5.1.4. Свойства битумов.

Физические свойства. Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления, вязкость. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Плотность битумов в зависимости от группового состава колеб¬лется в пределах от 0,8 до 1,3 г/см³. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5-0,6 Вт/(м°С); теплоемкость -1,8-1,97 кДж/кг°С. Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5·10^-4 до 8·10^-4°С^-1, причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения; при пониженных температурах – около 2·10⁴°С^-1. Устойчи¬вость при нагревании характеризуется: потерей массы при нагрева¬нии пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более 1%) и темпера¬турой вспышки (230-240°С - в зависимости от марки).

Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2-0,3% по массе). Электроизоляци¬онные свойства используют при устройстве изоляции электро¬кабелей.

Физико-химические свойства. Поверхностное натяжение битумов при температуре 20—25°С составляет 25—35 эрг/см² (1эрг=10^-7Дж). От содержания поверхностно-активных полярных компонентов в органическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами (порошкообразными наполнителями, мелким и крупным заполнителем). Прочные хемосорбционные связи битум образует с наполнителем из известняка, доломита с большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Са³⁺ и Ме⁺².

Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь (коллоидная суспензия частиц твердого вещества в жидкости, отличающаяся от геля тем, что она остается жидкой и не твердеет), ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твер¬дые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязко-упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одно¬временно возникает упругая (обратимая) и пластическая (необратимая) составляющие деформации.

Химические свойства. Наиболее важным свойством является хи¬мическая стойкость битумов и битумных материалов к действию аг¬рессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, ме¬таллов и других строительных материалов. Битумные материалы хо-рошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%), а также серной (с концентрацией до 50%), соляной (до 25%) и уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, а также при дейст¬вии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях.

Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Физико-механические свойства. Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.

Твердость и вязкость является структурно-механической характеристикой битума и зависит от структуры битума и температуры. По ГОСТ 11501-78 «Методы испытания твердых и вязких битумов» вязкость оценивается условным показателем-глубиной проникания стандартной иглы в битум при действии на неё груза массой 100г. В течении 5с при температуре 0˚С (с помощью пенетрометра), в градусах(1˚ соответствует 0,1 мм погружения иглы). При температуре 25˚С пенетрация твердых и вязких битумов колеблется в пределах 5-300.

Температура размягчения отражает переход битума из твердого или вязкопластичного состояния в жидкое. Она определяется на приборе "Кольцо и шар" (КиШ), который помещается в сосуд с водой, последний нагревают. Температура размягчения битума соответствует температуре, при которой образец битума размягчается и под грузом в виде шарика коснется нижней полочки прибора. Температура размягчения вязких и твердых битумов колеблется в пределах 20 - 95ºС.

Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума (восьмерки) при температуре 25˚С, определяемым на приборе - дуктилометре. Растяжимость колеблется от 0 до 65 см.

Существенной особенностью битумов является их высокая адгезия к поверхности минеральных и органических наполнителей. С термодинамической точки зрения адгезия битума к минеральным наполнителям определяется главным образом присутствием на поверхности минерала катионов, взаимодействующих с кислотными компонентами битума.

Разработано несколько методов и приборов для определения адгезии. Так, определение сцепления битума с поверхностью минеральной части асфальтобетонной смеси оценивается визуально по величине поверхности минерального материала, сохранившей битумную пленку после кипячения в водном растворе поваренной соли. Сцепление считается удовлетворительным, если 75% поверхности материала остается покрытой пленкой битума.

По назначению нефтяные битумы подразделяются на строительные, кровельные и дорожные. Маркировка битумов производится с учетом их основных свойств.

Битумы нефтяные строительные предназначаются для приготовления клеящих и изоляционных мастик, различных лаков, для покрытия и ремонта кровель. Они бывают трех марок БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10, где БН - битум нефтяной, цифры числителя дроби соответствуют показателю температуры размягчения по (КиШ), а знаменателя - среднему значению показателей пенетрации.

Битумы нефтяные кровельные предназначены для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов. Они бывают трех марок: БНК-45/180, БНК-90/40, БНК-90/30, где БНК - битум нефтяной кровельный, числитель дроби соответствует среднему значению показателей температуры размягчения по "КиШ", а знаменатель - среднему значению показателей пенетрации.

Битумы нефтяные дорожные используются для дорожного строительства в производстве асфальтобетонов и асфальторастворов. Они бывают пяти марок: от БНД (битум нефтяной дорожный) 200/300 до БНД 40/60, где цифры дроби указывают пределы изменения показателей пенетрации для данной марки.

Кроме твердых и вязких битумов существуют и жидкие битумы. Жидкие нефтяные битумы выпускают двух классов - среднегустеющие (СГ), которые изготавливают путем разжижения вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами типа керосина, и медленногустеющие (МГ и МГО) из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или их смесей, у которых в качестве разжижителей применяют масляные нефтепродукты, природные смолистые нефти, мазут и т.п. Медленногустеющие битумы могут быть природными (тяжелые смолистые нефти).

В зависимости от класса и вязкости жидкие битумы имеют марки: СГ 40/70, СГ 70/130, СГ 130/200, МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200, МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200. Класс жидкого битума устанавливают по количеству испарившегося разжижителя при выдерживании образца битума в термостате или в вакуумтермостате при определенных температурах. Характеристика нефтяных битумов представлена в таблице 5.1.

Таблица 5.1.

Характеристика нефтяных битумов.

Марка битума	Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1мм	Растяжимость, см, при 25°С, не менее	Температура, ˚С
			Размягчения по КиШ, не ниже	Хрупкости, не выше	Вспышки, не ниже
Битумы нефтяные строительные (ГОСТ 6617-76)
БН-50/50	41-60	40	50	…	220
БН-70/30	21-40	3	70	…	230
БН-90/10	5-20	1	90	…	240
Битумы нефтяные строительные (ГОСТ 9548-90)
БНК-45/180	140-300	…	40-50	…	240
БНК-90/40	35-45	…	85-95	…	240
БНК-90/30	25-35	…	85-95	…	240
Битумы нефтяные дорожные улучшенные (ГОСТ 22245-76)
БНД-200/300	201-300	…	35	-20	220
БНД-130/200	131-200	65	39	-18	220
БНД-90/130	91-130	60	43	-17	220
БНД-60/90	61-90	50	47	-15	220
БНД-40/60	40-60	40	51	-10	220