РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ БИТУМА НЕФТЯНОГО ДОРОЖНОГО АЧИНСКОГО НПЗ
|
Введение 3
ГЛАВА 1 Теоретический обзор 5
1.1 История применения полимер-битумных вяжущих 5
1.2 Полимеры, используемые для модификации битума 7
1.3 Преимущества и недостатки ПБВ и БНД 9
1.4 Способы производства ПБВ 11
1.5 Методики испытания ПБВ и оборудования, используемые при этом 15
1.6 Технические требования к ПБВ 25
ГЛАВА 2 Экспериментальная часть 28
2.1 Характеристики материалов 28
2.2 Состав ПБВ №1 30
2.3 Состав ПБВ №2 31
2.4 Состав ПБВ №3 32
ГЛАВА 3 Сравнение составов ПБВ 34
Заключение 36
Список использованных источников 39
ГЛАВА 1 Теоретический обзор 5
1.1 История применения полимер-битумных вяжущих 5
1.2 Полимеры, используемые для модификации битума 7
1.3 Преимущества и недостатки ПБВ и БНД 9
1.4 Способы производства ПБВ 11
1.5 Методики испытания ПБВ и оборудования, используемые при этом 15
1.6 Технические требования к ПБВ 25
ГЛАВА 2 Экспериментальная часть 28
2.1 Характеристики материалов 28
2.2 Состав ПБВ №1 30
2.3 Состав ПБВ №2 31
2.4 Состав ПБВ №3 32
ГЛАВА 3 Сравнение составов ПБВ 34
Заключение 36
Список использованных источников 39
Актуальность данной работы обусловлена стремительным научно-техническим прогрессом, а также развитием всех элементов общественно-экономической эволюции. Автодороги, мосты, аэродромные и различные дорожные покрытия представляют собой важнейшее значение в жизни современного общества. Они осуществляют связующие и обеспечивающие жизнедеятельность функции. Посредством дорог у человечества появились возможности оперативно и беспрепятственно перемещаться из точки «А» в точку «Б», реализовывать перевозки грузов, тем самым способствовать развитию регионов и страны в целом.
Так, вопрос о качестве дорожного покрытия занимает приоритетное место в строительной отрасли, поскольку протяженность автомобильных дорог в РФ с каждым годом увеличивается. Тем самым возникает острая необходимость в использовании более качественных материалов в асфальтобетонных покрытиях. Поскольку в РФ в качестве основного компонента в асфальтобетонной смеси выступает битум нефтяной дорожный (БНД), вопрос о его качестве играет важнейшую роль, так как именно он дает гарантию на долговечность дорожного покрытия. Однако в РФ свойства БНД в значительной степени уступают по качеству битуму, используемому зарубежными странами. Такое явление связано с исходным сырьем, которое по химическому составу в иностранных государствах намного лучше в связи с отсутствием твердых парафинов. При решении данной проблемы появляется необходимость в замене некачественного битума на более усовершенствованный материал, такой как полимер-битумное вяжущее (ПБВ). Таким образом, нужно не только заменить БНД на ПБВ, но и подобрать его наиболее подходящий состав.
Цель данной работы - разработка оптимального состава полимер- битумного вяжущего на основе битума нефтяного дорожного Ачинского НПЗ.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
- рассмотреть историю применения полимер-битумных вяжущих;
- описать полимеры, используемые для модификации битума;
- выявить преимущества ПБВ над БНД;
- изучить способы производства ПБВ;
- проанализировать методики испытания ПБВ и используемые при этом оборудования;
- разобрать технические требования к ПБВ;
- выявить оптимальный состав ПБВ посредством испытаний трех составов ПБВ в лабораторных условиях.
Так, вопрос о качестве дорожного покрытия занимает приоритетное место в строительной отрасли, поскольку протяженность автомобильных дорог в РФ с каждым годом увеличивается. Тем самым возникает острая необходимость в использовании более качественных материалов в асфальтобетонных покрытиях. Поскольку в РФ в качестве основного компонента в асфальтобетонной смеси выступает битум нефтяной дорожный (БНД), вопрос о его качестве играет важнейшую роль, так как именно он дает гарантию на долговечность дорожного покрытия. Однако в РФ свойства БНД в значительной степени уступают по качеству битуму, используемому зарубежными странами. Такое явление связано с исходным сырьем, которое по химическому составу в иностранных государствах намного лучше в связи с отсутствием твердых парафинов. При решении данной проблемы появляется необходимость в замене некачественного битума на более усовершенствованный материал, такой как полимер-битумное вяжущее (ПБВ). Таким образом, нужно не только заменить БНД на ПБВ, но и подобрать его наиболее подходящий состав.
Цель данной работы - разработка оптимального состава полимер- битумного вяжущего на основе битума нефтяного дорожного Ачинского НПЗ.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
- рассмотреть историю применения полимер-битумных вяжущих;
- описать полимеры, используемые для модификации битума;
- выявить преимущества ПБВ над БНД;
- изучить способы производства ПБВ;
- проанализировать методики испытания ПБВ и используемые при этом оборудования;
- разобрать технические требования к ПБВ;
- выявить оптимальный состав ПБВ посредством испытаний трех составов ПБВ в лабораторных условиях.
С целью подведения итогов написанной дипломной работы, нами будут сделаны заключения по ее основным положениям.
Итак, полимерно-битумные вяжущие - это материалы, состав которых включает в себя битумы, модифицированные полимерами. В век цивилизационного процесса, особенно большое значение занимает вопрос о качественном и перспективном в эксплуатации ПБВ, который активно используется в XXI веке в строительстве дорог, мостов и аэродромных строениях. Полимеры, находящиеся в составе ПБВ, играют незаменимую роль, так как предоставляют возможность уменьшить температуру хрупкости, а также повысить теплостойкость битумов. Так же применение подобных усовершенствованных полимерами материалов увеличивает срок службы асфальтобетонного покрытия.
Несмотря на то, что на протяжении долгих лет битумные нефтяные материалы гарантировали неплохое качество автомобильных дорог, автомагистралей мостов и различных дорожных покрытий, в связи с появлением в XXI веке высоких осевых нагрузок и большой интенсивности движения, появилась проблема в применении нефтяных битумов - это деформирование асфальтобетонных покрытий (колея). И решением данной проблемы стало внедрение ПБВ в дорожном строительстве. В доказательство превосходности последнего над битумом можно привести заключения, сделанные посредством сравнения этих двух материалов. ПБВ может гарантировать наиболее высокий уровень качества, что проявляется в усовершенствованных характеристиках при совершении таких действий как: улучшение эластичности, повышение сцепных свойств, совершенствование температурных свойств.
Если говорить о способах производства ПБВ, то в общей сложности их 2: 1) все элементы ПБВ смешиваются в единой емкости и 2) в первую очередь производится предварительная готовка раствора полимера (РП) или битумосодержащего раствора блоксополимеров (БРП) согласно концентрации, установленной при подборе состава ПБВ, а затем эту смесь вводят в обезвоженный и нагретый битум, а затем - ПАВ и перемешивают раствор до однородного состояния. Относительно преимущества конкретного способа, отмечается, что в лабораторных условиях приготовление ПБВ вторым способом занимает в 2 раза меньше времени по сравнению с первым способом, и из этого исходит вывод о разумности использования второго способа. Однако можно отметить, что в случае с первым способом, практически весь процесс приготовления ПБВ происходит в одной емкости, что возможно может упростить работу в лаборатории.
При испытании ПБВ существует определенная совокупность способов и методов, в соответствии с которыми они должны производиться. Такие методики испытания полимерно-битумных вяжущих содержатся в различных ГОСТах, в частности нами использовались: метод определения глубины проникания иглы; метод определения температуры размягчения по кольцу и шару; метод определения растяжимости; метод определения температуры хрупкости по Фраасу. Однако применение перечисленных методик испытания ПБВ невозможно без использования специальных лабораторных приборов и устройств, которые позволяет не только выявить и получить необходимые характеристики материалов и веществ, а также сравнить полученные данные о свойствах и определить, например, оптимальный состав ПБВ.
Для полимерно-битумных вяжущих существуют определенные технические и механические характеристики, которым они должны соответствовать. А также эти данные позволяют выявить все недостатки и преимущества ПБВ в сравнении с другими материалами.
Исходя из полученных теоретических знаний, нами были произведены лабораторные исследования по испытанию трех составов ПБВ согласно определенным методикам, а также сделаны выводы по каждому из них. Далее, в ходе сравнения рассмотренных составов был выявлен наиболее оптимальный и экономически выгодный состав ПБВ.
Исходя из проделанной работы можно сделать вывод о том, что состав полимер-битумного вяжущего №3 получился самым лучшим, так как в этом составе меньше используется полимеров в сравнении с составом №2. Второй состав отвечает всем требованиям ГОСТ Р 52056-2003, особенно по таким показателям как температура размягчения по кольцу и шару, растяжимость при 25°С и пенетрация при 0°С.
Эффективность и качество полимер-битумного вяжущего должно подтверждаться в составе асфальтобетонной смеси. Только разработав состав АБС и испытав его на физико-механические свойства можно будет судить об эффективности и качестве подобранного состава ПБВ. Это будет дальнейший этап работы.
Итак, полимерно-битумные вяжущие - это материалы, состав которых включает в себя битумы, модифицированные полимерами. В век цивилизационного процесса, особенно большое значение занимает вопрос о качественном и перспективном в эксплуатации ПБВ, который активно используется в XXI веке в строительстве дорог, мостов и аэродромных строениях. Полимеры, находящиеся в составе ПБВ, играют незаменимую роль, так как предоставляют возможность уменьшить температуру хрупкости, а также повысить теплостойкость битумов. Так же применение подобных усовершенствованных полимерами материалов увеличивает срок службы асфальтобетонного покрытия.
Несмотря на то, что на протяжении долгих лет битумные нефтяные материалы гарантировали неплохое качество автомобильных дорог, автомагистралей мостов и различных дорожных покрытий, в связи с появлением в XXI веке высоких осевых нагрузок и большой интенсивности движения, появилась проблема в применении нефтяных битумов - это деформирование асфальтобетонных покрытий (колея). И решением данной проблемы стало внедрение ПБВ в дорожном строительстве. В доказательство превосходности последнего над битумом можно привести заключения, сделанные посредством сравнения этих двух материалов. ПБВ может гарантировать наиболее высокий уровень качества, что проявляется в усовершенствованных характеристиках при совершении таких действий как: улучшение эластичности, повышение сцепных свойств, совершенствование температурных свойств.
Если говорить о способах производства ПБВ, то в общей сложности их 2: 1) все элементы ПБВ смешиваются в единой емкости и 2) в первую очередь производится предварительная готовка раствора полимера (РП) или битумосодержащего раствора блоксополимеров (БРП) согласно концентрации, установленной при подборе состава ПБВ, а затем эту смесь вводят в обезвоженный и нагретый битум, а затем - ПАВ и перемешивают раствор до однородного состояния. Относительно преимущества конкретного способа, отмечается, что в лабораторных условиях приготовление ПБВ вторым способом занимает в 2 раза меньше времени по сравнению с первым способом, и из этого исходит вывод о разумности использования второго способа. Однако можно отметить, что в случае с первым способом, практически весь процесс приготовления ПБВ происходит в одной емкости, что возможно может упростить работу в лаборатории.
При испытании ПБВ существует определенная совокупность способов и методов, в соответствии с которыми они должны производиться. Такие методики испытания полимерно-битумных вяжущих содержатся в различных ГОСТах, в частности нами использовались: метод определения глубины проникания иглы; метод определения температуры размягчения по кольцу и шару; метод определения растяжимости; метод определения температуры хрупкости по Фраасу. Однако применение перечисленных методик испытания ПБВ невозможно без использования специальных лабораторных приборов и устройств, которые позволяет не только выявить и получить необходимые характеристики материалов и веществ, а также сравнить полученные данные о свойствах и определить, например, оптимальный состав ПБВ.
Для полимерно-битумных вяжущих существуют определенные технические и механические характеристики, которым они должны соответствовать. А также эти данные позволяют выявить все недостатки и преимущества ПБВ в сравнении с другими материалами.
Исходя из полученных теоретических знаний, нами были произведены лабораторные исследования по испытанию трех составов ПБВ согласно определенным методикам, а также сделаны выводы по каждому из них. Далее, в ходе сравнения рассмотренных составов был выявлен наиболее оптимальный и экономически выгодный состав ПБВ.
Исходя из проделанной работы можно сделать вывод о том, что состав полимер-битумного вяжущего №3 получился самым лучшим, так как в этом составе меньше используется полимеров в сравнении с составом №2. Второй состав отвечает всем требованиям ГОСТ Р 52056-2003, особенно по таким показателям как температура размягчения по кольцу и шару, растяжимость при 25°С и пенетрация при 0°С.
Эффективность и качество полимер-битумного вяжущего должно подтверждаться в составе асфальтобетонной смеси. Только разработав состав АБС и испытав его на физико-механические свойства можно будет судить об эффективности и качестве подобранного состава ПБВ. Это будет дальнейший этап работы.