29. Бітумні в’яжучі, склад, властивості.

1. Органічні в'яжучі речовини

Органічні в'яжучі речовини являють собою природні або штучні тверді, в'язкопластичного або рідкі (при кімнатній температурі) продукти, здатні змінювати свої фізико-механічні властивості залежно від температури. За хімічним складом це або складні суміші високомолекулярних вуглеводнів та їх неметалевих похідних сірки, азоту, кисню (бітуми і дьогті), або карбоцепні і гетероцепні сполуки, що складаються в основному з атомів вуглецю в поєднанні з атомами водню, азоту, сірки, кисню і кремнію ( полімери).

Органічні в'яжучі речовини поділяють на три основні групи: бітуми природні і нафтові; дьогті кам'яновугільні, сланцеві, торф'яні і деревні; полімери полімеризацій і поліконденсаційні.

У єдиній класифікації будівельних конгломератів органічні в'яжучі речовини розташовуються в групі безвипалювальних матеріалів і характеризуються такими загальними ознаками:

Хімічний склад їх представлений органічними сполуками і всі вони відносяться до продуктів хімічної переробки природного або синтетичного сировини, в основному нафти, кам'яного вугілля, горючих сланців, торфу, деревини, природних газів, нафтогазу, мономерів і т. п.

Для отримання матриці (в конгломераті) потрібно, щоб в'яжучі речовини мали заданої консистенцією, що забезпечує освіту тонкої плівки на поверхні заповнювача або наповнювача, що досягають різними способами - нагріванням, розчиненням, емульгуванням і т. п. 3. Вони мають гарну адгезію до заповнювачів (наповнювачам) і мають здатність зчіплювати їх в моноліт, утворюючи макро-і мікроконгломерати, пов'язані, як і в'яжучі, до групи безвипалювальних матеріалів.

У тій чи іншій мірі вони є гідрофобними і надають водовідштовхувальні властивості матеріалів.

Добре розчиняються в органічних розчинниках - бензолі, бензині, гасі, толуолі та інших, за деяким винятком, коли тільки набухають.

Багато органічні в'яжучі речовини мають схильність до зміни своїх первинних властивостей під впливом кисню повітря, ультрафіолетових променів, підвищення температури, сонячної радіації і деяких інших чинників. Практично всі вони здатні горіти, деякі з них токсичні.

При затвердінні в присутності мінеральних заповнювачів (наповнювачів) органічні в'яжучі речовини утворюють асфальтові або полімерні конгломерати і подібно іншим мають заповнює частину, в'язка речовина, контактну зону і пори. При цьому в'язка частина у них може розглядатися як своєрідний мікроконгломерат, активно бере участь у формуванні макроструктури. Будівельні матеріали та вироби з конгломератні типом структури у вигляді асфальто-і дьогтебетонів і розчинів, пластичних мас та інших при оптимальній структурі підпорядковуються основним законам загальної теорії ІБК.

Природні бітуми

Природні бітуми (в'язкі і рідкі) можуть зустрічатися як у чистому вигляді, так і в «бітумінозних» породах. Бітумінозних або асфальтовими породами називають гірські породи (вапняки або пісковики), просочені природними бітумами. Вони утворилися в земній корі в результаті тривалих процесів окислення і полімеризації нафти, що просякнула ці осадові гірські породи.

В'язкі природні бітуми отримують шляхом вилучення їх з вапняків, доломітів чи пісковиків, просочених природними бітумами.

Природні бітуми по ряду показників їх властивостей (високої адгезії, Погодостійкість) перевершують нафтові. Застосування природних бітумів у будівництві обмежується високою вартістю і відносно малим обсягом їх виробництва. В'язкі природні бітуми використовуються головним чином в хімічній і лакофарбовій промисловості. При переробці асфальтових гірських порід можуть бути отримані асфальтовий порошок, асфальтова мастика або асфальтовий бетон для холодного укладання. Асфальтовий порошок отримують шляхом подрібнення карбонатних порід, якщо вміст природного бітуму в них не перевищує 2 ... 3% за масою. Він має широке застосування для виготовлення асфальтових бетонів і розчинів. Асфальтова мастика - продукт об'єднання асфальтового порошку з природним або нафтовим бітумом.

До недоліків як природних, так і нафтових бітумів слід віднести їх підвищену крихкість при негативних температурах.

В якості природних рідких бітумів в будівництві використовуються важкі, високосмолістие нафти.

Бітуми нафтові, склад, структура і властивості

Нафтові бітуми є тверді, в'язкопластичного або рідкі продукти переробки нафти. За хімічним складом бітуми - складні суміші високомолекулярних вуглеводнів та їх неметалевих похідних азоту, кисню і сірки, повністю розчинні в сірковуглеці. Для дослідження бітумів їх поділяють на основні групи вуглеводнів (близькі по властивостях) - масла, смоли, асфальтени, асфальтогеновие кислоти та їх ангідриди.

Масла - суміш циклічних вуглеводнів (в основному нафтенового ряду) ясно-жовтого забарвлення з щільністю менше 1 і молекулярною масою 300 ... 500; підвищений вміст масел в бітумах надає їм рухливість, текучість. Кількість масел в бітумах коливається в межах 45 ... 60%.

Смоли - в'язкопластичного речовини темно-коричневого кольору з щільністю близько 1 і молекулярною масою до 1000. Смоли мають більш складний склад вуглеводнів, ніж олії. Вони складаються в основному з кисневих гетероциклічних сполук нейтрального характеру і надають бітумам велику тягучість і еластичність. Зміст смол 15., 30%.

Асфальтени та їх модифікації (Карбо та карбоїдів) - тверді, неплавкі речовини з щільністю дещо більше 1 і молекулярною масою 1000 ... 5000 і більше. Ця група вуглеводнів є істотною складовою частиною бітумів. Підвищений вміст асфальтенів в бітумі визначає його високі в'язкість і температурну стійкість. Загальний вміст асфальтенів в різних бітумах становить 5 ... 30% і більше.

Карбо та карбоїдів зустрічаються в бітумах порівняно рідко в малій кількості (1 ... 2%) і сприяють підвищенню крихкості бітуму.

Асфальтові кислоти та їх ангідриди - речовини коричневого кольору смолистої консистенції з щільністю більше 1. Вони відносяться до групи полінафтенових кислот і можуть бути не тільки в'язкими, але й твердими. Асфальтогеновие кислоти є поверхнево-активною частиною бітуму і сприяють підвищенню зчеплення його з поверхнею мінеральних заповнювачів. Зміст їх в нафтових бітумах становить близько 1%.

Вищевказані групи вуглеводнів бітуму утворюють складну дисперсну систему - колоїдний розчин, в якому рідке середовище-це олії і розчин смол в оліях, а тверда фаза представлена ​​асфальтенів, на поверхні яких адсорбовані асфальтогеновие кислоти. Масла, смоли і асфальтени входять до складу бітумів в різних співвідношеннях і тим самим зумовлюють їх структуру. Залежно від кількісного вмісту масел, смол і асфальтенів (а також від температури нагріву) колоїдна структура бітуму - «гель», «золь», «зольгель» зазнають змін від типу «золь» до типу «гель». Структура гель - характерна для твердих бітумів при температурі 2О ... 25 ° С і обумовлюється зазвичай підвищеним вмістом асфальтенів. Структура золь притаманна бітумам рідкої консистенції з підвищеним вмістом смол і масел.