Битумы представляют собой вещества, состоящие главным образом из смеси высокомолекулярных углеводородов, метанового, нафтенового и ароматического рядов и их кислородных и сернистых производных.
В зависимости от исходного сырьяразличают битумы природные и искусственные нефтяные. По консистенции(при температуре 18°С) битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие; по преимущественному назначению — иа дорожные, строительные и кровельные.
• Природный битум — органическое вещество черного или темно-коричневого цвета, при нагревании постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние, а при охлаждении затвердевает Природный битум нерастворим в воде, но легко растворяется в сероуглероде, хлороформе, бензоле и трудно в бензине. Структура природных битумов, их физико-химические и физико-механические свойства близки к нефтяным битумам.
Природный битум в чистом виде бывает редко. Чаще встречаются пропитанные битумом горные породы (известняки, доломиты, песчаники, грунт). Природный битум образовался из нефти в результате медленного удаления из нее легких и средних фракций, а также под влиянием процессов полимеризации и окисления. В верхние слои земной коры нефть попала в результате миграции, при этом под влиянием тепловых воздействий и давления на протяжении тысячелетий происходило заполнение пустот и пор горных пород и их пропитывание нефтью.
Природные битумы можно извлекать из битумных пород вываркой в котлах или растворением в органических растворителях (экстрагирование). Извлечение битума из асфальтовых пород целесообразно лишь в том случае, когда содержание его в породе составляет не менее 10—15%.
Битумные известняковые и доломитовые породы без извлечения битума используют в виде тонкого порошка (асфальтовый порошок) для получения асфальтовой мастики и асфальтовых бетонов.
• Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и ее смолистых остатков. В зависимости от вязкости нефтяные битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие, а в зависимости от способа переработки — на остаточные гудроны, окисленные, крекинговые и экстрактные.
Остаточные гудроны получают при атмосферно-вакуумной перегонке высокосмолистой нефти после отбора бензина, керосина и масляных фракций. Они представляют собой черные твердые или почти твердые при нормальной температуре вещества темного или темно-коричневого цвета.
Окисленные битумы получают путем продувки воздуха через нефтяные остатки. В процессе производства окисленных битумов кислород воздуха реагирует с водородом, содержащимся в остатках, образуя водяные пары. Потеря водорода сопровождается уплотнением нефтяных остатков ввиду их полимеризации и сгущения.
Крегинговые битумы получают при крекинге (разложении при высокой температуре) нефти и нефтяных масел с целью получения большого выхода бензина. Продувка воздуха через эти остатки дает окисленные крекинговые битумы.
Битумы твердые и полутвердые делят на марки. В основу этого деления положены вязкость, пластичность и поведение битума при изменении температуры.
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 уменьшается и битум переходит в жидкое состояние. Для характеристики вязкости битумов (вязких и твердых) пользуются условным показателем твердости — глубиной проникания иглы (пеиетрацией). Вязкость жидких битумов определяют на стандартиом 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 (рис. 14.1). Она выражается в градусах (1° = 0,1 мм) и обозначается П25 (индекс показывает температуру материала во время испытания).
Пластичность вязких битумов характеризует растяжимость, которую определяют с помощью дуктилометра (рис. 14.2). Испытаниям подвергают образцы битума в виде восьмерок стандартной формы и размеров. 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. Так же как и вязкость, пластичность битумов зависит от температуры, группового состава и характера структуры. 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.
Температура размягченияявляется важной оценкой свойств битумов и характеризует верхний температурный предел его применения. Определяют ее на приборе «кольцо и шар» (рис. 14.3). 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.
Температура хрупкостихарактеризует 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 обу-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, т. е. способностью противостоять воздействию атмосферным факторам в элементах сооружений.
Для строительных целей необходимо применять битумы, свойства которых соответствуют условиям их работы в строительных конструкциях. Физико-технические свойства нефтяных битумов приведены в табл. 14.1.
Таблица 14.1. Основные 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.
Мягкая кровля #2. Наплавляемые рулонные материалы
