Органические вяжущие (стр. 1 )

1. Органические вяжущие.

1.  Общие сведения и классификация.

2.  Состав и структура нефтяного дорожного битума.

3.  Производство нефтяных дорожных битумов.

4.  Свойства битумов и методы определения свойств.

5.  Сланцевые битумы.

6.  Битумные эмульсии.

7.  Дорожные дегти.

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ.

Органическими вяжущими - битумы и дегти - называют сложную смесь высокомолекулярных углеводов различной струк­туры с плотностью от 0,9 до 1,1 г/ см

Обозначения

БНД - битумы нефтяные дорожные вязкие

БН - битумы нефтяные вязкие

СГ - битумы нефтяные дорожные жидкие густеющие со средней скоростью

МГ - битумы нефтяные дорожные жидкие медленногу­стеющие

МГО - битумы нефтяные дорожные жидкие окисленные

Вяжущим веществом эту смесь называют потому, что ее используют для связывания (склеивания) минеральных зерен различной крупности в прочный и плотный дорожно-строитель­ный материал - асфальтобетон, дегтебетон и другие подобные им мате­риалы.

Классификация органических вяжущих

Битумы

- нефтяные, сланцевые, природные

- твердые, вязкие, жидкие

- дорожные, кровельные, изоляционные

Дегти

-каменноугольные

- торфяные

- древесные

Эмульсии

- битумные

- дегтевые

В дорожном строительстве применяют, главным образом, битумы нефтяные вязкие и жидкие, в меньшей степени битумные эмульсии и каменноугольные дегти.

Основным дорожно-строительным материалом с примене­нием нефтяных битумов являются асфальтобетонные и другие битумоминеральные смеси, подобные асфальтобетону.

В отечественной и зарубежной практике дорожные одежды с покрытиями из асфальтобетона и битумоминеральных смесей занимают ведущее положение. В Российской Федерации дорож­ная сеть с усовершенствованными покрытиями на 95% имеет по­крытия из смесей на основе органических вяжущих.

§ 2. СОСТАВ НЕФТЯНЫХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ.

Нефтяной битум состоит из углеводородов различных классов и их неметаллических производных, что зависит главным образом от состава нефти, из которой битум получен.

В состав битумов присутствуют следующие химические элементы:

углерод С	73- 87%
водород Н	8-12 %
кислород О	1-12%
сера S	1- 5%
азот N	- до 1%
и другие элементы

Строительно-технические свойства битума зависят не только от химического, но и от группового состава, который характеризуется молекулярной массой, строе­нием молекул, вязкости. Битумы состоят из масел, смол и асфальтенов.

Исходная нефть, являющаяся сырьем для получения битума и сами битумы включают в себя в различном количественном соотношении ароматические (), нафтеновые (), метановые () и гетероциклические углеводороды и их производные.

Битумы состоят из:

Масел -	40-60%
Смол -	20-40%
Асфальтенов -	10-25%

В относительно небольшом количестве в битуме содержатся так же:

карбены и карбоиды - 1-3%;

асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - до 1%

Масла состоят из смеси парафиновых, нафтеновых, аро­матических и полициклических углеводородов. При комнатной температуре они подвижны, текучи, легко испаряются при нагревании битума.

Цвет масел светло-желтый, плотность меньше 1000 кг/м3 , молекулярная масса от 300 до 800 у. е.

Увеличение содержания масел снижает температуру раз­мягчения битума при нагревании.

При пониженных отрицательных температурах смолы способствуют повышению трещиностойкости битума.

Смолы (нейтральные и кислые) - легкоплавкие пластичные вещества темно-коричневого цвета, плотность около 1000 кг/см с молекулярной массой 600-1000.

По химическому составу смолы относятся к гетероцикли­ческим, ароматическим высокомолекулярным соеди­нениям.

Смолы полярны и поверхностно-активны, поэтому их сце­пление (адгезия) с поверхностью минеральных зерен обеспечи­вает асфальтобетону повышенную водостойкость.

Смолы хорошо растворяются в этиловом эфире, бензине, бензоле, хлороформе, плохо растворяются в этиловом спирте и ацетоне.

От содержания смол зависят растяжимость и эластич­ность битума.

Асфальтены - твердые неплавкие вещества плотностью больше 1000 кг/м3. Кроме углерода и водорода содержат кислород и серу.

Молекулярная масса асфальтенов в 2-3 раза больше, чем у смол.

Асфальтены растворимы в бензоле. При прочих равных условиях с увеличением их содержания в битуме повышается теплостойкость, вязкость и хрупкость битумов.

Карбены и карбоиды - черные твердые вещества, содер­жащиеся, главным образом, в крекинг-битумах. Они повышают вяз­кость, хрупкость и температурную устойчивость битума.

Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - густые масля­нистые вещества коричневого цвета, плотностью более 1000 кг/м 3 , хорошо растворяются в спирте и хлороформе, плохо - в бензине.

Асфальтогеновые и карбоновые кислоты, а также фенолы представляют собой полярные поверхностно-активные вещества, повышающие адге­зию битума к камню. В большей степени это проявляется с карбонатными горными породами.

Парафин - твердый метановый углеводород. Повышенное содержание в битуме парафина снижает его растяжимость и повышает температуру хрупкости. Поэтому содержание парафина в битуме не должно превышать 6%.

При нагревании парафинистый битум переходит в жидкое состояние быстрее, чем малопарафинистый.

§ 3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА

Структура битума

Битумы - коллоидное вещество. По мнению профессора они могут иметь структуру трех типов:

тип I - структура Золь

тип II - структура Золь-гель

тип III - структура Гель

К первому структурно-реологическому типу относят битумы, скорость сдвига которых при постоянном напряжении подчиняется закону Ньютона.

Структура битума первого типа определяется коагуляци­онной сеткой (каркасом) из асфальтенов, набухших в ароматиче­ских углеводородах.

Такие битумы пластичны в широком интервале темпера­тур, тиксотропны, однако имеют пониженную растяжимость.

Получают эти битумы окислением гудрона отбора масел или при компаундировании переокисленных битумов экстрактами се­лективной очистки масел.

Структура I типа.

Дисперсная фаза - сетка-каркас из асфальтенов, набухших в ароматических углеводородах.

Дисперсионная среда - смесь парафино-нафтеновых и ароматических уг­леводородов.

Твердые парафины могут образовывать вторую структур­ную сетку, кристаллизационную.

Структура II типа.

Разбавленная суспензия асфальтенов в структурирован­ной солями дисперсионной среде.

Отдельные агрегаты асфальтенов находятся в дисперси­онной среде, структурированной смолами в большей степени, чем среда I типа, но в меньшей, чем среда II структурного типа.

В битумах второго типа асфальтены не связаны друг с другом и не взаимодействуют. Такие битумы имеют узкий интервал пластично­сти, не тиксотропны, резко изменяют вязкость при нагревании.

Их получают незначительным доокислением гудрона после глубокого отбора из него масляной фракции.

Структура битумов третьего типа определяется взаимосо­пряженными сетками отдельных агрегатов асфальтенов и адсор­бированных на их поверхности тяжелых смол, пронизывающих весь объем системы.

Свойства битумов третьего типа промежуточны между свойствами битумов первого и второго типа.

Получают такие битумы окислением гудронов со средней глубиной отбора масел, компаундированием с гудроном битумов, переокисленных до температуры размягчения 56 - 60 о С.

Битумы третьего типа более предпочтительны для приготов­ления асфальтовых бетонов и других битумоминеральных смесей.

Групповой состав битумов трех типов приведем в табл. 1, свойства - в табл. 2.

Таблица 1

Наименование компонентов	Структурно-реологический тип битумов
I	II	III
Смолы	<24%	>36%	29-34%
Масла	>50%	<48%	46-50%
Асфальтены	>25%	<18%	21-23%

Таблица 2

Наименование свойств	Показатели свойств битумов разных типов
I	II	III
Глубина проникания иглы:
при 25 оС	50	55	53
при 0 оС		16
при 46 оС	320	148	120
Растяжимость при 25 оС, см	>100	>100	>100
Индекс пенетрации	1,2	0,2	2,3
Температура размягчения.	50	55	65

СВОЙСТВА БИТУМА.