РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ КАТИОНОАКТИВНОЙ АДГЕЗИОННОЙ ПРИСАДКИ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С КАЧЕСТВОМ ДОРОЖНОГО БИТУМА 8
1.1 Способы получения нефтяных битумов 15
1.2 Основные характеристики битумов дорожного назначения 18
1.3 Некоторые пути улучшения качества дорожных битумов 20
1.3.1 Модернизация производства окисленных битумов 20
1.3.2 Использование катализаторов окисления остаточного
нефтяного сырья 22
1.3.3 Модификация битума полимерными добавками 23
1.3.3.1 Актуальность разработки модифицированных битумных
вяжущих 26
1.3.3.2 Модификаторы для дорожных битумов 30
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1 Физико-химические свойства нефтяного битума 35
2.2 Стандартные методы исследования физико-химических свойств образцов
по ГОСТ 33133-2014 37
2.3 Выбор модифицирующих добавок и минерального наполнителя 37
2.4 Способы получения и исследования физико-химических и свойств
модифицированных битумов 41
2.4.1 Методика получения модифицированных битумов 41
2.4.2 Анализ физико-механических свойств полученных вяжущих 41
2.5 Методы исследования адгезионных свойств 42
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 46
3.1 Лабораторные установки 46
3.1.1 РОТАЦИОННЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ HEIDOLPH Hei-VAP
Precision ML/G3B 46
3.1.2 Пенетрометр для битумов ПНБ-03 50
3.1.3 Аппарат кольцо и шар АКШ-04 51
3.1.4 Аппарат для определения растяжимости нефтебитумов
(Дуктилометр) ДА-01-150 53
3.1.5 Аппарат для определения температуры хрупкости битумов АТХ-03 54
3.2 Подготовка рецептуры 55
3.3 Способ приготовления ПБВ 58
3.4 Полученные результаты 59
3.5 Обсуждение результатов 67
ГЛАВА 4 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ РАБОТЫ 68
4.1 Общая характеристика работы 68
4.2 Основные токсические, взрыво-пожароопасные, физико-химические
характеристики материалов и веществ 68
4.3 Категорирование объекта по взрыво-пожароопасности 70
4.4 Производственная безопасность 71
4.4.1 Перечень опасных и вредных факторов 71
4.4.2 Средства индивидуальной защиты 71
4.5 Производственная санитария и гигиена труда 72
4.5.1 Микроклимат 72
4.5.2 Вентиляция и отопление 73
4.5.3 Освещение 75
4.6 Шум и вибрация 78
4.7 Электробезопасность 78
4.8 Защита от статического электричества 79
4.9 Молниезащита
4.10 Пожарная профилактика, методы и средства тушения 80
4.11 Экологичность работы 82
ГЛАВА 5 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
5.1 Сумма затрат на основные и вспомогательные материалы
5.2 Энергетические затраты
5.3 Расчёт затрат на малоценные и быстроизнашиваемые предметы 85
5.4 Амортизационные отчисления
5.5 Затраты на проведение научно - исследовательской работы
5.6 Этапы выполнения научно-исследовательской работы
5.7 Расчет экономического эффекта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С КАЧЕСТВОМ ДОРОЖНОГО БИТУМА 8
1.1 Способы получения нефтяных битумов 15
1.2 Основные характеристики битумов дорожного назначения 18
1.3 Некоторые пути улучшения качества дорожных битумов 20
1.3.1 Модернизация производства окисленных битумов 20
1.3.2 Использование катализаторов окисления остаточного
нефтяного сырья 22
1.3.3 Модификация битума полимерными добавками 23
1.3.3.1 Актуальность разработки модифицированных битумных
вяжущих 26
1.3.3.2 Модификаторы для дорожных битумов 30
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1 Физико-химические свойства нефтяного битума 35
2.2 Стандартные методы исследования физико-химических свойств образцов
по ГОСТ 33133-2014 37
2.3 Выбор модифицирующих добавок и минерального наполнителя 37
2.4 Способы получения и исследования физико-химических и свойств
модифицированных битумов 41
2.4.1 Методика получения модифицированных битумов 41
2.4.2 Анализ физико-механических свойств полученных вяжущих 41
2.5 Методы исследования адгезионных свойств 42
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 46
3.1 Лабораторные установки 46
3.1.1 РОТАЦИОННЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ HEIDOLPH Hei-VAP
Precision ML/G3B 46
3.1.2 Пенетрометр для битумов ПНБ-03 50
3.1.3 Аппарат кольцо и шар АКШ-04 51
3.1.4 Аппарат для определения растяжимости нефтебитумов
(Дуктилометр) ДА-01-150 53
3.1.5 Аппарат для определения температуры хрупкости битумов АТХ-03 54
3.2 Подготовка рецептуры 55
3.3 Способ приготовления ПБВ 58
3.4 Полученные результаты 59
3.5 Обсуждение результатов 67
ГЛАВА 4 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ РАБОТЫ 68
4.1 Общая характеристика работы 68
4.2 Основные токсические, взрыво-пожароопасные, физико-химические
характеристики материалов и веществ 68
4.3 Категорирование объекта по взрыво-пожароопасности 70
4.4 Производственная безопасность 71
4.4.1 Перечень опасных и вредных факторов 71
4.4.2 Средства индивидуальной защиты 71
4.5 Производственная санитария и гигиена труда 72
4.5.1 Микроклимат 72
4.5.2 Вентиляция и отопление 73
4.5.3 Освещение 75
4.6 Шум и вибрация 78
4.7 Электробезопасность 78
4.8 Защита от статического электричества 79
4.9 Молниезащита
4.10 Пожарная профилактика, методы и средства тушения 80
4.11 Экологичность работы 82
ГЛАВА 5 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
5.1 Сумма затрат на основные и вспомогательные материалы
5.2 Энергетические затраты
5.3 Расчёт затрат на малоценные и быстроизнашиваемые предметы 85
5.4 Амортизационные отчисления
5.5 Затраты на проведение научно - исследовательской работы
5.6 Этапы выполнения научно-исследовательской работы
5.7 Расчет экономического эффекта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92
Дорожное строительство является неотъемлемой частью экономического развития государства, и улучшение качества дорожных магистралей является актуальной проблемой нашей страны. Дорожные покрытия состоят из основания (которое придает покрытию прочность, делает его ровным, а также передает давление транспорта на грунт) и дорожного покрытия. Общим для большей части дорожных покрытий является сочетание в них минеральных наполнителей и битума, в которых битум используется в качестве прочной водонепроницаемой связующей среды. Выбор типа покрытия и способа его строительства определяется местными условиями, характером автотранспорта и интенсивностью движения по данной дороге. Применяют в основном строительство дорожных покрытий поверхностной обработкой битумом дороги и смешением битума с каменным материалом на дороге, в зависимости от температуры обрабатываемой и укладываемой смеси различают горячий и холодный способы строительства дорожных покрытий. Выбор вяжущих материалов зависит от способа строительства дорог, интенсивности движения автотранспорта, климатических условий, наличии местных строительных материалов, дорожных механизмов и других экономических факторов
В последнее время возросли транспортные нагрузки, усилилось техногенное воздействие на автодороги, такие как кислотные осадки, загрязнители атмосферы и др., участились перепады температур. В совокупности эти факторы ведут к усиленному разрушению покрытий автодорог,
В настоящее время при создании асфальтобетонных покрытий используют в качестве связующего различные сорта битума, В России для дорожного строительства традиционно используют окисленные битумы марок БНД, выпускаемые по ГОСТ 33133-2014, Анализ результатов испытаний «Центра лабораторного контроля, диагностики и сертификации» ФДС России показывает, что 68% дорожных битумов марок БНД, применяемых для асфальтобетонных смесей, не удовлетворяет требованиям ГОСТ 33133-2014 хотя бы по одному из физико-механических показателей. Такие битумы не позволяют получить дорожные покрытия с нужным комплексом свойств, причем наиболее сильно это проявляется при высоких и при пониженных температурах. Это и является одной из причин нестойкости асфальтобетонных покрытий. В связи с этим, основным направлением повышения качества и долговечности дорожных покрытий является модификация битума за счет введения в него различного рода добавок[152]. Применение модифицированного битума позволяет существенно улучшить все основные свойства дорожного покрытия - повысить его однородность, прочность, морозостойкость, трещиностойкость, влагостойкость, стойкость к высоким температурам и т.д. [89].
Большое значение на долговечность покрытия оказывает сцепление или адгезия дорожного битума к минеральному материалу (гравию, песку). Этот показатель зависит от природы битума и минерального наполнителя, температуры и времени приготовления смеси.
Главной целью модифицирования является получение битумов или материалов на их основе, которые позволяют расширить интервал пластичности битумов; усилить адгезию к металлическим и минеральным материалам; увеличить устойчивость к старению; обеспечить коллоидную и механическую прочность; расширить рабочий интервал температур; обеспечить экологическую безопасность получения и применения модифицированных битумов и др.
Необходимо отметить, что в пользу модифицирования говорит хорошая совместимость битумов с различными органическими веществами и полимерами, которые способны придать битуму специфические улучшенные свойства. Битум является устойчивой дисперсной системой. Регулировать свойства битумов возможно, изменяя его дисперсную структуру добавками. В результате подбора наилучшего соотношения битум - добавка можно достичь по необходимости улучшения одного или нескольких свойств готового битумного материала.
В последнее время возросли транспортные нагрузки, усилилось техногенное воздействие на автодороги, такие как кислотные осадки, загрязнители атмосферы и др., участились перепады температур. В совокупности эти факторы ведут к усиленному разрушению покрытий автодорог,
В настоящее время при создании асфальтобетонных покрытий используют в качестве связующего различные сорта битума, В России для дорожного строительства традиционно используют окисленные битумы марок БНД, выпускаемые по ГОСТ 33133-2014, Анализ результатов испытаний «Центра лабораторного контроля, диагностики и сертификации» ФДС России показывает, что 68% дорожных битумов марок БНД, применяемых для асфальтобетонных смесей, не удовлетворяет требованиям ГОСТ 33133-2014 хотя бы по одному из физико-механических показателей. Такие битумы не позволяют получить дорожные покрытия с нужным комплексом свойств, причем наиболее сильно это проявляется при высоких и при пониженных температурах. Это и является одной из причин нестойкости асфальтобетонных покрытий. В связи с этим, основным направлением повышения качества и долговечности дорожных покрытий является модификация битума за счет введения в него различного рода добавок[152]. Применение модифицированного битума позволяет существенно улучшить все основные свойства дорожного покрытия - повысить его однородность, прочность, морозостойкость, трещиностойкость, влагостойкость, стойкость к высоким температурам и т.д. [89].
Большое значение на долговечность покрытия оказывает сцепление или адгезия дорожного битума к минеральному материалу (гравию, песку). Этот показатель зависит от природы битума и минерального наполнителя, температуры и времени приготовления смеси.
Главной целью модифицирования является получение битумов или материалов на их основе, которые позволяют расширить интервал пластичности битумов; усилить адгезию к металлическим и минеральным материалам; увеличить устойчивость к старению; обеспечить коллоидную и механическую прочность; расширить рабочий интервал температур; обеспечить экологическую безопасность получения и применения модифицированных битумов и др.
Необходимо отметить, что в пользу модифицирования говорит хорошая совместимость битумов с различными органическими веществами и полимерами, которые способны придать битуму специфические улучшенные свойства. Битум является устойчивой дисперсной системой. Регулировать свойства битумов возможно, изменяя его дисперсную структуру добавками. В результате подбора наилучшего соотношения битум - добавка можно достичь по необходимости улучшения одного или нескольких свойств готового битумного материала.
В процессе выполнения данной выпускной квалификационной работы были подобраны компоненты для создания новых рецептур полимер-битумных вяжущих для дорожного строительства, определены совместимость выбранных компонентов, в частности полиэтиленполиамина с битумом для создания полимер-битумных композиции. Разработаны новые составы полимер-битумных вяжущих и проведены исследования, в результате которых установлены физикомеханические характеристики полимер-битумных вяжущих.
Исследования показали, что для создания полимер-битумных вяжущих, хорошую совместимость с битумом показывают - низкомолекулярные полимерные компоненты, на примере полиэтиленполиамина (ПЭПА). Данный полимер хорошо смешиваются с битумом и не требуют добавления пластификатора. Мною был проведен синтез катионоактивной адгезионной присадки, разработанный на кафедре ВВН и ПБ. Так как у данных рецептур показатель адгезии был в пределах 1-1,5 б., было решено добавить в состав образцов адгезионную присадку. После добавления 0,5% мас. адгезионной присадки, все исследуемые образцы показали отличную сцепляемость с минеральным материалом основного характера (щебень Сангалыкского диоритового карьера).
Разработаны мероприятия по охране труда.
Приведено экономическое обоснование проведенного исследования. на проведение дипломной работы затрачено 39940 рублей 1 копейка. Основной удельный вес в затратах приходится на амортизационные отчисления (82,14%), накладные расходы и заработную плату (17,86 %).
Всего на про ведение дипломной работы затрачено 1 20 дней.
Исследования показали, что для создания полимер-битумных вяжущих, хорошую совместимость с битумом показывают - низкомолекулярные полимерные компоненты, на примере полиэтиленполиамина (ПЭПА). Данный полимер хорошо смешиваются с битумом и не требуют добавления пластификатора. Мною был проведен синтез катионоактивной адгезионной присадки, разработанный на кафедре ВВН и ПБ. Так как у данных рецептур показатель адгезии был в пределах 1-1,5 б., было решено добавить в состав образцов адгезионную присадку. После добавления 0,5% мас. адгезионной присадки, все исследуемые образцы показали отличную сцепляемость с минеральным материалом основного характера (щебень Сангалыкского диоритового карьера).
Разработаны мероприятия по охране труда.
Приведено экономическое обоснование проведенного исследования. на проведение дипломной работы затрачено 39940 рублей 1 копейка. Основной удельный вес в затратах приходится на амортизационные отчисления (82,14%), накладные расходы и заработную плату (17,86 %).
Всего на про ведение дипломной работы затрачено 1 20 дней.