Строительный материалы и все связанное / 4 семестр / ЛЕКЦИИ МТКМ / Лекции 2 семестр / МТКМ №11

РАЗДЕЛ № 7. БИТУМЫ, ДЕГТИ, АСФАЛЬТОБЕТОНЫ

Лекция №11 Темы № 19,20,21. Битумные и дегтевые вяжущие, асфальтобетон

Учебные вопросы:

1.Общие сведения и классификация битумных и дегтевых вяжущих.

2.Важнейшие свойства, технические требования к качеству и методы оценки свойств битумных и дегтевых вяжущих.

3.Асфальтобетон: классификация, основные свойства и технические требования к качеству, понятие о подборе состава.

Цель: Изучить классификацию битумных и дегтевых вяжущих, а также важнейшие свойства, технические требования к качеству и методы оценки свойств битумных, дегтевых вяжущих и асфальтобетона.

1.Общие сведения и классификация битумных и дегтевых вяжущих.

Битумы относятся к органическим вяжущим веществам. Они представляют собой сложные смеси углеводородов и их неметаллических производных (соединений углеводородов с кислородом, азотом, серой), растворимых в сероуглероде, четыреххлористом углероде, бензоле и других органических растворителях.

Главными областями применения битумов являются производство кровельных и гидроизоляционных материалов и приготовление асфальтобетона.

В состав битумов входят масла, смолы, асфальтены. Каждый из этих компонентов оказывает существенное влияние на свойства битумов. Масла уменьшают их вязкость и увеличивают текучесть, смолы, сообщают битумам эластичность, асфальтены увеличивают вязкость. Асфальтенов содержится в битумах 8-30%, масел 45-60%, смол 13-24%. Кроме того, в состав битумов входит некоторое количество твердых углеродистых веществ – карбенов и карбоидов, также повышающих их вязкость.

Различают битумы природные и нефтяные. Природные битумы редко встречаются в чистом виде. Чаще они находятся в виде примесей в асфальтовых горных породах (известняках, песчаниках). Вследствие высокой стоимости и дефицитности природные битумы в строительстве используются мало. Нефтяные битумы являются продуктами переработки нефти, они наиболее широко применяются в строительстве. Выпускают три разновидности битумов: дорожные, строительные и кровельные.

Нефтяные и природные битумы представляют собой вязкие или твердые материалы. В строительстве, главным образом дорожном, применяют также жидкие битумы, получаемые путем смещения в разогретом состоянии вязкого битума и разжижителя. Жидкие битумы подразделяются на быстрогустеющие (БГ), густеющие со средней скоростью (СГ) и медленногустеющие (МГ). Для получения жидкого битума быстрогустеющего и густеющего со средней скоростью в качестве разжижителя применяют керосин или лигроин, а для получения медленногустеющего битума – нефть, мазут, масло.

Дегти представляют собой вязкую жидкость черного или бурого цвета, получаемую при деструктивной (без доступа воздуха) перегонке каменного угля, древесины, торфа и других органических материалов.

Наиболее широкое применение в строительстве имеет каменно-угольный деготь, который получают как побочный продукт при коксовании или газификации каменного угля.

Деготь отличается от битума значительно меньшей атмосферостойкостью, так как в нем содержатся непредельные углеводороды, подвергающиеся окислительной полимеризации под воздействием кислорода, воды и солнечного света. Биостойкость дегтя выше, чем битума, ввиду содержания в нем фенола, обладающего высокой токсичностью. Используются дегти для изготовления рулонных кровельных материалов и дегтебетона. По сравнению с битумами они имеют более ограниченное применение.

2.Важнейшие свойства, технические требования к качеству и методы оценки свойств битумных и дегтевых вяжущих.

К основным свойствам битума относятся вязкость, температура размягчения, степень растяжимости, водонепроницаемость, адгезия к различным материалам, коррозионная стойкость.

Вязкость (способность сопротивляться перемещению частиц вещества под действием внешних сил) битума зависит в основном от его состава и резко меняется при изменении температуры. При повышении температуры вязкость битума уменьшается, и при определенной температуре он переходит в жидкое состояние. При понижении температуры вязкость битума увеличивается, и при отрицательных температурах он делается твердым, хрупким материалом.

Вязкость битума измеряют в условных единицах. Показателем вязкости служит глубина проникания (пенетрация) иглы в битум при температуре 25⁰С за 5 с под действием груза массой 100 г. Схема прибора (пенетрометра) для определения глубины проникания иглы.

Температура размягчения битума, устанавливаемая с помощью прибора «кольцо и шар», также является важной его характеристикой. Определение ее заключается в следующем. В сосуд с жидкостью помещают кольцо, заполненное испытуемым битумом, на который укладывают стальной шар. Жидкость в сосуде подогревают. Температура размягчения битума соответствует температуре жидкости, при которой шар под действием собственной массы проходит через кольцо.

Знание температуры размягчения имеет большое значение при выборе битума для его использования в различных климатических условиях и разных условиях эксплуатации конструкций с применением битума или материалов на его основе.

Растяжимость битума характеризует его пластические свойства. Она зависит от состава, структуры и температуры. Растяжимость битума характеризуется длиной в момент разрыва стандартного образца при температуре 25⁰С.

Одним из важных свойств битумов является их хорошая адгезия к различным материалам (естественным и искусственным каменным материалам, металлу, дереву и т.д.). Это свойство в сочетании с высокой водонепроницаемостью и коррозионной стойкостью позволяет широко применять битумы как связующие материалы для приготовления асфальтобетонов и асфальторастворов, для производства кровельных и гидроизоляционных материалов, а также для создания на поверхности различных материалов водонепроницаемых антикоррозионных покрытий.

К отрицательным свойствам битума следует отнести зависимость физико-механических свойств от температуры. старение, хрупкость да.е при малых отрицательных температурах, необходимость высоких требований к технике безопасности при работе с горячими битумами.

Все битумы в зависимости от их свойств подразделяются на марки. Основными свойствами, определяющими марку битума, являются вязкость и температура размягчения.

3.Асфальтобетон: классификация, основные свойства и технические требования к качеству, понятие о подборе состава.

Асфальтобетоном называют искусственный материал, получаемый в результате уплотнения и затвердевания специально подобранной смеси, состоящей из щебня (гравия), песка, минерального порошка и битума.

В качестве минерального порошка используют тонкомолотые горные породы (известняк, доломит и др.). Его использование позволяет уменьшить расход битума, повысить плотность и температуру размягчения асфальтобетона. Песок применяют природный или дробленый. щебень – из прочных изверженных, осадочных и метаморфических пород.

Асфальтобетон используется для устройства аэродромных и дорожных покрытий, оснований под них, а также полов в производственных и складских зданиях. Асфальтобетонные покрытия обладают сравнительно высокой прочностью, малой истираемостью, относительной коррозионной стойкостью, способностью поглощать звук от движущегося транспорта и др.

К недостаткам асфальтобетона следует отнести старение, изменение свойства с изменением температуры, практически невысокую долговечность покрытия.

При вязкости применяемого битума и температуре укладки различают следующие асфальтобетонные смеси: горячие, приготовляемые на основе вязких битумов марок БНД 90/130, БНД 60/90 и БНД 40/60 с температурой смесей не ниже 120⁰С; теплые – на основе вязких битумов марок БНД 200/300, БНД 130/200 с температурой смесей 110-130⁰С или жидких битумов БГ 70/130 и СТ 130/200 с температурой смесей не ниже 70⁰С; холодные – на основе жидких битумов СГ 70/130 и МГ 70/130 с температурой смесей соответственно не ниже +5⁰С весной и +10⁰С осенью.

В зависимости от наибольшего размера крупного заполнителя различают асфальтобетоны крупнозернистые с зернами размером до 40 мм, среднезернистые (до 20 мм), мелкозернистые (до 15 (10) мм). Песчаные асфальтобетоны содержат зерна размером до 5 мм.

По назначению асфальтобетон подразделяется на плотный обладающий остаточной пористостью 2,5-5%, применяемый в верхнем слое покрытия и обязательно содержащий минеральный порошок, пористый, с остаточной пористостью 5-10%, применяемый в нижнем слое покрытия и в основании.

К основным свойствам асфальтобетона относят плотность, прочность, водостойкость, водонасыщение, остаточную пористость.

Структура асфальтобетона формируется уже при перемешивании составляющих материалов в смесителе, занимающем несколько минут.

Асфальтобетонная смесь должна иметь хорошую удобоукладываемость: легко и равномерно выгружаться из смесителя или транспортного средства и ровным слоем укладываться на основание при помощи механического укладчика.

Прочность при сжатии является одной из главных характеристик асфальтобетона. Она в первую очередь зависит от температуры. С повышением температуры прочность асфальтобетона уменьшается вследствие размягчения битума, вызванного снижением его вязкости. Прочность увеличивается с повышением вязкости применяемого битума. На нее влияет также состав минеральной смеси, величина внутреннего трения минеральных зерен между собой и сила их сцепления с битумом.

Одним из важных свойства асфальтобетона является водостойкость, оцениваемая коэффициентом размягчения при определенной температуре, например:

,

где и - пределы прочности образцов, соответственно водонасыщенных и сухих, при температуре 20⁰С.