Органические вяжущие

Органические
вяжущие
План лекции
 Классификация и назначение
 Битумные и дегтевые вяжущие
 Кровельные и
гидроизоляционные материалы
 Мастики и эмульсии
 Асфальтовые бетоны
1. Классификация и
назначение
 Органические вяжущие делят на
битумные и дегтевые.
 К битумным относят:
Природные битумы
 вязкие жидкости или твердообразные
вещества, состоящие из смеси
углеводородов и их неметаллических
производных.
 Они образуются в результате
естественного процесса
окислительной полимеризации нефти.
 В чистом виде встречаются редко,
чаще содержатся в осадочных горных
породах.
Асфальтовые породы
 пористые горные породы
(известняки, доломиты, песчаники,
глины, пески), пропитанные
битумом.
 Из них или извлекают битум, или
их размалывают и применяют в
виде асфальтового порошка.
Нефтяные
 (искусственные) битумы получаемые
переработкой нефтяного сырья, могут
быть:
 остаточные, получаемые из гудрона
путем глубокого отбора масел;
 окисленные, получаемые окислением
гудрона;
 крекинговые, получаемые
переработкой остатков крекинга
нефти.
Гудрон
 остаток отгонки из мазута
масляных фракций.
 Основное сырье для получения
нефтяных битумов.
Дегтевые вяжущие
 К ним относят различные виды
дегтя и пеки.
Битумные вяжущие
Элементарный состав:
 (70-80)% углерода,
 (10-15)% водорода,
 (2-9)% серы,
 (1-5)% кислорода,
 (0-2)% азота.
Вещественный состав
 Химические элементы находятся
в битуме в виде углеводородов и
их соединений с серой,
кислородом и азотом.
 Соединения, образующие битум,
подразделяют на 3 группы:
твердая часть, смолы и масляные
фракции.
Твердая часть
 высокомолекулярные углеводороды и
их производные с молекулярной
массой 1000-5000, плотность более 1
– "асфальтены".
В них содержатся:
 карбены, растворимые только в CCl 4 ;
 карбоиды, нерастворимые в маслах и
летучих растворителях;
 твердые углеводороды – парафины.
Смолы
 аморфные вещества темнокоричневого цвета с
молекулярной массой 500-1000 и
плотностью около 1.
Масляная фракция
 различные углеводороды с
молекулярной массой 100-500 и
плотностью менее 1.
Строение битума
 коллоидная система, в которой
диспергированы асфальтены, а
дисперсионной средой являются
смолы и масла.
Влияние структуры на
свойства битума
 Повышение содержания асфальтенов
и смол влечет за собой возрастание
твердости, температуры размягчения
и хрупкости битума.
 Увеличение содержания масел,
которые частично растворяют смолы,
делают битум мягким и легкоплавким.
 Снижение молекулярной массы
масел и смол также повышает
пластичность битума.
 Парафин ухудшает свойства,
повышает хрупкость при
пониженных температурах,
поэтому стремятся, чтобы его
содержание было не более 5%.
Перевод битумов в
рабочее состояние
 нагревание до (140…170) оС;
 растворение в растворителях
(зеленое нефтяное масло,
лакойль и др.);
 эмульгирование.
Свойства битумов
Физические свойства
 гидрофобность,
 атмосферостойкость,
 растворимость в органических
растворителях,
 повышенная деформативность,
 размягчение при нагреве.
 Плотность 0,8…1,3 г/см3;
 Теплопроводность 0,5…0,6
Вт/(моС);
 теплоемкость 1,8…1,97 кДж/кгоС.
 Температурный коэффициент
объемного расширения при 25 оС
от 510-4 до 810-4 С-1.
 Потеря массы при нагреве при
160оС в течение 5 ч не более 1%;
 Температура вспышки
(230…240)оС.
 Водостойкость характеризуется
содержанием водорастворимых
соединений (в битуме не более
0,2…0,3% по массе).
 Электроизоляционные свойства
используются при устройстве
изоляции электрокабелей.
Физико-химические
свойства
 Поверхностное натяжение битумов
при (20…25)оС составляет (25…35)
эрг/см2.
 Прочные хемосорбционные связи
битум образует с наполнителем из
известняка, доломита с большим
количеством адсорбционных центров в
виде катионов Са2+ и Mg2+.
Старение
 Повышение хрупкости и снижение
гидрофобности.
 Ускоряется под действием
солнечного света и кислорода
воздуха.
Реологические свойства
 Жидкие битумы со структурой типа
золь ведут себя как жидкости, течение
которых подчиняется закону Ньютона.
 Твердые – структура типа гель,
относятся к вязкоупругим материалам.
 Для описания процесса
деформирования используют
реологическую модель Максвелла.
Химические свойства
 Химическая стойкость битумов к действию
агрессивных веществ:
- щелочей (с концентрацией до 50%);
- соляной кислоты(до 25%);
- уксусной кислоты (до 10%).
 Менее стоек к атмосфере, содержащей
оксиды азота.
 Растворяется в органических
растворителях.
Физико-механические
свойства
 Марку битума определяют по:
- твердости;
- температуре размягчения;
- растяжимости.
 Марку битума выбирают в зависимости от
назначения:
- строительные;
- кровельные ;
- дорожные.
Определение твердости
(пенетрации)
 Прибор –
пенетрометр.
 Твердость
определяется по
глубине
проникновения в
битум иглы (в
десятых долях
мм)
Температура размягчения
 Прибор – «кольцо и
шар» (КИШ).
 Определяется по
температуре воды,
при которой битум
размягчается, и
шарик под
собственным весом
проходит через
кольцо заполненное
битумом.
Определение растяжимости
(дуктильности)
 Прибор – дуктилометр.
 Растяжимость характеризуется абсолютным
удлинением (см) образца битума (в виде
восьмерки) при температуре 25 оС.
Марка
Глубина
Темпер.
Растяжимость
проникновения
размягчения
при 25оС, не
о
иглы при 25 С,
о
не ниже, С
менее, см
10-1 мм
Строительные битумы
БН 50/50
50
41…60
40
БН 70/30
70
21…40
3
БН 90/10
90
5…20
1
Кровельные битумы
БНК 45/189
40…45
140…220
БНК 90/40
85…95
35…45
БНК 90/30
85…95
25…35
Не
нормируется
Дегтевые вяжущие
Деготь
 Это густая вязкая масса чернокоричневого цвета.
 Образуется при нагревании без
доступа воздуха каменного и
бурового углей, горючего сланца,
торфа, древесины.
 В строительстве применяют
каменноугольные дегти,
получаемые в коксохимическом
производстве.
 Из 1 т угля получают 700…750 кг
кокса, 300…350 м3 коксового газа,
12…15 л бензола, до 3 кг аммиака
и 30…40 кг сырой каменноугольной
смолы.
Деготь подразделяют на:
 сырой каменноугольный деготь:
а) низкотемпературный, получаемый
при (500…600)оС;
б) высокотемпературный, получаемый
при (1000…1300)оС;
 отогнанный деготь;
 пек;
 составные дегти (пек + дегтевое
масло).
Свойства дегтей и пеков
 Плотность:
- дегтя (0,96…1,09) г/см3;
- пека (1,19…1,3) г/см3.
 Температура размягчения (50…60)оС.
 Атмосферостойкость дегтевых
материалов (толь) ниже битумных
(рубероид).
 Биостойкость дегтевых материалов
выше битумных из-за токсичности
фенола.
Кровельные и
гидроизоляционные
материалы