Органічні в'язкі речовини (Асфальт)

Бітуми застосовувалися в якості будівельного матеріалу ще в глибоку давнину. За 3000 років до нашої ери в Вавилоні й Ассирії, розташованих у межиріччі Тигру і Євфрату, природний бітум використовували як цементуючого і водоізолірующего матеріалу.

Органічні в'язкі речовини ділять на дві основні групи: бітумні і дегтевиє.

До бітумним матеріалів відносяться наступні:

Природні бітуми - в'язкі рідини або твердообразние речовини, що складаються з суміші вуглеводнів та їх неметалевих похідних. Природні бітуми вийшли в результаті природного процесу окисної полімеризації нафти. Природні бітуми зустрічаються в місцях нафтових родовищ, утворюючи лінзи, а іноді й асфальтові озера. Проте природні бітуми в чистому вигляді зустрічаються рідко, частіше вони пронизують осадові гірські породи.

Асфальтові породи - пористі гірські породи (вапняки, доломіт, пісковики, глини, піски), просочені бітумом. Із цих порід витягують бітум або їх розмелюють і застосовують у вигляді асфальтового порошку.

Нафтові (штучні) бітуми, одержувані переробкою нафтової сировини, залежно від технології виробництва можуть бути: залишкові, одержувані з гудрону шляхом подальшого глибокого відбору з нього масел; окислені, одержувані окисленням гудрону в спеціальних апаратах (продування повітрям); крекінгові, одержувані переробкою залишків, що утворюються при крекінгу нафти.

Гудрон -- залишок після отгонкой з мазуту масляних фракцій;

він є основною сировиною для одержання нафтових бітумів, використовується у вигляді сполучного речовини в дорожньому будівництві.

До дьогтьовій матеріалами відносять різні види дьогтю і пеки.

Найбільш широке застосування органічні в'яжучі речовини отримали у гідротехнічному, дорожній, промислово-цивільному будівництві у вигляді покрівельних, гідроізоляційних матеріалів, асфальтобетону, асфальтораствора, ущільнювальних матеріалів. Органічні в'яжучі добре поєднуються з гумою і полімерами, що дозволяє значно поліпшити якість бітумних матеріалів відповідно до вимог сучасного будівництва.

Виникла нова галузь, що виробляє гідроізоляційні матеріали (ізол, бризол та ін) з гумового вторинної сировини. Виготовлення рулонних покрівельних і гідроізоляційних матеріалів здійснюється на повністю механізованих потокових лініях безперервної дії.

Бітумні в'язкі речовини

1. Склад і будова бітумів

Бітуми відносяться до найбільш поширених органічним в'яжучим речовин.

Елементарний склад бітумів коливається в межах: вуглецю 70 - 80%, водню 10 - 15%, сірки 2 - 9%, кисню 1 - 5%, азоту 0 - 2%. Ці елементи знаходяться в бітумі в вигляді вуглеводнів та їх сполук із сіркою, киснем і азотом. Хімічний склад бітумів вельми складний. Так, у них можуть знаходитися граничні вуглеводні від С9Н20 до С30Н62. Всі різноманітні сполуки, що утворюють бітум, можна звести в три групи: тверда частина, смоли та олії.

Тверда частина бітуму - це високомолекулярні вуглеводні та їх похідні з молекулярною масою 1000-5000, щільністю понад 1, об'єднані загальною назвою асфальтени ". У асфальтенів містяться карб, розчинні тільки в СCl4, і карбоіди, не розчинні в олії і летких розчинниках. До складу бітумів можуть входити також тверді вуглеводні - парафіни.

Смоли являють собою аморфні речовини темно-коричневого кольору з молекулярною масою 500-1000, щільністю близько 1.

Масляні фракції бітумів складаються з різних вуглеводнів з молекулярною масою 100-500, щільністю менш 1.

За своїм будові бітум представляє колоїдну систему, в якій дисперговані асфальтени, а дисперсійної середовищем є смоли та олії. Асфальтени бітуму, дисперговані у вигляді частинок розміром 18-20 мкм, є ядрами, кожне з них оточене оболонкою убутної щільності - від важких смол до мастил.

Властивості бітуму, як дисперсної системи, визначаються співвідношенням що входять до нього складових частин: масел, смол і асфальтенів. Підвищення змісту асфальтенів і смол тягне за собою зростання твердості, температури розм'якшення і крихкості бітуму. Навпаки, масла, частково розчиняють смоли, роблять бітум м'яким і легкоплавких. Зниження молекулярної маси масел і смол також підвищує пластичність бітуму.

Парафін, що міститься в нафтових бітумах, погіршує їх властивості, підвищує крихкість при низьких температурах. Тому прагнуть до того, щоб зміст парафіну в бітумі не перевищувала 5%.

Склад визначив практичні способи перекладу твердих бітумів в робочий стан: 1) нагрівання до 140-170 ° С, розм'якшуються смоли і збільшує їх розчинність в маслах; 2) розчинення бітуму в органічному розчиннику (зелене нафтове олія, лакойль та ін) для надання робочої консистенції без нагріву (холодні мастики і т. п.); 3) емульгування та отримання бітумних емульсій та паст.

2. Властивості бітумів

Фізичні властивості органічних і неорганічних в'яжучих речовин і матеріалів, виготовлених на їх основі, різні; Для органічних речовин на відміну від мінеральних характерні гідрофобність, атмосферостійкість, розчинність в органічних розчинниках, підвищена деформативність, здатність розм'якшуватися при нагріванні аж до повного розплавлення. Ці властивості зумовили застосування органічних в'яжучих для виробництва покрівельних, гідроізоляційних та антикорозійних матеріалів, а також їх широке поширення в гідротехнічному і дорожньому будівництві.

Щільність бітумів в залежності від групового складу коливається в межах від 0,8 до 1,3 г/см3. Теплопровідність характерна для аморфні речовин і становить 0,5-0,6 Вт/(м • ° С); теплоємність - 1,8-1,97 кДж/кг • ° С. Коефіцієнт об'ємного теплового розширення при 25 ° С знаходиться в межах від 5 • 10-4 до 8 • 10-4 ° С1, причому більш в'язкі бітуми мають більший коефіцієнт розширення; при низьких температурах - близько 2 • 104 ° С-1. Стійкість при нагріванні характеризується: 1) втратою маси при нагріванні проби бітуму при 160 ° С протягом 5 год (не більше 1%) і 2) температурою спалаху (230-240 ° С - в залежності від марки).

Водостійкість характеризується вмістом водорозчинних сполук (в бітумі не більше 0,2-0,3% по масі). Електроізоляційні властивості використовують при влаштуванні ізоляції електрокабелів.

Фізико-хімічні властивості. Поверхневий натяг бітумів при температурі 20-25 ° С становить 25-35 ерг/см2. Від вмісту поверхнево-активних полярних компонентів в органічному в'язкому залежить змочуються здатність в'яжучого та його зчеплення з кам'яними матеріалами (порошкоподібними наповнювачами, дрібним і великим заповнювачем). Міцні хемосорбціонние зв'язку бітум утворює з наповнювачем з вапняку, доломіту з великою кількістю адсорбційних центрів у вигляді катіонів Са3 + і Ме 2.

Старіння -- процес повільного зміни складу і властивостей бітуму, що супроводжується підвищенням крихкості і зниженням гідрофобності. Прискорюється під дією сонячного світла і кисню повітря внаслідок зростання кількості твердих крихких складових за рахунок зменшення вмісту смолистих речовин та масел.

реологічні властивості бітуму залежать від групового складу і будови. Рідкі бітуми, мають структуру типу золь, ведуть себе як рідини, протягом яких підпорядковується закону Ньютона. Тверді бітуми, що мають структуру типу гель, відносяться до в'язко-пружним матеріалами, тому що при додатку до них навантаження одночасно виникає пружна (оборотна) і пластична (необоротна) складові деформації. Для опису процесу деформування в'язко-пружних тіл використовують реологічні модель Максвелла та ін (див. розд. 1).

Хімічні властивості. Найбільш важливою властивістю є хімічна стійкість бітумів і бітумних матеріалів до дії агресивних речовин, що викликають корозію цементних бетонів, металів та інших будівельних матеріалів. За даними Н. А. Мощанского, бітумні матеріали добре чинять опір дії лугів (з концентрацією до 45%), фосфорної кислоти (до 85%), а також сірчаної (з концентрацією до 50%), соляної (до 25%) та оцтової (до 10%) кислот. Менш стійки бітуми в атмосфері, що містить оксиди азоту, а також при дії концентрованих розчинів кислот (особливо окисляючих). Асфальт розчиняється в органічних розчинниках. Завдяки своїй хімічній стійкості і економічності бітумні матеріали широко застосовують для хімічного захисту залізобетонних конструкцій, сталевих труб і ін

Фізико-механічні властивості. Марку бітуму визначають твердістю, температурою розм'якшення і розтяжністю.

Твердість знаходять за глибиною проникнення в бітум голки (в десятих частках міліметра).

Температуру розм'якшення визначають на приладі "кільце і куля", що поміщається в посудину з водою; вона відповідає тій температурі води, що нагрівається, при якій металевий кулька під дією власної маси проходить через кільце, заповнене випробуваним бітумом.

Розтяжність характеризується абсолютним подовженням (см) зразка бітуму ( "вісімки") при температурі 25 ° С, визначеним на приладі - дуктілометре.

Марку бітуму вибирають залежно від призначення. За призначенням розрізняють бітуми будівельні, покрівельні та дорожні.

Будівельні бітуми застосовують для виготовлення асфальтових бетонів та розчинів, приклеює та ізоляційних мастик, покриття і відновлення рулонних покрівель.

Покрівельні бітуми використовують для виготовлення покрівельних рулонних та гідроізоляційних матеріалів. Легкоплавких бітумом марки БНК 45/180 просочують основу (покрівельний картон); а тугоплавкі бітуми служать для покривного шару.        

Марка бітуму         

Температура розм'якшення не нижче         

Глибина проникнення голки при 25 °, 10-1   мм         

Розтяжність при 25 ° не менше, см             

Будівельні бітуми             

БН 50/50         

50         

41-60         

40             

БН 70/30         

70         

21-40         

3             

БН 90/10         

90         

5-20         

1             

Покрівельні бітуми             

БНК 45/180         

40-45         

140-220         

Не нормується             

БНК 90/40         

85-95         

35-45         

Не нормується             

БНК 90/30         

85-95         

25-35         

Не нормується     

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.studentu.ru/