ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛЫ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Маринин Андрей Андреевич, Студент группы ХТОВ-13, Карагандинский государственный индустриальный университет, Темиртау, Казахстан

Меркулов Владимир Витальевич, Кандидат химических наук, Профессор РАЕ, старший преподаватель, Карагандинский государственный индустриальный университет, Темиртау, Казахстан

Мантлер Светлана Николаевна, Магистр технических наук, старший преподаватель,

Карагандинский государственный индустриальный университет, Темиртау, Казахстан

USE OF THE MODIFIED COMPOSITIONS BASED ON COAL TAR IN ROAD CONSTRUCTION

Marinin andrey Student of Karaganda state industrial university Temirtau,

Kazakhstan

Vladimir Merkulov Ph.D, professor of RANH, Senior Lecturer of Karaganda state industrial university, Temirtau, Kazakhstan

Svetlana Mantler  Master of technical sciences, senior Lecturer of  Karaganda state industrial university,  Temirtau, Kazakhstan

Аннотация: Статья посвящена изучению свойств модифицированной каменноугольной смолы, обеспечивающих возможность её применения в дорожном строительстве в качестве гидроизоляционного материала, приведены физикохимические показатели и технология приготовления состава и результаты испытаний полученного покрытия.

Abstract: The article is devoted to studying the properties of modified coal tar, enabling its using in road construction as a waterproofing material. It is given the physico-chemical indicators and the technology of preparation of the composition, also the test results this covering.

Ключевые слова: модифицированная смола; гидроизоляционное покрытие; дорожное строительство; устойчивость покрытия.

Keywords: modified resin, waterproofing covering, road construction, staying qualities.

Каменноугольная смола — это сложная смесь ароматических соединений, особенно полициклических ароматических углеводородов и гетероциклических соединений. Представляет собой чёрную, вязкую жидкость с сильным едким запахом из-за присутствия в ней большого количества фенола [1].

Каменноугольная смола получается в процессе производства металлургического кокса путем коксования. Как и в процессах термического расщепления нефтепродуктов, при коксовании угля получают кокс и коксовый газ, при конденсации которого образуется каменноугольная смола. Коксование угольных шихт сопровождается глубокими химическими превращениями органической массы углей, в результате которых наряду с другими летучими продуктами образуются фенолы. В ходе процесса они распределяются между надсмольной водой, смолой, сырым бензолом, газом и другими продуктами коксования. Основная часть фенолов абсорбируется сконденсировавшейся смолой, до 30% фенолов растворяется в надсмольной воде при охлаждении коксового газа в газосборниках и первичных холодильниках. В небольшом количестве фенолы выделяются из газа поглотительным маслом в бензольных скрубберах и при дистилляции масла с сырым бензолом. Фенолы, как продукт коксования углей извлекаются из надсмольной воды, из каменноугольной смолы при ее ректификации, из сепараторных вод смолоперегонного цеха, цеха ректификации сырого бензола и отделения дистилляции сырого бензола. Фенолы, содержащиеся в сыром бензоле, не выделяются и являются потерями производства [2].

В одной из работ был рассмотрен новый метод переработки сырой каменноугольной смолы. С целью разработки более совершенного и экономически выгодного метода переработки отходов коксохимического производства и их дальнейшего применения в промышленности была проведена серия лабораторных опытов, в которых связывание фенола производили насыщенным раствором формальдегида. Целью данной работы являлось не удаление, а химическое преобразование свободного фенола для снижения его концентрации в смоле, а также повышение качества конечного продукта путем полного его обезвоживания. Полученные в ходе работы результаты показали эффективность нового метода обработки [3].

При нормальных условиях используемая сырая каменноугольная смола являлась вязкой жидкостью, имела резкий фенольный запах, что указывало на его высокое содержание, и легко подвергалась механической деформации. После завершения опытов смола практически полностью теряла характерный резкий фенольный запах и быстро твердела при нормальных условиях. Это свидетельствовало о переходе фенола из свободного вида в фенолформальдегидную смолу и бакелит, которые лишь улучшили качество исходных образцов. Примерное процентное содержание остаточного фенола в такой смоле составило около 0,5%.

Среди свойств полученной модифицированной смолы [4] особо следует отметить ее механическую устойчивость и прочность, а также хорошие адгезионные показатели. Эти неоспоримые преимущества позволяют с успехом использовать её в дорожном строительстве и повысить качество асфальтового покрытия современных дорог.

Высокие показатели механической прочности, физико-химической сопротивляемости различным агрессивным средам, а также относительно низкие затраты на производство сделают данную смолу незаменимым компонентом дорожных конструкций любого типа. Отличные адгезионные свойства позволят сохранить целостность дорожного асфальтового покрытия на долгое время, а также предотвратить разрушение, температурную коррозию и истирание.

В АО «КаздорНИИ» была доставлена проба смолы каменноугольной для подтверждения возможности применения ее в дорожном строительстве. Она представляла собой пастообразное органическое  вещество. Показатели свойств представлены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели свойств модифицированной каменноугольной смолы.

Таблица1

В настоящее время на строительном рынке Казахстана предлагаются различные пропитывающие («омолаживающие») составы. Они предназначены для профилактической защиты асфальтобетонного и цементобетонного покрытия на начальной стадии шелушения, выкрашивания, при неудовлетворительных показателях по водонасыщению, а также на участках с признаками дефектов в виде «мокрых» пятен (участки с повышенным водонасыщением); на покрытиях, имеющих явные признаки шелушения,  волосяных трещин, мелких выбоин или выкрашивания. «Омолаживающие» составы по заявлению разработчиков проникают в структуру асфальтобетона, восстанавливают эластичность и повышают упругость асфальтобетонного покрытия, продлевают межремонтные сроки на 2 — 3 года. По своей природе они представляют собой текучие микробитумополимерные или другие композиции, содержащие нефтепродукты.

Для оценки возможности применения каменноугольной смолы в качестве пропитывающего состава необходимо разжижить доставленную пробу до текучего состояния. Разжижение смолы производилось дизельным топливом. Для этого ее разогревали и в теплом состоянии вводили разбавитель  до текучего состояния.

Методической основой лабораторных исследований является сопоставительный анализ результатов лабораторных испытаний контрольных образцов асфальтобетона необработанных и обработанных разжиженной каменноугольной смолой.

Подготовка к проведению испытания

Для проведения испытания приготовлены образцы асфальтобетона тип Б. У данных образцов определены исходные значения плотности и водонасыщения. Эти результаты являются контрольными и служат для сравнительной оценки с образцами, обработанными пропиточным составом ПС-1.

Подготовка образцов

Образцы выдержаны при температуре  +20 ºС (±2 ºС) в течение суток и испытаны на плотность и водонасыщение. Затем эти же образцы вновь  высушивают до первоначальной массы . После высыхания, каждый образец обвязывают ниткой и погружают на 5-10 секунд в разогретый до жидкого состояния воск. Затем образцы достают из жидкого воска и дают возможность излишкам стечь. Подготовленные образцы оставляют на воздухе при температуре +20ºС (±2ºС) не менее 30 минут и снова испытывают их на плотность и  водонасыщение.

Для определения эффективности применения исследуемого состава были заформованны асфальтобетонные образцы — балочки типа Б. Для данных образцов определены плотность и водонасыщение, образцы-балочки со всех сторон обработаны  составом из каменноугольной смолы (рис. 1) . Затем вновь определены те же показатели.

Рис.1

Рис. 1. Асфальтобетонные образцы для анализа

Результаты испытаний приведены в таблице 2. По результатам испытаний при обработке асфальтобетона составом из каменноугольной смолы значение показателя водонасыщения обработанного пропиточным составом, снизилось в 1,3 раза, что является свидетельством того, что он обеспечивает их гидроизоляцию.

Таблица 2. Результаты испытаний гидроизоляционного покрытия.

Таблица2

Из анализа результатов испытаний следует, что при обработке образцов асфальтобетона понижается показатель его водонасыщения, тем самым повышается устойчивость покрытий к выкрашиванию и шелушению.

Для получения технологически удобо-распыляемого состава необходимо отработать процесс разжижения, состав самого разжижителя. Очень важно при обработке поверхности покрытия обеспечить безопасность проезда после высыхания (покрытие не должно быть скользким) [5].

Таким образом, метод модификации каменноугольной смолы коксохимических производств [3] является наиболее перспективным и практичным. Непригодная для дальнейшего использования из-за своих низких показателей физико-химических и механических свойств каменноугольная смола после модификации имеет улучшенные в разы свойства: высокие механические и адгезионные показатели, благодаря которым можно повысить качество асфальтового покрытия при строительстве современных дорог.

Улучшение свойств дорожного материала в тех или иных погодных условиях, его прочность и сопротивляемость агрессивным средам, а также снижение затрат на производство асфальтовых покрытий является в настоящее время одним из перспективных направлений в развитии дорожного строительства. Модифицированная смола — твердый, нетоксичный продукт, полученный из отходов коксохимического производства, легко транспортируемый до потребителя, а полученный на его основе состав обладает всеми необходимыми для дорожного гидроизоляционного материала свойствами.

Список литературы

  1. Справочник коксохимика. Под ред. А. К. Шелкова, т. 1-6. — М., 1964.
  2. Литвиненко М.С. Химические продукты коксования (Производство и использование). — Киев, 1974 .
  3. В.В. Меркулов, А.А. Маринин, С.Н. Мантлер, Р.А. Айтбаев, С.А. Есжанов. Способ получения модифицированной коксохимической смолы. Республиканский научный журнал «Вестник КГИУ» №3 (10) 2015, с.56-60.
  4. Пластики конструкционного назначения. (Реактопласты). Под ред. E.Б. Тростянской. — M., 1974.
  5. Заключение по эффективности применения смолы каменноугольной модифицированной в качестве пропиточного состава. Исх. 814/04-01 от 11.08.15. АО «КаздорНИИ», г.Алматы, 2015.

Post a comment

Book your tickets