CC BY
27
УДК 625.855
ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ БИТУМА В РАБОЧЕМ КОТЛЕ АБЗ
© 2007 г. С. С. Саенко
Известно давно, что свойства битума, столь важного для дорожного строительства материала, нестабильны. Под влиянием таких внешних факторов, как кислород, температура, свет, вода и др., происходят обратимые и необратимые изменения структуры и свойств битума, которые приводят, как правило, к увеличению вязкости и жёсткости материала, вплоть до его разрушения. Во многом данные изменения определяют долговечность асфальтобетонных покрытий. Поэтому стабильности свойств битума, характеризующих его качество, уделяется много внимания, особенно в последнее десятилетие.
Однако следует отметить, что остаётся без внимания технология подготовки битума на АБЗ, где воздействие таких факторов старения, как, например, кислород и высокая температура, намного интенсивнее. Достоверных данных о старении битума при его подготовке на асфальтобетонном заводе мало, а, например, экспериментальных исследований изменения свойств вяжущего в рабочем котле АБЗ вообще не проводилось, притом что температурное воздействие на данном технологическом этапе достигает своего максимального значения, время пребывания битума в рабочем котле значительно, к тому же вяжущее находится в непрерывном движении под действием битумного насоса.
С целью получения полной информации об изменениях свойств битума в рабочем котле при приготовлении асфальтобетонной смеси на АБЗ в ДорТранс-НИИ РГСУ было решено провести экспериментальные исследования по разработанной методике. Битум из расходной ёмкости отбирали по 2 пробы три раза во время рабочей смены в течение трёх суток работы АБЗ. Дополнительно брали по 2 пробы перед заливкой свежего битума (поступающего из битумохрани-лища после обезвоживания и разогрева до рабочей температуры) и через 30 мин после заливки. Одну пробу вяжущего испытывали непосредственно на исследуемом асфальтобетонном заводе, а вторую в лаборатории ДорТрансНИИ. Для каждой пробы битума определяли три физико-механических показателя в соответствии с ГОСТ 22245-90 [1]: глубину проникания иглы пенетрометра при + 25 оС и при 0 оС, а также температуру размягчения по методу «Кольцо и Шар». Испытания проводились неоднократно во время строительного сезона в 2004, 2005 и 2006 гг. на АБЗ городов Каменска-Шахтинского, Аксая и Азова Ростовской области.
Результаты исследований показали, что изменения свойств битума значительны: наблюдаются снижение пенетрации до 19,5 % при + 25 оС, до 23,8 % при 0 оС, увеличение температуры размягчения на
2-3 оС. Причём отмечены случаи, когда к концу рабочей смены по некоторым показателям битум не соответствовал требованиям ГОСТ для данной марки. На рисунке показан график изменения свойств битума в рабочем котле в течение трёх суток работы АБЗ.
Как видно из результатов исследований, наибольшие изменения свойств битума происходят во время работы асфальтосмесительной установки, когда осуществляется непрерывное движение битума под действием шестерёнчатого насоса через расходную ёмкость. В нерабочее время (ночные и вечерние часы), изменения свойств малозначительны, хотя время пребывания битума под воздействием высокой технологической температуры больше, чем во время рабочей смены. Объяснить это можно следующим образом: во время приготовления асфальтобетонной смеси осуществляется постоянный слив битума из возвратного битумопровода на поверхность битума в котле, что приводит к разбрызгиванию вяжущего и активному взаимодействию его с кислородом воздуха, проникающего внутрь битумной ёмкости. Взаимодействие битума с воздухом при высокой температуре как в тонком слое, при разбрызгивании вяжущего, так и на постоянно обновляемой поверхности его в котле приводит к развитию окислительных процессов и изменению структуры битума.
Периодические дозаливки свежего битума, производимые, как правило, в конце рабочей смены, во всех случаях приводят к общему понижению вязкости битума в котле: пенетрация увеличивается, снижается температура размягчения. Такие изменения происходят в результате смешения вяжущего, уже состарившегося в котле к моменту заливки, и свежего вяжущего, поступившего из битумохранилища и имеющего лучшие физико-механические показатели.
Интересно обратить внимание на полученные неоднократно данные о самопроизвольном увеличении глубины проникания иглы пенетрометра и снижении температуры размягчения, что характерно для так называемого процесса отступления [2]. Данные изменения наблюдались в период, когда отсутствовала циркуляция битума. При этом температура битума поддерживалась на отметке рабочей. По-видимому, временной стабилизации свойств или их незначительному улучшению способствует отсутствие движения битума в рабочем котле. В это время на поверхности битума расходной ёмкости образуется защитная окисная плёнка -она препятствует развитию процессов окисления вяжущего в глубь толщи битума и защищает его от испарения легколетучих составляющих.
О
§ +
5 s й & о С
6 й
£
tf S
ю £
75
70
65
60
I I I I I I I I I I I I I I I I
8 12 16 20 4 8 12 16 20 4 8 12 16 20
Время суток, ч
О
л э
ю ^
Ь 5
r« К
I—I (U
25
23
21
19
3 день
I I I I I I I I I I I I I I I 1 I I I I I I I I I I I I I I I I | | | | | | | I | I I I I I I I I I I I I I I I I I I
8 12 16 20 4 8 12 16 20 4 8 12 16 20
Время суток, час
изменения пенетрации в период работы асфальтосмесительной установки;
изменения пенетрации в период, когда асфальтосмесительная установка не работает (циркуляция отсутствует);
изменения пенетрации в результате дозаливки свежего битума.
Изменения свойств битума в рабочем котле в течение трёх суток работы АБЗ
Итак, как показали экспериментальные исследования, свойства битума при нахождении его в расходной ёмкости АБЗ претерпевают значительные изменения. Основной причиной развития старения вяжущего является окисление битума кислородом воздуха происходящее под одновременным воздействием высокой технологической температуры при сливе битума из возвратного битумопровода во время непрерывной циркуляции его при приготовлении асфальтобетонной смеси. В результате в состав асфальтобетонной смеси битум попадает с уже значительно изменившимися физико-механическими свойствами и активно развивающимися в его структуре необратимыми процессами. В сложившейся ситуации необходима разработка
новых методов и подходов к технологическому процессу, целью которых должна быть идея сохранения качества битума.
Литература
1. ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. Переизд. дек. 1997 г. Взамен ГОСТ 22245-76; Введ. 01.01.1991 г. - 9с.
2. Колосов М.А., Розенталь Д.А. Термическая и термоокислительная стабильность битумов из ромашкин-ской нефти // Структурообразование, методы испытаний и улучшение технологии получения битумов: Тр. / СоюзДорНИИ. М.,1971. Вып. 49. С. 88 - 93.
Ростовский государственный строительный университет
13 декабря 2006 г
