Табиғи битумдар негізіндегі көмірсутекті материалдардың экологиялық қауіпсіздігі

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 38 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
Алматы технологиялық университеті

Табиғи битумдар негізіндегі көмірсутекті материалдардың экологиялық қауіпсіздігі
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

5В060800 - Экология

Алматы

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

I бөлім.
1.1 Мұнай және табиғи битумдарының құрамы мен құрылымының физика-химиялық ерекшеліктері
1.2 Полимерлі-битумды тұтастырғыштардың құрылымын қалыптастыру өзгешелігі

II бөлім.
2.1 Табиғи битум мен ауыр майларды игеру әдістері
2.2 Битум өндіріс орындары мен тасымалдаушы компаниялар
III бөлім.
3.1 Битумның адамға және қоршаған ортаға тиетін зияны
3.2

ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

ҚОСЫМШАЛАР

КІРІСПЕ
Битум табиғи немесе жасанды болуы мүмкін. Құрамында массасы бойынша 20%-дан астам минералды қоспасы бар табиғи битум табиғи асфальт, ал сынғыш минералды қоспасы жоқ, жоғары температурада балқитын түрі табиғи асфальтит деп аталады.
Қазіргі кезде табиғи битум негізінен тау жыныстарынан - битумды әктас, доломит, құмтас, тақтатастардан алынады. Табиғи битумның түзілуін әртүрлі жастағы геологиялық қыртыста кездесетін мұнайлардың тотығуы мен қоюлануының нәтижесі деп санауға болады. Мұнай жер астында жылжиды, кеуекті, жарқыраған шөгінді жыныстарға жиналады да, жоғары температура мен қысымның әсерінен, сондай-ақ тотығу процесі қатты немесе жабысқақ битумға айналады, яғни табиғи битум климаттық жағдайлардың әсерінен мұнайдан түзіледі. және геологиялық факторлар. Осы факторлардың әсерінен мұнай құрамындағы жеңіл көмірсутектер буланып, қалған өнім тотығады және полимерленеді. Бұл битумдар жердің жоғарғы қабатында жиналады немесе жер бетіндегі көлдерді құрайды.
Табиғи битум асфальтты жыныстарды ыстық сумен (қазанда қайнаған) трихлорэтиленмен немесе басқа органикалық еріткіштермен өңдеу арқылы алынады. Табиғи битумдар ауа райы жағдайларына төзімді және тас материалдарының бетіне жақсы адгезияға ие. Бұл кезде тау жыныстары, әсіресе карбонатты жыныстар ұнтақ күйінде ұсақталады. Алынған битумды ұнтақ асфальтбетонның құнды құрамдас бөлігі болып табылады. Табиғи немесе мұнай битумының битум ұнтағымен жақсы араласқан қоспасы асфальт мастикасы деп аталады.
Табиғи битум мұнайдан алынады. Климаттық және геологиялық факторлардың әсерінен мұнайдан жеңіл қосылыстар бөлінеді, ал қалған массасы тотығады және полимерленеді. Бұл битумдар жер қыртысының жоғарғы қабаттарында жиналады немесе ашық көлшіктер түзеді.
Битум жер қыртысында пайда болған кезде оны әктас, доломит және басқа тау жыныстары сіңіріп, битумды немесе асфальтты жыныстарды құрайды және оның құрамындағы битумның үлесі шамамен 5-20% құрайды. Асфальтбетонды жыныстардағы битум үлесінің 10%-ға артуы кезінде одан битум алу тиімді болып саналады. Битумды көбінесе суда қайнату немесе органикалық еріткіштерде еріту арқылы ажыратады.
Бірінші әдіс бойынша асфальтбетон тасты қалыңдығы 6-10 мм бөліктерге бөліп, суы бар ыдысқа салады. Битумды минералды бөлшектерден бөлуді жеңілдету үшін суға тұз қышқылы қосылады. Тау жыныстары мен қышқылданған судың қоспасы үнемі араластыра отырып қайнайды, нәтижесінде битум бөлініп, су бетіне көтеріледі. Ол арнайы құрылғының көмегімен бөлініп, минералды бөлшектер мен суды бөлу үшін тұндырғыштарға жиналады. Қажет болса, битум ауамен тотықтырылады.
Екінші әдіс бойынша тау жыныстарын ұсақтап, арнайы ыдысқа салады, органикалық еріткіштерді құйып, араластырады. Битумды еріткіште ерітеді, ерітінді басқа ыдысқа құйылады және битум булану арқылы бөлінеді. Битумды бөлудің бірінші әдісі екіншісіне қарағанда үнемді.
Жер бетіндегі битум мұнайдың жер бетіне ағуы нәтижесінде түзіліп, жер бетіндегі шалшық түрінде пайда болады.
Тау жыныстарындағы битум аз болса, онда оны ұсақтап, битум ұнтағын алуға пайдаланады. Жоғары дисперсті ұнтақ зауытта асфальт-мастика, асфальтбетон, коррозияға қарсы жабындар және гидрофобты қоспалар өндіру үшін қолданылады.
Бұрынғы КСРО территориясында құрамында битум бар тау жыныстары Тбилисиде, Бакуде, Камчаткада, Сібірде, Орталық Азияда кездеседі. Қазақстан аумағында битумды жыныстар Маңғыстау облысында кездеседі.

Диплом жұмысының мақсаты: Битумдар негізіндегі көмірсутекті қалдықтардың қоршаған ортаға зиянды әсерін анықтау және алдын алу.

Міндеттері:
Битум маңыздылығын және адам қолданысын талдау;
Битумдар негізіндегі көмірсутекті қалдықтардың қорша түсу жолдарын анықтау;
Қоршаған ортаны ластанудан қорғау шараларын қарастыру.

Ғылыми жаңалығы: Битум және табиғи битум қалдықтары қоршаған ортаға зияны сараланды.

I бөлім
1.1 Битум ерекшеліктеріне байланысты қолданысы және маңыздылығы
Қазақстан аумағында мұнай-битуминозды жыныстардың 60-тан астам кен орны анықталды. Олар елдің батыс аймақтарында кездеседі және көмірсутек шикізатының қорларын ұлғайту үшін перспективалы болып табылады. Жеңіл мұнайдан айырмашылығы, табиғи битумдар көп жағдайда тығыздығы мен тұтқырлығының жоғары мәндерімен сипатталады, бұл олардың құрамындағы шайырлы-асфальтенді заттардың жоғарылауымен байланысты. Олар ассоциативті өзара әрекеттесуге және құрылымға бейім, сонымен қатар құрамында гетерорганикалық қосылыстар мен Металдарды шоғырландырады, сондықтан олардың құрамының жоғарылауы оларды өндіруді ғана емес, өңдеуді де қиындатады. Тығыздығы бойынша табиғи битумдарды ауыр майларға жатқызуға болады. Табиғи битумдағы күкірт мөлшері бірдей дерлік, 1,5 және 1,42 масс. %.
Нақты деректер бойынша, жол жабындарын орнықтыруда төмен температураның әсеріне, температураның өзгеруіне, түрлі деформациялық жүктемелерге төтеп беру қабілеті бар тұтастырғыш ретінде мұнай битумы кең түрде қолданылатын материал болып табылады. Қазіргі уақытта Қазақстанда жол битумын өндіретін 4 зауыт жұмыс істейді, олардың жалпы қуаттылығы жылына 1,2 млн тонна құрайды. Отандық өндіріс жол саласының қажеттілігін толық қамтамасыз етеді. 2016 жылы Каспийбитум кәсіпорнында битумның негізгі өндірісі іске қосылды. ҚР Энергетика министрлігінің 2015-2021 жылдардағы негізгі көрсеткіштерін талдау кезінде битум өндірісінің көлемі 2015 жылдан бастап 2 есе өскенін көрсетті.

Битумдар - бұл қара немесе қоңыр қошқыл түсті органикалық заттар,ол салыстырмалы түрде жоғары молекулалы көмірсутектер және металл емес туындылар, яғни күкірт, азот немесе оттегі бар көмірсутекті қосылыстардан тұрады. Кәдімгі модифицирленбеген битумның қасиеттері жол жабындарын жоғары және төмендетілген температураларда қатты байқалатын қажетті кешенді қасиеттерін алуға мүмкіндік бермейді .
Битумның сапасын сипаттайтын ең маңызды қасиеттері:
тұтқырлық;
жұмсарту температурасы;
сынғыштық температурасы;
тұтану температурасы;
жоғары адгезия.
Тұтқырлық - битумның ішкі қабаттарының бір-біріне қатысты қозғалысқа төзімділігі. Тұтқырлық битумның құрылымдық-механикалық қасиеттерінің негізгі сипаттамасы болып табылады, ол негізінен температура мен топтық құрамына байланысты. Көптеген битумдар үшін тұтқырлық өзгермелі және ығысу кернеуі немесе деформация жылдамдығы градиентінің жоғарылауымен төмендейді. Температура жоғарылағанда тұтқырлық төмендейді, азайған кезде тұтқырлық тез артады, ал теріс температурада битум сынғыш болады.
Битумдардың құрамы
Элемент
% массасы
Көміртек
80-85
Сутегі
8-11,5
Оттегі
0,2-4
Күкірт
0,5-7
Азот
0,2-0,5

Битумды бөлудің әртүрлі әдістерін қолданғанда, топтардың саны, олардың мазмұны мен құрылымы бойынша әртүрлі әдістер алынады. Маркусон әдісі бойынша битум майлар, шайырлар, асфальтендер және асфальтогенді қышқылдар және олардың ангидридтері болып бөлінеді. Битум сонымен қатар шайырлар мен майлардың қосындысы болып табылатын асфальтендер мен мальтендерге бөлінеді.
Майлар. Майлар битумның қаттылығы мен жұмсарту температурасын төмендетеді, сұйықтығы мен ұшқыштығын арттырады. Майлардың элементтік құрамы:
-көміртек 85-88%;
-сутегі 10-14%;
-күкірт 4,5% дейін;
Майлардың молекулалық массасы 240-800, көміртегі-сутегі қатынасы әдетте 0,55-0,66, тығыздығы 1 гсм3-ден аз.
Мұнайлардың нафтендік құрылымдарында 20-дан 35-ке дейін көміртек атомдары болады, тығыздығы 0,82-0,87 гсм3, сыну көрсеткіші 1,4-1,49, молекулалық массасы 450-600.
Бициклді ароматты көмірсутектердің сыну көрсеткіші 1,535-1,59, молярлық массасы 430-600. Полициклділердің сыну көрсеткіші 1,59-дан жоғары, молекулалық салмағы 420-670.
Шайырлар. Кәдімгі температурада шайырлар қызыл-қоңыр түсті қатты заттар болып табылады. тығыздығы 0,99-1,08 гсм3. Шайырлар битумның пластикасын, қаттылығын және созылғыштығын сипаттайды. Олар гетероциклді және циклдік құрылымды жоғары молекулалы органикалық қосылыстарға жатады, конденсациялану дәрежесі жоғары, өзара алифатты тізбектермен байланысқан. Шайырлардың молекулалық массасы 300-2500.
Шайырлардың элементтік құрамы
- көміртегі салмағы 79-87%;
-сутегі 8,5-9,5%;
- оттегі 1-10%;
- күкірт 1-10%;
- 2% дейін азот;
Шайыр молекулаларының көміртек қаңқасы көбіне алифатты бүйірлік тізбектері бар ароматты біріктірілген сақиналардан тұратын полициклді жүйе болып табылады. Шайырлардан асфальтендерге көшу асфальтендердің конденсациялану дәрежесінің жоғарылауымен ароматты құрылымдардағы көміртек атомдарының үлесінің ұлғаюымен бірге жүреді. Бұл сутегі құрамының төмендеуімен және көміртегі-сутек қатынасының жоғарылауымен расталады. Шайырды құрайтын қосылыстардағы көміртек атомдарының саны 80-100-ге жетеді. Асфальтендермен салыстырғанда шайырлар алифатты тізбектердің үлкен саны мен ұзындығына ие. Жұмсартатын шайырлардың температурасы 35-90 ̊С
Асфальтендер. Асфльтендер - қара немесе қоңыр түсті қатты сынғыш заттар. Олар қалыпты құрылымдағы қаныққан көмірсутектерде, аралас полярлы еріткіштерде ерімейді, бірақ беттік керілуі жоғары сұйықтықтарда - бензол мен оның гомологтарында, күкірт көміртегі мен төрт хлорлы көміртекте оңай ериді.
Асфальтендер тығыздығы 1 гсм3 астам. Молекулалық массасы 1200-200000. Асфальтендер кеңістіктік құрылымды құруға дейін циклдік қосылыстардың тығыздануының өнімі болып табылады. Асфальтендердегі ароматты, нафтендік және гетероциклді сақиналардың циклділік дәрежесінің қатынасы, сондай-ақ олардың конденсациялану дәрежесі кең текті асфальтендер үшін кең ауқымда ауытқиды. Асфальтендер үшін көміртегі-сутегі атомдық қатынасы 0,94-1,3 аралығында. Ароматтылық дәрежесі 2,8-4,7. Асфалтен молекулалары терең тотығу кезінде төмендейді. Икемділік, қозғалғыштық және икемділік жоғалады, ерігіштік нашарлайды. Бұл түрлендірулер тотыққан битумнан оқшауланған екіншілік асфальтендердің шикізат құрамындағы асфальтендерге қарағанда жоғары морт және көміртегі-сутегі қатынасымен, төмен молекулалық салмағымен және ерігіштігімен сипатталатынын түсіндіреді.
Битум қасиеттерінің маңызды сипаттамасы, сондай-ақ сақина және шар (С және Ш) құрылғысында анықталған жұмсарту температурасы болып табылады.массасы 3,5 г металл шардың әсерінен деформацияланған жезден жасалған сақина (диаметрі 16,0 мм). және минутына 5 ° C жылдамдықпен суды бірте-бірте қыздыру, стендтің төменгі сөресіне тиеді. Құрылғы тірегінің төменгі сөресі сақинадан стандартты қашықтықта, 25 мм-ге тең. Тұтқыр және қатты битумдардың жұмсарту температурасы 20-дан 95°С-қа дейін.
Битумның термиялық қасиеттерін сипаттау үшін жұмсарту температурасынан басқа морт сынғыштық температурасы анықталады.
Битумның сынғыштық температурасы арнайы Фрааса аспабында анықталады. Осы мақсатта сыналатын битум жезден жасалған пластинаға жұқа қабатпен жағылады, оны битуммен бірге құрылғыдағы құрылғы арқылы суытып, майыстыруға болады. Битумның жұмсақ иілген қабатында бірінші жарықшақ пайда болған температура сынғыштық температурасы ретінде қабылданады. Мысалы, жол битумының сынғыштық температурасы -20-дан +5°С-қа дейін болуы мүмкін. Битумның сынғыштық температурасы неғұрлым төмен болса, оның аязға төзімділігі жоғарырақ және сапасы жоғары болатыны анық.
Тұтану температурасы - ашық тигельде битумды қыздырғанда пайда болатын булар жалыннан тұтанатын температура. Тұтану температурасы стандартты аспапта анықталады және битум буының жарқырауы кезінде термометрмен белгіленеді. Қатты және тұтқыр битумның тұтану температурасы әдетте 200 ° C-тан жоғары және оны қыздырған кезде битумның жанғыштық дәрежесін сипаттайды.
Битумдардың маңызды ерекшелігі олардың жоғары адгезиясы - әртүрлі минералды және органикалық материалдардың бетіне жабысуы. Адгезияны анықтаудың көптеген әдістері мен құралдары бар. Солардың бірі - визуалды әдіс, оған сәйкес битумның минералды материалдардың бетіне жабысу дәрежесі бес балдық шкала бойынша бағаланады. Битумның тамаша адгезиясы қиыршық тас немесе қиыршық тас бетіндегі битум қабықшасы тазартылған суда қайнағаннан кейін толығымен сақталған жағдайда 5 балл. Өте нашар адгезия, бір ұпаймен бағаланады, қайнағаннан кейін битум пленкасы минералды дәндерден толығымен ығысып, су бетіне қалқып шығады.
Жол жабындары
Жол жабындарын өндіруде битумның маңызы ерекше. Мұндай жабындар беріктік, қауіпсіздікті қамтамасыз етеді және бетоннан 2-2,5 есе арзан. Тротуарлар негізден (жабынға беріктік беретін, оны біркелкі ететін, сонымен қатар қозғалыс қысымын жерге тасымалдайтын) және төсеніштен тұрады. Жол төсемдерінің көпшілігіне тән минералды толтырғыштар мен битум қосындысы, оларда соңғысы күшті су өткізбейтін байланыстырушы орта ретінде пайдаланылады.
Жол төсемінің түрін және оны салу әдісін таңдау жергілікті жағдайлармен, көлік құралдарының сипатымен және берілген жолдағы қозғалыс қарқындылығымен анықталады. Жол төсемдерін салудың келесі әдістері қолданылады: жолдың, топырақтың, негіздің битумымен бетін өңдеу; жолды битуммен сіңдіру; асфальт араластырғышта бұрын тас материалмен араластырылған битуммен жолды төсеу; жолда битумды тас материалмен араластыру. Өңделген және төселген қоспаның температурасына байланысты жабындарды салудың ыстық және суық әдістерін ажыратады.
Битумдарды қолдану салалары бойынша жіктеу
Битумдар жол, оқшаулау, шатыр, құрылыс, арнайы мақсаттағы битумдар ретінде жіктеледі.Оқшаулау мұнай битумдары - құбырларды коррозиядан қорғау мақсатында оқшаулау үшін, сондай-ақ құю аккумуляторлық мастикаларын дайындау үшін қолданылады.Шатыр битумдары- шатырды жасау және шатыр материалдарын өндіру үшін қолданылады. Олар сіңдіру және жабу болып бөлінеді (негізді сіңдіру және жабын қабатын алу үшін) Құрылыс мұнай битумдары -құрылыс - жөндеу жұмыстарын жүргізу кезінде, ғимараттардың іргетастарын гидрооқшаулау үшін қолданылады.
Лак-бояу материалдарын дайындау үшін, металл конструкциялар мен құрылыстарды бояу үшін шина және электр өнеркәсібінде арнайы мақсаттағы битумдар қолданылады.Жолдағы тұтқыр мұнай битумдары жол жабындарын жөндеу мен салудың барлық негізгі түрлерін өндіру үшін қолданылады.Сұйық мұнай битумдары жол жұмыстарының маусымын ұзарту үшін қолданылады.
Процестің физика-химиялық мәні.
Шикізатты битумға дейін тотығу процесі газ (ауа) және сұйық (тар) фазалар арасындағы гетерогенді реакция болып табылады.
Химиялық тұрғыдан алғанда, тотығу процесі тек оттегінің қосылу реакциясы ғана емес, сонымен қатар сутектің бөліну реакциясы болып табылады. Гудронды битумға дейін тотықтыру ауаны сұйықтық қабаты арқылы үрлеу арқылы тотықтырғыш аппараттарда жүзеге асырылады. Бұл жағдайда молекулалық оттегі шикізаттың құрамдас бөліктерімен әрекеттеседі. Процесс радикалды механизм арқылы жүретін параллельдітізбекті реакциялардың көп мөлшерін қамтиды.
Тотығу процесінде келесі типтік реакциялар бөлінеді:
- молекулалар мөлшерінің едәуір ұлғаюы жүретін реакциялар;
- молекулалардың мөлшері аздап өзгеретін немесе өзгермейтін реакциялар.
- молекулалар мөлшері азаятын реакциялар;
- жеңіл көмірсутекті фракцияларды айдау арқылы концентрация.
Мұнай көмірсутектерінің оттегімен тотығуы бір уақытта екі бағытта жүреді:
Көмірсутектер
Қышқылдар
Оксиқышкылдар
Асфальтенді қышқылдар

Шайырлар
Асфальтендер
Карбендер
Карбоидтар

Тотығу жағдайларына байланысты қышқыл және бейтарап тотығу өнімдерінің өзара өзгеруі мүмкін.
Гудрон компоненттерімен әрекеттесетін оттегінің көп бөлігі дегидрогенизация реакциясын тудырады және шығатын газдармен қосылыстар түрінде шығарылады (негізінен су буы және көмірқышқыл газы). Қалған оттегі химиялық түрде тотыққан қосылыстар түрінде байланысады. Тотыққан битуммен байланысқан оттегінің негізгі мөлшері эфир топтары түрінде болады.
Орташа алғанда, олар байланысқан оттегінің 60% құрайды және 40% гидроксил, карбонил және карбоксил топтары арасында шамамен бірдей бөлінеді. Тотыққан битумдағы химиялық байланысқан оттегінің мөлшері мұнай қалдықтарының ароматтылғы жоғарылауымен және тотығу температурасының төмендеуімен артады. Тотығу тереңдеген сайын, битумдағы көміртектің сутекке қатынасы артады. Битумның тотығуымен химиялық байланысқан оттегінің негізгі мөлшері қосынды топтар (-СОО) түрінде және аз мөлшерде және гидроксил (-ОН), карбоксил (-СООН) және карбонил (=СО) топтарында болады. Топтардың қатынасы шикізаттың табиғатына және тотығу процесінің жағдайларына байланысты (температура және тотығу процесінің ұзақтығы^ ауаны беру. Тотығу процесінде пайда болған төмен молекулалы органикалық өнімдер (дистиллят) - үрлеу (қара дизель) деп аталады. Алынған үрлеу мөлшері шикізаттағы "Ұшпа" құрамына және тотығу тереңдігіне байланысты. 50-60°С битумның жұмсарту температурасына сәйкес келетін тотығу тереңдігінде 0,5-2,0% мөлшерінде үрлеу пайда болады.
Битум химиялық тұрғыдан аз оттегін байланыстырады, битумды жұмсарту температурасы соғұрлым жоғары болады. Тотығу үшін ауамен берілетін оттегінің негізгі мөлшері 10-20% судың пайда болуына, көмірқышқыл газының түзілуіне және құрамында оттегі бар органикалық заттардың пайда болуының аз ғана бөлігіне жұмсалады. Берілген оттегінің бір бөлігі реакцияға кірмейді және шығатын газдармен бірге шығарылады. Гудронның тотығу процесі жылу шығарумен бірге жүреді. Экзотермиялық тотығу реакциясы реакция аймағындағы температураны жоғарылатады. Реакцияның жылу әсері шикізаттың химиялық сипатына, тереңдігі мен тотығу жағдайларына байланысты. Ең аз әсер тотығудың бастапқы кезеңінде байқалады. Тотығу температурасының жоғарылауымен жылу әсері төмендейді. Жол битумдарын алу реакциясының жылу әсері 45-тен 150 ккалкг-ға дейін, ал құрылыс үшін 250 ккалкг-ға дейін.

Басқа қолданыстар
Битумды қолданудың басқа салаларына мыналар жатады: өнеркәсіптік және халық ғимараттары мен құрылыстарды салу; толтыру аккумуляторлық мастикалар, электр оқшаулағыш таспалар мен құбырлар, радиоөнеркәсіп өнімдері үшін жабындар, термопластикалық қалыптау материалдары, пластификаторлар, кокс, прокат стандарына арналған жағармайлар, арнайы жабындар мен бұйымдар, мұнай және газ ұңғымаларын бұрғылау кезінде қолданылатын коллоидты ерітінділер өндірісі; брикеттеу; радиоактивті сәулеленуден қорғау; өнімділікті арттыру; микроорганизмдердің әрекетінен қорғау және т.б.
Болашақта битумдар өзінің ерекше қасиеттеріне байланысты - беріктігі, термопластикалық қасиеті, суға төзімділігі, атмосфералық құбылыстарға төзімділігі, жылуды, электр тогын және дыбысты нашар өткізгіштігі және басқалары - халық шаруашылығында бұдан да кеңірек және алуан түрлі қолданыс табатын болады.

Битумдар су өткізбейтін агенттер ретінде
Битум өте ұзақ уақыт бойы гидрооқшаулағыш ретінде қолданылған. Олар су өткізбейтін және төмен температурада деградацияға төзімді, улы емес және ауыз су қоймаларын жабу және су құбырларын төсеу үшін қауіпсіз пайдалануға болады.
Битумдар гидротехникалық құрылыстарда, атап айтқанда, су өткізгіш тау жыныстарына ағып кетпеу үшін және жағалаулар мен каналдарды көшкіндерден қорғау үшін кеңінен қолданылады. Гидроизоляциялық материал битумды минералды толтырғышпен араластыру арқылы алынады. Мұндай материалдан жасалған жабындар бассейндерде, су қоймаларында, бөгеттерде, бөгеттерде, өзен беткейлерінде, теңіздерде, каналдарда, айлақтарда, порттарда су ағынынан ұзақ мерзімді қорғауға кепілдік береді. Қоспа сонымен қатар жүктеме кезінде жеткілікті беріктікке ие және басқа материалдармен салыстырғанда төмен құны бар.
Битумды материалдарды пайдаланатын гидротехникалық құрылыстардың құны тез өтеледі. Битуминозды қоспалар пирстер мен толқын суларының құрылысында да қолданылады. Пирс қонған кезде жабын деформацияланады, бірақ жарылып кетпейді. Арнайы битумды эмульсияларды топыраққа айдау.

Шатырға арналған материалдар
Битумдар шатыр жабыны (рубероид) және гидрооқшаулағыш картон өндірісінде кеңінен қолданылады - шатыр, өнеркәсіптік, халық және басқа құрылымдарға арналған гидроизоляциялық материалдар.
Бұл құрылыс материалдарын өндіру технологиясы шамамен бірдей және оны рубероидты алу мысалымен көрсетуге болады: жұмсақ битуммен сіңдірілген шүберек картонына минералды толтырғышы бар тотыққан битум қабаты қолданылады. Картон стандартты ені бар орамдарда және әртүрлі конфигурациядағы парақтарда шығарылады. Құрастырылған шатыр жабыны бірнеше қабаттардан шатыр картон түрінде шығарылады. Тұтыну орнында мұндай картон балқытылған битуммен сіңдірілген және желімделген. Шатыр қағазы шифер төсеу үшін негіз ретінде пайдаланылса, көбінесе оған мата қабатын желімдеу арқылы нығайтады.
Битуммен сіңдірілген маталар шахталық желдету жүйелерінде және су өткізбейтін жабындар үшін қолданылады. Буып-түю және құрылыста битуммен қапталған бір және екі жақты қағаздар мен битуммен желімделген, кейде мата астары бар көп қабатты қағаздар қолданылады. Жұмсақ битуммен сіңдірілген қағаз электр кабельдерін өндіруде, су өткізбейтін жабындар мен өнеркәсіптік құбырларды жылу оқшаулау үшін қолданылады.
Асбест маталар мен шыны киіз де битуммен сіңдірілген. Эмульсия түріндегі битум қағазды қалыптастыру кезінде талшыққа енгізілуі мүмкін. Бұл әдіс толығымен су өткізбейтін ету үшін картонның ауыр сорттарын өндіруде сәтті қолданылады.
Битумдар су және газ өткізбейді, атмосфералық және химиялық коррозияға жақсы қарсы тұрады, сондықтан олар коррозияға қарсы жабын ретінде қолданылады. Битумды байланыстырғыштар негізінде металдарды қышқылдар мен сілтілердің, атмосфералық оттегінің 20 - 60 ° C температурасында әсерінен қорғау үшін материалдар мен бұйымдар шығарылады. Атмосферадағы, судағы және жердегі металл конструкциялар, қышқыл құбырлары орнатылған бетон жерасты каналдары, күкірт қышқылының төгілуі мүмкін цехтағы едендер, желдеткіш құбырлар мен құбырлар коррозияға қарсы материалмен жабылған. Гидроизоляциялық жабындарға арналған материалдар мастика (шпаклевкалар), ерітінділер мен бетондар, гидрооқшаулағыш рулон және қаңылтыр материалдар, ұнтақтар мен лактар түрінде шығарылады.
Қолдану әдісі бойынша мастика ыстық және суық болып бөлінеді. Олар негізгі оқшаулағыш қабат үшін де, прокат (бриол, гидроизол), шыны талшық және басқа материалдарды, сондай-ақ газ құбырларын, мұнай құбырларын және мұнай өнімдеріне арналған құбырларды салу кезінде оқшаулағыш немесе коррозияға қарсы материалдарды қолдану кезінде желім ретінде қолданылады. . Мастикаларды өндіру үшін күшті қорғаныс қабығын (қоршаған орта температурасында балқымайтын, жер қабатының әсерінен құламайтын), жеткілікті серпімді, яғни тасымалдау және құбыр кезінде соққылар кезінде жарылып кетпейтін тотыққан битумның осындай сорттары қолданылады төсеу.
Шығу тегіне байланысты битум келесідей жіктеледі:
Тобы

Түрлері
Табиғи битумдар
Мұнайлы
Асфальт негізі

Жартылай асфальтті негізі

Асфальтитті
Асфальтті емес негізі

Таза түрде

Битумды жыныстарда экстракцияланады

Табиғи асфальтты
Таза түрде

Битумды жыныстарда экстракцияланады
Жасанды майлы битумдар
Қалдық
Мазуттар

Жартылай гудронды

Гудрондар

Селективті еріткіштермен оқшауланған
Аршылған майларды, шайырларды және басқа да қалдық өнімдерді асфальтсыздандыру қалдықтары

Дистиллятты және қалдық майларды іріктеп тазарту сығындылары

Тотыққан
Оттегімен қаныққан ауа

Күкірт, селен немесе теллур

Катализаторларға инициаторларды қолдану арқылы бу-ауа қоспасы

Қалдықпен тотыққан

Дистилляты және қалдық майы және басқа фракциялары бар тотыққан битум

Табиғи (ерімейтін және ерімейтін каустобиолиттер)
Вурцилит, альбертит, элатерит және т.б.

Сланецты
Битумды тақтатас

Сланецті битум

Көміртекті
Газды
Пиробитумдар

Жартылай кокс

Коксты

Вакуумды айдау
Мазутты вакуумды айдау процесінің негізгі мақсаты каталитикалық крекинг пен мұнай өндіру үшін дистиллят фракцияларын алу болып табылады. Қалған жеткілікті терең вакуумды айдау - битум мұнда мақсат ретінде емес, қажетті өнім ретінде алынады. Вакуумды айдау қондырғыларының жалпы қуаттылығына байланысты бірқатар елдерде, соның ішінде АҚШ-та жол битумының көп бөлігі дәл осы процесс арқылы алынады. Біздің елімізде битум алу үшін вакуумды айдауды қолдану мұнай өңдеуді тереңдетумен байланысты: дистилляттарды көбірек алу кезінде дистилляция қалдығы консистенциясы бойынша битумның кейбір сорттарына сәйкес болады. Ауыр дистилляттарды мотор отынына өңдеу мүмкін болмаса, қалдық битум алу үшін вакуумды айдауды тереңдету мүмкін емес, өйткені бөлінген дистилляттарды қазандық отынының қалдығына қайтару керек.
Вакуумды айдау битум өндірісінің басқа процестеріне шикізатты дайындауда да қолданылады.
Вакуумды айдау процесінің негіздері. Вакуумды айдау шикізаты әртүрлі гомологиялық қатардағы органикалық және гетероорганикалық қосылыстардың күрделі қоспасы болып табылады. Құрамдас бөліктердің мұндай алуан түрлілігі шикізаттың температурасының жоғарылауымен үздіксіз дерлік қайнауын тудырады. Вакуумды айдаудың кәдімгі шикізаты мұнайдың атмосфералық дистилляциясының қалдығы - мазут болып табылады. Ол пеште қызады, бір рет булануға ұшырайды және бу-сұйық қоспасы түрінде дистилляция колоннасында фракциялауға беріледі.
Вакуумды айдау жоғары температура әсерінен шикізаттың ыдырауын болдырмау үшін жүргізіледі. Қысымды төмендету барлық мазут компоненттерінің қайнау температурасын төмендетеді. Нәтижесінде крекинг әлі жүрмейтін дистилляция процесінің салыстырмалы төмен температураларында дистиллят фракцияларының қосымша мөлшерін жинауға болады. Салыстыруға ыңғайлы болу үшін бұл фракциялардың қайнау нүктелері атмосфералық қысымға айналады. Вакуумды дистилляцияда дистилляцияның жоғары үлесіне жету үшін шикізатты мүмкін болатын ең жоғары температураға дейін қыздырған жөн. Бұл жалпы жылу шығынын және жылуды тұтынуды термиялық тұрақсыз дистилляция қалдығы орналасқан бағанның түбіне дейін азайтады.
Термиялық тұрақсыз заттарды айдау үшін әдетте қатты қыздырылған су буы болып табылатын буландырғыш агент қолданылады. Колоннаға су буының енуімен көмірсутектердің парциалды қысымы төмендейді, демек олардың қайнау температурасы. Су буы колоннаның түбіне беріледі. Мұнда көмірсутектер буланған кезде сұйық фазаның температурасы төмендейді, сондықтан су буының әсер ету тиімділігі шектеледі.
Вакуумды айдау процесінің схемасы және режимі. Құбырлы катушкалы пеште қыздырылған мазут вакуумдық колоннаның булану аймағына беріледі, ал аса қызған су буы колоннаның төменгі бөлігіне және пештің катушкасына енгізіледі. Колоннаның төменгі жағындағы бу рефлюксі су буының аршу әсері нәтижесінде пайда болады. Колоннаның жоғарғы жағындағы сұйық рефлюкс дистилляттардың бір бөлігін конденсациялау және рециркуляциялау арқылы жасалады. Колоннаның жоғарғы жағынан шығатын газдар мен су буының қоспасы барометрлік конденсаторға түседі, онда су буының суық сумен конденсациялануынан сиректеу пайда болады. Вакуумды құруға арналған қосымша жабдық барометрлік конденсатордан конденсацияланбаған газдарды алатын бу ағынының эжекторлары болып табылады.
Жол төсеміне әсер ететін ең жағымсыз климаттық фактор-бұл су, өйткені жабынды ылғалдандыру оның беріктігін төмендетуге көмектеседі:
1) асфальтбетон кеуектеріндегі қысымның жоғарылауы нәтижесінде сдысуға төзімділік төмендейді;
2) жұмыс массасының төмендеуіне ықпал ететін және бөлшектер арасындағы үйкелістің төмендеуіне әкелетін бөлшектердің пайда болуы;
3) жол жамылғысы аязды және жылы күндердің ауысуы нәтижесінде ісінеді. Мұндай материалдарды өндірудің ең тиімді әдістері оның құрамына пайдалану қасиеттерін жақсартатын қосымшаларды (модификаторларды) енгізу арқылы байланыстырғышты (битумды) модификациялауға негізделген. Жол құрылысында битумдарға ерекше қасиеттер беретін модификацияланған битумдарды қолдану мәселелерін зерттеуге келесі ғалымдар тартылды Л. Б. Гезенцвей, Н. В. Горелышев, В. А. Золотарев, А. С. Колбановская, и. в. Королев, А. В. Руденский, и. М. Руденская, В. М. Смирнов, а. ф. Кемалов және басқалар.
Үнемді модификаторлардың қол жетімді және арзан екендігі анықталды. Битумға негізделген белгілі бір қасиеттер жиынтығы бар композициялық материалдарды әзірлеу үшін техникалық жағынан келесі қасиеттері бар модификаторлар қолданылады:
1) асфальтбетон қоспасы пісіру температурасында ұсақталмайды;
2) асфальтбетон қоспасын дайындауға арналған қарапайым жабдықта араластыру
процесс кезінде битуммен үйлесімді;
3) жабынның төмен температурасында битумның қаттылығы немесе сынғыштығы болмайды, ал жазда дорожысу кернеулерінің әсерінен жол жабынындағы битумдардың кедергісін арттырады және бұл ретте араластыру және оны бекіту температурасында тұтқырлықты арттырмайды;
4) химиялық және физикалық тұрақты, сақтау, өңдеу және жол төсемінің құрамында өз қасиеттерін сақтайды.
1.2 Полимерлі-битумды тұтастырғыштардың құрылымын қалыптастыру өзгешелігі
Қазіргі уақытта отандық тәжірибеде полимерлі-битумды тұтастырғыштар (ПБТ) полимерді битумда еріту арқылы алынады немесе полимерді арнайы еріткіште (өнеркәсіптік, тақтатас майы, дизель отыны және т.б.) алдын ала ерітеді, содан кейін полимер ерітіндісі битуммен араласады. ПБТ алудың қажетті шарты екі компоненттің үйлесімділігі болып табылады, яғни оларға битумның дисперсті ортасында полимердің еруі немесе ісінуі жатады. Полимерлермен өзгертілген битумдарды дайындау әдістері әдетте процестің жоғары температурасын (150 - 200ºc) және компоненттерді қарқынды араластыруды қамтамасыз етеді. Битумды өзгерту үшін қолданылатын көптеген полимерлердің (полиэтилен, полипропилен, этиленпропилен каучуктары, термоэластопластар және т.б.) ыдырау температурасы олардың битумға қосылу температурасынан едәуір жоғары. Демек, битум массасындағы полимерлердің термиялық және механикалық құрылымдық реакциялары жүрмейді, ал олар пайда болған жағдайда олар өте аз деңгейде жүреді. Битумдар қызған кезде жұмсарады, ал термопластикалық полимерлер кристалды немесе аморфты болса да, тұтқыр күйге өтеді.
Полимерлі материалдардың еруі ісіну сатысы арқылы жүреді. Ісіну процесі полимердің еріткішті сіңіруінен тұрады, оның көлемі мен массасы артады. Алдын ала ісіну және еру тек молекулалық салмағы жоғары заттарға тән, мұнда аралас заттардың диффузия жылдамдығында үлкен айырмашылық бар. Ісіну кезінде еріткіш молекулаларының жоғары молекулалық затпен диффузиясы жүреді.
Осылайша, әдеттегі араластырудан ісінудің айрықша ерекшелігі-бұл процесс біржақты жүреді. Ісіну шектеулі және шектеусіз болуы мүмкін. Шектелген ісіну кезінде жүйе гель күйіне өтеді, яғни еріткіште полимердің шектеулі еруімен түсіндіріледі. Шектелген ісіну жағдайында жүйе тепе-теңдіктегі екі фазадан тұрады: полимердегі қаныққан еріткіш ерітіндісі, яғни гель және еріткіштегі қаныққан полимер ерітіндісі, әдетте концентрациясы төмен. Шексіз ісіну сызықтық полимерлерге тән. Өзара байланысқан полимерлер еріткіште ісінеді, бірақ ерімейді. Жағдай өзгерген кезде (температураның, қысымның жоғарылауы) шектеулі ісіну шексіз күйге түсуі мүмкін.
1 кезеңде резеңке бөлшектердің битумның жеңіл фракцияларын сіңіруі және оның ісінуі жүреді, 2 кезеңде гель түзіледі.Нәтижесінде стяжкада өзінің резеңке-битум матрицасы пайда болады.Ісіну құрылымаралық және құрылымішілік болып бөлінеді. Құрылымаралық ісіну кезінде полимер ішінде таралатын еріткіш, ең алдымен, молекулаішілік құрылымдардың элементтері арасындағы кеңістікті алады. Егер полимер мен еріткіш табиғатта ұқсас болса, еріткіш молекулалары алдымен молекулаішілік құрылымдарға еніп, макромолекулалардың жеке бөліктерін, содан кейін тұтас ұзын полимер тізбектерін (құрылымдық ісіну) вытыстырады. Ішкі құрылымдық ісіну полимер көлемінің айтарлықтай өсуімен бірге жүреді. Бұл жағдайда макромолекулалар арасындағы қашықтық артады, олардың арасындағы байланыс әлсірейді, ал полимерлі макромолекулалар еріткішке тез ауысады, яғни ісіну ериді. Полимердің ісіну қабілеті оның құрамы мен құрылымымен анықталады. Ісінудің себебі-еріткіштің бос жерлерге немесе тесіктерге механикалық енуі ғана емес, негізінен макромолекулалардың еруі (өзара әрекеттесуі) нәтижесінде пайда болатын молекулааралық өзара әрекеттесу. Полимер олардың ешқайсысында ісінбейді, бірақ ол әрекеттесетін "жақсы" еріткіште.
Әр түрлі елдерде жүргізілген зерттеулер полимердің битуммен үйлесімділігі битумның химиялық құрамына және полимердің қасиеттеріне байланысты екенін көрсетеді. Егер олардың қоспасы берік болса және коллоидтық тепе-теңдік болмаса, яғни бөліну болса, полимер осы жағдайларда битуммен үйлесімді болады. Әр түрлі авторлардың көпжылдық зерттеулеріне сүйене отырып, сызықтық полимерлер күрделі тармақталған құрылымы бар полимерлерге қарағанда битуммен тиімдірек араласады; араластыру процесіне битумдағы хош иісті және парафинафтенді көмірсутектердің мөлшері қатты әсер етеді; битумдағы асфальтеннің жоғарылауы модификацияланған битумды алуды қиындатады және полимерді битуммен араластыру технологиясы, сондай-ақ байланыстырғыштағы полимердің дисперсия дәрежесі маңызды рөл атқарады.
Полимердің микробөлшектерін битумға енгізу полимер битумда немесе оны құрайтын жеңіл фракцияларда жартылай еріген кезде қоспаның тұтқырлығын арттырады. Егер полимер битумда ісінсе, онда битумның ең жеңіл май фракциялары полимерге қосылады, ал битумның қалған компоненттері көбінесе ауыр көмірсутек фракцияларымен, яғни асфальттармен және шайырлармен байытылады. Нәтижесінде битумның тұтқырлығы мен серпімділік модулі жоғарылайды.
Полимерлі-битумды тұтастырғаш композиттік материал ретінде қарастырылады, онда битум орта ретінде алынады, ал полимер дисперсті фаза болып табылады. Мұндай байланыстырғыштардың қасиеттері жеке битумдар мен полимерлердің қасиеттерінен асып түседі. А. М. Кисина мен В. И. Куценконың жұмысында каучуктар мен термопластиктерді қолдана отырып, ПБТ алудың теориялық алғышарттары қарастырылған. ПБТ электронды микроскопиялық және оптикалық зерттеулері пбт полимерінің аз мөлшерін (массасы бойынша 1-2%) битум майларының шағын молекулалы бөлігінде ерітуге болатындығын көрсетеді. Полимердің көп мөлшерін дереу енгізгенде, олар битумға жеке, байланыссыз бөлшектер түрінде бөлінеді. Олардың құрамындағы тиімділігі толтырғыш әсеріне ұқсас. 5-10% қосқанда бөлшектердің агрегациясы және олардың бірігуі жүреді. 10-15% жағдайда полимер борпылдақ торлы құрылымды құрайды, ал полимер 25% - дан жоғары болса, битум полимердің құрылымдық жасушаларына қосылады және фазалық инверсия жүреді.
Полимердің төмен концентрациясында композицияны дисперсті-берік деп санауға болады. Мұндай жағдай дисперсті фазаның көлемі бойынша 2-4% мөлшерінде байқалады. Битумдағы полимердің жоғары концентрациясымен беріктігі мен икемділігі жоғары талшықты немесе қабатты қосылыстарды қарастыруға болады. Мұндай материалдардың ыдырау процесі әдетте битум матрицасындағы микрожарықтардың өсуінен басталады. Содан кейін, егер жыртылу жолында жоғары молекулалық резеңке немесе басқа қосылыс пайда болса полимер (термопластика), микрокректердің өсуі баяулайды, содан кейін ол баяулайды және тіпті жарықтың жоғарғы жағындағы кернеулердің релаксациясына байланысты тоқтайды.Битумды химиялық табиғаты әр түрлі полимерлермен араластыру процесі жоғары температурада екі сатыда жүреді: сұйық битумдағы жұмсартылған полимердің эмульгирленуі және кейіннен ішінара ісіну немесе толық еруі. Полимердің битумда таралу процесінің тереңдігі, шартты жағдайларда, полимердің химиялық табиғаты мен молекулалық массасы, битумның химиялық құрамы, сондай-ақ қоспадағы компоненттердің қатынасы арқылы анықталады.
Мұндай жүйелердің дисперсиялық дәрежесі компоненттердің тұтқырлығы, сондай-ақ өзара ерігіштігі қатынасымен анықталатыны белгілі. Термодинамикалық үйлеспейтін (ерімейтін немесе ішінара еритін) компоненттер жағдайында қоспадағы бөлшектердің шекті мөлшері тек тұтқырлық пен араластыру шарттарының қатынасына байланысты болады, ал жоғарылатылған температурада қоспа эмульсия түрінде болады.Полимердің тұтқырлығы төмен болғанда, оның битумда жақсы таралуына ықпал етеді. Полимердің мөлшерін көбейткен кезде битум массасындағы тамшылардың мөлшері өседі, өйткені бұл жүйеде фазалардың өзгеруіне септігін тигізетін коалесценция (бірігу) ықтималдығы артады. Өзара еритін компоненттер үшін фазалық шекарадағы компоненттердің өзара әрекеттесуіне байланысты жүйенің дисперсия дәрежесі одан әрі артады. Мұндай полимерлерге СБС типті блоксополимерлер жатады.
Стирол-бутадиен-стиролды полимерінің құрылымында ароматикалық блоктардың болуы оның құрамында ароматикалық қосылыстардың едәуір мөлшері бар мұнай битумына жақындығын анықтайды.Нәтижесінде СБС типті полимермен модифицирленген битумдардың құрылымы алифатты полимерлері бар битум композияларының құрылымынан түбегейлі ерекшеленеді. Араластыру температурасында (175 - 185ºС) полимердің еруіне байланысты мальтенде біртекті гомогенді композиция түзіледі.
Технологиялық температурада жасалған полимерлердің жоғарыда қарастырылған түрлерімен өзгертілген битумдардың құрылымы әдетте салқындағаннан кейін де сақталады. Бұл төмен температурада дайындалған ПБТ тұтқырлығының күрт жоғарылауымен түсіндіріледі.
Бөлме температурасында және нақты жұмыс жағдайында полимерлермен өзгертілген битумдар әдетте микро- немесе макронутриенттік жүйелер, яғни композициялық материалдар болып табылады. Олардың қасиеттері қоспаның фазалық құрылымымен, атап айтқанда, негізінен үздіксіз фазаның механикалық қасиеттерімен анықталады.
Осылайша, "полимерлердің битуммен үйлесімділігі" ұғымы екі компоненттен тұрады: компоненттердің термодинамикалық үйлесімділігі, сондай-ақ екі фазалы құрылым деңгейіндегі үйлесімділік және битум массасында дисперсті фазаны құрайтын полимердің рөлі оны бөлшектермен толықтыра отырып, беріктікке ие болады. Демек, композиция массасында үздіксіз фазаны құрайтын полимерлер ғана (полиэтилен, полипропилен, этиленпропилен каучук және т.б. сияқты олефин полимерлеріне тән қасиет) битумның икемділік қасиетіне ие бола алады. Полимердің түріне, дисперсиясына және концентрациясына байланысты белгілі бір физикалық-механикалық қасиеттері бар композициялық материалдар алынуы мүмкін.
Кесте 1 - Полимерлі-битумды тұтастырғыштарды алу ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.