Лекция «Общие сведения. Битумные вяжущие»

Цель занятия: Познакомиться с понятием битумные вяжущие вещества, и их свойствами.

Задание для студентов: Ознакомиться с теоретическим материалом по данной теме, письменно в тетради заполнить Таблицу 1 и Таблицу 2.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Битумные вяжущие представляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных (соединений углеводородов с серой, кислородом, азотом). Различают природные и искусственные нефтяные битумы.

Природные битумы извлекают из асфальтовых горных пород органическими растворителями или вываривают их в горячей воде.

Искусственные битумы представляют собой остатки, получаемые при переработке нефти.

Элементарный состав битумов: углерод 70-80%, водород 10-15%, сера 2-9%, кислород1-5%, азот 0-2%.

При нормальной температуре битумы встречаются как в твердом, так и в вязко-жидком состоянии. При нагревании они размягчаются (разжижаются), а при охлаждении вновь возвращаются в первоначальное состояние. Обладая аморфным строением, битумы в отличие от кристаллических тел не имеют определенной температуры плавления. Существует некоторый температурный интервал размягчения, т.е. постепенный переход от твердого состояния в вязко-жидкое.

Битумы гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, имеют плотное строение, их пористость практически равна нулю, поэтому они водонепроницаемы и морозостойки. Эти свойства позволяют широко использовать битумы для устройства кровель и гидроизоляции. Битумы стойки к водным растворам многих кислот, щелочей, солей и большинству агрессивных газов, но растворяются частично или полностью в различных органических растворителях (хлороформе, этиловом спирте, бензине, бензоле, ксилоле, скипидаре, ацетоне и др.). Поэтому их можно применять для приготовления некоторых мастик, лаков и красок. Расплавленные битумы при остывании сохраняют некоторую пластичность и лишь при сравнительно низкой температуре становятся хрупкими.

Для улучшения свойств битумных вяжущих их сплавляют с резиной; получаемые при этом материалы называют резинобитумными; добавляют полимеры, после этого их называют битумно-полимерными.

В зависимости от исходного сырья битумные вяжущие вещества делятся на нефтяные и природные.

Нефтяные битумы получают из сырой нефти на нефтеперегонных заводах. По способу производства нефтяные битумы делят на остаточные, окисленные, крекинговые и компаундированные.

Остаточные битумы, или гудрон, получают в атмосферно-вакуумных установках непрерывного действия после отгонки из высокосмолистой нефти бензина, керосина и других топливных и масляных фракций. При нормальной температуре они представляют собой твердые вещества с небольшой вязкостью.

Окисленные битумы изготовляют путем продувки кислородом воздуха через гудроны, крекинг-остатки и другие нефтяные остатки. При такой продувке под действием кислорода воздуха нефтяные остатки окисляются и уплотняются, увеличивая вязкость.

Крекинговые битумы представляют собой остатки после разложения (крекинга) нефти и нефтяных масел при высокой температуре с целью получения большого выхода бензина.

Полученные крекинговые остатки дополнительно подвергаются окислению, в результате чего образуются окисленные крекинговые битумы. Такие крекинг-битумы обладают повышенной хрупкостью.

В строительстве используют только остаточные и окисленные нефтяные битумы.

Природные битумы. Их подразделяют на три вида: пластовые, поверхностные и жильные. Пластовые - это горные породы осадочного происхождения (известняки, доломиты, песчаники), пропитанные битумом. Природные битумы получают из битуминозных песков и песчаников нагреванием, а из битуминозного известняка - экстрагированием. Применение природных битумов в строительстве ограничивается из-за высокой стоимости. Используют их в основном в химической и лакокрасочной промышленности.

Свойства битумов

Гидрофобность (отталкивание воды), атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, размягчение при нагревании, иногда вплоть до полного растворения.

Старение – процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности.

Битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%) и уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, а также при действии концентрированных растворов кислот. Битум растворяется в органических растворителях.

Марку битума определяют твёрдостью, температурой размягчения и растяжимостью.

Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в десятых долях миллиметра) прибора – пенетрометра.

Температуру размягчения определяют на приборе «кольцо и шар», помещаемом в сосуд с водой, она соответствует той температуре нагреваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым битумом.

Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума («восьмерки») при температуре 250С, определяемым на прибор – дуктилометре.

ЗАДАНИЕ: с помощью интернет источников (например, https://infourok.ru/metodicheskoe-ukazanie-k-laboratornomu-praktikumu-opredelenie-svoystv-bituma-313060.html) или учебника «Строительные материалы и изделия» Попов К.Н., Каддо М.Б. ПИСЬМЕННО В ТЕТРАДИ заполните Таблицу 1 Физико-механические свойства нефтяных битумов и Таблицу 2 Свойства, определяющие марку битумов.

Таблица 1 – Физико-механические свойства нефтяных битумов

Таблица 2 – Свойства, определяющие марку битумов