Разработка наукоемкой технологии получения полифункционального модификатора и полимер – битумного вяжущего на его основе

АННОТАЦИЯ 2 ВВЕДЕНИЕ 5 1 Современное состояние и этапы развития технолгических методов производства вяжущих полимер-битумных дорожного назначения в российской и зарубежной практике 7 1.1. Современное состояние и проблемы, связанные с качеством дорожного битума 7 1.1.2 Нефтяные битумы 10 1.1.3 Получение нефтяных битумов окислением 12 1.1.4 Битумы дорожного назначения 14 1.1.5 Проблемы битумного производства в России 14 1.2. Модифицирование дорожных битумов полимерными добавками 17 1.2.1 Актуальность разработки модифицированных битумных вяжущих 17 1.2.2 Улучшение качества битума модифицирующими добавками 19 1.2.3 Компоненты для приготовления полимерно-битумных вяжущих и их назначение 23 1.2.4 Влияние модификаторов на эксплуатационные показатели битумов. Сравнительные характеристики 27 2. Объекты и характеристики исследуемого сырья 30 2.1 Объекты исследования 30 2.2 Пластификатор 32 2.2.1 Методика получение пластификатора 33 2.2.2 Состав фактисов 34 2.2.3 Классификация и типы фактисов 34 2.2.4 Химия процессов фактисообразования и структура фактисов 35 2.3 Сэвилен 36 3 Проведение исследования 39 3.1 Определение свободной серы 39 3.1.1 Определение йодного числа раствором хлорного йода в ледяной уксусной кислоте (метод Вийса) ГОСТ 5475 – 69 39 3.1.2 Обработка результатов 43 3.1.3 Результаты определения йодного числа 44 3.2 Проведение анализа на ИК спектрометре 46 4 Методика получения полифункционального модификатора 49 4.1 получение модификатора 49 4.2 Стандртные методы исследования физико-химических свойств образцов по ГОСТ 33133–2014 50 4.2.1 Методика определения сцепления образцов с щебнем 51 4.2.2 Методика определения эластичности образцов 52 4.2.3 Метод определения старения под воздействием высокой температуры и воздуха 53 4.2.4 Метод определения температуры размягчения 55 4.2.6 Метод определения растяжимости битума 56 4.2.5 Метод определения глубины проникания иглы 58 4.2.6 Аппарат для опред?еления температуры хруп?кости битумов АТХ –03 60 4.2.7 Метод определение температуры размягчения тяжелых нефтепродуктов с помощью ядерно – магнитного резонанса. 61 5 Резул?ьтаты и их обсуж?дение 65 5.2 Изучение физико –механических свойств ПБВ 71 5.3 Обсуждение полученных результатов 74 5.4 Показатели адгезионно-прочностных характеристик 74 6 Охрана труда и пожарная профилактика 76 6.1 Безопасность выполнения работы 76 6.1.1 Характеристика применяемых веществ 76 6.3 Безопасность проведения работы и оборудования 77 6.3.1 Безопасность проведения исследовательской работ

1. Подпрограмма "Автомобильные дороги" федеральной целевой программы "Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)" [ Электронный ресурс ] / Постановление Правительства РФ от 5 декабря 2001 г. N 848 "О федеральной целевой программе "Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)" (с изменениями и дополнениями), страница 17 // Режим доступа: http://base.garant.ru/1587083/17. 2. Малянова, Л. И. Изучение влияния модифицированной добавки на некоторые свойства асфальтобетона с отсевами дробления известняков для покрытий лесовозных дорог / Л. И. Малянова, М. Г. Салихов // Вестник Поволжского государственного технологического университета . — 2013.— №1. С. 64–71. 3. Нехорошева, А. В. Полимерный модификатор для комплексного решения проблемы качества дорожного покрытия округа / А. В. Нехорошева, В. П. Нехорошев, Е. В. Дахновская // Вестник Югорского государственного университета. — 2011. — № 4(23). С. 87–91. 4. Ядыкина, В. В. Повышение качества дорожных битумов [Электронный ресурс] / В. В. Ядыкина, А. Е. Акимов // Материалы докладов X международной конференции «Новые технологии и материалы» – Брянск – 2009. Режим доступа: www.science-bsea.bgita.ru. 5. Худякова, Т.С. Особенности структуры и свойств битумов модифицированных полимерами / Т.С. Худякова, А.Ф. Масюк, В. В. Калинин // Дорожная техника. — 2003. С. 174 –181. 6. ASTM D1754 / D1754M –09 (2014) . Standard Test Method for Effects of Heat and Air on Asphaltic Materials (Thin –Film Oven Test) . ASTM International, West Conshohocken, PA , 2014 . 7. ASTM D2872 –12e1, Standard Test Method for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin –Film Oven Test), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012 . 8. Кемалов, А.Ф. Современное состояние и основные направления совершенствования качества вяжущих материалов для дорожного строительства / А. Ф. Кемалов, Р. З. Фахрутдинов, Т. Ф. Ганиева, И. Н. Дияров // Труды Российской научно –практической конференции «Проблемы производства и применения дорожных битумов». — 2001. С. 1 –8. 9. ГОСТ 33133–2014. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие . — М.: Стандартинформ, 2015 . — 11 с. 10. Решетова, Е. А. Исследование свойств битумов марки БНД 60/90 с модификатором «Унирем» [Электронный ресурс] / Е. А. Решетова // Материалы международной научно–практической конференции «Наука сегодня: проблемы и пути решения». Часть 1. – Вологда. – 2016. – Режим доступа: http://volconf.ru/. 11. Corrigan, M. From Hot to Warm [Electronic resource] / M. Corrigan, D. Newcomb, T. Bennert // U.S. Department of transportation. Federal highway administration. Publication number : FHWA-HRT-10-005. Issue No: Vol . 74 No. 1. – 2010. – Access mode: https://www.fhwa.dot.gov/publications/. 12. Corrigan, M. From Hot to Warm [ Electronic resource] / M. Corrigan, D. Newcomb, T. Bennert // University of New Hampshire. Technology transfer center road business. Vol . 28, No. 1. – 2012. – Access mode: https://t2.unh.edu/. 13. Gerhard, J. A. Kennepohl. Asphalt pavements and the environment [Electronic resource] / Dr. Gerhard J. A. Kennepohl, P.Eng // International symposium on Asphalt pavements and environment. – Zurich. – 2008. – Access mode: http://asphalt.org/. 14. Nagabhushana, M. N. Right Grade of Bitumen for Flexible Pavements: Indian Perspective [Electronic resource] / M. N. Nagabhushana // NBM&CW. – New Delhi. – 2009. – Access mode: https://www.nbmcw.com. 15. Asphalt. America Rides On Us [Electronic resource] / Asphalt pavement // – Orange Park, FL. – Access mode: http://www.asphaltroads.org. 16.Бодан, A.H. Роль температуры в процесс получения окисленных битумов //Тр. Союздор НИИ.- Балашиха, Моск.Обл. - 1970.-Вьш.46.- С. 48-54. 17.Куклинский, А.Я., Говорова P.А. Ароматические углеводороды высококипящих фракций нефтей // Нефтехимия. 1976, Т.16, № 1. - С. 28-37. 18.Камьянов, В.Ф. Высококипящие ароматические углеводороды нефтей. // В.Ф. Камьянов, А.К. Головко, Е.А. Кураколова, JI.JI Коробицина - Томск, 1982 - 52 с (Препринт // ТФ СО АН СССР, Ин-т химии нефти, №4) 19.Гун, Р.Б. Групповой химический состав окисленных битумов // Химия и технология топлив и масел.-1959, №7.- С.51-59. 20.Морозов, B.A. О производстве дорожных битумов из высокопарафинистых нефтей / В.А. Морозов, Д.С Старов, H.M. Шахова, B.C. Колобков // Химия и технология топлив и масел. – 2004. – №3. – С. 23-26. 21.Кемалов, А.Ф. Использование элементной серы в дорожном строительстве, тезисы, докл. // V Международная конференция, «Химия нефти и газа», Томск. 5-9 сентября 2003. С. 511-512 22. Худякова, Т. С. Особенности структуры и свойств битумов модифицированных полимерами / Т. С. Худякова, А. Ф. Масюк, В. В. Калинин // Дорожная техника. — 2003. — С. 174–181. 23. Худякова, Т. С. О нормативных требованиях к дорожному битуму как материалу целевого назначения / Т. С. Худякова // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. — 2008. — № 40. 24. Сохадзе, В. Ш. Новые возможности битумных материалов / В. Ш. Сохадзе // Строительство и недвижимость (Минск). — 2003 25. Битумные эмульсии [Электронный ресурс] / ООО «Магазин мягкой кровли» // Режим доступа: http://www.kpoem.ru. 26. Евдокимова, Н. Г. Разработка научно–технологических основ производства современных битумных материалов как нефтяных дисперсных систем : дис....д-ра хим. наук : 05.17.07 / Евдокимова Наталья Георгиевна. — М., 2015. — 417 с. 27. Производства битумов в России: проблемы и задачи [Электронный ресурс] / Аналитический портал химической промышленности // Режим доступа: http://www.newchemistry.ru. 28. Давидов, Н. Ф. Полимеры / Н. Ф. Давидов // М.: Энергоиздат, 1978. — 285 с. 29. Тагер, А. А. Физикохимия полимеров / А. А. Тагер // М.: Химия, 1972. — 544 с. 30. Кирпичников, П. А. Химия и технология синтетического каучука / П. А. Кирпичников // Л.: Химия, 1978. — 424 с. 31. Road infrastructure in India vs road infrastructure abroad [Electronic resource] / TrafficInfraTech Expo // – 2016. – Access mode: http://trafficinfratechexpo.com/blog 32. Polymer modification of bitumen: Advances and challenges [Electronic resource] / – Access mode: http://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2:711917 33. Кемалов, А.Ф. Модифицированные битумные вяжущие / А.Ф. Кемалов, Н.Р. Муллахметов, Р.А. Кемалов, О.Н. Нестеров. // Модифицированные битумные вяжущие. Вестник Казанского технологического университета, №4, 2011, С. 122-127. 34. Мухаматдинов, И. И. Битумные вяжущие, модифицированные катионоактивной адгезионной присадки: дис....канд. тех. наук : 02.00.13 / Мухаматдинов Ирек Изаилович. — Казань, 2015. — 163 с. 35. Фролов, И. Н. Физико-химические особенности модификации товарных битумов смесевыми олефиновыми термоэластопластами [Электронный ресурс] / И. Н. Фролов, Т. Н. Юсупова, Ю. М. Ганеева, Е. Е Барская, Г. В. Романов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». — 2008. №2. Режим доступа: http://ogbus.ru/authors/Frolov/Frolov_1.pdf 36. Дошлов, О. И. Полимерно-битумное вяжущее — высокотехнологичная основа для асфальта нового поколения / О. И. Дошлов, Е. Г. Спешилов // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2013. — №6 (77). С. 140–143. 37. Поконова, Ю. В. Нефтяные битумы / Ю. В. Поконова // — СПб .: Синтез, 2005. – 154 с. 38. Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимерасфальтобетон: метод . пособие для слушателей ГОУ ДПО ГАСИС / сост.: Л.М. Гохман. — M.: Изд-во ГОУ ДПО ГАСИС, 2008 . – 94 с. 39. Применение адгезионных присадок к битумам в дорожном строительстве России [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://roads.ru/forum/index.php?showtopic=20576. 40. Krutz, N.C. Relationship between permanent deformation of asphalt concrete and moisture sensimity / N. C. Krutz, M. Stroup // Gardiner, TRB Research Record .– 1990. – P. 169–177. 41. Ramaswamy, S. The effects of Amino antistrip additives on stripping of bituminous mixes / S. Ramaswamy, E. W. Low // Highways and Transportation. – 1990. – May. – P.9–13. 42. Caro, S. Moisture susceptibility of asphalt mixtures combined with surface free energy and fracture properly characterization / Silvia Caro, Gordon D. Airey, Eyad A. Masad, Amit Bhasin, Dallas N. Little // International Symposium on Asphalt Pavements and Environment, Zurich, Switzerland, 2008. 43. Copeland, Audrey R. Moisture sensitivity of modified asphalt binders: factors influencing bond strength / Copeland, Audrey R; Youtcheff Jr, John S; Shenoy, Aroon // Bituminous and Nonbituminous Materials of Bituminous Paving Mixtures, Transportation Research Board Monograph. - 2007. P. 18-28. 44. Xingwei, Chen Evaluation of moisture damage in hot mix asphalt using simple performance and superpave indirect tension tests / Xingwei Chen, Baoshan Huang // Transportation Research Board 86th Annual Meeting. - Washington D.C. January 21-25. - 2007. 45. Kandal, P S. Field and Laboratory Investigation of Stripping in Asphalt Pavements: State of Report / P. S. Kandal // TRB Research Record. - 1454. - 1996. - P.46-47. 46. ГOCТ Р 52056-2003. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. — М.: Стандартинформ, 2007. — 8 с. 47. ГОСТ 22245–90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. – Министерство химической и нефтеперерабатывающей промышленности СССР, 1990. – 9 с. 48. ГОСТ 33134–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения индекса пенетрации». — М.: Стандартинформ, 2015. — 7 с. 49. ГОСТ 33136–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения глубины проникания иглы». — М.: Стандартинформ, 2015. — 10 с. 50. ГОСТ 33138–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения растяжимости». — М.: Стандартинформ, 2015. — 8 с. 51. ГОСТ 33142–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения температуры размягчения. Метод «Кольцо и Шар». — М.: Стандартинформ, 2015. — 11 с. 52. ГОСТ 33143–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу». — М.: Стандартинформ, 2015. — 11 с. 53. ГОСТ 11508–74 Битумы нефтяные. Методы определения сцепления битума с мрамором и песком. — Изд-во стандартов. — 1974. — 7 с. 54. ГОСТ 33140–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения старения под воздействием высокой температуры и воздуха (метод RTF ОT)». — М.: Стандартинформ, 2015. — 12 с. 55. ГОСТ 1440 Приборы для определения пенетрации нефтепродуктов. Общие технические условия. — Госстандарт СССР, 1978. — 17 с. 56. Гуреев, А. А. Производства нефтяных битумов / А. А. Гуреев, Е. А. Чернышева, А. А. Коновалов, Ю. В. Кожевников // М.: Изд-во Нефть и газ, 2007. — 102 с. 57. Ившин, В.П. Разработка функциональных схем контроля и регулирования технологических параметров курсовых и дипломных проектов / В.П. Ившин, А.И. Хайрутдинов // – Казань: гос. технол. ун–т, 2006. – 56с. 58. ГОСТ 12.4.011-89 «Система стандартов безопасности труда. Средства. Общие требования и классификация». — М.: ИПК изд-тво стандартов. 59. ГОСТ 12.1.005-88 «Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны». — М.: Стандартинформ. 60. ГОСТ 12.4.021-75 «Система стандартов безопасности труда. Системы вентиляционные. Общие требования». — М.: Стандартинформ. 61. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». — М.: Минстрой России. 62. ГОСТ 12.1.003-83 «Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности». — М.: ИПК изд-тво стандартов.

1 Современное состояние и этапы развития технолгических методов производства вяжущих полимер-битумных дорожного назначения в российской и зарубежной практике 1.1. Современное состояние и проблемы, связанные с качеством дорожного битума Транспортные магистрали имеют важный стратегический смысл для страны. Они служат главным связывающим всей страны, обеспечивающих жизнедеятельность всех городов и населенных пунктов. Сеть автомобильных дорог обеспечивает доступ к ресурсам страны, позволяя расширить экономические возможности, за счет уменьшения затрат и времени на логистику. В результате этого формируется возможность развития городов и регионов. В последнее время со стороны автомобилей и их количества растет нагрузка на автомобильные дороги. В последствие этого создаются сложные условия для эксплуатации автомобильных дорог, которые построены на основе битумно – вяжущих. Основная проблема, возникающая в связи с высокими нагрузками, деформация асфальтобетонных покрытий, построенных с использованием не модифицированных окисленных битумов [1]. Материалы дорожного покрытия работают в сложных условиях. Дорожные покрытия летом нагреваются до 50–60 градусов цельсия. Это является причиной снижения вязкости битумных связей и уменьшения прочности асфальтобетонна. И в результате нагрузок на дорожных автомобильных покрытиях могут появиться деформации в виде волн, колей, гребенки наплывы и т.д. Когда температура окружающей среды достигает отрицательных отметок до минус 20–40 градусов цельсия, могут возникнуть растягивающие температурные напряжения, это в дальнейшим приводит к разрушениям дорожного покрытия такие как, трещины, каверны, выбоины и т.д. На устойчивость и долговечность автомобильных дорог, так же влияют внутренние температурные напряжения. В связи со спецификой условий работы дорожного полотна, асфальтобетон должен обладать способностью противостоять разрушающему действию сжимающих напряжений, способностью материала обратимо деформироваться под воздействием напряжения растяжения и сдвига, теплоустойчивостью и сохранять комплекс прочностных и деформационных характеристик, возникающих вследствие прохождения автомобилей и грузового транспорта, а так же в присутствии воды в следствии, периодического замораживания и оттаивания [2].