При необходимости хранения ПБВ в нагретом состоянии более 8 ч во избежание расслоения необходимо обеспечить его механическое перемешивание или эффективную циркуляцию с периодичностью не более 2 ч, которые следует начинать не позднее чем через 3 ч после начала хранения. Тема магистерской диссертации направлена на получение составов, которые сохраняют равновесное состояние при длительных повышенных температурах без механического перемешивания.

Степень разработанности

Начиная со второй половины 20-го века, получение битумполимерных композиций стало предметом исследования многих советских и зарубежных учёных (Колбановская А.С., Розенталь Д.А., Руденская И.М., Кисина А.М., Куценко В.И., Дж. Пфейфер). Однако их больше интересовало влияние полимерных модификаторов на основные свойства битумов. Широкое применение битумполимерных вяжущих началось в начале 2010-х годов, в связи с чем обнаружились описанные выше проблемы хранения и транспортировки битумполимерных композиций.

Впервые получением нерасслаивающихся систем занялся Межиковский С.М., связывая это с явлением «временной пластификации», однако получающиеся композиции были недостаточно деформативными. Американский химический концерн «Дюпон» разработал химически подшивающийся модификатор «Элвалой 4170», не улучшающий, однако, температуры хрупкости битумов. Наибольший вклад в теорию расслоения битумполимерных вяжущих внесла группа украинских учёных во главе с Золотарёвым В.А. Однако их исследования касались лишь битумполимерных вяжущих с концентрациями полимеров не более 4-х процентов.

Целью работы является установление ясных закономерностей связывающих термостабильность модифицированных битумных вяжущих с типом и концентрацией модификаторов. Это позволит в будущем при получении битумполимерных композиций прогнозировать возможность и длительность их хранения и транспортировки.

Задачи работы:

  1. Подбор полимерных модификаторов, исходя из их химической структуры, применяемости, крупнотоннажности и цены;
  2. Оценка концентрационного влияния полимерных модификаторов на основные физико-технические свойства вяжущих, регламентированные нормативными документами;
  3. Определение термостабильности битумполимерных вяжущих в зависимости от концентрации в них полимерных модификаторов;
  4. Выявление оптимальных концентраций с точки зрения расслаиваемости и других свойств, а также инверсионных количеств полимера в битуме.

Научная новизна

Установлено, что менее склонные к кристалличности полимеры образуют в битуме перколяционную сетку при более низких концентрациях, чем кристаллические.

Практическая значимость исследования

Разработаны оптимальные рецептуры нерасслаивающихся битумполимерных вяжущих, которые могут быть применены для получения асфальтобетонных смесей.

Рассмотренная в работе расслаиваемость промышленно применяемых составов может быть использована для прогнозирования возможности длительного их хранения и транспортировки при повышенных температурах.

Объект исследования – битумполимерное вяжущее с высоким содержанием полимера.

Предмет исследования – свойства и структура нерасслаивающихся высоконцентрированных битумполимерных вяжущих

Достоверность результатов, научных выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечивается большим объемом экспериментальных данных, полученных современными методами испытаний и исследований.

На защиту выносятся:

  1. Результаты исследований эксплуатационных и физико- технических свойств битумполимерных вяжущих с различной концентрацией полимера.
  2. Результаты исследований битумполимерных вяжущих на расслаиваемость.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на на 68 и 69 Международных научных конференциях КГАСУ (2016, 2017 г.г.);

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, 3 глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 70 страницах машинописного текста, включает 1 таблицу, 32 рисунка, библиографию из 49 наименований.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Первая глава является литературным обзором, в которой рассматриваются виды полимерных добавок, совместимых с дорожным битумом и влияние их на свойства. Рассмотрено использование в качестве модификатора вторичного материала. Особое внимание уделено расслоению битумполимерного вяжущего при длительном хранении в нагретом состоянии. Дано обоснование выбору данной темы, сформулированы цели и задачи, поставленные в работе.

Вторая глава содержит описание методов исследования. Свойства разрабатываемых вяжущих оценивались по ГОСТ 11501, 11506, 11505, 11507,  18180,  22245,  52056,  EN   13399-2013,  для   изучения  структуры вяжущих применялась оптическая микроскопия.

Третья глава содержит экспериментально – теоретическую часть. В ней описано влияние различных концентраций полимера в битуме на физико- технические свойства и расслоение. Исследована структура распределения модификатора в вяжущем. Показана эффективность добавления большого количества полимера как на улучшение свойств, так и на снижение расслаиваемости.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В качестве объекта модификации был выбран нефтяной дорожный битум марки БНД 60/90 как наиболее популярной в полосе Среднего Поволжья.

В качестве модификаторов были выбраны следующие полимеры:

1. Полиэтилены низкого (ПЭНД) и высокого (ПЭВД) давления. Их выбор обусловлен близостью параметров растворимости Гильдебрандта (насыщенные мальтены битума 14,3 (МДж/м3)0,5 и ПЭ 14,9 (МДж/м3)0,5). Кроме того, поиск оптимального полимерного модификатора битума логично начинать с полимера, имеющего простую линейную структуру, чтобы в дальнейшем, изучив недостатки получающихся битумполимерных вяжущих, при подборе полимера двигаться в сторону усложнения его структуры. ПЭНД имеет меньшую молекулярную массу (200 000), чем ПЭВД (300 000) и более высокую степень кристалличности – 80% против 55% у ПЭВД.

2. Дивинилстирольный термоэластопласт марки ДСТ-30-01. Его выбор обусловлен наибольшим распространением среди всех битумных модификаторов. Его эффективность обусловлена наличием в его структуре жёстких стирольных блоков и эластичных бутадиеновых.

3. Резиновая крошка фракции менее 1-го мм, которая вводилась двумя способами: перемешиванием в течение 1,5 часа в открытом лопастном смесителе и девулканизацией в течение 1,5 часа в вакуумном реакторе.

Структура каждого образца была изучена при помощи оптического микроскопа. Этим методом невозможно изучать образцы, в которых в качестве модификатора использовалась резиновая крошка, так как сажа препятствует светопропусканию препарата. Наиболее показательным является распределение ПЭНД в битуме.

Увеличение концентрации модификатора с 5% до  20% последовательно приводит сначала к глобулярному распределению полимера, появлению зародышей сетки, образованию этой сетки  и инверсии фаз. Влияние других модификаторов аналогично представленному выше, различаются лишь абсолютные значения концентраций.

Изучались также основные физико-технические свойства.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

С повышением количества полимера в битуме показатели свойств улучшаются. Наиболее эффективными модификаторами проявили себя ДСТ и девулканизированная резиновая крошка. ДСТ целесообразнее использовать для улучшения высокотемпературных свойств битумов, а девулканизованную резиновую крошку для улучшения температуры хрупкости.

Наиболее твёрдым получился образец с добавлением дивинлстирольного термоэластопласта. Наиболее приближенной к этому образцу  показала себя композиция с девулканизировыанной резиновой крошкой.

По показателю дуктильности наилучший результат, с точки зрения дорожного строительства, получился у состава с девулканизированной резиновой крошкой, в то время как композиция ДСТ имеет невысокую растяжимость.

Самым эластичным является состав с ДСТ. Близкие показатели имеют композиции с резиновой крошкой.

По показателям температурного интервала пластичности наиболее широкий диапазон использования имеет образец с полимером ДСТ. Вторым по широте использования является состав с девулканизированной резиновой крошкой.

Таким образом, битум, модифицированный дивинилстирольным термоэластопластом в концентрации 20%, имеет наиболее высокий комплекс свойств, однако высокая стоимость данного полимерного модифиактора не позволяет применять его в таких количествах. Соизмеримыми по цене являются композиции с 4% ДСТ и 20% девулканизованной резиновой крошки. При этом характеристики вяжущего со вторичным полимером выше целевого аналога.

Расслаиваемость вяжущих оценивалась по европейской методике. Сущность метода определения стабильности вяжущего, согласно ГОСТ EN13399-2013 «Битумы и битуминозные вяжущие», заключается в следующем: образец битума массой 100 г высотой 110 мм выдерживают в вертикальной трубке диаметром 30 мм в течении 72 часов при температуре 180 0С. После охлаждения образец разрезают на 3 ровные части и изучают свойства верхней и нижней частей, отбрасывая середину.

Введение полимерного модификатора в битум поначалу приводит к повышению расслаиваемости вяжущего. Дальнейшее повышение концентрации модификатора приводит к перегибу кривой, после чего разность показателей между верхней и нижней частями начинает падать. Это объясняется, вероятно, тем, что образующаяся при модификации битума полимерная сетка более равномерно распределена в объёме битума, чем полимерные глобулы, соответствующие низкоконцентрированным модифицированным составам.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать автореферат

Экстремум для ДСТ составляет 5%, ПЭНД — 10%, ПЭВД — 10%, резиновая крошка – 5-10%, девулканизированная резиновая крошка – 10- 15%.

Изучались также другие свойства битумполимерных вяжущих, которые приведены в табл. 1.

В табл. 2 приводится расслаиваемость битумполимерных композиций

Таблица 1 – Свойства битумполимерных вяжущих в инверсионных концентрациях

Таблица 2 – Расслаиваемость битумполимерных композиций

Общие выводы:

1. В связанно-дисперсных системах агрегатирование частиц приводит к развитию сплошной пространственной сетки частиц, заполняющей весь объём и может не сопровождаться видимым седиментационным расслоением системы.

2. Инверсионные концентрации рассмотренных модификаторов:

ПЭНД –20%, ПЭВД -10-15%, ДСТ – 15%, резиновая крошка (РК) – 10%, РК+неозон – 15%

3. Применяемые концентрации целевых полимеров ограничены их стоимостью.

4. При введении равных концентраций ДСТ и РК+неозон свойства композиций с ДСТ выше, однако по экономическим причинам сравнивать нужно композиции с 5% ДСТ и 20% РК+неозон. В этом случае композиция с отходами эффективней аналога.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

5. Расслаиваемость вяжущих увеличивается с ростом концентрации модификатора до некоторой концентрации, после которой происходит резкое увеличение стабильности системы.

6. Комозиции с РК+неозон при любых концентрациях модификатора достаточно стабильны.

7. Необходимые для достижения стабильности вяжущих концентрации экономически целесообразно достигать лишь в случае с отходами.

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Поставьте оценку первым.

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

540

Закажите такую же работу

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке