Исследование свойств крупнотоннажных продуктов лесохимии как пластификаторов дорожных битумов

Введение. Повышение транспортной нагрузки на автомобильные дороги вследствие роста грузоперевозок автомобильным транспортом и смещения деловой активности в области Урала, Сибири и Дальнего Востока требуют обеспечения удовлетворительных межремонтных сроков покрытий автомобильных дорог в жестких природно-климатических условиях. При этом планомерное увеличение глубины переработки нефти приводит к снижению содержания предельных низкомолекулярных углеводородов в составе битумов нефтяных дорожных вязких окисленных, повсеместно применяющихся на территории нашей страны. Поэтому все более актуальной становится задача повышения низкотемпературных характеристик битума и модифицированных вяжущих на его основе. Перспективным во многих отношениях является применение для указанных целей побочных продуктов лесопереработки и лесо-химии, производство которых сосредоточено в основном в регионах, где требуются марки битумов с повышенной морозостойкостью.

Материалы и методы. В качестве исследуемых материалов рассмотрены традиционные для России битумы нефтяные дорожные вязкие окисленные марки БНД 70/100 и образцы пека таллового, крупнотоннажно получающегося в ходе лесопереработки на ряде отечественных предприятий. С целью определения специфических для исследуемых образцов физико-механических характеристик были использованы методы дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа.

Результаты. Представлены результаты комплексных исследований возможности применения растительных пластификаторов — продуктов лесопереработки и лесохимии в качестве регуляторов физико-механических свойств комплексных дорожных вяжущих, термогравиметрический анализ компонентного состава битумов, а также товарных продуктов лесопереработки.

Выводы. Разработанные на основании комплекса проведенных практических исследований рекомендации позволяют прогнозировать улучшение эксплуатационных показателей смесевых вяжущих при изменении их физико-
химического состава на этапе подготовки к производству асфальтобетонных смесей.

1. Дубина С.И., Кандрашин В.Г. Качество российских автомобильных дорог // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. 2006. № 2 (2). С. 48–50. EDN KDNKIZ.

2. Ерофеев В.Т., Ликомаскина М.А., Афонин В.В., Архипова А.И. Стойкость асфальтобетонов в условиях воздействия биосреды // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 10. С. 1358–1371. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.10.1358-1371. EDN SKBEFD.

3. Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Mineral carriers for nanoscale additives in bituminous concrete // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1040. Pp. 80–85. DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.1040.80

4. Гохман Л.М. Дорожный полимерасфальтобетон. М. : Экон-Информ, 2017. 477 с.

5. Chen M., Javilla B., Hong W., Pan C., Riara M., Mo L. et al. Rheological and Interaction Analysis of Asphalt Binder, Mastic and Mortar // Materials. 2019. Vol. 12. Issue 1. P. 128. DOI: 10.3390/ma12010128

6. Lesueur D. The colloidal structure of bitumen: Consequences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification // Advances in Colloid and Interface Science. 2009. Vol. 145. Issue 1–2. Рp. 42–82. DOI: 10.1016/j.cis.2008.08.011

7. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. М. : Транспорт, 1973. 261 с.

8. Schaur A., Unterberger S., Lackner R. Impact of molecular structure of SBS on thermomechanical properties of polymer modified bitumen // European Polymer Journal. 2017. Vol. 96. Pp. 256–265. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2017.09.017

9. Kök B.V., İrhan B., Yılmaz M., Yalçın E. Research on the rheological properties of bitumen modified with waste photopolymer // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 346. P. 128446. DOI: 10.1016/j.con-buildmat.2022.128446

10. Сафина И.Р., Ибрагимова Д.А., Яушев Э.А., Хисмиев Р.Р. Применение метода SARA-анализа для характеристики нефтяных дисперсных систем // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 24. С. 212–213. EDN THHJPH.

11. Adams J.J., Rovani J.F., Planche J.-P., Loveridge J., Literati A., Shishkova I. et al. SAR-AD Method to Characterize Eight SARA Fractions in Various Vacuum Residues and Follow Their Transformations Occurring during Hydrocracking and Pyrolysis // Processes. 2023. Vol. 11. Issue 4. P. 1220. DOI. 10.3390/pr11041220

12. Иванова Л.В., Буров Е.А., Кошелев В.Н. Асфальтосмолопарафиновые отложения в процессах добычи, транспорта и хранения // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2011. № 1. С. 268–284. EDN OOVKYV.

13. Абдрафикова И.М., Каюкова Г.П., Вандюкова И.И., Морозов В.И., Губайдуллин А.Т. Фракционный состав асфальтенов из природных битумов пермских отложений Татарстана // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 3. С. 180–186. EDN NDPLCP.

14. Прокопович С.С. Система учета лесных ресурсов в составе национального богатства страны: оценка состояния и перспективы развития // Труды БГТУ. Экономика и управление. 2011. № 7. С. 102–105. EDN SQTLQT.

15. Zhang R., Wang H., You Z., Jiang X., Yang X. Optimization of bio-asphalt using bio-oil and distilled water // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 165. Рp. 281–289. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.07.154

16. Ферару Г.С. Эколого-экономические аспекты образования и переработки отходов (на примере лесопромышленного комплекса) // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 2 (82). С. 86–99. EDN MJBGZV.

17. Головин А.И., Трофимов А.Н., Узлов Г.А. и др. Лесохимические продукты сульфатно-целлюлозного производства. М. : Лесн. промышленность, 1988. 286 с.

18. Исмагилов Р.М., Радбиль А.Б., Радбиль Б.А. Модифицирование таллового пека параформальдегидом // Химия растительного сырья. 2003. № 2. С. 59–64. EDN HYPXXR.

19. Семенычева Л.Л., Маврина Е.А., Ильичев И.С., Щепалов А.А. Анализ свойств таллового пека как исходного сырья для получения связующего пека анодной массы электролизеров для производства алюминия // Химия растительного сырья. 2014. № 4. С. 229–233. EDN TQBWWJ.

20. Исмагилов Р.М., Радбиль А.Б., Радбиль Б.А. Пути квалифицированного использования таллового пека // Химия растительного сырья. 2004. № 2. С. 73–76. EDN HYPYUJ.

21. Chen G., Zhang B., Zhao J., Chen H. Improved process for the production of cellulose sulfate using sulfuric acid/ethanol solution // Carbohydrate Polymers. 2013. Vol. 95. Issue 1. Pp. 332–337. DOI: 10.1016/j.car-bpol.2013.03.003

22. Zhang K. et al. Synthesis of carboxyl cellulose sulfate with various contents of regioselectively introduced sulfate and carboxyl groups // Carbohydrate Polymers. 2010. Vol. 82. Issue 1. Pp. 92–99.

23. Пижурин А.А., Пижурин А.А. Основы научных исследований в деревообработке. М. : МГУЛ, 2005. 304 с. EDN QNJGPF.

24. Schweiger R.G. New cellulose sulfate derivatives and applications // Carbohydrate Research. 1979. Vol. 70. Issue 2. Pp. 185–198. DOI: 10.1016/S0008-6215(00)87099-8

25. Курзин А.В., Евдокимов А.Н., Трифонова А.Д., Курзина О.С. Получение сопряженных жирных кислот таллового масла // Химия растительного сырья. 2011. № 2. С. 183–184. EDN OCQQYR.

26. Ситникова В.Е., Пономарева А.А., Успенская М.В. Методы термического анализа : учебное пособие. СПб. : ИТМО, 2021. 152 с. EDN SXYAMM.

27. Дудочкина Е.А., Лямкин Д.И., Черкашин П.А., Жемерикин А.Н. Структурно-механические свойства высоконаполненных полиолефиновых композиций для кабельного заполнения // Успехи в химии и химической технологии. 2013. Т. 27. № 2 (142). С. 126–130. EDN RNJNON.

28. Скрозников С.В., Лямкин Д.И., Рудаков Г.Ф., Прокофьева И.А., Жемерикин А.Н., Кобец А.В. и др. Особенности эксплуатационных свойств кабельных изделий с полимерным заполнением // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. 26. № 3 (132). С. 34–37. EDN RCCFSZ.

29. Аскадский А.А. Количественный анализ влияния химического строения на физические свойства полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1995. Т. 37. № 2. С. 332–357.

30. Notani M.A., Nejad F.M., Fini E.H., Hajikarimi P. Low-Temperature Performance of Toner-Modified Asphalt Binder // Journal of Transportation Engineering, Part B: Pavements. 2019. Vol. 145. Issue 3. P. 04019022. DOI: 10.1061/JPEODX.0000123

31. Sandrasagra J., Ma J., Hesp S.A.M. Understanding the field performance of asphalt binders in continental climates through modulated differential scanning calorimetry // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 391. P. 131857. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.131857

32. Ding H., Hesp S.A.M. Another look at the use of modulated differential scanning calorimetry to study thermoreversible aging phenomena in asphalt binders // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 267. P. 121787. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121787

33. Фролов И.Н., Башкирцева Н.Ю., Зиганшин М.А., Фирсин А.А. Особенности идентификации низкотемпературных термических эффектов на ДСК термограммах битумов // Вестник Технологического университета. 2016. Т. 19. № 18. С. 58–61. EDN WYBRZZ.

34. Frolov I.N., Firsin A.A., Okhotnikova E.S., Yusupova T.N., Ziganshin M.A. The study of bitumen by differential scanning calorimetry: the interpretation of thermal effects // Petroleum Science and Technology. 2019. Vol. 37. No. 4. Pp. 417–424. DOI: 10.1080/10916466.2018.1550499. EDN CQYTWV.