Методическое пособие 801

Выпуск № 1 (49), 2018

ISSN 2541-7592

Содержание меди в природных пресных водах колеблется от 2 до 30 мкг/дм3 [5]. Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды, а также альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения [13].

	Максимальное
	превышение
	9	ПДК			Zn
	8	Fe
	7		Fe
	6			Cu				Cu
			Cu
	5
	4	CuZn	Zn	Fe	Mn
	3	ХПК	Mn
					ХПК
	2	Mn	ХПК				Fe	Zn
	1				БПК5
	0
		сентябрь	октябрь	ноябрь				декабрь

Рис. 1. Максимальное превышение ПДК загрязняющих веществ на протяжении исследуемого периода

Помимо природных источников цинка в природных водах, таких как процессы разрушения и растворения горных пород и минералов, одним из техногенных источников цинка являются сточные воды рудообогатительного предприятия.

Во всех исследуемых образцах отмечается превышение ПДК по меди от 3,3 до 5,3 ПДК и по цинку от 1,3 до 7,8 ПДК. Значительное увеличение концентраций этих элементов по сравнению с ПДК вероятнее всего можно объяснить техногенным влиянием на качество воды.

Природными источниками марганца в поверхностных водах являются процессы выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец, а также процессы разложения водных организмов растительного и животного происхождения. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической промышленности и с шахтными водами [10].

Анализ полученных данных показал, что так же, как и для соединений железа, исследуемой природной воде присуще повышенное содержание марганца. Превышения концентраций до 1,4—2,8 ПДК в пробах свидетельствует о вероятном влиянии техногенного характера.

ХПК (химическое поглощение кислорода) подвержено довольно значительным и закономерным сезонным колебаниям. В исследуемых пробах отмечалось превышение ПДК от 1,5 до 2,7, что может быть объяснено повышенным содержанием органических веществ, попадающих в воду с поверхностным стоком, а также с бытовыми и промышленными сточными водами.

3. Расчет удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ). Со-

гласно методике, приведенной в нормативах для водных объектов рыбохозяйственного во-

41

Научный журнал строительства и архитектуры

допользования, был проведен расчет показателей комплексной оценки загрязненности исследуемой воды. Изменение коэффициента комплексности представлено на рис. 2. Следует отметить, что наибольшая комплексность загрязненности присуща исследуемой воде в ноябре, что свидетельствует об увеличении влияния антропогенного фактора на формирование качества воды.

	К, %				Точка
40					отбора
		Точка	Точка	Точка	2
35	Точка	отбора	отбора	отбора
30		2	2	1
	отбора	Точка
25	1				Точка
		отбора			отбора
20		1			1 Точка
15					отбора
					2
10
5

0

сентябрь октябрь ноябрь декабрь

Рис. 2. Колебания коэффициента комплексности на протяжении исследуемого периода

Ввиду высоких значений коэффициента комплексности (К ≥ 10 %), рассчитано значение комбинаторного индекса загрязненности. В табл. 3 и 4 приведены показатели, превышающие ПДК.

Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды в точке отбора № 1																	Таблица 3
Определяемая				ni'							i	ini	Ci
характеристика	n'i	ni			100 %	Sα							ПДКi			Sβ		Si
							i
				n								ni
				i
Общее железо, мг/дм3	4	4	100			4,0						3,75				2,22		8,88
Медь, мг/дм3	4	4	100			4,0						3,80				2,23		8,90
Цинк, мг/дм3	2	4	50			4,0						4,55				2,32		9,28
Марганец, мг/дм3	3	4	75			4,0						1,77				1,77		7,06
ХПК, мг/дм3	2	4	50			4,0						2,50				2,06		8,25

Примечание: n'i — число результатов химического анализа по i-му ингредиенту в растворе за рассматриваемый период времени, в которых содержание их превышает ПДК; ni — общее число результатов химического анализа за рассматриваемый период времени по i-му ингредиенту; α — повторяемость случаев загрязненности; Sα — частный оценочный балл; βi — кратность превышения ПДК;

i — среднее значение кратности превышения ПДК; Sβ — частный оценочный балл; Si — обобщенный оценочный балл.

Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды в точке отбора № 2																	Таблица 4
Определяемая				ni'							i	ini	Ci
													ПДКi
характеристика	n'i	ni			100 %	Sα										Sβ		Si
							i
				n
												ni
				i
Общее железо, мг/дм3	4	4	100			4,0						4,28				2,84		11,36
Медь, мг/дм3	4	4	100			4,0						3,90				2,24		8,95

42

Выпуск № 1 (49), 2018															ISSN 2541-7592
														Окончание табл. 4
Определяемая				ni'							i	ini	Ci
характеристика	n'i	ni			100 %	Sα							ПДКi		Sβ	Si
							i
				n
												ni
				i
Цинк, мг/дм3	3	4	75			4,0						3,20			2,15	8,60
Марганец, мг/дм3	3	4	75			4,0						1,90			1,90	7,60
ХПК, мг/дм3	3	4	75			4,0						2,00			0,00	0,00
БПК5	1	4	25			2,8						1,15			1,15	3,16

По повторяемости случаев загрязнения α для первой точки отбора характерна устойчивая загрязненность по всем показателям, превышающим ПДК (железо, медь, цинк, марганец, ХПК). Для второй точки отбора имеющиеся аналогичные показатели дополняет неустойчивая загрязненность по БПК5.

По кратности превышения ПДК уровень загрязненности характеризуется как высокий. Согласно полученным значениям УКИЗВ (для точки отбора № 1 — 2,648 и точки отбора № 2 — 2,480) установлено, что исследуемая вода относится к 3-му классу, разряд — б:

очень загрязненная.

Выводы

1.Проведено изучение динамики изменения качества воды вблизи рудодобывающего предприятия в один из периодов повышенного стока. Выявлены основные загрязнители и определены устойчивые, сохраняющиеся в течение всего исследуемого периода максимальные коэффициенты превышения предельно допустимой концентрации: цинк (7,8 ПДК), железо (6,8 ПДК), медь (5,3 ПДК).

Показано, что использование метода комплексной оценки дает возможность использования объективного показателя — удельного комбинаторного индекса загрязненности воды, что позволяет сопоставлять экологическое состояние водных объектов разных регионов с разной антропогенной нагрузкой.

2.Определена характеристика исследуемой речной воды, находящейся вблизи рудодобывающего предприятия, как очень загрязненной. Исходя из имеющихся в свободном доступе данных государственного мониторинга окружающей среды региона до 2016 года, ситуация не улучшается. Очевидно, что исследуемые поверхностные воды испытывают сильную техногенную нагрузку и очистные сооружения не справляются с поставленной задачей, что усугубляется использованием современных технологий замкнутого круга водоснабжения, в результате которого загрязненные воды попадают в отстойники и, пройдя цикл очистки, продолжают использоваться во многих технологических процессах, где подвергаются повторному загрязнению, представляя еще большую опасность. Полученные данные позволяют спрогнозировать ухудшение состояния поверхностных вод нашего региона при разработке никеля в Новохоперском районе.

Согласно [8], в нашей стране у предприятий по добыче и обогащению сульфидных руд опыт работы в условиях жестких экологических требований отсутствует. Поэтому при строительстве горнообогатительного комбината необходимо учесть как определенный перечень факторов, приведенных, например, в публикациях, посвященных перспективам разработки в Новохоперском районе сульфидных платиноидно-кобальт-медно-никелевых месторождений [17], так и исследования ученых в области очистки сточных и природных вод различными методами, например [1, 14, 15, 18—22].

Также представляется не менее важной задачей изучение вопроса перевода загрязнений

вустойчивую форму, пригодную для длительного захоронения или использования в различных отраслях промышленности.

43

Научный журнал строительства и архитектуры

Библиографический список

1.Астапов, А. В. Оценка гидратационной способности ионообменника АНКБ-35, насыщенного аминокислотными комплексами меди (II) и никеля (II) / А. В. Астапов, Ю. С. Перегудов, Е. Г. Давыдова // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2008. — Т. 8, № 6. — С. 994—1001.

2.Бардюк, В. В. К вопросу комплексной оценки качества природных вод. / В. В. Бардюк, Л. С. Стойко // Научный журнал НИУ ИТМО. Сер.: Экономика и экологический менеджмент. — 2011. — № 2. — С. 2—9

3.Белан, Л. Н. Техногенное воздействие горных предприятий на окружающую среду (на примере Башкирского медно-серного комбината) / Л. Н. Белан // Вестник ВГУ. Сер.: Геология. — 2005. — № 2. — С. 173—176.

4.Возвращение к прошлому: доклад зам. председателя ЦК КПРФ, председателя комитета ГД ФС РФ по природным ресурсам, природопользованию и экологии, академика РАН В. И. Кашина на круглом столе по проблеме использования техногенных месторождений [Электронный ресурс] // КПРФ: официал. сайт. — Режим доступа: https://kprf.ru/activity/ecology/152853.html.

5.Вредные химические вещества. Неорганические соединения I—IV групп: справ. изд. / под ред. В. А. Филова. — Л.: Химия, 1988. — 432 с.

6.Ишкова, Л. А. Токсикологические аспекты химического загрязнения территории в процессе разработки медно-никелевых месторождений (обзор) / Л. А. Ишкова // Проблемы разработки полезных ископаемых

истратегия устойчивого развития регионов России: материалы науч. конф. — Воронеж: ООО Фирма «Элист», 2014. — С. 168—178.

7.Кожевникова, К. О. Исследование возможности удаления соединений железа из воды сорбцией на анионите ЭДЭ-10П / К. О. Кожевникова, Л. А. Азарных, Г. В. Славинская // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Сер.: Физико-химические проблемы строительного материаловедения. — 2009. — № 2. — С. 109—112.

8.Кременецкая, И. П. Формирование техногенных геохимических аномалий в районах размещения предприятий по добыче и обогащению сульфидных руд / И. П. Кременецкая, А. Г. Касиков, В. В. Лащук // Проблемы разработки полезных ископаемых и стратегия устойчивого развития регионов России. — Воронеж:

ООО Фирма «Элист», 2014. — С. 15—23.

9.Локтионова, Е. Г. Определение содержания растворенного кислорода и биологического потребления кислорода для оценки качества речной воды / Е. Г. Локтионова, Л. В. Яковлева // Экология и промышленность России. — 2011. — Октябрь. — С. 34—35.

10.Мур, Дж. В. Тяжелые металлы в природных водах / Дж. В. Мур, С. Рамамурти. — М.: Мир, 1987. —

165 с.

11.Никаноров, А. М. Гидрохимия. / А. М. Никаноров. — СПб: Гидрометеоиздат, 2001. — 444 с.

12.Проблемы разработки полезных ископаемых и стратегия устойчивого развития регионов России (на примере Воронежской области): материалы науч. конф. — Воронеж: ООО Фирма «Элист», 2014. — 306 с.

13.Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / под ред. А. Д. Семенова. — Л.:

Гидрометеоиздат, 1977. — 541 с.

14. Славинская, Г. В. Анализ работы установок ионообменного обессоливания природных вод / Г. В. Славинская, Л. А. Зеленева, Н. С. Кузнецова // Теория и практика сорбционных процессов. — 1983. —

№16. — С. 101—105.

15.Славинская, Г. В. Физико-химическое обоснование и реализация процессов удаления гумусовых

кислот из водных растворов методом препаративной хроматографии: автореф. дис…. д-ра хим. наук / Г. В. Славинская. — Воронеж, 2003. — 48 с.

16.Чантурия, В. А. Анализ техногенного минерального сырья Урала и перспективы его переработки / В. А. Чантурия, Б. М. Корюкин // Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения): доклады междунар. конф. — Екатеринбург: УрО РАН, 1998. — Т.3. — С.26—34.

17.Чернышов, Н. М. Сульфидные платиноидно-медно-кобальт-никелевые месторождения Новохоперского рудного района и проблемы их комплексного освоения в условиях жестких экологических ограничений и сохранения уникальной экосистемы / Н. М. Чернышов // Вестник ВГУ. Сер.: Геология. — 2013. — № 2. — С. 95—105.

18.Agui, W. Fundamental Study on the Production of Ultrapure Water / W. Agui, M. Takenchi, Abe M. // Journal of Japan Oil Chemists' Society. — 1990. — Vol. 39, № 5. — P. 307—313.

19. Baker B. Use of acrylic strong base anion resin in treatment of organic bearing waters / B. Baker,

V.R. Davies, P. A. Jarnell // Combustion (USA). — 1979. — Vol. 51, № 2. — P.18—23.

20.Brown, J. Ion. Exchange in water purification where do we stand? / J. Brown, N. Ray. — Ion. Exch. Technol., Chichester, 1984. — P. 14—24.

21. Haarhoff J. Evaluation of air stripping for the removal of organic drinking water contaminants /

J.Haarhoff, J. L. Cleasby // Water Soil and Air Pollution. — 1990 — V. 16, № 1. — P. 13—22.

22.Quinn, R. Reverse osmosis system desalts city sewage effluent to provide water for oil refinery/ R. Quinn // The international water conference 41st annual meeting. — Pittsburgh, Pennsylvania, USA, 1980 — P. 95—98.

44

Выпуск № 1 (49), 2018

ISSN 2541-7592

ANALYSIS OF THE QUALITY OF NATURAL WATER OF A RESERVOIR NEAR AN ORE EXTRACTION PLANT USING THE METHOD

OF COMPLEX ASSESSMENT OF NATURAL WATER POLLUTION

E. G. Davydova1

Voronezh State Technical University1

Russia, Voronezh

1 PhD in Chemistry, Assoc. Prof. of the Dept. of Chemistry and Chemical Technology of Materials, tel.: [phone], е-mail: [e-mail]

Statement of the problem. At present close attention is paid to environmental safety of any new manufacturing, because the anthropogenic influence on the state of the river basin should be minimal. The solution to this problem is impossible without a complex assessment of the state of natural waters in a given area before and after the start of the activities of an ore mining plant on a number of hydrochemical indicators.

Results. Complex hydrochemical indices of contamination of samples taken in the zone of impact of ore mining are determined. An excess of the maximum permissible concentrations for the content of iron, copper, zinc, manganese, chemical and biological oxygen consumption was found. According to the obtained values of the specific combinatorial water quality Index, it is established that the water being studied is characterized as very polluted. By the multiplicity of exceeding the MPC, the level of contamination is characterized as high.

Conclusions. It has been established that in the period of an increased runoff, stable pollutants are zinc, iron and copper. It is assumed that the technogenic factor plays an important role in increasing the concentration of these elements. The results allows one to predict the effect of possible impacts of mining sulfide copper-nickel deposits on aquatic ecosystems of vast adjoining territories in the Novokhopersky region.

Keywords: hydrochemical indicators of contamination, maximum permissible concentrations, specific combinatorial water quality Index, natural water.

КОНКУРС РФФИ НА ЛУЧШИЕ НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ВЕДУЩИМИ МОЛОДЕЖНЫМИ КОЛЛЕКТИВАМИ («СТАБИЛЬНОСТЬ»)

Заявки принимаются до: 17.04.2018 23:59 Код конкурса: мол_а_вед

Задача конкурса — поддержка научных проектов, выполняемых сложившимися научными коллективами, состоящими преимущественно из молодых ученых, под руководством молодого кандидата или доктора наук, в том числе с целью стабилизации научных коллективов.

В конкурсе могут участвовать коллективы численностью не менее 5 и не более 10 человек, состоящие из граждан Российской Федерации, а также иностранных граждан и лиц без гражданства, имеющих статус налогового резидента Российской Федерации.

Возраст не менее 70 процентов членов коллектива на 31 декабря 2018 года не должен превышать 35 лет (для докторов наук — 39 лет).

На конкурс могут быть представлены проекты фундаментальных научных исследований по следующим научным направлениям: математика, механика; физика и астрономия; химия и науки о материалах; фундаментальные основы инженерных наук и др.

Срок реализации проекта — 2 года.

См. подробнее на официальном сайте РФФИ: http://www.rfbr.ru.

45

Научный журнал строительства и архитектуры

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 691.162

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА МОДИФИКАЦИИ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ РЕЗИНОВОЙ КРОШКОЙ

С. Н. Шабаев1

Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева1 Россия, г. Кемерово

1 Канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой автомобильных дорог и городского кадастра, тел.: [phone], e-mail: [e-mail]

Постановка задачи. В мировой практике наибольшее распространение получили технологии модификации битумов Asphalt Rubber и Terminal Blended, каждая из которых обладает своими недостатками. Предлагается совместить эти технологии на основе синергического эффекта, для чего необходимо установить, какие факторы влияют на эффективность процесса модификации.

Результаты. Определены факторы (размер, удельная поверхность и химический состав резиновой крошки, скорость вращения смесителя, состав дисперсионной среды, температура и длительность процесса), определяющие эффективность процесса модификации битумов резиновой крошкой с их систематизацией и разбивкой на разновидности (базовые активные и пассивные, интегральный), а также обоснованием рекомендуемой области определения.

Выводы. В результате выполненного теоретического исследования доказана целесообразность использования для модификации битума резиновой крошки с развитой удельной поверхностью и большим размахом размеров частиц относительно малого по значению средневзвешенного значения, а также установлен рациональный интервал варьирования температуры процесса.

Ключевые слова: резиновая крошка, битум, модификация, факторы, процесс.

Введение. Технологии модификации битумов резиновой крошкой разработаны уже достаточно давно, и на сегодняшний день проводятся исследования по их совершенствованию, однако до сих пор отсутствует полноценная теоретическая модель, объясняющая влияние различных факторов на эффективность процесса. Этим можно объяснить разрозненность результатов исследований и различные рекомендуемые технологические параметры совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом, что сдерживает массовое применение подобных технологий в реальном секторе экономики.

В мировой практике рассматриваются две основные технологии модификации битумов резиновой крошкой: технология с относительно невысокой (160…200 ºС) температурой термомеханического процесса без предъявления специальных требований к смесительному оборудованию [23, 24, 28—34] — метод Asphalt Rubber, и технология с повышенной (200…260 ºС) температурой термомеханического процесса с использованием специальных смесителей — метод Terminal Blended [26, 27, 36]. Предлагаются также и комбинированные методы, когда температура процесса соответствует интервалу, характерному для метода Terminal Blended, при этом использование высокоскоростных смесителей не предусматривается либо температура процесса принимается в интервале 160…200 ºС с одновременным использованием высокоскоростных смесителей [1, 7, 16].

© Шабаев С. Н., 2018

46

Выпуск № 1 (49), 2018

ISSN 2541-7592

Исследования, посвященные комбинированному методу, обусловлены тем, что каждый из базовых методов имеет определенные недостатки. Для метода Asphalt Rubber такими недостатками являются:

требуется постоянное перемешивание вяжущего во избежание седиментации резиновых частиц, при этом время хранения не должно превышать 8 часов;

вяжущее является вязким неоднородным продуктом, затрудняющим его перекачивание и использование.

В качестве недостатков метода Terminal Blended можно отметить:

для получения необходимо использование сложного дорогостоящего оборудования со скоростью вращения смесителя порядка 8000 оборотов в минуту;

вяжущее имеет недостаточную высокотемпературную устойчивость.

Таким образом, наиболее актуальной является проблема не совершенствования этих методов, а их совмещения на основе синергического эффекта, чтобы устранить имеющиеся недостатки при сохранении преимуществ. Однако для того, чтобы можно было решить эту задачу, необходимо знать, какие факторы и каким образом влияют на эффективность совмещения резиновой крошки с нефтяным битумом.

Обобщая данные предыдущих исследований и собственный опыт, можно предположить, что при совмещении резиновой крошки с битумом первая сначала набухает в низкомолекулярных фракциях битума и (или) пластификатора (совмещающего агента), образующих дисперсионную среду, а затем происходит ее частичное или полное растворение с отрывом части линейных цепей макромолекул каучука при их относительно равномерном распределении в жидкой фазе. Однако скорость набухания и растворения (данные процессы могут и не протекать) резиновой крошки будет значительно зависеть от факторов (параметров) технологического процесса.

Все технологические факторы можно разбить на две группы:

факторы, изменение которых невозможно или возможно только после изменения технологического процесса получения резиновой крошки или конструкции промышленных установок, предназначенных для получения резинобитумных вяжущих, — пассивные базовые факторы (размер, удельная поверхность частиц и химический состав резиновой крошки, конструкция и скорость вращения смесителя);

факторы, изменение которых возможно при регулировании технологического процесса совмещения резиновой крошки с битумом — активные базовые факторы (состав дисперсионной среды, температура и время термомеханического процесса совмещения).

1. Влияние размера частиц резиновой крошки на эффективность процесса модифи-

кации битумов. Размер частиц — немаловажный фактор в процессе набухания и растворения резиновой крошки. Пусть за время t происходит изменение размера резиновой частицы (процесс набухания или растворения) на некоторую величину Dч, тогда, приняв допущение, что резиновая крошка имеет форму шара, изменение объема этой частицы составит (рис. 1):

Vч			Dч3	Dч	Dч 3			3 Dч2 Dч 3 Dч Dч2 Dч3	,	(1)
							6
	6

где Dч — средневзвешенный диаметр резиновых частиц.

При t→0 Dч→0, следовательно, второе и третье слагаемое в формуле (1) при приемлемой точности можно во внимание не принимать. Соответственно (1) можно записать в упрощенном виде:

V	0,5 D2	D .	(2)
ч	ч	ч

Пусть общий объем резиновых частиц, подвергающихся набуханию или растворению, составляет Q, тогда количество данных частиц будет определяться из равенства:

N			Q		6 Q	.	(3)
	ч
		V			D3
			ч		ч

47

Научный журнал строительства и архитектуры

Рис. 1

Изменение объема всех резиновых частиц, подвергающихся набуханию или растворению, за время t будет равно:

V	V N	ч		3 Q Dч	.	(4)
общ	ч			Dч

Анализ зависимости (4) показывает, что при одинаковом общем объеме резиновых частиц (приняв допущение, что Dч ≈ const) уменьшение их размера ведет к увеличению изменения их объема в процессе набухания или растворения за одно и то же время t. Следовательно, чем меньше размер частиц резиновой крошки, тем выше скорость процесса их набухания и растворения (при одном и том же общем объеме резиновых частиц).

Здесь же стоит отметить, что в процессе совмещения резиновой крошки с битумом полного растворения ее, как правило, не производят, то есть резинобитумное вяжущее является неоднородной системой, содержащей включения резиновой крошки. Чем меньше размер резиновых частиц при одинаковом их общем содержании по объему, тем равномернее они распределены в системе, то есть с уменьшением размера резиновых частиц уменьшается степень неоднородности резинобитумного вяжущего, соответственно вяжущее будет более стабильного качества. Кроме того, из уравнения Стокса известно, что скорость седиментации дисперсионной фазы (резиновых частиц) в дисперсионной среде (битумно-каучуковое вяжущее совместно с совмещающим агентом или без него) зависит от размера дисперсионной фазы и имеет возрастающую параболическую зависимость, а значит, с уменьшением размера резиновых частиц скорость процесса их седиментации будет значительно затухать. Учитывая, что между резиновыми частицами и дисперсионной средой в процессе термомеханического совмещения возникают силы ассоциации, при некотором малом размере частиц резиновой крошки сила ассоциации будет выше силы гравитации, а значит, процесса седиментации наблюдаться не будет. Эти рассуждения подтверждаются результатами исследований И. А. Дибровой [4].

Средневзвешенный размер резиновых частиц в целом дает представление о целесообразности и эффективности применения такой резиновой крошки, однако более объективные данные можно получить, если дополнительно проанализировать разброс размера всех частиц относительно средневзвешенного значения. Разброс размера частиц резиновой крошки относительно средневзвешенного значения можно охарактеризовать через коэффициент разброса, определяемого из зависимости:

n
Kdis 1 ЧОi 2 ,	(5)

i 1

где n — число сит, включая поддон, на которых задержались частицы резиновой крошки; ЧОi — частный остаток на i-м сите или поддоне, доли единицы.

Зависимость (4) позволяет оценить общее изменение объема резиновых частиц одинакового размера за единицу времени t. Однако в реальности частицы резиновой крошки имеют различный размер, то есть можно утверждать, что резиновая крошка в большинстве случаев представляет собой смесь различных фракций.

48

Выпуск № 1 (49), 2018 ISSN 2541-7592

Тогда уравнение (4) правильнее записать в виде:

n	q
Vобщ 3 Dч	i	,	(6)
i 1	Dч i

где qi — объем частиц i-й фракции в составе резиновой крошки; (Dч)i — средний размер частиц i-й фракции, определяемый полусуммой размера ячеек данного и предыдущего сит.

Известно, что частный остаток на i-м сите определяется отношением массы на данном сите к общей массе пробы, взятой для анализа. Учитывая, что средняя плотность всех резиновых частиц приблизительно одинаковая, величину частного остатка можно определить из зависимости:

ЧО	qi	, следовательно,	q Q ЧО .
i	Q		i	i

Тогда формулу (6) можно записать в следующей форме:

n	ЧО
Vобщ 3 Q Dч	i	.	(7)
i 1	Dч i

Если общий объем резиновой крошки, используемой для модификации битума, принять за постоянную величину, то значение 3·Q·ΔDч в формуле (7) будет константой, а значит, изменение объема всех резиновых частиц за время t можно условно выразить через общее относительное изменение их объема:

n	ЧО
Vобщотн	i	.	(8)
i 1	Dч i

Таким образом, общее относительное изменение объема резиновых частиц за время t определяется исключительно их гранулометрическим составом, а значит, зная гранулометрический состав резиновой крошки, можно прогнозировать эффективность процесса ее совмещения с нефтяным битумом.

Пусть имеется девять различных проб резиновой крошки. Гранулометрические составы этих проб, а также результаты расчета средневзвешенного размера частиц, коэффициента разброса, а также общего относительного изменения объема резиновых частиц за время t приведены в табл. 1. Графическое изображение зависимостей общего относительного изменения объема резиновых частиц за время t от средневзвешенного размера частиц и коэффициента разброса представлено на рис. 2.

		Характеристики различных проб резиновой крошки							Таблица 1
			Исходные данные
Размер ячеек сит,			Частный остаток на сите, %, для пробы №
мм	1	2	3	4	5	6	7	8		9
5	-	-	4	-	-	-	-	-		-
2,5	6	9	9	-	-	4	-	-		-
1,25	42	38	21	6	9	9	-	-		4
0,63	52	44	36	42	38	21	6	9		9
0,315	-	9	25	52	44	36	42	38		21
0,16	-	-	5	-	9	25	52	44		36
0,05	-	-	-	-	-	5	-	9		25
Менее	-	-	-	-	-	-	-	-		5
Сумма	100	100	100	100	100	100	100	100		100

49

Научный журнал строительства и архитектуры

Окончание табл. 1

Расчетные значения

Расчетный					Значения расчетного показателя для пробы №
показатель		1	2		3	4		5	6	7	8	9
Dср, мм		1,50	1,51		1,50	0,75		0,75	0,75	0,38	0,38	0,37
Kdis		0,55	0,65		0,75	0,55		0,65	0,75	0,55	0,65	0,75
Vотн , мм−1		0,793	0,886		1,265	1,585		1,763	2,566	3,124	3,595	6,445
общ
Анализ представленных данных показывает, что при небольшом разбросе размера ре-
зиновых частиц		относительно		средневзвешенного				значения (Kdis < 0,65)			во сколько раз

уменьшается средневзвешенный размер частиц резиновой крошки, во столько же раз увеличивается общее относительное изменение объема резиновых частиц за время t. При большем разбросе размера частиц относительно средневзвешенного значения уменьшение последнего приводит к более значительному росту общего относительного изменения объема резиновых частиц за время t.

Величина разброса размера резиновых частиц относительно средневзвешенного значения оказывает значительное влияние на общее относительное изменение объема резиновых частиц за время t, и если для относительно крупной резиновой крошки изменение может составить порядка 50 %, то для более мелкой резиновой крошки это изменение может достигать 100 % и более.

относительное изменение объема	резиновых частиц, 1/мм
Общее

7,0

Dср=0,38

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0							Dср=0,75
1,0							Dср=1,50
0,0
0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	0,75			0,80

Коэффициент разброса размера частиц Kdis

Рис. 2. Зависимости общего относительного изменения объема резиновых частиц за время t от средневзвешенного размера частиц и коэффициента разброса

2. Влияние удельной поверхности частиц резиновой крошки на эффективность процесса модификации битумов. Помимо самого размера резиновых частиц, большое значение имеет и их удельная поверхность. При большей площади поверхности резиновой частицы с одним и тем же средним размером изменение объема этой частицы в результате тер-

момеханического воздействия за одно и то же время	t будет больше (рис. 1), а значит, ско-
рость процесса набухания и растворения выше.	Этот факт подтверждается данными

В. Г. Никольского, В. С. Прокопца, А. А. Христофоровой А. А. [6, 13, 19]. Кроме того, в соответствии с физико-химическими представлениями, положенными П. А. Ребиндером, для повышения прочности материалов, их температурной устойчивости и эластичности необходима предельно большая поверхность взаимодействия и тесное контактирование участвую-

50