БИТУМНЫЕ И ДЕГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

БИТУМНЫЕ И ДЕГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Учебные вопросы:

1. Общие сведения.

2. Происхождение, получение и классификация.

3. Отличительные свойства битумов и дегтей.

4. Маркировка черных вяжущих.

Вопрос 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Конструкционные материалы на основе органических вяжущих веществ, как и предыдущие их группы на основе неорганических вяжущих, являются безобжиговыми композитами.

К ним относятся:

- асфальтовые бетоны и растворы,

- дегтебетоны,

- полимербетоны,

- и другие композиции на основе битумных и дегтевых вяжущих, а также полимерных вяжущих.

Связующее вещество (матрица) в этих материалах, как и в композитах на основе неорганических вяжущих, формируется путем взаимодействия между жидкой дисперсионной средой, в качестве которой выступает органическое вяжущее, и твердой дисперсной фазой – порошкообразным компонентом.

Органические вяжущие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязкопластичные или жидкие (при обычной температуре) вещества, состоящие из химических соединений с атомами углерода, обладающие способностью отвердевать и сцепляться (иметь достаточную адгезию) с минеральными или органическими наполнителями и заполнителями, растворяться в органических растворителях.

К органическим вяжущим относят:

- битумные и дегтевые вяжущие (битумы, дегти и композиции на их основе - битумно-резиновые, битумно-полимерные и др.), часто называемые «черными» вяжущими,

- полимерные вяжущие (олигомеры, полимеры и сополимеры).

Эти вяжущие придают материалам водоотталкивающие свойства (гидрофобность) и водостойкость, эластичность, малую пористость.

Поэтому органические вяжущие широко используются в изоляционных и кровельных материалах. Определенное количество их применяется в конструкционных материалах типа бетонов, растворов и изделий из них.

Битумные и дегтевые вяжущие

Битумы (от санскритского «гвитумен», т.е. смола) – органические вещества черного или темно-бурого цвета, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных, т.е. соединений углеводородов с серой, азотом или кислородом.

При обычных температурах битумы могут находиться в:

- твердом,

- вязком,

- жидком состоянии.

Плотность битумов немного более 1 г/см³.

Каждую группу битумов делят еще на марки.

В основу их классификации положена пенетрация - глубина проникания в битум иглы стандартного прибора – пенетрометра, под действием груза массой 100 г в течение 5 с при температуре 25 °С.

Глубину проникания иглы определяют в градусах пенетрометра, при этом 1° = 0,1 мм.

Кроме пенетрации к важнейшим свойствам битума (0,5...4) и (4...30) мм относят температуру размягчения и степень растяжимости формы.

Для определения огнестойкости битумов устанавливают их температуру вспышки и воспламенения. Температуру вспышки определяют на приборе Бренкена. Появление синего пламени над поверхностью битума принимают за момент его вспышки, а температуру, отмеченную в этот момент, за температуру вспышки.

Природные битумы

Их подразделяют на три вида:

- пластовые,

- поверхностные,

- жильные.

Пластовые - это горные породы осадочного происхождения (известняки, доломиты, песчаники), пропитанные битумом.

Природные битумы получают из битуминозных песков и песчаников нагреванием, а из битуминозного известняка - экстрагированием.

Применение природных битумов в строительстве ограничивается из-за высокой стоимости.

Используют их в основном в химической и лакокрасочной промышленности.

Строительные битумы применяют для устройства гидроизоляции; кровельные - для изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов; дорожные - для поверхностной обработки покрытий и устройства дорог с асфальтобетонным покрытием.

Дегтевые вяжущие вещества

В зависимости от исходного сырья дегтевые вяжущие вещества делят на:

- каменноугольные,

- буроугольные,

- древесные,

- торфяные,

- сланцевые.

В строительстве широко применяют дегтевые и каменноугольные вяжущие. Часто дегти называют смолами.

Дегтевые вяжущие вещества являются продуктами сгущения (конденсации) летучих углеводородов и их неметаллических производных, образующихся при сухой перегонке без доступа воздуха твердого топлива (угля, торфа, горючих сланцев, древесины) и других органических веществ.

Каменноугольный деготь — продукт процессов коксования и газификации каменного угля. Сырой каменноугольный деготь представляет собой черную маслянистую жидкость, весьма сложного состава с плотностью 1,12 кг/см³ и выше.

Сырой деготь непосредственно для производства строительных материалов не применяется.

Из сырого дегтя отгоняют воду, все легкие масла и часть средних; получают так называемый отогнанный деготь.

Составные части дегтя кипят при различных температурах. При температуре до 170 °С отделяется легкое масло, от 170 до 270 °С - среднее, при 270...300 °С - тяжелое (шпалопропиточное) и при 300...360 °С - антраценовое.

По окончании процесса отгонки масел получают твердое (после остывания) вещество черного цвета, называемое пеком.

Пек часто сплавляют с малолетучим антраценовым маслом или отогнанным дегтем.

В результате образуется составной деготь, наиболее пригодный для строительных целей.

Каменноугольные дегти, пек, антраценовое масло используются для получения дегтебетонов и растворов, применяемых для строительства и ремонта дорог, а также для приготовления кровельных и гидроизоляционных материалов.

По сравнению с битумными вяжущими веществами дегти обладают более низкими показателями физико - механических свойств, но имеют высокую биостойкость и адгезионную способность.

Вопрос 3

Дегтевые вяжущие вещества

Дегтевые вяжущие вещества, получаемые при сухой перегонке различных видов топлива, имеют меньшее применение.

Деготь - густая маслянистая жидкость коричневого оттенка. Строители применяют каменноугольные, реже — сланцевые деготь и пек.

Основные показатели, по которым деготь делят на марки:

- вязкость,

- удельный вес,

- содержание свободного углерода,

- воды и фракций, отгоняемых при различных температурах.

Вязкость обозначают буквой - С - с двумя индексами:

- вверху - диаметр отверстия, для вытекания при испытании (в мм);

- внизу - температура дегтя в °С.

Например, С ⁵₈₀ - это вязкость, при размере отверстия 5 мм и температуре 80°С.

Деготь применяют для дорожных работ, изготовления дегтебетона и рулонных кровельных материалов.

Пек каменноугольный - твердый при нормальной температуре черный остаток, получаемый при перегонке сырого дегтя.

По внешнему виду пек трудно отличить от битума, поэтому для распознавания этих материалов:

а) устанавливают удельный вес;

- для битума он близок к 1,

- для пека он всегда больше 1,03 г/см3;

б) определяют вязкость при ударе:

- битум вязок,

- пек хрупок;

в) определяют деформативность:

- под небольшой нагрузкой битум не изменит формы,

- пек, полежав под грузом, начнет деформироваться;

г) уточняют оттенки раствора:

- если положить битум и пек на непроклеенную (газетную) бумагу и облить бензином, то на бумаге под битумом появятся коричневые пятна,

- под пеком — желто-зеленые.

Нефтяные битумы

Нефтяные битумы в зависимости от назначения классифицируют на:

- строительные,

- кровельные,

- дорожные.

Все битумы должны растворяться в хлороформе или бензоле не менее чем на 99%, а за 5 ч нагревания при 160° С должны терять в весе не более 1 %. Это гарантирует чистоту их состава.

Наиболее тугоплавкий битум марки БН-V имеет температуру размягчения 90°С; но иногда этого недостаточно.

Тогда применяют рубракс - продукт переработки битума (окисление при 260—300°С в присутствии щелочи). Его температура размягчения не ниже 135° С. Применяется для изготовления гидроизоляционных теплостойких материалов.

Жидкие битумы делят на 2 класса:

- А - среднегустеющие,

- Б - медленно густеющие, а каждый класс - на 6 марок, отличающихся друг от друга:

- вязкостью,

- фракционным составом,

- частично температурой вспышки.

Их получают не только переработкой нефти на заводах, но и разбавлением твердого ил полутвердого битума жидкими нефтепродуктами (гудроно - антраценовым маслом).

Вместо жидкого битума часто применяют битумные эмульсии — смесь мельчайших капель битума и воды.

Их приготовляют в мешалках принудительного действия с быстро вращающимся валом (до 800 об/мин). Эмульсии удобны тем, что ими без подогрева можно пропитывать различные материалы (ткани, бетон и др.).

После испарения воды битумные частицы в поpax материала создают водонепроницаемую, стойкую и прочную пленку.

В битумной эмульсии не должно содержаться сгустков нитей и заметных на глаз крупных частиц битума; устойчивость эмульсии - важнейшее требование: - после 7-суточного хранения, проба не должна оставлять на сите № 016 остатка более 1% веса.

Обычно эмульсия содержит около 50% битума и 50% воды, добавок — от 0,1 до 2%. Хранить эмульсию надо в закрытых сосудах.

На основе природных битумов, иногда с добавлением нефтяных, изготовляют асфальтовые порошок и мастику.

Асфальтовый порошок можно получить помолом битуминозного известняка или нагревом до 50 - 60°С битуминозного доломита; при нагреве доломит распадается в порошок.

Асфальтовый порошок обычно содержит 5 - 8% битума; он имеет примерно такую же тонкость, что и цемент. Перевозят и хранят асфальтовый порошок в таре. Применяют его в качестве наполнителя при изготовлении асфальтового вяжущего — так называемой асфальтовой мастики или для получения сильно уплотненных плиток для полов.

Асфальтовая мастика является вяжущим веществом и служит для изготовления асфальтового бетона и раствора. Ее получают из асфальтового порошка, смешивая его в разогретом состоянии с природным или нефтяным битумом.

Из мастики прессуют плиты весом 32 кг; их хранят на открытых площадках, лишь укрывая от солнца.

К мастике предъявляют требование в отношении:

- однородности строения и содержания битума (не менее 13% по весу);

- слой мастики в 2 см не должен пропускать воду под давлением в 3 атм в течение 3 ч;

- трамбованные образцы - восьмерки из мастики должны иметь прочность при разрыве не менее 30 кГ/см².

В строительстве широко применяют битумы, изготовляя на их основе асфальтовые бетоны и растворы, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, пароизоляционные и герметизирующие (для заделки швов сборных конструкций) материалы.

Сложные черные вяжущие.

До середины XX в. в качестве черных вяжущих применяли только битумные и дегтевые.

Но практика показала, что материалы на основе битумных вяжущих веществ небиостойки, т. е. способны гнить и плесневеть под действием различных микроорганизмов; дегтевые же материалы, являясь биостойкими, подвержены быстрому старению: они теряют эластичность, покрываются трещинами, что приводит к потере конструкциями ценных свойств.

Поэтому в нашей стране в пятидесятые годы возникло промышленное производство более стойких во времени новых сложных по составу черных вяжущих.

Пекобитумные и битумопековые составы получают механическим смешением каменноугольного пека с нефтяным битумом; эти составы превосходят битумные вяжущие биостойкостью, а дегтевые вяжущие — замедленным старением.

Широкого развития, однако, производство таких вяжущих не получило, так как не каждый пек с любым битумом дает однородную (гомогенную) смесь. При малом изменении состава пека или битума приходится изменять и состав смеси во избежание ее расслоения, что практически неудобно.

Гудрокамы получают совместным окислением кислородом воздуха смеси полутвердых битумов (марок БН-I, БН-П) с антраценовым каменноугольным маслом; окисление ведут при температурах выше 200°С, получая гнилостойкий продукт с желаемой температурой размягчения.

Резинобитумные вяжущие получают путем совмещения битума с резиной. Это однородное вяжущее, выгодно отличающееся от битума большей прочностью, эластичностью, морозостойкостью, биостойкостью и замедленным старением.

Летучие масляные фракции, придающие битуму пластические свойства, из битуморезиновых составов не испаряются, а входят в состав на-бухающей резины.

Производство резинобитумных смесей обеспечено дешевой сырьевой базой - отработанной резиной (старые автопокрышки и отходы резиновой промышленности). Их дробят в мелкую крошку, а затем растворяют в битумных материалах, при подогреве.

Вяжущим в холодных смесях служит нефтяной битум с добавкой наполнителя и растворителя. В отличие от горячих смесей, в холодных желательно применять гравий и щебень, обладающие значительной пористостью (из известняка и доломита).

Холодную смесь готовят в мешалках, с подвижным дном при подогреве смеси до температуры около 100°С.

Перемешанную смесь развозят, распределяют по основанию слоем в 5 - 8 см, а затем укатывают легким катком (1,5 т). Окончательное уплотнение заканчивается через несколько дней в результате движения транспорта, отчего толщина слоя уменьшается примерно на 40% от первоначальной.

Твердение холодных смесей продолжается несколько суток:

- они на 20 - 40% дешевле горячих;

- однако качество холодного асфальтобетона ниже, он менее прочен и долговечен.

Вопрос 4

МАРКИРОВКА ЧЕРНЫХ ВЯЖУЩИХ