Органические вяжущие материалы

Сырьем для производства органических вяжущих материалов являются: нефть, каменный уголь, горючие сланцы. Фракционная разгонка такого сырья дает наряду с ценными продуктами - смолообразные остатки. После дополнительной переработки которых получают органические вяжущие. Органические вяжущие должны обеспечивать:

- хорошее обволакивание минеральных частиц;

- хорошее сцепление, позволяющее связывать минеральные частицы в прочный монолит;

- водоустойчивость и стабильность (не изменять своих свойств) в процессе службы в покрытиях.

Битумы бывают природные, нефтяные, сланцевые. Дегти - каменноугольные, торфяные, древесные. По главным строительным свойствам и консистенции органические вяжущие условно делят на следующие группы:

- твердые битумы и дегти при 20...25°С обладают вязко-упругими свойствами, а при 120...180°С приобретают подвижность;

- вязкие битумы и дегти при 20...25°С обладают вязкими и пластичными свойствами, а при 120...180°С приобретают текучесть;

- жидкие битумы и дегти при 20...25°С - текучие. По мере испарения летучих углеводородов затвердевают и приобретают свойства близкие к вязким битумам.

Примерный групповой состав битума:

масла 40...60 %;

смолы 20...40 %;

асфальтены 10...25 %;

карбены и карбоиды 1...3 %.

Масла - вещества светло-желтого цвета. Масла придают вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения.

Смолы - легкоплавные, вязко-пластичные вещества, их содержание в вяжущем обуславливает его растяжимость и эластичность.

Асфальтены - твердые неплавкие вещества с плотностью более 1000 кг/м³. Они обеспечивают температурную устойчивость, вязкость и твердость(хрупкость) битума.

Карбены по составу похожи на асфальтены, но содержат больше углерода, имеют большую плотность и более темный цвет. Их содержание повышает вязкость и хрупкость.

Карбоиды - твердые вещества типа сажи, нерастворимы в органических растворителях.

Парафин - содержание зависит от исходного сырья и должно быть менее 3, 5 %. Большее содержание снижает растяжимость и повышает температуру затвердевания.

Примерный групповой состав каменноугольных дорожных дегтей:

дегтевые масла - 60... 80 %;

смолы - 15...25 %;

нафталин - 7 %;

антрацен - 10 %;

фенолы - 5 % - ядовиты.

Физико-химические свойства органических вяжущих. Реологические свойства (рео - течь) - это наука о течении деформации реальных тел.

Вязкость (вязких и твердых) битумов. Для характеристик вязкости пользуются условным показателем - глубиной проникания стандартной иглы (пенетрацией) при действии на нее груза 100 г в течение 60 с при температуре 25°С. Глубину проникания определяют на пинетрометре. Она выражается в градусах (1° = 0, 1 мм) и обозначается П₂₅. Например, пенетрация дорожного вязкого битума П₂₅ = 40...300°.

Растяжимость битумов определяют с помощью прибора дуктилометра путем растяжения шейки образца, имеющего форму «восьмерки». Это испытание проводят при температуре 25 и 0°С и скорости деформации (растяжения 0, 5 см/мин.)

Д₂₅ > 40 см Д_о > 1...3 см.

Когезия - характеризует прочность межмолекулярных связей. Ее определяют на приборе, состоящем из двух пластинок, склеенных слоем битума толщиной 10 мкм. Когезия зависит от содержания в битуме смол и составляет для вязких битумов от 0, 07 до 0, 3 МПа.

Вязкость, растяжимость и когезия зависят от температуры и группового состава битума, т.е. содержания в битуме масел, смол, асфальтенов.

Чувствительность органических вяжущих к изменению температуры оценивают температурой размягчения и температурой хрупкости.

Температуру размягчения определяют на приборе «кольцо и шар». Кольцо заполняют битумом, на его поверхности укладывают шарик и помещают в подогреваемую водяную баню, по мере размягчения битума шарик опускается на нижнюю полочку прибора. Температура размягчения колеблется в пределах 30...50°С.

Температуру хрупкости определяют на приборе Фрааса. Тонкий слой битума наносится на латунную пластинку и постепенно охлаждается. За температуру хрупкости принимают показания термометра в момент появления первой трещины на битуме при изгибании пластинки. Температура хрупкости дорожных битумов колеблется в пределах от -20 до -50°С. Чем ниже температура хрупкости, тем выше его качество. Асфальтобетонные покрытия более морозостойки, на них меньше образуется трещин.

Сцепление органических вяжущих с каменными материалами (адгезия). Сцепление битума оценивают в зависимости от степени смещения битумной пленки с поверхности минерального материала путем сравнения с фотографиями контрольных образцов, приведенных в ГОСТ. Для более точного определения площади обнаженных от битума минеральных зерен применяются методы адсорбации красителей, меченых атомов и др.