4.В растворе используется пуццолановый портландцемент с ак-

тивностью 30 МПа, пластифицирующая добавка – глиняное тесто со средней плотностью 1350 кг/м3. Подвижность раствора 4 – 6 см. Рассчитать количество материалов для приготовления 1 м3 раствора марки М7,5 со средней плотностью 1450 кг/м3.

5.Установить количество материалов для приготовления 1 м3 цветного цементного раствора состава 1:3 по объему для отделки панелей. В раствор вводится 2 % воздухововлекающей добавки ГК и 4

%железного сурика (дозировка добавок дана от массы цемента).

Межзерновая пустотность кварцевого песка 36 %, насыпная плотность цемента 1300 кг/м3.

6.Определить коэффициент выхода и расход материалов для приготовления 20 м3 абсолютно плотного известкового раствора состава 1:5 по объему. В песке объем пустот равен 45 %.

6.ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

6.1. Общие сведения

Органические вяжущие материалы являются сложными смеся-

ми высокомолекулярных углеводородных соединений и их неметаллических производных, изменяющими свои физико-механические свойства в зависимости от температуры.

К органическим вяжущим материалам относятся битумные и дегтевые материалы: битумы природные и нефтяные, битумные эмульсии, полимерно-битумные вяжущие, каменноугольные дегти. Наибольшее применение в строительстве имеют нефтяные битумы, которые получают в результате переработки тяжелых нефтяных остатков – гудронов, мазутов, асфальтов деасфальтизации, крекингостатков, экстрактов селективной очистки масляных фракций.

По области применения в строительстве нефтяные битумы де-

лятся на дорожные (ГОСТ 22245-90*, ГОСТ 11955-82*), строительные (ГОСТ 6616-76*), кровельные (ГОСТ 9548-74*).

Нефтяные дорожные битумы подразделяются на вязкие и жидкие. Основные характеристики свойств вязких дорожных битумов следующие: условная вязкость (пенетрация) и растяжимость при температуре 0 и 25 °С; температура размягчения, температура хрупкости, температура вспышки, изменение температуры размягчения после прогрева, индекс пенетрации. По физико-механическим свойствам

54

вязкие дорожные битумы подразделяются на марки (табл. П.9.1,

П.9.2).

В зависимости от группового состава и структуры вязкие битумы при одинаковой условной вязкости могут иметь различную теплоустойчивость, когезию, адгезию, динамическую вязкость, стабильность во времени. Температурную чувствительность битумов характеризует индекс пенетрации.

Индекс пенетрации (ИП) определяют по таблице, приведенной в

где

А= 2,9031 −logП ; (6.2)

Т−25

П– глубина проникания иглы при 25 °С, 0,1 мм; Т – температура размягчения, °С.

Битум с индексом пенетрации менее –2 обладает более высокой погодоустойчивостью, характеризуется более низкой температурой размягчения и более высокой температурой хрупкости. Битум с индексом пенетрации более +2 менее погодоустойчив, имеет более высокую температуру размягчения и более низкую температуру хрупкости. Наиболее широко в дорожном строительстве применяются битумы с индексом пенетрации от –1,5 до +1. Изменение температуры на эти битумы оказывает меньшее влияние, они имеют меньшую хрупкость и сохраняют вязкоупругие свойства при низких температурах.

Структурно-реологический тип битума можно определить с помощью коэффициента Кстр, предложенного В.А. Золотаревым:

где Тр и Тхр – температуры размягчения и хрупкости, °С; Д25 – растяжимость при 25 °С, см.

О степени пригодности битумов к различным условиям эксплуатации судят по интервалу работоспособности ИР:

55

Битумы с ИП более +2,0, Кстр ≥1,1 и ИР более 70 °С относятся к

первому структурно-реологическому типу (структура гель). Они имеют широкий интервал работоспособности, в котором битум обладает упруговязкими свойствами, большую теплоустойчивость.

Битумы с ИП менее –2,0, Кстр ≤ 0,65 и ИР менее 60 °С образуют второй тип (структура золь) – с узким интервалом работоспособности и малой теплоустойчивостью.

Битумы, имеющие –2 < ИП < +2, Кстр = 0,65 – 1,1, ИР = (60 – 70) °С, представляют собой непрерывный ряд битумов переходного типа

с промежуточными свойствами, т.е. битумы третьего структурнореологического типа (структура золь-гель).

Жидкие битумы получают чаще всего компаундированием (смешением) вязких битумов с различными разжижителями (керосином, дизельным топливом и другими нефтепродуктами). В зависимости от скорости загустевания (скорости формирования структуры), которая является функцией вида, качества и количества разжижителя, жидкие битумы делятся на два класса:

–густеющие со средней скоростью, получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами (СГ);

–медленногустеющие, получаемые разжижением вязких до-

рожных битумов жидкими нефтепродуктами (МГ) и из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или их смесей (МГО).

В соответствии с требованиями ГОСТ 11955-82* качество жидких дорожных битумов оценивают условной вязкостью, количеством испарившегося разжижителя, температурой размягчения остатка после определения количества испарившегося разжижителя, температурой вспышки, сцеплением (адгезией) с мрамором и песком (табл.

П.9.3, П.9.4).

Эмульсия битумная дорожная – дисперсная система, в которой одна жидкость (дисперсная фаза) в виде мельчайших капель размером 1 – 10 мкм диспергирована в другой жидкости (дисперсионной среде), не смешивающейся с ней.

В дорожных эмульсиях дисперсной фазой является органический вяжущий материал – битум или полимерно-битумное вяжущее, дисперсионной средой – вода. Для придания устойчивости эмульсии в ее состав вводят эмульгатор. Эмульгатор – поверхностно-активное вещество (ПАВ), активирующее процесс диспергирования битума и обеспечивающее устойчивость эмульсии от распада на стадии хранения и транспортирования.

56

Эмульсии получают двух типов: прямые и обратные. В прямых эмульсиях дисперсионной средой является вода, а дисперсной фазой

– битум. В обратных эмульсиях дисперсионной средой является битум, а дисперсной фазой – вода. В дорожном строительстве применяют прямые эмульсии.

По ГОСТ Р 52128-2003 битумные (Б) и битумно-полимерные (БП) эмульсии классифицируются по нескольким принципам:

1)в зависимости от химической природы эмульгатора: катионные (ЭБК, ЭБПК), анионные ЭБА, ЭБПА;

2)по устойчивости при перемешивании и с минеральными материалами: быстрораспадающиеся (ЭБК-1, ЭБПК-1, ЭБА-1, ЭБПА-1), среднераспадающиеся (ЭБК-2, ЭБПК-2, ЭБА-2, ЭБПА-2) и медленнораспадающиеся (ЭБК-3, ЭБПК-3, ЭБА-3, ЭБПА-3).

По ГОСТ Р 55420-2013 эмульсии битумные дорожные катионные подразделяются на следующие марки: ЭБДК Б – быстрораспадающаяся; ЭБДК С – среднераспадающаяся; ЭБДК М – медленнораспадающаяся.

Требования к эмульсиям: устойчивость при перемешивании со смесями минеральных материалов, содержание вяжущего с эмульгатором, условная вязкость, сцепление с минеральными материалами, остаток на сите № 014, устойчивость при хранении и транспортировании, а также физико -механические свойства остатка после испарения воды из эмульсии.

6.2.Примеры решения задач

1.Какой вязкий нефтяной дорожный битум более пригоден для использования в асфальтобетоне в районах с континентальным климатом: а) с температурой размягчения 55 °С и температурой хрупкости –15 °С; б) с температурой размягчения 48 °С и температурой хрупкости –17 °С?

Решение. Чтобы судить о степени пригодности битума к эксплуатации в условиях континентального климата, следует определить

его интервал работоспособности по формуле (6.4): ИРа = 55 – (–15) = 70 °С; ИРб = 48 – (–17) = 65 °С.

Как видно из полученных результатов, битум с индексом «а» имеет больший ИР. Такой битум более пригоден к эксплуатации в условиях континентального климата, характеризующегося высокими

57

положительными температурами в летнее время и низкими отрицательными зимой.

2. К какому структурно-реологическому типу относится битум, обладающий температурой размягчения 45 °С, температурой хрупкости –18 °С и растяжимостью 65 см при температуре 25 °С?

Решение. Ориентировочно структурно-реологический тип битума можно определить по формуле (6.3):

Кстр = 45 – (–18) / 65 = 0,97.

Поскольку коэффициент Кстр находится в интервале от 0,65 до 1,1, данный битум третьего структурно-реологического типа.

3. Из двух битумов: а) с пенетрацией при 25 °С 235∙0,1 мм и температурой размягчения 43 °С; б) с пенетрацией при 25 °С 165∙0,1 мм и температурой размягчения 41 °С – указать битум, характеризующийся большей теплоустойчивостью.

Решение. По формулам (6.1)и (6.2) вычисляем индексы пенетрации битумов:

Аа = (2,9031 – log235) / (43 – 25) = 0,0296; Аб = (2,9031 – log165) / (41 – 25) = 0,0464; ИПа = 30 / (1 + 50 ∙ 0,0296) – 10 = +2,1; ИПб = 30 / (1 + 50 ∙ 0,0464) – 10 = –0,96.

Битум с индексом «а» характеризуется более высокой теплоустойчивостью.

4. Определить ориентировочную динамическую вязкость вязкого битума с пенетрацией 55∙0,1 мм при 25 °С.

Решение. Для ориентировочного расчета динамической вязкости ηн можно применить формулу Зааля, скорректированную с учетом требований СИ,

где П25 – пенетрация битума при температуре 25 °С.

Тогда

ηн = 1,58∙109 / 552,16 = 1,58∙109 / 5750 = 2,72∙105 Па∙с = 275 кПа∙с.

Для вычисления знаменателя использовано соотношение

lg 552,16 = 2,16 lg 55 = 2,16 ∙ 1,74 = 3,76 и по логарифму найдено число

5760.

58

5. Индекс пенетрации битума равен –1,5, температура его размягчения составляет 35 °С. Определить условную вязкость битума.

Решение. Воспользуемся приведенной в ГОСТ 22245-90* таблицей или формулами (6.1), (6.2). Данный битум имеет глубину проникания иглы П25 = 250∙0,1 мм.

6. Сколько потребуется затратить теплоты (без учета потерь) для нагрева 10 т битума в битумоплавильном котле с 90 до 150 °С, е с- ли удельная теплоемкость битума 0,9 кДж/(кг∙°С)?

Решение. Определяем затраты тепла по формуле

где Q – количество тепла, Дж; Б – масса битума, кг; Сб – удельная теплоемкость битума, кДж/(кг∙°С); t1, t2 –температура битума, °С.

Отсюда Q =10 000∙0,9 (150 – 90 = 540 000 кДж.

7. К какому классу по скорости загустевания относится жидкий битум, если при выдерживании в вакуум-термостате из него за 2 ч при температуре 100 °С испарилось 9 % разжижителя? Назвать марку битума.

Решение. Согласно ГОСТ 11955-82* (табл. П.9.3) битумы класса СГ в течение 2 ч выдерживают в вакуум-термостате при температуре 100 °С. Из битума марки СГ 40/70 должно испаряться не менее 10 % разжижителя, из битума СГ 70/130 – не менее 8 %. Таким образом, данный битум имеет марку СГ 70/130.

8. Определить содержание в эмульсии битума с эмульгатором, если масса выпарительной чашки со стеклянной палочкой 162 г, масса чашки с палочкой и эмульсией (до выпаривания) 189,7 г, масса чашки с палочкой и остатком после выпаривания воды из эмульсии

176,2 г.

Решение. Используем формулу, приведенную в ГОСТ Р 52128-

2003,

где М – содержание в эмульсии битума с эмульгатором, %; m1 – масса чашки с палочкой, г; m2 – масса чашки с палочкой и эмульсией, г; m3 –

59