Битумные материалы

Битумы подразделяют на природные и искусственные. В природе чистые битумы встречаются редко. Обычно битум добывают из горных осадочных пористых пород, пропитанных им в результате поднятия нефти из нижележащих слоёв. Искусственные битумы получают при переработке нефти, в результате отгонки из её состава газов (пропан, этилен), бензина, керосина, дизельного топлива.

Природный битум – твёрдое вещество или вязкие жидкости, состоящие из смеси углеводородов.

Асфальтовые породы – горные породы, пропитанные битумом (известняки, доломиты, песчаники, пески и глины). Битум извлекают из них нагревом, или же применяют эти породы в молотом виде (асфальтовый порошок).

Асфальтиты – породы, состоящие из твёрдого природного битума и др. органических веществ, нерастворимых в сероуглероде.

По составу битумные вяжущие представляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводов метанового (С_nH_2n+n) и нафтенового (С_nH_2n) рядов и их производных, которые изменяют свои физико-механические свойства в зависимости от температуры. Элементный состав битумов представлен углеродом (70...87 %), водородом (до 15 %), кислородом (до 10 %), серой (до 1,5 %) и небольшим количеством азота. Однако этот состав не дает представления о химических соединениях, содержащихся в битуме и определяющих его структуру и свойства.

Высокомолекулярные углеводороды, входящие в состав битумов, находятся в различных агрегатных состояниях и образуют сложную дисперсную систему. Выделить отдельные углеводородные соединения из этой смеси весьма сложно. Поэтому для характеристики структуры и изучения свойств битумов выделяют группы углеводородов со сходными свойствами:

Масла – вязкие жидкости с плотностью меньше единицы и молекулярной массой 300...500. Повышенное содержание масел в битуме снижает его твердость и температуру размягчения, придает ему подвижность и текучесть. В битумах содержится 45...65 % масел.

Смолы - вязкопластичные вещества с плотностью около единицы. Состоят из более сложных, чем масла, углеводородов с молекулярной массой 500...1000. Смолы хорошо прилипают к поверхности каменных материалов, образуя водостойкие пленки, они придают битумам вяжущие свойства, повышают пластичность и растяжимость. В битумах содержится 15...30 % смол.

Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - вещества густой высоковязкой смолистой консистенции с плотностью более единицы. Это наиболее полярный, а следовательно, и наиболее поверхностно-активный компонент битума, содержание которого определяет способность битума прилипать и прочно сцепляться с каменными и другими материалами.

Асфальтены и их модификации – карбены и карбоиды – твердые и неплавкие вещества с плотностью более единицы и молекулярной массой 1000…5000 и выше. Это важная составная часть битума, определяющая процессы структурообразования, они придают битуму твердость и теплоустойчивость. В битумах содержится 10…30 % асфальтенов.

Согласно современной коллоидной теории структуры битума все его групповые компоненты образуют структурированную дисперсную систему. Асфальтены, коллоидно растворенные в маслянистой и смолистой среде, становятся своеобразными центрами или ядрами, которые окружены оболочкой среды убывающей плотности от тяжелых вязких смол к сравнительно легким текучим маслам. В этой системе нет четко выраженной границы между дисперсной фазой и дисперсионной средой. В пограничной зоне адсорбированы полярные молекулы асфальтогеновых кислот.

Комплексные частицы дисперсной системы, называемые мицеллами, разрушаются при нагревании битума за счет усиления броуновского движения и частичного растворения асфальтенов, но при охлаждении структура битума самопроизвольно восстанавливается.

При плотной упаковке объёма битума мицеллами образуется структура типа "гель" и битум отличается высокой вязкостью и твердостью.

Если есть избыток дисперсионной среды и мицеллы не контактируют между собой и свободно перемещаются, то структура относится к типу "золь". Такая структура характерна для жидких размягченных битумов с малой вязкостью.

Состояние и свойства битума всецело зависят от его фазового состава, изменить который можно регулированием технологических свойств битумных вяжущих: нагреванием и охлаждением, добавлением маслянистых углеводородов (лигроин, нефть, мазут), введением тонкодисперсных минеральных наполнителей, разжижением растворителями и получением эмульсий.

Важно правильно учитывать, что в интервале температур (от - 40 до +120 °C) битум может находиться в различных состояниях:

– упруго-хрупком, при котором каркас из асфальтенов фиксирован отвердевшей при отрицательных температурах прослойкой из смол, растворенных в маслах (зона 1);

– эластичном, при котором каркас из асфальтенов фиксирован и может лишь упруго деформироваться во времени, но прослойки между элементами каркаса жидкие (зона 2);

– упруго-пластическом, при котором частицы асфальтенов взаимодействуют через тонкие прослойки среды, проявляющей при напряжениях, не превышающих предел текучести, упругие свойства (зона 3);

– упруго-вязком, которое характеризуется исчезновением пределов текучести, прослойки среды между твердыми частицами асфальтенов увеличились за счет частичного растворения последних (зона 4);

– истинно вязком, при котором дисперсионная среда занимает большую часть объема и битум представляет собой суспензию набухших в углеводородах асфальтеновых частиц (зона 5).

Следовательно, состояние структуры битума предопределяет его свойства в процессе эксплуатации и вместе с тем способы и области использования битума в строительстве.

Так, например, находясь в истинно вязком состоянии, битум позволяет уложить асфальтобетонную смесь тонким ровным слоем и, при постепенном остывании, переходя в упруго-пластическое состояние, он обеспечивает хорошее уплотнение слоя, а в yпpyго-хрупком состоянии после остывания делает дорожное покрытие прочным и водонепроницаемым.

Битум имеет аморфную структуру в твердом состоянии, изотропен и характеризуется температурным интервалом размягчения. Битум, обладая гидрофобностью, водостоек, водонепроницаем в слоях, стоек к слабым агрессивным жидкостям и газам. Это вяжущее обладает высокой адгезией (прочностью сцепления) к другим материалам (дерево, металл, бетон). Благодаря такому комплексу свойств битумные вяжущие широко применяются в строительстве при устройстве кровли и для гидроизоляции строительных конструкций; их используют в дорожном строительстве в качестве вяжущего вещества для асфальтовых бетонов и растворов, в производстве кровельных, гидроизоляционных, пароизоляционных и теплоизоляционных материалов.

Битум эластичен при статических нагрузках, а при динамических нагрузках, особенно в интервале отрицательных температур, – хрупок, обладает невысокой теплостойкостью, горюч, легко растворяется в углеводородных растворителях.

Основными кровельными материалами, получаемыми на основе нефтяных битумов, является пергамин и рубероид.

Пергамин – беспокровный материал, изготовленный пропиткой кровельного картона расплавленными мягкими битумами с температурой размягчения 40...50 °C. Используется в качестве нижнего подкладочного слоя в многослойных кровельных покрытиях, а также при устройстве пароизоляции. Выпускают пергамин марок П-300 и П-350.

Рубероид – покровный кровельный материал, отличающийся от пергамина тем, что после пропитки кровельного картона его с обеих сторон покрывают тугоплавкими битумами с температурой размягчения 65...95 °C. Для повышения тепло-, влаго- и светостойкости в битум покровного слоя вводят наполнитель - тонкоизмельченный минеральный порошок. Для повышения атмосферостойкости, снижения способности к возгоранию, а также предотвращения слипания рубероида в рулонах на лицевую сторону наносят мелкую минеральную посыпку.

В зависимости от назначения, вида посыпки и марки кровельного картона рубероид делят на марки: РКК-500А, РКК-400А (Б и В), PKM-350Б (B), РПМ и РПП-300А (Б и В), РКЧ-350Б (В). Буква Р в марке означает рубероид; буквы К и П – кровельный или подкладочный.

Третьи буквы К, М, П, Ч – вид посыпки (К – крупнозернистая, М – мелкозернистая, П – пылевидная, Ч – чешуйчатая); числа означают марку кровельного картона (массу 1 м² в граммах).

Поиск по сайту: