Битумни и катранени свързващи вещества - Studiopedia
Битуми (от санскрит „gvitumen“, т.е. смола)– органични вещества с черен или тъмнокафяв цвят, състоящи се от смес от високомолекулни въглеводороди и техните неметални производни, т.е. съединения на въглеводороди със сяра, азот или кислород.При обикновени температури битумът може да бъде в твърдо, вискозно или течно състояние. Плътността на битумите е малко повече от 1 g/cm 3 .
Различават се естествени и изкуствени (нефтени) битуми.Естественитебитуми се срещат на места с петролни находища, образувайки лещи, а понякога и асфалтови езера. По-често обаче те проникват в седиментни (битуминозни) скали.Нефтенбитум се получава чрез рафиниране на нефт. При нагряване се отделят леки фракции (бензин, нафта, керосин), а след това масла (машинни и др.). Накрая остава плътен, смолист остатък -катран. Той е суровина за производството на вискозен и твърд битум, но може да се използва и като битуминозно свързващо вещество, особено в случай на силно смолисти масла. В зависимост от метода на производство нефтените битуми биват:окислени, получени чрез окисление на катран (продухване с въздух);остатъчно, получено от катран чрез по-нататъшна дълбока селекция на масла от него;крекиран, получен чрез окисление на остатъци, образувани по време на крекинг на масло;деасфалтиращи битуми, получени чрез утаяване на асфалтово-смолистата част на катрана с пропан;кисели битуми, получени чрез обработка на кисели катрани.
Химичен съставна битума.Елементаренсъстав (% от масата): въглерод - 70-80, водород - 10-15, сяра - 2-9, кислород - 1-5 и азот - 0-2. Тези елементи образуват наситени въглеводороди от различни серии (ароматни, парафинови,нафтен) от C9H20 до C30H62 с различни молекулни тегла (от 300 до 5000).
Съставът нагрупатана битумите е от голямо значение. Той включва: а)масла(35-60%) с молекулно тегло 300 - 600, плътност по-малка от 1 g / cm 3; изолират се чрез разтваряне в лек бензин; б)смоли- вископластични вещества (20-40%) с молекулно тегло 600 - 1000, плътност около 1 g / cm 3; разтваря се в бензен, хлороформ; в)асфалтени- твърдата част на битума (10-40%) с молекулно тегло 1000 - 5000, плътност над 1 g / cm 3; разтваря се само в горещ бензен и въглероден тетрахлорид. В битума се срещат парафини - твърди метанови въглеводороди (до 6-8%), които намаляват пластичността на битума и повишават неговата крехкост.
Споредвътрешната структурабитумът е колоидна система, дисперсионната среда в която е разтвор на смоли в масла, а дисперсната фаза е асфалтенови частици (10-20 микрона), заобиколени от черупки с намаляваща плътност от смоли към масла. При промяна на груповия състав на битума, включително под въздействието на външни фактори (температура и др.), неговите свойства се променят. С намаляване на съдържанието на асфалтени и смоли (с повишаване на температурата - поради частичното разтваряне на смолите в маслата), структурата на битума става от типа "зол", с ниска плътност и вискозитет. С увеличаване на съдържанието на асфалтени и смоли (с понижаване на температурата - поради обратния преход), структурата на битума става от типа "гел", с по-висока плътност и вискозитет.
Физични свойствана битума: плътност в зависимост от груповия състав - 0,8-1,3 g/cm 3 ; топлопроводимостта е характерна за аморфните вещества и е 0,5-0,6 W / (m. K).
Споредструктурни и механични свойствабитумите са типичниреологични тела. Течният битум при нормална температура и вискозният и твърд битум при повишени температури се държат като нютонови и структурирани течности. Вискозните и твърдите битуми при обикновени температури са еластично-вискозни и еластично-вискозно-пластични тела, а при отрицателни температури стават еластично-крехки.
Физическите и механичните (технически) свойствана битума включват: дълбочината на проникване на иглата в битума, или твърдостта, и разтегливостта, или пластичността (за твърд и вискозен битум), условен вискозитет (за течен битум), както и температура на омекване.
Дълбочината на проникване на иглата (проникване)се определя (в десети от милиметъра - градуси) на пенетрометър, когато върху иглата се приложи товар от 100 g за 5 секунди при температура 25 ° C или с товар от 100 g за 60 секунди - при 0 ° C.
Разтегливостта (пластичност)се определя на пластичност по дължината на нишката в момента на разкъсване на пробата (в сантиметри) при температура на изпитване от 25 и 0 °C.
Номиналният вискозитетна течен битум се характеризира с времето на изтичане на 50 cm 3 битум през отвор на вискозиметър с определен диаметър при стандартни температури.
Температурата на омекванеотразява прехода на битума от вископластично състояние към течно. Определя се на устройството "пръстен и топка" ("KiSh"). Температурата на омекване е температурата, при която металната топка, преминаваща през битума при нагряване, докосва долния рафт на устройството.
Важно свойство на битума еадхезията- адхезията към повърхността на минерални и органични материали. Оценете адхезията чрез визуален метод по петобална скала. Ако след варене в дестилирана вода филмът е напълно запазен, тогава адхезията се оценява с пет точки.(отлична адхезия), ако филмът е напълно изместен от минералните зърна и изплува на повърхността на водата, тогава адхезията се оценява с една точка (адхезията е лоша).
В зависимост от показателите на основните свойства битумът се разделя настепени. Твърдият и вискозеннефтен битум (BN)се произвежда в четири степени: BN 60/90, BN 90/130, BN 130/200, BN 200/300 (фракционните числа са допустимите граници на проникване за тази степен при 25 ° C).
За обозначаване на класове битум за специални цели се въвежда допълнителна буква (D - път, K - покрив и др.).
Нефтеният пътен битум (BND)има следните степени: BND 40/60, BND 60/90, BND 90/130, BND 130/200, BND 200/300 (фракционните числа са допустимите граници на проникване за тази степен при 25 °C).
За производството на покривни и хидроизолационни материали се използват маркипокривни битуми (RBR): BNR 45/180 (импрегниращ), BNR 90/40 и BNR 90/30 (покривен). Тук числителят на фракцията показва средната стойност на точката на омекване, знаменателят - средната стойност на проникване при температура 25 °C.
Строителен битум (BN)Има марки BN 50/50, BN 70/30, BN 90/10. Тук числителят е средната температура на омекване, знаменателят е средната стойност на проникване.
Течният битум, в зависимост отстепента на сгъстяване, се разделя на средно сгъстен (SG), получен чрез разреждане на пътен битум с течни петролни продукти, и бавно сгъстен (MG и MGO), получен от остатъчни или частично окислени петролни продукти или смеси от тях. Един или друг клас битум се определя от количеството изпарен разредител, когато битумната проба се държи в термостат или вакуумен термостат при определени температури. В зависимост от относителния вискозитетсредно сгъстенибитумите имат марки: SG 40/70, SG70/130 ДВ, БР.130/200;бавно сгъстяване- MG 40/70, MG 70/130, MG 130/200, MGO 40/70, MGO 70/130, MGO 130/200.
Втвърдяванетона битумите може да настъпи в насипно и филмово състояние. Вобемносъстояние втвърдяването възниква в резултат на охлаждане, образуване на мрежова структура от макромолекули и увеличаване на нейния вискозитет. Втвърдяването на битума в състояние нафилмсъщо се улеснява от физикохимичното взаимодействие на неговите макромолекули с повърхността на зърната на инертния материал и особено прахообразния пълнител (минерален прах). При течния битум изпарението на леките фракции на разредителя или самия битум е от съществено значение като втвърдяващ фактор. Най-благоприятният набор от експлоатационни свойства на строителните материали на базата на битум се постига с максимално възможното филмово състояние на битума и минималното му количество в насипно състояние.
Добавките, които подобряват свойствата на битума, включват добавки от повърхностно активни вещества, полимери, както и натрошен каучук от използвани автомобилни гуми и др.
Полимерните добавкимогат да бъдат класифицирани като структуриращи добавки, които позволяват да се удължи експлоатационният живот на материала, тъй като тяхното въвеждане повишава устойчивостта на топлина и замръзване. Все пак трябва да се има предвид, че понякога полимерната добавка може да ускори стареенето на състава под въздействието на атмосферни фактори, така че се препоръчва да се изберат устойчиви на атмосферни влияния полимери. Освен това полимерите трудно се комбинират с битум. Понастоящем е проучена комбинацията с битум на повечето известни полимери, въпреки че засега малко от тях се използват в производството на битумни материали.
Полимерните добавки подобряват еластичните свойства, разтегливостта, кохезията на органичните свързващи вещества (битум и катран).Най-широко използвани са епоксидни смоли, поливинилацетат, полистирен, синтетичен каучук и латекс, естествен латекс, обикновено в състояние на разтвори или латекси (водни дисперсии), чието количество в горещ битум или катран е 1–6% от теглото на свързващото вещество. Синтетични и естествени каучуци се използват за модифициране на вискозни и течни битуми и катран.
Когато се смесват с битум, каучуците създават независима решетка в битума, способна да абсорбира битумните деформации. За да се увеличи якостта на битумно-полимерния материал, е възможно частично или напълно да се вулканизира гумата, като гумата първо набъбва в битума и след това частично се разтваря. В последния случай температурата на крехкост на материала намалява с едновременно повишаване на неговата устойчивост на топлина.
Термопластичните еластомери от дивинилстирол и изопренестирол са най-модерните битумни добавки в технологично отношение, тъй като те се топят при нагряване и бързо образуват хомогенна смес при разбъркване. Тези сплави са по-добри от битум-каучук поради по-равномерното им разпределение в битума по време на смесване.
При производството на битумни сплави с полимер или каучук често се добавят стабилизатори, вулканизиращи агенти, ускорители и други допълнителни компоненти.
От промишлените отпадъци най-често се използват атактичен полипропилен, рециклиран полиетилен, различни дъна, като дъна от ректификация на стирол, регенерати на каучук и др.
Въглищен катран, шисти, торф и дървесен катрансе получават чрез суха (без достъп на въздух) дестилация на съответните видове твърдо гориво. За строителни цели се използваткатранени свързващи вещества, състоящи се от дестилиран катран, който се получава след селекция отсуров въглищен катран от летливи фракции и съставен катран, който се получава чрез смесване на горещ катран с катранени масла (антрацен и др.) или дехидратиран суров катран.
Пеке черно твърдо или вискозно аморфно вещество. Това е остатъчен продукт от дестилацията на каменовъглен катран при температури над 360°C.
Съставът на катранените свързващи вещества включва главно ненаситени ароматни въглеводороди - производни на бензена и техните съединения с кислород, азот и сяра. Поради това устойчивостта на атмосферни влияния на материалите на базата на катранени свързващи вещества е по-ниска в сравнение с битумните материали (катраните остаряват по-бързо от нефтените битуми). В същото време биостабилността на катранените материали е по-висока, което се обяснява с високата токсичност на съдържащия се в катрана фенол (карболова киселина).
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: