WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

В третьей главе исследованы основные свойства (адгезия, вязкость, устойчивость при хранении) анионных и катионных битумных эмульсий, приготовленных на основе дорожных битумов марки БНД 60/90
(ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», ООО «Битум») и других доступных компонентов эмульсий. Изучены возможности регулирования эксплуатационных свойств битумных эмульсий путём введения различных модификаторов и изменения компонентного состава.

Разработаны основные методы получения опытных образцов БЭ, а также рассмотрены перспективные варианты их усовершенствования. Для получения битумных эмульсий было опробованы три метода: механическое перемешивание при помощи лопастной мешалки, воздействие ультразвуком и механическое дезинтегрирование.

В процессе исследования была выявлена нецелесообразность использования пропеллерной и лопастной мешалки (ЛМ), так как образцы эмульсий не сохраняли агрегативную устойчивость.

Эмульгирование посредством ультразвука осуществлялось с помощью генератора УЗГ-3-0,4, мощностью 0,4 кВт.

Процесс эмульгирования при помощи дезинтегратора позволил добиться относительно высокой однородности и дисперсности получаемых систем и с технологической точки зрения является более простым, а предложенные варианты модернизации позволили увеличить производительность разработанного аппарата.

Предложены варианты усовершенствования процесса эмульгирования битума в воде с помощью коллоидной мельницы (КМ) следующими способами:

1) увеличить время пребывания эмульгируемой смеси в зоне смешения;

2) установить дополнительное устройство смешения на выходе из аппарата, тем самым добиться эффекта, аналогичного первому способу, и использовать энергию потока для дополнительного эмульгирования.

Для осуществления первого способа модернизации было спроектировано и изготовлено устройство, которое представляет собой насадку, устанавливаемую при помощи резьбового соединения на линии циркуляции эмульгируемой смеси. Принцип его действия основан на том, что диаметр проходного канала снижается больше чем в 4 раза, тем самым увеличивая время пребывания смеси в аппарате.

Для осуществления второго способа модернизации было спроектировано и изготовлено устройство, которое позволяло использовать энергию потока циркулирующей смеси для дополнительного воздействия на неё (рисунок 1).

Рисунок 1 - Дополнительное устройство смешения на выходе из КМ

Устройство состоит из корпуса 1, соединяемого, аналогично описанному выше, с аппаратом эмульгирования (КМ) посредством резьбового соединения 2. Поток, попадая через соединение 2, раздваивается, проходит разделительные каналы 3, и далее, через насадки 5, два встречных потока сталкиваются.

Эффект дополнительного эмульгирования, при помощи данного устройства заключается в том, что насадки 5 имеют небольшое проходное отверстие с диаметром около 1 мм. В связи с этим скорость потоков на выходе из насадок значительно возрастает, и в результате их столкновения частицы битума, содержащиеся внутри этих потоков, подвергаются дополнительному механическому воздействию. Таким образом, предложенное усложнение конструкции позволяет использовать энергию потока для дополнительного воздействия на эмульгируемую смесь.

Для сравнения эффективности предложенных вариантов был проведён ряд опытов и получены образцы БЭ, приготовленные тремя способами (включая исходный вариант установки). Результаты данных исследований представлены на рисунке 2. Из рисунка видно, что образцы БЭ, эмульгируемые исходным способом на 10-12% менее устойчивы к расслоению, чем БЭ, эмульгируемые по первому варианту модернизации, и на 12-20% - чем БЭ, эмульгируемые по второму варианту модернизации процесса.

Рисунок 2 – Зависимость расслоения БЭ (%) через двое суток от работы эмульгирования различными способами

Были исследованы следующие способы модификации битумной эмульсии:

- модификация исходного битума различными аминами и гликолями с целью повышения адгезии и дисперсности образцов;

- разбавление исходного битума фракцией дизельного топлива и тяжёлым вакуумным газойлем с целью облегчения процесса эмульгирования;

- компаундирование исходного битума элементарной (комовой) серой с целью снижения себестоимости вяжущего;

- ввод различных веществ, повышающих вязкость водной фазы, например пищевого крахмала, для изучения свойств и поведения эмульсий с различной вязкостью.

Также изучены образцы битумных эмульсий с использованием элементарной серы путём непосредственного добавления серы в битум и предварительной обработки серой минерального материала. Изученные образцы серобитумов показали нецелесообразность введения серы свыше 6% на битум. Это связано с резким понижением показателя адгезии БЭ при более высоких концентрациях серы. Анализ образцов эмульсионно-минеральных смесей с обработанным серой минералом, показал целесообразность добавления серы от 0,4 до 1,4% масс. на минерал в зависимости от содержания вяжущего. Предложенные способы позволят снизить общую стоимость дорожных покрытий без заметного снижения эксплуатационных свойств эмульсионно-минеральных смесей, так как стоимость серы почти в 20 раз ниже стоимости дорожных битумов.

Известно, что регулировать свойства битумных эмульсий можно изменяя соотношения её компонентов, а также при помощи модификации битумной либо водной фазы.

Анионные эмульсии (АБЭ). Данный тип эмульсии отличается тем, что для устойчивости образцов рН водной фазы необходимо поддерживать выше 7,0. Для приготовления эмульсий такого типа использовались следующие компоненты: дистиллированная вода, битум БНД 60/90, 24% водный раствор NaOH, эмульгаторы (ОП-7, ОП-10, ОП-12, «Синтерол»).

На первых этапах исследования «анионных» битумных эмульсий в качестве эмульгатора применялся ОП-7, а также его модификации - ОП-10 и
ОП-12. По экономическим соображениям наиболее подходящим был признан ОП-7. На его основе был получен ряд опытных образцов, в которые вводился
ОП-7 в количестве от 0,7 до 5,2% масс. для исследования его влияния на агрегативную устойчивость. Выявленная зависимость представлена на рисунке 3. Анализируя представленную зависимость, можно выделить три участка, наибольший интерес из них представляет участок с содержанием эмульгатора от 1,75 до 2,50% масс., на котором устойчивость меняется с 8 до 28 дней.

Для исследования устойчивости АБЭ с различным содержанием вяжущего были получены образцы с содержанием битума от 30 до 62% масс. Результаты исследований представлены на рисунке 4.

Рисунок 3 - Зависимость устойчивости АБЭ от содержания ОП-7

Рисунок 4 - Зависимость устойчивости АБЭ от содержания битума

В таблице 4 приведены составы исследуемых образцов БЭ, приготовленные на основе ОП-7. Образцы №3, 4 показали себя как абсолютно неустойчивые дисперсные системы. Дальнейшее исследования проводились с составами №1, 2, 5, 6.

Для исследования влияния работы перемешивающего устройства на интенсивность расслоения в процессе эмульгирования через определённые промежутки времени производился отбор проб эмульсий. На рисунке 5 приведена зависимость доли отделившейся водной фазы образцов анионной БЭ после 2 и 7 дней хранения, полученных при помощи УЗ и КМ, от работы эмульгирования.

Таблица 4 - Состав АБЭ (вода до 100%)

Метод

Битум,

% масс.

ОП-7,

% масс.

24% NaOH,

% масс.

образца

УЗ

25,0

3,5

3,1

1

УЗ

25,5

3,6

3,1

2

ЛМ

18,5

4,2

4,0

3

ЛМ

28,8

4,1

4,0

4

КМ

25,2

3,5

3,2

5

КМ

25,4

3,5

3,1

6

В работе были изучены некоторые способы модификации битумных эмульсий. В качестве эталонного модификатора дисперсной среды был взят пищевой крахмал, в связи с его свойством повышать вязкость водной среды. Были получены образцы АБЭ с содержанием крахмала с 0,7 до 7,0% масс. (содержание битума 35%, ОП-7 2,5%, 24% раствор NaOH 2,5%). Данный модификатор оказал наибольшее влияние на вязкостные свойства полученных эмульсий и, как следствие, на интенсивность расслоения в процессе хранения. При содержании крахмала до 2% наблюдалось улучшение реологических свойств БЭ, в частности снижение интенсивности расслоения при хранении (рисунок 6).

Рисунок 5 – Зависимость интенсивности расслоения образцов анионной БЭ от работы эмульгирования

Рисунок 6 – Зависимость доли отделившейся водной фазы (через 7 дней) от массовой концентрации крахмала при различной работе эмульгирования

Вязкость должна быть задана заранее и оставаться в определенных пределах в течение срока хранения эмульсии. На рисунке 7 изображена зависимость условной вязкости БЭ от содержания эмульгатора в эмульсии. Из рисунка видно, что с увеличением содержания эмульгатора вязкость эмульсии возрастает линейно.

Для исследования влияния содержания вяжущего на вязкость АБЭ были получены образцы с содержанием битума от 30 до 62% масс. Результаты исследований показали нелинейную зависимость вязкости от содержания битума (рисунок 8).

Рисунок 7 – Зависимость условной вязкости БЭ от содержания эмульгатора (30 оС)

Рисунок 8 – Зависимость условной вязкости АБЭ от содержания битума (30 оС)

Главным недостатком «анионных» эмульсий является пониженный показатель адгезии. В области производства дорожных битумов широкое распространение нашли разного рода присадки, повышающие адгезию. Данные присадки снижают практически до нуля эмульгирующую способность используемых эмульгаторов.

Основными параметрами, влияющими на адгезию АБЭ, явились содержание эмульгатора и рН водной фазы БЭ (при значениях рН<9 адгезия ухудшалась). Другие факторы (состав и содержание битумной фазы, температура анализа) практически не влияли на этот показатель. С увеличением содержания эмульгатора адгезия АБЭ немного повышается, однако и при использовании щелочного минерального заполнителя не является удовлетворительной (образец №3, ГОСТ 11508-74). В среднем в исследуемых образцах АБЭ показатель адгезии не превышал 40%.

Катионные эмульсии. Данный тип эмульсии отличается тем, что для устойчивости образцов БЭ необходимо поддерживать рН водной фазы ниже 7,0. В работе был исследован ряд эмульгаторов. Наиболее качественным и доступным оказался нефтерастворимый эмульгатор катионного типа БП-3М, использующийся как адгезионная присадка к нефтяным битумам. Эмульсии на его основе отличались хорошей адгезией.

Были изучены такие свойства БЭ, как интенсивность расслоения при различных температурах, срок хранения, вязкость при 30 и 50 оС, адгезия к минеральному материалу. Все полученные образцы состояли из 30% битума БНД 60/90, для активации эмульгатора использовалась соляная кислота.

Для изучения свойств катионных БЭ был выбран интервал исследуемых концентраций эмульгатора от 0,8 до 2,6% масс. (таблица 5). Выбор верхнего предела связан с экономической нецелесообразностью получения БЭ с более высоким содержанием БП-3М. Нижний предел определяется исходя из требований минимального срока хранения, равного семи суткам.

Таблица 5 – Состав исследуемых образцов КБЭ (вода до 100%)

Номер

образца

Эмульгатор, % масс

Количество кислота, % масс.

Битум,

% масс.

Хранение более 7 суток

Действительное

Расчётное

1

0,28

0,3

0,3

30,1

не выдержал

2

0,28

0,8

0,3

30,1

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»