Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУ ОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ

СибАДИК.В. Беляев

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Учебное пособие

Омск 2017

1

Рецензенты:

канд. техн. наук, доц. С.А. Милюшенко (СибАДИ); канд. техн. наук В.В. Голубенко (ООО «Автомобильные дороги и мосты», г. Омск)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебного пособия.

Беляев, Константин Владимирович.

Б42 Технологии и оборудование для приготовления и применения вяжущих материалов в строительстве [Электронный ресурс] : учебное пособие / К.В. Беляев ;

кафедра «Эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве». – Электрон. дан. − Омск : СибАДИ, 2017. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-

bin/irbis64r_plus/cgiirbis_64_ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.

Рассматривается классификация основных свойств битумов. Последовательно рассмотрены основные стадии применения вяжущих материалов, включая их изготовление, хранение, транспортирование и применение. Даются классификация и технологические схемы оборудования для производства битумных вяжущих, а также

производных материалов на основе битума – битумных эмульсий и

модифицированных битумов. Изложена методика расчёта оборудования для транспортирования битума. Описаны основные направления использования битумных вяжущих в дорожном строительстве. Приведены схемы машин для производства работ.

Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.

Предназначено для студентов всех форм обучения, обучающихся по направлениям «Наземные транспортно-технологические комплексы» и «Эксплуатация транспортно-технолог ческ х маш н комплексов», при проведении лекционных и практических занятий.

Может быть полезно для инженеров и механиков дорожных ремонтностроительных организаций, эксплуатирующих дорожно-строительную технику.

ISBN 978-5СибАДИ-93204-888-7.

Текстовое (символьное) издание (11,5 МБ)

Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; 1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов

Adobe Acrobat Reader ; Google Chrome

Редактор И.Г. Кузнецова Издание первое. Дата подписания к использованию 21.04.2017

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2017

1

ВВЕДЕНИЕ

Битум с древних пор является одним из наиболее известных строительных материалов. Его адгезионные и гидрофобные свойства привлекли внимание уже на заре развития цивилизации. Отмечены исторические факты применения природного битума в Древнем Вавилоне для укрепления берегов, в Древнем Риме для укрепления дорог и т.д. Однако в течение длительного времени битум не находил широко применения. В XX в. широкое распространение получил автомобильный транспорт, для перемещения которого потребовались дороги с усовершенствованным типом покрытий. Выход был найден в применении асфальтовых бетонов, в которых связующим материалом является битум. Высокие демпфирующие способности асфальтобетонных покрытий выгодно отличают их от цементобетонных покрытий. Применению битумов способствовало развитие нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, т.к. объёмы

являются остаточные продукты нефтепереработки – гудроны, асфальты деасфальтизации, экстракты селективной очистки масляных фракций. Использование природных битумов стало незначительным.

Производство нефтяных битумов осуществляют различными способами – окислением воздухом, перегонкой мазута с глубоким отбором дистиллята, деасфальтизацией гудрона пропаном. Для получения требуемых свойств широко применяют компаундирование. Каждый из способов производства имеет свои особенности, к числу которых необходимо отнести различные уровни материальных и энергетических затрат, влияние свойства и качества применяемого сырья на качество получаемого материала.

Внедрение новых дорожно-строительных материалов и технологий строительства на основе производных битумных материалов – битумных эмульсий, литых эмульсионно-минеральных смесей, моди-

3

фицированных битумов – привело к развитию оборудования для работы с вяжущими материалами и нового поколения дорожностроительной техники.

Применение материалов на основе модифицированных битумов для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов позволяет существенно снизить трудоёмкость производства и упростить технологию работ.

Многоступенчатая обработка исходного сырья (переработка нефти с получением остатка, применяемого в качестве сырья для получения битума, производство битума, транспортирование, хранение, модификация или производство продуктов на основе битумов и собственно применение конечного продукта) сопровождается нагревом и

остыванием битума, его взаимодействием с окружающей средой. Как следствие, с одной стороны, вяжущий материал приобретает необходимые эксплуатационные и технологические свойства, с другой – происходит его старение, изменение состава и свойств, влияющих на надёжность и долговечность сооружений.

По этим причинам для качественнойИи эффективной организации производства специалистам, занятым в сфере строительства, не-

обходимо обладать комплексом знанийДо вяжущих материалах и их модификациях как материалах, о еспечивающих важнейшие эксплуа-

4

1. СОСТАВ И СВОЙСТВА БИТУМОВ

Нефтяные битумы – продукты тёмно-черного цвета, обычно твердые при комнатной температуре. Битум представляет собой чрезвычайно сложную смесь высокомолекулярных углеводородов и гетероорганических соединений разнообразного строения, выкипающую в основном при температурах выше 450–500 °С. Для битумов характерно хорошее сцепление с минеральными материалами, стойкость к воде, растворам кислот и щелочей. При нагревании битумы обратимо переходят в вязкотекучее состояние. Битумы способны разжижаться органическими растворителями и загустевать при их испарении.

Применение битума как одного из наиболее известных инже- нерно-строительных материалов основано на его специфических фи- зико-химических свойствах. Область применения битума достаточно широка: при производстве кровельных и гидроизоляционных материалов, в резиновой промышленности, в лакокрасочной и кабельной промышленности, при строительстве зданий и сооружений. Главным

искусственные (полученные различными технологическими приёмами из углеводородного сырья);

пиробитумы (продукты высокотемпературного термолиза сланцевого, древесного и другого вида сырья);

дёгти и пеки каменноугольного, торфяного, жирового и другого происхождения.

В соответствии со способом производства различают три основных типа нефтяных битумов: остаточные, окисленные и компаундированные.

Остаточные битумы получают как кубовые остатки (выкипающие выше 450–550 °С) процессов первичной переработки специ-

5

альных тяжелых нефтей. Для получения остаточных битумов может быть использовано только сырье с большим содержанием CAB (смо- листо-асфальтеновых веществ), которые в достаточном количестве присутствуют в тяжелых высокосмолистых нефтях.

Окисленные битумы получают окислением тяжёлых остатков переработки нефти (выше 400–450 С) или их смесей с различными экстрактами, смолами или другими тяжелыми полупродуктами нефтепереработки кислородом воздуха при 250–280 С.

Компаундированные битумы получают смешением различных окисленных и остаточных битумов, битумов деасфальтизации, а также других нефтяных остатков и полупродуктов производства, тяжелых дистиллятов между собой.

Битумы деасфальтизации получают в результате извлечения САВ из нефтепродуктов при помощи растворителей.

Выбор того или иного способа получения битума определяется возможностями предприятия производить необходимые потребителю продукты стандартного качества из имеющегося в распоряжении сы-

строительных дорожных ра от (ГОСТ 22245–90), а также жидкие – для продленияСсезона дорожных работ (ГОСТ 11955–74).

Кровельные – применяют для изготовления кровли и производства различных кровельных материалов (ГОСТ 9548–74). Их, в свою очередь, разделяют на пропиточные и покровные (соответственно для пропитки основы и получения покровного слоя).

Строительные – применяют при выполнении различных ре- монтно-строительных работ, в частности для гидроизоляции фундаментов зданий (ГОСТ 6617–76).

Изоляционные – используют для изоляции трубопроводов с целью защиты их от коррозии (ГОСТ 9812–74) и для приготовления заливочных аккумуляторных мастик (ГОСТ 8771–76).

Специальные битумы предназначены для использования в лакокрасочной, шинной и электротехнической промышленности

(ГОСТ 21822–76).

6

Битумы – высокоплавкие мягчители (рубраксы), их производят для резинотехнической и шинной промышленности (ГОСТ 781–78).

Дорожные битумы используют в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте асфальтобетонных дорожных покрытий.

Долговечность дорожного покрытия во многом зависит от марки применяемого битума и его качества.

Дорожные битумы разделяют на вязкие и жидкие.

Вязкие битумы в России вырабатываются в соответствии с ГОСТ 22245–90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» [10]. Нормы на свойства вязких битумов по ГОСТ 22245–90 приведены в табл. 1.1. Вязкие битумы подразделяются на классы БН и БНД, т.е. битумы нефтяные и битумы нефтяные дорожные. Качество битумов БНД выше, чем БН.

Битумы марок БНД характеризуются более широким интервалом пластичности и более высокой теплостойкостью по сравнению с битумами марок БН, обладают лучшими низкотемпературными свойствами и сцеплением с поверхностью минеральных зёрен, но менее

Все дорожные битумы маркируютсяДИпо значениям показателя пенетрации. Рекомендации по применению зависят от типа дорожных битумов и их пенетрации при 25 °С:

устойчивы к старению.

– в первой дорожно-климатической зоне при среднемесячной температуре наиболее холодного времени года не выше – 20 °С реко-

БНД 40/60;

– в четвертой и пятой климатических зонах при температуре не ниже + 5 °С – битумы БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60.

Жидкие дорожные битумы представляют собой остаточные продукты полутвердой и жидкой консистенций, полученные при первичной переработке иефти и крекинге тяжелых нефтепродуктов. Высокосмолистые тяжелые нефти – это также естественные жидкие битумы. Использование таких битумов дает возможность исключить высокотемпературные процессы, использовать различные способы обработки минеральных материалов и продлить сезон строительных работ.

7

Таблица 1.1

Нормы на свойства вязких битумов

8

Из дорожного покрытия, включающего жидкие битумы, с течением времени под действием кислорода воздуха, солнечных лучей, адсорбции каменным материалом или грунтом и других факторов испаряются низкокипящие фракции и уплотняются высокомолекулярные соединения. В результате этого дорожные покрытия становятся механически прочными и теплостойкими.

По ГОСТ 11955–82 «Битумы нефтяные дорожные жидкие» в зависимости от скорости формирования структуры жидкие битумы подразделяются на два класса [11]:

1.Густеющие со средней скоростью, получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами (СГ) и предназначенные для строительства капитальных и облегченных дорожных

покрытий, а также для устройства их оснований во всех дорожноклиматических зонах страны. И

2.Медленногустеющие, получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктамиД(МГ) и получаемые из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или их смесей

(МГО), предназначенные для получения холодного асфальтобетона, а также для строительства дорожныхАпокрытий облегченного типа и оснований во II–V дорожно-климатических зонах и других целей.

Жидкие дорожные битумы могут быть получены из вязких путём их компаундирования с разжижающими нефтепродуктами (например, керосин, д изельное топливо) и поверхностно-активными веществами (табл. 1.2).

Жидкие битумыСмарок СК и МГ, получаемые разжижением вязких битумов жидк ми нефтепродуктами, по сравнению с марками МГО характеризуются более высокой скоростью формирования структуры, постоянством состава и надёжным сцеплением с поверхностью каменного материала [7].

Жидкие битумы предназначены для продления сезона дорожного строительства. Применение жидких дорожных битумов не соответствует современным требованиям к энергосбережению и защите окружающей среды. Кроме того, низкая температура вспышки изначально предопределяет их пожароопасность [2].

Для жидких битумов основными нормами качества являются:

условная вязкость при 60 С, температура вспышки (от 37 С для БГ до 110 °С для МГ). Количество испарившегося разжижителя при 100 С за 1,3 и 5 часов.

9

В зависимости от марки асфальтобетонной смеси содержание

битума в ней составляет 5,5–8% масс. ля большей части покрытий

показывает, что эксплуатац онная надёжность дорожных покрытий в значительной степени определяется свойствами битума. Долговечность работы битума в составе асфальтобетонного покрытия связана, прежде всего, с его высокими низкотемпературными, пластичными и адгезионными свойствами. Это должно надёжно обеспечивать выполнение битумами трех основных задач их приме-

130–160 °С для равномерного смачивания и обволакивания частиц минерального материала.

Достижение такого комплекса высоких показателей качества дорожных битумов возможно только за счет оптимизации их компонентного состава (минимизации содержания в составе сырья

10