Классификация битумов по происхождению и способу производства. Свойства и марки битумов. Материалы и изделия, изготавливаемые на основе битумов.

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 сырья различают битумы природные и искусственные нефтяные. 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. 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.

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 экстратные.

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.

Нефтяные битумы в нагретом состоянии разливают в тару и после остывания направляют по назначению.

Свойства битумов. Физико-механические свойства битумных материалов должны характеризовать материал с точки зрения его молекулярного строения, а также по совокупности свойств, присущих вяжущему.

Битумные 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. Для характеристики вязкости битумов (вязких и твердых) пользуются условным показателем твердости — глубиной проникания иглы.

Пластичность вязких битумов характеризует растяжимость, которую определяют с помощью дуктилометра.

Температура размягчения является важной оценкой свойств битумов и характеризует верхний температурный предел его применения. Определяют её на приборе " кольцо и шар".

В зависимости от марок битумы подразделяются на: строительные, кровельные, дорожные.

Строительные битумы применяют для изгот. асфальтовых бетонов, р-ров, приклеивающих мастик, кровельных и гидроизоляц. м-лов.

Асфальтовые растворы и бетоны. Подбор состава, приготовление, укладка и уплотнение. Виды асфальтовых растворов и бетонов по технологическим признакам. Достоинства и недостатки, применение в строительстве горячих, теплых и холодных асфальтовых растворов и бетонов. Твердение, свойства и применение в строительстве.

Для приготовления асфальтовых растворов и бетонов применяет асфальтовое вяжущее, представляющее смесь нефтяного битума с тонкомолотыми минеральными порошками (известняка, доломита, мела, асбеста, шлака). Минеральный наполнитель не только уменьшает расход битума, но и повышает температуру размягчения бетона. Прочность асфальтового вяжущего обусловлена соотношением компонентов Б/Н и пористостью после уплотнения и отвердевания. При оптимальном соотношении Б/Н весь битум адсорбирован в виде тонких непрерывных пленок на поверхности частиц тонкомолотого наполнителя, поэтому асфальтовое вяжущее имеет наибольшую прочность.

Мелким заполнителем в растворе и бетоне служат чистые природные и искусственные пески с содержанием пылевато-глинистых частиц не более 3% по массе. Щебень изготовляют из прочных и морозостойких изверженных, осадочных и метаморфических горных пород, а также из металлургических шлаков. Из осадочных предпочитают карбонатные породы (известняки, доломиты), хорошо сцепляющиеся с битумом. Асфальтовые бетоны подразделяют по назначению на гидротехнические, дорожные и аэродромные, для устройства полов в промышленных цехах и складских помещениях, плоской кровли, стяжек. Гидротехнические асфальтовые бетоны используют для устройства экранов и в уплотняющих конструкциях швов сооружений, в качестве гидроизоляционных слоев при строительстве каналов, шлюзов, ирригационных сооружений. Специальные виды плотного бетона, изготовленные на химически стойких заполнителях применяют для создания кислото- и щелочестойких покрытий. Имеются декоративные асфальтовые бетоны (цветные и офактуренные), из которых выполняются разделительные полосы на дорогах, переходы, полы вестибюлей гражданских зданий.

Основные свойства асфальтового бетона зависят от примененного асфальтового вяжущего, состава и пористости.

Пористость асфальтового бетона обычно колеблется от 5 до 7%. Плотные бетоны (с пористостью не более 5%) практически водонепроницаемы. Пористость ухудшает долговечность асфальтового бетона в связи с возрастанием водопоглощения, снижением морозостойкости и увеличением химической коррозии. Наиболее агрессивными слоями по отношению к битуму, которые могут содержаться в воде, являются сульфаты натрия и магния.

Биохимическая стойкость характеризует сопротивление «органическому выветриванию» под влиянием бактерий, вызывающих разложение сложных органических веществ, составляющих битум.

Для повышения биостойкости в состав битумного вяжущего вводят антисептики.

Состав асфальтового раствора должен быть такой, чтобы пустоты в песке были полностью заполнены асфальтовым вяжущим с избытком (10—15%) для обволакивания песчинок.Асфальтовый бетон можно представить как смесь асфальтового раствора и крупного заполнителя — щебня. Количество асфальтового раствора берут с расчетом заполнения пустот в щебне и небольшого избытка (10—15%) для получения плотного бетона. В отличие от цементного бетона на показатели прочности асфальтового бетона сильно влияет температура. Например, если предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20°С—2, 2— 2, 4 МПа, то при 50°С — только 0, 8—1, 2 МПа. Зато асфальтовые бетоны и растворы лучше, чем цементные, противостоят коррозии.Асфальтовые бетоны укладывают в горячем или холодном состоянии. Наиболее распространены горячие асфальтобетонные смеси, имеющие при укладке температуру 140—170°С. Для их приготовления предварительно высушенные и подогретые до 180—200°С минеральные составляющие бетона (тонкомолотый наполнитель, песок и щебень) загружают в смеситель, в котором их перемешивают с расплавленным битумом (температурой 150—170°С). Готовые горячие смеси привозят на специальных машинах и после укладки уплотняют катками. После остывания, через 1—2 ч, асфальтобетон отвердевает, приобретая плотность и прочность.Асфальтовые бетоны, укладываемые в холодном состоянии, приготовляют на жидких битумах и битумной эмульсии. Жидкий битум подогревают до 110—120°С и смешивают с высушенными и подогретыми до той же температуры заполнителями. Асфальтобетонную смесь охлаждают до 60°С, развозят на места и укладывают при температуре окружающей среды не ниже 5°С. Бетон готовят и на битумной эмульсии, смешивая вяжущие и заполнители без подогрева. В дегтебетон в качестве вяжущего вещества входит деготь (или пек). Водостойкость, износ и долговечность дегтебетона ниже, чем асфальтового бе

Рулонные, кровельные и гидроизоляционные материалы. Основные и безосновные материалы на основе битумов. Достоинства и недостатки кровельных мягких материалов по сравнению с другими видами.

В группе гидроизоляционных кровельных м-лов широко представлены рулонные – основные (получаемые пропиткой основы нефтяными битумами с последующим покрытием более тугоплавким составом и нанесением посыпки) и безосновные (получаемые путем прокатки на каландрах термомеханически обработанных смесей вяжущих с наполнителями и добавками), покровные и безпокровные м-лы, листовые и штучные изделия.

По виду вяжущих различают кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы: битумные, состоящие из нефтяных битумов или сплавов нефтяных и природных битумов; дегтевые, представляющие смесь каменноугольных и сланцевых дегтей или сплавов пеков с каменноугольными дегтями или дегтевыми маслами; дегтебитумные, состоящие из каменноугольных дегтепродуктов или сланцевых дегтей с нефтяными битумами; гудрокамовые, представляющие собой продукты совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона (гудрокам); дегте-битумно-полимерные, состоящие из нефтяных битумов или каменноугольных дегтепродуктов и полимеров (включая каучуки); резинобитумные, получаемые в результате совместной переработки нефтяных битумов и старой резины; резинодегтевые, получаемые в результате совместной переработки старой резины и дегтепродуктов; полимерные.

По структуре: основные и безосновные. Основные по виду основы: на основе картона, на стеклооснове, на полиэфирной основе, на основе фольги, на основе асбестовой бумаги, на комбинированной основе.

Приклеивающие и гидроизоляционные мастики. Производство, классификация, основные свойства, применение мастики. Достоинства и недостатки горячих и холодных мастик, изготовляемых на основе органических вяжущих веществ.

По виду исходного вяжущего различают мастики битумные, битумно- полимерные (в том числе битумно-каучуковые), резинобитумные, дегтевые, дегтеполимерные, гидрокамовые и гудрокамполимерные.

По способу укладки мастики бывают горячие и холодные. Горячие мастики применяют с предварительным подогревом: битумные — до температуры - 160-180°С, резинобитумные - 170-180°С, дегтевые и гудрокамовые - 130-150°С и гудрокамполимерные — 70°С. Холодные мастики используют при температуре окружающего воздуха 5°С без подогрева, при более низких температурах с подогревом — до 60—70°С.

Мастики изготовляют из органического вяжущего и наполнителя. Наполнители применяют для повышения теплостойкости, уменьшения хрупкости при пониженных температурах и уменьшении расхода вяжущего. Для мастики используют наполнители пылевидные, волокнистые и комбинированные (смесь пылевидного и волокнистого). В качестве пылевидных наполнителей применяют известняк, доломит, кварц, тальк, трепел, золу, цемент и многие другие, а в качестве волокнистого наполнителя — хризотиловый асбест 7-го и 8-го сортов, асбестовую пыль, коротко-волнистую минеральную вату.

Горячие мастики в зависимости от области применения подразделяют на приклеивающие, кровельно-гидроизоляционные и гидроизоляционные асфальтовые.

Приклеивающие мастики выпускают четырех видов: битумные, состоящие из битума, наполнителя и антисептика; резинобитумные — из резинобитумного вяжущего, полимерной добавки, наполнителя и антисептика; дегтевые — из каменноугольных дегтепродуктов и наполнителя и гудрокамовые — из гудроками, нефтяного битума и наполнителя.

Приклеивающие мастики предназначены для склеивания рулонных материалов при устройстве многослойных кровельных покрытий и гидроизоляции.

Кровельно-гидроизоляционные мастики бывают двух видов: гудрокамполимерные марки МП-70, состоящие из гудрокама, нефтяного битума и полимера СКС-30; резинобитумные марки МРБ-Г-Г-100 и МРБ-Г-В-130, состоящие из резинобитумного вяжущего, полимерной добавки наполнителя и антисептика. Кровельно-гидроизоляционные мастики применяют в качестве приклеивающих мастик, а также для устройства безрулонных кровель и гидроизоляции.

Гидроизоляционные асфальтовые горячие мастики, состоящие из битума и минерального наполнителя, в зависимости от теплоустойчивости изготовляют трех категорий -- I, II, III. К гидроизоляционным асфальтовым горячим мастикам предъявляют следующие основные требования физико-механических свойств: температура размягчения в зависимости от категории теплоустойчивости - не менее 60-90°С и не более 75—100 С; вязкость, определяемая проникновением иглы при температуре 25 С, — не менее 13—1, 7 мм; пластичность, опрделяемая растяжимостью битума при 25°С, — не менее 1, 2 и 4. Гидроизоляционные горячие мастики не должны увеличиваться в объеме при вакууме и должны иметь ничтожное водонасыщение. Гидроизоляционные асфальтовые мастики предназначены для гидроизоляции, а также для изготовления асфальтовых материалов и изделий.

Приклеивающие и кровельно-изоляционные горячие мастики при температуре 18±2°С должны быть твердыми, однородными, без видимых посторонних примесей, они не должны иметь видимых частиц наполнителя, не покрытых битумом.

Битумные, дегтевые и гудрокамовые мастики в рабочем состоянии должны легко наноситься щеткой или гребком по ровной поверхности слоем до 2 мм и свободно растекаться по изолируемой поверхности такой же толщины при подаче мастики насосом.

Холодные мастики изготовляют на разбавленном вяжущем и на битумных пастах (асфальтовые мастики). К мастикам, приготовляемым на разбавленном вяжущем, относятся битумные, резинобитумные, гудрокамовые.

Холодные мастики при температуре 18±2°С должны быть подвижными, однородными, без видимых включений. Мастики на разбавленном вяжущем применяют для приклейки рулонных материалов и устройств защитного покрытия, а также для гидроизоляции и пароизоляции.

Холодные мастики на битумных пастах изготовляют путем смешения битумных паст с минеральными наполнителями и антисептиком, в качестве разбавителя используют воду.

Дегти. Производство, свойства и применение. Сравнительная характеристика с битумами. Дегтевые растворы и бетоны. Достоинства и недостатки по сравнению с асфальтовыми. Кровельные и герметизирующие материалы, мастики на основе дегтевых и смешанных органических вяжущих веществ.

Деготь представляет собой густую вязкую массу черно-коричневого цвета, образующуюся при нагревании без доступа воздуха твердых видов топлива (каменного и бурого углей, горючего сланца, торфа, древесины). В строительстве применяют главным образом каменноугольные дегти, получаемые в коксохимическом производстве. Дегтевые вяжущие вещества подразделяются на следующие виды:

1) сырой каменноугольный деготь: а.) низкотемпературный первичный, получаемый при полукоксовании, заканчивающемся при 500—600°С; представляет собой вязкую темно-бурую жидкость плотностью 0, 85—1 г/см3, состоящую из насыщенных и ненасыщенных углеводородов и фенола: часто служит для получения отогнанного дегтя; б) высокотемпературный деготь, получаемый при коксовании (которое заканчивается при 1000—1300°С) в виде черном вязкой жидкости, либо вязкотвердого продукта плотностью. 1, 12— 1, 23 г/см3 и температурой размягчения до 40—70°С;

2) отогнанный деготь (каменноугольная смола), получаемый и результате фракционирования сырой низкотемпературной смолы с выделением из нее лигроиновой и керосиновой фракций (до 30% от массы смолы); по своей вязкости и свойствам близок к высокотемпературному дегтю;

3) пек, являющийся твердым остаточным продуктом перегонки сырой каменноугольной смолы с выделением из нее: легких масел (кипящих до 180°С), фенольной фракции (180—210°С), нафталиновой фракции (210—230°С), антраценового масла (до 360°С); пек— аморфная хрупкая масса черного цвета с характерным раковистым изломом плотностью 1, 25—1, 28 г/см3; состоит из высокомолекулярных углеводородов и их производных, а также свободного углерода (от 8 до 30%);

4) составленные дегти, получаемые сплавлением пеков с дегтевыми маслами (антраценовым или др.) или обезвоженными сырыми дегтями; широко применяются в строительстве, так как, изменяя соотношение между пеком и растворителем (антраценовым маслом), можно получать составленные дегти требуемой вязкости и температуры размягчения.

Свойства дегтей.Средняя плотность каменноугольных дегтей— 1, 25 г/см3. Вязкость дегтей повышается с увеличением количества свободного углерода и твердых смол за счет уменьшения масляной части

дегтя.

Температура размягчения дегтей высоких марок обычно ниже, чем тугоплавких битумов.

Атмосферостойкость дегтевых материалов (толя, толь-кожи и др.) ниже по сравнению с битумными материалами (рубероидом, пергамином и др.). Это объясняется тем, что дегти стареют быстрее, чем нефтяные битумы. В дегтях содержится большое количество непредельных углеводородов, которые подвергаются окислительной полимеризации при контакте с кислородом и водой, воздействии ультрафиолетовых лучей солнечного света. Испарение масел и частичное вымывание водой фенолов ускоряет старение, — дегтевые материалы становятся хрупкими и теряют водоотталкивающие свойства.

Биостойкость м-лов на основе дегтевых вяжущих выше по сравнении. С битумными м-лами. Стойкость против гниения объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола.

Дегтевым бетоном называют искусственный м-л, получаемый в рез-те уплотнения спец подобранной смеси, состоящей из щебня, песка, мин порошка, дегтя и пека. Применяют гл образом в дорожном строит-ве.

По виду вяжущих различают кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы: дегтевые, представляющие смесь каменноугольных и сланцевых дегтей или сплавов пеков с каменноугольными дегтями или дегтевыми маслами; дегтебитумные, состоящие из каменноугольных дегтепродуктов или сланцевых дегтей с нефтяными битумами; гудрокамовые, представляющие собой продукты совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона (гудрокам); дегте-битумно-полимерные, состоящие из нефтяных битумов или каменноугольных дегтепродуктов и полимеров (включая каучуки); резинодегтевые, получаемые в результате совместной переработки старой резины и дегтепродуктов; полимерные.

13. Классификация полимерных материалов, применяемых в строительстве: по виду связующих; по структуре; по физико-механическим свойствам; по отношению к нагреванию; по назначению.

* По виду связующих: 1) на основе синтетических смол (продуктов реакции полимеризации); 2) на основе синтетических смол поликонденсации; 3) на основе хим. модернизированных природных полимеров; 4) на основе природных и нефтяных асфальтов и битумов.

* По структуре: 1) ненаполненные пластмассы (нет наполнителя, пластмассы – это масса может содержать красители, пластификаторы, стабилизаторы); 2) газонаполненные пластмассы (т.е. пористые синтетические смолы – пенно- и поропласт); 3) наполненные пластмассы (с порошковообразным и коротковолокнистым наполнителем); 4) пластические массы составных структур.

* По физико-механическим св-вам: 1) жесткие пластики (это твердые упругие м-лы аморфной структуры с высоким модулем упругости с малым удлинением при разрыве, сохраняющие свою форму при внешних напряжениях; 2) полужесткие пластики (кристаллическая структура со средним модулем упругости (выше 4*103 кг/см2) с высоким относит. и остаточным удлинением при разрыве; 3) мягкие пластики (мягкие, эластичные м-лы, с низким модулем упругости, т.е. не выше 200 Н/см2 и с высоким относит. удлинением и разрывом; 4) эластики (мягкие, эластичные м-лы, с низким модулем упругости, т.е. не выше 200 Н/см2, предающиеся значительным деформациям при растяжении).

* По отношению к нагреванию: 1) термопластичные (хар-ся сп-тью многократно размягчаться при нагревании и при охлаждении – это св-во обусловлено линейным строением молекул (полиэтилена, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полибутан)); 2) термореактивные (при нагревании размягчаются, а затем необратимо отвердевают, не растягиваются в раств-ях, хотя в нек-рых из них могут набухать).

* По назначению: для покрытия полов, погонажные изделия, отделочные санитар. изделия, констр-ые, гидроизоляционные и антикоррозионные (кровельные и герметизир-ые), тепло- и звукоизоляционные.