from 01.01.2010 until now
Angarsk, Irkutsk region, Russian Federation
The possibilities of using petrochemical wastes as additives to bituminous materials were discussed
bitumen, additives, petrochemical wastes, resource saving
Битумы – это один из важнейших продуктов вторичной нефтепереработки. Они представляют собой высоковязкие жидкости черного или темно-бурого цвета. Они применяются в качестве связующих материалов в строительстве дорог (дорожные битумы), зданий и сооружений (строительные и гидроизоляционные битумы) [1-4].
По своему составу битумы представляют собой смесь тяжелых (высокомолекулярных) углеводородов различной природы. В основном в их составе содержатся [5]:
- асфальтены – твёрдые компоненты битумов с наибольшей молекулярной массой. Как правило, представляют собой полиядерные ароматические соединения. Отличаются хрупкостью и тугоплавкостью;
- асфальтогеновые кислоты – производные асфальтенов, обладающие кислотными свойствами;
- смолы – высоковязкие аморфные малолетучие высокомолекулярные вещества. Так же, как и асфальтены, имеют полиядерную ароматическую структуру и могут содержать гетероатомные группы и соединения металлов;
- масла – компоненты битумов, обладающие наименьшей молекулярной массой. Они представляют собой вязкие жидкости и могут содержать алифатические, нафтеновые, моно- и полиароматические соединения различной структуры;
- карбены – высокомолекулярные производные двухвалентного углерода, отличающиеся высокой реакционной способностью. Представляют собой продукты термической деструкции асфальтенов;
- карбоиды – высокомолекулярные соединения нефти, отличающиеся трехмерной структурой, близкой к углям или коксу. Содержатся в тяжелых нефтяных остатках в относительно небольших количествах.
Соотношение данных компонентов определяет, в первую очередь, свойства получаемого битума:
- твердость (характеризуется глубиной проникания иглы в образец);
- вязкостно-температурные характеристики (вязкость, температура размягчения по методу кольца и шара, температура хрупкости);
- растворимость в углеводородных растворителях и нерастворимость в воде;
- адгезионные характеристики (адгезия, водостойкость);
- прочностные характеристики (прочность, эластичность, растяжимость).
Основу для товарных битумов получают из тяжелых нефтяных остатков (остатки от перегонки нефти, крекинг-остатки, гудроны) различными способами [3, 6]:
- глубокая вакуумная перегонка;
- деасфальтизация различными экстрагентами;
- окисление воздухом при высокой температуре.
Ввиду низкого качества исходного нефтяного сырья [7] свойства получаемой основы для битумов зачастую оказываются хуже, чем требуемые по ГОСТ или по заданию заказчика, например, для производства битумов специального назначения [8]. Поэтому полученную основу направляют на стадию компаундирования, где ее смешивают с различными добавками или присадками.
Существует несколько основных типов присадок:
- модификаторы прочностных свойств;
- адгезионные;
- влияющие на температурные свойства;
- эмульгаторы и стабилизаторы битумной композиции.
Как правило, в качестве присадок используются специально синтезируемые продукты нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Например, согласно [2] в качестве таких добавок могут использоваться нефтепродукты с меньшей по сравнению с битумами вязкостью – гудроны, мазуты, тяжелые масла. Это позволяет снижать вязкость битумов, а также повышать их растворимость.
Другим распространенным классом присадок к битумам являются полимерные соединения. Среди них в первую очередь, большое распространение получили присадки на основе различных эластомеров [9]. Они придают битуму эластичность и упругость. Кроме того, битумы, модифицированные каучуком (в определенном соотношении), отличаются хорошей морозоустойчивостью и влагостойкостью.
С учётом того, что все эти добавки представляют собой товарные продукты, и их количество в составе конечной битумной композиции может составлять до 50 % масс., их применение может негативно сказываться на экономической эффективности производства.
Одним из распространенных вариантов решения данной проблемы является использование более дешевых компонентов, в том числе полученных на основе вторичных материальных ресурсов. В рамках работы будет рассмотрена возможность применения отходов или побочных продуктов нефтеперерабатывающего и нефтехимического производства в качестве присадок к битумам.
Одним из распространенных отходов производства являются отработанные масла различного назначения [10, 11]. Они позволяют корректировать вязкость и твердость получаемого битума, частично влияют на его пластификацию. В зависимости от требуемой вязкости также можно использовать такие отходы, как ловушечный нефтепродукт, «черный соляр», некондиционный гудрон и другие высоковязкие отходы нефтепереработки. С учетом сложности утилизации отработанных масел введение их в состав битумной композиции имеет еще и хорошие экологические перспективы.
Не менее распространенным типом добавки к битумам являются полимерные материалы различного строения. Соответственно, отходы их производства также могут найти применение в этой области.
Например, в качестве одной из присадок часто используется такой вид отходов производства полиэтилена, как низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ). Введение небольших количеств НМПЭ в состав битумной композиции улучшает ее вязкостно-температурные и прочностные характеристики [12].
Также хорошие результаты показывает введение в битумы некондиционных полиолефинов – полиэтилена и полипропилена [13, 14]. Это могут быть как вторичные полимеры, так и некондиционные по цветности или по гранулометрическому составу продукты производства. Они улучшают пластичность битума, а также его вязкостно-температур-ные характеристики.
Кроме полимерных добавок возможно также применение различных продуктов конденсации их исходных мономеров. Например, одним из возможных модификаторов в этом плане может стать кубовый остаток ректификации стирола (КОРС) или тяжелая смола пиролиза. Такие отходы можно использовать не только для разжижения битума, но и для улучшения его пластичности и адгезии за счет полимеризации непредельных компонентов (стирола, дивинидбензола и т.д.) в их составе [15].
Помимо полимерных добавок, повышающих механические свойства битумов, для увеличения их адгезионных характеристик возможно введение ПАВ различной природы [2].
В качестве основы для получения таких ПАВ может быть использован кубовый остаток ректификации бутиловых спиртов (КОБС) [16]. В зависимости от способа модификации из него можно получать не только анионные или катионные ПАВ, но и пластификаторы, например, диоктилфталат, диоктилтерефталат и другие. Благодаря смешанному составу таких пластификаторов увеличивается глубина проникновения иглы и снижается температура размягчения получаемой композиции [17].
Разнообразие присадок к битумам дает не только широкие возможности для модификации свойств битумных композиций, но и позволяет использовать материалы различного состава и качества, в том числе и вторичные материальные ресурсы (отходы производства, отходы потребления или некоторые виды попутной продукции). Благодаря тому, что вторичные материальные ресурсы имеют низкую стоимость и зачастую не требуют дополнительных затрат для подготовки к использованию в качестве присадок, их применение будет положительно сказываться не только на экологичности производства, но и на его экономической эффективности.
1. GOST 6617-2021. Bitumy neftyanye stroitel'nye. Tehnicheskie usloviya / Mezhgosudarstvennyy standart. M.: Rossiyskiy institut standartizacii, 2022. – 17 s.
2. GOST 11955-82. Bitumy neftyanye dorozhnye zhidkie. Tehnicheskie usloviya / Mezhgosudarstvennyy standart. M.: Standartinform, 2009. – 7 s.
3. GOST 33133-2014. Dorogi avtomobil'nye obschego pol'zovaniya. Bitu-my neftyanye dorozhnye vyazkie. Tehnicheskie trebovaniya / Mezhgosudarstvennyy standart. M.: Standartinform, 2015. – 12 s.
4. GOST 9548-2023. Bitumy neftyanye krovel'nye. Tehnicheskie usloviya / Mezhgosudarstvennyy standart. M.: Rossiyskiy institut standartizacii, 2023. – 16 s.
5. Bitumnye materialy (asfal'ty, smoly, peki) / pod red. A. Dzh. Hoyberga. Per. s angl. – M.: Himiya, 1974. – 248 s.
6. Bitum [Elektronnyy resurs] / Topliva, smazochnye materialy, tehnicheskie zhidkosti [sayt] (URL: http://bibliotekar.ru/5-toplivo-smazka/56.htm, data obrascheniya: noyabr' 2025 g.).
7. Dzhumaeva, O. Kompaundirova-nie v tehnologiyah polucheniya bitumov / O. Dzhumaeva, N. L. Solodova, E. A. Emel'yanycheva // Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. – 2016. – T. 19 – № 5. – S. 43-48.
8. Kosareva, M. A. Osnovnye tehnologii pererabotki neftegazovogo syr'ya : uchebnoe posobie / M. A. Kosareva, S. G. Staheev, N. A. Tret'yakova // Ministerstvo nauki i vysshego obrazovaniya Rossiyskoy Federacii, Ural'skiy federal'nyy universitet. – Ekaterinburg: Izd-vo Ural. un-ta, 2022. – 110 s.
9. Sungatova, Z. O. Modifikaciya neftyanyh bitumov elastomerami : dis. … kand. tehn. nauk : 05.23.05 / Sungatova Zlata Olegovna. – Kazan', 1999. – 150 s.
10. V Rossii nachali ispol'zovat' otrabotannoe maslo v dorozhnom stroitel'stve [Elektronnyy resurs] // Setevoe izdanie «5koleso.ru» [sayt]. [2024]. URL: https://5koleso.ru/articles/novosti/v-rossii-nachali-ispolzovat-otrabotannoe-maslo-v-dorozhnom-stroitelstve/ (data obrascheniya oktyabr' 2025).
11. Belova, N. A. Dobavki k bitu-mam / N. A. Belova, L. P. Kortovenko, N. A. Strahova // Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Tehnicheskie nauki. – 2018. – T. 45. – № 3. – S. 175-184.
12. Le Chan Min' Dat. Nizkomolekulyarnyy polietilen i ego vliyanie na svoystva dorozhnogo neftyanogo bituma / Le Chan Min' Dat, M. Yu. Procenko // Izvestiya vuzov. Investicii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost'. – 2018. – T. 8. – № 3. – S. 105-111.
13. Shyhaliev, K. S. Modifikaciya bituma s polietilenovymi othodami / K. S. Shyhaliev, Z. N. Alieva // Problemy Nauki. – 2017. – T. 98. – № 16. – S. 14-17.
14. Korneychuk, N. S. Polimerno-bitumnoe vyazhuschee na osnove vtorichnogo polipropilena dlya proizvodstva asfal'tobetonnyh smesey / N. S. Korneychuk, A. I., Leskin, N. A. Rahimova // Inzhenernyy vestnik Dona. – 2017. – T. 45. – № 2. – S. 161-172.
15. Filimonova, O. N. Pererabot-ka i primenenie kubovyh ostatkov rektifikacii stirola / O. N. Filimonova. // Uspehi sovremennogo estestvoznaniya. – 2010. – № 2. – S. 115-117.
16. Chernigovskaya, M. A. Perspektivy primeneniya othodov proizvodstva butilovyh spirtov / M. A. Chernigovskaya, D. A. Dubrovskiy, I. A. Semenov // Vestnik AnGTU. – 2016. – № 10. – S. 118-123.
17. Lihacheva, N. A. Plastificiruyuschie dobavki na osnove kubovyh ostatkov zavoda spirtov OAO «Gazprom Neftehim Salavat» kak modifikatory svoystv bitumov / N. A. Lihacheva, N. G. Evdokimo-va, D. V. Halikova, G. N. Murtazina // Neftegazovoe delo. – 2012. – T. 10. – № 2. – S 107-111.
