Влияние технологии производства на асфальтеногенез в дисперсно-армированных битумоминеральных композициях

   Актуальность работы предопределена потребностью разработки технологий производства битумоминеральных композиций, позволяющих увеличить сроки службы конструктивных слоев дорожных одежд.

   Процесс старения органического вяжущего начинается на стадии приготовления асфальтобетонной смеси и длится в течение всего периода эксплуатации конструктивного слоя. Он протекает в адсорбционно-сольватных оболочках битума на поверхности зерен минеральных материалов и сопровождается преобразованием масел в смолы, а смол – в асфальтены. Предложен новый термин «асфальтеногенез», характеризующий протекающий при старении процесс повышения концентрации асфальтенов. Его следствием является снижение содержания низкомолекулярных фракций в адсорбционно-сольватных оболочках битума и увеличение содержания высокомолекулярных фракций. Пленки битума становятся более вязкими, при отрицательных температурах повышается их хрупкость, увеличивается интенсивность трещинообразования. В результате дорожные одежды, запроектированные и построенные с учетом требований действующей нормативной документации, деформируются и разрушаются, не выдерживая установленных сроков службы. Показано, что применение технологии дисперсного армирования конструктивных слоев дорожных одежд химическими волокнами, полученными из отработанных сорбентов, содержащими регулируемое количество поглощенных нефтепродуктов, может быть одним из путей решения этой проблемы.
   Цель работы – исследование влияния технологии производства битумоминеральных композиций на изменение в них концентрации парамагнитных центров, которое служит индикатором содержания асфальтенов.

   Асфальтены являются главным местом сосредоточения парамагнитных центров. Измерение концентрации парамагнитных центров в дисперсной битумоминеральной композиции позволяет оценить количество асфальтенов и сделать вывод об интенсивности процесса старения дисперсной битумоминеральной композиции. Результаты исследований свидетельствуют о том, что рациональной является технология дисперсного армирования битумоминеральных композиций, предусматривающая введение сначала химических волокон, содержащих регулируемое количество поглощенных нефтепродуктов, а затем битума. Это приводит к снижению интенсивности избирательной фильтрации компонентов битума в поры и капилляры минеральных материалов. Смеси, приготовленные по предлагаемой технологии, подвергшиеся старению в климатической камере, характеризуются уменьшением концентрации парамагнитных центров. Это свидетельствует о снижения интенсивности асфальтеногенеза и интенсивности старения битумоминеральной композиции.

1. Гезенцвей Л. Б. Избирательная фильтрация битумов при взаимодействии с минеральными порошками / Л. Б. Гезенцвей, Г. Я. Слива // Труды Союздорнии. – 1971. – Вып. 44. – С. 98−105.

2. Гезенцвей Л. Б. Дорожный асфальтобетон / Л. Б. Гезенцвей [и др.] ; под ред. Л. Б. Гезенцвея. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Транспорт, 1985. – 350 с.

3. Гезенцвей Л. Б. Механо-химические процессы в битумоминеральных системах / Л. Б. Гезенцвей, И. В. Колбанев, Э. М. Рвачева //Автомобильные дороги. – 1971. – № 2. – С. 6−9.

4. Бабаев В. И. Старение асфальтобетона в условиях юга России / В. И. Бабаев // Автомобильные дороги. – 1994. – № 3. – С. 21.

5. Бахрах Г. С. Оценка термоокислительной стабильности асфальтовых материалов с учетом роли контактных взаимодействий / Г. С. Бахрах // Труды Союздорнии. – 1975. – Вып. 79. – С. 132−140.

6. Давыдова А. Р. Исследование изменений, протекающих в битумах при их глубоком окислении / А. Р. Давыдова, С. А. Гладырь, Т. Н. Телкова // Труды Союздорнии. – 1977. – Вып. 100. – С. 4−12.

7. Давыдова А. Р. Исследование процесса старения битума под влиянием различных факторов / А. Р. Давыдова // Труды Союздорнии. – 1971. – Вып. 44. – С. 48−54.

8. Грушко И. М. Дорожно-строительные материалы / И. М. Грушко [и др.] – Москва : Транспорт, 1983. – С. 129.

9. Мелентьев В. А. Состав и свойства золы и шлака ТЭЦ : справочное пособие / В. А. Мелентьев. – Москва : Энергоиздат, 1985. – 285 с.

10. Методические рекомендации по технологии применения в асфальтобетоне отвальных золошлаковых смесей теплоэлектростанций. – Москва : СоюздорНИИ, 1978. – 23 с.

11. Чистяков Б. З. Использование минеральных отходов промышленности / Б. З. Чистяков, А. Н. Лялинов. – Ленинград : Стройиздат, Ленинградское отделение, 1984. – 150 с.

12. Lesueur D. The colloidal structure of bitumen: conse-quences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification // Advances in Colloid and Interface Science. 2009. 145 (1−2). Р. 42–82.

13. Sá da Costa M., Farcas F., Santos L. F., Eusébio M. I., Diogo A. S. Chemical and Thermal Characterization of Road Bitumen Ageing // Materials Science Forum. 2011. V. 636−637. P. 273–279. URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.636-637.273

14. Petersen J. Chemical composition of asphalt as related to asphalt durability: state of the art // Transportation Research Board. Washington, DC, 999. 1984. P. 13–30.

15. Petersen J. A review of the fundamentals of asphalt oxidation: chemical, physicochemical, physical property, and durability relationships // Transportation Research E-Circular (Vol. 1). Transportation Research Board. Washington, DC, 2009. 68 p.

16. Siddiqui M. N., Ali M. F. Studies on the aging behavior of the Arabian asphalts // Fuel. 1999. № 78 (9). P. 1005−1015.

17. Siddiqui M. N., Ali M. F. Investigation of chemical transformations by NMR and GPC during the laboratory aging of Arabian asphalt // Fuel. 1999. № 78 (12). P. 1407−1416.

18. Qi Y., Wang F. Study and evaluation of aging performance of petroleum asphalts and their constituents during oxygen absorption. I. Oxygen absorption behaviors and kinetics // Petroleum Science and Technology. 2003. V. 21 (1). P. 283−299.

19. Qi Y., Wang F. Study and evaluation of aging performance of petroleum asphalts and their constituents during oxygen absorption. II. Chemical group composition and structure changes // Petroleum Science and Technology. 2004. V. 22 (3). P. 263−274.

20. Qi Y., Wang F. Study and evaluation of aging performance of petroleum asphalts and their constituents during oxygen absorption. III. Average molecular structure parameter changes // Petroleum Science and Technology. 2004. V. 22 (3). P. 275−286.

21. Reyes F. A., Daza C. E., Rondon H. A. Determination of SARA fractions of environmentally aged Colombian asphalts using liquid chromatography column // Revista EIA. 2012. V. 17. P. 47−56.

22. Глотова Н. А. Изменение реологических свойств и химического состава битумов при старении / Н. А. Глотова, В. С. Горшков, Б. И. Кац // Химия и технология топлив и масел. – 1980. – № 4. – С. 47−49.

23. Слободчиков Ю. В. Исследование влияния условий эксплуатации на надежность битумо-минеральных покрытий автомобильных дорог Северного Казахстана : автореферет диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Ю. В. Слободчиков. – Москва, 1972. – 32 с.

24. Mohammed A. A., Morshed К. The effect of ageing on physical and chemical properties of asphalt cement // Iraqi journal of chemical and petroleum engineering. 2008. V. 9. № 2. P. 9−15.

25. Пшеничных О. А. Опыт применения дисперсно-армированных асфальтобетонов в дорожном строительстве / О. А. Пшеничных, Д. С. Скорик // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. – 2020. – Вып. 141. – С. 121−127.

26. Алшахван А. Улучшение структурно-механических свойств теплого асфальтобетона методом полимерно-дисперсного армирования / А. Алшахван, Ю. И. Калгин // Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей. – 2021. – Вып. 61. – С. 53−61.

27. Пшеничных О. А. Деформационно-прочностные характеристики дисперсно-армированных асфальтобетонов / О. А. Пшеничных // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. – 2020. – Вып. 143. – С. 41−44.

28. Мерзликин А. Е. Испытания конструкций дорожных одежд для оценки эффективности применения дисперсно-армированного асфальтобетона / А. Е. Мерзликин, И. П. Гамеляк // Труды Союздорнии. Сер. Конструирование, расчет и испытание дорожных одежд. – 1990. – С. 17−25.

29. Smith R. D. Laboratory testing of fabric interlayer for asphalt concrete paving: interim report // Transp. Res. Rec. 1983. № 916. P. 6−18.

30. Tessoneau H. Revement Tris mince Mediflex en couche de Voulement sur Absur troisiene Voie Macon nord // Revue generale des Routes et des Aerodromes. 1988. V. 62. № 650. P. 77–78.

31. Pinaud Y., Hintzi J., Poirier J., Chanseaulme M. Le Rugoflex. Une experience de dix ans // Revue generale des Routes et des Aerodromes. 1988. № 649. P. 61–64.

32. Лукашевич В. Н. Увеличение срока службы асфальтобетонных покрытий за счет двухстадийного введения органических вяжущих в процессе производства асфальтобетонных смесей / В. Н. Лукашевич // Строительные материалы. – 2003. – № 1. – С. 24−25.

33. Флоровская В. Н. Люминесцентная микроскопия битуминозных веществ / В. Н. Флоровская, Л. И. Овчинникова. – Москва : Изд-во Моск. ун-та, 1970. – 80 с.

34. Вертц Дж. Теория и практические приложения метода ЭПР : пер. с англ. / Дж. Вертц, Дж. Болтон. – Москва : Мир, 1975. – 368 с.

35. Унгер Ф. Г. Фундаментальные аспекты химии нефти. Природа смол и асфальтенов / Ф. Г. Унгер, Л. Н. Андреева. – Новосибирск : Сибирская издательская фирма РАН «Наука», 1995. – 192 с.

36. Железко Е. П. О кинетике образования и рекомбинации свободных радикалов в битумах / Е. П. Железко, Б. Г. Печеный // Труды Союздорнии. – 1970. – Вып. 46. – С. 137–142.