Бітумні та дьогтьові в’яжучі - Студопедія
Бітуми (від санскритського «гвітумен», тобто смола)– органічні речовини чорного або темно-бурого кольору, що складаються із суміші високомолекулярних вуглеводнів та їх неметалічних похідних, тобто. сполук вуглеводнів із сіркою, азотом або киснем.При звичайних температурах бітуми можуть перебувати у твердому, в'язкому або рідкому стані. Щільність бітумів трохи більше ніж 1 г/см 3 .
Розрізняють природні та штучні (нафтові) бітуми.Природнібітуми зустрічаються у місцях нафтових родовищ, утворюючи лінзи, котрий іноді асфальтові озера. Однак частіше вони пронизують осадові (бітумінозні) гірські породи.Нафтовібітуми отримують шляхом переробки нафти. При її нагріванні виділяють легкі фракції (бензин, лігроїн, гас), а потім олії (машинні та ін.). Зрештою залишається густий смолистий залишок -гудрон. Він є вихідною сировиною для отримання в'язкого та твердого бітуму, але може використовуватися і як бітумний в'яжучий, особливо у разі використання високосмолистих нафт. Залежно від способу отримання нафтові бітуми бувають:окислені, одержувані окисленням гудрону (продувкою повітря);залишкові, одержувані з гудрону шляхом подальшого глибокого відбору з нього олій;крекінгові, одержувані окисленням залишків, що утворюються при крекінгу нафти;бітуми деасфальтизації, одержувані осадженням асфальтенозмолистої частини гудрону пропаном;кислотні бітуми, одержувані переробкою кислих гудронів.
Хімічний складбітумів.Елементарнийсклад (% за масою): вуглець - 70-80, водень - 10-15, сірка - 2-9, кисень - 1-5 та азот - 0-2. Ці елементи утворюють граничні вуглеводні різних рядів (ароматичного, парафінового,нафтенового) від С9Н20 до С30Н62 з різною молекулярною масою (від 300 до 5000).
Велике значення маєгруповийсклад бітумів. Він включає: а)олії(35-60 %) з молекулярною масою 300 - 600, щільністю менше 1 г/см 3 ; вони виділяються розчиненням у легкому бензині; б)смоли- в'язкопластичні речовини (20-40%) з молекулярною масою 600 - 1000, щільністю близько 1 г/см 3 ; розчиняються у бензолі, хлороформі; в)асфальтени– тверда частина бітуму (10-40 %) з молекулярною масою 1000 – 5000, щільністю понад 1 г/см 3 ; розчиняються тільки в гарячому бензолі та чотирихлористому вуглеці. У бітумах зустрічаються парафіни - тверді метанові вуглеводні (до 6-8%), що знижують пластичність бітуму і збільшують його крихкість.
За внутрішньою будовою бітум являє собою колоїдну систему, дисперсійним середовищем в якій є розчин смол в маслах, а дисперсною фазою - частинки асфальтенів (10-20 мкм), оточені оболонками спадної щільності від смол - до мастил. При зміні групового складу бітуму, зокрема під впливом зовнішніх чинників (температури та інших.), змінюються його характеристики. При зниженні вмісту асфальтенів і смол (при підвищенні температури – за рахунок часткового розчинення смол в оліях) структура бітуму стає типу «золь», з малою щільністю та в'язкістю. При підвищенні вмісту асфальтенів та смол (при зниженні температури – за рахунок зворотного переходу) структура бітуму стає типу «гель», з більшою щільністю та в'язкістю.
Фізичні властивостібітумів: щільність в залежності від групового складу - 0,8-1,3 г/см 3; теплопровідність характерна для аморфних речовин і становить 0,5-0,6 Вт/(м. К).
Поструктурно-механічним властивостямбітуми є типовимиреологічні тіла. Рідкі бітуми при звичайній температурі, а в'язкі та тверді бітуми при підвищених температурах поводяться як ньютонівські та структуровані рідини. В'язкі та тверді бітуми при звичайній температурі є упруговязкими і пружно-пластичними тілами, а при негативних температурах стають пружнокрихкими.
Дофізико-механічних (технічних) властивостейбітумів відносяться: глибина проникнення голки в бітум, або твердість, і розтяжність, або пластичність (для твердих і в'язких бітумів), умовна в'язкість (для рідких бітумів), а також температура розм'якшення.
Глибина проникнення голки (пенетрація)визначається (у десятих частках міліметра - градусах) на приладі-пенетрометрі при дії на голку вантажу 100 г протягом 5 с при температурі 25 ° С або при вантажі 100 г протягом 60 с – за 0 °С.
Розтяжність (дуктильність)визначається на приладі-дуктилометрі по довжині нитки в момент розриву зразка (у сантиметрах) при температурі випробування 25 і 0 °С.
Умовна в'язкістьрідких бітумів характеризується часом закінчення 50 см 3 бітуму через отвір віскозиметра певного діаметра при стандартних температурах.
Температура розм'якшеннявідображає перехід бітуму з в'язкопластичного стану в рідкий. Вона визначається на приладі «кільце та куля» («КиШ»). За температуру розм'якшення приймається температура, при якій металева кулька, продавлюючи бітум при нагріванні, стосується нижньої полиці приладу.
Важливою властивістю бітуму є адгезія - прилипання до поверхні мінеральних і органічних матеріалів. Оцінюють адгезію за візуальним методом за п'ятибальною шкалою. Якщо після кип'ятіння у дистильованій воді плівка повністю зберігається, то адгезія оцінюється п'ятьма балами.(Прилипання відмінне), якщо плівка повністю зміщується з мінеральних зерен і спливає на поверхню води, то прилипання оцінюється одним балом (погане прилипання).
Залежно від показників основних властивостей бітуми ділять на марки . Тверді та в'язкінафтові бітуми (БН)виробляють чотирьох марок: БН 60/90, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300 (цифри дробу - допустимі для даної марки межі пенетрації при 2 З).
Для позначення марок бітумів спеціального призначення вводиться додаткова літера (Д – дорожній, К – покрівельний тощо).
Битуми нафтові дорожні (БНД)мають марки: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300 (цифри дробу - допустимі для даної марки межі пене 25 ° С).
Для виготовлення покрівельних і гідроізоляційних матеріалів застосовують бітуми покрівельні (БНК) марок: БНК 45/180 (просочувальні), БНК 90/40 і БНК 90/30 (покривні). Тут чисельник дробу вказує на середнє значення температури розм'якшення, знаменник – середнє значення пенетрації при температурі 25 °С.
Бітуми будівельні (БН)бувають марок БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10. Тут чисельник – середня температура розм'якшення, знаменник – середнє пенетрації.
Рідкі бітуми в залежності від швидкості загусання підрозділяються на середньогустіючі (СГ), одержувані розрідженням дорожніх бітумів рідкими нафтопродуктами, і повільногустіючі (МГ і МГО), одержувані з залишкових або частково окислених нафтопродуктів або їх сумішей. Той чи інший клас бітуму визначається кількістю розріджувача, що випарувався, при витримуванні зразка бітуму в термостаті або вакуумтермостаті при певних температурах. Залежно від умовної в'язкостісередньогустіючібітуми мають марки: СГ 40/70, СГ70/130, СД 130/200;повільногустіючі- МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200, МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200.
Затвердіннябітумів може відбуватися в об'ємному та плівковому станах. У об'ємному стані затвердіння йде в результаті охолодження, утворення сітчастої структури з макромолекул і підвищення його в'язкості. Затвердінню бітумуплівковомустані сприяє, крім того, фізико-хімічна взаємодія його макромолекул з поверхнею зерен заповнювача і особливо порошкоподібного наповнювача (мінерального порошку). У рідких бітумах як чинник затвердіння суттєво випаровування легких фракцій розріджувача чи самого бітуму. Найбільш сприятливий комплекс експлуатаційних властивостей конструкційних матеріалів на основі бітумів досягається при максимально можливому плівковому стані бітуму та мінімальній кількості його в об'ємному стані.
Додобавок, що покращують властивості бітумів, відносяться добавки поверхнево-активних речовин, полімерів, а також подрібненої гуми з автомобільних покришок, що відслужили, і т.п.
Полімерні добавкиможна віднести до структуруючих, які дозволяють розширити інтервал працездатності матеріалу, так як з їх введенням підвищується тепло- та морозостійкість. Однак, слід мати на увазі, що іноді полімерна добавка може прискорити старіння композиції під впливом атмосферних факторів, тому рекомендується вибирати атмосферостійкі полімери. Крім того, полімери з бітумами важко поєднуються. В даний час вивчено поєднання з бітумом більшості відомих полімерів, хоча поки що мало з них реально використовується у виробництві бітумних матеріалів.
Полімерні добавки покращують пружні властивості, розтяжність, когезію органічних в'яжучих (бітумів та дьогтів).Найбільше застосування отримали епоксидні смоли, полівінілацетат, полістирол, синтетичні каучук і латекс, натуральний латекс, які зазвичай перебувають у стані розчинів або латексів (водних дисперсій) і кількість яких у гарячому бітумі або дьогті становить 1 – 6 % від маси в'яжучого. Синтетичні та натуральні каучуки використовуються для модифікації в'язких та рідких бітумів та дьогтів.
При змішуванні з бітумами каучуки створюють у бітумі самостійну решітку, здатну приймати деформації бітуму. Для збільшення міцності бітумно-полімерного матеріалу можна частково або повністю завулканізувати каучук, причому каучук спочатку набухає в бітумі, а потім частково розчиняється. У разі знижується температура крихкості матеріалу з одночасним підвищенням його теплостійкості.
Дивінілстирольні та ізопренстирольні термоеластопласти є найбільш технологічними добавками до бітумів, так як при нагріванні вони розплавляються і при перемішуванні швидко утворюють гомогенну суміш. Ці сплави перевищують бітумно-каучукові за рахунок їх рівномірного розподілу в бітумах при перемішуванні.
При отриманні сплавів бітуму з полімером або каучуком нерідко додаються стабілізатори, реагенти, що вулканізують, прискорювачі та інші додаткові компоненти.
З відходів промисловості найчастіше використовують атактичний поліпропілен, вторинні поліетилени, різні кубові залишки, наприклад кубові залишки ректифікації стиролу, регенерати гуми та ін.
Дігті кам'яновугільні, сланцеві, торф'яні та деревні отримують шляхом сухої (без доступу повітря) перегонки відповідних видів твердого палива. Для будівельних цілей застосовуютьсядігтьові в'яжучі, що складаються з відігнаного дьогтю, який отримують після відбору зсирих кам'яновугільних дьогтів летких фракцій, і складеного дьогтю, який виготовляють змішуванням гарячого пеку з дьогтьовими маслами (антраценовим та ін) або зневодненими сирими дьогтями.
Пек– тверда або в'язка аморфна речовина чорного кольору. Це залишковий продукт перегонки кам'яновугільних дьогтів за температури понад 360 °С.
До складу дьогтьових в'яжучих входять в основному ненасичені вуглеводні ароматичного ряду - похідні бензолу та їх сполуки з киснем, азотом та сіркою. Тому атмосферостійкість матеріалів з урахуванням дьогтьових в'яжучих нижче проти бітумними матеріалами (дьогті старіють швидше, ніж нафтові бітуми). У той же час біостійкість дьогтьових матеріалів вища, що пояснюється високою токсичністю фенолу, що міститься в дьогтях (карболової кислоти).
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: