РОЗДІЛ 9. Бітумні та дьогтеві в'яжучі речовини та асфальтові бетони

Бітумні і дьогтеві в'яжучі належать до класу органічних в' яжучих речовин, які мають в'яжучу здатність і складаються, як пра­вило, із високомолекулярних органічних сполук. На відміну від міне­ральних, органічні в'яжучі твердіють не внаслідок взаємодії з водою, а в результаті складних фізико-хімічних процесів структуроутворення, окислення, полімеризації, тощо. Найбільше значення мають дві групи органічних в'яжучих: ті, що виготовляються після перегонки природ­них органічних речовин (бітумні і дьогтеві продукти), та ті, що утво­рюються синтезом із низькомолекулярних сполук (синтетичні поліме­ри). Для органічних в' яжучих є характерною висока водо- та хімічна стійкість, клеюча здатність і пластичність.

У будівництві органічні в'яжучі застосовують для гідроізоля­ційних, антикорозійних, зносостійких покрить, у вигляді герметиків, тощо.

9.1. Бітумні та дьогтеві в'яжучі

Бітуми являють собою суміші високомолекулярних вуглево­дів та їх неметалевих похідних. Природні бітуми утворюються внаслі­док окислення нафти: вони звичайно просочують пористі гірські по­роди. Із цих, так званих асфальтових, гірських порід бітум вилучають за допомогою органічних розчинників. У будівництві розповсюджені штучні або нафтові бітуми - залишкові продукти перегонки нафти, що утворюються після виходу масла із мазуту або гудрону. Для підви­щення в'язкості залишкові бітуми окислюють повітрям при темпера­турі 180...280^оС.

Основними компонентами бітумів є масла, смоли й асфальтени. Масла та розчини смол є рідким середовищем, у якому дисперговані тверді асфальтени - кристалічні речовини з молекулярною масою по­над 5000. Бітуми належать до високодисперсних колоїдних речовин. Їх агрегатний стан та основні властивості залежать від співвідношення масла, смол та твердих компонентів, а також від температури.

Основними якісними показниками бітумів та дьогтів є в'язкість, деформативність та теплостійкість. Із зростанням вмісту масел знижу­ється в'язкість, зростає деформативність та зменшується температура розм'якшення. Смоли обумовлюють в'яжучі властивості бітумів, на­дають їм пластичність, збільшують клеючу (адгезійну) здатність. Ас­фальтени у бітумах та вільний вуглець у дьогтях підвищують темпе­ратуру розм'якшення і твердість.

В' язкість рідких бітумів визначається віскозиметрами за часом витікання проби крізь отвори діаметром 5 або 10 мм при постійній температурі (30 або 50⁰С). У напівтвердих і твердих бітумів в'язкість умовно оцінюють за глибиною проникнення голки певного діаметра при температурі 25⁰С у градусах пенетрації (градус складає 0,1 мм).

Деформативність бітумів характеризується розтягненістю (дук­тильністю) - здатністю витягуватись у нитку. Якщо більше розтягне­ність, то буде й вище пластичність бітуму.

Тверді бітумні матеріали, як і інші речовини аморфної будови, не мають певної точки плавлення, а характеризуються температурою розм'якшення, яка визначається на стандартному приладі "Кільце і куля". Температура розм'якшення фіксується під час вичавлювання розрідженого бітуму із кільця під дією кульки.

За необхідністю визначаються також інші властивості бітумів - температура спалаху, крихкість, розчинність, тощо. Основні властиво­сті бітумів мають взаємозв'язок. Так, при зростанні пенетрації (глиби­ни проникнення голки) зростає розтягненість і знижується температу­ра розм'якшення, а при зменшенні - навпаки.

Бітумні в'яжучі є гідрофобними матеріалами, вони не змочу­ються і не розчиняються у воді. Середня густина їх 0,9... 1,3 г/см. Їх пористість дуже низька, а водостійкість висока, тому вони з успіхом використовуються як основний компонент гідроізоляційних матеріа­лів з високою водонепроникністю.

Бітуми й дьогті хімічно інертні до водневих розчинів мінераль­них солей і кислот, що дозволяє широко їх застосовувати у будівницт­ві для антикорозійного захисту. Агресивну дію цим матеріалам мо­жуть надати концентровані луги й кислоти з високою окислюючою здатністю.

Для бітумів, як і для інших органічних в'яжучих, є характерною здатність до старіння, сутність якого полягає у підвищенні крихкості і зменшенні тріщиностійкості внаслідок послідовного окислення ком­понентів під дією атмосферних факторів.

В залежності від призначення розрізняють дорожні, будівельні, покрівельні та ізоляційні бітуми. Вони відрізняються значеннями пе­нетрації, розтягненості і температури розм'якшення (табл. 9.1).

Бітуми застосовують: дорожні - для виготовлення гідроізоля­ційних розчинів асфальтових бетонів, будівельні - для виготовлення асфальтових мастик, бітумно-гумових матеріалів; покрівельні - для отримання покрівельних мастик і рулонних матеріалів; ізоляційні - для захисту підземних трубопроводів.

Дьогті є близькими до бітумів за хімічним складом і власти­востями. Отримують їх шляхом деструктивної (без доступу повітря) перегонки твердих видів палива. У будівництві застосовують відігнані дьогті, що отримують після відгонки із сирого дьогтю (продукт коксу­вання вугілля) летких та водорозчинних компонентів, а також складе­ні дьогті, які отримують змішуванням у варильних котлах пеку й ан­траценового масла (пек - твердий залишок після перегонки сирого дьогтю). Дьогті поділяють на марки в залежності від в'язкості та ін­ших показників.

Таблиця 9.1 Основні властивості нафтових бітумів Марка бітуму Температура розм'якшення, ^0С, Пенетрація 0,1 мм при 25^0С Розтягненість при +25^0С, см,   не нижче не менше Бітуми дорожні в'язкі БНД 200/300   201...300 не нормується БНД 130/200   131...200   БНД 90/130   91...130   БНД 60/90   61...90   БНД 40/60   40...60   Бітуми будівельні БН 50/50   41...60   БН 70/30   21...40   БН 90/10   5...20

 

Позитивною особливістю дьогтів на відміну від бітумів є здат­ність захищати просочені матеріали від загнивання. Разом з тим дьогті більш швидко старіють, менш стабільні при коливаннях температури, токсичні. Підвищена біостійкість і атмосферостійкість досягається при змішуванні бітуму й дьогтю. Дьогтебітумні композиції містять 65...70% бітуму і 25...30% дьогтю. Суттєво поліпшити властивості бі­тумів та дьогтів можна введенням добавок полімерів.

9.2. Асфальтові розчини та бетони

Асфальтові розчини і бетони (асфальто- бетони) - матеріали, які отримують при ущільненні раціонально підібраної суміші бітуму, мінерального порошку і заповнювачів. За­повнювачем є пісок та щебінь або гравій. В асфальтових розчинах (піщаних асфальтобетонах) заповнювачем є тільки пісок.

В залежності від температури суміші асфальтобетони поділяють на гарячі, теплі і холодні. Гарячі вкладають при температурі маси не нижче 120⁰С, теплі - 60 С. Холодні асфальтобетони мають температу­ру маси 25...30⁰С; їх вкладають при температурі навколишнього сере­довища повітря не нижче 10⁰С.

Для отримання гарячих асфальтобетонів застосовують в' язкі бі­туми марок БНД 90/130, БНД 60/90 і БНД 40/60, для теплих - більш м'які або рідкі бітуми, а холодних - тільки рідкі бітуми. Гарячі та теп­лі асфальтобетони виготовляють крупнозернистими (розмір зерен до 40 мм), середньозернистими (до 20 мм), дрібнозернистими (до 10... 15 мм) та піщаними (до 5 мм). Холодні асфальтобетони бувають, як пра­вило, тільки дрібнозернистими або піщаними. В теплих і холодних асфальтобетонах формування структури здійснюється значно повіль­ніше, ніж в гарячих. Для холодних асфальтобетонів є характерною менша міцність та деформативна стійкість, особливо при високих те­мпературах. Позитивною особливістю холодних асфальтобетонів є здатність тривалий час зберігатись у пухкому стані біля 10 місяців.

До заповнювачів асфальтових бетонів ставляться такі ж прибли­зно вимоги, як і до заповнювачів цементних бетонів. Мінеральний по­рошок поліпшує основні властивості асфальтобетонів через зв'язування бітуму і покращення його структури. Як мінеральний по­рошок застосовують тонко помелені карбонатні породи - вапняки, доломіти, також металургійні шлаки, кам'яновугільну золу, цемент­ний пил тощо. При проектуванні складу асфальтобетону необхідно, щоб гранулометричний склад мінеральної частини забезпечував мак­симальну щільність суміші.

Щільні асфальтобетони мають залишкову пористість 2,5...3%, пористі - 5... 10%. За консистенцією суміші під час укладання розріз­няють жорсткі, пластичні та литі асфальтобетони. За виробничим при­значенням асфальтобетони поділяють на дорожні, аеродромні, гідро­технічні, декоративні та інші.

У гідротехнічному будівництві для литої та штукатурної гідро­ізоляції, протифільтраційних екранів, облицювальних покрить засто­совують гарячі щільні гідротехнічні асфальтобетони. Теплі та холодні суміші застосовують для улаштування основ та нижніх шарів покрить. Для улаштування литої та штукатурної гідроізоляції застосовують ас­фальтові розчини, що виготовляються із суміші бітумів, піску та міне­рального порошку. Пісок повинен бути чистим, містити відмулених частинок не більш 3% за масою. Пісок не повинен містити частинок понад 2,5 мм, а вміст частинок дрібніше 0,14 мм не повинен переви­щувати 15%. Модуль крупності піску може складати 1,5...3. Для під­вищення теплостійкості та динамічної міцності до складу штукатур­них асфальтів додають коротковолокнистий азбест та полімерні доба­вки.

Одним з головних показників якості асфальтобетонів є границя міцності при стисканні, вона визначається шляхом випробувань зраз- ків-циліндрів при 0; 20 та 50⁰С. Відношення міцності при нормальній температурі до міцності при 50⁰С характеризує теплостійкість, а до міцності при 0⁰С - деформативну здатність і тріщиностійкість асфаль­тових бетонів при низьких температурах.

Для асфальтобетонів нормуються також водостійкість, водопог- линання й набухання. На відміну від звичайного дорожного, гідротех­нічний асфальтобетон повинен мати високу водонепроникливість, во­достійкість, теплостійкість, хімічну стійкість, еластичність (табл. 9.2).

Таблиця9.2 Вимоги до гідр	ютехнічних асфальтобетонів
Показники	Щільний	Пористий
норма­льний	поліп­шений	норма­льний	поліп­шений
Границя міцності при стисканні, МПа, не менш: при 20^0С при 50^0С	2,5 1,2	1,5	1,6 0,6	2 0,8
Коефіцієнт теплостійкості, не менш		2,5		3,5
Коефіцієнт водостійкості при ви­пробуванні під вакуумом	0,85	0,9	0,75	0,8
Коефіцієнт еластичності	2...3	2...2,8	2...4	2...4
Залишкова пористість, %	1...3	1...2,5	6..20	4..8
Водопоглинання під вакуумом, % об'єму, не більш		1,5	1,5	7,5

 

Вміст бітуму і мінерального порошку в ньому на 1...2% більше, ніж в дорожному.

Асфальтові суміші виготовляють на спеціалізованих підприємс­твах, звідки їх у гарячому, теплому або холодному стані постачають до місця вкладання.

Виробництво гарячих асфальтових сумішей (рис. 9.1) включає сушіння й підігрів до 200⁰С заповнювачів, класифікацію їх на фракції, помел й підігрівання мінерального порошку, плавлення бітуму у вари­льних котлах при температурі біля 170⁰С, дозування й ретельне пере­мішування компонентів. Технологічний процес виготовлення холод­них асфальтових сумішей відрізняється тільки температурним режи­мом.