5) Структура бітумів, їх розподілення за структурою на типи золь, золь-гель, гель.

Структура будь-якого полімерного матеріалу, до яких наближаються за своїм складом бітуми, визначається формою та ступенем розгалуженісті макромолекул, їх взаємним розташуванням та розташуванням окремих їх ланок, силами міжмолекулярної взаємодії. Властивості бітумів залежать від їх групового хімічного складу та хімічної природи компонентів.

Згідно міцелярній теорії, бітум є колоїдною системою міцелярної будови.

Стабільність колоїдної системи залежить від поверхневої взаємодії між міцелами та дисперсійним середовищем. У бітумі як у колоїдній системі відсутня різка границя між асфальтенами та смолами з одного боку, та між смолами й маслами – з іншого боку. Згідно міцелярній теорії, бітуми поділяють на три типи структур: “золь”, “золь-гель” та “гель”.

Структура “золь” – це структура бітуму з малим вмістом асфальтенів та великим вмістом смол і масел. Міцели у такому бітумі не утворюють міцної та пружньої просторової системи. Вони вільно переміщуються у малов’язкому дисперсійному середовищі. Таку структуру мають рідкі бітуми при нормальній температурі. В’язкі й тверді бітуми переходять до структури “золь” після нагріву до текучого стану. Зростання при нагріванні бітуму інтенсивності броунівського руху ослаблює зв’язки між макромолекулами бітуму, що й виявляється у переході в’язких та твердих бітумів до стану “золя”.

Структура “гель” формується у твердих бітумів. У твердому бітумі асфальтени в складі міцел утворюють просторовий каркас. При великій концентрації у бітумі міцели торкаються одна одної крізь тонкі прошарки середовища з смол та масел (мальтенів). Масла у бітумі зі структурою “гель” виконують роль мастила. Просторові грати з міцел надають бітуму зі структурою “гель” пружні властивості

Проміжну структуру “золь-гель” мають при нормальній температурі в’язкі бітуми. В таких умовах вони одночасно виявляють в’язкі та пружньо-пластичні властивості. Згідно іншому уявленню відносно структури бітумів, їх розглядають як розчини високомолекулярних сполук-асфальтенів та близьких до них за властивостями твердих смол у мальтенах – суміші з масел та близьких до них за властивостями плавких смол. Мальтени – це частина бітуму, що розчиняється у бензині. Таке уявлення грунтується на міркуванні про спонтанне диспергування асфальтенів та твердих смол у мальтенах й про термодинамічну стійкість бітумів.

6) Груповий склад бітумів. Принципи його визначення. Характеристика масел, смол, асфальтенів. Відмінність групового складу бітумів зі структурам золь та гель.

Бітумні масла – це в’язкі рідини світложовтого кольору, які складаються з вуглеводнів метанового, нафтенового та ароматичного рядів. Масла добре розчинюються у легкому бензині, що використовують для їх виділення зі складу бітуму. Масла дуже стійкі до процесів окислення та полімерізації. Відношення С:Н характеризує ступінь ароматичності і складає для масел 0,55...0,66.

Смоли бітуму – в’язкопластичні речовини темнокоричневого кольору. Вони складаються з вуглеводнів циклічної та гетероциклічної будови. Смоли добре розчиняються у бензині, бензолі та хлороформі, погано розчинюються у етиловому спирті та ацетоні. Смоли вміщують найбільшу кількість сірчаних, кисневих та азотистих похідних вуглеводнів, які уходять до складу речовин кислого характеру. Окрім них до складу бітуму уходять смоли, які являють собою хімічно нейтральні речовини. Кислі смоли вміщують групи ОН та СООН, їх молекули мають високу полярність, що надає бітуму здатність стійко прилипати до поверхні основних гірських порід. Величина С:Н складає 0,6...0,8.

Асфальтени – це суміш насичених гетероциклічних сполук. Основні ланки їх молекул – кільця вуглеводнів ароматичного та гетероциклічного рядів з нафтовими кільцями та боковими ланцюгами з метанових вуглеводнів. Асфальтени, якщо виділити їх зі складу бітуму, являють собою дисперсні тверді частинки кольору від бурого до чорного. Асфальтени розчинюються у бензолі, сірковуглеці, хлороформі, чотирихлористому вуглеці. У низькомолекулярних метанових вуглеводнях, бензині, спирті та етиловому ефірі асфальтени не розчинюються. Цим користуються для виділення асфальтенів зі складу бітуму шляхом осадження. В залежністі від виду та кількісті розчинника і осаджувача та температури, кількість та властивості асфальтенів, що виділяються, відрізняються між собою. Тому при характеризуванні асфальтенів зазначають спосіб їх виділення.

Структура “золь” – це структура бітуму з малим вмістом асфальтенів та великим вмістом смол і масел. Міцели у такому бітумі не утворюють міцної та пружньої просторової системи. Вони вільно переміщуються у малов’язкому дисперсійному середовищі. Таку структуру мають рідкі бітуми при нормальній температурі. В’язкі й тверді бітуми переходять до структури “золь” після нагріву до текучого стану. Зростання при нагріванні бітуму інтенсивності броунівського руху ослаблює зв’язки між макромолекулами бітуму, що й виявляється у переході в’язких та твердих бітумів до стану “золя”.

Структура “гель” формується у твердих бітумів. У твердому бітумі асфальтени в складі міцел утворюють просторовий каркас. При великій концентрації у бітумі міцели торкаються одна одної крізь тонкі прошарки середовища з смол та масел (мальтенів). Масла у бітумі зі структурою “гель” виконують роль мастила. Просторові грати з міцел надають бітуму зі структурою “гель” пружні властивості