Параметр оптимизации процесса совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом

В обширной литературе, посвященной вопросу изучения процессов модификации нефтяных битумов резиновой крошкой, даются конкретные практические рекомендации по технологическим режимам и составу, однако практически всегда отсутствует информация о том, что выступало в качестве параметра оптимизации и какие значения факторов были приняты. Объясняется это отсутствием теоретической модели, позволяющей прогнозировать эффективность того или иного принятого технологического процесса.

Анализ и обсуждение

Основной задачей модификации битумов резиновой крошкой является улучшение их физико-химических свойств. При этом особое внимание уделяется расширению интервала пластичности, адгезионных и когезионных характеристик резинобитумных вяжущих [1-10]. В то же время, несмотря на то что все авторы утверждают о наличии эффекта модификации, величина этого эффекта различна. Это, вполне вероятно, обусловлено влиянием различных факторов в каждом конкретном случае. В качестве факторов выступают состав дисперсионной среды, температура термомеханического процесса совмещения, размер, удельная поверхность 28

частиц и химический состав резиновой крошки, конструкция и скорость вращения смесителя, время термомеханического процесса, рецептура и другие. Таким образом, наличие большого количества разнообразных факторов и предопределяет неоднозначность результатов. Чтобы можно было дать объяснение всем этим различиям, необходимо разработать теоретическую модель процесса совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом. Одной из важнейших характеристик этой модели выступает параметр оптимизации.

В работе [11] выстроено предположение о том, что модифицирующий эффект достигается за счет высвобождаемого из резиновой крошки каучука. При этом существует оптимальное время процесса совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом, при котором количество высвободившегося каучука, с учетом параллельно протекающего процесса его деструкции, имеет экстремум. В этом случае резинобитумные вяжущие должны обладать наилучшими физико-химическими характеристиками.

Однако остаются нерешенными несколько вопросов: все ли характеристики резинобитумных вяжущих имеют наилучшие значения, а если не все имеют экстремум, то какие характеристики необходимо рассматривать?

Оценка интервала пластичности при заданных факторах

В статье [12] приведены результаты определения физико-химических свойств резинобитумных вяжущих при заданных факторах в зависимости от длительности термомеханического процесса совмещения резиновой крошки с пластифицированным нефтяным битумом. Произведя анализ представленных зависимостей, можно утверждать, что экстремум имеют (в случае экстраполяции должны иметь) только три зависимости: температуры размягчения по кольцу и шару, температуры размягчения по кольцу и шару после прогрева и температуры хрупкости по Фраасу от времени совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом. Две из них, а именно зависимости температуры размягчения по кольцу и шару и температуры хрупкости по Фраасу от времени совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом, определяют интервал пластичности резинобитумного вяжущего, а значит, по ним можно определить оптимальное время термомеханического процесса совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом. Данная зависимость представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Зависимость интервала пластичности резинобитумного вяжущего от времени совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом

Анализ зависимости показывает, что при заданных факторах эксперимента оптимальное время совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом составляет 3,25 ч. Изменение времени в большую или меньшую сторону ведет к снижению интервала пластичности резинобитумного вяжущего, однако это изменение незначительно. Если принять, что допустимое снижение интервала пластичности резинобитумного вяжущего по сравнению с экстремумом может составлять 5 %, то можно получить допустимый интервал времени совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом, составляющий 3,25±1,5 ч.

Оценка зависимости интервала пластичноти при сочетании базовых факторов

Из теоретических исследований [11] известна зависимость общего объема образованного каучука от продолжительности процесса совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом при различном обобщенном показателе σ _раств , зависящем от факторов. Если в этой зависимости объем образованного каучука заменить интервалом пластичности резинобитумного вяжущего, то общий ее вид не изменится (рис. 2, линиями со стрелками показано оптимальное время, а засечками – нижние и верхние границы допустимого времени совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом). Возможность замены объема образованного каучука интервалом пластичности резинобитумного вяжущего при сохранении общего вида зависимости обусловлено тем, что каучук имеет более высокую температуру размягчения и низкую температуру хрупкости по сравнению с нефтяными битумами, в связи с чем увеличение содержания каучука в составе резинобитумных вяжущих ведет к увеличению интервала пластичности композита.

Если на рисунке 2 соединить точки экстремумов, а также точки, расположенные на пересечении линий зависимостей с засечками, то можно получить зависимости интервала пластичности резинобитумного вяжущего и допустимого отклонения времени от оптимального времени совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом (рис. 3).

Время совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом, ч

Рисунок 2 – Зависимость интервала пластичности резинобитумного вяжущего от времени совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом при различных сочетаниях базовых факторов

Оптимальное время совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом, ч

Рисунок 3 – Общий вид зависимости интервала пластичности резинобитумного вяжущего и допустимого отклонения времени от оптимального времени совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом

Заключение

Анализ представленных зависимостей позволяет сделать следующие выводы:

• 1.    В качестве параметра оптимизации термомеханического процесса совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом целесообразно назначить интервал пластичности резинобитумного вяжущего, при этом в качестве интегрального фактора выступает оптимальное время процесса совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом.

• 2.    При каждом сочетании базовых факторов (состав дисперсионной среды, температура термомеханического процесса совмещения, размер, удельная поверхность частиц и химический состав резиновой крошки, конструкция и скорость вращения смесителя, рецептура) существует оптимальное значение зависящего от них интегрального фактора.

• 3.    Чем меньше оптимальное время совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом, тем меньше допустимые отклонения от него и больше интервал пластичности резинобитумного вяжущего можно достигнуть.