Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и ее асфальто-смолистых остатков

1. Классификация органических вяжущих.

Общая классификация органических вяжущих материалов по генезису приведена на рис. 1.

I. По виду сырья органические вяжущие делятся на битумы и дёгти.

Битумы могут быть природными, нефтянымиисланцевыми.

1. Природные битумы находятся в природе почти в чистом виде или извлекаются из асфальтовых горных пород.

2. Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и ее асфальто-смолистых остатков

3. Сланцевые битумы образуются при переработке продуктов перегонки битуминозных (горючих) сланцев

Дегти могут быть каменноугольными, торфяными и древесными и являются продуктами сухой перегонки соответственно каменного угля, торфа или древесины.

II. По консистенции при нормальной температуре и связанными с ней главнейшим строительным свойствам битумы и дёгти могут быть твёрдыми, вязкими и жидкими

1. Твёрдые битумы и дегти (пеки) при температуре 20...25°С обладают упругими и хрупкими свойствами и приобретают подвижность и текучесть при достаточно высокой температуре - от 180 до 200°С.

2. Вязкие битумы и дегти при температуре 20...25 'С являются полутвердыми вязко-пластичными материалами с незначительной упругостью, которые приобретают подвижность при температуре 120...180°С.

3. Жидкие битумы и дёгти при температуре 20...25°С представляют собой полужидкие материалы, которые переходят в текуче состояние при температуре 20... 120 С. По мере испарения лёгких фракций, окисления и полимеризации они постепенно загустевают и приобретают свойства вязких (и со временем твердых) битумов и дегтей.

III. По назначению битумы и дёгти подразделяются на

1. дорожные (вязкие и жидкие);

2. строительные (вязкие и твердые);

3. кровельные (вязкие и твердые);

4. изоляционные (твёрдые);

5. специальные (твердые).

 

 

2. Общие свойства органических вяжущих.

Органические вяжущие материалы характеризуются следующими общими основными свойствами:

• их консистенция изменяется в зависимости от температуры;

• обладают хорошим сцеплением (адгезией) с каменным и другим материалом;

• при нагреве до 80... 160 °С они переходят в жидкоподобное (текучее) состояние, легко перемешиваются и объединяются с каменным и другими материалами;

• при понижении температуры до 20...30 °С они загустевают, приобретают упруго-пластичные свойства, что в смеси с каменным материалом приводит к образованию достаточно прочных и устойчивых строительных материалов типа бетона;

• при отрицательных температурах становятся твердыми и хрупкими;

• обладают водоотталкивающими (гидрофобными) свойствами.

• химически стойки (кислотоупорны) и относительно морозоустойчивы

3. Нефтяные дорожные битумы. Их разновидности и области применения.

4. Получение вязких нефтяных битумов. Получение жидких нефтяных битумов.

Нефтяные битумы производят тремя способами:

1 - Атмосферно-вакуумная перегонка сырой нефти, при которой после отгонки топливных и масляных фракции остается гудрон; при перегонке высокосмолистой нефти этот гудрон представляет собой остаточный битум, при перегонке менее пригодных нефтей гудрон является сырьем для производства окисленных битумов

2 - Окисление нефтяных остатков - гудрона, крекинг- остатков - кислородом воздуха является наибрлее распространённым способом производства окисленных битумов.

3 - Компаундирование, или смешение остатков перегонки нефти: битума деасфальтизации с экстрактами, получающимися при селективной (избирательной) очистке масляных фракции или с исходным гудроном

Методы получения жидких битумов.

При прямой перегонке тяжелых малосмолистых нефтеи можно сразу получить жидкие остаточные битумы.

Остаточные жидкие битумы получают также и при крекинг-процессе переработки нефти.

5. Состав нефтяных битумов. Его влияние на свойства битумов.

Групповой состав нефтяных битумов.

Битумы обычно разделяют на следующие группы углеводородов:

· масла - 40...60%

· смолы - 20...40%

· асфальтены - 10...25%

· карбены и карбоиды - 1...3%

· асфальтогеновые кислоты и их ангидриды до 1%

· парафины - до 5%.

 

6.Свойства вязких нефтяных битумов. Область применения.

7. Методы испытания вязких нефтяных битумов.

1.2. Определение глубины проникания иглы

Приборы: пенетрометр, термометр с интервалом измеряемых температур 0…50 ^оС, кристаллизатор с водой, секундомер.

Глубина проникания характеризует вязкость битума, способность сопротивляться прониканию в него другого, более твердого тела. Вязкость битумов определяют на специальном приборе – пенетрометре по глубине проникания иглы в битум при определенной температуре. Для дорожных битумов глубину проникания определяют при 25 и 0 ^оС.

Битум предварительно расплавляют до текучего состояния и наливают его в небольшую медную чашечку диаметром 5,5 см и высотой 4 см и охлаждают при температуре не ниже 18…22 °С в течение 1 ч. Затем чашку с битумом помещают в воду с температурой 25 °С (0 оС) и выдерживают при этой температуре 1 ч (колебания температуры воды в ванне не должны превышать ±0,1°С).

После того как битум приобрел температуру воды (25 или 0 оС), его в кристаллизаторе с водой с такой же температурой 25 (0 оС) помещают на столик пенетрометра и подводят иглу прибора в соприкосновение с поверхностью битума. Опускают кремальеру до верхнего края подвижного стержня и устанавливают стрелку в положение «0», вращая ее по часовой стрелке. Одновременно нажимают на кнопку, давая возможность стержню с иглой свободно опускаться в битум, и включают секундомер (или отмечают время). Свободное погружение стержня должно продолжаться 5 с при определении пенетрации при 25 °С (60 с при 0оС). По истечении этого времени кнопку отпускают.

Между подвижным стержнем и кремальерой образовался зазор, равный глубине погружения иглы. Кремальеру приводят в соприкосновение с верхним краем стержня. Вместе с кремальерой передвигается и стрелка, показывая глубину погружения иглы. Показателем пенетрации служит число делений шкалы (цена деления 0,1 мм).

Опыт повторяют несколько раз, опуская иглу в новых точках поверхности битума, ближе к середине чашки. После каждого погружения иглу очищают от битума бензином и насухо вытирают. Среднее из трех определений дает величину пенетрации битума. Расхождение между результатами отдельных (параллельных) испытаний не должно превышать 5% величины меньшего из них.

Показатель глубины проникания характеризует основное свойство битума – вязкость – и входит в обозначение марки всех видов битумов.

1.3. Определение температуры размягчения

Приборы: прибор "кольцо и шар", термометр с интервалом измеряемых температур 0…100 оС, газовая горелка, секундомер.

Одним из показателей теплоустойчивости битума является температура, при которой он переходит в текучее состояние – температура размягчения битума. Температуру размягчения битума определяют методом, который называют "кольцо и шар".

Кольца, заполненные битумом, вставляют в отверстие среднего диска, а на поверхность битума помещают стальные шарики диаметром 9,53 мм и массой 3,5±0,05 г. Прибор с битумом ставят в стакан, наполненный дистиллированной водой с температурой +5°С, на 15 мин. За это время битум в кольцах приобретает температуру +5°С.

После этого прибор с водой ставят на нагревательный прибор (например, на газовую горелку с асбестовой сеткой) и начинают нагревать со скоростью 5° С в 1 мин.

При нагревании битум начинает размягчаться и под действием веса шарика каплей вытекает из кольца (рис. 1.2 в). Температуру, при которой битумная капля коснется нижней пластинки, принимают за температуру размягчения битума (как среднее арифметическое двух показателей).

Если температура размягчения битума будет выше 80°С, то вместо воды применяют глицерин, и образец выдерживают перед испытанием не при 5, а при 32°С.

1.4. Определение растяжимости

Приборы : дуктилометр, термометр с интервалом измеряемых температур 0…50 о С.

Пластичность битума характеризуется его растяжимостью – способностью вытягиваться в тонкую нить под действием приложенной растягивающей силы.

Величина растяжимости (дуктильности) определяется длиной нити в см, в которую вытягивается битумный образец до разрыва при определенной температуре и скорости вытягивания. Для дорожных битумов растяжимость определяют при 25 и 0 оС.

Окончательный результат определяют как среднее арифметическое испытания трех образцов.

1.5. Определение температуры хрупкости

Приборы: прибор Фрааса, секундомер.

Температуру хрупкости битумов определяют на приборе Фрааса , в котором с помощью твердой углекислоты понижают температуру.

На поверхность латунной пластинки размером 40х20 мм и толщиной 0,15 мм наносят тонкий слой битума (0,4 г битума на пластинку). Приготовленную пробу битума закрепляют в захваты прибора пленкой наружу, помещают в прибор и охлаждают со скоростью 4 оС в минуту. Начиная с температуры 0оС, через каждый 1°С пластинку с битумом изгибают и распрямляют. За температуру хрупкости принимают показания термометра в момент появления первой трещины на битуме при изгибании пластинки. Проводят не менее трех испытаний. Температура хрупкости дорожных битумов колеблется в пределах от -5 до -20°С. Чем ниже температура хрупкости, тем выше качество битума. С таким битумом покрытие более морозоустойчиво, на нем образуется меньше трещин.

1.6. Определение температуры вспышки

Приборы: прибор для определения температуры вспышки,

термометр.

Испытания проводят в открытом тигле, определяя температуру, при которой пары битума, нагреваемого в стандартных условиях, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Этот показатель нужен для установления режима плавления битума и приготовления из него горячего асфальтобетона, мастик и т.п.

Испытание битума ведут в приборе , состоящем из наполненного песком большого тигля, обогреваемого горелкой, и внутреннего тигля, в который наливают расплавленный битум. Во внутренний тигель погружают термометр в вертикальном положении, причем ртутный шарик должен находиться в центре тигля приблизительно на одном расстоянии от дна тигля и от уровня битума.

Прибор и все его части устанавливают и закрепляют в штативе. Наружный тигель нагревают пламенем газовой горелки со скоростью 10 оС в минуту. За 40 оС до ожидаемой температуры вспышки скорость нагревания уменьшают до 4 оС в минуту; за 10 оС до ожидаемой температуры вспышки медленно проводят пламенем зажигательного приспособления по краю тигля на расстоянии 10…14 мм от поверхности битума и параллельно этой поверхности. Длина пламени должна быть 3…4 мм; время продвижения пламени от одной стороны тигля до другой стороны составляет 2…3 с.

За температуру вспышки битума принимают температуру, показываемую термометром при появлении синего пламени хотя бы над частью его поверхности.

1.7. Определение изменения температуры размягчения после прогрева

Приборы: чашки металлические цилиндрические с плоским дном диаметром 128 мм, высотой 15 мм или чашки стеклянные с наружным диаметром 100 мм, шкаф сушильный с терморегулятором, сито металлическое с сеткой№ 07, термометр с интервалом измеряемых температур 0…200 оС, эксикатор, весы лабораторные технические.

Перед испытанием пробу битума при необходимости обезвоживают нагреванием до температуры на 80…100 оС выше температуры размягчения, но не ниже 125 оС и не выше 180 оС, не допуская перегрева, перемешивая стеклянной палочкой. Битум, обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния, процеживают через металлическое сито и перемешивают для полного удаления пузырьков воздуха.

Тщательно вымытые чашки помещают не менее чем на 30 мин в сушильный шкаф при 105±1 оС. Затем чашки охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают с погрешностью не более 0,01 мм.

Битум наливают не менее чем в две чашки (в металлические по 50±0,1 г, стеклянные по 28±0,1 г в каждую) и при осторожном наклоне чашки распределяют его по дну равномерным слоем (приблизительно 4 мм). После охлаждения битума до комнатной температуры в эксикаторе пробы взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

Взвешенные пробы устанавливают на горизонтальную решетку сушильного шкафа, предварительно нагретого до 163±1 оС. Температуру контролируют термометром, ртутный резервуар которого находится на уровне чашек. Во время испытания сушильный шкаф не открывают. Прогрев битума продолжается 5 ч. Так как при установлении проб температура сушильного шкафа понижается, то 5 ч отсчитывают от момента достижения 163 оС. Время достижения заданной температуры не должно превышать 15 мин.

По истечении 5 ч чашки с битумом вынимают из сушильного шкафа, устанавливают в эксикаторе и после охлаждения до комнатной температуры взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

Изменение массы битума после прогрева (Х) в процентах вычисляют по формуле

 

где Х – количество испарившегося разжижителя, %;

m- масса жидкого битума до испытания, г;

m1 - масса жидкого битума после испытания, г.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений.

 

 

8.Свойства жидких нефтяных битумов. Область применения.

9.Методы испытания жидких нефтяных битумов.

В зависимости от скорости формирования структуры жидкие битумы подразделяются на два класса:

- густеющие со средней скоростью, получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами (СГ) и предна значенные для строительства капитальных и облегченных дорожных покрытий, а также для устройства их оснований во всех дорожно-климатических зонах;

- медленногустеющие, получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами (МГ), предназначенные для получения холодного асфальтобетона, а также для строительства дорожных покрытий облегченного типа и оснований во II-IV дорожно-климатических зонах и других целей.

В зависимости от класса и вязкости устанавливаются следующие марки жидких битумов:

-СГ 40/70, СГ 70/130, СГ 130/200;

- МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200;

- МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200.

 

2.2. Определение условной вязкости при 60оС

Приборы: прибор для определения условной вязкости с отверстием 5 мм, секундомер, мерный цилиндр.

Перед испытанием пробу битума, нагретого до подвижного состояния (жидкого битума не выше 60 оС), при необходимости обезвоживают фильтрованием через слой высотой 15…20 мм крупно кристаллической свежепрокаленной поваренной соли или хлористого кальция. Битум, обезвоженный и нагретый до подвижного состояния, процеживают через сито с сеткой № 07 и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха.

Для определения условной вязкости пробу битума охлаждают до комнатной температуры, выдерживают не менее часа, затем нагревают на 2…3 оС выше температуры испытания и наливают в рабочий цилиндр прибора при закрытом затворе до уровня отметки на затворе. Битумы наливают так, чтобы не образовывались пузырьки воздуха. Битум, залитый в цилиндр прибора, хорошо перемешивают термометром.

При достижении температуры испытания с погрешностью не более 0,5 оС из рабочего цилиндра вынимают термометр и быстро поднимают затвор. При сливе битум не должен разбрызгиваться по стенкам мерного цилиндра. В момент, когда уровень битума в мерном цилиндре достигнет отметки 25 см3, включают секундомер. Когда уровень битума достигнет отметки 75 см3, секундомер останавливают и вычисляют время испытания.

За условную вязкость, выраженную в секундах, принимают время истечения 50 см3 битума. За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух определений.

 

Определение количества испарившегося разжижителя

Перед испытанием пробу битума, нагретого до подвижного состояния (жидкого битума не выше 60 оС), при необходимости обезвоживают фильтрованием через слой высотой 15…20 мм крупно кристаллической свежепрокаленной поваренной соли или хлористого кальция. Битум, обезвоженный и нагретый до подвижного состояния. процеживают через сито с сеткой № 07 и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха.

Тщательно вымытые чашки помещают не менее чем на 30 мин в сушильный шкаф при 105±1 оС, затем чашки охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

Испытания проводят в двух чашках. В каждую чашку помещают массу битума, взвешенного с погрешностью не более 0,01 г, толщиной слоя 0,1 мм. Массу битума (m), соответствующую толщине слоя 0,1 см битума в граммах, вычисляют по формуле

Чашки с битумом нагревают на электрической плитке, покрытой асбестовым листом, до температуры текучести (примерно до 40…60 оС), в течение 1…2 мин и при осторожном наклоне чашки битум распределяют равномерным слоем по ее дну.

Чашки с битумом устанавливают на горизонтальную решетку сушильного шкафа или вакуум-термостата, предварительно нагретого до температуры испытания. Температуру контролируют термометром, ртутный резервуар которого находится на высоте чашек. Так как при установлении чашек температура сушильного шкафа или вакуум термостата понижается, то время пребывания чашки с битумом в сушильном шкафу или вакуум-термостате отсчитывается от момента достижения заданной температуры. Время достижения этой температуры не должно превышать 15 мин.

Чашки с битумом выдерживают:

 

- в сушильном шкафу при температуре 100±1 оС 3 ч для марок СГ и 5 ч для марок МГ;

- в вакуум-термостате (остаточное давление не более 4∙103 Па (30 мм рт. ст.) 2 ч для для марок СГ и 3 ч для марок МГ.

По истечении времени выдерживания чашки с битумом вынимают из сушильного шкафа или вакуум-термостата, устанавливают в эксикатор и после охлаждения в течение 30 мин взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

Количество испарившегося разжижителя (Х) в процентах вычисляют по формуле

За результат испытания принимают среднее арифметическое двух параллельных определений. Допускаемые расхождения между двумя определениями не должны превышать 1,5 %.

 

.Определение температуры размягчения остатка после определения количества испарившегося разжижителя.

Температуру размягчения остатка после определения количества испарившегося разжижителя определяют так же, как и температуру размягчения вязких дорожных битумов.

Определение температуры вспышки

Температуру вспышки жидкого битума определяют так же, как и температуру вспышки вязкого битума.

Испытание на сцепление с мрамором или песком

Приборы и материалы: металлические сита с отверстиями размером 2х2 и 5х5 мм, пробирки стеклянные ш32 мм, баня водяная диаметром не менее 110 мм, высотой не менее 160 мм, чехол из кошмы или другого теплоизоляционного материала, весы лабораторные, термометр (до 150 оС ), мрамор белый (содержание СаСО3 не менее 98%, MgСО3 не более 1,5%), песок (SiO2 не менее 98%, размер зерен 0,5…0,8 мм)

Сущность метода заключается в определении способности жидкого битума сцепляться с поверхностью песка или мрамора в присутствии воды (метод Б «активное сцепление»).

Мрамор измельчают, отсеивают через сита фракцию размером от 2 до 5 мм, кусочки с полированной поверхностью отбрасывают. Образцы мрамора или песка промывают дистиллированной водой и сушат при 105…110 оС, песок в течение 2 ч, мрамор - 5 ч. Образец битума обезвоживают осторожным нагреванием до 105 оС при перемешивании стеклянной палочкой. Битум, обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния, процеживают через сито с сеткой № 07.

Для приготовления битумоминеральной смеси в три стеклянные пробирки взвешивают по 8 г мрамора или песка с погрешностью не более 0,1 г; наливают по 10 см3 дистиллированной воды и на ее поверхность добавляют по 0,32 г испытуемого битума, взвешенного с погрешностью не более 0,01 г. Каждую пробирку закрывают стеклянной пробкой, помещают на подставке в водяную баню, накрывают стаканом для обогрева выступающей из воды части пробирки и выдерживают в течение 10 мин. Воды в бане должно быть столько, чтобы накрывающий пробирку стакан касался воды.

Для жидких битумов температуру в бане поддерживают 55…60 оС. По истечении 10 мин пробирку вынимают из бани, быстро помещают в предварительно нагретый чехол из кошмы и интенсивно (140…160 колебаний в 1 мин) встряхивают в направлении большей оси в течение 2 мин. После этого битумоминеральную смесь переносят на стеклянную пластинку.

Для оценки сцепления битума с поверхностью минерального материала битумоминеральную смесь сравнивают с фотографиями контрольных образцов.

Битум считают выдержавшим испытание на «активное сцепление» с мрамором или песком, если после испытания сцепляемость с минеральным материалом не мене двух параллельных образцов не хуже изображения соответствующего контрольного образца.

 

10.Область применения вязких и жидких нефтяных битумов.

Вязкие битумы.

Жидкие битумы.

 

12.Дорожные эмульсии. Получение. Состав. Свойства. Применение.

Приготовление эмульсий.

Для приготовления эмульсий используют нефтяные вязкие битумы марок от БНД 200/300 до БНД 40/60 в зависимости от климатических условий района строительства, конструкции дорожной одежды и способа производства работ, воду мягкую или средней жесткости. В качестве эмульгаторов используют продукты, содержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), в основном анионактивные: высшие органические кислоты (жирные, смоляные, нафтеновые, сульфонафтеновые) или их щелочные соли (мыла). В качестве щелочных веществ применяют едкий натр, жидкое стекло, триполифосфат натрия. Для ЭБК - соляную, уксусную или ортофосфорную кислоту.

Примерный состав анионной эмульсии (ЭБА) приведен в табл. .

Состав эмульсии	%
Битум БНД 130/200	50.. 60%
Асидол мылонафт	1.0
Едкий натр	0.16
Жидкое стекло	0.20
Вода	45.. 50

 

Свойства эмульсий.

 

Применение.

Эмупьсии применяют как вяжущее в различных дорожно- строительных работах:

• при смешении с каменными материалами на дороге и в установке.

• при пропитке и поверхностной обработке,

• в качестве подгрунтовки при асфальтировании

Область применения дорожных эмульсий представлена в табл. 25.

Класс эмульсии	Вид работы
ЭБА-1. ЭБПА-1	Уход за свежеуложенным цементобетоном и цементог- рунтом Подгрунтовка Укрепление откосов земляного полотна Устройство слоев поверхностной обработки
ЭБА-2. ЭБПА-2	Уход за свежеуложенным цементобетоном и цементог- рунтом Приготовление черного щебня и щебеночных пористых смесей из карбонатных пород. Устройство слоев дорожных одежд способом пропитки
ЭБА-3, ЭБПА-3	Приготовление эмульсионно-минеральных смесей плотного состава, в том числе грунтовых, с обязатель­ным введением в смесь 1...2 % извести или 2...3 % цемента Закрепление подвижных лесков Обеспылива­ние Укрепление грунтов верхней части земляного полотна
ЭБК-1. ЭБПК-1	Устройство слоев поверхностной обработки Подгрун­товка
ЭБК-2. ЭБПК-2	Устройство слоев дорожных одежд способом пропитки Приготовление черного щебня и пористых щебеночных смесей Устройство слоев поверхностной обработки Подгрунтовка Ямочный ремонт
ЭБК-3. ЭБПК-3	Устройство тонкослойных шероховатых слоев износа Приготовление плотных эмульсионно-минеральных смесей, в том числе грунтовых

 

14.Битумы нефтяные строительные и кровельные.

15. Каменноугольные дегти. Получение. Состав. Свойства.

16.Старение органичеких вяжущих.

17.Добавки,улучшающие свойства органических вяжущих.

18.Полимербитумное вяжущее (ПБВ).Состав, свойства,применение.

19.Резинобитумное вяжущее. Состав, свойства и применение.