Розділ 9. Бітумні та дьогтеві в’яжучі речовини та асфальтові бетони

Бітумні і дьогтеві в’яжучі належать до класу органічних в’яжучих речовин, які мають в’яжучу здатність і складаються, як правило, із високомолекулярних органічних сполук. На відміну від мінеральних, органічні в’яжучі твердіють не внаслідок взаємодії з водою, а в результаті складних фізико-хімічних процесів структуроутворення, окислення, полімеризації, тощо. Найбільше значення мають дві групи органічних в’яжучих: ті, що виготовляються після перегонки природних органічних речовин (бітумні і дьогтеві продукти), та ті, що утворюються синтезом із низькомолекулярних сполук (синтетичні полімери). Для органічних в’яжучих є характерною висока водо- та хімічна стійкість, клеюча здатність і пластичність.

У будівництві органічні в’яжучі застосовують для гідроізоляційних, антикорозійних, зносостійких покрить, у вигляді герметиків, тощо.

9.1. Бітумні та дьогтеві в’яжучі

Бітуми являють собою суміші високомолекулярних вуглеводів та їх неметалевих похідних. Природні бітуми утворюються внаслідок окислення нафти: вони звичайно просочують пористі гірські породи. Із цих, так званих асфальтових, гірських порід бітум вилучають за допомогою органічних розчинників. У будівництві розповсюджені штучні або нафтові бітуми – залишкові продукти перегонки нафти, що утворюються після виходу масла із мазуту або гудрону. Для підвищення в’язкості залишкові бітуми окислюють повітрям при температурі 180...280^оС.

Основними компонентами бітумів є масла, смоли й асфальтени. Масла та розчини смол є рідким середовищем, у якому дисперговані тверді асфальтени – кристалічні речовини з молекулярною масою понад 5000. Бітуми належать до високодисперсних колоїдних речовин. Їх агрегатний стан та основні властивості залежать від співвідношення масла, смол та твердих компонентів, а також від температури.

Основними якісними показниками бітумів та дьогтів є в’язкість, деформативність та теплостійкість. Із зростанням вмісту масел знижується в’язкість, зростає деформативність та зменшується температура розм’якшення. Смоли обумовлюють в’яжучі властивості бітумів, надають їм пластичність, збільшують клеючу (адгезійну) здатність. Асфальтени у бітумах та вільний вуглець у дьогтях підвищують температуру розм’якшення і твердість.

В’язкість рідких бітумів визначається віскозиметрами за часом витікання проби крізь отвори діаметром 5 або 10 мм при постійній температурі (30 або 50⁰С). У напівтвердих і твердих бітумів в’язкість умовно оцінюють за глибиною проникнення голки певного діаметра при температурі 25⁰С у градусах пенетрації (градус складає 0,1 мм).

Деформативність бітумів характеризується розтягненістю (дуктильністю) – здатністю витягуватись у нитку. Якщо більше розтягненість, то буде й вище пластичність бітуму.

Тверді бітумні матеріали, як і інші речовини аморфної будови, не мають певної точки плавлення, а характеризуються температурою розм’якшення, яка визначається на стандартному приладі “Кільце і куля”. Температура розм’якшення фіксується під час вичавлювання розрідженого бітуму із кільця під дією кульки.

За необхідністю визначаються також інші властивості бітумів – температура спалаху, крихкість, розчинність, тощо. Основні властивості бітумів мають взаємозв’язок. Так, при зростанні пенетрації (глибини проникнення голки) зростає розтягненість і знижується температура розм’якшення, а при зменшенні – навпаки.

Бітумні в’яжучі є гідрофобними матеріалами, вони не змочуються і не розчиняються у воді. Середня густина їх 0,9...1,3 г/см³. Їх пористість дуже низька, а водостійкість висока, тому вони з успіхом використовуються як основний компонент гідроізоляційних матеріалів з високою водонепроникністю.

Бітуми й дьогті хімічно інертні до водневих розчинів мінеральних солей і кислот, що дозволяє широко їх застосовувати у будівництві для антикорозійного захисту. Агресивну дію цим матеріалам можуть надати концентровані луги й кислоти з високою окислюючою здатністю.

Для бітумів, як і для інших органічних в’яжучих, є характерною здатність до старіння, сутність якого полягає у підвищенні крихкості і зменшенні тріщиностійкості внаслідок послідовного окислення компонентів під дією атмосферних факторів.

В залежності від призначення розрізняють дорожні, будівельні, покрівельні та ізоляційні бітуми. Вони відрізняються значеннями пенетрації, розтягненості і температури розм’якшення (табл. 9.1).

Бітуми застосовують: дорожні – для виготовлення гідроізоляційних розчинів асфальтових бетонів, будівельні – для виготовлення асфальтових мастик, бітумно-гумових матеріалів; покрівельні – для отримання покрівельних мастик і рулонних матеріалів; ізоляційні – для захисту підземних трубопроводів.

Дьогті є близькими до бітумів за хімічним складом і властивостями. Отримують їх шляхом деструктивної (без доступу повітря) перегонки твердих видів палива. У будівництві застосовують відігнані дьогті, що отримують після відгонки із сирого дьогтю (продукт коксування вугілля) летких та водорозчинних компонентів, а також складені дьогті, які отримують змішуванням у варильних котлах пеку й антраценового масла (пек – твердий залишок після перегонки сирого дьогтю). Дьогті поділяють на марки в залежності від в’язкості та інших показників.

Таблиця 9.1 Основні властивості нафтових бітумів

Марка бітуму	Температура розм’якшення, 0С, не нижче	Пенетрація 0,1 мм при 250С	Розтягненість при +250С, см, не менше
Бітуми дорожні в’язкі
БНД 200/300	35	201...300	не нормується
БНД 130/200	40	131...200	65
БНД 90/130	45	91...130	60
БНД 60/90	48	61...90	50
БНД 40/60	52	40...60	40
Бітуми будівельні
БН 50/50	50	41...60	40
БН 70/30	70	21...40	3
БН 90/10	90	5...20	1

Позитивною особливістю дьогтів на відміну від бітумів є здатність захищати просочені матеріали від загнивання. Разом з тим дьогті більш швидко старіють, менш стабільні при коливаннях температури, токсичні. Підвищена біостійкість і атмосферостійкість досягається при змішуванні бітуму й дьогтю. Дьогтебітумні композиції містять 65...70% бітуму і 25...30% дьогтю. Суттєво поліпшити властивості бітумів та дьогтів можна введенням добавок полімерів.