Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛ1.doc
Скачиваний:
107
Добавлен:
02.03.2016
Размер:
2.31 Mб
Скачать

5.2 Битумы

Высокомолекулярные углеводороды, образующиеся в небольших отложениях в природе, а также специально получаемые при высокотемпературной перегонке нефтепродуктов. Природные битумы встречаются в виде густых тёмных жидкостей, пропитывающих горные породы. Если они содержат минеральных примесей более 20%, их называют природными асфальтами. Без минеральных включений – это высокоплавкие образования, называемые асфальтитами. Они образовались в результате сгущения нефти и окислительных процессов на поверхности. Асфальтиты отличаются высокой атмосферостойкостью и хорошей адгезией к каменным материалам. Их используют при изготовления лучших битумных лаков для покрытия металлических поверхностей.

Искусственные битумы – это полутвёрдые остатки от переработки нефти и её производных. С помощью высокотемпературного отбора лёгких фракций (лигроина, керосина, масел и смол) получают остаток с большим содержанием твёрдых фракций – битум. Если из него забирают ещё оставшиеся в небольшом количестве масла и смолы, получают пек (твёрдый углерод). И природные и искусственные битумы – это коллоидные системы, в которых диспергированы твёрдые частички углерода (карбены), имеющие размер 18-20 мкм и плотность более 1 г/см3, окружённые оболочкой (как капсула) аморфной структуры – смолой, плавающие в масле. Масляная составляющая называется нафтенами (ρ < 1). Вещественный состав битумов: масла – 45-65%, смолы – 15-30%, асфальтены (углерода) – 10-30%. Свойства битумов зависят от соотношения этих компонентов. Кроме того содержится парафин, ухудшающий свойства, а также сернистые и азотистые производные.

Чем больше асфальтенов и смол, тем больше твёрдость и температура размягчения битума. Чем больше осталось масла, тем пластичнее битум и ниже температура размягчения.

В зависимости от количества твёрдых частиц, масла и смол различают три структуры битумов: твёрдые, полутвёрдые и жидкие. При составлении композиционных материалов на битумной основе учитывается их структура. Так, для мелкозернистого или песчаного раствора используют твёрдый битум, для асфальтобетона с большим содержанием щебня – мягкие сорта.

Марку битума определяют по показателям твёрдости, температуры размягчения и растяжимости на специальных приборах при нормальной температуре в лаборатории.

В рабочее состояние твёрдые битумы приводят расплавляя их. При температуре 140-170°С увеличивается растворимость смол в маслах. Этой температуры достаточно, чтобы перевести битум в рабочее (жидкое) состояние. При температуре 230-240°С может произойти вспышка. Есть и другие способы перевода битумов в рабочее состояние – растворение в органических растворителях и эмульгирование. Растворением в нефтепродуктах (лигроине, керосине и др.) получают холодные битумные растворы. С помощью эмульгирования получают пасты и эмульсии для покрытия тонким слоем защищаемой поверхности.

По области применения битумы разделяют на строительные, кровельные и дорожные.

Для использования в строительстве у битумов особенные свойства:

  • твёрдость и прочность при нормальной температуре в сочетании с пластичностью;

  • образование водонепроницаемой плотной структуры в сочетании с гидрофобностью;

  • морозостойкость и химическая стойкость в сочетании с легкостью нанесения покрытия;

  • невысокая вязкость при повышении температуры, позволяющая легко проникать в поры другого материала и, остывая там, придавать материалу водонепроницаемость.

К недостаткам битума относят: хрупкость при отрицательной температуре, недостаточные температуро- и биостойкость. Под действием солнечного света и кислорода воздуха все углеводороды «стареют», т. е. уменьшается количество масла и смол, рвутся углеводородные связи, битум становится хрупким, снижается его гидрофобность. Поэтому битумные составы модифицируют (улучшают), вводя в состав полимеры, придающие большую эластичность, морозоустойчивость, а также ПАВ и антисептики для биостойкости.

Так как в составе битумов присутствуют асфальтогеновые кислоты, обладающие свойствами ПАВ (анионактивные вещества), битум образует прочные связи с катионами Са2+, Mg2+, т. е. с карбонатными породами. Порошки карбонатных пород стабилизируют состав, защищая от прямых солнечных лучей, и они в составе обязательны.

Плотность битумов – 0,8-1,3 г/см3, устойчивость при нагревании или температуру размягчения определяют на приборе «Кольцо и шар». Чем больше масел в составе, тем более легкоплавкий битум: температура размягчения tР = 45-95°С.

Твёрдость или глубину проникания иглы в образец битума определяют на пенетрометре (1-300 мм), растяжимость – на дуктилометре (1-40 см).

Битум растворяется в органических растворителях. Применяется он для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб, но битум надо оберегать от контакта с концентрированными растворами кислот и окислов азота.

По объёму использования больше всего (60%) битума идёт в дорожные композиции: асфальтобетоны и растворы для покрытия дорог, пола, взлётных полос. Обозначают дорожный нефтяной битум – БНД 90/50 (в числителе – температура размягчения, в знаменателе – глубина проникания иглы в мм).

Кровельные битумы (около 20%) идут на изготовление рулонных и штучных гидроизоляционных материалов, обозначают эту марку – БНК 45/180.

Строительные битумы (около 20%) идут на приготовление мастик, растворов, паст, изоляционных, антикоррозийных составов. Обозначают марку – Стр БН 70/50.

Чтобы сделать асфальтобетон, сначала готовят асфальтовое вяжущее, затем на его основе асфальтовый раствор. Асфальтовое вяжущее – это однородная смесь, состоящая из наполнителя и матрицы – битума (Б/Н), где его всего 15-20%. В качестве наполнителя используют тонкомолотый (70% < 0,07 мм) минеральный порошок карбонатной породы (доломит, известняк, основные шлаки и др.). Минеральный наполнитель повышает температуру размягчения смеси, защищает битум от ультрафиолетового спектра излучения, стабилизирует смесь.

Битум в асфальтовом растворе должен быть однородно распределён в виде непрерывных плёнок, адсорбирован частицами наполнителя. Чтобы сделать асфальтовый раствор, количество асфальтового вяжущего берут равным объёму пустот мелкого заполнителя (песок) с небольшим избытком. Приготовленный раствор также берут в количестве равным объёму пустот уже крупного заполнителя, с избытком 10-15% так, чтобы содержание битума в асфальтобетоне было от 5,5 до 7,7%. Когда его больше или когда не хватает тонкозернистого карбонатного наполнителя, асфальтобетон становится мягким и недолговечным. Основные свойства асфальтобетона зависят от качества асфальтового вяжущего и соотношения битум наполнитель (Б/Н).

Пористость асфальтобетона – от 5 до 7%, прочность при 20ºС – 2,2-2,4 МПа. По условиям укладки асфальтобетоны бывают горячие и холодные. Горячие укладывают при температуре 140-165ºС, холодные приготавливают горячими, охлаждают до 60ºС и укладывают при нормальной температуре. Уплотняют обязательно трамбованием, укатыванием, виброуплотнением, разглаживанием, литьём. Чем меньше пористость, тем долговечнее покрытие.