Главная -> Словарь

Формирования структуры

Кинетика старения битумов обусловлена спецификой протекания в них химических реакций и процессов формирования равновесных надмолекулярных структур. Как известно, кинетика химических реакций и фор» мирования надмолекулярных структур находится в прямой зависимости от структурного состояния битумов и интенсивности молекулярных движений. Вследствие увеличения молекулярной подвижности по мере повышения температуры скорость химических превращений в органических соединениях, в том числе и у битумов, всегда возрастает. В то же время скорость формирования равновесных надмолекулярных структур в битумах при определенных температурах имеет экстремальную величинуГ 1J.

При температурах старения битумов порядка ниже +100 С кинетика изменения температуры хрупкости отличается от кинетических кривых, полученных при температурах старения выше 100°С, что, как было показано ранееf 5J, обусловлено протеканием, кроме химических превращений, также процессов формирования равновесных надмолекулярных

структур по направлении перехода их из аморфного состояния в кристаллическое. Как следует из рис^2, кривые Т~ - f при температурах старения 90°С и ниже достигает через 10-12 сут состояния, близкого к равновесному. В образцах битумов менее вязких марок возрастание Т?р вследствие формирования равновесных надмолекулярных структур гораздо меньшее, чем у высоковязких марок битумов. Так, у битума марки Щ 130/200 Т^р в наибольшей степени - на 2°С возросла при выдерживании при температуре -20°С. В то же время у высоковязкого образца битума марки Ш 100/20 Т^ возросла при температуре старения «20°С в течение 16 сут на 4°С.

Исследование старения битумов производилось при температурных режимах, охватывающих стадию объединения битума с наполнителем 170-ЮО°С и эксплуатационные условия - ниже 80°С. Ранее было показано различие в механизме старения битумов при высоких и низких темпетатурах . В частности, при температурах 170--ЮО°С старение обусловлено протеканием химических реакций, а при эксплуатационных температурах - также и за счет формирования равновесных надмолекулярных структур.

На рис. 5 представлены кривые изменения температуры растрескивания битумов при старении за счет протекания термоокислительных процессов и формирования равновесных структур. На основе исследований битумов в опытных участках дорожных покрытий значение температуры растрескивания битумов, определенное по методу БашНИИШ при скорости охлаждения 0,5°С/мин, равное - 18°С, может быть взято предельной температурой растрескивания битумов, после достижения которой в условиях Башкирии наступает отказ покрытия, то есть расстояние между поперечными трещинами достигает значения 1,0-1,5 м.

Чтобы определить долговечность битумов в асфальтобетонных покрытиях, необходимо учесть также усталостное воздействие транспортных нагрузок на Tfj. Учет этого фактора был произведен на основе допущения, что количество циклов усталостного нагружения при 0°С, с частотой 5 Гц, амплитудой деформации 0,3x10 для дороги П технической категории составляет 10 -Ю*7. При таком воздействии в асфальтобетоне на битуме со структурой гель температура растрескивания возрастает примерно на 3°С . Тогда срок службы асфальтобетонного покрытия на битуме со структурой гель согласно рис. 5 будет определен по кривой путем понижения критической температуры растрескивания на 3°С, что и позволяет учесть таким образом усталостное воздействие транспортных нагрузок на изменение Т? в процессе термоокислительного старения и формирования равновесных надмолекулярных структур. Влияние усталостного воздействия на Trj других битумов было определено путем использования зависимостей усталостного воздействия и Т^, представлен-•ных на рис. 3. С этой целью для соответствующего битума определялась величина смещения температуры относительно зависимости для битума № I при одинаковой какой-либо величине усталостного воздействия.

Таким образом, изучение старения битумов, полученных окислением и вакуумной концентрацией гудронов различной вязкости, показало, что с увеличением вязкости гудрона, из которого получен битум, их долговечность возрастает. Однако долговечность битумов, полученных из гудронов с вязкостью 92 с и более, и остаточного при действии окислительных факторов и формирования равновесных надмолекулярных структур становится одинаковой. Поскольку температура растрескивания при усталостном механическом воздействии в остаточном битуме и в битумах, получении из высоковязких гудронов, возрастает в большей степени,чем в битумах из маловязких

гудронов, то наиболее высокую долговечность при действии термоокислительных факторов, формирования равновесных структур и усталостного воздействия имеют битумы, полученные из гудронов с вязкостью при 80°С 60 и 92 с.

Кинетика старения битумов обусловлена спецификой протекания в них химических реакций и процессов формирования равновесных надмолекулярных структур. Как известно, кинетика химических реакций и формирования надмолекулярных структур находится в прямой зависимости от структурного состояния битумов и интенсивности молекулярных движений. Вследствие увеличения молекулярной подвижности по мере повышения температуры скорость химических превращений в органических соединениях, в том числе и у битумов, всегда возрастает. В то же время скорость формирования равновесных надмолекулярных структур в битумах при определенных температурах имеет экстремальную величину/" 1J.

При температурах старения битумов порядка ниже +100°С кинетика изменения температуры хрупкости отличается от кинетических кривых, полученных при температурах старения выше 100°С, что, как было показано paHeefSJ, обусловлено протеканием, кроме химических превращений, также процессов формирования равновесных надмолекулярных

структур по направление перехода их из аморфного состояния в крис« таллическое. Как следует из рис;2, кривые Т~ - f при температурах старения 90°С и ниже достигает через 10-12 сут состояния, близкого к равновесному. В образцах битумов менее вязких марок воа растение Тхр вследствие формирования равновесных надмолекулярных структур гораздо меньшее, чем у высоковязких марок битумов. Так, у битума марки Щ 130/200 Т?р в наибольшей степени - на 2°С возросла при выдерживаний при температуре »20°С. В то же время у высоковязкого образца битума марки Ш 100/20 Т^ возросла при температур старения -20°С в течение 16 сут на 4°С.

4. Стадия охлаждения и кристаллизации служит для формирования структуры смазок, скорость охлаждения в значительной степени определяет эксплуатационные свойства смазок.

Дорожные битумы подразделяются на вязкие и жидкие. Характеристика вязких битумов представлена в табл. 4.39. Жидкие битумы готовят путем разжижения вязких битумов жидкими нефтепродуктами с добавлением поверхностноактивных веществ. В зависимости от скорости формирования структуры жидкие дорожные битумы подразделяют на три класса: БГ — быстро-густеющие, СГ — густеющие со средней скоростью, МГ — уме-ренногустеющие. Марки вязких битумов, используемых для разжижения, и фракционный состав разжижителей приведены в табл. 4.40, характеристика жидких дорожных битумов — в табл. 4.41.

БИТУМЫ НЕФТЯНЫЕ ДОРОЖНЫЕ ЖИДКИЕ . В зависимости от скорости формирования структуры Б. н. д. ж. делят на три класса: БГ — быстрогустею-щие; СГ — густеющие со средней скоростью; МГ— медленногустеющие. В зависимости от вязкости установлены следующие марки битумов.

Такая корреляция показателей обусловлена особенностями формирования структуры коксов. Анизотропная структура характеризуется минимумом поперечных связей, обуславливающих плотную упаковку углеродных плоскостей, соответственно, высокую действительную плотность, минимальный ТКЛР, высокую анизотропию УЭС и низкую механическую прочность - соответственно слабым связям между плоскостями. Изотропная структура с однородным распределением жестких поперечных связей обуславливает: высокую прочность и вместе с тем низ-кую действительную плотность , большие значения ТКЛР и, соответственно, структурным образованиям, - низкие баплы и низкие-значения анизотропии УЭС.

Полученные данные свидетельствуют о тесной генетической связи процессов формирования структуры сернистых коксов с процессом удаления серы.

Начало предкристаллизационного периода следует считать с того момента, когда температура имеет максимальное значение и когда начинает снижаться плотность нефтяных углеродов. Снижение плотности на этом участке обусловлено в основном удалением сернистых соединений и других гетероэлементов, разрыхляющих при этом массу углерода. Глубина снижения плотности зависит от отношения суммы серы и других гетероэлементов к углероду. Вполне понятно, чем больше это отношение и чем выше скорость нагрева, тем на большую величину снижается на этом участке плотность углерода. Только после полного удаления гетероэлементов начинает повторно повышаться плотность углерода до формирования структуры графита плотностью 2260 кг/м3. Такие представления согласуются с экспериментальными данными Красюкова , приведенными на рис. 60.

в дальнейшем устраняется механической обработкрй. Большое влияние на процессы кристаллизации и формирования структуры смазки оказывают ПАВ И присадки, вводимые в смазки для улучшения их свойств.

По созданным ресурсосберегающим и экологически безвредным технологиям реконструировано и построено более 100 высокопроизводительных установок. Разработаны научные основы формирования структуры различных видов нефтяных коксов, высокотемпературного термолиза в процессах прокаливания и обессеривания. Институт является родоначальником битумного производства в нефтеперерабатывающей отрасли.

Несмотря на обширный литературный материал по изучению влияния природы и качества сырья на структуру получаемого кокса, надежные критерии по оценке качества сырья коксования отсутствуют. Имеются только качественные описания закономерностей формирования структуры игольчатого кокса С 1-3 3 .

При термообработке нефтяных остатков образуется анизотропная фаза, получившая название мезофазы, которая по своим оптическим и физическим свойствам напоминает нематические жидкие кристаллы С I 3 . В настоящее время сложились определенные представления о структурной организации жидкокристаллических сфер мезофазы - это упакованные определенным образом плоские дисколодобные молекулы С 2 Д . Проведены многочисленные исследования, направленные на выявление зависимости характера протекания мезофазных превращений от различных факторов-температуры, давления, химического состава сырья L 3,4 Л . Но, несмотря на общепризнанность факта формирования структуры кокса на стадии мезофазных превращений, в литературе не показано, как влияет динамика изменения сфер мезофазы на структуру получаемого продукта карбонизации.

расстояний между частицами и не отражает энергию формирования структуры по уравнению . Использование этого уравнения может привести к отрицательным аффективным энергиям активации.