Оценка и регулирование устойчивости водобитумных эмульсий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Нгуен Хинь Ань

• Нгуен Хинь Ань
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Хинь Ань

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ВОДОБИТУМНЫЕ ЭМУЛЬСИИ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

§1.1. Основные сведения о водобитумных эмульсиях.

§1.2. Классификации водобитумных эмульсий.

1.2.1. Типы водобитумных эмульсий.

1.2.2. Классы водобитумных эмульсий.

1.2.3. Виды водобитумных эмульсий.

§1.3. Компоненты водобитумных эмульсий.

1.3.1. Битум.

1.3.2. Вода - как компонент дисперсионной среды.

1.3.3. Эмульгатор.

1.3.4. Кислота.

§1.4. Производство водобитумных эмульсий.

1.4.1. Основные принципы физико-химической технологии производства

1.4.2. Аппаратурное оформление.:.:.

1.4.3 .Принципиальные технологические схемы производства.

§1.5. Транспортировка и хранение водобитумных эмульсий.

§ 1.6. Основные свойства водобитумных эмульсий.

1.6.1. Вязкость.

1.6.2. Устойчивость при хранении.

1.6.3. Устойчивость при смешении с минеральными материалами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка и регулирование устойчивости водобитумных эмульсий»

Битум является основным вяжущим материалом при строительстве и ремонте автомобильных дорог. При этом все дорожные технологии предусматривают использование битума в жидком состоянии.

Принципиально существует три способа перевода битума из твердого или вязко-пластичного состояния в жидкость [1,38,39,40,41]:

- первый, наиболее распространённый способ - это нагрев битума до температур 100-200°С, что требует значительных энергозатрат. Необходимые прочностные показатели материала, содержащего битум, достигаются после остывания вяжущего;

- второй способ заключается в разжижении битума невязкими нефтепродуктами. В данном случае формирование материала в покрытии происходит за счёт испарения разжижителя, что требует значительного времени (до нескольких недель); третьим альтернативным способом является использование водобитумных эмульсий - жидкостей, представляющих собой водную дисперсию битума. При этом формирование уложенного слоя происходит достаточно быстро в результате распада эмульсии, при котором вода испаряется, а битум остается на поверхности минерального материала.

Сегодня в дорожном строительстве все более широкое распространение приобретают технологии с использованием водобитумных эмульсий. По сравнению с традиционными марками битума водобитумные эмульсии (ВБЭ) имеют несомненные преимущества при производстве многих видов дорожных ремонтно-строительных работ. ВБЭ позволяют выполнять дорожно-строительные и ремонтные работы более технологичными способами, при неблагоприятных погодных условиях, значительно повысить качество самих дорожных покрытий, продлить сезон дорожно-строительных работ на 1,5-2 месяца [2].

Кроме того, по сравнению с применением горячего битума использование эмульсий обеспечивает создание более безопасной и «дружественной» по отношению к окружающей среде системы, поскольку удаётся избежать риска пожара, ожогов и выбросов. Кроме того, использование эмульсий требует меньших энергозатрат [40].

Результаты теоретических исследований и практического использования ВБЭ показывают, что наибольший эффект достигается при применении катионных водобитумных эмульсий, так как применяемые в большинстве случаев для создания асфальтобетонных смесей горные минеральные породы имеют отрицательные поверхностные заряды [3]. Они создают самые благоприятные предпосылки для распада водобитумных эмульсий при взаимодействии с минеральным материалом и для наиболее прочного затвердевания связующего вещества на поверхности горной породы

4].

Целью настоящей работы являлись разработка экспресс-методики количественной оценки устойчивости ВБЭ для условий хранения и транспортирования и изучение закономерностей влияния различных технологических параметров и компонентов ВБЭ на их устойчивость. Основными задачами при этом являлись: выбор и оценка влияния основных параметров для разработки экспресс-методики оценки устойчивости ВБЭ, изучение закономерностей влияния модификации битумной и водной фазы на устойчивость ВБЭ.

Основными задачами при этом являлись: выбор и оценка влияния основных параметров, влияющих на оценку устойчивости ВБЭ; разработка экспресс-методики количественного определения устойчивости ВБЭ; исследование влияния состава на их устойчивость и вязкость; адаптация и использование метода фото-микроскопии для оценки дисперсности ВБЭ; изучение закономерностей влияния модификации битумной и водной фазы ВБЭ различными методами на их устойчивость.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Нгуен Хинь Ань

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для достижения целей и решения поставленных в работе задач проведено обоснование и разработана экспресс-методика количественной оценки устойчивости водобитумных эмульсий в процессах их хранения и транспортировании. Методика позволяет не только сократить время для оценки устойчивости водобитумных эмульсий, но- и даёт более объективный результат, чем существующий ныне визуальный;

2. Использование метода фото-микроскопии для оценки дисперсности водобитумных эмульсий с применением компьютерных программ «БсореРЬюШ» или «АхюУшоп ЬЕ» для обработки снимок образцов водобитумных эмульсий позволило установить количественные зависимости между дисперсностью катионных водобитумных эмульсий и их устойчивостью;

3. Выявлены количественные закономерности изменения устойчивости водобитумных эмульсий в условиях их хранения и транспортирования при изменении состава и свойств дисперсной фазы и дисперсионной среды, природы и количества эмульгатора;

4. С целью регулирования устойчивости водобитумных эмульсий исследованы и рекомендованы следующие методы модификации битумной фазы:

- разбавление уайт-спиритом в концентрации до 1,5% мае. повышение кислотности смесью нафтеновых кислот в концентрации до 1% мае.

5. Показано, что увеличением кислотности битумной фазы водобитумных эмульсий, повышающей их адгезионную способность, можно одновременно регулировать их устойчивость для условий хранения и транспортирования.

6. Установлено, что повышение качества дорожных покрытий при применении полимерно-водобитумных эмульсий с регулируемым уровнем кислотности не ограничено уровнем устойчивости последних.

§4.5. Заключение

По полученным данным можно заключить, что для катионных водобитумных эмульсий вязкость повышается с понижением кислотности водной фазы (с повышением водородного показателя рН водной фазы). Кроме того, чем ниже вязкость битумной фазы (соответственно чем больше количество добавленного модификатора), тем меньше средний размер частиц битумной фазы и тем больше устойчивость водобитумной эмульсии. Вязкость водобитумной эмульсии также повышается с повышением содержания использованного эмульгатора.

Проведенные испытания по модификации битумной фазы показали, что:

- модификация битумной фазы уайт-спиритом в количествах до 1,5% мае. дает положительные результаты с точки зрения повышения фактора устойчивости водобитумных эмульсий. Дальнейшее же повышение концентрации уайт-спирита не рекомендуется из-за незначительности такого влияния.

- при добавлении в количестве ~ 1% мае. смеси нафтеновых кислот в битумную фазу устойчивость ВБЭ достигает максимума (повышается на 8%). Однако при этом, введение в битумную фазу до ~2% мае. смеси нафтеновых кислот лишь незначительно изменяет кислотное число битумной фазы (с 1,6 до 1,8).

- модификация битумной фазы ДСТ незначительно снижает устойчивость эмульсий, т.е. использование ПБВ для получения водобитумных эмульсий не может быть ограничено этим фактором.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Хинь Ань, 2010 год

1. Карпеко Ф.В., Гуреев A.A. Битумные эмульсии. Основы физико-химического производства и применения - М: Химия, 1998 - 191 с.

2. Эмульгаторы для битумных эмульсий ЗАО «АМДОР» http://www.amdor.spb.ru/ (2010).

3. Gorman, Jacinta L, Crawford, Russell J, Harding, Ian H. Bitumen emulsions in road construction A review. Road & Transport Research, Mar 2004, 17c.

4. Дорожные эмульсии: энциклопедия в 3-х томах, под. ред. И.Н. Петухова, Евразийская ассоциация дорожных эмульсий EARE. Минск, 1998. 3 тома.

5. Ю.Г. Фролов. Курс коллоидной химии. Поверхностные явлении и дисперсные системы -М.: Химия, 1989. 463 с.

6. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии М.: Химия, 1964 - 574 с.

7. ГОСТ Р 52128-2003. Эмульсии битумные дорожные. М.:Стройиздат, 2003-15с.

8. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. М.:Стройиздат, 1991-7с.

9. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М., Химия, 1973, 429с.

10. Ю.Гун Р.Б. Нефтяные битумы. Учебное пособие для рабочего; образования- М., «Химия», 1989, 150 с.

11. Действие эмульгатора. Эмульсионно-битумные технологии. http://emulbittech.ru/ (2010).

12. Продукция компании AkzoNobel. Эмульсионно-битумные технологии. http://emulbittech.ru/ (2010).

13. Продукция компании Smid&Hollander. http://www.smidenhollander.nl/ (2010)

14. Bitumen Additives. CECA, http://www.ceca.fr/ (2010)

15. Битумно-эмульсионные установки (ВБЭУ). ООО «Давиал». http://www.davial.ru/ (2010).

16. Эмульгаторы и водно-битумные эмульсии. Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. http://catalvsis.ru/ (2010).

17. Будник В. А. Исследование битумных эмульсий. Применение «Синтерола» в качестве эмульгатора / В.А. Будник Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов // Нефтегазовое дело. 2006. - 30 сентября. -http://www.ogbus.ru/authors/Budnik/Budnik 3 .pdf.

18. Опыт применения ЛЭМС на дорогах « РФ. ООО «Кварта». http://kvartaltd.com/ (2010).

19. Микросюрфейсинг, SDE компания, http://sdexport.ru/ (2010).

20. ГОСТ 3134-78. Уайт-спирит. М.:Стройиздат, 1978-6 с.

21. Наметкин Н.С., Егорова Г.М., Хамаев В.Х., Нафтеновые кислоты и продукты их химической переработки, М., 1982, 184с.

22. Сюняев З.И., Сафиева Р.З., Сюняев Р.З. Нефтяные дисперсные системы -М: Химия, 1990-226 с.

23. Гуреев А.А., Нгуен Х.А., Губенков А.А. Разработка экспресс-методики оценки устойчивости битумных эмульсий. Мир нефтепродуктов, № 2010, с.

24. Song Gao. Stability of Water-in-Diluted Bitumen Emulsion Droplets. University of Alberta. Spring 2010. 86c.

25. SHERMAN, P. (1968). Emulsion Science, Academic Press, New York, p.2.

26. SHAW, D. (1992). Introduction to Colloid and Surface Chemistry, Butterworth-Heinemann, London.

27. SCHREUDERS, H.G. (1987). The utilisation of complex fatty amines in anionic and cationic quick-set slurry seal emulsions, International Slurry Seal Association second World Congress, Geneva, Switzerland.

28. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. JL: Наука, 1975 — 592 с.

29. SJOBLOM, J., SODERLUND, Н., LINDBLAD, S., JOHANSEN, EJ. and SKJARVO, LM. (1990). Water-incrude oil emulsions from the Norwegian continental shelf. Colloid and Polymer Science, 268, p.389.

30. CHEN, J., DICKINSON, E.J. and IVESON, G. (1993). Interfacial interactions, competitive adsorption and emulsion stability. Food Structure. 12,p.136.

31. ADAMSON, A. and CAST, A. (1997). Physical Chemistry of Surfaces, 6th edn, Wiley-Interscience Publication, New York, pp.230, 393, 500-528.

32. HUNTER, R.J. (1989). Foundations of Colloid Science, Clarendon Press, Oxford, p.909.

33. LOEBER, L., MULLER, G., MOREL, J. and SUTTON, O. (1998). Bitumen in colloid science: a chemical, structural and rheological approach, Fuel. 77(13), p. 1443.

34. Гуреев A.A., Чернышёва E.A., Коновалов A.A., Кожевникова Ю.В. Производство нефтяных битумов. — Москва, 2007.

35. MOAVENZADEH, F. and BRADY, P.F. (1964). Effect of composition of asphalt on its rheological properties, Proceedings of Asphalt Paving Technologists, 33, p.68.

36. BREMNER, AJ. (1985). Bitumen emulsions in road construction, Techemoleum, 8, Emoleum Australia Ltd.

37. BARTH, E.J. (1962). Asphalt Scienceand Technology, Gordon and Breach, New York, p.284.

38. SHELL BITUMEN ( 1990). The Shell Bitumen Handbook, Shell Bitumen UK, p. 13.

39. WALKER, J. A. (1985). Use of bitumen emulsion in Australia. Bitumen Emulsion Workshops, Melbourne, Australian Road Research Board, p. 135.

40. GORMAN, J.L., CRAWFORD, R.J., STANNARD, P. and HARDING, I.H. (1998). The role of surface chemistry in bitumen emulsion-aggregate interactions. Road and Transport Research. 7, p.3

41. LANE, A.R. and OTTEWILL, A. (1976). The preparation and properties of bitumen emulsions stabilised by cationic surface active agents, in Theory and Practice of Emulsion Technology, Smith, ed, Academic Press, New York, 9, p.157.

42. Эмульсионные установки Massenza. ООО «Техно-импорт». http -.//www.ds-texnika.ru/ (2010).

43. Лабораторная коллоидная мельница ОАО Асфальтобетонный завод №4 «Капотня». http://www.abz4.ru/ (2010)

44. PROVINCE, R.J. (1985). Plant for Manufacturing Bitumen Emulsions, Bitumen Emulsion Workshop II, Programs and Papers, Melbourne, p. 157.

45. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. M.: Химия, 1983, 192с.

46. Капустин. В.М., Кукес С.Г., Бертолусини Р.Г. Нефтеперерабатывающаяпромышленность США и бывшего СССР. М: Химия, 1995.-е. 98, 125с.123

47. В. Клейтон. Теория эмульсий и техника их получения. М.: Снабтехиздат, 1933. - 186 с.

48. М.И.Гельфман, О.В.Ковалевич и др. Коллоидная химия 3-е издание. Изд. «Лань», 2005 257с.

49. ПозднышевТ.Н. Стабилизация и разрушение эмульсий. М.: Недра, 1982-222 с.

50. Плотникова И.А., Казарновская Э.А. и др. Опыт получения и применения катионных эмульсий. Журнал «Автомобильные дороги», 1975, №4, с 11 - 13.

51. Д. Неппер Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. М.: Мир, 1986-488 с.

52. Хаимов Т.Я. Применение и транспортирование нефтяных битумов. -ML: Химия, 1968, 184с.

53. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М,: Высшая школа, 1992.

54. Аррамбид Ж., Дюрье М. Органические вяжущие и смеси для дорожного строительства. -М., 1961 г.

55. Технические условия по приготовлению и применению дорожных эмульсий (ВСН 1115-75). Минтрансстрой СССР М: Транспорт, 1976 -80 с.

56. Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП 3.06.03-85) М: Стройиздат, 1989 - 56 с.

57. Гуреев A.A., Сабаненков С. А. Методы исследования физико-химической механики нефтяных остатков М: МИНХиГП, 1980 - 48 с.

58. Гезенцвей Л.Б., Горелышева H.A. Дорожный Асфальтобетон Изд. 2-е, перераб. и доп. - М: Стройиздат, 1989 - 56 с.

59. Колбановская A.C., Михайлов В.В. Дорожные битумы М:; Транспорт, 1973 - 264 с.

60. В.А. Будник, Н.Г. Евдокимова, Б.С. Жирнов. Механический способ эмульгирования битума в воде. Установка. Методика. Результаты апробирования. Электронный интернет-журнал «Нефтегазовое дело», 07.05.2006 г.

61. Битумные эмульсии. «Строй-Техника.Ру» информационная система по строительной технике: http://stroy-technics.ru/ (2010).

62. Технология многоцелевого окисленного битума и водно-битумных анионных эмульсий для дорожного строительства. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева: http://www.advtech.ru/ (2010).

63. Битумные эмульси. ООО «Магазин Мягкой кровли»: http://www.kpoem.ru/ (2010).

64. Диалоги вокруг дорожных битумных эмульсий и не только. «ИЙЦ Держава», http://www.dorvest.ru/ (2010).

65. Романов СИ. Вопросы теории эмульгируемости битумов на твердых эмульгаторах. Труды Казфилиала СоюзДорНИИ, Алма-Ата, 1967, с. 8186.

66. Эмульгаторы водо-битумных эмульсий на основе аммониевых солей Ахметов А.Ф., Рысаев У.Ш., Жданов В.Р., Рысаев Д.У., Булюкин П.Е., Ф.аттахов И.М., Байрамов Б.М. Материалы международной научно-практической конференции «Нефтепереработка-2008».

67. По лучение битумной эмульсии на основе эмульгатора с добавкой. Труды 5-той юбилейной международной конференции «Химия нефти и газ». Институт химии нефти СО РАН, Томск, 2006. Кемалов А.Ф., Шапошников Д.А, Кемалов P.A., Гладий Е.А.

68. Универсальная добавка к эмульгаторам Труды 5-той юбилейной международной конференции «Химия нефти и газа». Институт химии нефти СО РАН, Томск, 2006. Кемалов А.Ф., Шапошников Д.А, Кемалов P.A., Гладий Е.А.

69. А. Шварц, Д. Пери. Поверхностно активные вещества и моющие средства М.: ИЛ, 1960 - 320 с.

70. Сайт Форума национальных ассоциаций производителей битумной эмульсии (IBEF). http://www.ibef.net/en/statistiques.html (2010)

71. Les Emulsions De Bitume. Перевод на Английский язык. Syndicat des Fabricants Demulsion Routieres De Bitume, Paris, 1988.

72. Emulsions and Emulsion stability. Под ред. Johann Sjöblom. Taylor&Francis Group. New York, 2006., 669c.

73. Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology. Под ред. Johann Sjöblom. Marcel Dekker, Inc, 2001.,731c.

74. Asphalt Emulsion Technology. Под ред. Delmar R. Salomon., Transportation Research Circular, August 2006., 58 c.

75. Jennifer Kalkman. Investigation in to the Stability of Bitumen Emulsions. 1999. 80c.

76. Д.А. Фридрихсберг. Курс коллоидной химии —Л.: Химия 1974. 351с.

77. Гезенцвей Л.Б., Горелышева Н.А. Дорожный асфальтобетон Изд. 2-е, перераю. И доп. - М.: Стройздат, 1989 — 56с.

78. Н. Быкова, Л. Гохман. Дороги прослужат дольше. Ж. Автомобильные дороги. 2006, №5, 33-37с.

79. ТУ 35-1669-88 «Вяжущие полимерно-битумные на основе ДСТ и полимерасфальтобетон». Министерство транспортного строительства. М. 1988. 6с.

80. ТУ 38 105267-80 «Термоэластопласты бутадиенстирольные».