- •Лекція №44 з дисципліни: «Будівельне матеріалознавство»
- •1. Особливості утворення в'яжучих речовин органічного походження та їхня класифікація.
- •2. Бітумні в'яжучі речовини, їх властивості.
- •3. Дьогтьові в'яжучі речовини.
- •4. Асфальто- та дьогтьобетони.
- •Контрольні запитання
- •Література
- •Лекція №45 з дисципліни: «Будівельне матеріалознавство»
- •1. Характеристика матеріалів на основі бітумних та дьогтьових в'яжучих речовин
- •1. Характеристика матеріалів на основі бітумних та дьогтьових в'яжучих речовин.
- •2. Довговічність матеріалів на основі бітумів та дьогтів і екологічні проблеми, пов'язані з використанням їх.
Лекція №44 з дисципліни: «Будівельне матеріалознавство»
Тема. Органічні в’яжучі та матеріали на їхній основі.
Мета. Вивчення матеріалів й виробів з органічних в’яжучих речовин та їх властивостей.
План заняття.
1. Особливості утворення в'яжучих речовин органічного походження та їхня класифікація.
2. Бітумні в'яжучі речовини, їх властивості.
3. Дьогтьові в'яжучі речовини.
4. Асфальто- та дьогтьобетони
1. Особливості утворення в'яжучих речовин органічного походження та їхня класифікація.
Органічні в'яжучі речовини — це природні або штучні тверді, в'язко-пластині та рідкі матеріали, які складаються із хімічних сполук, молекули яких містять атоми карбону.
Органічні в'яжучі є гідрофобними та горючими матеріалами, більшість яких здатні розчинятись в органічних розчинниках (бензолі, толуолі, гасі, лігроїні), а деякі тільки набухати в них. Вони також характеризуються достатньою адгезією до більшості матеріалів органічного та неорганічного походження.
Сировиною для виробництва органічних в'яжучих речовин є продукти органічного походження, в тому числі: нафта, кам'яне вугілля, горючі сланці, торф.
За механізмом твердіння органічні в'яжучі речовини поділяють на
коагуляційні (бітуми, дьогті)
поліконденсаційні (або полімеризаційні).
Залежно від властивостей, хімічного складу, виду сировини та технологічного процесу, органічні в’яжучі речовини коагуляційного твердіння поділяють на:
бітумні (природні, нафтові, сланцеві) речовини, які складаються із вуглеводнів метанового, нафтенового та ароматичного рядів, а також їхніх кисневих, сірчаних і азотних похідних;
дьогтьові (кам'яновугільні, торф'яні, деревні) речовини, які складаються з суміші ароматичних вуглеводнів та їхніх кисневих, азотних або сірчаних похідних;
бітумнополімерні, які складаються з нафтових бітумів та полімерів;
гумобітумні, одержані в результаті спільної переробки нафтових бітумів та старої гуми;
гумодьогтьові, одержані спільною переробкою старої гуми та дьогтьопродуктів.
2. Бітумні в'яжучі речовини, їх властивості.
До бітумних в'яжучих матеріалів належать природні та штучні (нафтові) бітуми.
Природні бітуми - це в'язкі рідини та твердоподібні речовини чорного чи темно-коричневого кольору, що утворилися внаслідок природного процесу окислювальної полімеризації нафти.
Нафтові (штучні) бітуми, одержують переробкою нафтової сировини.
3а консистенцією бітуми поділяють на:
тверді,
напівтверді
рідкі,
За призначенням на:
дорожні,
будівельні,
покрівельні,
гідроізоляційні.
Тверда частина бітуму - це високомолекулярні вуглеводні , об’єднанні загальною назвою «асфальтени».
Смоли — це аморфні речовини темно-коричневого кольору з молекулярною масою 500...1000 та густиною, близькою до 1000 кг/м3.
Смолисті речовини — це тверді чи напівтверді продукти, які легко розчиняються в бензині, хлороформі, бензолі, маслах. У бітумах їх міститься 16...30%.
Масляні фракції бітумів складаються з різних вуглеводнів з молекулярною масою 100...500 і густиною менше 1000 кг/м3.
Властивості бітуму як дисперсної системи визначаються співвідношенням його складових компонентів: масел, смол та асфальтенів.
►Вміст маслянистих речовин у бітумах становить 45...60%; вони надають бітумам рухомості, оскільки смоли частково здатні в них розчинятися.
►Смоли обумовлюють в'яжучі властивості бітумів, надають їм пластичності, збільшують адгезійну (клеючу) здатність.
►Асфальтени підвищують температуру розм'якшення та твердість.
Під впливом сонячної енергії, високих температур та кисню повітря склад бітумів змінюється за рахунок хімічного переходу масел у смоли, а смол - у асфальтени. Зміна співвідношення між вуглеводневими речовинами призводить до зміни структури та властивостей бітуму.
Властивості бітумів визначаються їхньою природою, складом та технологією отримання. Для бітумів, на відміну від мінеральних в'яжучих речовин, характерні:
гідрофобність,
атмосферостійкість,
підвищена деформативність,
здатність розм'якшуватися при нагріванні.
Густина бітумів залежить від складу і коливається у межах від 800 до 1300 кг/м3.
Основними якісними показниками бітумів є в'язкість (твердість), деформативність та теплостійкість. За цими показниками тверді та напівтверді бітуми поділяють на марки. Позначення марки бітуму складається з літер, які пов'язані його призначенням, наприклад БНК 90/30 - бітум нафтовий покрівельний (кровельньїй) та цифр, перша з яких відповідає температурі розм'якшення, а друга пенетрації.
На відміну від зазначеного, для дорожніх бітумів цифри перша та друга пов'язані з межами зміни пенетрації, наприклад, БНД 200/300.
Тверді бітумні матеріали не мають певної точки плавлення.
Вони характеризуються температурою розм'якшення яка залежить від їхнього складу і збільшується при підвищеному вмісті асфальтенів та смол. Наприклад, для дорожніх в'язких бітумів температура розм'якшення знаходиться в межах 33...510С, а для будівельних бітумів 50...105°С.
За необхідністю визначають також інші властивості бітумів - температуру спалаху, крихкість, розчинність тощо.
Температура спалаху - це температура, при якій газоповітряна суміш, що утворюється при підігріванні в'яжучої речовини у відкритому тиглі, спалахує при піднесенні полум'я. Температура спалаху в'язких та твердих бітумів становить нижче 180...200°С, а рідких - не нижче 37...60°С.
Температура крихкості пов'язана з появою перших тріщин при охолодженні бітуму. Наприклад для дорожні бітумів температура крихкості знаходиться в межах -5°С...-25°С.
Основні властивості бітумів пов'язані між собою, наприклад, при зростанні твердості (в'язкості) збільшується розтяжність та знижується температура розм'якшення, а при зменшенні - навпаки.
Бітумні матеріали, як і інші види органічних в'яжучих речовин, характеризуються здатністю до старіння, сутність якого полягає у підвищенні крихкості і зменшенні тріщиностійкості внаслідок поступового окиснення компонентів під дією атмосферних факторів. Також як негативні характеристики треба розглядати залежність в'язкості бітумів від температурного фактора та здатність їх до горіння.
Бітумні речовини є гідрофобними, вони не змочуються і не розчиняються у воді, що дозволяє їх використовувати як основний компонент гідроізоляційних матеріалів.
Бітуми є хімічно інертними до водних розчинів мінеральних солей, лугів та кислот. Відносна хімічна інертність бітумів дозволяє використовувати їх у будівництві для антикорозійного захисту.
Наведені властивості бітумів зумовили їх застосування в гідротехнічному та дорожньому будівництві, а також для виробництва покрівельних, гідроізоляційних та антикорозійних матеріалів.
Нафтопереробна промисловість випускає для застосування в будівництві тверді бітуми, а для проведення дорожньо-будівельних робіт - тверді, напівтверді та рідкі.
Дорожні бітуми використовують для виготовлення асфальтових бетонів та розчинів, будівельні - для виготовлення асфальтових, приклеювальних та ізоляційних мастик, бітумно-гумових матеріалів, а покрівельні - для виготовлення покрівельних мастик, рулонних та гідроізоляційних матеріалів.
Рідкі бітуми розраховані для використання в холодному або нагрітому стані при температурі від 20 до 120°С, тому при нормальній температурі вони мають порівняно невелику в'язкість, яка забезпечує необхідну легкоукладальність сумішей в дорожнє полотно.
Основними властивостями рідких дорожніх бітумів є:
в'язкість (технологічна),
швидкість загуснення, що характеризується вмістом летких масел (фракційним складом),
адгезія
стійкість до погодних змін.
Сланцеві бітуми — це органічні в'яжучі речовини, які одержують при нагріванні горючих сланців без доступу повітря. Вони бувають в'язкі та рідкі.
За складом та властивостями сланцеві бітуми дещо відрізняються від нафтових. Так, у сланцевих бітумах більше міститься асфальтенів та смол, але менше масел, тому вони мають досить високу розтяжність при 25°С (більше 100 см). Галузі використання сланцевих бітумів майже такі самі як нафтових.