ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В России и в мире повышение качества и долговечности, эксплуатирующихся
в атмосферных и подземных условиях битумных изоляционных материалов
(БИМ) приобретает особую актуальность в современных условиях, характеризующихся
увеличением энергетических, материальных и трудовых затрат особенно при
строительстве и эксплуатации мостовых сооружений, трубопроводного транспорта и
изоляции объектов промышленного и гражданского назначения.
По данным Госгортехнадзора РФ к 2010 году, общая протяженность трубопроводов
(тыс. км) достигнет магистральных - 215, промысловых - 300, распределительных газопроводов
– 385 и тепловых сетей 280.
Важнейшей из задач современного промышленного и гражданского строительства, жилищно-комунального
хозяйства является использование надежных гидроизоляционных и рулоннокровельных
материалов отечественного производства с максимальным импортозамещением. В
этой связи актуальность приобретает применимость товарных окисленных и вторично используемых
битумов (ВИБ) в создании на их основе современной технологии производства композиционных
битумных материалов (КБМ), которая должна решать экологические и экономические
аспекты проблемы утилизации техногенных отходов так, например, по различным оценкам
по г. Казани их образуется до 50 000 тн/год.
По оценкам РосДорНИИ, увеличение интенсивности дорожного движения и грузонапряжённости
в сочетании с ухудшением экологической ситуации, создают угрозу
надёжности мостовых сооружений, которых к 2009 насчитывается до 42000 ед. Известно,
что в среднем до 20% мостовых и трубопроводных инженерных коммуникаций остаются
в аварийном состоянии, основной причиной является коррозия, ущерб от которой
составляет до 3,5 % от стоимости валового национального продукта.
Для обеспечения природно-климатических особенностей регионов РФ наиболее эффективным
решением является разработка современных технологий модификации товарных и
вторично используемых битумов, с учетом рационального использования многотоннажных,
вторичных продуктов нефтехимии и нефтепереработки в качестве компонентов пластифицирующей
системы (ПС), на основе линейных сополимеров в смеси с триглицеридными
структурами жирных кислот олеинового ряда относящихся к классу полу- и невысыхающих
масел, олефинами различного гомологического ряда, обладающей комплексом упругодеформационных,
адгезионно-прочностных и изолирующих свойств (водо-, морозо-, светои
теплостойкостью, прочностью и высокоэластичностью, атмосферостойкостью, долговечностью
и устойчивостью к воздействию агрессивных сред).
Работа выполнена в соответствии со «Стратегией РФ в области развития науки и инноваций
до 2010 г. и дальнейшую перспективу», утверждена Президентом РФ 30.03.2002 № Пр-576,
программами: «Развития нефтегазохимического комплекса и энергоресурсоэффективности в
РТ на 2004-2010 гг.» (постановление Каб.мин. РТ от 02.04.2004 №162 и закон РТ от 23.03.2006
№ 24-3РТ), Государственным контрактом № 6207р/8552 от 07.07.2008 Фонда содействия развитию
малых форм предприятий в научно-технической сфере РФ.
Цель работы: Основной целью работы является проведение системного анализа
структурно-механических свойств изоляционных материалов от особенностей химического
состава компонентов ПС и КБМ, степени изолирующей способности разрабатываемых
БИМ для изоляции мостовых сооружений, трубопроводного транспорта и объектов
промышленного и гражданского назначения, в технологии их производства. Основными
этапами для реализации этой цели являются:
● провести сравнительную оценку, в соответствии с законом Рауля и Вант-Гоффа, молекулярно-массового
распределения и полидисперсности методом гельпроникающей хрома3
Стр.3
тографии, фазовыми диаграммами состояния Т-С, методами оценки фазовых составляющих
с помощью ДТА и ТГА, расчёта термодинамики активации вязкого течения, жидкостной
хроматографии, структурно-динамического анализа, ИК- и ЯМР-спектроскопией,
химического состава и молекулярной подвижности: битумов, компонентов линейных сополимеров,
олефинов, триглицеридных структур жирных кислот, их физико-химической
активности для получения многофункциональной ПС и универсального КБМ в производстве
изоляционных материалов широкого назначения;
● изучение взаимного влияния группового химического состава разработанных ПС и универсального
КБМ на изменение атмосферостойкости и долговечности методами ЭПР-спектроскопией и
ASTM D 1754 для определения устойчивости КБМ к старению, упруго-деформационных методом
электронной микроскопии, высокоэластических, адгезионно-прочностных и изолирующих свойств
БИМ методами электрохимического определения скорости проникновения агрессивных веществ и
ускоренными испытаниями на нитевидную коррозию по ISO 4623;
● разработка установки переработки нефтяных остатков и ВИБ для получения КБМ и
методики определения их кинематической вязкости в производстве БИМ;
● разработка проектно-технологического расчёта в создании экологически безопасного производства
БИМ на основе системного анализа структурно-механических свойств образцов ПС и
универсального КБМ с использованием методов 3-D-проектирования в программе CADWorx
P&ID фирмы COADE, определение ущерба от загрязнения поверхности земли твердыми отходами
и степени комерциализуемости научно-технических результатов.
Научная новизна работы:
Разработаны составы многофункциональных ПС на основе линейных сополимеров,
олефинов, триглицеридных структур жирных кислот для получения универсального
КБМ в производстве БИМ для защиты мостовых сооружений, трубопроводного транспорта
и объектов промышленного и гражданского назначения, и установлены закономерности
комплексного влияния состава ПС со степенью полидисперсности и фазовым
равновесием на атмосферостойкость и долговечность, термоокислительную стабильность,
высокоэластичность и изолирующую способность БИМ.
С использованием ИК-, ЭПР- и импульсной ЯМР-спектроскопии, жидкостной и
гельпроникающей хроматографии, ДТА и ТГА, фазовых Т-С диаграмм, растровой электронной
микроскопии установлено:
● определяющая роль олефинов С20-С26, триглицеридных структур жирных кислот,
состоящих из насыщенных до 7,3 % мас., и линейных сополимеров на равновесные фазовые
состояния ПС и КБМ на её основе при температурах их смешения;
● комплексное влияние компонентного состава многофункциональной ПС на содержание
циклопарафиновых соединений и периферийных заместителей в конденсированных
полициклических нафтено-ароматических средах КБМ;
● закономерности изменения содержания свободных стабильных радикалов (ССР) в
товарных битумах и ВИБ в зависимости от химического состава ПС;
● влияние упорядочения структурно-динамических параметров нефтяных систем различной
природы на физико-химические, адгезионно-прочностные и реологические свойства КБМ;
● синергизм группового химического состава ПС на изменение структурномеханических
и изолирующими свойств универсальных КБМ.
Практическая ценность. Основываясь на закономерностях физико-химического
взаимодействия компонентов ПС и КБМ, предложен проектно-технологический расчёт
создания экологически безопасного производства БИМ с использованием методов 3-Dпроектирования
в программе CADWorx P&ID фирмы COADE. Проведён расчёт ущерба
от загрязнения поверхности земли твердыми отходами и степени комерциализуемости
4
Стр.4