Нефтяные битумы

Декабрь 19, 2011 в оформление испытаний

. контакты 8 929 943 69 68 http://vk.com/club23595476 .

НЕФТЯНЫЕ БИТУМЫ

Битумные вяжущие наряду с полиме­рами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ. На основе органических вя­жущих производят большое количество гидроизоляционных материалов и изделий для строительства.

Наиболее широкое применение в строительстве и в производстве строительных материалов получили нефтяные битумы, которые занима­ет по объему выпуска первое место среди остальных органических вяжущих. Нефтяные битумы получают при фракционной перегонке нефти на нефтеперерабатывающих заводах путем обработки остатков, образующихся при этом. По консистенции при нормальных температурах (18…220С) нефтяные битумы могут быть твердыми, обладающими упругими, а иногда и хрупкими свойствами; полутвердыми (вязко-плас­тичными) и жидкими (легкотекучими). http://xn--90afcnmwva.xn--p1ai/wp-includes/js/tinymce/plugins/wordpress/img/trans.gif

По составу битумные вяжущие представляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводов метанового (CnH2n+2) и нафтенового (CnH2n)  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:

1. 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.

2. 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.

  1. 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.
  2. Асфальтены и их модификации – карбены и карбоиды – твердые и неплавкие вешества 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, коллоиднорастворенные в маслянистой и смолис­той среде, становятся своеобразными центрами или ядрами, которые окружены оболочкой среди 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, так называемые мицеллы, способны разрушаться при нагревания битума за счет усиления броунов­ского движения и частичного растворения асфальтенов, однако при охлаждении структура битума самопроизвольно восстанавливается. При плотной упаковке объема битума мицеллами образуется структура типа “гель” и битум отличается высокой вязкостью и твердостью. Если име­ется избыток дисперсионной среды и мицеллы не контактируют между собой, свободно перемещаясь, то структура относится к типу “золь”. Такая структура характерна для жидких размягченных битумов с малой вязкостью.

Таким образом, состояние и свойства битума всецело зависят от его фазового состава, изменить который можно нагреванием и охлажде­нием, добавлением маслянистых углеводородов (лигроин, нефть, мазут), введением тонкодисперсных минеральных наполнителей, разжижением растворителями и получением эмульсий. Другими словами, имеется целый ряд способов регулирования технологических свойств битумных вяжущих, перевода их в рабочее вязкотекучее состояние и отвердевания за счет коагуляционного структурообразования.

Важно представить и правильно учитывать, что в широком интервале температур (от -40 до ±120°С) битум может находиться   в различных состояниях:

- упруго-хрупком, при котором каркас из асфальтенов фиксирован отвердевшей прослойкой из смол, растворенных в маслах (отрицательные температуры);

- эластичном, при котором каркас из асфальтенов фиксирован и может лишь упруго деформироваться во времени, но прослойки между элементами каркаса жидкие;

- упруго-пластическом, при котором частицы асфальтенов взаимодействуют через тонкие прослойки среды, проявляющей при напряжениях, но превышающих предел текучести, упругие свойства;

- упруго-вязком, которое характеризуется исчезновением пре­делом текучести, прослойки среды между твердыми частицами асфаль­тенов увеличились за счет частичного растворения последних;

- вязком, при котором дисперсионная среда занимает большую часть объема и битум представляет собой суспензию набухших в углеводородах асфальтеновых частиц.

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 упруго-хрупком состоянии после остывания делает дорожное покрытие прочным и водонепроницаемым.

Битум сравнительно дешевый строительный материал, имея аморф­ную структуру в твердом состоянии, он 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 нашли широкое применение 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. Однако, следует учитывать, что битум эластичен лишь при статических нагрузках, а при динами­ческих нагрузках особенно в интервале отрицательных температур – хрупок, обладает невысокой теплостойкостью, горюч, легко раство­ряется в углеводородных растворителях.

http://vk.com/club23595476
. контакты http://vk.com/club23595476 .