книги из ГПНТБ / Гезенцвей, Лев Борисович. Дорожный асфальтовый бетон

тонным покрытиям, хотя и достигнуты определенные успехи в повышении качества битумов, выпускаемых нашей промыш­ ленностью.

Накопленный советскими исследователями опыт применения различных битумов для устройства асфальтобетонных покры­ тий нашел отражение в изданном в 1952 году ГОСТе на эти материалы. В частности, в ГОСТ включены улучшенные биту­ мы. БН-П-У и БН-Ш-У.

Как видно из табл. 1, улучшенные марки обладают при тем­

пературе 25° .показателями глубины проникания, тождествен­ ными с показателями для соответствующих обычных марок би­ тума (БН-П и БН-Ш). Но при этом температура размягчения улучшенных марок выше на 5°, чем у обычных битумов, что означает их повышенную теплоустойчивость. Кроме того, как видно из табл. 1, улучшенные марки битумов отличаются опре­ деленной тягучестью при 0° (растяжимость должна быть не менее 2—3 см) и в то же время сохраняют известную «мягкость» при этой температуре (глубина проникания должна быть не менее 5—10). Последние характеристики указывают на повы­ шенную морозоустойчивость улучшенных марок битума.

Таким образом, мы видим, что улучшение битумов БН-П-У и БН-Ш-У по сравнению с обычными марками изменяет имен­ но те свойства, которые во многом предопределяют условия

работы асфальтобетонных покрытий как при наивысших поло­ жительных, так и при отрицательных температурах.

В Москве битум марки БП-П-У применяется уже с 1947 ро­

да. Опыт использования улучшенных марок битумов показал их несомненные преимущества. Трещинообразование на ас­ фальтобетонных покрытиях значительно уменьшилось. Но ко­ личество деформаций, обусловленных недостаточной тепло­ устойчивостью битума и асфальтового бетона, все еще велико-

Из дальнейшего изложения мы увидим, что теплоустойчивость асфальтового бетона находится в определенной зависимости от теплоустойчивости применяемого битума. Достигнутая сте­ пень улучшения свойств битумов БН-П-У и БН-Ш-У еще не решает проблемы, создания теплоустойчивых материалов. Эта задача, от .решения которой во многом зависят сроки службы асфальтобетонных покрытий, остается одной из наиболее акту­ альных.

Вопрос создания теплоустойчивых, а вместе с тем и моро­

зоустойчивых битумов должен привлечь в себе внимание в пер­

вую очередь специалистов нефтеперерабатывающей промыш­

ленности.

Работы по дальнейшему улучшению свойств дорожных би­ тумов интенсивно проводятся во многих странах мира. Как на

интересный пример в этой области следует указать на новые битумы марки Esso, полученные в 1957 году во Франции. Эти

битумы, именуемые Esso В. 200 и Esso Д. 300, в отличие от

30

обычных сохраняют пластичность при низких температурах, что характеризуется большой глубиной проникания при 0° и —10°.

Сравнительные характеристики этих битумов таковы

(табл. 3).

Таблица 3

ризующиеся обычной температурой размягчения, имеют повы­ шенную пластичность при низких температурах. Интересно от­ метить, что растяжимость при 25° у этих материалов очень низкая, но в то же время при 0° они сохраняют повышенный

показатель растяжимости. Важной характеристикой новых би­ тумов, резко отличающей их от обычных, является низкая тем­

пература хрупкости.

По данным Прево, новые битумы были впервые применены,

в дорожном строительстве в 1957 году в департаменте Пюи-де- Дом. Освидетельствование в 1958 году опытного участка, по­ строенного в неблагоприятном климатическом районе ( в горах),

показало хорошие эксплуатационные качества покрытия. На построенном там же покрытии с обычным битумом обнаружи­ лось. значительное количество разрушений. В течение 1957— 1958 гг. новые битумы применялись для дорожного строитель­

ства в разных районах Франции.

РАЗЖИЖЕННЫЕ (СОСТАВЛЕННЫЕ) БИТУМЫ

Иногда для получения требуемых показателей при отсут­

ствии необходимой марки битума более вязкие битумы раз­ жижают менее вязкими. Такие битумы называются разжижен­ ными или составленными.

Как правило, подобную практику не следует рекомендовать вследствие возможных нарушений дозировки, неправильного вы-

31-

'бара 'разжижителей и других 'причин, приводящих к отклонени­ ям (в свойствах получаемого битума. Но поскольку в производ­ ственных условиях разжижение все-таки 'производится, остано­ вимся на его способах.

Битум можно разжижать любыми более легкими нефтепро­ дуктами. Однако исследования разжиженных битумов и прак­ тика их применения в асфальтовом бетоне показывают, что не при всяком разжижителе и исходном битуме можно получить

.доброкачественный материал. В качестве разжижителя следует всегда выбирать битум, не резко отличающийся по своим свой­ ствам от исходного. Только в этом случае при правильных со­ отношениях можно получить материал требуемого качества с более стойкими свойствами. Указанное положение подтверди­ лось, например, при попытках разжижения битума БН-У жид­ кими битумами от 2-й до 5-й марки. Такие опыты производились при строительстве магистрали Москва—Минск. Являясь весьма тугоплавким, битум марки БН-У плохо поддается разогреву.

В битумоплав'ильном котле образуются трудноперемешивае-

мые сгустки, почти не объединяемые с разжижителем. Усилен­ ный разогрев вызывает лишь пригорание битума у стенок кот­ ла. В результате получился битум, не отвечавший требованиям

стандарта. Испытания вырубок асфальтобетонного покрытия через 2—3 мес. после строительства показали большую порис­ тость. Покрытие быстро разрушалось.

Разжижение битума легкими разжижителями лишь времен­

но уменьшает его вязкость. После улетучивания легких фрак­

ций вязкость '.материала снова возрастает.

По данным В. В. Михайлова, для получения разжиженных битумов могут быть использованы следующие разжижители в

Вязкий битум марки БН-1

Смешение битумов производится следующим образом.

32

Разжижаемый битум (разогревается до температуры 80—'140° в зависимости от характера разжижителя. При использовании более легких разжижителей температура исходного битума при­

нимается в пределах 80—90°, при более тяжелых разжижителях ее доводят до высшего предела (130—140°).

Разжижитель, подогретый в отдельном котле (кроме легких разжижителей, применяющихся в холодном состоянии), в зара­ нее установленном количестве добавляется к исходному битуму при тщательном непрерывном перемешивании.

Как уже указывалось выше, разжижать битум на асфальто­ бетонных заводах нежелательно, так как это не гарантирует по­ лучения высококачественного материала.

Асфальтобетонные заводы должны быть обеспечены конди­ ционными битумами заводского (приготовления.

ДОРОЖНЫЕ КАМЕННОУГОЛЬНЫЕ ДЕГТИ

Сырой каменноугольной деготь получается в результате су­ хой перегонки каменного угля при его коксовании или газифи­

кации. Выход сырого дегтя составляет около 5% веса перера­ батываемого угля-При переработке сырого дегтя получается до­ рожный каменноугольный деготь.

Благодаря развитой коксохимической промышленности в

СССР получение дорожных каменноугольных дегтей достигло

значительных масштабов, и в ряде районов, особенно на Украи­

не, они широко применяются при строительстве усовершенство­ ванных дорожных покрытий.

Дорожный каменноугольный деготь можно получить двумя

способами:

1)отгонкой от сырого дегтя воды и легких масел, в этом слу­ чае дегти носят название отогнанных;

2)смешением антраценового масла и пека (вара), являю­

щихся продуктами фракционной перегонки сырых дегтей, в этом случае дегти носят название составленных (или препари­ рованных) .

Так как сырой деготь содержит ряд ценных химических про­

дуктов, целесообразнее производить его заводскую переработку. В результате фракционной перегонки сырых дегтей получа­

ются следующие химические продукты.

Легкие масла с температурой кипения до 170° Содержат

сольвент, применяющийся в качестве разжижителя битума и

дегтей.

Средние масла с температурой кипения 170—270°. Содержат нафталин.

Тяжелые масла с температурой кипения 270—300° Приме­ няются как антисептики для пропитки древесины.

Антраценовое масло с температурой кипения 300—360°. Ис­ пользуется для пропитки древесины и, кроме того, является со­

ставной частью для получения дорожного дегтя.

Пек (вар) — остаточный продукт после перегонки сырого, дегтя. Представляет собой черную аморфную массу. Удель­ ный вес—1,25—1,27. Пек — составная часть при получении дорожного дегтя.

Наиболее высококачественные каменноугольные дегти обра­ зуются в результате смешения антраценового масла с пеком. Эти дегти имеют несомненные преимущества перед отогнанны­ ми, так как при точной дозировке антраценового масла и пека можно получить материал с определенными заданными свой­ ствами.

Иногда дорожный деготь изготовляют и путем смешения, пека с другими растворителями, например с обезвоженным, (отогнанным) дегтем, с тяжелыми каменноугольными маслами

и пр.

Составленные дегти (.можно получить также и в условиях ас­ фальтобетонного завода. Для этого в чистый битумоплавиль­

ный котел запружают необходимое количество пека, который постепенно подогревают до температуры 140—150°. При этом пек плавится. Затем при непрерывном перемешивании к нему добавляют холодное масло. Температура готового дегтя долж­

на быть 100—120°.

При использовании вместо антраценового или тяжелого мас­

ла сырого дегтя, содержащего воду, необходимо последнюю

предварительно выпарить.

Для этого сырой деготь медленно нагревают в отдельном

котле. Подбор соотношения между пеком и разжижителем про­ изводится в лаборатории. Обычно для изготовления дегтебе­ тона применяется составленный деготь, содержащий ориенти­ ровочно 70—80% пека и 20—30% антраценового масла.

тельной лабораторной проверки, так как не все битумы хорошо объединяются с дегтем. Отмечены случаи, когда добавка не­ которых битумов ухудшает качество дегтя, вызывая его рассло­ ение.

Основные свойства дорожных каменноугольных дегтей

Под действием атмосферных факторов свойства каменно­ угольных дегтей сильно меняются. С течением времени стано­ вится иной их вязкость за счет улетучивания легких фракций, а также окисления и полимеризации. Этот процесс у дегтей происходит гораздо интенсивнее, чем у нефтяных битумов. По­ этому у первых наблюдаются быстрая потеря вязко-пластичес­

ких свойств и переход из вязкого состояния в хрупкое. Особен­ но резко изменяются свойства дегтя в первый период пребы­ вания на открытом воздухе (первые 200 час.).

34

Исследованиями С. И. Гельфанд, проведенными в> СоюзДОРНИИ, установлено, что за этот период в результате испарения легких фракций потери дегтя в весе бывают таки­ ми же, как при нагревании его до 300°.

Самым значительным изменениям подвержены каменноуголь­

ные дегти, содержащие больше легких и средних фракций

(легче испаряемых и окисляемых). Таким образом, процессы

старения происходят у дегтя значительно интенсивнее, Чем у нефтяных битумов.

Из сказанного видно, что начальная вязкость дорожного дегтя не является достаточной характеристикой его вяжущих свойств. Для более полной оценки необходимо знать также его фракционный состав и вязкость остатка после отбора всех фракций при нагреве до 300°. Свойства этого остатка и будут главным образом характеризовать качество дегтя как дорож­ но-строительного материала.

Второй особенностью каменноугольных дегтей является мень­

шая температурная устойчивость по сравнению с нефтяными

битумами. Каменноугольные дегти в сильной степени меняют свои свойства при нагреве.

При перегреве деготь, вообще, может потерять свои вяжущие

свойства. Поэтому при работе с ним необходимо тщательно соблюдать температурный режим.

Предельные температуры нагрева дорожного дегтя следую­ щие:

для марок Д-5, Д-6 — 80—110°;

для марок Д-7, Д-8—100—120°.

Деготь, нагретый до более высокой температуры, использо­ вать для производства дегтебетона нельзя. Длительное нагре­ вание дегтя даже в пределах указанных температур также не­ желательно.

В лаборатории обычно определяют следующие свойства ка­ менноугольного дегтя.

Удельный вес — на весах Мора-Вестфаля.. Вязкость — на

стандартном вискозиметре, так же как для жидких битумов. Фракционный состав в интервалах температур: до 170, 170—270, 270—300°. Температуру размягчения по методу «кольцо и шар».

Кроме того, определяют содержание свободного углерода и воды.

Для характеристики материалов, применяющихся при по­

лучении составленных дегтей, производят следующие опреде­ ления:

для каменноугольного масла — удельный вес, фракцион­ ный состав в интервалах температур до 200, 210—275, 275— 300°;

для каменноугольного пека (вара) — температура размяг­ чения по методу «кольцо и шар», содержание свободного угле­

рода и воды.

Таблица 5

В зависимости от свойств каменноугольные дегти подразде­ ляются на 8 марок. Технические условия на дегти, каменно­

Для производства дегтебетона применяются более вязкие марки дегтей: Д-5, Д-6, Д-7 и Д-8. Кроме того, можно пользо­ ваться составленными дегтями, обладающими теми же свой­ ствами.

Так как пеки и дегти имеют некоторые примеси, вредно от­ ражающиеся на здоровье, при производстве работ необходи­ мо. строго выполнять специальные инструкции.

Особенно вредное влияние на здоровье работающих может оказать пек. Он способен образовывать тонкую пыль, которая при попадании на слизистые оболочки и кожу вызывает воспа­ лительные процессы. Вредное действие пековой пыли усили­ вается от одновременного действия солнечных лучей. Анало­ гичное воздействие, но в меньшей степени, оказывают пары дегтя и каменноугольных масел.

Всесоюзной государственной санитарной инспекцией разре­ шается применять каменноугольные дегти для устройства до­ рожных покрытий в городах только при условии нанесения

37

сверху защитного слоя из других материалов толщиной не ме­

нее 2 см, например из асфальтобетона с нефтяным битумом1.

СЛАНЦЕВЫЕ БИТУМЫ

Сланцевый битум получается как побочный продукт при пе­

ма служит смола, получаемая при переработке сланцев.

После отбора от. смолы содержащегося в ней жидкого топ­ лива получается тяжелый остаток. Приготовление из него би­ тума производится путем окисления воздухом, т. е. принципи­

ально так же, как и нефтяного битума. В результате окисления остатков от перегонки смолы происходит изменение соотноше­ ния основных групп соединений — асфальтенов, смол и масел. Причем масла переходят в смолы, а смолы — в асфальтены

что вызывает повышение вязкостиТаким образом, вязкость битума регулируется режимом окисления.

Количество получающегося битума составляет 7—10% пе­ рерабатываемого сланца.

Проведенные исследования21 показывают, что сланцевый би­ тум по своим свойствам занимает промежуточное положение между нефтяными битумами и каменноугольными дегтями. По

сравнению с нефтяными сланцевые битумы отличаются мень­ шей вязкостью при одинаковой глубине проникания и одной и той же температуре. Сланцевый битум обладает также и мень­

шей температурной устойчивостью, что выражается в значи­ тельном изменении его свойств от длительного нагревания при высокой температуре.

Результаты испытаний асфальтового бетона с применением

сланцевого битума и опыт строительства асфальтобетонных по­ крытий показали, что для производства асфальтового бетона

целесообразнее применять сланцевые битумы с меньшей вяз­

костью, чем у нефтяных битумов.

В табл. 8 приводятся показатели испытаний сланцевых би­ тумов, выпускаемых в 'производственном масштабе (по данным С. М. Гельфанд и М. А. Зелейщикова).

Из приведенных данных видно, что сланцевые битумы от­

личаются высокой растяжимостью, которая не претерпевает больших изменений и после нагрева при температуре 130° в течение 5 час. Самые значительные изменения в результате на­ грева происходят в вязкости битума: сильно уменьшается глу­ бина проникания и повышается температура размягчения.

Опытами установлено, что при смешении сланцевых биту­

38