ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические свойства битумов из "Производство нефтяных битумов" Структура битумов. В настоящее время не существует единого мнения о структуре битумов [9]. Большинство исследователей считают битумы коллоидной системой. [c.15] В рамках коллоидной теории А. С. Колбановская и В. В. Михайлов выделяют разные структуры битумов [10]. Структура первого типа представляет собой коагуляционную сетку-каркас из. асфальтенов, находящихся в слабо структурированной смолами дисперсионной среде, которая состоит из смеси парафино-нафте-иовых и ароматических углеводородов. Такая структура образуется при содержании асфальтенов выше 25%, смол менее 24% и масел (углеводородов) более 50%. При этом доля асфальтенов в смолисто-асфальтеновых веществах превышает 0,5 а отношение асфальтенов к сумме углеводородов и смол более 0,35. Наличие в битуме твердых парафинов может привести к образованию дополнительной кристаллизационной сетки, чта должно сказаться на свойствах битума. [c.15] Структура второго типа представляет собой стабилизованную разбавленную суспензию асфальтенов в сильно структурированной смолами дисперсионной среде. Подобная структура характерна для битумов, содержащих менее 18% асфальтенов, более 36% смол и менее 48% углеводородов. Доля асфальтенов общей сумме смолисто-асфальтеновых веществ составляет менее 0,34, а по отношению к сумме углеводородов и смол — менее 0,22. При промежуточном групповом химическом составе битума строение последнего характеризуется наличием элементов структуры обоих типов. Отдельные компоненты битумов одного и того же типа, но полученных из разных нефтей, могут различаться химическим составом. Это оказывает некоторое дополнительное влияние на структуры. Так, в случае битумов, полученных из крекинг-остатков и имеющих лиофобные плохо набухающие асфальтены, для создания коагуляционного каркаса требуется большее число структурообразующих частиц в единице объема и, следовательно, более высокое содержание асфальтенов. [c.15] Реология битумов. Реологическое поведение разных битумов может иметь принципиальные различия. [c.16] Если коэффициент пропорциональности, т. е. вязкость, не зависит от напряжения сдвига (скорости сдвига), течение считается ньютоновским, а в противном случае — неньютоновским. [c.16] Для ньютоновской системы константа а=1, для неньютоновской (бингамовской) она отличается от единицы и тем больше, чем значительнее отклонение от простого вязкого течения. Таким образом, константа а может быть мерилом аномалии вязкости [9, 11]. Аномальность состоит в том, что течение структурированного тела начинается лишь тогда, когда напряжение ч двига превысит некоторое критическое значение, необходимое для разрушения структуры. После этого вязкость системы при-лимает постоянное значение сразу же или постепенно, как показано на рис. 4. [c.16] Степень аномалии вязкости битумов зависит от исходного сырья, способа и глубины его переработки, а также температуры битума [9]. [c.17] Отклонение характера течения битума от ньютоновского зависит от температуры, уменьшаясь с ее ростом, и исчезает при температуре, несколько превышающей температуру размягчения битума. Например, степень аномалии течения остаточного битума венесуэльской нефти с температурой размягчения 51°С и пенетрацией 57-0,1 мм составляет при температурах 25, 45 и 65°С соответственно 0,90, 0,95 и 1,00 Для полного исчезновения аномалии течения битума с температурой размягчения 62°С, полученного окислением остатка нефти Галф Коаст I, необходима температура несколько выше 65°С. [c.18] Таким образом, при температурах производства битумы ведут себя как ньютоновские жидкости. Их вязкость не зависит от напряжения сдвига и определяется только температурой. Для ориентировочной оценки вязкости битумов (градуируемых по пенетрации) при разных температурах пригодна номограмма, представленная на рис. 5. [c.19] Для пересчетов кинематической и динамической вязкостей, необходимых при загрузке резервуаров и транспортных средств, следует знать плотность битумов. Последняя зависит от технологии производства и сорта битума. При температуре размягчения ж50°С плотность окисленных битумов составляет 1000—1010 кг/м остаточных 1005—1030 кг/м и осажденных 1020—1035 кг/м . При повышении температуры размягчения до 80°С плотность окисленных битумов возрастает до 1010— 1025 кг/м а осажденных до 1050—1060 кг/м [13, 14]. [c.19] Стабильность битумов. Стабильность во времени свойств битумов, предназначенных для длительной службы в различных сооружениях и материалах, имеет большое значение. Проблемы стабильности решаются по-разному при применении и производстве битумов. [c.19] Получают битумы при сравнительно высоких температурах и небольшой продолжительности процесса. Наиболее высокие температуры в технологической схеме производства битумов наблюдаются в процессе вакуумной перегонки, но длительность воздействия таких температур в этом процессе наименьшая. Самые низкие температуры характерны для процесса деасфальтизации пропаном. Температура может воздействовать на битум и при его хранении,в горячем жидком состоянии в резервуарах товарной продукции. [c.19] Битумсодержащие материалы обычно эксплуатируются при относительно низких температурах, но в течение длительного времени. Поэтому, несмотря на малые скорости тех или иных изменений, протекающих при низких температурах, величина этих изменений может быть значительна. [c.20] Как система, имеющая строение коллоида или высокомолекулярного раствора, битум может претерпевать структурные изменения, что выражается в выделении плохо удерживаемых компонентов и образовании иной, более стабильной в данных условиях системы. Это может привести к отрицательным последствиям при эксплуатации объектов, изготовленных с применением битума, так как его свойства будут отличаться от заданных применительно к конкретным условиям эксплуатации. [c.20] Аналогичные явления могут наблюдаться при изоляции трубопроводов. Обычно на поверхность металла вначале наносят слой маловязкого битума. После того как слой затвердеет, наносят следующий слой значительно более твердого битума. Если битум второго слоя имеет более высокий потенциал экссудации, на поверхности контакта битумов образуется тонкий слой экссудата, играющий роль смазки, т. е. он способствует сползанию или вращательному сдвигу верхнего слоя битума. Это ускоряет разрушение покрытия трубопровода. [c.21] При сравнении потенциалов экссудации битумов важно правильно выбрать температуру определения. Для ускорения процесса экссудации температуру следует повыщать, но при слишком высокой температуре возможно течение низкоплавкого би-. тума, что исказит результаты испытания. [c.21] Другая трудность в экспериментальном определении экссудации состоит в том, что она происходит на границе слоев битумов, не ДОСТУПНОЙ для наблюдения. Необходимо добиться, чтобы масляный экссудат мигрировал наружу. Для этого используют порошок талька, который помеп ают в зону контакта битумов. [c.21] С учетом изложенного разработан метод определения потенциала экссудации, заключающийся в следующем. Расплавленный покровный битум разливают тонким слоем на пластинку и посыпают тонкоизмельченным тальком. Затем на слой помещают каплю расплавленного пропиточного битума. Пластинку с битумами выдерживают в термостате в течение 3 сут при 43°С. Капля пропиточного битума при этом расползается и принимает форму диска. При наличии экссудации выделяющийся из покровного битума экссудат распространяется за пределы капли пропиточного битума под действием капиллярных сил порошка талька. Чем больше пятно потемневшего талька, тем интенсивнее экссудация. [c.21] Стабильность структуры битума часто оценивают посредством воздействия на битум различных растворителей. [c.21] Вернуться к основной статье