Строительные материалы и изделия

Битумы

• Битумы представляют собой вещества, состоящие главным образом из смеси высокомолекулярных углеводородов, метаново­го, нафтенового и ароматического рядов и их кислородных и сернистых производных.

В зависимости от исходного сырья различают битумы природ­ные и искусственные нефтяные. По консистенции (при температу­ре 18°С) битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие-, по преимущественному назначению — иа дорожные, строительные и кровельные.

• Природный битум — органическое вещество черного или тем­но-коричневого цвета, при нагревании постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние, а при охлаждении затвердевает Природный битум нерастворим в воде, но легко растворяется в сероуглероде, хлороформе, бензоле И трудно в бензине. Структу­ра природных битумов, их физико-химические и физико-механи­ческие свойства близки к нефтяным битумам.

Природный битум в чистом виде бывает редко. Чаще встреча­ются пропитанные битумом горные породы (известняки, доломи­ты, песчаники, грунт). Природный битум образовался из нефти в результате медленного удаления из нее легких и средних фрак­ций, а также под влиянием процессов полимеризации и окисле­ния. В верхние слои земной коры нефть попала в резуль­тате миграции, при этом под влиянием тепловых воздействий и давления на протяжении тысячелетий происходило заполнение пустот и пор горных пород и их пропитывание нефтью.

Природные битумы можно извлекать из битумных пород вываркой в котлах или растворением в органических растворите­лях (экстрагирование). Извлечение битума из асфальтовых пород целесообразно лишь в том случае, когда содержание его в породр составляет не менее 10—15%. Более экономичным является извлечение природного битума вываркой в воде, для чего асфаль­товую породу измельчают до крупности 6...8 мм и загружают в котел с водой, подкисленной соляной кислотой. Воду в котле подогревают до кипения, при этом битум отделяется от породы и всплывает в виде пены. Этот битум переводят в отстойники для отделения от воды и минеральных примесей. Если битум имеет недостаточную вязкость, то его продувают перегретым па­ром или воздухом.

Битумные известняковые и доломитовые породы без извлече­ния битума используют в виде тонкого порошка (асфальтовый порошок) для получения асфальтовой мастики и асфальтовых бетонов.

• Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и ее смолистых остатков. В зависимости от вязкости нефтяные битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие, а в зависимо­сти от способа переработки — на остаточные гудроны, окис­ленные, крекинговые и экстрактные.

Остаточные гудроны получают при атмосферно-вакуумной перегонке высокосмолистой нефти после отбора бензина, кероси­на и масляных фракций. Они представляют собой черные твер­дые или почти твердые при нормальной температуре вещества темного или темно-коричневого цвета.

Окисленные битумы получают путем продувки воздуха через нефтяные остатки. В процессе производства окисленных битумов кислород воздуха реагирует с водородом, содержащимся в остат­ках, образуя водяные пары. Потеря водорода сопровождается уплотнением нефтяных остатков ввиду их полимеризации и сгу­щения.

Крегинговые битумы получают при крекинге (разложении при высокой температуре) нефти и нефтяных масел с целью получения большого выхода бензина. Продувка воздуха через эти остатки дает окисленные крекинговые битумы.

Нефтяные битумы в нагретом со­стоянии разливают в тару и после ос­тывания направляют по назначению. Ф Свойства битумов. Физико-механи­ческие свойства битумных материалов должны характеризовать материал с точки зрения его молекулярного строе­ния, а также по совокупности свойств, присущих вяжущему.

Битумы твердые и полутвердые де­лят на марки. В основу этого деле­ния положены вязкость, пластичность и поведение битума при изменении тем­пературы.

Вязкость — свойство материала оказывать сопротивление перемещению частиц под воздействием внешних сил. Вязкость битума зависит от температу­ры. При пониженных температурах вязкость битума велика и он приобре­тает свойства твердого тела; с увеличением температуры вязкость уменьшается и битум переходит в жидкое состояние. Для характе­ристики вязкости битумов (вязких и твердых) пользуются услов­ным показателем твердости — глубиной проникания иглы (пе- иетрацией). Вязкость жидких битумов определяют на стандарт­ном вискозиметре по времени (с) истечения порции битума при определенной температуре битума и диаметре отверстия прибора. При действии на иглу груза массой 100 г в течение 5 с при темпера­турах 25 и 0°С глубину проникания определяют на специальном приборе — пенетрометре (рис. 14.1). Она выражается в градусах (1° = 0,1 мм) и обозначается П25 (индекс показывает температуру материала во время испытания).

Пластичность вязких битумов характеризует растяжимость, которую определяют с помощью дуктилометра (рис. 14.2). Испытаниям подвергают образцы битума в виде восьмерок стандартной формы и размеров. Показателем растяжимости битума служит величина деформации шейки образца в момент разрыва, выраженная в сантиметрах. Это испытание проводят при скорости растяжения 5 см/мин и температурах 25 и 0°С. Так же как и вязкость, пластичность битумов зависит от темпе­ратуры, группового состава и характера структуры. Пластиче­ские свойства наблюдаются у битумов, содержащих значительное

Л'

Рис. 14.2. Дуктилометр и форма для изготовления образцов: 1 — ящик; 2—маховичок; 3—подвижные салазки; 4 — шкала; 5 — неподвижные! лазки; 6,7,9 — разборные части формы; 8 — битумный образец-восьмерка

Количество смол, оптимальное количество асфальтенов и масел и небольшое количество карбенов и карбоидов. Вязкие битумы, содержащие твердые парафины, при низких температурах имеют небольшую тягучесть.

Температура размягчения является важной оценкой свойств битумов и характеризует верхний температурный предел его применения. Определяют ее на приборе «кольцо и шар» (рис. 14.3). Латунное кольцо диаметром 16 мм и высотой 6,4 мм заполняют битумом, на поверхность последнего укладывают шарик диаметром 9,5 мм и массой 3,5 г. Температуру размягче­ния определяют по темпе­ратуре воды в приборе, когда битум размягчится и шарик опустится на ниж­нюю полочку этажерки.

Температура хрупко­сти характеризует нижний температурный предел применения битума. При этой температуре появ­ляется первая трещина в тонком слое битума, нане­сенном на стальную пла­стинку стандартного при­бора при ее изгибе и рас­прямлении. Температур­ный интервал между тем­пературой хрупкости и Рис. 14.3. Прибор для определения темпера - температурой размягче - туры размягчения ния называют темпера­
турным рабочим интервалом. Для учета огнеопасности при на­гревании битума определяют температуру вспышки паров, выде­ляемых из битума при нагревании от прикосновения пламени.

Наряду с основными свойствами битумов, определяющими их марку, битумы характеризуются также другими показателями, например устойчивостью битумов в водной среде, которая обу - обусловливается содержанием масел, смол и асфальтенов; /согезией, прочностью межмолекулярных связей; прилипанием би­тума к каменным материалам (адгезия), которая зависит от физико-химических свойств битумов); погодоу стойчивостью битумов, т. е. способностью противостоять воздействию атмос­ферным факторам в элементах сооружений.

Для строительных целей необходимо применять битумы, свой­ства которых соответствуют условиям их работы в строительных конструкциях. Физико-технические свойства нефтяных битумов приведены в табл. 14.1.

Жидкие битумы делят на три класса: класс БГ — быстро - густеющие, СГ — среднегустеющие и МГ — медленногустеющие. Битумы классов БГ и СГ получают в результате разбавления вязких битумов легкими разжижителями (керосином и т. п.). Битум класса МГ получают в остатке после перегонки нефти или разжижением вязких битумов масляными продуктами нефтя - ного или каменноугольного происхождения. Каждый класс в зависимости от вязкости делят на марки.