Асфальтобетон на битуме с нафтенатом кальция

При переработке нефти на некоторых нефтеперерабатывающих заводах образуется большое количество щеточных отходов. По своей природе они являются водными растворами нафтеновых мыл. Обычно щелочные отходы содержат некоторое количество нефтепродуктов. Так, например, щелочные отходы состоят из мылонафта 3-15%, остатков щелочи 0,5-1,5%, примеси карбонатов натрия 0,02%, неомыляемых веществ (эмульгированное топливо и смолистые компоненты) 2-6%, остальное - вода.

Нерастворимые нафтенаты легко получить на нефтеперерабатывающих заводах путем осаждения из щелочных отходов, обработав их водным раствором щелочно-земельных солей, например, кальциевой, при этом образуется соль - нафтенат кальция. В зависимости от содержания минеральных масел нафтенат кальция может иметь цвет от темно-коричневого до светло-кремового и консистенцию от твердообразной до мазеобразной. Он характеризуется следующими показателями: молекулярная масса 550, кислотное число кислот, высоленных из нафтената кальция 196 мг КОН/г, эфирное число 2 мг КОН/г, йодное число 2, карбонильное число 3, глубина проникания иглы при 25°С 24, температура размягчения 77°С. Нафтенат кальция при нагреве растворяется в нефтепродуктах и нерастворим в воде.

Нафтенат кальция в силу своего строения неизбежно должен оказывать структурирующее действие на битум.

При введении в керосин небольшого количества нафтената кальция последний полностью в нем растворяется и образует коллоидную ниофильную систему, лишенную какой-либо структуры. Дальнейшее введение в модельную систему нафтената кальция приводит к медленному нарастанию вязкости за счет образования ассоциатов из молекул нафтената кальция, разобщенных между собой. И лишь при концентрации нафтената кальция 11,5% вязкость системы лавинно возрастает и в системе формируется пространственная коагуляционная структура. Консистенция системы - желеобразная. Вязкость модельной системы с изменением температур изменяется в меньшей степени, чем вязкость битума. Это позволяет предположить, что нафтенат кальция будет повышать теплостойкость битума.

Поскольку нафтенат кальция содержит анион нафтеновой кислоты, добавление его к битумам будет повышать их полярность и улучшать адгезионные свойства. Очевидно, нафтенат кальция будет наилучшим образом совмещаться с маслами битума, так как их молекулярные массы почти равны. Масла могут структурироваться добавками нафтената кальция. Возникает дополнительная структура, расширяющая интервал превращений и придающая пластические свойства битума. При этом вероятнее всего будут лишь физические процессы.

Введение нафтената кальция в битум II структурного типа показало значительное улучшение его свойств. Добавка нафтената кальция до 15% повышает теплостойкость и улучшает низкотемпературные свойства битума. При одинаковой начальной глубине проникания иглы при 25°С большому изменению от введения нафтената кальция подвергается битум II типа, чем III.

Электронно-микроскопические исследования показали, что нафтенат кальция образует в дисперсионной среде битума достаточно развитые фибриллярные структурные образования, играющие роль армирующего компонента систем. Образованная с нафтенатом кальция пространственная сетка придает битуму с нафтенатом кальция эластичные свойства, расширяет интервал пластичности, что очень важно в условиях больших динамических нагрузок от проходящих транспортных средств.