Определение битума. Химический и групповой составы, структура битумов.

Органические вяжущие – сложные коллоидные смолы. К битумным материалам относятся:

• Природные битумы – вязкие жидкости или твердообразные вещества, состоящие из смеси углеводородов и их неметаллических производных: серы, азота кислорода и т.д.

• Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти.

• Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений. Однако в чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.

• Асфальтовые породы – пористые горные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают и применяют в виде асфальтового порошка.

• Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья. В зависимости от технологии производства битумы могут быть:

• остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего отбора их него масел;

• окисленные, получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом);

• крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти.

• Органические вещества наибольшее применение получили в промышленно-гражданском, гидротехническом, дорожном строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных и уплотняющих материалов – асфальтобетона, асфальтораствора.

• Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов.

Состав и свойства битума

Углеводороды, молекулы которых можно разделить на элементарные звенья.

Битумы состоят из полимеров. Молекулярная масса от 400 до 1000, определяет свойства битумов, зависит от степени полимеризации.

Групповой состав битума:

1. Масла ( жидкие углеводороды), плотность <1,0 г/см³, растворяются в бензине, от них зависит текучесть битумов.

2. Смолы, плотность приблизительно 1,0 г/см³, растворяются в бензоле, от них зависит способность к пластичным деформациям.

3. Асфальтены (основная часть битума) >1,0 г/см³, растворяются в хлороформе.

4. Карбены и карбоиды (нерастворимые) < 1% в битуме.

5. Асфальтогеновые кислоты – растворяются в спирте. Поверхностно-активные вещества. От них зависит свойство битума как связующего вещества.

6. Дисперсная система, которая состоит из твердых и жидких компонентов. Дисперсионная фаза – компонент в большом количестве. Остальное – дисперсная фаза.

7. Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов.

8. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума

9. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.

Структура битума

Битум состоит из мицелл (комплексных частиц). Группы углеводородов, входя в состав битумов в различных соотношениях и образуя сложную дисперсную систему, предопределяет их структуру и свойства.

Если в дисперсной системе имеется избыток дисперсной среды, то мицеллы не контактируют между собой свободно перемещаясь. Эта структура характерна для жидких битумов при нормальной температуре и для вязких битумов при повышенных температурах.

При большом количестве мицелл они контактируют между собой, образуя пространственную сетку. Такая структура характеризуется высокой вязкостью и твердостью при высокой температуре.

Свойства битумов

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ на их основе, различны. Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления.

Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Физико-химические свойства. Старение - процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижения гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.