4 Древесная смола в дорожном строительстве

Каменноугольные дорожные дегти являются продуктами переработки каменноугольной сырой смолы, получаемой при сухой перегонке каменного или бурого угля.

Сырые каменноугольные смолы бывают двух видов: низкотемпературные и высокотемпературные.

Низкотемпературные смолы образуются при нагреве каменного или бурого угля до t=450-600оС. На полученные смолы при таком температурном режиме сравнительно редко используются для изготовления дорожных дегтей, т.к. они выпускаются в незначительном количестве и низкого качества.

Низкотемпературные смолы состоят, в основном, из парафиновых и нафтеновых углеводородов, а также фенолов.

Высокотемпературные каменноугольные смолы получают при коксовании каменного угля. Нагрев материала производят при температуре свыше 700оС. Полученную смолу подвергают переработке с целью получения из нее жидких фракций различных веществ.

При переработке сырой высокотемпературной каменноугольной смолы получают следующие фракции: легкую, фенольную, нафталиновую, поглотительную, антраценовую и пек.

Для дорожного строительства представляет наибольший интерес антраценовая фракция, которая выделяется из сырой каменноугольной смолы при t=300-360оС. При переработке из антраценовой фракции получают (при дальнейшей ее переработке) сырой антрацен (кристаллическую часть) и антраценовое масло, которое является одним из важнейших компонентов при получении дорожных каменноугольных дегтей.

Остаточным продуктом перегонки каменноугольной смолы является пек, который представляет собой твердое или вязкое вещество черного цвета.

В зависимости от температуры размягчения пеки подразделяют на мягкие (45-70оС), средние (70-90оС) и твердые (90-100оС и выше).

Для получения мягкого и среднего пеков смолу перегоняют не полностью, а оставляют в ней часть масел, в зависимости от содержания которых пек приобретает требуемые свойства. Пеки устойчивы к действию кислот и растворов солей.

Каменноугольные пеки используют для приготовления дорожных дегтей, для чего пек разжижают до требуемой вязкости антраценовым маслом. Кроме того, пек используется при производстве кровельных и гидроизоляционных материалов, а также пекового лака, применяемого для покраски металлических конструкций и изделий с целью защиты их от коррозии.

Таким образом, при приготовлении дегтей для дорожного строительства в основном используется высокотемпературная каменноугольная смола и продукты ее переработки.

В зависимости от состава и технологии производства дорожные каменноугольные дегти бывают трех видов:

- отогнанные;

- окисленные;

- составленные.

Отогнанные дорожные дегти получают при фракционной перегонке сырой каменноугольной смолы до получения остатка с вязкостью, соответствующей вязкости марок дорожного дегтя.

В последние годы широкое применение находят окисленные дорожные дегти, для получения которых используется сырая каменноугольная высокотемпературная смола или каменноугольные отогнанные дорожные дегти марок Д-1, Д-2, Д-3 (ГОСТ 4641-80), отличающиеся невысокой вязкостью.

Окисленные дорожные дегти получают при t=170-200оС. Продолжительность окисления зависит от свойств исходного материала и от требуемой вязкости конечного продукта и может длиться 4-16 часов.

Согласно ТУ, окисленные каменноугольные дорожные дегти, в зависимости от величины вязкости, подразделяются на 5 марок: ДО-4, ДО-5, ДО-6, ДО-7 и ДО-8.

Составленные дегти также находят широкое применение в дорожном строительстве. Их получают путем смешивания горячего пека и антраценового масла или сырой каменноугольной смолы, взятых в определенном соотношении.

Для улучшения качества каменноугольного дегтя (окисленных, ото-гнанных или составленного) и в частности для повышения погодоустойчивости и теплоустойчивости, в вяжущее вводят минеральные дисперсные (дисперсия – это степень раздробления вещества на частицы) наполнители: такие как каменноугольную пыль, диатомит и др. Содержание таких наполнителей в дегтях допускается до 30%.

Полученное таким способом вяжущее называют наполненным дегтем. Это разновидность составленных дегтей.

Наполненные дегти имеют 2 марки: ДН-7 с вязкостью 30-70 и ДН-8 с вязкостью 70-120 с. Температура размягчения остатка после отгона легких фракций при нагреве до 360оС должна быть не более 90оС.

Вязкость всех каменноугольных дорожных дегтей зависит от содержания жидких масел и вязкопластичных смол, а также от наличия в вяжущи твердых веществ.

За величину вязкости дегтей принимают время протекания 50 мл дегтя через отверстие диаметром 5 и 10 мм при t 30 или 50оС. Определяется вязкость на стандартных вискозиметрах и выражается в секундах.

Дегти по сравнению с битумом более чувствительны к воздействию высоких температур, при которых более интенсивно происходит испарение легких фракций, окисление и т.д. Поэтому, дегти быстрее стареют, что необходимо учитывать при их использовании в дорожном строительстве. Для установления стабильности свойств дегтя во времени производят определение фракционного состава и испытание остатка после нагрева до 300оС.

В тоже время каменноугольные дегти по сравнению с нефтяными битумами имеют лучшее сцепление с большинством каменных материалов. Это объясняется повышенным содержанием в них основных фенолов. Эти фенолы легко растворяются в воде, но ядовиты. Поэтому в составе дорожных каменноугольных дегтей допускается не более 5% фенолов.

В зависимости от вязкости дорожные каменноугольные дегти подразделяются на 6 марок: Д-1, Д-2, Д-3, Д-4, Д-5, Д-6.

Наименьшая вязкость у дегтя марки Д-1, а наибольшая – Д-6.

В зависимости от вязкости и способа производства работ, а также от конструктивных особенностей дорожной одежды дорожные каменноугольные дегти используются:

- Д-1 – для укрепления грунтов и обеспыливания дорог;

- Д-2 и Д-3 – для получения черных грунтогравийных, гравийных и щебеночных материалов в холодном состоянии как путем смешивания их на дороге, так и в установках;

- Д-4 – для поверхностной обработки, а также для обработки гравия и щебня в установках;

- Д-5 и Д-6 – в основном для приготовления горячего дегтебетона, а также для пропитки щебня( получения черного щебня).

Кроме того, каменноугольные дегти применяют для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов, мастик, эмульсий, суспензий а также в качестве антисептика для защиты древесины от гниения и т.д.

Сланцевые дорожные дегти получают из сланцевой смолы, которая выделяется из горючих сланцев при нагревании их без доступа воздуха в генераторных печах до 500-550оС.

При перегонке сланцевой смолы получают бензин, дизельное топливо, мазут и т.д.

В сланцевом дегте масляных фракций меньше, чем в нефтяных битумах, поэтому эти дегти имеют меньшую температурную стойкость, чем нефтяные битумы, но растяжимость у них обычно высокая (более 100 см).

Сланцевые дегти по сравнению с нефтяными битумами менее погодо-устойчивы.

Древесные дорожные дегти – это вяжущий материал, который получают из сырой древесной смолы.

А сырые древесные смолы в свою очередь являются продуктом сухой перегонки древесины хвойных и лиственных пород при t около 300оС.

Состав древесных смол отличается большим содержанием воды, уксусной кислоты и фенолов. После отгонки воды и части масел получают вязкие дегти или древесные пеки, выход которых составляет около 53%.

Древесные дегти по своим свойствам схожи с торфяными дегтями. Они имеют низкую теплоустойчивость, повышенное содержание водорастворимых веществ, быстро стареют, в некоторой степени ядовиты и имеют резкий неприятный запах. Применяют их там же, где и каменноугольные дегти.

Древесный деготь применяют для укрепления грунтов и песчаных материалов при строительстве местных дорог, но чаще всего древесные дегти используются как поверхностно-активная добавка к нефтяным битумам с целью улучшения сцепления с каменными материалами и как антисептик для защиты древесины от гниения.

Торфяной деготь – это продукт переработки сырой торфяной смолы, которую получают путем сухой перегонки торфа в генераторных печах при t=250-300оС.

По свойствам торфяная смола близка к низкотемпературным сырым каменноугольным смолам. Поэтому торфяные дорожные дегти обладают малой теплоустойчивостью и погодоустойчивостью. Они применяются как вяжущий материал для стабилизации грунтов в основаниях дорог местного значения.

В тоже время этот вяжущий материал очень хорошо прилипает к ка-менным материалам благодаря наличию в нем фенолов (15-20% по массе). Поэтому торфяной деготь применяется и как добавка к нефтяным битумам с целью улучшения их адгезионных свойств.

Торфяные дегти, используемые в дорожном строительстве, должны удовлетворять следующим требованиям:

- плотность при 20оС, т/м3 1,03-1,05

- вязкость по вискозиметру, сек, не менее 15

- содержание фенолов, % по объему, не более 20

- содержание парафина, % по массе, не более 10

- содержание воды,:% 10-15.