Строительные материалы .ру

Применение дегтя. Смешанные вяжущие вещества на основе битумов и дегтей,эмульсии и пасты

Каменноугольный деготь, антраценовое масло и пек применяют в производстве дегтевых кровельных материалов, мастик, для изготовления дегтебетонов и т. п.
С целью более рационального использования положительных свойств битумов и дегтевых вяжущих веществ, уменьшения отрицательного влияния их недостатков и создания удобных условий применения приготовляют смешанные вяжущие вещества на их основе, а также эмульсии и пасты.
Битумно-дегтевые вяжущие материалы получают путем совмещения битума с дегтем или дегтепродукта-ми (пеком, маслом). Одним из них является гудрокам, получаемый при совместном окислении смеси битума или гудрона и каменноугольных масел или пека. Такие комбинированные материалы обладают более высокой атмосферостойкостью и способностью к взаимодействию с введенными в них минеральными материалами (например, в мастиках) и пропитанной или обмазанной ими органической основой (например, в кровельных и гидроизоляционных материалах).
Битумно-дегтеполимерные вяжущие получают совмещением нефтяных битумов или каменноугольных дегтевых материалов и полимеров (особенно каучука и каучукоподобных веществ). Для получения битумно-рези-новых вяжущих часто используют после соответствующей  реработки отходы производства резинотехнических изделий, отработанные автомобильные покрышки, синтетические каучуки, полиизобутилен и др. Такие материалы более устойчивы к старению, отличаются повышенной теплоустойчивостью, меньшей хрупкостью, особенно при отрицательных температурах.
Битумные и дегтевые эмульсии и пасты представляют собой вяжущие материалы жидкой (эмульсии) или сметанообразной консистенции (пасты), которые приготовляют в основном из двух не смешивающихся между собой компонентов — битума или дегтя или их сплавов и воды. Для объединения этих несмешивающихся веществ применяют третий компонент — эмульгатор, являющийся поверхностно-активным веществом, уменьшающим поверхностное натяжение на границе битум (деготь)— вода и образующим вместе с тем вокруг частиц дисперсной фазы (частиц битума или дегтя размером до 0,1 мм) механически прочную оболочку, которая препятствует укрупнению и слиянию этих частиц, что способствует образованию весьма устойчивых эмульсий и паст.
В качестве эмульгаторов при изготовлении эмульсий применяют водорастворимые органические вещества, молекулы которых асиммет-рично-полярны, т. е. содержат активную полярную группу, обычно представленную гидроксилом ОН, карбоксилом СООН, группами COONa(K) и другими и неактивную группу — обычно углеводородные цепи СН3—(СН2)И (например, натровые соли нафтеновых кислот, лигносульфонаты кальция).
В качестве эмульгатора при изготовлении паст используют твердые минеральные порошки (глины, извести, трепелы). Содержание водорастворимых эмульгаторов в эмульсии не превышает 3 %, твердых порошков в пастах — 5...15 %, а битума — 40...60 %.
Эмульсии приготовляют в диспергаторах, обеспечивающих распыление подогретого битума (дегтя) в горячей воде с эмульгатором.
Эмульсия, удовлетворяющая техническим требованиям, должна обладать малой вязкостью, допускающей ее розлив и нанесение на поверхность в холодном состоянии, однородностью, небольшой скоростью распада и достаточной устойчивостью, обеспечивающей хранение на складе и перевозку в нормированные сроки. Хранят эмульсии в закрытых помещениях в металлической таре при температуре не ниже 0°С. Для снижения вязкости эмульсии и пасты перед применением разбавляют водой.
Основными преимуществами эмульсий по сравнению с горячим битумом или жидким дегтем является возможность применения их в холодном виде (при положительных температурах воздуха практически в любую погоду), а также возможность сокращения до 30% расхода вяжущего за счег лучшего распределения эмульгированных вяжущих на поверхности зерен минеральных материалов.
Битумные и дегтевые эмульсии применяют в дорожном строительстве, для устройства защитных гидро-и пароизоляционных покрытий, грунтовки основания под гидроизоляцию, приклеивания рулонных материалов. Битумные пасты наиболее широко применяют в гидроизоляционных работах.
При работе с битумными и особенно с дегтевыми материалами требуется строго соблюдать правила охраны труда и противопожарной техники.

Приминение твердых и полутвердых нефтяных битумов

Твердые и полутвердые нефтяные битумы применяют для дорожных покрытий, изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов, некоторых герметизирующих материалов, а жидкие битумы используют в основном при строительстве дорог (для обработки гравийных и щебеночных смесей, изготовления асфальтовых материалов).
Из общего количества битумов больше 60 % используют в дорожном строительстве, а из оставшихся 40 % больше половины применяют для изготовления кровельных материалов.

Другие свойства битумов

Свойства битумов тесно связаны между собой. Твердые битумы (с малой глубиной проникания иглы) имеют высокую температуру размягчения, но малую растяжимость, т. е. являются относительно хрупкими (особенно при отрицательных температурах). Битумы с низкой температурой размягчения, т.е. мягкие, обладают высокой пластичностью.
Для учета огнеопасности при нагревании битума определяют температуру вспышки паров, выделяемых из битума при нагревании от поднесенного пламени. Битумы обладают и другими важными свойствами: водостойкостью и водонепроницаемостью; стойкостью к действию водных растворов многих кислот, щелочей, солей и к большинству агрессивных газов; способностью частично или полностью растворяться в различных органических растворителях (хлороформе, спирте, бензине, бензоле, сероуглероде, дихлорэтане и др.).
По назначению нефтяные битумы делят на: строительные, кровельные и дорожные, а по основным свойствам— на марки.
Жидкие битумы различают трех классов: быстрогустеющие БГ, среднегустеющие СГ, медленногустеющие МГ. Битумы классов БГ и СГ обычно изготовляют путем разжижения вязких битумов легкими разжижителями (керосином и т. п.) Битум класса МГ получают в остатке после перегонки нефти или разжижением вязких битумов маслянистыми продуктами нефтяного или каменноугольного происхождения. Каждый класс делят в зависимости от вязкости на марки.

Температура размягчения битума

Температурой размягчения битума условно считают температуру, при которой битум переходит из твердого состояния в пластичное, приобретая подвижность. Она соответствует температуре, при которой образец битума под грузом в виде шарика при нагревании размягчится настолько, что коснется нижней полочки этажерки стандартного прибора —«кольцо и шар». Это свойство битума характеризует верхний температурный предел его применения. Нижний температурный предел применения битума характеризуется температурой хрупкости, при которой появляется первая трещина в тонком слое битума, нанесенном на стальную пластинку стандартного прибора при ее изгибе и распрямлении. Температурный интервал между температурой хрупкости и температурой размягчения называют температурным рабочим интервалом, который учитывают при выборе битума для применения в определенных температурных условиях.

Пластичность твердых и вязких битумов

Пластичность твердых и вязких битумов по стандарту характеризуется условно предельной деформацией при растяжении стандартных образцов— восьмерок из битума при определенной температуре и скорости растяжения и выражается в сантиметрах в момент их разрыва на дуктилометре. Так же как и вязкость, пластичность битумов зависит от температуры, их группового состава и структуры. Как правило, растяжимость возрастает при увеличении содержания смол, а также с повышением температуры.

Вязкость битумов

Вязкость битумов является характеристикой его структурно-механических свойств и зависит от группового состава и температуры. При повышении темпеоатуры вязкость снижается, при понижении —резко возрастает; при отрицательных температурах битум становится хрупким. По ГОСТу на методы испытаний твердых и вязких битумов вязкость, точнее текучесть (величину, обратную вязкости), определяют условным показателем — глубиной проникания иглы в битум при определенных нагрузке, температуре и времени погружения на пенетрометре. Чем выше вязкость битума, тем меньше глубина погружения иглы. Вязкость жидких битумов определяют на стандартном вискозиметре по времени (в секундах) истечения порции битума при определенной температуре битума и диаметре отверстия прибора.

Важнейшие свойства битумов для применения их в строительстве

Важнейшими свойствами битумов для их применения в строительстве являются:
1) способность при нагревании (до 80.,.170°С) или добавлении растворителей (разжижителей) переходить в вязкожидкое состояние и объединяться с каменными или другими строительными материалами;
2) способность при понижении температуры (до 20... ...25 °С и ниже) или испарении растворителей вновь загустевать и образовывать единый материал, сцепляться с введенными в них или пропитанными и обмазанными ими другими материалами (асфальтовые бетоны и растворы, кровельные и гидроизоляционные материалы);
3) способность придавать гидрофобные (водоотталкивающие) свойства другим материалам, обработанным битумом. Основными свойствами, определяющими качество твердых и полутвердых битумов и деление их на марки являются вязкость, температура размягчения и хрупкости, пластичность; для жидких битумов —вязкость и фракционный состав (содержание летучих масел).

Асфальтогеновые кислоты

Асфальтогеновые кислоты принадлежат к группе полинафтеновых кислот; их консистенция может быть твердой или высоковязкой.

Являясь поверхностно-активной частью битума, они способствуют повышению прочности сцепления битума с каменными и другими материалами.
Групповые углеводороды, входя в состав битумов в различных соотношениях и образуя сложную дисперсную систему, предопределяют их структуру и свойства.
Дисперсионной средой в этой системе является молекулярный раствор смол или их части в маслах, а дисперсной фазой служат асфальтены с адсорбированной на их поверхности частью смол. Если в этой дисперсной системе имеется избыток дисперсионной среды, то комплексные частицы (мицеллы) не контактируют между собой, свободно перемещаясь в дисперсионной среде. Такая структура характерна для жидких битумов при нормальной температуре и для вязких битумов при повышенных температурах.
При относительно пониженном количестве дисперсионной среды и большом количестве мицелл они, контактируя друг с другом, образуют мицеллярную пространственную сетку. Битумы, имеющие такую структуру, характеризуются высокой вязкостью и твердостью при комнатной температуре.
При изменении фазового состава битума, например под влиянием охлаждения и нагревания, продувания воздуха и разжижения растворителем и т.п., возможен переход одной структуры в другую и существование промежуточных структур. Однако при длительном воздействии некоторых факторов (кислорода воздуха или другой окислительной среды, особенно в условиях повышенных температур) могут произойти необратимые изменения фазового состава битума, свидетельствующие о его химическом старении. Это связано с массовым накоплением труднорастворимых или нерастворимых твердых частиц (карбенов и карбоидов) и одновременной глубокой полимеризацией и окислительной модификацией смол и масел, приводящих к нарастанию вязкости и появлению у битума хрупких свойств.

Масла, смолы, асфальтены

Масла — жидкая при обычной температуре группа углеводородов, плотностью менее единицы и молекулярной массой 100..500. Повышенное содержание масел в битуме придает им подвижность и текучесть.
Смолы— вязкопластичные вещества, твердые или полутвердые при обыкновеной температуре, плотностью около единицы и молекулярной массой 500...1000. Состав углеводородов в смолах более сложный, чем в маслах. Смолы придают битумам вяжущие свойства и пластичность.
Асфальтены — твердые неплавкие высокополициклические соединения с плотностью более единицы и молекулярной массой 1000...5000 и более. Некоторые асфальтены растворимы в маслянистых и смолистых фракциях, другие — карбены и карбоиды, содержащие свободный углерод, нерастворимы. Асфальтены придают битуму твердость и теплоустойчивость. При длительном нагревании битума в присутствии воздуха масла и смолы переходят в асфальтены. Чрезмерно большое количество асфальтенов в битуме может образоваться также под действием солнечной радиации, что вызывает постепенное разрушение — «старение» битума.

Общие сведения о составе битумов

Битумы состоят из смеси высокомолекулярных углеводородов, главным образом метанового и нафтенового рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных. Элементарный химический состав всех битумов достаточно близок. В них 70... ...87 % углерода, до 15 % водорода, до 10 % кислорода, до 1,5% серы (в природных битумах до 10%), небольшое количество азота.

Элементарный химический состав битумов позволяет судить только о материальном балансе элементов, из которых построены компоненты битумов, и не дает представления о десятках химических соединений, содержащихся в битумах, и об их влиянии на структуру и свойства битумов. Выделить индивидуальные углеводородные соединения из битумов весьма сложно. Поэтому для исследования структуры и свойств битумов специальными методами выделяют группы углеводородов с более или менее сходными свойствами. Такими группами являются масла, смолы, асфальтены и их модификации (карбены и карбоиды), асфальтогеновые кислоты и их ангидриды.



© 2018 Строительные материалы .ру