Розділ 11. Бітумні й дьогтьові в'яжучі речовини, матеріали на їхній основі

11.1. Загальні відомості

Бітуми й дьогті являють собою органічні матеріали аморфної структури до складу яких входять високомолекулярні вуглеводні і їхні похідні.

Застосування бітумів було відоме давно, однак література тривалий час майже не згадувала про бітуми чи асфальти. За 700 років до нашої ери у Вавилоні природний полімер-бітум застосовувався як цементуючий і водостійкий матеріал при будівництві каналу під рікою Євфрат. У 1300 р. італійський мандрівник Марко Поло вперше вказав на поклади «рідкого асфальту» в Баку. У Росії асфальти і бітуми почали застосовувати в 40-ві роки XIX ст., спочатку в дорожньому будівництві, а потім при виробництві лаків, фарб і гідроізоляційних матеріалів.

Бітуми й дьогті поєднує близькість складу і структури і , як наслідок , подібність основних властивостей.

До бітумних матеріалів відносяться:

• п р и р о д н і бітуми – грузлі рідкі чи твердоподібні речовини, що являють собою продукти природного окислювання нафти, які складаються із суміші вуглеводнів і їхніх неметалічних похідних (сірки, азоту, кисню та ін.);

• а с ф а л ь т о в і породи – пористі гірські породи( вапняки, доломіти, піщаники, глини, піски ), просочені бітумом. Зі структури зазначених гірських порід екстрагують бітум чи подрібнюючі породи і одержують асфальтовий порошок;

• н е ф т я н і бітуми – одержують шляхом заводської переробки нафти. Залежно від технології переробки бітуми можуть бути: о к и с л е н и м и, о с т а т о ч н и м и , к р е к і н г о в и м и.

Дьогті одержують у результаті сухої перегонки твердих видів палива: кам'яного вугілля, торфу чи нафти, пальних сланців.

Дьогтьові в'яжучі речовини підрозділяють на наступні види:

- с и р и й к а м ' я н о в у г і л ь н и й дьоготь, одержуваний коксуванням (1000⁰ - 1300⁰) чи напівкоксуванням (500⁰-600⁰), що являє собою грузлу темно-буру рідину, яка складається з насичених і ненасичених вуглеводнів і фенолу;

- в і д і г н а н и й дьоготь одержують із сирого дьогтю шляхом видалення води і легких і середніх масел. Цей процес здійснюється при температурі 300⁰-360⁰С.

- пек - твердий, залишковий продукт перегонки кам'яновугільної смоли, не розчиняється у воді, розчинний в органічних розчинниках.

За призначенням бітумні й дьогтьові матеріали бувають :

• д

  104

  о р о ж н і м и ;

• г і д р о і з о л я ц і й н и м и ;

• г е р м е т и з у ю ч и м и ;

• до р о в е л ь н и м и ;

• а н т и к о р о з і й н и м и та ін.

11.2. Властивості бітумних і дьогтьових в'яжучих речовин

Бітуми і дьогті називають чорними в'яжучими , тому що вони мають чорний чи темно - бурий колір. На відміну від кристалічних матеріалів, володіючих аморфною структурою, не мають визначеної температури плавлення. Поступовий перехід їхнього твердого стану в рідке при підвищенні температури не приводить до зміни основних властивостей, отже, чорні в'яжучі термопластичні .

У зв'язку з тим, що використання бітумів засноване на іх властивості переходити при нагріванні з твердого стану в пластичний, а також з огляду на умови роботи покрівельних матеріалів, для бітумів згідно з ДСТ передбачені такі показники якості:

- т е м п е р а т у р а р о з м ' я к ч е н н я, що характеризує теплостійкість і ступінь розм'якшення бітумів при нагріванні (прилад « Кільце і куля» (рис. 11. 1);

- т в е р д і с т ь, знаходять за глибиною проникання в бітум голки приладу пенетрометра (рис. 11. 2.);

- р о з т я ж и м і с т ь (дуктильність) характеризується абсолютним подовженням зразка бітуму при температурі 25⁰С, встановленим на приладі дуктилометра (рис. 11.3.).

Рис. 11.1 - Визначення температури розм'якшення бітуму:

а — схема приладу «Кільце й куля»; б — положення кульки на початку випробування; в — положення кульки наприкінці випробування; 1 — склянка; 2..Л — диски; J— термометр; б — кріпильні стрижні

Рис. 11.2 - Визначення твердості бітуму:

1 - столик; 2 - голка; 3 - затискний пристрій; 4 - стрижень голкотримача;

5 - циферблат; 6 - стрілка; 7 - штанга; 5 - кронштейн; 9 - штатив;

10 - дзеркало; 11 - підставка

Рис. 11.3 - Визначення розтяжності бітуму:

а — дуктилометр; б — розбірна форма; 1 — ящик з оцинкової сталі;

2 — гвинт; 3 — полозки; 4 — гайка; 5 — зразок бітуму; 6 — нерухома опора;

7 — редуктор; 8 — електродвигун; 9 — стрілка; 10 — лінійка (по неї фіксується подовження в момент розриву)

Перераховані вище властивості визначають марку бітумів , умовне позначення якої включає букви, що позначають застосування бітуму, і цифри, що характеризують його основні властивості. Наприклад, бітуми марки БН- 90/10, БНК 90/40 – бітум нафтовий будівельний і покрівельний, температура розм'якшення 90⁰, твердість 10⁰ і 40⁰, відповідно БНД -130/220- бітум нафтовий дорожній з температурою розм'якшення 130⁰ і твердістю 220⁰. Далі представлена таблиця, що містить основні вимоги, до будівельних і покрівельних бітумів.

Дьогтеві в'яжучі являють собою складні дисперсні системи, властивості яких визначаються співвідношенням між твердими складовими, смолами й маслами. Температура розм'якшення дьогтів високих марок звичайно нижче, ніж тугоплавких бітумів, однак біостійкість матеріалів на основі дьогтьових в'яжучих вище в порівнянні з бітумними матеріалами. Цей факт пояснюється високою токсичністю фенолів, що містяться в дьогтях. Атмосферостійкість дьогтьових матеріалів нижче в порівнянні з бітумними, тому що дьогті містять ненасичені вуглеводні, які провокують старіння.