Битумные и дегтевые материалы

Материалы этой группы (асфальтовые материалы) объединяют большое количество дорожных, кровельных, гидроизоляционных и других материалов, которые получают на основе битумных и дегтевых вяжущих. Их применяют в виде эмульсий, паст, мастик, растворов и бетонов, рулонных и штучных изделий, характерными особенностями которых являются высокие водо - и химическая устойчивость, непроницаемость, адгезионная способность. 

Наиболее значительное количество битумных и дегтевых вяжущих идет на производство асфальтовых бетонов. Асфальтобетонные покрытия применяют на автомобильных дорогах любой грузоподъемности. Они характеризуются достаточной механической прочностью, необходимыми упругими и пластическими деформациями, хорошим сцеплением с автомобильными шинами, легко ремонтируются. Асфальтобетонные покрытия широко применяют в аэродромном строительстве. Асфальтовые материалы применяют также для гидроизоляции, противофильтрационного покрытия и антикоррозионной защиты котлованов, труб, водохранилищ. 

Битумные и дегтевые лаки и краски используют для гидроизоляции бетонных, деревянных и металлических конструкций, горячие и холодные асфальтовые мастики, и растворы для штукатурной, а рулонные материалы для оклеечной гидроизоляции. 

Значительная часть кровель гражданских и промышленных сооружений выполняется с применением битумных рулонных и мастичных кровельных материалов. К эффективных и долговечных кровельных материалов относятся: стеклорубероид, рубероид, наплавляемый, рубероид с цветной посыпкой и др. 

Свойства асфальтовых материалов существенно улучшаются при введении полимерных добавок. 

Битумы и дегте наряду с синтетическими полимерами являются органическими вяжущими и представляют собой смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. 

Битумы и дегте получают из различных материалов и разными способами, однако их объединяет ряд общих свойств, обусловленных относительной близостью состава и структуры. Важнейшими компонентами как битумов, так и дьогтів являются масла и смолы, которые представляют собой жидкую среду, в которой диспергированы твердые фазы: для битума в основном асфальтены, а дегтя – свободный углерод. 

Асфальтены – высокомолекулярные соединения с молекулярной массой 900-6000, содержащих преимущественно соединения углерода с кислородом, серой и азотом. Модификациями асфальтенов, которые образуются при более глубоком окислении, является карбени и карбоїди. 

Смолы имеют молекулярную массу от 500 до 2000, консистенция их меняется от тягучей липкой твердой аморфной массы. Битумы и дегте характеризуются міцелярною структурой. В битумах ядрами мицелл являются асфальтены – частицы коллоидных размеров (< 20 мкм), а в дьогтях – свободный углерод. Оболочка мицелл в обоих случаях образуется маслами и смолами. Агрегатное состояние битумов в и дьогтів зависит от соотношения в них масел и твердых компонентов, а также от температуры. При избыточном содержании масел между міцелами отсутствует контакт, и система находится в жидком состоянии. Понижение вязкости и переход в жидкость имеет место также и при нагревании, которое приводит к разрушению мицелл. При понижении температуры концентрация мицелл увеличивается, они вступают в непосредственный контакт, что вызывает переход системы в вязкий или твердый состояние. 

 Главными качественными показателями битумов и дьогтів является вязкость, деформативность и теплоемкость. Эти свойства зависят в основном от их состава. С увеличением содержания масел снижается вязкость, увеличивается деформационная способность и уменьшается температура размягчения. Смолы обусловливают вяжущие свойства битумов и дьогтів, придают им пластичность, увеличивают клеящую (адгезионной) способностью. Асфальтены в битумах и свободный углерод в дьогтях повышают температуру размягчения и твердость. 

Вязкость дьогтів и жидких битумов определяется віскозимет - рамы по времени вытекания пробы через отверстие диаметром 5 или 10 мм при постоянной температуре. 

Вязкость полутвердых и твердых битумов условно оценивается по пенетрации – глубине проникновения иглы определенного диаметра при температуре 25° С в десятых долях миллиметра (градусах пенетрации). С повышением температуры вязкость дьогтів снижается быстрее, чем битумов, что объясняется незначительной устойчивостью дегтевых мицелл.

Способность к пластическим деформациям определяется для битумов. Для твердого дьогтьового продукта (пека) она незначительная. 

Деформативность битумов ха-теризується растяжением (дуктиль-ностью) – способностью витягува-ваться в нитку. Чем больше роз-тяг, тем выше будет и плас-тичність. Твердые битумы и дьог-теві материалы, как и другие веществ вине аморфной строения, не имеют определенной 

температуры плав-ления, а характеризуются температурой размягчения, которая определяется на стандартном приборе «кольцо и шар». Под температурой размягчения понимают температуру, при которой битум твердый остаток после разгонки дегтя (тэк), залитые в кольцо, под действием стального шарика витискуються на определенную глубину. 

Кроме указанных, при необходимости определяются и другие свойства – температура вспышки, хрупкости, растворимости и др. 

Поскольку основные свойства битумов и дьогтів в конечном счете определяются групповым химическим составом, они взаимосвязаны. Так, с увеличением пенетрации возрастает растяжение и снижается температура размягчения, а с уменьшением – наоборот. 

Битумные и дегтевые вяжущие являются гидрофобными материалами, не смачиваются водой и не растворимые в воде. Значение истинной и средней плотности их колеблются в интервале 0.9 – 1.3 г/см3 и практически уровне. Благодаря высокой водостойкости и незначительной пористости, они с успехом используются как основной компонент гидроизоляционных материалов, которые имеют высокую водонепроницаемость. 

Битумы и дегте химически инертные к водным растворам минеральных солей и кислот, что позволяет широко применять их для антикоррозионной защиты. Агрессивно воздействуют на эти материалы концентрированные щелочи (10%-ный раствор щелочи вызывает омыление битума) и сильно концентрированные кислоты, имеющие окислительную способность. 

Битумы и дегте хорошо розчинюються в органических растворителях, особенно неполярного типа (дихлорэтане, бензоле, хлороформе, уайт-спирите и тому подобное). 

 Битумы в отличие от дьогтів в условиях влажной среды, загрязненного микроорганизмами, не предохраняющих органические материалы от загнивания. Дегте вполне біостійкі, поэтому дьогтьовим материалам отдают предпочтение в условиях скрытой гидроизоляции. Кроме этого, дегте имеют более высокую адгезионную способность, чем битумы, что вызвано повышенным содержанием в них поверхностно-активных веществ (фенолы, карбазол и др.). 

Как битумы, так и дегте (причем последние в большей степени) способны к старению, т. е. ухудшению качественных показателей и снижение долговечности при действии атмосферных факторов. Суть процесса старения заключается в последовательном окислении компонентов, медленно протекает при обычных температурах. Снижение со временем в битумных и дегтевых материалах доли масел и смол приводит к падению их пластичности и увеличение хрупкости. 

Виды битумов и дьогтів. Битумы разделяются на природные и искусственные нефтяные. 

Природные битумы – продукты естественного окисления нефти, что протекает в земной коре в течение многих веков. В чистом виде они встречаются редко, преимущественно пропитывают пористые горные породы – песчаники, известняки, доломиты. Эти бітумізовані породы называют асфальтовыми. Из них, при содержании не менее 10-15% битумы получают при помощи органических растворителей путем "экстрагирование". Природные битумы содержат небольшое количество вредных примесей – парафинов и характеризуются повышенной долговечностью. Чаще асфальтовые породы измельчают и используют в качестве наполнителей мастик и асфальтовых бетонов. 

В строительной практике применяют, главным образом, искусственные нефтяные битумы. Нефтяные битумы получают как конечные продукты прямой перегонки или крекинга нефти. 

В зависимости от способа получения различают два основных вида нефтяного битума – остаточный и окисленный. Остаточный битум образуется как остаток после отгонки масел из мазутов и гудронов. Выход остаточного битума при перегонке ароматических нефтей может достигать 15%. Остаточные битумы содержат асфальтены в небольшом количестве, поэтому имеют вязкую консистенцию и относятся к наиболее мягким сортам. 

Окисленный битум получают путем окисления воздухом гудронов или остаточных битумов при температуре 180-280° С. Под действием кислорода при такой температуре проходят сложные реакции конденсации, приводящие к обогащению битума асфальтеном за счет снижения доли масел и смол. Увеличение доли асфальтенов в окисленных битумах приводит к соответствующему изменению их физико-механических свойств – повышение температуры размягчения и вспышки, уменьшение пенетрации и растяжения. 

Для использования асфальтовых материалов наряду с вязкими битумами применяют и жидкие битумы трех классов: ШГ – битумы, быстро гуснуть; СГ – что гуснуть со средней скоростью и ПГ – что гуснуть медленно. Жидкие битумы можно производить из вязких битумов с помощью растворителей. 

Дегте как строительные вяжущие используют в значительно меньшей степени, чем битумы. Это вызвано рядом причин, из которых главными являются узкий интервал термостабильности, повышенная способность к старению под влиянием атмосферных факторов, дефицитность дьогтевих продуктов, используют как ценную химическое сырье, токсичность. 

К дьогтів относят конденсированные продукты деструктивной (без доступа воздуха) перегонки твердого топлива и нефти. Больше всего распространены каменноугольные дегте. При переработке каменного угля получают кокс, коксовый газ, бензол, аммиак и каменноугольную смолу – «сырой деготь». При разработке сырого дегтя получают аммиачную воду, масла и твердый остаток – пек. В строительстве применяют преимущественно отогнаны или составленные каменноугольные дегте. Отогнанные дегте получают очисткой сырого дегтя от воды и других летучих веществ, составленные при соединении пеків с дегтевыми маслами.

 

Прочитано 394 раз Последнее изменение Суббота, 28 Январь 2017 18:38