Методическая разработка по изучению когезионных свойств окисленных битумов

В современной нефтепереработке основным процессом производства битумов является окисление гудрона кислородом воздуха. При окислении происходят реакции уплотнения, которые приводят к увеличению концентрации асфальтосмолистых веществ, являющиеся наиболее желательными в составе битумов.

Одним из основных показателей качества, при определении срока службы дорожного покрытия, может служить определение когезионных и адгезионных свойств битума. Когезия, так же, как и адгезия, зависит от природы вещества. Групповой химический состав битума может, как увеличить, так и уменьшать когезию. Так бициклические ароматические соединения обладают малой когезией, однако она повышается по мере углубления окисления и с повышением степени ароматичности, асфальтены значительно повышают ее. Парафинонафтеновые углеводороды, содержащиеся в сырье, при высоких температурах окислении переходят в состав битума в неизменном виде, тем самым ухудшают когезионные свойства готового продукта [1]. В связи с этим для высокопарафинистого сырья использовали технологию окисления гудрона по двухстадийной схеме [2]. На первой стадии в процессе окисления происходит образование оксосоединений, которые на второй стадии дают начало образованию асфальтосмолистым веществам [2, 3] и в результате можно получить битумы с улучшенными показателями качества из парафинистого сырья.

С целью определения влияния технологии производства на свойства битума была разработана методика определения когезии битумов. Когезионные свойства определяли как усилие, необходимое для отрыва двух стандартных металлических пластин, склеенных между собой слоем битума (рисунок 1) на разрывной машине УММ-5. Площадь соприкосновения пластин с битумом рассчитывалась как произведение ширины ( b ) на длину ( l ). Толщина слоя битума составляла 1 мм [4].

b

Рисунок 1 – Схема платин для расчета площади соприкосновения с битумом

Были рассмотрены основные параметры, влияющие на когезионные свойства битума:

• -    влияние площади соприкосновения битума с пластинами;

• -    влияние массы груза на пластине;

• -    влияние времени выдерживания груза на пластине;

• -    влияние параметров процесса окисления.

График зависимости когезии от площади соприкосновения битума с пластиной представлен на рисунке 2.

1235    —2584    —■—5017

Пощадь соприкосновения битума , мм2

Рисунок 2 - Зависимость когезии от площади соприкосновения битума с пластиной

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что с увеличением площади соприкосновения пластин с битумом происходит увеличение когезионных свойств битума.

На рисунке 3 представлена зависимость влияния температуры окисления гудрона на первой стадии на когезию битумов, полученных при температуре окисления второй стадии 250, 260, 270оС. Анализ производили на металлических пластинах, имеющие одинаковые размеры и при одной площади слоя битума.

Температура первой стадии процесса, оС    260 оС

Рисунок 3 – Изменение когезии битумов от температуры окисления на первой стадии

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что при проведении процесса окисления гудрона на первой стадии при температуре 180оС в независимости от температуры второй стадии битумы обладают низкими значениями когезионных свойств. С увеличением температуры, как первой, так и второй стадии происходит увеличение когезии.

Таким образом, разработанный метод определения когезионных свойств битумов может быть использован для оценки эффективности технологии и для подбора параметров процесса производства битумов.