Пластичность и водоустойчивость битуму придают – 14 Битумные и дегтевые вяжущие вещества

14 Битумные и дегтевые вяжущие вещества

И МАТЕРИАЛЫ НА ИХ ОСНОВЕ

14.1 Битумные и дегтевые вяжущие

14.1.1 Общие сведения и классификация

Битумные и дегтевые вяжущие вещества представляют собой смесь высокомолекулярных органических соединений, получаемых из нефти, горючих сланцев, каменного угля, древесины, торфа или из битуминозных пород. Они хорошо сцепляются со щебнем, гравием, песком, бетоном, стеклом, имеют высокую водонепроницаемость, атмосферостойкость.

Природные битумы, асфальт применяют в строительстве с давних времен. В Египте и Вавилоне более 4 тысяч лет назад природный битум служил связующим при строительстве каменных сооружений, для гидроизоляции стен, каналов. С середины ХIХ столетия использовался для устройства дорожных покрытий. В настоящее время битумы и дегти применяются для приготовления битумных и дегтевых эмульсий и паст, асфальтовых и дегтевых бетонов, для изготовления кровельных, гидроизоляционных и пароизоляционных материалов, антикоррозионных лаков, для укрепления грунтов.

14.1.2 Битумы

Битумами называются сложные смеси углеводородов и их производных, т.е. соединения высокомолекулярных углеводородов с кислородом, азотом, серой. Они бывают природные и искусственные. Искусственные, в свою очередь, подразделяются на нефтяные, сланцевые, угольные, торфяные. В строительстве применяются в основном нефтяные битумы.

Состав. Нефтяные битумы содержат от 84 до 87 % углерода, до 15 % водорода, до 2 % кислорода, до 1,5 % серы, доли процента азота и следы металлов. Групповой их состав следующий: масла, смолы, асфальтены, карбены и карбоиды, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, парафины.

Содержание масел составляет 35–60 % по массе. Истинная плотность их менее 1 г/см³. Они являются растворителями для твердых частей и определяют консистенцию битумов.

Содержание смол составляет 20–40 %. Истинная плотность их около 1 г/см³. Это твердые и полутвердые вещества, растворимые в бензине, бензоле. Они придают битуму эластичность, водоустойчивость.

Содержание асфальтенов составляет 4–35 %. Это твердые кристаллические вещества с истинной плотностью более 1 г/см³. Они повышают теплоустойчивость, вязкость и твердость битумов. Под действием солнечного света стареют, могут образовывать хрупкие вещества, что приводит к разрушению битумов.

Содержание карбенов и карбоиды составляют до 3 %. Это твердые вещества. Карбены по составу близки к асфальтенам. Они не растворимы в бензоле и растворимы в сероуглероде. Карбоиды не растворяются в известных растворителях. Карбены и карбоиды повышает вязкость и хрупкость битумов.

Асфальтогеновых кислот и их ангидридов содержится в битумах до 3 %. Они обладают поверхностно-активными свойствами. Повышают адгезию битумов к каменным материалам.

Содержание парафинов составляет 6–8 %. Они относятся к твердым метановым углеводородам. Снижают пластичность и увеличивают хрупкость битумов.

Битум представляет собой коллоидную систему, в которой раствор смол в маслах является дисперсной средой, а дисперсной фазой – асфальтены, карбены и карбоиды. На поверхности макромолекул асфальтенов адсорбированы асфальтогеновые кислоты.

Солнечная радиация, высокие температуры, кислород воздуха в процессе эксплуатации изменяют групповой состав битумов. Масла переходят в смолы, смолы в асфальтены, что влияет на структуру и свойства битумов.

Основные свойства. Основными свойствами битума являются адгезия, вязкость, растяжимость, твердость, хрупкость, старение.

Адгезия (прилипание) – прочность сцепления битума с каменными материалами. Она зависит от природы битума и минерального материала. Степень прилипания оценивают способностью битума удерживаться на поверхности минерального материала при воздействии кипящей воды.

Вязкость битума является основной характеристикой его структурно-механических свойств. Она оценивается условным показателем твердости или вязкости. С повышением температуры вязкость уменьшается, с понижением – увеличивается. При низких температурах битум приобретает свойство твердого тела.

Твердость вязких и твердых битумов определяется по глубине погружения иглы под нагрузкой 100 г в течение 5 с при температуре 25

0С или под нагрузкой 200 г в течение 60 с при 0 ⁰С. Она должна быть в интервале от 5 до 300 0,1 мм.

Условная вязкость жидких битумов характеризуется временем истечения в секундах 50 мл вяжущего при температуре 60 ⁰С через калибровочное отверстие диаметром 5 мм. Она должна находиться в интервале от 25 до 200 с.

Растяжимость характеризуется способностью битума вытягиваться в тонкие нити. Определяется испытанием битумных образцов при температуре 25 ⁰С и скорости растяжения 5 см/мин. Растяжимость вязких и твердых битумов находится в интервале от 1 до 65 см.

Температура размягчения характеризуется способностью битума переходить из вязкопластичного состояния в жидкое при определенной температуре. Определяют ее на специальном приборе «кольцо и шар». Она соответствует температуре, при которой стальной шар массой 9,5 г проходит через заполненное битумом кольцо диаметром 15,7 мм. Она должна быть в интервале от 33 до 105

0С.

Твердость, вязкость и температура размягчения битума зависит от содержания в нем асфальтенов и смол.

Хрупкостью называется способность битума при определенной температуре переходить из упруго-пластичного в твердое или жидкое состояние. Определяют ее по температуре, при которой в изгибаемом слое битума на металлической пластинке при охлаждении с одной стороны не появятся трещины. Температура хрупкости для дорожных битумов должна быть в интервале от –20 до –6

0С.

Старение битумов характеризуется изменением их свойств. В результате воздействия на битум кислорода воздуха, ультрафиолетовых лучей, испарения легколетучих углеводородов масла переходят в смолы, смолы в асфальтены. Накопление асфальтенов уменьшает пластичность и повышает хрупкость битумов.

Природные битумы получают из битуминозных горных пород с содержанием битума от 10 до 80 %. Битум образовался из нефти в результате удаления легких фракций и окисления более тяжелых фракций. Минеральным остовом таких пород являются песчаники, доломиты, глинистые грунты.

Извлекают природный битум из песчаника водной вываркой. Горную породу измельчают до зерен размером 6—10 мм и кипятят в воде с добавкой соляной кислоты, которую вводят для лучшего отделения битума от минеральных частиц. Всплывший в виде пены битум вычерпывают и в отстойниках отделяют от воды. При необходимости битум сгущают продувкой воздуха.

Из известняков и доломитов битум извлекают экстрагированием органическими растворителями. Измельченную горную породу смешивают с органическим растворителем. Чаще всего применяют дешевый трихлорэтан, в котором битум растворяется, а затем его извлекают выпариванием растворителя.

Применяют природный битум для изготовления лаков, клеящих мастик.

При малом содержании битума в горной породе ее экономичнее измельчать и применять в виде асфальтового порошка в асфальтобетонах, мастиках, антикоррозионных покрытиях.

Нефтяные битумы получают из нефти. Нефть – сложная смесь углеводородов с примесью органических кислородных, сернистых и азотистых соединений. Битумы получают из остатков после отгонки из нефти летучих дистиллятов. По способу получения их разделяют на остаточные, крекинговые и окисленные.

Остаточные получают после отгонки легких фракций бензина, керосина, дизтоплива, масел. Остатком является мазут или гудрон, из которых при помощи глубокого вакуума и перегретого пара при температуре 300– 350

0С получают битум.

Крекинговые битумы образуются в результате расщепления молекул тяжелой части нефти на более легкие углеводороды при температуре 420– 650 ⁰С. Крекинг-остаток применяется как жидкий битум для изготовления дорожных битумов.

Окисленные битумы получают продувкой воздуха через остаточные и крекинговые битумы при температуре 230–290 ⁰С. Эти битумы имеют повышенное содержание асфальтенов и более теплоустойчивы.

В зависимости от физико-механических свойств нефтяные битумы подразделяются на твердые, вязкие и жидкие.

Твердые битумы подразделяются на строительные, кровельные и изоляционные.

Строительные битумы выпускают марок БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10. Их применяют для устройства гидроизоляций, кровельных работ, иногда используют для изоляции нефте- и газопроводов.

Кровельные битумы выпускают марок БНК 40/180, БНК 45/195 и БНК 90/30. Их применяют для изготовления кровельных материалов. Битумы марок БНК 40/180 и БНК 45/195 – для пропитки кровельного картона, битум марки 90/30 – для покровных слоев. Первая цифра дроби обозначает температуру размягчения битума в ⁰С, вторая – твердость (глубину проникновения иглы в 0,1 мм).

Битумы изоляционные выпускают марок БНИ–IV, БНИ–V и БНИ–IV-3 (зимний). Они характеризуются повышенной химической стойкостью, имеют хорошее сцепление с металлом, сохраняют пластичность при отрицательной температуре. Применяют для изоляции трубопроводов от грунтовой коррозии.

Вязкие битумы выпускаются следующих видов: битумы нефтяные дорожные марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300, БН 60/90, БН 90/130, БН 130/200 и БН 200/300; битумы модифицированные дорожные марок БМА 50/70, БМА 70/100, БМА 100/130, БМП 100/150, БМП 150/200, БММ 130/150; битумы для верхнего слоя дорожного покрытия марок БД 200/300, БД 130/200, БД 90/130, БД 60/90, БД 40/60.

Цифры дроби указывают на глубину погружения иглы при 25 ⁰С в 0,1 мм.

Битумы БНД, БМА, БМП, БД являются улучшенными. Они имеют хорошее сцепление с каменными материалами, пониженную хрупкость при отрицательных температурах, стойки при воздействии климатических факторов. Вязкие битумы применяют в дорожном строительстве. Свойства твердых и вязких битумов приведены в таблице 14.1.

Таблица 14.1 – Технические характеристики твердых и вязких битумов

Марка битума

Глубина проникновения иглы, 0,1 мм

Температура, 0С

Растяжимость, см

Эластичность при 13 0С, не менее

при 25 0С

при 0 0С

размягчения, не ниже

вспышки, не ниже

хрупкости, не выше

при 25 0С

при 0 0С

Битумы нефтяные строительные (ГОСТ 6617-76)

БН 50/50 БН 70/30 БН 90/10

41–60 21–40 5–20

– –

50–60 70–80 90–105

230 240 240

– – –

40 3 1

– – –

– – –

Битумы нефтяные кровельные (ГОСТ 9548-74)

БНК 40/180 БНК 45/190 БНК 90/30

160–210 160–220 25–35

– – –

37–44 40–50 80–95

240 240 240

– – –10

– – –

– – –

– – –

Битумы нефтяные изоляционные (ГОСТ 9812-74)

БНИ IV-3 БНИ-V БНИ-V

30–50 25–40 20–40

15 12 9

65–75 75–85 90–100

250 250 240

– – –

4 3 2

– – –

– – –

Битумы нефтяные дорожные вязкие (ГОСТ 22245-90)

БНД 200/300 БНД 130/200 БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 40/60 БН 200/300 БН 130/200 БН 90/130 БН 60/90

201–300 131–200 91–130 61–90 40–60 201–300 131–200 91–130 60–90

45 35 28 20 13 24 18 15 10

35 40 43 47 51 33 38 41 45

220 220 230 230 230 220 230 240 240

–20 –18 –17 –15 –12 –14 –12 –10 –6

– 70 65 55 45 – 80 80 70

20 6 4 3,5 – – – – –

– – – – – – – – –

Битумы модифицированные дорожные (СТБ 1220-2000)

БМ А50/70 БМ А70/100 БМ А100/130 БМП 100/150 БМП 150-200 БММ 130/150

50–70 71–100 101–130 101–150 151–200 130–150

– – – – – –

55 52 50 55 51 60

220 220 220 220 220 220

–20 –20 –21 –23 –23 –23

– – – – – –

9 9 11 11 13 15

55 50 50 50 50 85

Битумы нефтяные для верхнего слоя дорожного покрытия (СТБ — 1062-97)

БД 200/300 БД 130/200 БД 90/130 БД 60/90 БД 40/60

201–300 131–200 91–130 61–90 40–60

45 35 28 20 13

35 40 43 47 51

220 230 235 240 240

–20 –18 –17 –15 –12

– 70 65 55 45

10 6 4 3,5 –

– – – – –

Жидкие битумы подразделяются на два класса: среднегустеющие (СГ), медленногустеющие (МГ) и имеют следующие марки: СГ 40/70, СГ 70/130, СГ 130/200; МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200, МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200. Число дроби указывает на условную вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 ⁰С.

Свойства битумов приведены в таблице 14.2.

Таблица 14.2 – Технические характеристики жидких битумов

Марка битума	Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 0С	Количество испарившегося разжижителя, %, не более	Температура размягчения остатка после определения количества испарившегося разжижителя, 0С, не ниже	Температура вспышки в открытом тигле, 0С, не ниже
СГ 40/70 СГ 70/130 СГ 130/200 МГ 40/70 МГ 70/130 МГ 130/200 МГО 40/70 МГО 70/130 МГО 130/200	40-70 71-130 131-200 40-70 71-130 131-200 40-70 71-130 131-200	10 8 7 8 7 5 – – –	37 39 39 28 29 30 – – –	45 50 60 100 111 110 120 160 180

Для изготовления жидких битумов применяют вязкие дорожные битумы с глубиной проникновения иглы не более 90 0,1 мм.

Среднегустеющие битумы получают разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами. Их применяют во всех дорожно-климатических зонах для строительства капитальных и облегченных дорожных покрытий, оснований под покрытия.

Медленногустеющие битумы получают разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами, битумы получают из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов, а также их смесей. В качестве медленногустеющих битумов могут применяться природные тяжелые смолистые нефти.

Жидкие битумы при обычной температуре находятся в жидкотекучем состоянии. Применяют их подогретыми до 100 ⁰С или холодными при 15–20 ⁰С для приготовления холодного асфальтобетона во II–V дорожно-климатических зонах для дорожных покрытий облегченного типа и оснований.

Сланцевые битумы получают из сланцевой смолы после отгонки легких фракций, которая образуется из горючих сланцев при нагревании их без доступа воздуха при температуре около 550 ⁰С. Сланцевые битумы менее теплостойки, быстрее стареют, имеют резкий запах. Их рекомендуют применять для дорожных покрытий вне населенных пунктов.

studfile.net

ЛЕКЦИЯ 10. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ — Студопедия.Нет

И МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ

ВЯЖУЩИХ

Строительные конгломераты на основе органических вяжущих веществ относят к безобжиговым, так как их отвердевание происходит при обычных температурах и температурах не выше 180-220 °С.

Органические связующие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязкопластичные или жидкие (при комнатной темпера­туре) материалы, состоящие из химических соединений, в молекулах которых содержатся атомы углерода, и потому называемые органическими.

Все они должны обладать вяжущими свойствами, обладать способностью растворяться (или набухать) в органических растворителях.

Они почти нерастворимы в воде, содержат летучие вещества, которые при нагревании улетучиваются, что изменяет их первоначальные свойства, из­меняются под воздействием окружающих условий. Это естественное изменение свойств битумных и дегтевых материалов носит название старения.

Битумы меньше подвержены старению, чем дегти, поэтому битумные ма­териалы долговечнее дегтевых.

Битумы и дегти должны обладать достаточной адгезией к минеральным зернистым материалам, сцепляя их в микро- и макродисперсные конгломераты. Они являются в той или иной мере гидрофобными веществами.

К органическим связующим веществам относятся: битумы, дегти и их производные.

К особенно ценным свойствам следует отнести высокую водонепрони­цаемость, стойкость против действия щелочей, кислот, агрессивных жидкостей и газов, способность прочного сцепления с деревом, металлом, камнем.

Битумы

Битумы органические вещества черного или темно-бурого цвета, пред­ставляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неме-

41

таллических производных, т. е. соединения углеводородов с кислородом, азо­том, серой.

При комнатной температуре битумы находятся в твердом, вязком, вязко-пластичном и жидком состояниях.

Они полностью растворяются в бензоле, толуоле, хлороформе и других
органических растворителях. При нагревании переходят в легкоподвижные       |

жидкости, при охлаждении — вновь загустевают. Их истинная плотность около
1 г/см³.                                                                                                            I

Различают битумы природные и нефтяные.

Природные битумы

Природный битум в чистом виде встречается редко, чаще он пропитывает горные породы — известняки и песчаники.

Природный битум — органическое вещество черного или темно-коричневого цвета, пластичное в нагретом состоянии. При дальнейшем нагреве переходит в жидкое состояние, при охлаждении затвердевает.

Природные битумы используются редко из-за их высокой стоимости и ограниченности месторождений.

10.1.2. Нефтяныебитумы

Нефтяные битумы получают из нефти. При нагревании нефти выделяют жидкие горючие компоненты — бензин, лигроин, керосин. Далее при темпера­туре 300-400 °С отгоняют машинные, веретенные, трансформаторные и другие смазочные масла. В результате остается густой смолистый осадок, содержащий твердые частицы — гудрон. Он является исходным сырьем для получения твер­дого и полутвердого битума, но может использоваться и без переработки, как жидкий битум.

Нефтяные битумы по своему образованию делятся на:                              \

— остаточные — образуются в атмосферно-вакуумных трубчатых печах       <

непрерывного действия после отгонки от нефти более легких фракций (бензи­на, керосина). Это вещество черного цвета, почти твердое при нормальной тем­пературе;

 

— окисленные — получают продувкой воздуха через нефтяные остатки (продутые битумы). При продувке под воздействием кислорода битумы приоб­ретают вязкость;

— крекинговые — нефтяные остатки, образующиеся при крекинге (разло­жение при высокой температуре) нефти и нефтяных масел для получения большого выхода бензина. При продувке воздуха через эти остатки получают окисленные крекинговые битумы.

В нефтяных битумах различают составные части: масла, смолы, асфаль-тены, карбены и карбоиды.

Масла состоят из углеводородов относительно несложного строения. Имеют светло-желтый цвет и придают битуму подвижность и текучесть. Их плотность менее 1 г/см³. Содержание масел в битумах 35-60 % (по массе).

Смолы имеют темно-коричневый цвет, плотность примерно 1 г/см . Смо­лы обладают высокой-поверхностной активностью, а битуму придают улучше­ние адгезии к каменным материалам, которые участвуют в искусственных строительных конгломератах в качестве зернистых материалов (заполнителя). Смолы легко растворяются в бензоле, хлороформе и представляют собой лег­коплавкие вязкопластичные вещества. Их присутствие придает битуму эла­стичность и водоустойчивость. Содержание смол в битумах 20-40 % (по массе).

Асфальтены — твердые неплавкие вещества с плотностью немногим бо­лее 1 г/см³. Они растворимы в хлороформе, горячем бензоле, но нерастворимы в бензине. Их содержание повышает температуростойкость, вязкость и твер­дость битумов. Под действием ультрафиолетовых лучей они становятся нерас­творимы в бензоле, переходя в карбены. Обычно в битумах содержится 10-40 % (по массе) асфальтенов.

Карбены и карбоиды содержатся в количестве 1 -3 %. Это твердые веще­ства, не растворимые в известных растворителях. С увеличением содержания карбенов и карбоидов увеличивается вязкость и хрупкость битумов.

10.1.3. Свойства битумов

Нефтяные битумы делят на марки по показателю пенетрации — глубины проникания в битумы стандартной иглы при действии на нее груза массой 100 г

 

42

43

в течение 5 с при температуре 25 °С или 200 г груза в течение 60 с при темпера­туре 0 °С. Она выражает величину, обратную вязкости, т. е. текучесть, и опре­деляется пенетромером в градусах. Каждый градус означает погружение иглы на 0,1 мм.

Помимо пенетрации важнейшими свойствами битумов являются пла­стичность (степень растяжимости) и температура размягчения. Температу­ра размягчения отражает переход битума из твердого или вязкопластичного вещества в жидкое, температура хрупкости — температура перехода битума в хрупкое состояние. По разности,температур размягчения и хрупкости судят о качестве битумного материала: чем больше этот интервал, тем выше качество битума.

Существенной особенностью битумов является их высокая адгезия — при­липание к поверхности минеральных и органических материалов. По визуаль­ному методу степень прилипания оценивается по 5-балльной шкале. Если пленка битума на поверхности гравия или щебня полностью сохраняется после кипячения в дистиллированной воде, прилипание битума оценивается 5 балла­ми; если пленка битума после кипячения полностью смывается с минеральных зерен и всплывает на поверхность воды, прилипание очень плохое и оценивает­ся в 1 балл.

Условная вязкость жидких битумов характеризуется временем истечения определенного количества битума (50 см³) через отверстие вискозиметра при одной-двух стандартных температурах, а именно C^s₂5, и С⁵₆₀ Здесь верхний ин­декс — величина диаметра (мм) стандартного отверстия, нижний — температура испытания.

В зависимости от показателей основных свойств вязкие (твердые) строи­тельные нефтяные битумы подразделяют на марки: БЫ 60/90, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.

Цифры дроби указывают на допустимые для данной марки пределы пока­зателей пенетрации при 25 °С.

Битумы дорожные нефтяные марок БНД отличаются хорошим сцеплени­ем с каменным материалом, имеют достаточно высокую пластичность при от-

44

рицательных температурах, проявляют стойкость к климатическим воздействи­ям.

Битумы дорожные нефтяные выпускают пяти марок: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300.

Для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов приме­няют битумы марок БНК 45/18 (пропиточные), БНК 90/40 и БНК 90/30 (по­кровные). Числитель дроби указывает «среднее значение показателей темпера­туры размягчения (°С), знаменатель — среднее значение показателей пенетра­ции при температуре 25 °С.

Кроме вязких, в строительстве используют жидкие битумы как подогре­тыми до температуры около 100 °С, так и в холодном состоянии (12-20 °С). Со временем жидкие битумы загустевают за счет испарения легких фракций, окис­ления и других процессов.

Дегти и пеки

К группе дегтевых вяжущих относят сырые дегти, дегтевые масла и пеки.

Сырые дегти — это жидкие продукты разложения органических веществ. Сырые дегти — густые, вязкие жидкости черного или темно-бурого цвета. Со­стоят из углеводородов и их сернистых, азотистых и кислородных производ­ных, получаемых в процессе перегонки органических веществ, при которой хи­мическая структура перегоняемого вещества полностью изменяется.

В зависимости от исходного сырья дегти подразделяются на:

— древесные дегти;

— торфяные дегти;

— сланцевые дегти;

— каменноугольные дегти.

Сырой деготь непосредственно для производства строительных материа­лов не применяют, так как летучие соединения испаряются, что приводит к из­менению первоначальных свойств строительных материалов на его основе -они становятся хрупкими и растрескиваются. Сначала от него отгоняются вода, легкие и часть средних фракций, получают отогнанный деготь, который ис­пользуется в производстве строительных материалов.

45

В процессе нагревания дегтя отгоняются масла и вода. При нагревании дегтя при 100 °С удаляется вода, при 170 °С отгоняется легкое масло, при 270 °С — среднее масло, при температурах до 270-300 °С — тяжелое шпалопро-питочное масло и при 360 «С — самое тяжелое антраценовое масло. По оконча­нии отгонки масел получают твердое аморфное вещество черного цвета плот­ностью 1,25-1,28 г/см³, называемое пеком.

Пеки нерастворимы в воде, хорошо растворяются в скипидаре, хлоро­форме и др., имеют достаточную стойкость к растворам солей и кислот, более гнилостойки, чем битумы.

Пек также сплавляют с малолетучим антраценовым маслом или отогнан­ным дегтем и получают составленный деготь, пригодный для строительных це­лей. Он обладает высокими вяжущими и приклеивающими свойствами, малой хрупкостью и слабо размягчается под действием солнечных лучей.

Смеси дегтя и пека, а также пека с антраценовым маслом используют для производства дегтебетона, применяемого для дорожных покрытий, кровельного толя, приклеивающих и покрасочных дегтевых мастик.

Основным механическим свойством дегтя является вязкость, которая бы­стро снижается при увеличении температуры.

В зависимости от вязкости дегти подразделяют на марки: Д-1, Д-2, Д-3, Д-4, Д-5, Д-6. Для получения дегтя требуемой вязкости нередко сплавляют два вида дегтя разной вязкости.

Биостойкость дегтя — высокая, цвет — черный. Деготь имеет специфиче­ский запах, токсичен. Истинная плотность 1,1-1,3 г/см³. Температура воспламе­нения 180-270 °С.

studopedia.net

2.3. Битумные и дегтевые вяжущие, материалы на их основе

Битумы и дегти представляют собой органические материалы аморфной структуры, в состав которых входят высокомолекулярные углеводороды и их производные. К битумным материалам относятся природные битумы – продукт естественного окисления нефти и искусственные, полученные путем заводской переработки нефти. Дегти получают в результате сухой перегонки твердых видов топлива: каменного угля, торфа или горючих сланцев.

Применение битумов было известно давно, однако литература длительное время почти не упоминала о битумах или асфальтах. В 1300 году итальянский путешественник Марко Поло впервые указывает на залежи «жидкого асфальта» в Баку. В 1601 году делается попытка классифицировать битуминозные материалы и только в 1777 году Ле Сазе дает более или менее полную классификацию асфальтов (битумов), включая в них и нефть. В России асфальты начали применять в сороковых годах XIX столетия вначале в дорожном строительстве, затем при производстве лаков, красок и гидроизоляционных материалов. Битумы и дегти объединяет близость состава и структуры и, как следствие, – сходство основных свойств.

2.3.1. Свойства органических вяжущих

Все органические вяжущие вещества имеют черный или темно-бурый цвет, поэтому их также называют черными вяжущими.

Обладая аморфным строением, битумы в отличие от кристаллических материалов не имеют определенной температуры плавления. Постепенный переход из твердого состояния в вязкотекучее обратим и происходит без изменения основных свойств, следовательно, битумы относятся к термопластичным органическим материалам. Деготь – темноокрашенный жидкий продукт, обладающий низкой атмосферостойкостью. Для повышения вязкости, атмосферо- и температуростойкости в состав дегтей вводят наполнители (известняк, песок). Так как органические вяжущие материалы абсолютно плотные, то их средняя и истинная плотность численно равны и колеблются в зависимости от состава от 800 до 1300 кг/м³.

В практике строительства наибольшее применение нашли битумы. Они гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, пористость их практически равна нулю, поэтому они водонепроницаемы и морозостойки. Эти свойства позволяют широко использовать битумы при получении гидроизоляционных и кровельных материалов. Срок эксплуатации битумных изделий на воздухе невелик, так как под действием солнечного света и кислорода воздуха происходит старение битумов, сопровождающееся повышением твердости и хрупкости. В связи с этим нефтяные битумы перевозят в закрытых емкостях или бумажных мешках и хранят в специальных закрытых складах, защищенных от действия солнечных лучей и атмосферных осадков.

В связи с тем, что технология получения материалов и изделий с использованием битумов основана на его свойстве перехода при нагревании из твердого в пластичное состояние, а также учитывая условия работы кровельных материалов, для битумов согласно ГОСТу предусмотрено определение следующих теплотехнических показателей: температуры размягчения на приборе «кольцо-шар», которая характеризует теплостойкость и степень размягчения битумов при нагревании; температуры вспышки газообразных продуктов, выделяющихся из битума при нагревании. Последний показатель необходим для отработки безопасной технологии получения материалов и изделий с использованием битумов.

Качество битумов оценивают также по вязкости и растяжимости. Вязкость определяют по глубине проникновения в битум иглы в течение определенного времени под действием фиксированной нагрузки при температуре испытания 25 °С (пенетрация). Вязкость выражают в градусах, причем 1° соответствует глубине проникновения иглы на 0,1 мм. Растяжимость (дуктильность) – способность битумов вытягиваться в тонкие нити, разрывающиеся под действием приложенной растягивающей нагрузки. Растяжимость измеряют в сантиметрах. Эти три основных свойства битума находятся во взаимосвязи. Твердые битумы имеют высокую температуру размягчения, но малую растяжимость, т.е. относительно хрупки. Мягкие битумы размягчаются при невысокой температуре, могут сильно растягиваться – обладают большой пластичностью. По вышеперечисленным свойствам для битума определяют марку, условное обозначение которой включает буквы, определяющие применение битума, и цифры, характеризующие его основные свойства. Например, марки БН-90/10, БНК-90/40 – битумы нефтяной строительный и кровельный, температура размягчения которых 90 °С, вязкость 10 и 40° соответственно, БНД-130/220 – битум нефтяной дорожный вязкостью 131 – 220°.

Битумы коррозионностойки по отношению к водным растворам многих кислот, щелочей, солей и большинства агрессивных газов, но растворяются частично или полностью в различных органических растворителях (спирте, ацетоне, скипидаре). Это свойство позволяет применять их для приготовления антикоррозионных мастик, лаков и красок.

Механические свойства битумов зависят от температуры окружающего воздуха. При нормальной (20 °С) температуре – это, как правило, твердые, относительно пластичные материалы, при понижении температуры до отрицательной – хрупкие. С целью повышения эластичности, теплостойкости, механической прочности в органические вяжущие вводят полимерные и минеральные добавки. Материалы на основе битума нельзя применять при действии горячей воды и жидких органических сред (масла, растворителей, нефтепродуктов).

studfile.net

Состав битума и его свойства

Состав битума и его физико-химические свойства могут меняться в зависимости от способа производства и месторождения нефти. Уникальность характеристик такого вяжущего определяется концентрацией высокомолекулярных компонентов, склонных к межмолекулярным взаимодействиям.

Химический состав битума

В общем случае битумы состоят из:

• асфальтенов;
• смол;
• масел.

Масла  делают битум менее твердым, снижают температуру его размягчения, а также увеличивают испаряемость и текучесть.

Смолы способны придать веществу такие характеристики, как твердость, пластичность и растяжимость.

Асфальтены представляют собой продукт уплотнения смол. По сравнению с другими компонентами битума они не растворяются в насыщенных углеводородах нормального строения, смешанных полярных растворителях и наоборот растворимы в бензоле и его гомологах, четыреххлористом углероде и сероуглероде.

Как видим, каждый из компонентов битума способен оказывать воздействие на его физико-химические характеристики.

Эксплуатационные свойства

Среди основных эксплуатационных свойств битумов стоит выделить:

• пенетрацию – глубину проникновения тела стандартной формы (в случае битума – иглы) в вяжущее. Косвенно этот параметр характеризует твердость битума, но измеряется в десятых долях миллиметра;
• температуру размягчения – температуру перехода битумов из относительно твердого состояния в жидкое;
• температуру хрупкости – температуру разрушения материала под влиянием кратковременных нагрузок;
• растяжимость – расстояние, на которое возможно вытянуть в нить материал без разрыва. Косвенно данный показатель позволяет охарактеризовать силы межмолекулярного взаимодействия;
• индекс пенетрации – степень коллоидности материала;
• адгезию – способность битума прилипать к другим веществам. Она зависит от полярности компонентов битума (мальтенов и асфальтенов).

Чтобы оценить качество материала, пользуются такими показателями, как когезия, вязкость, а также диэлектрическими, тепловыми и оптическими свойствами.

С целью определения качества битума в процессе эксплуатации и оценки потенциального срока службы асфальтобетонного покрытия прибегают к вычислению потери массы и изменения пенетрации после подогрева.

На сегодняшний день накоплено достаточно экспериментальных данных, позволяющих судить о связи компонентов вяжущего и его свойств. В частности, можно говорить о следующем. Понижение отношения масел к асфальтенам увеличивает вязкость материала. Что касается ароматических соединений и смол, то их влияние на свойства битумов практически одинаково.

Температура хрупкости и пенетрация не зависят от суммы ароматических соединений и смол, а определяются соотношением насыщенных соединений и асфальтенов. Чем больше данное соотношение, тем выше температура хрупкости.

Интервал пластичности зависит от отношения суммы ароматических соединений и смол к асфальтенам. С увеличением значения этого отношения интервал пластичности уменьшается.

Оборудование от компании GlobeCore для производства модифицированных битумов

Производительность данного оборудования для производства модифицированных битумов от 4м3 до 22 м3 в час:

Установка модификации битума полимерами – (ПБВ) УСБ-2М, 4-7м3/час

emulsion.globecore.ru

Битум и его виды | Статьи | Знания

Битумом называют смолоподобный продукт чёрного или тёмно-коричневого цвета, который состоит из смеси углеводородов и их производных, не содержащих металлы.

Свойства битума

Битумы термопластичны: при изменении температуры способны быть твёрдыми или смолоподобными. При сильном нагревании разжижаются, становясь пластичной массой с низкой текучестью. После остывания набирают первоначальную вязкость, без потери свойств и характеристик. Битумы относятся к веществам, которые не имеют чёткой температуры плавления (аморфность).

Ещё одно отличительное свойство – продукт не растворяется в большинстве кислот, воде, солевых растворах и щелочах, но при этом хорошо растворяется органическими растворителями.

Непористая структура битума наделяет его высокой плотностью (около 1,50 г/см). Благодаря этому даже тонкий слой этого инженерно-строительного материала является полностью водонепроницаемым.

Все эти свойства делают битумы незаменимыми в строительной сфере, укладки дорог, при проведении гидроизоляции различных поверхностей даже в самых неблагоприятных условиях.

Состав битума

Битум включает в себя такие элементы:

• углерод: 70–85%;
• водород: 8–15%;
• сера: 1–8%;
• азот: до 2%;
• кислород: 1–5%.

Полный химический состав очень сложен, но все элементарные соединения делятся на четыре группы:

1. Твёрдые компоненты – высокомолекулярные углеводороды (асфальтены, карбоиды, карбены), придающие тугоплавкость и твёрдость. Их содержание колеблется в пределах 10–40%.
2. Смолы – серосодержащие аморфные соединения, благодаря которым битум обладает хорошей адгезией к различным поверхностям. Содержание – от 20 до 40%.
3. Кислоты играют роль поверхностно-активных веществ, которые защищают материал от воздействия ультрафиолета, создавая на поверхности плёнку. Их содержание в составе не достигает 3%.
4. Нефтяные масла (30–60%) состоят из различных углеводородных соединений и придают вязкость и термопластичность.

Классификация битума

Для классификации битумов подходят два критерия: по происхождению и сфере применения.

Виды битума по происхождению

Здесь выделяют природные и искусственные битумы.

Природный

Естественная полимеризация нефти приводит к образованию чистого битума, залежи которого встречаются возле нефтяных месторождений, где они образуют битумные озёра или линзы. Однако такие явления очень редки, чаще всего природный битум пропитывает осадочные породы, поэтому процесс его добычи из горючих полезных ископаемых довольно трудоёмок.

Природные битумы подразделяются на три подвида:

1. Поверхностные: образуются в результате выхода битумосодержащих пород на поверхность.
2. Жильные: содержат небольшие включения примесей минералов.
3. Пластовые: горная порода, пропитанная битумом.

Производство битума естественного происхождения можно разделить на несколько основных технологических этапов:

• Добыча битумосодержащего сырья. Исходя из особенностей месторождения, применяется дренажный, шахтный, скважинный, карьерный и другие методы.
• Разделение массы на минеральные и органические компоненты. Для этих целей используется метод выварки в воде, а для извлечения из горных пород применяются растворители.
• После этого промежуточное сырьё поступает на дальнейшую переработку для получения чистого битума.

Сложность добычи природного битумосодержащего сырья и дальнейшей его переработки делает конечный продукт дорогим в ценовом соотношении, что ограничивает его сферу применения промышленной отраслью.

Искусственные (нефтяные) битумы

Производится из остатков перегонки нефти – гудрона. При нагреве или продувке гудрона кислородом получается полутвёрдая или твёрдая субстанция – искусственный нефтяной битум.

Для получения искусственного продукта применяется три технологии:

1. Концентрирование: при помощи перегонки в вакууме нефтяных остатков получают остаточные битумы, которые также называют осаждёнными. Для их получения используется высокосмолистое сырьё (остатки перегонки сернистой нефти). Битумы, получаемые методом концентрирования – твёрдые вещества с небольшим коэффициентом вязкости.
2. Окисление – наиболее применяемый метод получения искусственных битумов. Продувка кислородом нефтяных остатков и других различных компонентов производится при температуре 180–300 ºC. Благодаря этой методике, в конечном продукте увеличивается содержание асфальтенов и смол, благодаря которым готовый продукт отличается теплостойкостью и эластичностью.
3. Смешивание. При пропорциональном смешивании битумов, полученных методом окисления и концентрирования, а также дистиллятов и других остатков, получают компаундированные битумы. Кроме этого, в процессе компаундирования (смешивания) в сырьё добавляют различные присадки: дёгти, каменноугольные масла, полимеры и другие добавки. Это позволяет получить материал с определёнными характеристиками и свойствами.

Производство искусственных битумов менее трудоёмкое и затратное, что отображается на стоимости конечного продукта. Именно благодаря своей низкой цене нефтяные битумы получили широкое применение в различных сферах.

Виды битума по сфере применения

В зависимости от эксплуатационных и технических характеристик, битумы подразделяются на следующие виды.

Дорожные

Битумы, применяемые в дорожном строительстве, делятся на вязкие и жидкие составы.

Вязкие

Основные требования к эксплуатационным характеристикам и техническим условиям описаны в ГОСТ 22245–90.

Этот вид производится методом окисления массы, получаемой после перегонки нефти. Применяется как вяжущее вещество при производстве асфальта для верхнего слоя дорог.

Вязкие битумы выпускаются следующих марок:

• БНД: 200/300; 130/200; 90/130; 60/90; 40/60.
• БН: 200/300; 130/200; 90/130; 60/90.

Жидкие

Технические условия и основные характеристики регламентирует ГОСТ 11955–82.

Жидкие битумы получаются в результате добавления растворителей к вязким компонентам и перемешивании их на специальных установках при помощи инертного газа. Применяются при дорожном строительстве, гидроизоляции оснований, а также других целях.

Жидкие битумы выпускаются следующих марок:

• МГО: 40/70; 70/130; 130/200.
• МГ: 40/70; 70/130; 130/200.
• СГ: 40/70; 70/130; 130/200.

Строительные

Марки, технические требования и эксплуатационные показатели строительных битумов регламентирует ГОСТ 6617–76.

Строительные битумы – результат окисления остатков переработки сырой нефти. Также допускается использование метода компаундирования окисленных и неокисленных остатков с асфальтами и отходами масляного производства.

Строительные битумы производятся следующих марок БН: 50/50; 70/30; 90/10.

Кровельные

Марки, технические условия и основные характеристики кровельных битумов регламентирует ГОСТ 9548–74.

Кровельные битумы производятся таких марок БНК: 40/180; 45/190 – получают в результате окисления продуктов, оставшихся после атмосферно-вакуумной перегонки нефти. При дальнейшей переработке и окислении марки 45/190, получается битум БНК 90/30, который предназначается для покровного слоя кровли.

Изоляционные

Технические условия, основные эксплуатационные показатели и марки изоляционных битумов регламентирует ГОСТ 9812–74.

Изоляционные битумы производятся окислением продуктов, оставшихся после прямой перегонки, а также смесей остатков нефти с асфальтами и другими компонентами.

Производят следующие марки изоляционных битумов (БНИ): IV-З; IV; V.

Применение битума в строительстве

Битумы применяют во всех строительных отраслях:

• Для защиты оснований от грунтовых вод, гидроизоляции перекрытий, оборудования плоских кровель.
• Для изготовления асфальтобетона, который используется для строительства дорог.
• При производстве кровельных и других гидроизоляционных материалов, мастик.
• Защитной изоляции трубопроводов
• Другие сферы применения.

Для использования по прямому назначению, битум чаще всего необходимо размягчить до пластичного (жидкого) состояния. Для этого применяют три способа:

1. Нагревание до 130–170 ºC.
2. Применение органического растворителя. Этот способ позволяет размягчить твёрдый продукт до нужной консистенции без нагрева. Применяется для получения мастик, которые можно наносить холодным методом.
3. Эмульгирование битума для получения паст и эмульсий.

Технические характеристики битума

К разным битумам предъявляются различные требования по физико-химическим параметрам, описанные в действующих ГОСТах. Основными критериями, определяющими эксплуатационные характеристики и физико-химические свойства битумов, являются:

1. Степень твёрдости или вязкости (пенетация). Определяется на специальном приборе – пенетрометре с иглой. Индекс пенетрации – глубина проникания иглы в исследуемый материал при температуре не более 25 ºC.
2. Температура размягчения (пластичность) и хрупкость также определяется на специальном автоматическом аппарате. Суть метода – определение опытным путём температуры, при которой образец размягчается и теряет необходимую вязкость, а также при какой температуре теряет свою эластичность и становится хрупким.
3. Дуктильность – это способность испытуемого образца растягиваться в нить при температуре 25 ºC. Определяется на специальном приборе – дуктилометре.

Основные производители

По объёмам производства битумов Россия занимает второе место в мире, уступая лишь США. Заводы по переработке нефти есть практически в каждом регионе нашей страны. Крупнейшие производители собраны в небольшом обзоре.

АО «ГАЗПРОМНЕФТЬ» – крупнейшая компания России, занимающаяся добычей, переработкой и поставкой нефти. Нефтеперерабатывающие заводы компании разбросаны по всей стране. Крупнейший из комбинатов – Омский НПЗ, перерабатывающий 20 млн тонн нефти в год. Второй по мощности – Московский НПЗ, производительность которого составляет около 11 млн тонн в год. Кроме всех видов топлива, эти заводы перерабатывают и остатки перегонки нефти, производя основные виды битумов.

АО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» – одно из нефтеперерабатывающих предприятий, входящих в состав ПАО «НК «Роснефть». Проектная мощность этого завода составляет около 19 млн тонн переработанной нефти. На предприятии производят основные виды топлива, а также инженерно-строительные материалы, мазут для котельных и другие нефтепродукты.

ОАО «Славнефть-ЯНОС» – крупнейший нефтеперерабатывающий завод северного региона России, входящий в состав ОАО «НГК «Славнефть». Ассортимент продукции предприятия насчитывает более 100 позиций, среди которых битумы всех видов.

ООО «КИНЕФ» (Киришский нефтеперерабатывающий завод) входящий в структуру ОАО «Сургутнефтегаз» – крупнейший поставщик нефтепродуктов для Ленинградской, Новгородской и Псковской области. Среди выпускаемой продукции предприятия – бензины, керосины, мазуты, дизельное топливо, битумы и другие продукты переработки нефти.

stroy-inform.ru

Основыне свойства битумов.Деструкция битумов. — КиберПедия

Важнейшими свойствами битумов, характеризующими их качество, являются:

— вязкость- сопротивление внутренних слоев битума перемещению относительно друг друга.

— пластичность- способность материала получать остаточные деформации без разрушения и сохранять их после снятия нагрузки

Температура размягчения — это температура, при которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое
— температура хрупкости- это температура, при которой материал разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки.
— температура вспышки температура, при которой пары образующиеся при нагревании битума в открытом тигле, воспламеняются от поднесенного пламени.

— высокая адгезия- прилипание к поверхности различных минеральных и органическиx материалов.

Химические свойства. Битумы стойки к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. Они хорошо сопротивляются действию щелочей, многих кислот. Менее стойки действию оксидов азота, растворимы в органических растворителях.

Твердение битумов, влияние наполнителей, модификаторов на свойства композиций.

Групповые углеводороды битума образуют сложную дисперсную систему типа коллоидного раствора. При исследованиях обнаруживается микроскопическая неоднородность среды, что обусловлено неполным растворением смол в маслах и проявляется в постепенном и самопроизвольном выделении микродисперсных частиц при охлаждении среды. Самопроизвольное образование новой твердой фазы обусловлено явлениями пересыщения, вызванного переохлаждением.

Основным носителем потенциальных центров кристаллизации и появления новой твердой фазы в битуме являются смолы. Всегда отмечается значительное сокращение пластичности битума с увеличением содержания смол, т.е. уменьшение интервала между температурами хрупкости и размягчения.

Поверхностно-активные, анионоактивные вещества могут находиться в зависимости от вещественного состава битума в адсорбированном состоянии (на асфальтенах) и в свободном, за счет этого могут вступать во взаимодействие с внешней средой, например, с поверхностью минеральных компонентов в битумных гидроизоляционных составах или асфальтобетонах.

При хемосорбции битумов, т.е. процессах химического взаимодействия ПАВ битума с поверхностью минерального адсорбента могут образовываться необратимые соединения солеобразных веществ с такими наполнителями: CaO, Al₂O₃, AlCl₃, Fe₂O_3.

При взаимодействии битумов и минеральных порошков типа кварца, каолина, кремния, гранита обладающих высоким потенциалом отрицательного знака и значительным количеством адсорбционных центров на поверхности в виде ионов кислорода О^-2 происходит наименьшее снижение полярности фаз в битумно-минеральной системе.

Искусственные строительные композиты на битумном вяжущем чувствительны к колебаниям температуры внешней среды, что служит источником непрекращающихся структурных изменений, а именно: происходит повышение концентрации твердой фазы (при понижении температуры) за счет спонтанного выделения из гетерогенной системы новых центров структурообразования, их размножения и обрастания.

Твердение битумов происходит за счет коагуляционного структурообразования, связанного с температурным воздействием. В зависимости от температуры битумы могут находиться в различных состояниях.

1. Упруго-хрупкое состояние (при температуре менее 0 оС) – каркас из асфальтенов фиксирован отвердевшей прослойкой из смол, растворенных в маслах.

2. Эластичное состояние – каркас из асфальтенов фиксирован жидкими прослойками. Деформации во времени только упругие.

3. Упруго-пластичное состояние – частицы асфальтенов взаимодействуют через тонкие прослойки среды, проявляющих упругие свойства при напряжениях, не превышающих предел текучести.

4. Упруго-вязкое состояние – исчезает предел текучести. Прослойки среды увеличиваются за счет их частичного растворения.

5. Истинно-вязкое состояние (температура выше температуры размягчения). практически отсутствует дисперсная фаза и всю систему занимает дисперсионная среда. Битум представляет собой суспензию асфальтеновых частиц, набухших в углеводородах. Состояние битума предопределяет его свойства в процессе эксплуатации

Важнейшими свойствами битумов, характеризующими их качество, являются вязкость, пластичность, температуры размягчения и хрупкости; кроме того, следует отметить высокую адгезию, обусловливающую способность битумов сцеплять в монолит минеральные зерна заполнителей; они способны также придавать гидрофобные свойства материалам, обработанным битумом.

Основной характеристикой структурно-механических свойств битумов является вязкость, зависящая главным образом от температуры и группового состава. ВЯЗКОСТЬ — сопротивление внутренних слоев битума перемещению относительно друг друга. Для многих битумов вязкость непостоянна и уменьшается с увеличением напряжения сдвига или градиента скорости деформации. При повышении температуры вязкость снижается, при ее понижении вязкость быстро возрастает, а при отрицательных температурах битум становится хрупким. Для измерения структурной вязкости применяют различные приборы, позволяющие определить вязкость в абсолютных единицах (Па·с) или выразить ее в условных единицах. Для характеристики вязкости, точнее величины обратной вязкости, т.е. текучести битумов, принимается условный показатель — глубина проникания иглы в битум (пенетрация). Глубину проникания иглы в битум определяют на приборе — пенетрометре при действии на иглу груза массой 100 г в течение 5 с при температуре 25°С или 0°С при грузе 200 г в течение 60 с. Пеиетрация твердых или вязких битумов выражается в единицах (градусах), равных 0,1 мм проникания иглы в битум. Чем больше вязкость, тем меньше проникание иглы в битум.

ПЛАСТИЧНОСТЬ является важным свойством битумов. Она повышается с увеличением содержания масел, длительности действия нагрузки и повышения температуры. Пластические свойства твердых и вязких битумов условно характеризуются растяжимостью (дуктильностью) —способностью вытягиваться в тонкие нити под действием внешних постоянных сил. Растяжимость определяют на специальном приборе — дуктилометре при скорости деформации образца битума в виде «восьмерки» 5 см/мин, температурах испытания 25 и 0°С. Показателем растяжимости служит длина нити в момент разрыва образца, выраженная в сантиметрах. Пластические свойства битума зависят от температуры, группового состава и структуры. Так, например, с повышением содержания смол и асфальтенов пластичность при постоянной температуре битумов возрастает.

«Метод определения растяжимости».

Для проведения работы используется прибор – дуктилометр, имеющий термостат для поддержания необходимой температуры во время эксперимента в пределах от 2 до 32°C.

 

В ходе работы измеряется расстояние, на которое может максимально увеличить свою длину специально подготовленный образец битума при растяжении его с заданной линейной скоростью при строго контролируемой температуре. Одновременно могут испытываться три образца. Синхронный двигатель позволяет растягивать образец с постоянной скоростью 0.25, 1 и 5 см/мин без вибраций и толчков. Датчик перемещения указывает положение каретки на линейной градуированной в сантиметрах шкале. Максимальное допустимое удлинение составляет 150 см

 

Существенной характеристикой свойств битума является

ТЕМПЕРАТУРА РАЗМЯГЧЕНИЯ, определяемая на приборе «кольцо и шар» («К и Ш»), Температура размягчения битума, выраженная в градусах Цельсия, соответствует температуре водяной бани в стакане прибора в момент, когда битум, имеющийся в латунном кольце (диаметр 16,0 мм), деформируясь под воздействием металлического шарика массой 3,5 г и постепенного нагрева воды со скоростью 5°С в минуту, коснется нижней полки подставки. Нижняя полка подставки прибора находится на стандартном расстоянии от кольца, равном 25 мм. Температура размягчения вязких и твердых битумов колеблется в. пределах от 20 до 95°С.

Для характеристики тепловых свойств битумов кроме температуры размягчения определяют температуру хрупкости.

ТЕМПЕРАТУРА ХРУПКОСТИ БИТУМА определяется на специальном приборе ФРААСА. Для этой цели испытуемый битум наносят тонким слоем па латунную пластинку, которая вместе с битумом может охлаждаться и изгибаться с помощью приспособления, имеющегося на приборе. За температуру хрупкости принимают ту температуру, при которой на топком изгибаемом слое битума образуется первая трещина. Температура хрупкости, например, дорожных битумов может быть от —20 до +5°С. Очевидно, что чем ниже температура хрупкости битума, тем больше его морозостойкость и выше качество.

ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ — температура, при которой пары образующиеся при нагревании битума в открытом тигле, воспламеняются от поднесенного пламени. Температуру вспышки определяют на стандартном приборе и отмечают по показанию термометра в момент вспышки паров битума. Температура вспышки твердых и вязких битумов обычно выше 200°С и характеризует степень огнеопасности битума при его разогреве.

Существенной особенностью битумов является их высокая АДГЕЗИЯ — прилипание к поверхности различных минеральных и органическиx материалов. Для определения адгезии существует много методов и приборов. Одним из них является визуальный метод, по которому степень прилипания битумов к поверхности минеральных материалов оценивают по пятибалльной шкале. Отличное прилипание битума 5 баллов в том случае, когда пленка битума на поверхности гравия или щебня полностью сохранилась после кипячения в дистиллированной воде. Очень плохое прилипание, оцениваемое в один балл, когда пленка битума после кипячения полностью смещается с минеральных зерен и всплывает на поверхность воды.

С повышением соотношения масла/асфальтены повышается пенетрация понижаются температура размягчения и температура хрупкости, уменьшается вязкость. Максимальное значение растяжимости достигается при соотношении масла: асфальтены, равном 2:5. Увеличение содержания масел в битумах одних и тех же марок из разного сырья понижает когезию.

Основным носителем потенциальных центров кристаллизации и появления новой твердой фазы в битуме являются смолы. Всегда отмечается значительное сокращение пластичности битума с увеличением содержания смол, т.е. уменьшение интервала между температурами хрупкости и размягчения. Присутствие смол приводит к интенсификации нарастания вязкости битума при снижении температуры, и к снижению теплоустойчивости.

При структурировании битумной системы приобретается гелеобразная структура. Ускорение процесса может вызвать кристаллизующийся парафин.

 

Деструкция

Искусственные строительные композиты на битумном вяжущем чувствительны к колебаниям температуры внешней среды, что служит источником непрекращающихся структурных изменений, а именно: происходит повышение концентрации твердой фазы (при понижении температуры) за счет спонтанного выделения из гетерогенной системы новых центров структурообразования, их размножения и обрастания. Затем, при повышении температуры, за счет усиления теплового молекулярного движения происходит разрушение структурной сетки в вяжущем веществе. В сочетании с эксплуатационными нагрузками это ведет к появлению напряжений и при температурных колебаниях начинают происходить нарушения структуры и потеря деформационной устойчивости.

При отрицательных температурах, особенно при резких колебаниях, возникают тепловые напряжения и хрупкие микро- и макроразрывы. Замерзание воды в порах.

О старении битума судят по кинематике роста вязкости во времени

η = Ае^φτ

где – А – постоянная, φ – фактор старения, τ – продолжительность старения.

АДГЕЗИЯ

Поверхностно-активные, анионоактивные вещества могут находиться в зависимости от вещественного состава битума в адсорбированном состоянии (на асфальтенах) и в свободном, за счет этого могут вступать во взаимодействие с внешней средой, например, с поверхностью минеральных компонентов в битумных гидроизоляционных составах или асфальтобетонах. Степень активности битума определяется содержанием поверхностно-активных инградиентов – асфальтогеновых кислот и их солей, активных водородных групп в смолах и асфальтенах:

q = Tλ Г/С

Г — адсорбция активного вещества,

С- концентрация,

Т температура.

Если q > 0, то адсорбция положительна

q = 0 адсорбции нет

если q < 0, наблюдается десорбция поверхностно-активного вещества битума

С разогреванием битума подвижность среды возрастает, диффузионные процессы интенсифицируются.

С увеличением концентрации асфальтенов поверхностная активность битума снижается.

При хемосорбции битумов, т.е. процессах химического взаимодействия ПАВ битума с поверхностью минерального адсорбента могут образовываться необратимые соединения солеобразных веществ с такими наполнителями:

CaO, Al2O3, AlCl3, Fe2O3

Присутствие этих соединений в наполнителе оказывает активизирующее действие и каталитическое влияние на структурообразование. Но, при этом может быть ускорен процесс старения битума, за счет окисления и поликонденсации углеводородов.

Физико-химические процессы на границе раздела фаз происходят тем интенсивнее, с большей фиксацией молекул, чем выше степень измельчения и концентрация электрических зарядов. При взаимодействии битумов и порошков кальцита, доломита, известняка с высоким положительным потенциалом и большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Ca+2 Mg+2 происходит быстрое образование структурированной системы. Образуются прочные хемосорбционные связи – своеобразные «анкерные» контакты, прочно удерживающие битум на поверхности минерального порошка.

При взаимодействии битумов и минеральных порошков типа кварца, каолина, кремния, гранита обладающих высоким потенциалом отрицательного знака и значительным количеством адсорбционных центров на поверхности в виде ионов кислорода О-2 происходит наименьшее снижение полярности фаз в битумно-минеральной системе. Порошки данной группы при контакте с битумом вызывают явления отрицательной адсорбции. Их роль ограничивается только механическим сцеплением за счет шероховатости поверхности. Пленки битума слабо удерживаются на поверхности. А жидкие битумы могут совсем не поглощаться. Данные порошки необходимо подвергать дополнительной обработке поверхностно-активными веществами.

Промежуточное положение занимают порошки полевых шпатов, слюды, асбеста, гидрослюд. Т.к. при наличии отрицательного знака они имеют на поверхности катионы Na+ Mq+2 Ca+2 K+ .

Если ввести порошки с нейтральной поверхностью – тальк, графит, то это может привести к снижению полярности битума и частички наполнителя в среде битума остаются свободными. В основном при высоких концентрациях они проявляют функции инертного заполнителя. Практически без адсорбции битума на поверхности.

Предварительно полученные специальные порошки – резиновые и каучуковые наполнители, полимеры структурируют среду битума значительно эффективнее, чем минеральные.

77. Приборы и методы определения основных характеристик битумов.

Пенетрация

Пенетрация косвенно характеризует степень твердости битумов. Чем выше пенетрация битума при заданной температуре размягчения и при заданной пенетрации — температура размягчения битума, тем выше его теплостойкость. Этот показатель не является физической константой битума, но характеризует его консистенцию и твердость. На величину пенетрации влияет состав битума: с увеличением содержания в нем масел пенетрация растет, а при удалении из него летучих веществ, а также с увеличением содержания асфальтенов и карбенов она уменьшается.

Сущность метода определения пенетрации заключается в измерении глубины, на которую погружается игла пенетрометра в испытуемый образец битума при заданной нагрузке, температуре и времени и выражается в единицах, соответствующих десятым долям миллиметра (0,1 мм).

Испытуемый образец битума нагревают до подвижного состояния, при наличии влаги его обезвоживают путем нагрева до температуры на 90 °С выше температуры размягчения, но не выше 180 °С (для дорожных битумов — не выше 160 °С) при осторожном перемешивании, избегая местных перегревов. Время нагревания битума при указанных условиях не должно превышать 30 мин. Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум процеживают через металлическое сито и наливают в две пенетрационные чашки так, чтобы поверхность битума была не более чем на 5 мм ниже верхнего края чашки, и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха.

Чашку с битумом охлаждают на воздухе при 18-30 °С, предохраняя образец от пыли. Продолжительность охлаждения 60-90 мин при испытании битума с глубиной проникания иглы до 250 и 90-120 мин — с глубиной проникания иглы более 250.

Затем чашки с битумом помещают в баню для термостатирования при заданной температуре испытания. Пенетрометр устанавливают горизонтально по уровню или отвесу, устанавливают стрелку на нуль, вынимают тарировочный стержень и опускают рейку кремальеры до касания с верхним концом плунжера. Показание пенетрометра должно соответствовать высоте тарировочного стержня.

Температура и условия испытания глубины проникания иглы приведены табл. 1.1

Таблица 1.1- Температура и условия испытания глубины проникания иглы

Температура испытания, °С	Общая масса стержня, иглы и дополнительного груза, г	Время опускания иглы, с
0,0±0,1	200,00±0,20
4,0±0,1	200,00±0,20
25,0±0,1	100,00±0,15
50,0±0,1	50,00±0,10

Если нормативно-технической документацией на битумы не предусмотрены условия испытания, то глубину проникания иглы определяют при температуре 25 °С, нагрузке 100 г в течение 5 с.

По истечении заданного времени выдерживания чашку с образцом битума вынимают из бани для термостатирования и помещают в плоскодонный сосуд вместимостью не менее 0,5 дм³, наполненный водой так, чтобы высота жидкости над поверхностью битума была не менее 10 мм, температура воды в сосуде должна соответствовать температуре испытания. Сосуд устанавливают на столик пенетрометра и подводят острие иглы к поверхности битума так, чтобы игла слегка касалась ее. Правильность подведения иглы к поверхности битума проверяют с помощью зеркальца при освещении поверхности образца источником направленного холодного света.

Доводят кремальеру до верхней площадки плунжера, несущего иглу, и устанавливают стрелку на нуль или отмечают ее положение, после чего одновременно включают секундомер и нажимают кнопку пенетрометра, давая игле свободно входить в испытуемый образец в течение 5 с. После этого доводят кремальеру вновь до верхней площадки плунжера с иглой и отмечают показание пенетрометра.

Определение повторяют не менее трех раз в различных точках на поверхности образца битума, отстоящих от краев чашки и друг от друга не менее чем на 10 мм. После каждого погружения иглу вынимают из гнезда, отмывают ее толуолом, бензином или другим растворителем и насухо вытирают в направлении острия.

3а результат испытания при 25 ^°C принимают среднее арифметическое результатов не менее трех определений.

cyberpedia.su

Битумы теплостойкость — Справочник химика 21

    Введение полипропилена в битум [БН-1У (93%) + полипропилен (7%)1 значительно улучшает свойства битумной мастики. Как показали исследования, повышается вязкость, упругость и теплостойкость мастики по сравнению с битумо-резиновой мастикой. При этом вязкость битумо-пропиленовой мастики в пределах температур 80—120° С выше, чем битумо-резиновых, в 10 раз, а при температурах 140—160° С — в 100 раз. Битумо-пропиле-шовая мастика сохраняет структурированность и при + 200° С, [c.157]
    При выборе температуры окисления необходимо учитывать также возможность ее влияния на свойства битума. Применительно к окислению в колонне это влияние нуждается в изучении, поскольку обобщающих рекомендаций нет. Здесь, как и в случае окисления в кубе периодического действия, существует опасность ухудшения качества продукции при повышении температуры окисления. Р. Б. Гун [2], ссылаясь на литературные данные, указывает на ухудшение теплостойкости битумов, полученных при повышенных температурах окисления в колонне непрерывного действия. Однако фактически эти данные получены для процесса периодического окисления [60], и их непосредственный перенос на непрерывный процесс неправомерен, поскольку режим работы аппаратов периодического и непрерывного действия различен. Если колонна работает в режиме, близком к режиму идеального смешения, и время пребывания [c.62]

    Более других отвечают требованиям стандарта компаундированные битумы. Окисленные битумы некондиционны по дуктильности, а остаточные и осажденные — по морозо- и теплостойкости. [c.90]

    Для классификации товарных битумов по сортам в зависимости от их качества разработаны и применяются различные методы испытания. Эти методы утверждены стандартами разных стран [175]. Для удобства сравнения чаще применяют практически одинаковые основные методы. При обозначении, например, содержания парафина нужно указывать метод, который был использован, для содержания асфальтенов — растворитель, примененный для осаждения, и т. д. Целью общепринятых методов испытания качества битумов является определение их консистенции, чистоты и теплостойкости. Для определения консистенции предложено много методов, позволяющих установить ее зависимость от вязкости. Битумы характеризуют и сравнивают по степени текучести при определенной температуре или по температуре определения некоторых свойств. [c.45]

    Качество битумов будет оказывать непосредственное влияние на срок эксплуатации металлических поверхностей. Изоляционные битумы могут быть применены далеко не в широком интервале температур (до 90 С). Их получают окислением гудрона нефти кислородом воздуха или компаундированием окисленного и остаточного битума с различными добавками и наполнителями. Основными требованиями, которые предъявляются в настоящее время к изоляционным битумам, являются высокая температура размягчения, хорошие адгезионные свойства, достаточная пластичность и теплостойкость. [c.23]

    Как видно из данных таблицы (применительно к переработке сырья в окислительной колонне), при использовании в качестве сырья окисления относительно тяжелого ходового гудрона (с вязкостью при 80°С порядка 46 с, КиШ = 25°С) обеспечивается получение улучшенного битума только одной марки БНД 40/60 по ГОСТу 22245-76, а также марок БН с пониженной теплостойкостью, для которых не нормируются показатели морозостойкости, и строительных битумов БН 70/30 и Si 90/10 по ГОСТу 6617-76. [c.9]

    Следующий способ накопления дополнительного количества асфальтенов, т.е. увеличения теплостойкости битумов, заключающийся в пе-реокислении ходового гудрона до температуры размягчения по КиШ порядка 100°С с последующим разбавлением мазутом, обеспечивает получение вязких дорожных битумов всех марок БНД. Причем полученные таким способом битумы обладают значительным запасок по всем показателям — по растяжимости как п ж 25, так и при 0°С, а также по глубине проникания иглы при 0°С, по индексу пенетрации, темпера-12 [c.12]

    Сравнивая приведенные данные с требованиями ГОСТа 22245-76, можно сделать вывод, что наилучшим комплексом свойств обладают компаунды Agg и фракции 480-540°С западносибирской нефти, отвечающие улучшенным дорожным битумам марок БНД 130/2СЮ, 90/130, 60/90 и 40/60 (все с государственным Знаком качества). При этом все битумы имеют большой запас по показателям морозостойкости (по температуре хрупкости на 5-10°С, по глубине проникания иглы при 0°С на 4-12 ед., по растяжимости при 25 и 0°С и др.). Однако теплостойкость по йиШ является ( M.fM .l) ограничивающим показателем кривая КйШ на отдельных участках лежит ниже нормированной кривой, что требует корректировки соотношении компонентов для обеспечения кондиционности битумов. Так, битум БНД 130/200 должен содержать 45-4 бензинового асфальтита из [c.21]

    Проект предусматривает производство дорожных битумов пяти марок БНД-0, БНД-1, БНД-П, БНД-И1, БНД-1У. Для обеспечения лучшей теплостойкости битумов значение глубины проникания иглы при 25 °С для каждой марки несколько повышено по [c.160]

    Битумы II группы обладают плохой теплостойкостью, так как значения температуры их размягчения для данной глубины проникания иглы при 25 °С невелики. Чрезвычайно низки и показа- [c.165]

    Дорожные битумы должны а) сохранять прочность при

www.chem21.info