Технологическое описание промышленного получения окисленного битума

3. 2. 2 ТЕМПЕРАТУРА РАЗМЯГЧЕНИЯ

Температура размягчения  битумов — это температура, при  которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое. Методика определения температуры  размягчения условна и научно не обоснована, но широко применяется  на практике. Испытание проводят по ГОСТ 11506—73 методом «кольцо и шар» (КиШ), а также иногда методом Кремер — Сарнова.

Индекс пенетрации — показатель, характеризующий степень коллоидности битума или отклонение его состояния от чисто вязкостного. По индексу пенетрации битумы делят на три группы.

1) битумы с индексом пенетрации менее -2, не имеющие дисперсной фазы или содержащие сильно пептизированные асфальтены (битумы из крекинг-остатков и пеки из каменноугольных смол). Эластичность таких битумов очень мала или практически равна нулю.

2) битумы с индексом пенетрации от - 2 до +2 (остаточные и малоокисленные).

3) битумы с  индексом пенетрации более +2 имеют значительную эластичность и резко выраженные коллоидные свойства гелей. Это окисленные битумы с высокой растяжимостью. [2]

3 .2. 3 ТЕМПЕРАТУРА ХРУПКОСТИ

Температура хрупкости  — это температура, при которой  материал разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки. По Фраасу — это температура, при которой модуль упругости битума при длительности загружения 11 сек для всех битумов одинаков и равен 1100 кГ/см2 (1,0787-108 н/м2). Температура хрупкости характеризует поведение битума в дорожном покрытии: чем она ниже, тем выше качество дорожного битума. Окисленные битумы имеют более низкую температуру хрупкости, чем другие битумы той же пенетрации.

Температура хрупкости  дорожных битумов обычно колеблется в пределах от —2 до — 30 °С. Для ее определения применяют метод, описанный в ГОСТ 11507-78 с дополнением по п. 3.2. [2]

3. 2. 4 ДУКТИЛЬНОСТЬ

Растяжимость (дуктилъностъ) битума характеризуется расстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва. Этот показатель косвенно характеризует также прилипаемость битума и связан с природой его компонентов. Дорожные нефтяные битумы имеют высокую растяжимость — более 40 см. Повышение растяжимости битумов не всегда соответствует улучшению их свойств. По показателю растяжимости нельзя судить о качестве дорожных битумов, так как условия испытания (растяжение со скоростью 5 см/мин) отличаются от условий работы битума в дорожном покрытии.

Растяжимость битумов  при 25 °С имеет максимальное значение, отвечающее их переходу от состояния  ньютоновской жидкости к структурированной. Чем больше битум отклоняется от ньютоновского течения, тем меньше его растяжимость при 25°С, но достаточно высока при 0°С. Битум должен обладать повышенной растяжимостью при низких температурах (0 и 15°С) и умеренной при 25°С.

Методика и устройство прибора для определения растяжимости битумов приведены в ГОСТ 11505—75. [2]

3. 2. 5 ВЯЗКОСТЬ

Вязкость битумов  более полно характеризует их консистенцию при различных температурах применения по сравнению с эмпирическими  показателями, такими, как пенетрация и температура размягчения. Ее легко и в более короткий срок можно измерить при любой требуемой температуре производства и применения битума. Желательно, чтобы битум при прочих равных показателях обладал наибольшей вязкостью при максимальной тем пературе применения и имел как можно более пологую вязкостно-температурную кривую. При температуре ниже 40 °С битум подобен твердообразным системам, при температурах от 40 до 140 °С — структурированным жидкостям, при температуре выше 140 °С — истинным жидкостям. Битумы ведут себя как истинная жидкость, когда их вязкость понижается до 102— 103пз.

Вязкость битумов определяют в вискозиметрах Энглера, Сейболта и Фурола, методом падающего шара, в капилляре Фенске, на ротационном  вискозиметре, реовискозиметре, консистометре и др.

Дорожные битумы разделяют  на вязкие и жидкие.

Вязкие битумы используют в качестве вяжущего материала при  строительстве и ремонте дорожных покрытий. Основное количество таких  битумов вырабатывается вРоссийской Федерации в соответсвии с ГОСТ 22245-90.

Жидкие битумы предназначены  для удлинения сезона дорожного  строительства. В соответствии с  ГОСТ 11955-82 их получают смешением вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями — разжижителями. После укладки покрытия разжижитель постепенно испаряется. [2]

3. 2. 6 РЕОЛОГИЯ

Реология (от греч. rheos — течение, поток), наука о  деформациях и текучести вещества. Реология рассматривает процессы, связанные с необратимыми остаточными деформациями и течением разнообразных вязких и пластических материалов (неньютоновских жидкостей, дисперсных систем и др.), а также явления релаксации напряжений, упругого последействия и т.д.

Реология битумов изучена недостаточно. Основными показа телями, определяемыми при исследовании реологических свойств битумов в диапазоне температур приготовления и укладки смеси, а также эксплуатации покрытия, являются вязкость и деформативные характеристики битума (модуль упругости, модуль деформациии др.). Поведение битума под действием внешних деформирующих сил определяется комплексом механических свойств, к которым относятся вязкость, упругость, пластичность, хрупкость, усталость, ползучесть, прочность. Каждое свойство зависит от температуры и характера напряженного состояния и связанно с межмолекулярными взаимодействиями и наличием структуры. Реологические свойства не должны значительно изменяться при нагреве битума в битумных котлах, приготовлении и укладке смеси и в течение длительного времени службы.

По реологическим свойствам  битумы делятся на три типа:

1)Вещества, течение которых под действием постоянного напряжения сдвига подчиняется закону Ньютона, когда напряжение снимают, наступает состояние неэластичной упругости. Сюда можно отнести вязкие неколлоидные жидкости, неэластичные или слабоэластичные золи.

2) Вещества, у которых  при постоянном напряжении сдвига скорость сдвига после начала деформации снижается и через некоторое время становится почти постоянной, когда напряжение снимают, эластичность частично восстанавливается, коллоидное состояние биту мов этого типа золь-гель.

3) При постоянном напряжении  сдвига в начале деформации  скорость течения снижается до минимума, а затем повышается, если приложенное напряжение сдвига больше некоторого определенного значения, после того как напряжение снято, упругость восстанавливается, битумы этого типа имеют структуру геля. [2]

3. 2. 7 РАСТВОРИМОСТЬ

В основе большинства  существующих методов анализа битумов  лежит различие в растворимости их компонентов в ряде органических растворителей. Впервые деление, основанное на этом принципе, предложил Ричардсон, раз деливший битумы на растворимые в бензине мальтены и нерастворимые в этом растворителе асфальтены. Впоследствии Маркуон с помощью адсорбции на фуллеровой земле разделил мальтены на масла и смолы. В основном эта методика сохранилась и до настоящего времени, но появилось большое количество ее разновидностей, позволяющих получить более узкие, но менее представительные фракции. [2]

 

3. 3 ПРИМЕНЕНИЕ И ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ

Применение  битума как одного из наиболее известных  инженерно-строительных материалов основано на его адгезионных и гидрофобных свойствах. Область применения битума достаточно широка: он применяется при производстве кровельных и гидроизоляционных материалов,  в резиновой промышленности, в лакокрасочной и кабельной промышленности, при строительстве зданий и сооружений и т.д.  Кровельные битумы применяют для производства кровельных материалов. Их разделяют на пропиточные и покровные (соответственно для пропитки основы и получения покровного слоя). Изоляционные битумы используют для изоляции газопроводов с целью защиты их откоррозии.

В настоящее  время области использования  чрезвычайно широки. Достаточно назвать:  

дорожное строительство,  

изготовление  кровельных материалов, 

применение  в лакокрасочной и кабельной  промышленности, 

строительство зданий и сооружений, прокладку нефтепроводов и др.

Основным сырьем для производства являются остаточные продукты переработки нефти: гудроны, асфальты деасфальтизации, экстракты селективной очистки масляных фракций. Использование природного битума крайне незначительно.

Главным же приобретателем битума является дорожное строительство (около 90 %), в первую очередь, из-за того, что нефтяной битум является самым дешевым и наиболее универсальным материалом для применения в качестве вяжущего при устройстве дорожных покрытий. Использование битумов в дорожном строительстве позволяет покрытию дорог выдерживать повышенные статические и динамические нагрузки в широком интервале температур при сохранении длительной жизнеспособности и погодоустойчивости.

Вязкие битумы, применяемые в дорожном покрытии, используются как вяжущее между  каменными материалами. Долговечность  дорожного покрытия во многом зависит от марки применённого битума и его качества. При строительстве и ремонте дорог битум может быть разжижен растворителем (керосиновая фракция). Разжиженные битумы разделяются на быстро-, средне- и медленно затвердевающие марки. Для предварительной обработки поверхностей применяют битумные эмульсии, которые готовят с применением коллоидных мельниц, добавляя к битуму воду и эмульгаторы.

Более подробно рассмотрим битумы различного назначения. [2]

 

Дорожный битум

Качество дорожного  битума в основном определяет долговечность дорожных покрытий. Появление трещин на дорожном покрытии означает, что оно на 85% исчерпало срок службы. Установлено, что показатель «температура хрупкости» битума характеризует время до начала интенсивного трещинообразования дорожного полотна, так как его определение показывает наиболее опасное состояние дорожного покрытия при резких перепадах температур в  зимнее время. Соотношение физико-химических показателей битумов БНД обеспечивает дорожному покрытию наибольшую сдвигоустойчивость, трещиностойкость, длительную водо- и морозостойкость. [2]

Строительный битум

Битумы строительных марок БН, применяемые для гидроизоляции  фундаментов зданий, отличаются малой  пенетрацией и дуктильностью  и высокой температурой размягчения (от 37 до 105 0С), т.е. они тугоплавкие и твёрдые. Строительный битум нормируется по ГОСТ 6617 – 76

Строительный  битум – это сложная смесь  углеводородов и гетероорганических соединений разнообразного строения. Особая структура вещества, придает  ему важные свойства, способствующие эффективному использованию в самых различных областях строительства. 

Строительный битумы БН 90/10 и БН 70/30 находят применение в  таких процессах, как гидроизоляция  бетонных сооружений и фундаментов, газопроводов различного назначения, предварительное огрунтование оснований под мягкую кровлю, кроме того, эти марки активно используется в процессе изготовления битумных лаков, битумных мастик, битумного праймера, гидростеклоизола и некоторых других строительных материалов.  

Битум строительный ( в т.ч. Битум строительный БН 90/10) является одним из наиболее известных и важных строительных материалов. Благодаря своим адгезионным и гидрофобным свойствам строительный битум находит широкое применение в дорожном строительстве, изготовлении кровельных материалов, прокладке нефтепроводов, при битумной гидроизоляции фундаментов зданий и сооружений. Битум строительный  (в т.ч. Битум БН 90/10) представляет собой сложную смесь углеводородов и гетероорганических соединений разнообразного строения, в основном не выкипающую при температурах перегонки черного золота. Определение всех составляющих битум соединений невозможно. Групповой состав битума предопределяет его коллоидную структуру и реологическое поведение и тем самым - технические свойства, которые характеризуются условными показателями качества, определяемыми в стандартных условиях. Среди этих показателей важнейшие: пенетрация (глубина проникания иглы в битум), температуры размягчения и хрупкости, дуктильность (растяжимость) - способность битума растягиваться в нить. Некоторые показатели определяют как для исходного битума, так и для битума после прогрева, который имитирует процесс старения. Стандартами задаются определенные значения показателей качества, что отражает оптимальный состав битума. Этот состав может быть различным для разных областей применения битумов: от гидроизоляции битумной до ремонта и устройства кровли.[2]

 

3. 4 ВИДЫ БИТУМА

Битум обладает хорошими адгезионными и гидрофобными свойствами, широко используются в дорожном строительстве, изготовлении кровельных материалов, прокладке трубопроводов, а также гидроизоляции от подземных вод различных зданий и сооружений различных типов, а в основном для гидроизоляции их фундаментов. Битум - остаточный продукт переработки нефти, каменного угля, и сланцев. Технический битум по составу похож на естественный битум.

Использование его адгезионных и гидрофобных  свойств позволяет широко его  применять в дорожном строительстве  для выпуска асфальтобетона, в  большом количестве битум нефтяной перерабатывается на заводах, выпускающих разнообразные кровельные материалы, из него производятся гидроизоляционные материалы для фундаментов, кровель, подземных трубопроводов. Состав битума определяет его технические свойства, оговоренные действующими стандартами. Важнейшими показателями для определения области применения битума являются его пенетрация (глубина проникновения стандартной иглы в битум), температура размягчения, дуктильность (растяжимость) – способность битума растягиваться в одну нить. В зависимости от числовых значений этих параметров, регламентированных действующими стандартами, битум разделяется на битум дорожный и битум строительный.