2. Склад і будова бітумів ................................................... ..4
Література ......................................................................... 12
1. Загальні відомості
Найпершим з в'яжучих матеріалів в будівництві був використаний бітум, що означає від латинського слова bitumen - гірська смола. За 3000 років до нашої ери у Вавилоні і Ассирії, розташованих в межиріччі Тигру і Євфрату, природний бітум використовували як цементуючого і водоізолюючого матеріалу. За свою багатовікову історію, виробництво бітуму перетворилося в високотехнологічну галузь.
До бітумних матеріалів належать такі:
1. Природні бітуми - в'язкі рідини або твердообразноє речовини, що складаються з суміші вуглеводнів і їх неметалічних похідних. Природні бітуми утворилися в результаті природного процесу окисної полімеризації нафти. Природні бітуми зустрічаються в місцях нафтових родовищ, утворюючи лінзи, а іноді й асфальтові озера. Однак природні бітуми в чистому вигляді зустрічаються рідко, частіше вони містяться в осадових гірських породах. Природні бітуми витягують з гірських порід органічними розчинниками або виварюють в гарячій воді.
2. Асфальтові породи - пористі гірські породи (вапняки, доломіт, пісковики, глини, піски), просочені бітумом. З цих порід витягують бітум або їх розмелюють і застосовують у вигляді асфальтового порошку.
3. Нафтові (штучні) бітуми, одержувані переробкою нафтової сировини, залежно від технології виробництва можуть бути: залишкові, одержувані з гудрону шляхом подальшого глибокого відбору з нього масел; окислені, одержувані окисленням гудрону в спеціальних апаратах (продування повітрям); крекінгові, одержувані переробкою залишків, що утворюються при крекінгу нафти.
Гудрон - залишок відгонки з мазуту масляних фракцій; він є основною сировиною для отримання нафтових бітумів (використовується у вигляді сполучного речовини в дорожньому будівництві).
2. Склад і будова бітумів
Бітуми відносяться до найбільш поширених органічним в'яжучим речовин. Елементарний склад бітумів коливається в межах,%: вуглецю 70-80, водню 10-15, сірки 2-9, кисню 1-5, азоту 0-2. Ці елементи знаходяться в бітумі у вигляді вуглеводнів та їх сполук із сіркою, киснем і азотом. Хімічний склад бітумів вельми складний. Так, в них можуть знаходитися граничні вуглеводні від С9 Н20 до С30 Н62. Всі різноманітні сполуки, що утворюють бітум, можна звести в три групи: тверда частина, смоли і масляні фракції.
Тверда частина бітуму - це високомолекулярні вуглеводні та їх похідні з молекулярною масою 1000-5000, щільністю більше 1, об'єднані загальною назвою «асфальтени». У них містяться карб, розчинні тільки в СCl4. і карбоіди, нерозчинні в оліях і летючих розчинниках. До складу бітумів можуть входити також тверді вуглеводні - парафіни. Смоли є аморфні речовини темно-коричневого кольору з молекулярною масою 500-1000 і щільністю близько 1. Масляні фракції бітумів складаються з різних вуглеводнів з молекулярною масою 100-500 і щільністю менше 1.
За своєю будовою бітум - колоїдна система, в якій дисперговані асфальтени, а дисперсійним середовищем є смоли та олії. Асфальтени бітуму, дисперговані у вигляді частинок розміром 18-20мкм, є ядрами, кожне з них оточене оболонкою спадної щільності від важких смол - до мастил. Властивості бітумів як дисперсної системи визначаються співвідношенням що входять в нього складових частин: масел, смол і асфальтенів. Підвищення змісту асфальтенів і смол тягне за собою зростання твердості, температури розм'якшення і крихкості бітуму. Навпаки, масла, частково розчиняються смоли, роблять бітум м'яким і легкоплавких. Зниження молекулярної маси масел і смол також підвищує пластичність бітуму.
Склад визначив практичні способи перекладу твердих бітумів в робочий стан: 1) нагрівання до 140-170єС, розм'якшує смоли і збільшує їх розчинність в оліях; 2) розчинення бітуму в органічному розчиннику (зелене нафтове масло, лакойль і ін.) Для надання робочої консистенції без нагріву (холодні мастики і т.п.); 3) емульгування та отримання бітумних емульсій та паст.
3. Властивості бітумів
Фізичні властивості органічних і неорганічних в'яжучих речовин і матеріалів, виготовлених на їх основі, різні. Для органічних речовин характерні гідрофобність, атмосферостійкість, розчинність в органічних розчинниках, підвищена деформативність, здатність розм'якшуватися при нагріванні аж до повного розплавлення. Ці властивості зумовили застосування органічних в'яжучих для виробництва покрівельних, гідроізоляційних і антикорозійних матеріалів, а також їх широке поширення в гідротехнічному і дорожньому будівництві.
Фізико-хімічний властивості. Поверхневий натяг бітумів при 20-25єС становить 25-35ерг / см 2. Від змісту поверхнево-активних полярних компонентів в органічному в'язкому залежить змочуються здатність в'яжучого та його зчеплення з кам'яними матеріалами (порошкоподібними наповнювачами, дрібним і крупним заповнювачем). Міцні хемосорбціонние зв'язку бітум утворює з наповнювачем з вапняку, доломіту з великою кількістю адсорбційних центрів у вигляді катіонів Са 2+ і Mg 2+.
Старіння - процес повільного зміни складу і властивостей бітуму, що супроводжується підвищенням крихкості і зниженням гідрофобності. Прискорюється під дією сонячного світла і кисню внаслідок зростання кількості твердих крихких складових за рахунок зменшення вмісту смолистих речовин і масел.
Реологічні властивості бітуму залежать від групового складу і будови. Рідкі бітуми зі структурою типу золь поводяться як рідини, протягом яких підкоряється закону Ньютона. Тверді бітуми зі структурою типу гель, відносяться до в'язкопружним матеріалами, так як при додатку до них навантаження одночасно виникає пружна (оборотна) і пластична (необоротна) складові деформації. Для опису процесу деформування вязкоупругих тел використовують реологічну модель Максвелла та ін.
Хімічні властивості. Найбільш важливою властивістю є хімічна стійкість бітумів і бітумних матеріалів до дії агресивних речовин, що викликають корозію цементних бетонів, металів і інших будівельних матеріалів. Бітумні матеріали добре чинять опір дії лугів (з концентрацією до 50%), соляної (до 25%) і оцтової (до 10%) кислот. Менш стійки бітуми в атмосфері, що містить оксиди азоту, а також при дії концентрованих розчинів кислот (особливо окисляючих). Бітум розчиняється в органічних розчинниках (етиловий спирт, бензин, ацетон, скипидар, бензол і ін.)
Завдяки своїй хімічній стійкості бітумні матеріали широко застосовують для захисту залізобетонних конструкцій, сталевих труб і ін.
Фізико-механічні властивості. Марку бітуму визначають твердістю, температурою розм'якшення і розтяжність. Твердість знаходять за глибиною проникнення в бітум голки (в десятих частках міліметра). Температуру розм'якшення визначають на приладі з умовною назвою «Кільце і куля», поміщають в посудину з водою; вона відповідає тій температурі води, що нагрівається, при якій металева кулька під дією власної маси проходить через кільце, заповненої бітумом. Розтяжність характеризується абсолютним подовженням (см) зразка бітуму (у вигляді вісімки) при температурі 25єС, що визначаються на приладі - дуктілометре.
Табл. 1. Фізико-механічні властивості нафтових бітумів
Температура розм'якшення, не нижче, єС
Глибина проникнення голки при 25єС, 10 -1 мм
Марку бітуму вибирають залежно від призначення. За призначенням розрізняють бітуми будівельні, покрівельні та дорожні. Основні вимоги, що пред'являються до будівельних і покрівельних бітумів, наведені в табл. 1.
4. Застосування
Будівельні бітуми застосовують для виготовлення асфальтових бетонів і розчинів, що приклеюють і ізоляційних мастик, для покриття і відновлення рулонних покрівель. БНД - бітум нафтовий дорожній застосовується при ремонті і створенні нових покриттів автодоріг, а так само на асфальтових заводах для виробництва асфальтобетону. Основна роль - зв'язування складових компонентів: щебеню, мінерального порошку і піску в єдине ціле, зі збереженням потрібної пластичності і міцності, одночасно. Що особливо важливо при влаштуванні дорожніх асфальтових покриттів. Дорожній бітум володіє певними характеристиками, що змінюються в залежності від температури навколишнього середовища.
Для того щоб мінімізувати сезонні пошкодження дорожнього покриття, асфальтобетонні заводи, в різних кліматичних зонах застосовують різні види бітуму, що розрізняються: в'язкістю, пластичністю, температурою розм'якшення і крихкості. Нафтопереробні заводи випускають два основні підвиди дорожніх бітумів - в'язкі і рідкі. До вузькому відносяться бітуми БНД і БН. Це найбільш використовуваний тип в дорожньому будівництві. Для можливості укладання асфальту в холодну пору року, виготовляються, так звані, рідкі бітуми. Отримують їх наступним чином: виробники бітуму додають в нього спеціальні разжижители (щось на кшталт розчинників), які після укладання (заливки) - випаровуються, повертаючи його в більш в'язке (початкове - нерозбавлене Разжижителі) стан. Однак варто зауважити, що подібна технологія асфальтування істотно погіршує екологію. Та й сама по собі зимова укладання асфальту, в останні роки зійшла нанівець, зважаючи на свою нетехнологічності і малої ефективності.
Покрівельні бітуми використовуються для виготовлення покрівельних рулонних і гідроізоляційних матеріалів. Легкоплавким бітумом марки БНК 45/180 просочують основу (покрівельний картон), а тугоплавкі бітуми служать для покривного шару.
5. Перевезення бітуму
Перевезення бітуму дорожнього можлива виключно на спеціально призначеної для цього автотехніки - Бітумовози. Битумовоз (автобітумовози) - вдає із себе напівпричіп цистерну - термос. Стінки цієї цистерни - подвійні з теплоізоляційним шаром між ними, тому що в'язкі дорожні бітуми мають рідке агрегатний стан лише в гарячому вигляді (нагрів вище температури розм'якшення). При охолодженні, бітум перетворюється в застиглу і тверду субстанцію. Його завантажують в бітумовоз, з вихідної температурою t? 180єС. Завантаження і вивантаження з бітумовозу проводиться самопливом, без використання додаткових нагнітають або вакуумируют насосів. За умови цілісності теплоізоляційного шару напівпричепа цистерни бітумовозу, під час перевезення, дорожній бітум може підтримувати, необхідну для збереження рухливості температуру, до двох діб. При перевезенні бітуму на великі відстані застосовуються спеціальні нагрівальні елементи, що встановлюються в напівпричепи цистерни бітумовози і вагони-цистерни (паровісорочки). Розігрів бітуму виробляють безпосередньо перед розвантаженням, проганяючи пар від парогенератора через ці нагрівальні елементи.
Горчаков Г.І. Баженов Ю.М. Будівельні матеріали: Учеб. для вузів. - М. Стройиздат, 1986. - 688с. мул.
Ніфонтов А.І. Рудаков В.В. Квасницького А.Д. Короткий довідник будівельника. - К. Будівельник, 1987.