Введение к работе
Актуальность темы. Объем потребления битума из года в год растет как в России, так и за рубежом. Согласно данным в 2015 г., мировой спрос составит порядка 105 млн. т., а уже к 2020 году превысит 120 млн.т. На сегодняшний день потребность дорожных битумов в Татарстане составляет около 250 тыс. т в год. Такой высокий спрос на битум связан в первую очередь со строительством новой и с реконструкцией старой дорожной системы, так как основным потребителем битума является дорожное хозяйство.
Более 90% дорожных покрытий состоят из битумо-минеральных смесей, среди них одним из перспективных является щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси. В некоторых странах Европы и США уже более 50 % покрытий на дорогах с интенсивным движением выполняется из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА). Данные покрытия становятся все более популярными среди дорожных компаний в России. Характерной особенностью ЩМА является применение для приготовления смеси более качественного материала, в котором важную роль в долговечности покрытия играет битум. Битум, используемый для строительства дорог должен иметь широкий интервал температурной пластичности, высокую адгезию и когезию. Однако зачастую битумы не обладают необходимыми эксплуатационными свойствами для получения качественных асфальтобетонных смесей и для их улучшения используют специальные присадки или модификаторы.
Для предотвращения сегрегации ЩМА при транспортировке и укладке
используют добавки, которые стабилизируют смесь, предотвращая
расслаивание битумного вяжущего. В качестве добавок в основном используют натуральные целлюлозные волокна.
В настоящее время важной научно-технической задачей является создание импортозамещающих, ресурсосберегающих технологий получения битумных материалов, с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Решением этой задачи может быть применение в составе ЩМА комплексной добавки двойного действия, которая позволила бы не только предотвратить расслаивание битумного вяжущего из смеси и армировать асфальтобетон, но и смогла бы повлиять на эксплуатационные свойства битума и улучшить качество дорожного покрытия.
Работа выполнена на кафедре химической технологии переработки нефти и газа ФГБОУ ВПО «КНИТУ» в рамках федеральных и региональных
программ:
Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы в Рос
сии (2010—2020 годы)».
Программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»
Федеральная целевая программа «Развитие химической и нефтехимиче
ской промышленности России на период 2008 - 2015 годов».
Цель работы: разработка состава и технологии получения комплексной добавки для битумного вяжущего в гранулированном виде на основе гидрофобизатора адсорбированного на целлюлозе из травянистых растений, который позволит улучшить свойства вяжущего и качество дорожного покрытия.
Для достижения цели были поставлены и решались следующие задачи:
разработка технологии получения комплексной добавки на основе масложирового гудрона и травяной целлюлозы;
определение оптимальных технологических параметров процесса смешения целлюлозы с эмульсией гудрона масложирового комбината (МЖК);
исследование полученных комплексных добавок различной природы на сорбционную емкость к битуму и гигроскопичность;
исследование структуры целлюлозного волокна и её модификации;
установление закономерностей изменения физико-химических свойств битумного вяжущего от присутствия в его составе комплексной добавки;
установление влияния комплексной добавки на адгезию к каменным материалам и когезию;
исследование эксплуатационных характеристик ЩМА, проведение опытно-промышленных испытаний и расчет экономического эффекта. Научная новизна. Установлено, что за счет десорбции гидрофобного
компонента с поверхности целлюлозы происходит равномерное распределение масложирового гудрона в битуме, которое приводит к модифицированию надмолекулярной структуры битумного вяжущего, за счет образования внутреннего коагуляционного каркаса, позволяющее улучшить структурно-механические свойства и адгезию битума к поверхности минерального материала.
Практическая значимость. Результатом работы является получение
комплексной добавки для битумного вяжущего, обладающей армирующим и стабилизирующим свойствами, способная повышать теплостойкость и адгезию вяжущего к минеральным материалам, которое позволяет улучшить качество ЩМА по показателю водонасыщения на 18%, предела прочности при сжатии и растяжении на 1,5 и 2,1 раза соответственно.
Применение масложирового гудрона в качестве связующего компонента позволяет утилизировать отходы производства масел и жирных кислот. Использование исходного дешевого сырья волокон травяной целлюлозы и кубовых остатков МЖК, снижает себестоимость комплексной добавки, что в свою очередь удешевляет ЩМАС на 20%.
В 2013 году получено 2 тонны комплексной добавки из льняной
целлюлозы и кубового остатка МЖК. Уложен опытный участок дорожного полотна из щебеночно-мастичного асфальтобетона выпущенной на АБЗ «Алексеевскдорстрой» в количестве 400 тонн. Авторский надзор в течение двух лет показал, что дорожное покрытие характеризуется высокими и стабильными показателями ровности и шероховатости, без образований трещин, наплывов и волн.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и
обсуждались на всероссийской научно-практической конференции
«Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств» (г. Нижнекамск, май 2012г.), IX международной научно-практической конференции «Современные научные достижения» (г. Прага, 2013г.), VI международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, ноябрь 2013 г.), международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития химии, нефтехимии и нефтепереработки», посвященной 50-летию Нижнекамского химико-технологического института (г. Нижнекамск, апрель 2014 г.), X международной научно-практической конференции «Вести современной науки» (Шеффилд, декабрь 2014г.), всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе», (г. Казань, декабрь 2014 г.). Получен диплом лауреата в ежегодном конкурсе «Лучшие товары и услуги Республики Татарстан 2014» в номинации «продукция производственно-технического назначения».
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 13 печатных
трудах, в том числе 6 статей в журналах по перечню ВАК, 7 тезисов докладов на научных конференциях, получено положительное решение формальной экспертизы заявки на патент 2014130818 от 24.09.2014.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов и приложений, содержит 140 страниц текста, в т.ч. 47 рисунков и фотографий, 23 таблицы, список использованных источников из 150 наименований.