - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, ayaz_abdullin@kstu.ru.

216