Влияние отходов техногенного происхождения на тиксотропные характеристики дорожных битумных эмульсий

Вестник Курганской ГСХА № 3, 2015

65

УДК 614.88;614.833

П. И. Грехов

ВЛИЯНИЕ ОТХОДОВ ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ НА ТИКСОТРОПНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДОРОЖНЫХ

БИТУМНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА

P. I. Grekhov

THE IMPACT OF TECHNOGENIC WASTE ON THIXOTROPIC CHARAC TERISTICS

OF THE ROAD BITUMEN EMULSIONS KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV

Аннотация. В статье рассмотрена возможность применения битумно-солевых отходов, образовавшихся после уничтожения химического оружия с фосфорорганическими отравляющими веществами в составах дорожных битумных эмульсий. Проведён анализ микрофотографий дисперсионной структуры битумных эмульсий. Обосновано применения техногенных отходов для улучшения физико-механических, технологических и экономических показателей битумных эмульсий.

Ключевые слова: уничтожение химического оружия; использование отходов; модифицирующие добавки; флокуляция; коалесценция.

Abstract. The article considers the possibility of using bitumen-salt wastes formed after the destruction of chemical weapons with organophosphorate toxic chemicals in the road bitumen emulsions. The analysis of the dispersing structure micro micrographs of bitumen emulsions was made. Justify the use of technogenic waste to improve physical and mechanical, technological and economic data of bituminous emulsions.

Keywords: destruction of chemical weapons; use of waste; flocculation; coalescence.

Павел Иванович Грехов

Pavel Ivanovich Grekhov кандидат технических наук, доцент

grehov-pgs@yandex.ru

Введение. Одним из важнейших факторов успешного развития агропромышленного комплекса является создание разветвлённой сети автомобильных дорог. При строительстве дорог необходимо обеспечивать их высокое качество или, как минимум, соблюдение необходимых требований соответствующих ГОСТов, а для этого требуется применение высококачественных материалов (минеральной и органической группы), строгое соблюдение технологии изготовления и укладки асфальтобетонной смеси.

На сегодняшний день разработано достаточное количество модифицирующих добавок, технологических приёмов и оборудования для улучшения физико-механических свойств дорожных покрытий. Одним из важнейших компонентов дорожных материалов является битумная эмульсия (БЭ), которая обеспечивает улучшенные адгезионные свойства между различными по функциональной нагрузке слоями дорожной конструкции [1]. Кроме того, в значительной степени будут влиять показатели вязкости

(тиксотропии) БЭ из-за введения в её состав модифицирующих добавок. Следовательно, качество БЭ будет в значительной степени влиять на несущую способность и сроки эксплуатации дорожных покрытий в условиях сельской местности.

При рассмотрении структуры и компонентов БЭ можно выделить основные, это битум и вода, и вспомогательные - эмульгаторы и кислоты (щёлочи) [2]. Для получения высоко дисперсионной структуры применяют коллоидные мельницы.

От приготовлении БЭ до ее применения можно выделить два этапа: первый - хранение в специальных ёмкостях после изготовления, и второй - транспортировка. На этих этапах БЭ должна сохранять тонко дисперсионную структуру (не расслаиваться), а расслаиваться должна после нанесения её на поверхность минерального материала. Согласно ГОСТ Р 52128-2003 «Эмульсии битумные дорожные. Технические условия» БЭ не должна расслаиваться и сохранять тонкодисперсную структуру не менее 2 часов.

Для снижения себестоимости БЭ в качестве эмульгатора и поверхностно-активных веществ (ПАВ) могут быть применены битум содержащие отходы, получаемые после уничтожения фосфорор-ганических отравляющих веществ по двухстадий-ной технологии, в результате получается битумно-солевая масса (БСМ) [3]. Теоретический анализ состава химических веществ этих отходов показал, что они могут быть использованы в качестве модифицирующих добавок (МД), в т. ч. в качестве поверхностно-активных веществ для БЭ [4].

Научный журнал

Вестник Курганской ГСХА

Методика. Для обеспечения максимальной степени приближения к реальным условиям при получении испытуемых образцов использовали лабораторную коллоидную мельницу фирмы «MASSEHZA». Определение соотношения компонентов в каждом составе принималось с использованием математического планирования эксперимента по схеме «состав-свойство». Каждый полученный состав эмульсии тщательно был перемешан и помещен по 200 мл в стеклянные колбы вместимостью 250 мл по ГОСТ 1770-74 «Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия». Колбы плотно были закрыты пробками и установлены на встряхивающий столик и закреплены зажимами. После включения прибора производили фиксацию времени. Каждые 10 минут прибор выключали и проводили визуальную оценку состояния эмульсии. Испытание проведено до полного необратимого расслоения эмульсии. Время расслоения фиксировали. Исследование экспериментальных составов производилось с использованием микроскопа JJ-OpticsDigital Lab Mobail USB (рисунок 1), позволяющего обеспечить перевод оптического изображения в цифровой формат.

Рисунок 1 - Микроскоп JJ-OpticsDigital Lab Mobail USB

Результаты. Из результатов, показанных в таблице, видно, что составы 3 и 9 не выдержали требований по сохранению устойчивости дисперсности, т. е. 2 и более часов. Исследования с использованием микроскопа проводились по истечении 10 суток после начала встряхивания экспериментальных составов. Это обусловлено тем, что в этом случае наиболее чётко выражены характерные признаки тех или иных фаз взаимодействий компонентов БЭ. К фазовым или каким-либо качественным изменениям можно отнести процессы флокуляции и коалесценции.

Таблица - Зависимость времени расслоения битумной эмульсии от количества вводимого ПАВ.

Состав 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Битум, % 60 50 50 53,3 56,6 56,6 53,3 50 50 53,3

Вода, % 40 50 40 40 40 43,3 46,6 46,6 43,3 43,3

Модифицирующая добавка, % 0 0 10 6,6 3,3 0 0 3,3 6,6 3,3

Соляная кислота, % 20

Эмульгатор ЯеШсоге ЕМ44, % 1,5

Время, ч 409 527 0,15 333 501 379 547 145 0,3 337

Через 10 суток после начала эксперимента были щью используемого электронного микроскопа, име-сделаны фотоснимки составов, которые продолжи- ли 127-кратное увеличение (рисунки 2-9). ли испытание. Фотографии, выполненные с помо-

Рисунок 2 - Состав № 1 Рисунок 3 - Состав № 2 Рисунок 4 - Состав № 4 Рисунок 5 - Состав № 5

Вестник Курганской ГСХА № 3, 2015 Теаш^ские науки 67

Рисунок 6 - Состав № 6 Рисунок 7 - Состав № 7 Рисунок 8 - Состав № 8 Рисунок 9 - Состав № 10

При рассмотрении фотоматериалов рисунков 2-7) необходимо исходить из определения, что фло-куляция - это соединение в группы элементов дисперсной системы, а коалесценция - соединение в большие капли более мелких, сгруппированных капель. Кроме того, следует учитывать воздействие формирования и влияния уровня насыщенности зарядного потенциала как на границе раздела фаз, так и среды, в которой находятся капли битумной фазы, что в конечном счёте улучшает тиксотропные свойства БЭ в целом. Следует учесть, что изначально дисперсия битумной составляющей была одинаковая во всех составах, т. к. режимы получения всех составов на коллоидной мельнице одинаковы.

В исследуемых смесях без модифицирующей добавки наблюдаются флокуляционные явления (рисунки 2, 3, 6, 7), а с МД - явления коалесценции (рисунки 4, 5, 8, 9). При нанесении полученной БЭ на минеральный материал (щебень, песок) расслоение БЭ произойдёт гораздо быстрее в случае, когда процессы коалесценции уже начались, что ускорит возможность начала проведения следующих технологических операций.

При количественной оценке влияния МД на состояние дисперсной системы видно, что при содержании 10 % МД система не выдержала нормативных требований, при содержании 6,6 % МД один состав расслоился раньше минимально допустимого времени (состав 9, см. таблицу), второй (рисунок 4) показал только начальные проявления коалесценции. В составах с содержанием МД 3,3 % отчётливо наблю-

дается проявление интенсивной коалесценции (в т. ч. вторичной), кроме того, это минимальное содержание МД в дисперсной системе (рисунки 5, 8, 9).

Выводы. Экспериментально доказана возможность совместного применения модифицирующей добавки на основе БСМ и стандартного эмульгатора Яе&соге ЕМ44.

Показано, что при введении в состав битумной эмульсии модифицирующей добавки на основе битумно-солевой массы увеличивается время флоку-ляционной фазы БЭ и ускоряется появление коалес-центной фазы БЭ.

Определено, что оптимальное количество модифицирующей добавки на основе БСМ в БЭ составляет около 3,3 %.

Список литературы

1 Егоров С. В., Петров Ю. Г., Трахтенгерц М. Б. Применение битумных эмульсий в дорожном строительстве. - Киев: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре УССР, 1962.

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

3 Паспорт опасного отхода. Битумно-солевая масса (при уничтожении зарина). ФБУ - войсковая часть 70655 (1207 объект по хранению и уничтожению химического оружия). - 2012.

4 Ребиндер П. А. Поверхностно-активные вещества. - М. : Знание, 1961. - 46 с.