Свойства битума: Свойства и характеристики битума

Свойства битума | Новости в строительстве

Физико-механические свойства битума характеризуют вяжущий материал с точки зрения его молекулярного строения , а также по совокупности свойств присущих вяжущему.

Битумы твердые и полутвердые делят на марки в основу которых положены свойства материала присущие вяжущему. Все свойства битумов принято классифицировать на  физические, физико-химические, химические и физико-механические.

Физические свойства битумов

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов , изготовляемых на их основе различны. Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Вязкость -свойство материала оказывать сопротивление перемещению частиц под воздействием внешних сил. Вязкость битума зависит от температуры. При пониженных температурах вязкость битума велика и он приобретает свойства твердого тела. С увеличением температуры вязкость битума уменьшается и он переходит в жидкое состояние. Для характеристики вязкости битума ( вязких и твердых битумов) пользуются условным показателем твердости -глубиной проникания иглы (пенетрацией).

Вязкость жидких битумов определяют на стандартном вискозиметре по времени(с) истечения порции битума при определенной температуре битума и диаметре отверстия прибора. При действии на иглу груза массой 100 г в течение 5 с при температурах 25  и 0°С глубину проникания определяют на специальном приборе пенетрометре ( смотри рисунок-1). Она выражается в градусах (1°=0,1 мм) и обозначается ^П25 ( индекс показывает температуру материала во время испытания).

Рисунок-1. Пенетрометр

Пластичность вязких битумов характеризует растяжимость, которую определяют с помощью дуктилометра (смотри рисунок-2). Образцы битумов в виде восьмерок стандартной формы и размеров подвергают испытаниям. Показателем растяжимости битума служит величина деформации шейки образца в момент разрыва, выраженная в сантиметрах. Это испытание проводят при скорости растяжения 5 см/ мин и температурах 25 и 0°С. Также как и вязкость, пластичность битумов зависит от температуры, группового состава и характера структуры.

Рисунок-2. Дуктилометр и форма для изготовления образцов

1-ящик; 2-подвижные салазки; 3- маховичок; 4- разборные части формы; 5-битумный образец-восьмерка.

Пластические свойства наблюдаются у битумов, содержащих значительное количество смол, оптимальное количество асфальтенов  и масел и небольшое количество карбенов и карбоидов. Вязкие битумы, содержащие твердые парафины, при низких температурах имеют небольшую тягучесть. Плотность битумов в зависимости от группового состава колеблется от 0,8 до 1,3 г/см³. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5=0,6 Вт/(м·°С).

Теплоемкость составляет 1,8-1,97 кДж/(кг ·°С). Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5·10 ^-4 до 8·10 ^-4°С ^-1 причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения, а при пониженных температурах -около 2·10 ^-4°С ^-1. Устойчивость при нагревании характеризуется:

〉 Потерей массы при нагревании пробы битума при 160°С в течении 5 ч ( не более 1%) и

〉 Температурой вспышки ( 230 -240 °С-в зависимости от марки).

Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений ( в битуме не более 0,2-0,3% по массе). Электроизоляционные свойства используют при устройстве изоляции электрокабелей.

Физико-химические свойства 

Поверхностное натяжение битумов при температуре 20-25°С составляет 25-35 эрг/см². От содержания поверхностно-активных полярных компонентов в органическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами ( порошкообразными наполнителями, мелким и крупным заполнителем).

Прочные хемосорбционные связи битум образует с наполнителем из известняка, доломита с большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Ca ²⁺ и Mg ²⁺. Старение -процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.

Реологические свойства битума зависят от группового состава и строения. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твердые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязкоупругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одновременно возникает упругая ( обратимая) и пластическая ( необратимая) составляющие деформации. Для описания процесса деформирования вязко -упругих тел используют реологическую модель Максвелла и другие.

Химические свойства

Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ вызывающих коррозию цементных бетонов , металлов и других строительных материалов. По данным Н. А. Мощанского, битумные материалы сопротивляются хорошо действию щелочей( с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты ( до 85%), а также серной( с концентрацией до 50%), соляной кислоты ( до 25%) и уксусной ( до 10%) кислот.

Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей окислы азота, а также при действии концентрированных растворов кислот( особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и других.

Физико-механические свойства

Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью. Температура размягчения является важной оценкой свойств битумов и характеризует верхний температурный предел его применения. Определяют ее на приборе «кольцо и шар» ( смотри рисунок-3). Латунное кольцо диаметром 16 мм и высотой 6,4 мм заполняют битумом на поверхность последнего укладывают шарик диаметром 9,5 мм и массой 3,5 г.Температуру размягчения определяют по температуре воды в приборе, когда битум размягчится и шарик опустится на нижнюю полочку этажерки.

Рисунок-3. Прибор для определения температуры размягчения

Температура хрупкости характеризует нижний температурный предел применения битума. При этой температуре 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.

Для учета огнеопасности при нагревании битума определяют температуру вспышки паров, выделяемых из битума при нагревании от прикосновения пламени. Наряду с основными свойствами битумов, определяющими их марку, битумы характеризуются также другими показателями, например устойчивостью битумов в водной среде, которая обусловливается содержанием масел, смол и асфальтенов;

Когезией, прочностью межмолекулярных связей; прилипанием битума к каменным материалам ( адгезия), которая зависит от физико-химических свойств битумов; погодоустойчивостью битумов , то есть способностью противостоять воздействию атмосферным факторам в элементах сооружений. Для строительных целей необходимо применять битумы, свойства которых соответствуют условиям их работы в строительных конструкциях.

Таблица-1. Физико-химические свойства нефтяных битумов

Жидкие битумы делят на три класса: класс БГ-быстро-густеющие, СГ-среднегустеющие и МГ-медленногустеющие. Битумы классов БГ и СГ получают в результате разбавления вязких битумов легкими разжижителями ( керосином и т.п). Битум класса МГ получают в остатке после перегонки нефти или разжижением вязких битумов масляными продуктами нефтяного или каменноугольного происхождения. Каждый класс в зависимости от вязкости делят на марки.

Основные параметры битумов и методы их определения

На странице представлен список и краткое описание наиболее часто используемых и значимых характеристик и методов испытаний, применяемых для битумных вяжущих. Понимание критериев классификации может помочь в изучении и анализе текстов технической документации и отраслевых стандартов.

Основными показателями битума являются:

Качество битума оценивается совокупностью разных показателей, при этом основным является пенетрация при 25°С. Остальные свойства указываются как зависимость от пенетрации, так как при ее изменении меняются и полученные свойства. Например, увеличение пенетрации приводит к снижению температур хрупкости и размягчения.

Слово «пенетрация» произошло от латинского penetratio, что можно перевести как «проникать». Значение слова хорошо отражает суть метода испытания, а именно проникновение иглы в битумное вяжущее для определения его густоты.

Игла устанавливается вертикально и погружается в образец при заданной нагрузке, температуре и времени. Глубина ее проникновения выражается в единице пенетрации, которая составляет 0,1 мм.

Что касается температуры, то испытание допускается проводить при разной температуре, а 25°C является принятым показателем для классификации по европейским стандартам.

Подробно метод определения глубины проникания иглы описан в ГОСТ 11501-78.

Битумы представляют собой смесь большого числа соединений, поэтому, в отличие от индивидуальных веществ, переходят в жидкое состояние постепенно. Переход из твердого состояния в определенную жидкую консистенцию характеризуется температурой размягчения, которая оценивается в заданных условиях.

Наиболее распространенный метод определить температуру размягчения — это метод Кольца и шара. Образец битума размещается на металлическом кольце заданного размера, нагревается и начинает растягиваться под давлением стального шара с номинальным диаметром 9,525 мм и массой 3,50 &plusmn0,05 г.

Через некоторое время битум принимает форму мешка и в конечном итоге касается нижней пластинки. Момент касания отмечается и принимается как температура размягчения.

Подробно метод описывается в ГОСТ 11506-73.

Показатели, полученные методом Кольца и шара, несколько выше, чем значения, получаемые по методу Кремер-Сарнова. Метод Кремер-Сарнова заключается в том, что слой битума толщиной 5 мм размещается в трубках под нагрузкой ртути массой 5г и нагревается до момента прорыва ртути через размягченный битум.

В процессе эксплуатации битума могут появляться трещины или излом. Температура хрупкости позволяет определить температуру, при которой битум будет разрушаться под действием кратковременной нагрузки.

Определение температуры хрупкости выполняется методом по Фраасу, подробно описанном в ГОСТ 11507-78.

Суть метода заключается в нанесении битума толщиной 0,40±0,01 г. на стальную пластину. Образец охлаждается, после чего производится сгибание и распрямление пластинки до появления первой трещины. Момент появления первой трещины и является температурой хрупкости.

Опеределение температуры вспышки связано с требованиями пожарной безопасности при использовании битумных вяжущих и позволяет определить содержание воспламеняемых летучих веществ.

Для получения температуры вспышки используется методы определения в открытом тигле по методам Кливленда и Бренкена, при этом метод Кливленда используется при возникновении разногласий по оценке качества битума.

Суть метода заключается в постепенном нагревании образца до момента вспышки паров над поверхностью битума. Температура воспламенения определяется далее по тому же методу до момента загорания продукта от дальнейшего нагревания. Продолжительность горения должна быть не менее 5 с.

Подробно метод определения температуры вспышки описан в ГОСТ 4333-87.

Иногда применяется метод определения температуры вспышки в закрытом тигле Пенски-Мартенса, но, как правило, полученные результаты оказываются менее точными, чем результаты метода в открытом тигле.

Растяжимость битума (она же называется дуктильность битума) является важным показателем для дорожных покрытий, так как позволяет оценить стойкость к механическим воздействиям, способность работать на изгиб и эластичность. Дуктильность характеризуется расстоянием, на которое битум вытягивается в нить до момента разрыва.

Как правило, для высокоплавких твердых битумов растяжимость находится в пределах 20-50 мм, а для легкоплавких она может достигать более 300 мм.

Определение дуктильности битума выполняется по методу, описанному в ГОСТ 11505-75. Суть метода заключается в следующем: образец заливается в специальную форму, которая раздвигается с постоянной скоростью. Скорость растяжения при испытаниях при 25°С и 0°С должна быть 5 см/мин.

При использовании битумных материалов ожидается качественное сцепление с поверхностью и способность связать минеральные частицы в прочный монолит.

Вязкость битума определяет сопротивляемость материла к силам, вызывающим перемещение слоев. Другими словами, вязкость — это внутреннее трение между частицами в процессе движения одного слоя битума относительно другого.

Показатель вязкости подразделяется на кинематическую и динамическую вязкость.

Кинематическая вязкость — это мера сопротивления потоку жидкости под действием силы тяжести. Определение показателя выполняется по методу, описанному в ГОСТ 32060-2013. Суть метода заключается в измерении времени протекания заданного объема образца через вискозиметр при заданной высоте столба жидкости и заданной температуре. Кинематическая вязкость равняется результату умножения времени истечения на коэффициент калибровки вискозиметра.

Динамическая вязкость — это соотношение между приложенным напряжением сдвига и коэффициентом сдвига. Другими словами, мера сопротивления потока жидкости.

Определение показателя выполняется по методу с помощью ротационного вискозиметра, рассмотренному в ГОСТ EN 13302-2013. Также могут быть использованы метод вакуумных капилляров Кэннон-Мэннинга и метод конус-плоскость с помощью реометра.

: Теория :: Материалы из органического сырья часть2 :: Битумы и дегти :: Битумы

Для обозначения марок битумов специального назначения вводится дополнительная буква (Д – дорожный, К – кровельный и т.д.).

Битумы нефтяные дорожные (БНД) имеют марки: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300 (цифры дроби – допустимые для данной марки пределы пенетрации при 25°С).

Для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов применяют битумы кровельные (БНК) марок: БНК 45/180 (пропиточные), БНК 90/40 и БНК 90/30 (покровные). Здесь числитель дроби указывает среднее значение температуры размягчения, знаменатель – среднее значение пенетрации при температуре 25°С.

Битумы строительные (БН) бывают марок БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10. Здесь числитель – средняя температура размягчения, знаменатель – среднее значение пенетрации.

Жидкие битумы в зависимости от скорости загустевания подразделяются на среднегустеющие (СГ), получаемые разжижением дорожных битумов жидкими нефтепродуктами, и медленногустеющие (МГ и МГО), получаемые из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или их смесей. Тот или иной класс битума определяется количеством испарившегося разжижителя при выдерживании образца битума в термостате или вакуумтермостате при определенных температурах. В зависимости от условной вязкости среднегустеющие битумы имеют марки: СГ 40/70, СГ 70/130, СГ 130/200; медленногустеющие – МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200, МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200.

К добавкам, улучшающим свойства битумов, относятся добавки поверхностно–активных веществ, полимеров, а также измельченной резины из отслуживших автомобильных покрышек и т.п.

Полимерные добавки можно отнести к структурирующим, которые позволяют расширить интервал работоспособности материала, так как с их введением повышается тепло- и морозостойкость. Однако следует иметь в виду, что иногда полимерная добавка может ускорить старение композиции под влиянием атмосферных факторов, поэтому рекомендуется выбирать атмосферостойкие полимеры. Кроме того, полимеры с битумами трудно совмещаются. В настоящее время изучено совмещение с битумом большинства известных полимеров, хотя пока еще мало из них реально используется в производстве битумных материалов.

Полимерные добавки улучшают упругие свойства, растяжимость, когезию органических вяжущих (битумов и дегтей). Наибольшее применение получили эпоксидные смолы, поливинилацетат, полистирол, синтетические каучук и латекс, натуральный латекс, обычно находящиеся в состоянии растворов или латексов (водных дисперсий) и количество которых в горячем битуме или дегте составляет 1–6% от массы вяжущего. Синтетические и натуральные каучуки используются для модификации вязких и жидких битумов и дегтей.

При смешивании с битумами каучуки создают в битуме самостоятельную решетку, способную воспринимать деформации битума. Для увеличения прочности битумно-полимерного материала можно частично или полностью завулканизировать каучук, при этом каучук сначала набухает в битуме, а затем частично растворяется. В последнем случае снижается температура хрупкости материала с одновременным повышением его теплостойкости.

Дивинил-стирольные и изопрен-стирольные термоэластопласты являются наиболее технологичными добавками к битумам, так как при нагревании они расплавляются и при перемешивании быстро образуют гомогенную смесь. Эти сплавы превосходят битумно-каучуковые за счет их более равномерного распределения в битумах при перемешивании.

При получении сплавов битума с полимером или каучуком нередко добавляются стабилизаторы, вулканизирующие реагенты, ускорители и другие дополнительные компоненты.

Из отходов промышленности чаще других используют атактический полипропилен, вторичные полиэтилены, различные кубовые остатки, например кубовые остатки ректификации стирола, регенераты резины и др.

это что такое? Свойства и область применения битума

Битум – это один из самых древних строительных материалов, известных человечеству. В наше время его применение предполагает достаточно разнообразные варианты. Существует множество разновидностей этого материала.

Разновидности

Битумные вещества — это органические материалы, к которым относится несколько видов.

• Природный битум. Является вязким веществом или твердым материалом, который состоит из соединений углеводов и их производных. Путями их образования являются природные окислительные процессы полимеризации нефти. Они имеют распространение в местах нахождения нефти. Чистый природный битум — это довольно редкое вещество.
• Асфальтовые разновидности. Этот тип находят чаще, чем предыдущий. Он находится в пористых горных породах. Их размалывают и превращают в порошок. Так получается дорожный битум.
• Нефтяной. Это искусственная разновидность материала. Ее получают в процессе переработки нефти. В соответствии с типом технологического цикла такие битумы разделяют на остаточные, окислительные и крекинговые.

Состав

Битум имеет следующий состав в классическом варианте:

• до 80 % углерода;
• до 15 % водорода;
• от 2 до 9 % серы;
• не более 5 % кислорода;
• от 0 до 2 % азота.

Перечисленные вещества находятся в виде соединений углеводородов, серы, кислорода и азота.

Все элементы можно классифицировать по трем группам.

1. Твердая составляющая – высокомолекулярные углеводороды, которые называются асфальтенами. Также к твердым составляющим относятся парафины.

2. Смолы – аморфные материалы, которые имеют темно-коричневый окрас.

3. Масляные фракции – это различные углеводороды, которые имеют плотность менее 1.

Битум – это достаточно сложное вещество с определенным соотношением всех составляющих. Повышение в его массе асфальтенов приведет к увеличению твердости, хрупкости и температуры размягчения.

Парафины также снижают пластичность битума, поэтому при производстве уделяется внимание снижению их содержания до 5 % и менее.

Область применения

В зависимости от физических свойств различают следующие направления применения битума:

• дорожное строительство;
• устройство кровли;
• гидроизоляция;
• производство электорокабеля;
• шино-резиновая технология;
• аккумуляторы;
• лакокрасочная продукция;
• металлургия;
• производство углебрикетов;
• нефтепереработка.

В проведении строительных работ своими силами битум является самым востребованным материалом для гидроизоляции различных объектов, особенно погребов и подвалов.

Нефтяной дорожный

В строительстве дорог используются битумы нефтяные дорожные (ГОСТ 22245-90). Существует несколько марок такого материала.

Чтобы правильно подобрать разновидность, следует определиться с типом климатической зоны.

Для природных условий, которые характеризуются температурой в холодное время года в среднем не выше -20 ˚С, подойдут в соответствии с ГОСТом такие дорожные битумы, как БНД 200/300, БНД 130/200, а также БНД 90/130.

Для регионов, где средние температуры в холодное время года составляют от -10 до -20 ˚С, предусмотрены битумы нефтяные дорожные ІІ и ІІІ климатической дорожной зоны. К ним относятся приведенные выше разновидности, а также БНД 60/90.

Если же среднемесячные температуры в холодное время года находятся в пределах от -5 до -10 ˚С, то ГОСТ предусматривает использование таких нефтяных дорожных битумов, как все вышеперечисленные виды, а также БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.

Для местности, в которой зима характеризуется среднемесячными температурами не ниже +5 ˚С, подходят нефтяные дорожные битумы таких типов, как БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90, БН 90/130.

Нефтяной

Существуют разновидности, которые используются для строительства не только дорог, но и жилых объектов. Это универсальные марки. Есть только три марки, к которым относятся такие битумы нефтяные, как БН 70/30, БН 90/130, БН 50/50.

Так же как и битумы нефтяные дорожные, ГОСТ которых регламентирует условия применения каждой разновидности, для строительных битумов действует ГОСТ 6671-76.

Чем меньше температура окружающей среды, тем более эластичный материал необходимо применять для строительства. Это обеспечит его долговечность и длительность эксплуатации.

Нефтяные кровельные материалы

Для различных работ по монтажу кровли используют специальный битум. Свойства и область применения его регламентирует ГОСТ 9548-74. Данный стандарт подразумевает использование трех разновидностей этого материала кровли:

• БНК 90/30 — имеет такую сферу применения, как образование покровного слоя крыши.
• БНК 40/180 — используется для совершения пропитывания.
• БНК 45/190 — выбирается для обработки кровли и получения материала для крыши.

Факторы, влияющие на тип дорожного материала

Битум дорожный, ГОСТ которого предусматривает несколько типов такого вещества, характеризуется множеством различных свойств. Каждое придает определенные качества материалу.

Самыми важными из них, определяющими область применения битума, считаются пластичность, температура размягчения, хрупкость, вспыхивание, вязкость, адгезионные качества.

Высокие температуры способствуют увеличению степени вязкости битума. При похолодании материал теряет это качество и в момент достижении тепловой границы становится хрупким.

Увеличить пластичность помогает добавление в состав материала масел. Чем больше морозоустойчивость нефтяного дорожного битума, тем выше класс его качества.

Температура вспыхивания также является очень важным показателем для такого материала, как битум дорожный. ГОСТ предусматривает стандартную величину этого показателя +200 ˚С и выше. Чем больше температура вспыхивания, тем меньше пожароопасность вещества.

Показатель адгезии поможет узнать, как хорошо схватывается битум с основанием поверхности. Чем выше этот показатель, тем прочнее держится материал на поверхности.

Технология использования материала

При строительстве дорог и других объектов применяется технология разогревания битума. Этот процесс проводится в соответствии с определенными правилами. Техника использования материала заложена в характеристиках такого вещества, как битум. ГОСТ раскрывает его самые важные свойства.

Для разогрева материала, применяемого в строительстве и ремонте, используется специальный котел с толстыми металлическими стенками и герметично закрывающейся крышкой. Толщина материала позволит ему избежать подгорания.

Заполняется 2/3 емкости. Битум перед загрузкой раскалывается на куски небольшого размера.

Подогрев производится на небольшом огне, и материал растапливается до однородной массы. При появлении инородных примесей их извлекают специальным ситом. Предельная температура разогревания составляет +200 ˚С.

При температуре подогрева от +160 до +170 ˚С битум расплавится приблизительно за 3 часа. Если увеличить ее до предельного значения, процесс разогрева составит всего 1 час.

Битумы нефтяные дорожные не терпят увеличения подогрева свыше +200 ˚С, ведь их свойства от этого будут ухудшаться. При +220 ˚С начнет образовываться кокс.

При перегреве битума образуется неприятный желто-зеленый дым, а при достижении границы в +240 ˚С вещество может даже вспыхнуть. Тогда крышку котла закрывают, чтобы потушить пламя.

После перегрева и вспыхивания битум дорожный становится хрупким и уже не подойдет для проведения работ по строительству или ремонту.

Хранение и перевозка

Складирование битумов происходит в специальных резервуарах. Они оборудованы механизмами перемешивания подогреваемого вещества. Эта техника должна иметь особые пути подачи водяного пара для профилактики вспыхивания паров материала.

Для опустошения резервуаров в них предусмотрено дно под уклоном.

Техника, перевозящая жидкий битум дорожный, оборудована специальными насосами, которые перекачивают вещество.

Если же материал перевозят в твердом виде, используются специальные разборные формы.

В процессе транспортировки и хранения обеспечиваются все требования пожарной безопасности, так как битум относится к легко воспламеняемым веществам. Выполняя все правила безопасности, можно не бояться возникновения непредсказуемых ситуаций в работе с этим материалом. Изучив свойства и разновидности материала, можно грамотно применять его в строительстве различных объектов.

Битум – это вещество, обладающее такими положительными качествами, как влагостойкость, прочность, неподверженность климатическим воздействиям, низкая звуко- и теплопроницаемость, а также малая проводимость тока. Благодаря этим свойствам он является очень востребованным и надежным строительным материалом.

1.3. Компоненты битумов, свойства — GlobeCore.ru

Методом адсорбционно-жидкостной хроматографии на адсорбенте – силикагеле марки АСК с использованием селективных растворителей мальтены битума можно разделить на шесть компонентов, предварительно выделив из битума асфальтены как вещества, не растворимые в нормальных алканах, в частности, в петролейном эфире.
Асфальтены, как видно из рис. 2, по данным Т.Е. Йена, представляют собой кристаллические структуры, пакеты из 5-6 слоев, состоящих из пластин с боковыми алифатическими цепочками и нафтеновыми кольцами, содержащими полярные функциональные группы с атомом кислорода.
Пластины представляют собой полициклические конденсированные ароматические структуры с включением «гетероциклов с серой и азотом». Радиусы пластин составляют 8,5-15Ǻ, расстояния между пластинами – 3,5-3,6Ǻ. Структура асфальтена приближается к структуре графита с межплоскостным рас-стоянием 3,34Ǻ.
У асфальтенов это расстояние больше из-за включения гетероатомов, которые ведут к искривлению пластин, а также из-за алифатических цепочек и нафтеновых колец.

Рис.2. Разрез молекулы асфальтена:
1 – алкильные цепочки или свободные нафтеновые кольца;
2 – пластины конденсированных ароматических колец.

На рис. 3 приведена макроструктура асфальтовых веществ, в частности мицеллы или структуры смол, содержащих меньше пластин в пакете, чем асфальтены.

Рис. 3. Макроструктура асфальтовых веществ:
А – кристаллит; В – пучок связей; С – частичка
Е – слабая связь; F – прорезь; К – нефтяной порфирин;
I – смола; У – единичный слой; Д – мицелла;
L – часть молекулы, содержащая металл (М).

Мальтены делятся на шесть следующих фракций: спиртобензольные (СБС), петролейнобензольные смолы (ПБС), полициклоароматические (ПЦА), бициклоароматические (БЦА), моноциклоароматические (МЦА), парафино-нафтеновые (ПН) углеводороды.
Адсорбционно-жидкостная хроматография позволяет накапливать компоненты мальтенов.
Физико-механические характеристики компонентов битума марки БНД 60/90 (инд. 1003), отражающие его основные эксплуатационные свойства, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Показатели физико-механических
характеристик битума и его компонентов

Анализируя групповой состав битума и свойства компонентов, можно оценить, какие компоненты и в какой степени влияют на аналогичные свойства битума.
В первую очередь, надо отметить, что, несмотря на высокую теплостойкость – температуру размягчения (Тр) спиртобензольных смол, Тр собственно мальтенов. является низкой, и только присутствие асфальтенов обеспечивает требуемую по стандарту Тр битума – его теплостойкость.
При этом ухудшается трещиностойкость (Тхр) битума по сравнению с мальтенами на 11,5 °С, теплостойкость повысилась на 28,3 °С, а температурный интервал работоспособности (ИР) увеличился на 16,8 °С.
Наиболее хрупким компонентом битума являются СБС (твердые смолы), а наиболее трещиностойкими – ПН, МЦА и масла в комплексе, которые и определяют трещиностойкость битума.
Очень интересным и важнейшим компонентом битума являются ПН, которые характеризуются наибольшим температурным интервалом работоспособности (ИР) и наилучшей трещиностойкостью, и именно этот компонент внес наибольший положительный вклад в показатель трещиностойкости мальтенов, а, следовательно, битума.
Кроме того, этот компонент внес самый значительный вклад в температурный интервал работоспособности мальтенов, а, следовательно, и битума.
В связи с этим углубление переработки нефти, связанное с уменьшением содержания ПН в сырье, приведет к значительному ухудшению качества битумов.
Расчет показателей температур размягчения (Тр), хрупкости (Тхр) и ИР, исходя из информации о групповом составе битума, мальтенов и фракции масел, показал, что фактические значения этих показателей для масел не отличаются от расчетных (таблица2).
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что между компонентами масел нет химических связей и наблюдается адитивность влияния каждого компонента на показатель смеси.
Другая картина наблюдается для мальтенов – фактические показатели оказываются заметно хуже расчетных:
Тр – на 49,7%, Тхр – на 14,8%, ИР – на 14,19%.
Этот факт можно объяснить тем, что часть смол растворяется в маслах, а часть образует комплексы, в частности, СБС-комплексы, ПБС-комплексы.

Таблица 2.

Фактические и расчетные значения показателей свойств масел и мальтенов

Это предположение подтверждается одинаковыми значениями Тр для мальтенов и масел, так как разрушение системы при повышении температуры происходит по граничносмазочным прослойкам между частицами дисперсной фазы, а если пространственный коагуляционный каркас отсутствует, – то по среде. Тот факт, что Тхр для мальтенов заметно хуже, чем для фракции масел, свидетельствует о том, что часть смол растворилась в маслах.
Следовательно, можно полагать в ПБС и СБС – комплексах зародышами этих коллоидных частиц являются собственно ПБС и СБС, которые адсорбировали часть масел и низкомолекулярные части смол.
Можно полагать, что раствор смол содержит больше ПБС, нежели СБС, так как температура хрупкости мальтенов ближе по значению к ПБС, чем к СБС.
Обращает на себя внимание тот факт, что ИР для масел тот же, как и для битума,
и при этом Тр лучше, а Тхр хуже на одну и ту же величину – 28°С.
Можно полагать, что асфальтены образуют асфальтеновые комплексы, являясь их зародышами, адсорбировавшими на своей поверхности, наряду с маслами, и смолы.
Введение асфальтенов в масла приводит, как и в рассмотренном выше случае, к увеличению Тр и ИР и ухудшению Тхр.
В таблице 3 приведены реологические характеристики тех же компонентов, выделенных из битума, которые представлены в таблице 2.

Таблица 3.

Реологические характеристики компонентов

Результаты испытания компонентов битума свидетельствуют о том, что парафинонафтеновые углеводороды (ПН), моноциклоароматические (МЦА), бициклоароматические (БЦА), полициклоароматические углеводороды (ПЦА) являются сильно структурированными жидкообразными системами ярко выраженного неньютоновского типа.
Парафинонафтеновые углеводороды наиболее жесткие (Gm), наименее эластичные (К) и работоспособные ( m) в отличие от компонентов фракции масел, характеризуются ярко выраженной пространственной структурой, обусловливающей достаточно высокие прочность (РК2) и степень разрушения структуры ( ) этой системы, характеризующей тиксотропные свойства этого компонента. РК2 характеризует прочность контакта между молекулами компонента.
Высокую степень разрушения структуры ПН и высокую, по сравнению с МЦА и БЦА, прочность можно объяснить наличием кристаллической структуры парафинов, которые после воздействия напряжений, больших РК2, ориентируются и играют роль шарниров, формируя плоскости скольжения.
Моноциклоароматические углеводороды – наименее вязкие и прочные из всех компонентов масел, однако они более эластичные и работоспособные, т.е. значение m и К у них выше, чем у ПН.
Они характеризуются наличием ярко выраженной пространственной структуры, достаточно высокой степенью разрушения структуры ( ).
Процесс деформирования этой фракции заключается, по-видимому, в образовании плоскостей скольжения в результате ориентации молекул МЦА при напряжениях, превы-шающих РК2.
Более низкий РК2 объясняется, возможно, меньшей силой взаимодействия между этими молекулами по сравнению с молекулами ПН, а более низкое значение свидетельствует о меньшем сопротивлении сдвигу между плоскостями скольжения в этой фракции, очевидно, за счет большего расстояния между плоскостями скольжения.
Бициклоароматические углеводороды менее жесткие (Gm), наиболее работоспособные ( m), самые эластичные (К) из рассматриваемых компонентов масел.
Они характеризуются наиболее ярко выраженной пространственной структурой ( ), то есть самыми высокими тиксотропными свойствами.
Молекулы БЦА относятся к двуядерным конденсированным ароматическим системам, сопряженным с нафтеновыми циклами, так, что на одну усредненную молекулу БЦА приходятся 2,5-3,5 ароматических и 1-3,5 нафтеновых цикла. БЦА составляют наибольшую часть ароматической группы масел в битуме.
Молекулы БЦА характеризуются большими размерами, чем МЦА, что, по-видимому, приводит к большей площади взаимодействия между молекулами, а следовательно, и приводит к более высоким η0 и ηm, но при этом сила взаимодействия в контакте между молекулами отличается несущественно, о чем свидетельствует значение РК2, которое незначительно больше, чем для МЦА.
При напряжениях, превышающих РК2, сопротивление сдвигу БЦА, выражаемое через ηm, выше в 1,7 раза, чем для МЦА, а η0 – в 5,8 раза.
По-видимому, в БЦА имеет место «рыхлая» структура с высокой степенью разрушения структуры, то есть с высокими тиксотропными свойствами.
Полициклоароматические углеводороды, наиболее вязкие и прочные, достаточно жесткие, неэластичные, характеризуются наименее ярко выраженной пространственной структурой из всех компонентов масел.
По-видимому, молекулы ПЦА довольно сильно взаимодействуют между собой, образуя плотную и наиболее прочную из всех компонентов масел систему.
Ароматические углеводороды представлены смесью МЦА, БЦА и ПЦА, выделенной непосредственно из битума. Эта смесь характеризуется вязкостью, практически равной вязкости БЦА. Однако она более жесткая и прочная и существенно менее эластичная.
Фракция масел, представленная 27% ПН; 21,5% МЦА; 47% БЦА и 5,5% ПЦА, в соответствии с групповым составом битума характеризуется ярко выраженной пространственной структурой, по вязкости и эластичности она ближе к БЦА, по жесткости – к МЦА, а по прочности – к БЦА.
Что касается компонентов фракции смол, то петролейно-бензольные смолы (ПБС) представляют собой твердообразные системы с высокой вязкостью, жесткостью, прочностью и вместе с тем являются неэластичными при невысокой степени структурированности.
Спирто-бензольные смолы (СБС) представляют собой твердо-образные хрупкие системы с очень высокими прочностью, вязкостью, жесткостью.
В то же время они обладают крайне низкой эластичностью и невысокой тиксотропией, сопоставимой только с исходным битумом, являются практически хрупкими при комнатной температуре.
Мальтены, представляющие собой систему, состоящую из фракции масел и фракции смол, полученную после выделения асфальтенов из битума, представляют собой
дисперсную систему с пространственной структурой, с вязкостью, близкой к вязкости ПН и ПБС, и прочностью, аналогичной прочности ПБС, степень структурированности их значительно ниже, чем ароматических углеводородов и масел.
Рассматривая свойства битума как системы, состоящей из мальтенов и асфальте-нов, приходим к выводу о том, что асфальтены играют структурообразующую роль, то есть существенно повышают вязкость, жесткость, прочность битума по сравнению с мальтенами.
Наличие СБС в составе мальтенов обусловливает, скорее всего, образование на их основе частиц дисперсной фазы: СБС-комплексов.
Правда, природа этой фазы отличается от природы дисперсной фазы, представлен-ной асфальтеновыми комплексами в битуме.
При этом структуру битума мы представляем следующим образом – дисперсионной средой служат масла и часть ПБС и СБС, не вошедших в асфальтеновые и СБС – комплексы.
Дисперсная фаза представлена асфальтеновыми комплексами, состоящими из асфальтенов, на лиофильных участках которых адсорбированы ароматические компоненты фракции масел и ПБС, а на лиофобных – СБС, при этом определенная часть ароматических углеводородов адсорбирована и поглощена асфальтенами.

6 СВОЙСТВА БИТУМА

Битум определяется как «вязкая жидкость или твердое вещество, состоящее в основном из углеводородов и их производных, растворимое в трихлорэтиелене, практически нелетучие и постепенно размягчающееся при нагревании». Он имеет черный или коричневый цвет, обладает гидроизоляционными и адгезионными свойствами. Его получают в процессе нефтепереработки из нефти, а также находят как естественное месторождение или как компонент природного асфальта, в котором он связан с минеральным штейном.

Битум имеет следующие пять характерных свойств.

1. Битум прилипает
2. Битум эластичный
3. Битум пластиковый
4. Битум вязкоупругий
5. Возраст битума
6. Битум затвердевает

1. Битумный клей

Битум имеет отличные адгезионные свойства при благоприятных условиях. Однако в присутствии воды адгезия создает некоторые проблемы. Большинство агрегатов, используемых в дорожном строительстве, обладают слабым отрицательным зарядом на поверхности.Связка битумного заполнителя происходит из-за слабой дисперсионной силы. Вода очень полярна и поэтому прочно прикрепляется к заполнителю, вытесняя битумное покрытие.

2. Битум эластичный

Когда кто-то берет битумную нить из образца и растягивает или удлиняет ее, она в конечном итоге может вернуться к длине, близкой к исходной. Для некоторых битумов этот процесс может длиться дольше, чем для других. Это свойство называется эластичным характером битума.

3. Битум пластиковый

При повышении температуры, а также при приложении нагрузки к битуму битум течет, но не возвращается в исходное положение при снятии нагрузки. Это состояние называется пластическим поведением. Приложение нагрузки означает, что вы кладете на битум какой-либо груз, чтобы подвергнуть его нагрузке. Это может быть лаборатория или конечная позиция битумов на дороге, и это делается для оценки реакции битумов на нагрузку.

4.Битум вязкоупругий

Битум имеет вязкоупругий характер. Его поведение может быть вязким или эластичным в зависимости от температуры или нагрузки, которую он несет. При более высоких температурах наблюдается большая текучесть или пластичность, тогда как при более низких температурах и кратковременной нагрузке битум имеет тенденцию быть жестким и эластичным. При промежуточных температурах это, как правило, комбинация двух.

5. Возраст битума

Старение означает изменение свойств битума с течением времени, вызванное внешними условиями.Эти изменения видны в виде трещин или осыпающихся участков. Когда битум подвергается воздействию атмосферных условий, молекулы битума вступают в реакцию с кислородом, что приводит к изменению структуры и состава битума. Этот процесс соединения с кислородом, называемый окислением , приводит к тому, что битум становится хрупким и твердым и меняет цвет с темно-коричневого или черного на серый. Это изменение обычно обозначается как окислительное упрочнение или старение . Эта форма старения чаще возникает в более теплом климате или в теплое время года, в результате чего старые покрытия легче растрескиваются.Состояние также может возникать, когда поверхностные пленки битума тонкие или если во время строительства не было адекватного уплотнения.

Также читайте: Факторы, влияющие на старение битума

6. Битум затвердевает

Воздействие ультрафиолетовых (УФ) лучей и испарение летучих соединений может вызвать затвердевание битума. Летучий материал — это материал, который очень быстро превращается в газ. Есть два вида закалки:

• Физическое упрочнение
• Экссудативное закаливание

Физическое упрочнение происходит, когда в структурах битума образуются парафиновые кристаллы или когда агломераты асфальтенов слипаются.Это состояние можно изменить, если повысить температуру.

Экссудативное затвердевание вызвано абсорбцией маслянистых компонентов битумом.

Почему битум используется в дорожном строительстве? Свойства и преимущества

Почему битум используется в дорожном строительстве?

Битум используется в дорожном строительстве благодаря различным свойствам и преимуществам по сравнению с другими материалами для дорожного строительства. Битум приобретает определенные уникальные свойства, которые заложены в него при его производстве. Битум в качестве сырья в гибком дорожном строительстве и битум в виде смеси (составляющей другие материалы, например, агрегаты / пуццоланы) имеет определенные преимущества, которые побуждают широко использовать битум в дорожном строительстве.

Использование битума при строительстве гибких дорог

Причины значительного применения битума в гибких покрытиях объясняются ниже:

1. Производство битума экономичное

Битум — побочный продукт процесса перегонки сырой нефти. Сама по себе сырая нефть состоит из углеводородов. Основные доступные продукты — это бензин, дизельное топливо, высокооктановое топливо и бензин.

Когда это топливо очищается из сырой нефти, битум остается. Дальнейшая обработка побочного продукта для очистки от примесей дает чистый битум.

Поскольку спрос на первичный продукт имеет первостепенное значение для общества, битум как побочный продукт выживает долгое время. Этот побочный продукт используется как новый строительный материал, без использования каких-либо других новых ресурсов.

2. Физико-реологические свойства битума обеспечивают универсальность

Установлено, что физические и химические свойства битума зависят от уровня нагрузки, температуры и продолжительности загрузки.Это термопластичный и вязкоупругий материал.

Эти зависимости заставляют нас действительно получать доступ к трафику на дороге, так что свойства битумной смеси могут варьироваться в зависимости от рассчитанных уровней напряжения. Эта универсальность битума приводит к большому разнообразию битумных смесей в зависимости от дорожного применения.

3. Низкая точка плавления битума

Это очень заметно в том факте, что битум имеет благоприятную температуру плавления, которая с легкостью способствует как обработке поверхности, так и устойчивости к износу.

Температура плавления битума не должна быть слишком высокой, чтобы его можно было легко расплавить при укладке дорожного покрытия. В то же время битум имеет температуру плавления, которая не позволяет уже залитому дорожному покрытию плавиться и деформироваться при высоких температурах.

В областях с высокими температурами, наряду с этим качеством битума, состав заполнителя помогает скрыть влияние высоких температур.

4. Битум подлежит переработке

Поскольку температура плавления битума благоприятна, его можно переплавить до исходного состояния.Это называется переработкой асфальта.

Разорванные кусочки асфальта отправляются на завод по переработке, а не на свалки. Эту переработанную смесь можно использовать повторно. При необходимости старый битум смешивают с новым битумом и новыми заполнителями, чтобы смесь снова ожила.

5. Увеличение битума Адгезивная природа

Как объясняется при производстве битума, он не содержит углеводородов и, следовательно, не токсичен. Побочный продукт максимально очищен от органических веществ и примесей.

Битум обладает высокой адгезией, что позволяет материалам дорожной смеси прочно связываться. Они становятся сильнее, когда смесь застывает, то есть готова к движению автомобиля.

6. Битум имеет разновидность цвета

Традиционный битум имеет черный цвет. Это связано с тем, что плотный органический материал внутри битума имеет черный цвет. Теперь, когда в битум добавляют определенные пигменты, можно получить цвет по нашему выбору.Это цветной битум.

Это дороже обычного цветного битума. Недостаток цветного битума в том, что для него требуется больше химических добавок и материалов.

Требования к битумным смесям для дорожного строительства

Общая битумная смесь используется при строительстве гибкого покрытия для удовлетворения следующих потребностей.

• Структурная прочность
• Поверхностный дренаж
• Трение поверхности

1.Конструкционная прочность битумных покрытий

На рисунке ниже показано типичное поперечное сечение гибкого покрытия, разработанного в США. Слой структурного битума состоит из:

• Битумное покрытие или слой износа
• Битумное вяжущее
• Битумное базовое покрытие

Основное назначение этих битумных смесей — обеспечение прочности конструкции. Это предполагает равномерное распределение нагрузки по слоям дорожного покрытия.Имеющиеся в виду нагрузки — это динамические или статические нагрузки, которые передаются на основание земляного полотна через заполнитель.

Гранулированная основа с битумным покрытием предназначена только для дорог с низкой проходимостью. Достаточно и экономично.

Эффект отскока верхних слоев битума помогает противостоять высокому динамическому воздействию из-за интенсивного движения. Свойство отскока отражается характеристиками жесткости и гибкости верхних слоев битума.Если смотреть снизу вверх, характеристики гибкости должны возрасти.

Исследования показали, что указанные выше характеристики заполнителей достигаются при использовании битумных смесей с высокой степенью сортировки. Эта смесь должна использовать заполнитель номинального максимального размера (NMAS), который должен уменьшаться по сравнению с базовым курсом — связующим слоем — поверхностным слоем.

Номинальный максимальный размер заполнителя (NMAS) = Одно сито больше, чем первое сито, чтобы удерживать более 10% объединенного заполнителя.

В слое износа больше битума, что делает слой более гибким.Это поможет увеличить долговечность.

2. Дренаж поверхности битумных покрытий

Подземный дренаж можно облегчить с помощью гранулированного основания при строительстве гибкого покрытия. Проницаемое основание, обработанное асфальтом (PATB), можно использовать для обеспечения положительного дренажа поверхности на основных автомагистралях. Это будет вести себя как отдельный курс для облегчения подземного дренажа.

3. Поверхностное трение битумных дорог

Важно, чтобы слой дорожного покрытия обеспечивал достаточное сопротивление скольжению и трению при проезде транспортного средства, особенно во влажных условиях.Это обеспечит безопасность пассажиров. Макро- и микроструктура поверхности асфальтовой смеси способствует поверхностному трению.

Градация смеси, т. Е. Открытая или плотная градация, будет способствовать созданию макротекстуры поверхности. Открытая гранулированная смесь имеет более высокую макроповерхность, чем плотная. Вода выдавливается из нижней части шины транспортного средства, когда реализована высокая текстура макроповерхности.

Микроструктура поверхности обеспечивается за счет поверхности заполнителя, которая обнажается, когда вышеупомянутый слой битума разрывается.

Преимущества асфальтобетонного строительства дорог над бетонными покрытиями

1. Гладкая дорожная поверхность

Не использует шарниров; Следовательно, обеспечьте гладкую поверхность для езды. Кроме того, он дает меньше шума по сравнению с бетонным покрытием. Битумное покрытие меньше изнашивается, благодаря чему сохраняется гладкость.

2. Постепенный отказ

Деформация и разрушение битумного покрытия — постепенный процесс.Бетонное покрытие имеет хрупкие разрушения.

3. Быстрый ремонт

Их можно быстро отремонтировать. Они не тратят время на изменение маршрута движения; как они быстро садятся.

4. Поэтапное строительство

Помогает проводить поэтапное строительство в ситуации, когда возникают проблемы нехватки средств или проблемы оценки трафика.

5. Стоимость жизни меньше

Первоначальная стоимость и общие затраты на обслуживание битумного покрытия меньше по сравнению с бетонным покрытием.

6. Термостойкость

Они устойчивы к высокой температуре в результате плавления и не подвержены воздействию антиобледенительных материалов.

Недостатки битумного покрытия

1. Битумные покрытия менее долговечны
2. Низкая прочность на разрыв по сравнению с бетонным покрытием
3. Экстремальные погодные условия и неподходящие погодные условия делают битумное покрытие гладким и мягким.
4. Битум с примесями может вызывать загрязнение почвы, а следовательно, и грунтовых вод в результате их таяния.В них могут быть небольшие количества углеводородов.
5. Загрязнение пор и дренажных каналов при строительстве и эксплуатации
6. Больше соления — для предотвращения снегопада в зимний период
7. Высокая стоимость строительства при экстремальных температурах

Подробнее:

Процессы в дорожном строительстве с использованием битумов

Бедствие в битумном покрытии

Различные лабораторные испытания битума для дорожного строительства

Битумные материалы — типы, свойства и использование в строительстве

Различные виды битума, их свойства и применение

Сортировка битума — Различные методы сортировки битума

Что такое битум и типы битумов

Что такое битум?

Битум представляет собой вязкую, твердую или нелетучую жидкость. Битум представляет собой сложную и законченную коллоидную систему, химические свойства которой определяются свойствами сырой нефти, из которой он добывается.

Чистый битум — это коллоидная дисперсия микроскопических частиц асфальта в масле (диспергирующий агент).

Битум по химическому составу представляет собой смесь различных углеводородов с молекулами серы, кислорода и азота.

Углеводороды, присутствующие в битуме, в основном представляют собой конденсированные ароматические кольца и нафтен с небольшим количеством боковых парафиновых цепей.

Массовая доля углеводородов 75-85%, кислорода 2-8%, водорода 9-10%, азота 0,1-0,5%, серы 5-7%.

Битум полностью или частично растворим в различных органических растворителях.

Растворенные фракции битума в растворителе называются мальтенами или петроленами, а нерастворенные фракции — асфальтенами.

Мальтены представляют собой смесь масла и смол, и они являются диспергирующим агентом.

По большей части физические свойства битума зависят от степени дисперсности асфальтенов в мальтенах.

По мере нагревания постепенно смягчается. Битум коричневый или черный, водостойкий и хороший клей.

Битум можно получить несколькими способами, которые зависят от экономичности определенных процессов в реальных условиях.

Большая часть битума производится путем обработки соответствующего атмосферного остатка в установке вакуумной перегонки.

Битум — это остаток вакуумной перегонки, твердость которого зависит от состава дистиллятов тяжелой нефти.

Помимо вакуумного остатка, сырьем для производства битума может быть асфальт, полученный в процессе деасфальтизации, масляная суспензия и экстракт, полученный в процессе экстракции растворителем.

Если асфальт, масляная суспензия и экстракт смешиваются с вакуумным остатком, который получается из определенного сырья, а затем они окисляются воздухом, получаются различные типы битумов.

Окисленный битум менее чувствителен к температуре, чем битум, полученный путем смешивания определенных фракций.

Окисление битума приводит к частичному дегидрированию асфальтенов, в результате чего образуются длинные цепочки молекул асфальтенов в результате реакций полимеризации и конденсации.

Более твердый битум получают окислением. Твердый битум желаемого качества невозможно получить из слишком мягкого сырья путем окисления.

Типы битума зависят от летучести нефтяных веществ в битуме.

Небольшое количество летучих масляных веществ делает битум более твердым и хрупким.

Битум имеет множество применений (дорожное строительство, изоляционный материал), поэтому очень важно, чтобы битум обладал хорошей адгезией, то есть очень хорошо сцеплялся с камнем, металлом, деревом, бумагой и другими основаниями.

Адгезия зависит от химического состава, вязкости, коллоидного состояния битума, а также химических и физических свойств основания.

Тепловые свойства битума, такие как удельная теплоемкость и теплопроводность, важны при производстве изоляционных материалов.

Также прочтите: Различия между гибким и жестким покрытием | Что такое тротуар | Тип покрытия

Типы битума:

• Дорожно-строительный битум

• Битум промышленный

• Битум модифицированный полимером

• Битумная эмульсия

• Битум прочие

• Битум проницаемости

• Битум окисленный марки

• Битум измельченный

Дорожно-строительный битум

Дорожно-строительный битум

• Дорожный Битум строительный применяется для строительства дорог и магистралей.

• Существует множество типов дорожно-строительного битума, которые определяются по температуре проникновения и температуре размягчения.

• Виды дорожно-строительного битума с указанием их основных свойств приведены под таблицей.

Технические характеристики битума дорожно-строительного

• Очевидно, что более мягкие дорожные строительные битумы 100/150 и 160/200 имеют более низкие температуры размягчения, более низкие температуры разрушения и более низкую вязкость.

• При производстве дорожно-строительного битума доля вакуумного остатка должна составлять не менее 60%, а доля асфальта и экстракта может составлять максимум до 20%.

• Битум дорожно-строительный 160/220 — единственный битум, который можно производить без окисления.

• Все остальные дорожные строительные битумы от 20/30 до 100/150 могут быть получены только путем окисления.

• Наиболее подходящей сырой нефтью для производства битума являются сырой нефти нафтеновой и смешанной основе.

• Битум желаемого качества не может быть произведен из парафиновой сырой нефти ливийского, алжирского и азербайджанского типов. Битум наилучшего качества получают из сырой нефти типа Boscan, Bachaquero, Lagotreco, Lagunillas (Венесуэла).

• Выход вакуумного остатка, т.е. битума из этих нефтей, составляет 27-61% мас. / Мас. Помимо этой сырой нефти, высококачественный битум также производится из сырой нефти Ближнего Востока (арабские легкие, Ирак и Кувейт).

Также прочтите: Контрольный показатель в геодезии | TBM в геодезии | GTS Benchmark | Постоянный ориентир | Произвольный тест

Битум промышленный

Битум промышленный 80/100

• Битумы промышленные получают из вакуумного остатка с добавлением компонентов масла в процессе окисления, то есть продувки воздухом.

• При производстве промышленного битума должно быть 60-70% битума и 30%.40% масляных компонентов в смеси. Компоненты масла добавляются для достижения определенной высокой точки проникновения.

• Битум применяется в промышленности по-разному. Его используют, потому что он водостойкий, прочный и устойчивый к химическим реакциям.

• Промышленный битум применяется в строительстве для изоляции, изготовления кровельного картона, пропитки, внутренней защиты водопровода, внешней защиты водопровода, производства водонепроницаемой бумаги, а также в электротехнической промышленности, резиновой промышленности, для изготовления защитных покрытий. , уплотнительные массы и др.

• Виды промышленных битумов с указанием их основных свойств приведены под таблицей.

Виды и свойства промышленных битумов

• Очевидно, что промышленные битумы твердые (низкая точка проникновения), имеют высокие точки размягчения и низкие точки разрушения, что является хорошими характеристиками для их применения.

Также читайте: Методы проектирования | Разница между методом рабочего напряжения и методом предельных состояний

Битум модифицированный полимером

Битум модифицированный полимером

• В случае дорожно-строительного и промышленного битума ясно, что худшими свойствами являются: размягчение при более высоких температурах, плохие механические и эластичные характеристики.

• Чтобы улучшить устойчивость к механическим воздействиям, увеличить когезию, улучшить сопротивление разрушению и улучшить эластичность, в битум необходимо добавлять определенные полимеры.

• Полимеры не должны значительно улучшать вязкость битумной смеси. Химическая совместимость битума и полимеров должна быть удовлетворительной, чтобы не происходило разделение фаз.

• Лучшим и наиболее часто используемым полимером является стирол-бутадиен-стирол (SBS).

• Полимер SBS представляет собой термопластичный полимер на основе стирола и бутадиена, не подверженного их полимеризации, который характеризуется блочной структурой, которая имеет радиальное или линейное расположение с полибутадиеновой фазой в середине и полистирольным блоком на концах.

• Радиальная форма имеет более компактную молекулу, чем линейная форма, что обеспечивает ее гораздо более высокую молекулярную массу без нарушения предельного значения вязкости.

• Почти все смеси полимер / битум представляют собой двухфазные системы.

• Плотность полимера всегда ниже плотности битума, поэтому полимерная фаза находится наверху, а битумная фаза — внизу.

• Химический состав битума играет важную роль в производстве полимерного битума.

• Отсутствие ароматических соединений в битуме (вакуумный остаток от парафиновой сырой нефти) является причиной того, что часто невозможно получить постоянно гомогенные смеси с SBS или нарушается коллоидная структура битума.

• Добавление относительно небольшого количества SBS к битуму приводит к увеличению рабочего диапазона битума и его эластичности.

• Для существования стабильной однородной смеси битума и полимера очень важна комбинация компонентов.

• Смешивание полимера с битумом замедляет процесс старения битума. Поскольку старение — это в основном процесс окисления, полимеры с двойными связями вступают в реакцию с кислородом.

• Они являются ингибиторами окисления компонентов битума, поскольку защищают чувствительные компоненты битума от окисления.

• Стабильность полимерно-битумной смеси также зависит от содержания асфальтенов.

• Чтобы иметь стабильную структуру коллоидного битума, асфальтены должны набухать в растворе ароматических и нафтен-ароматических углеводородов.

• Если битум содержит небольшое количество ароматических веществ в битумно-полимерной смеси, три фазы могут образовывать асфальтеновый осадок внизу, битум без асфальтена в середине и частицы полимера наверху.

• Следовательно, ароматический компонент типа экстракта или тяжелой циклической нефти добавляется во время производства полимерного битума, что обеспечивает стабильность и однородность смеси.

• Это особенно важно при хранении полимерного битума, поскольку фазовое разделение может произойти из-за нестабильности.

• Из-за этого полимерный битум нельзя хранить или транспортировать длительное время.

Существует четыре способа производства полимерных битумов:

• Прямое смешение полимеров с битумом

• Смешивание ранее набухших полимеров с битумом

• Добавление мономеров в битум и полимеризация в битум

• Добавление в битум универсальных добавок на основе полимеров для облегчения их смешивания.

Наиболее часто используемый метод — прямое смешивание полимера и битума внутри смесительного резервуара.

В дорожно-строительном битуме запросы на дороги с большой нагрузкой:

• Повышенная гибкость при низких температурах

• Повышенная устойчивость к остаточной деформации

• Повышенная стойкость к растрескиванию из-за усталости материала

• Повышенная износостойкость

• Повышенная устойчивость к старению

Все эти требования решает полимерный битум .Полимерный битум может производиться на нефтеперерабатывающих заводах (стационарный агрегат) или на строительных площадках (мобильный агрегат).

Доля стирол-бутадиен-стирольного полимера в полимерном дорожно-строительном битуме составляет 3-15 мас.%.

Температура смешения полимерных битумов 180-200 ° С.

Слишком высокая температура имеет отрицательное влияние, так как полученная смесь может стать хрупкой из-за твердости битума и из-за окислительной деструкции полимеров.

Полимерная дисперсия оказывает огромное влияние на тепловой режим.

Также прочтите: Что такое цемент | Тип цемента

Битумная эмульсия

Битумная эмульсия

• Битумная эмульсия представляет собой смесь битума (50-70%), воды и 0,5% 1,0% эмульсионного агента, чаще всего мыла.

• Битумные эмульсии используются в холодном состоянии при строительстве дорог и в промышленных целях.

• Эмульсии, применяемые в дорожном строительстве, производятся из битума с точкой проникновения 200-300.

• Эмульсии должны быть стабильными при хранении и при транспортировке, а также должны иметь определенную вязкость, чтобы предотвратить разрыв.

• Эмульсии дорожно-строительного битума содержат около 70% вяжущего и лопаются при 80 ° C.

• Промышленные эмульсии, помимо битума, также содержат различные глинистые смеси. Промышленные битумные эмульсии используются для изготовления изоляции крыш и полов, а также используются в бумажной промышленности.

• Битум с точкой проникновения 40-50 используется для изоляции крыш и полов, в то время как очень твердый битум с очень высокой точкой размягчения используется в бумажной промышленности.

Также прочтите: Тахеометр в геодезии | Операции | Преимущества и недостатки | Типы

Битум проницаемости

• Битумы степени пенетрации определяются испытаниями на пенетрацию и температуру размягчения.

• Обозначение только по диапазону проникновения, например, битум 40/60 пен имеет пенетрацию от 40 до 60 включительно и температуру размягчения от 480 ° C до 56 ⁰ C.

• Единица проницаемости — децимиллиметр (дмм). Это единица измерения, измеренная в тесте на проникновение

• Несмотря на это, битум проникающего класса обычно упоминается без указания единиц.

• Краткое изложение приведено в таблице ниже.

Технические условия на битум дорожного качества с проникновением от 20 до 330 дмм

• Относится к ряду европейских стандартов, относящихся к характеристикам дорожных битумов.

• Большая часть производимых битумов пенетрации используется в дорожном строительстве.

• В течение последнего десятилетия двадцатого века наблюдалась тенденция к использованию более твердых битумов, из которых получаются асфальты, обладающие превосходными свойствами по сравнению с теми, которые производятся из более мягких сортов.

Также прочтите: Что такое транзитный теодолит | Теодолит Части

Битум окисленный марки

Битум окисленный 85/25

• Битумы окисленные почти полностью используются в промышленности, например.г., кровля, полы, мастики, покрытия для труб, краски и др.

• Они определены и обозначаются как точки размягчения, так и испытания на проникновение, например, 85/40 — битум окисленного сорта с температурой размягчения 85 ± 5 ⁰ C и пенетрацией 40 ± 5 дмм.

• Окисленные битумы также должны соответствовать критериям растворимости и потерь при нагревании.

• Технические требования для шести битумов окисленного качества, указанные в Великобритании, воспроизведены в таблице ниже.

Технические условия на битум окисленный

• Температуры размягчения окисленных битумов намного выше, чем у битумов соответствующих пенетрирующих сортов, и, следовательно,

Также прочтите: Принципы методов съемки плоских столов | Оборудование | Ошибка | Преимущество | Ограничение

Битум измельченный

Битум обрезной RC 30

• Битумы Cutback производятся путем смешивания битума 70/100 pen или 160/220 pen с керосином для обеспечения соответствия спецификации вязкости.

• В Великобритании количество битумов с пониженным содержанием углерода определяется и обозначается временем истечения (в секундах) через стандартный вискозиметр дегтя

• Доступны три уровня: 50 секунд, 100 секунд и 200 секунд. Большая часть битума с пониженным содержанием битума используется для обработки поверхности, но значительное количество также используется для производства как стандартного, так и отложенного битума.

• В дополнение к испытаниям STV и растворимости, восстановленные битумы должны соответствовать спецификациям дистилляции и требованиям к проницаемости для остаточного битума.

• Это гарантирует, что во время нанесения и эксплуатации разбавитель будет испаряться с постоянной и предсказуемой скоростью и что остаточный битум будет иметь соответствующие свойства при эксплуатации.

• Суффикс в ассортименте сокращенных битумов SHELPHALT указывает на то, что они были легированы специально разработанным термостойким пассивным адгезионным агентом.

• Эта добавка способствует смачиванию заполнителя и препятствует отделению связующего от заполнителя в присутствии воды.

Понравился пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Сортировка битума — различные методы сортировки битума

В этой статье обсуждаются различные методы сортировки битума, такие как жевание, оценка проницаемости, класс вязкости и оценка характеристик битума в суперпроцессе.

История сортировки битума

Взаимосвязь между жесткостью битума и температурой зависит от типа используемого битума. Тип битума зависит от его происхождения, а также от метода очистки.

Рисунок ниже поясняет это, где видно, что битум A и битум B по-разному зависят от температуры.

Рис.1: График зависимости между температурой и жесткостью для различных битумов

Из-за этих отклонений необходимо было установить температуру теста. Температура, при которой можно проводить сортировку битума. Это также даст возможность сравнить различные вяжущие битума. Например, если у нас есть битум A и B, битум B при 25 ^o C жестче, чем битум A при той же температуре.Но при 60 градусах Цельсия состояние меняется на противоположное.

Жесткость битума при более низкой температуре также является важным критерием устойчивости к термическому растрескиванию. Приведенное выше объяснение битума A и B основано на оценках, полученных для трех температур: 25, 60 и 135 градусов Цельсия, как показано на рисунке 1.

Температура 135 градусов близка к тем температурам, при которых битумная смесь используется для перемешивания и уплотнения при строительстве. Эта температура дает битуму форму моторного масла; тонкими слоями.В этом состоянии они легко смешиваются с агрегатами.

Для получения надлежащих температур смешивания и уплотнения асфальтобетонных смесей необходимо определить жесткость битума. Здесь необходимо определить жесткость с точки зрения кинетической вязкости.

Температура 60 градусов Цельсия подобна температуре битумного покрытия в очень летний день. Здесь возможной причиной неисправности будет колея. Определение жесткости при 60 градусах будет более полезным для обеспечения адекватного сопротивления в летнее время года.На основе этого значения можно поддерживать минимальное значение жесткости связующего. Здесь жесткость определяется вязкостью.

Рис. 2: Колейные повреждения, вызванные битумным покрытием Сразу после периода строительства

Средняя годовая температура асфальтового покрытия в течение года почти 25 градусов Цельсия. Определение жесткости битума при 25 градусах поможет нам найти максимальную жесткость, необходимую для противодействия таким повреждениям, как усталостное растрескивание или расслаивание.

Эти повреждения возникают по истечении пяти-десяти лет эксплуатации, т.е. с возрастом. Колейность вызвана просто строительством. Но растрескивание возникает по прошествии некоторого времени, показывающего несоответствие конструкции.

Рис.3: Усталостная трещина, образовавшаяся в битумном покрытии после определенного возраста

Различные методы сортировки битума

Ниже приведены различные методы, используемые для сортировки битума

1. Оценка путем жевания
2. Класс проникновения
3. Класс вязкости
4. Класс производительности Superpave

Сортировка битума путем жевания

В XIX веке жевание было методом определения жесткости i.е. твердость битума. Это было время, когда не было разработано никаких тестов на проникновение. Его проводили опытные инспекторы США. По результатам проведенных испытаний образец был принят или отклонен. Температура испытанного битума была такой, что он благоприятствовал температуре человеческого тела.

Степень проникновения битума

Американское общество испытаний материалов (ASTM) D 04 в 1903 году провело сортировку битума при температуре 25 градусов Цельсия для испытаний дорожных и дорожных материалов.

Испытание на проникновение включает проникновение иглы, загруженной на 100 г, в образец битума, выдерживаемый при температуре 25 градусов Цельсия в водяной бане в течение 5 секунд. Величина проникновения измеряется в миллиметрах.

1 пробойник = 0,1 мм.

Чем больше степень пенетрации, тем мягче становится битум. Стандарт ASTM D 946 дает 5 степеней проникновения битумных вяжущих. Их:

1. Битум высший сорт 40–50
2. 60–70
3. 85–100
4. 120–150
5. Самый мягкий битум марки 200-300

Система классификации пенетрации — это метод классификации битума, которому уже 100 лет.В Индии до 2006 года наиболее широко использовалась марка битума от 60 до 70. Для строительства дорог с низкой интенсивностью движения и для проведения распыления использовалось значение пенетрации от 80 до 100.

Недостатки классификации по пенетрации битума:

• Метод оценки проникновения не является фундаментальным тестом. Он использует эмпирические тесты.
• Для битума, модифицированного полимерами, этот метод не применим
• При более высоких и низких температурах во время эксплуатации, сравнение с 25 градусами Цельсия влияет на производительность.Как показано на рисунке ниже, три битумных вяжущих с проникающей способностью от 60 до 70 нанесены на график в зависимости от значений жесткости.

Рис. 4: График зависимости между жесткостью и температурой трех связующих A, B и C со степенью проникновения 60-70

Три связующих A, B и C имеют одинаковый предел жесткости 65 при 25 градусах Цельсия, но разные значения при более высоких и более низких температурах. Следовательно, битум C подвержен образованию колей при более высоких температурах эксплуатации, так как его жесткость мала при более высоких температурах.

• В качестве руководства для подрядчиков по смешиванию асфальта и определения температуры уплотнения нет данных о вязкости битума.
• Температурная восприимчивость связующих не контролируется степенью проникновения. Температурная восприимчивость — это наклон линии жесткости по отношению к температуре. Кривая с крутым наклоном представляет собой связующие, чувствительные к высоким температурам, которые не принимаются во внимание. Это потому, что при высоких температурах они очень мягкие, а при низких температурах они жесткие.

Классификация битума по вязкости

В 1970-х годах в США был введен метод классификации вязкости при 60 градусах Цельсия. Это было сделано для решения проблем строительства и обеспечения высоких температурных характеристик. Это были нежные смеси, которые необходимо подвергнуть толканию смеси и проталкиванию под валок, без чего ее невозможно раскатать должным образом.

До 1970-х годов в конструкции США использовалась степень проникновения от 60 до 70, которая показывает изменение в сторону колейности.Они показали более низкую вязкость при 135 градусах Цельсия. Это вызвало проблемы с тендерной смесью в процессе строительства.

Тест на вязкость, в отличие от оценки пенетрации, является основным тестом, проводимым при 60 градусах Цельсия. Эта температура является максимальной температурой, действующей на дорожное покрытие летом. Измерение производится в единицах Пуаз.

В Индии доступно оборудование для проверки вязкости при 60 и 135 градусах. С ними очень просто обращаться.В США были указаны шесть классов вязкости асфальтобетона (АС). Их,

В США битум упоминается как асфальтовый цемент или асфальт.Для низких рабочих температур использовались марки с более низкой вязкостью, т.е. AC-2,5 и AC-5; такие области, как Канада. В штатах северного эшелона использовался AC-10. В основном в США использовался AC-2-.

Первоначально было определено только пять марок, за исключением AC-30. У них средняя вязкость, которая от сорта к сорту увеличивается вдвое. Это привело к отсутствию перекрытия диапазона вязкости. Но проблема AC-20 — быть слишком мягкой, а AC-40 — слишком жесткой, с которой столкнулись страны Флорида, Джорджия и Алабама, которые сделали AC-30 для включения и, следовательно, шесть классов.

На рисунке ниже показан битум класса вязкости AC-30, который в Индии эквивалентен VG-30.

Рис. 5: График зависимости температуры и жесткости (с точки зрения вязкости) битума AC-30 (VG-30)

Преимущества определения вязкости битума

Преимущества системы градации вязкости:

1. В отличие от степени пенетрации связующие с одинаковой степенью вязкости обеспечивают одинаковые характеристики колейности.
2. Система классификации вязкости сохраняет минимальные характеристики с точки зрения усталостного растрескивания. Это обеспечит приемлемую производительность. Это для средней годовой температуры 25 градусов.
3. Потенциал мягких смесей может быть минимизирован с помощью минимальных заданных значений кинематической вязкости при температуре 135 градусов Цельсия.
4. Максимально допустимую температурную восприимчивость можно установить, указав минимальное значение проникновения при 25 градусах и кинематической вязкости при 135 градусах.
5. Для широкого диапазона температур использовались вязкостные связующие. Температура 60 градусов для колейности, 25 градусов для растекания или усталости или 135 градусов для строительных работ.
6. Поставщики могут предоставить пользователям точные значения температуры смешивания асфальта и температуры для строительства. Это возможно благодаря измерению вязкости при двух температурах.

Сортировка битума по характеристикам Superpave

Оценка характеристик битума основана на оценке характеристик материала при использовании, в отличие от рациональной системы оценки вязкости.Система классификации вязкости больше основана на методе классификации, основанном на опыте. И это доказало свою превосходную эффективность на протяжении более 20 лет в строительстве дорожных покрытий в США.

Система сортировки Superpave была разработана как часть 5-летнего стратегического планирования исследований автомобильных дорог (SHRP) с 1987 по 1992 год, чтобы иметь систему классификации битума на основе производительности. Они были разработаны на основе технических характеристик, которые помогут в решении многих инженерных проблем.

Особенности классификации битума по характеристикам суперпейв

В системе оценки производительности Superpave используется новый набор тестов битума.Метод включает в себя следующие основные особенности:

• Система включает тесты и спецификации для битумных вяжущих. Это битумное связующее может содержать модифицированный или немодифицированный битум.
• Полевые характеристики в соответствии с инженерными принципами будут влиять на физические свойства, определенные в ходе испытаний битума Superpave. То есть это достигается не только опытом.
• Было разработано моделирование битума на период от 5 до 10 лет, чтобы понять его эффективность с возрастом.Это длительный тест на старение битума.
• Испытания и технические характеристики системы Superpave направлены на предотвращение трех основных повреждений битума: расслоение, усталостное растрескивание и термическое растрескивание. Эти отказы происходят при высокой, средней и низкой температуре соответственно.
• Покрытие берется на испытания во всем диапазоне температур, как показано на рисунке ниже. Для определения вязкости используется ротационный вискозиметр при 135 градусах Цельсия. Вязкоупругие свойства битума при двух температурах определяют с помощью реометра динамического сдвига.Первая температура — это максимальная 7-дневная температура «высоких температур» в жаркий летний день на строительной площадке. Второй — «промежуточная температура», которая представляет собой среднегодовую температуру дорожного покрытия на проектной площадке.
• Зимой реометр изгибающей балки и измеритель прямого натяжения используются для измерения реологических свойств битума на строительной площадке.

Рис.6: Испытания на дорожном покрытии на строительной площадке для всего диапазона температур в системе профилирования Superpave (согласно FHWA)

Эффективность Superpave зависит от климата.Класс производительности Superpave (PG) для места проекта, где температура в течение 7 дней превышает 64 градуса по Цельсию и минимальная температура -22 градуса, составляет от 64 до 22 градусов.

Доступные более высокие оценки: PG 52, PG 58, PG 64, PG 70, PG 76 и PG 82. Нижние оценки: -4, -10, -16, -22, -28, -34 и так далее. Оба уровня температуры увеличиваются со скоростью 6 градусов.

Если в Раджастане на площадке проекта максимальная 7-дневная рекордная температура дорожного покрытия составляет 70 градусов и минимальная температура -3 градуса, для этого проекта будет указан битум PG 70–4.

Подробнее:

Почему битум используется в дорожном строительстве? Свойства и преимущества битума для дорожных покрытий

Различные типы битума, их свойства и применение

Испытания битума на качество и свойства для дорожного строительства

Битумные материалы — типы, свойства и использование в строительстве

Вязкость битумных материалов — измерения и факторы