Лекции по курсу дорожное материаловедение органические вяжущие вещества
Органические вяжущие представляют собой твердые, вязко-пластичные или жидкие материалы темно-коричневого и черного цвета, состоящие из смеси различных углеводоров и их неметаллических производных.
Сырьем для производства органических вяжущих материалов являются нефть, каменный уголь и горючие сланцы. Органические вяжущие подразделяются на битумные и дёгтевые.
Битумные вяжущие подразделяются:
на природные битумы (результат естественного процесса окислительной полимеризации нефти),
асфальтовые породы (пористые горные породы, пропитанные битумом),
нефтяные битумы (получаемые переработкой нефти),
гудроны (остаток после отгонки мазута)
Д
ёгтевые
материалы бывают древесные, каменноугольные,
торфяные, сланцевые. Дёгти
образуются при нагревании без доступа
воздуха твёрдых видов топлива. В
отличие от битумов дегти быстрее стареют
и имеют повышенную токсичность, что
ограничивает их применение в производстве
строительных материалов.
Примерный групповой состав каменноугольных дорожных дёгтей:
Дёгтевые масла 60…80%;
Смолы 15…25%;
Нафталин 7%;
Антрацен 10%;
Фенолы 5% - ядовиты.
Органические вяжущие должны обеспечивать:
хорошее обволакивание минеральных частиц;
хорошее сцепление, позволяющее связывать минеральные частицы в прочный монолит;
водоустойчивость и стабильность (не изменять своих свойств) в процессе службы в покрытиях.
Свойства органических вяжущих веществ
При нормальной температуре органические вяжущие – это твердые массы или густые жидкости темного, почти черного цвета;
При нагревании они размягчаются (разжижаются), а при охлаждении – отвердевают. Эта особенность позволяет применять их как связующее вещество;
Они практически не растворяются в воде (а многие и в кислотах), но растворяются в органических растворителях (сероуглероде, хлороформе, бензоле, дихлорэтане и др.) Это позволяет их использовать при изготовлении лаков и мастик;
Истинная и средняя плотности битумов и дёгтей равны, так как они менее пористости, следовательно, практически водонепроницаемы;
Битумы и дёгти гидрофобны (не смачиваются водой);
Битумы и дёгти имеют аморфное строение, поэтому у них нет определённой температуры плавления, а существуют интервалы размягчения, т.е. при нагревании они постепенно переходят из твердого состояния в вязкожидкое;
Битумы и дегти при размягчении прочно сцепляются с камнем, деревом, металлом и др. (это свойство носит название адгезии). Используют при применении в качестве вяжущих веществ, переводить в рабочее битумы и дёгти можно не только расплавлением и растворением в органических растворителях, но и эмульгированием в воде. (Получение битумных эмульсий производят с помощью специальных добавок-эмульгатров)
Сущность твердения органических вяжущих заключается в температурных воздействиях на их прочность. Органические вяжущие вещества при нагревании размягчаются, а при охлаждении вновь становятся вязкими или твёрдыми.
БИТУМЫ
Битумами называются смеси углеводородных веществ и их неметаллических производных, способные в зависимости от температуры изменять свои физико-механические свойства.
По происхождению битумы делятся на природные, нефтяные (искусственные) и сланцевые.
Природные битумы (результат естественного процесса окислительной полимеризации нефти), встречаются в чистом виде, образуя озера, но чаще пропитывают горные породы – известняки, доломиты, песчаники. Такие породы называют битумными или асфальтовыми.
Искусственные битумы образуютя в виде остатка при получении топлива и масел – нефтяные битумы.
Термин «сланцевые» битумы не совсем точен. По свойствам и химическому составу сланцевые битумы приближаются к битумным материалам, а по способу получения – к дёгтям. Область применения сланцевых битумов в основном та же, что и нефтяных.
Химический состав битумов сложен. В нем находится около 200 различных органических веществ.
Примерный групповой состав битума:
Масла 40…60%
Смолы 20…40%
Асфальтены 10…30%
Карбены и карбоиды 1…2%
Битумы – сложные коллоидно-дисперсные системы, состоящие из нескольких групп веществ:
Твердые высокомолекулярные вещества (асфальтены, карбены, карбоиды), придающие битуму твердость;
Смолистые вещества, придающие битуму клейкость;
Нефтяные масла, придающие битуму вязкость и термопластичность.
Масла - вязкие жидкости светло- желтого цвета, придающие вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения.
Смолы – вещества темно-коричневого цвета, легкоплавкие, вязко-пластичные и их содержание обуславливает растяжимость и эластичность битумов
Асфальтены – твердые хрупкие вещества кристаллического строения, определяют теплоустойчивость, вязкость и хрупкость битумов
Карбены по составу похожи на асфальтены, но содержат больше углеводородов, имеют большую плотность и более темный цвет. Повышают вязкость и хрупкость битумов
Карбоиды – твердые вещества типа сажи, нерастворимы в органических растворителях.
Примесь в битуме кристаллического парафина (0,6…8%)понижает его качество – снижает растяжимость и повышает хрупкость при при пониженных температурах