45,46 Вопрос: Битумные и дегтевые вяжущие вещества. Материалы и изделия.

Битумные и дегтевые вяжущие

Битумные и дегтевые вяжущие вещества наряду с полимерами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ. На основе этих вяжущих производят большое количество материалов и изделий для строительства: асфальтовые бетоны и растворы, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, мастики, пасты, эмульсии и некоторые лаки.

 Битумные материалы могут быть как природные, встречающиеся в виде отдельных скоплений или чаще пропитывающие горные породы, так и икс у ест венные, получаемые при переработке нефти. Дегтевые — искусственные материалы, получаемые в заводских условиях при сухой перегонке твердых видов топлива.

Различают следующие группы битумных и дегтевых вяжущих веществ:

• битумные, состоящие из нефтяных битумов или из сплавов нефтяных и природных битумов;

• дегтевые — каменноугольные или сланцевые или сплавы дегтевых масел с пеками; смешанного вида — гудрокамовые (продукты совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона);

• дегте- и битумополимерные, содержащие нефтяные битумы или каменноугольные дегтевые вещества и полимеры. Битумные и дегтевые вяжущие имеют темно-коричневый или черный цвет, поэтому их часто называют «черными вяжущими».

Наиболее широкое применение в строительстве и производстве строительных материалов получили битумные вяжущие и особенно нефтяные битумы, которые в СССР по объему выпуска среди остальных органических вяжущих занимают первое место. Дегтевые материалы применяют ограниченно, так как большинство их служит сырьем для получения разных ценных химических продуктов. К тому же дегтевые вяжущие и материалы на их основе в условиях эксплуатации (под влиянием влаги, кислорода воздуха, солнечной радиации) сравнительно быстро «стареют», становясь хрупкими и малопрочными, обладают неприятным запахом и выделяют вредные для здоровья вещества.

Характеристика вяжущих веществ

Органические вяжущие вещества подразделяются на битумные и дегтевые. Битумные вяжущие вещества представляют собой сложные смеси углеводородов. К битумным вяжущим относятся природные нефтяные битумные и асфальтовые породы. Дегтевые вяжущие вещества — это сырые дегти, дегтевые масла и пеки.

Кроме того, на их основе применяются следующие органические вяжущие: дегте-битумные и битумно-дегтевыё, состоящие из смесей каменноугольных дегтевых веществ или сланцевых дегтей с нефтяными битумами; гудрокамовые, состоящие из продуктов совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона; дегте-битумно-полимерные, состоящие из нефтяных битумов или каменноугольных дегтевых веществ и полимеров (включая каучук). Из этих вяжущих изготовляют кровельные и пароизоляцйонные материалы, кровельные мастики, грунтовки, эмульсии и пасты.

Битумы (ГОСТ 9548—60). Битум может быть как твердым телом, так и густой жидкостью черного цвета с коричневым оттенком. По физическому состоянию (при температуре 18° С) битумы подразделяются на твердые, полутвердые и жидкие.

К положительным качествам битумов Относится их водонепроницаемость, устойчивость в атмосферных условиях, способность прочно сцепляться с деревом, камнем и металлами, быстро наращивать вязкость при остывании, пластичность при положительных температурах. Недостатком битумов является их хрупкость при низких температурах и отсутствие антисептических свойств.

По назначению битумы делятся на дорожные, строительные и кровельные.

В зависимости от исходного сырья битумы бывают природные и нефтяные.

П р и р о д н ы е битумы добывают из асфальтовых пород различными способами: получают из дробленой черной породы при помощи растворителей или выпаривают в воде.

Нефтяные  битумы   получают  как остаток при перегонке нефти.

По способу переработки эти битумы подразделяются на остаточные гудроны, окисленные, крекинговые и экстрактные. По физико-механическим показателям твердые и полутвердые нефтяные битумы должны удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 2.

Нефтяные битумы (ГОСТ 781—68) БН-1, БН-И при нормальной температуре ( + 18° С) мягкие и пластичные; их используют, при; строительстве дорог. Битумы БН-11-V, БН-III и БН-III-V средние по твердости. Применяют их в производстве рулонных кровельных материалов для пропитки картона, а также для приготовления битумных сплавов   (мастик)   с заданной температурой размягчения.

Битумы БН-IVи БН-Y относятся к наиболее твердым; их используют для приготовления сплавов ив производстве рулонных материалов для покровного слоя. Битум БНК-2 применяется в производстве кровельных рулонных материалов для пропитки, а битум БНК-5 — для образования наружного покровного слоя.

Дегти (ГОСТ 4641—49) подразделяются по исходному сырью — на каменноугольные, буроугольные, торфяные, древесные и сланцевые; по способу переработки—на коксовые и газовые.

Коксовые дегти получают в результате коксования исходного сырья. В зависимости от температуры коксования дегти бывают высокотемпературные, получаемые в результате коксования при температуре 900—-1200° С, и низкотемпературное, получаемые в результате полукоксования исходного сырья при температуре 450—600° С.

Газовые дегти получают при газификации топлива в производстве светильного газа.

В строительстве и в производстве кровельных и пароизоляционных материалов в основном применяют каменноугольные и сланцевые дегти.

Каменноугольные и высокотемпературные дегти подразделяются на сырые, (каменноугольные смолы), отогнанные и составленные.

Каменноугольный деготь (или, как называют, сырой деготь) принадлежит к побочным продуктам при производстве кокса. Деготь представляет собой черную или темно-коричневую маслянистую жидкость, которая значительно тяжелее воды. Деготь имеет резкий запах карболки.

Сырой деготь для кровельных работ непригоден. Чтобы улучшить качество сырого дегтя, его очищают, т. е. удаляют из него все легкие вещества и отгоняют воду. Обработанный таким образом деготь: называется отогнанным. Его применяют для окрасочных и наклеечных работ, а также, как составной элемент для приготовления дегтевых мастик.

Дегти составленные получают: при сплавлении пеков с дегтевыми маслами или обезвоженными сырыми дегтями.

Основным механическим свойством дегтя является вязкость, которая быстро падает при повышении, температуры. Пониженная теплоустойчивость дегтя выражена более резко, чем у битума,

Другими характерными свойствами дегтя являются повышенная способность к прилипанию и неустойчивость к процессу старения. Вязкость дегтя обусловлена чисто химическим его строением, а повышенная способность к прилипанию и неустойчивость к процессу старения—содержанием летучих составляющих. Старение' связано с изменением химического состава, с потерей пластичности при пониженных температурах, появлением хрупкости

Дегтевые продукты менее, чем битумы, стойки к солнечной радиации и более гнилостойки.

Каменноугольные дегти :в зависимости от вязкости и других показателей делятся на восемь марок: Д-1, Д-2, Д-3, Д-4, Д-5, Д-6, Д-7 и Д-8. Из них в кровельных материалах используют лишь дегти трех марок: Д-6, Д-7 и Д-8.    ,

Пеки. Каменноугольный пек (ГОСТ 1038—65) представляет собой, остаточный продукт после отгонки из сырого дегтя всех испаряющихся веществ и масел. Пек —твердое вещество, черного цвета с плотностью 1,25—1,28. Для приготовления мастик промышленность выпускает пек двух марок: мягкий пек с температурой размягчения 55—65° С и средний пек с температурой размягчения 77—90° С. Твердость пека зависит От содержания в нем антраценового масла

Пек (точнее пековая пыль) и пары сырого дегтя оказывают вредное действие на слизистую оболочку и кожу рабочих, а при продолжительном действии могут вызвать серьезные заболевания. Поэтому при работе с пеком необходимо снизить пылеобразование, опрыскивая его водой. Работать с пеком нужно в рукавицах и респираторах.

В производстве кровельных работ часто пользуются составленными вяжущими веществами, например из сплава среднего пека с малоиспаряющимся антраценовым маслом, из смеси сырого каменноугольного дегтя с пеком.

Каменноугольная смола (ГОСТ 4492—69). Этот продукт получают в процессе коксования угля. Из смолы получают каменноугольные масла. Плотность смолы при температуре 20 °С 1,15—1,2; содержание влаги не более 4%.

Приемка, транспортирование и хранение вяжущих веществ. На таре или упаковке, материала должно быть обозначено: название завода-изготовителя, наименование материала и его марка. На каждую партию материалов изготовитель обязан выслать в адрес потребителя паспорт с указанием: завода-изготовителя и его адреса; названия материала и его марки; номера и даты выдачи паспорта; номера партии и ее массы; даты отправки партии.

Материалы при перевозке защищают от повреждений и атмосферных воздействий, хранят в закрытых складах или под навесом в рассортированном виде.

Полутвердые битумы (дорожные и кровельный БНК-2), каменноугольные дегти (кроме Д-1), сланцевые и жидкий пек транспортируют в бункерных полувагонах, автоцистернах, в бочках (деревянных и стальных) и контейнерах. Материалы, доставленные в таре, хранят под навесом, а поступающие в транспортных емкостях — в закрытых хранилищах.

Битумы строительные и кровельный БНК-5 упаковывают в бочки, барабаны, бумажные мешки. Битумы, выпускаемые без упаковки, транспортируют в вагонах, на платформах и автотранспортом. Материалы, доставленные на склад в таре или навалом, хранят под навесом.

Определение основных свойств вяжущих веществ

Основными характеристиками битумных и дегтевых вяжущих веществ являются температура размягчения, твердость и растяжимость.

Температуру размягчения определяют на приборе «кольцо и шар» (2, а, б, в). Для этого образец испытываемого вяжущего расплавляют, обезвоживают, процеживают через проволочную сетку с ячейками 0,5X0,5 мм. Затем полученной жидкостью заливают два кольца 1 и 8 прибора «кольцо и шар».

Кольца при заливке устанавливают в горизонтальное положение на куске гладкого стекла, поверхность которого покрывают тонким слоем талька, смешанного с глицерином

Битум заливают так, чтобы он возвышался над кольцами на 1,5—2 мм. После этого кольца охлаждают при температуре 20±5° С в течение 30 мин, а затем излишки сплава срезают острым горячим ножом заподлицо с краями колец.

В таком виде кольца вставляют в гнезда средней полки 2 и штатив 4 устанавливают в сосуд 6. При этом учитывают следующее. Если предполагаемая температура размягчения битума или пека ниже 80° С, то штатив с кольцами в течение 15 мин выдерживают в сосуде, залитом свежей кипяченой водой с температурой 5° С. Если предполагаемая температура размягчения испытываемого образца выше 80° С, то штатив с кольцами выдерживают в сосуде, залитом глицерином с температурой 32° С*

Через 15 мин штатив с кольцами извлекают из сосуда и в отверстие в полке вставляют термометр 5 так, чтобы он своим нижним концом оказался на уровне колец. В центре каждого залитого кольца укладывают по одному стальному шарику 3 (массой 3,5 г).

После такой подготовки штатив с кольцами и шариками снова вводят в сосуд с водой или глицерином. Сосуд ставят на плитку чтобы плоскость колец при нагревании сохранялась в горизонтальном положении на весь период нагревания.

Нагрев проводят так, чтобы температура жидкости в сосуде после первых трех минут повышалась со скоростью 5±0,5°С в мин.

Для определения твердости вяжущего, кроме пенетрометра, нужна металлическая чашка 19 для вяжущего и игла 18. Чашка должна быть цилиндрической формы диаметром 55 и высотой 35 мм с допусками ±1 мм. Иглу берут круглого сечения диаметром 1,1 ММ-±0,01' мм и длиной 50,8±.0,1. мм. Один конец иглы должен иметь конусность на длину 6,35, .мм с, углом заточки в пределах %О0—;; —9°40'. Игла должна быть закалена и отполирована, а острие конуса иглы затуплено до диаметра,0,15 мм с допуском ±0,01 мм.

При определении глубины проникания первоначально вяжущее в металлическом сосуде расплавляют и обезвоживают. Далее, процедив через сетку, его размешивают до исчезновения пузырьков "воздуха. Расплавленное вяжущее заливают в чашку 19 так, чтобы она заполнилась на 30 лш, затем чашку с вяжущим до испытания помещают в водяную, ванну с температурой 20° С и оставляют в ней на 1 ч. После этого чашку извлекают из ванны, опускают в сосуд 20 (кристаллизатор) и. заливают его водой с температурой 25° С с таким расчетом, чтобы уровень воды оказался выше уровня битума не, менее чем на 10 мм. В таком виде, сосуд устанавливают на столике 21 штатива//.,

Острый конец иглы подводят к поверхности битума, опускают, контактную рейку 12 до верхнего торца иглодержателя /5 и нуль вращающегося циферблата 14 совмещают.со стрелкой 13. Затем одновременно пускают секундомер и нажимают стопорную кнопку 16, предоставляя игле возможность свободно опускаться в испытуемый образец в течение 5 сек, По положению стрелки отсчитывают расстояние, пройденное иглой за 5 сек.

Для удаления прилипшего к игле вяжущего ее после каждого погружения протирают тряпочкой, смоченной в бензоле.

Определение глубины проникания повторяют три раза в разных местах поверхности вяжущего, отстоящих один от другого и от борта чашки не менее чем на 10 мм; окончательную величину глубины проникания иглы получают делением суммы  всех показаний на три

Растяжимость вяжущего: Определяют при помощи дук-тилометра (3). При этом испытании образец вяжущего, приготовленный, в виде восьмерки, растягивают и измеряют длину нити в момент, ее разрыва. Испытание выполняют при температуре 25° С и скорости-растягивания 50 мм в минуту.

Вяжущее подготовляют так же, как и в предыдущих случаях при определении температуры размягчения и глубины проникания. Его заливают в формы 2 и 7 от одного конца формы, к другому до тех,, пор, пока вяжущее не переполнит форму на 1,5—2 мм выше края. Предварительно, формы укладывают на гладкое стекло. Формы с вяжущим # охлаждают при температуре 18—20° С в течение Ш мин. После этого излишек вяжущего срезают острым горячим ножом.

Образцы вяжущего в формах, не снимая со стекол, помещают на 9Q мин в водяную, баню или дуктилометр при температуре воды 25±0,59С так, чтобы она покрывала вяжущее не менее чем1на 25 мм. Затем образцы в формах снимают со стекла и помещают в сосуд / дуктилометра, закрепляя их кольцами на штифтах салазок 9. После закрепления боковые части формы, 7 удаляют., При этом вода должна покрывать; все образцы, помещенные, в сосуд, не менее чем на 25 мм. Температура воды в сосуде на весь период измерения должна быть равна 25°±0,5° С.

Укрепленные образцы вяжущего 12 растягивают с помощью электродвигателя 5 таким образом, чтобы салазки, 9 продвигались со скоростью 50 мм в минуту.. Длина нити образца вяжущего 12, замеченная по линейке 10 в момент разрыва, принимается за искомую растяжимость1 вяжущего.

Для каждого вяжущего растяжимость определяют трижды и подсчитывают среднее значение.

Растворители

Растворители — это органические жидкости, применяемые для растворения различных органических веществ: битумов, пеков, масел.

Растворители способствуют повышению текучести растворяемого материала и более простому выполнению технологических операций. Они сравнительно быстро и полностью улетучиваются, после чего восстанавливаются первоначальные свойства и структура растворяемого материала. Растворители должны испаряться из пор материала при обычных температурах воздуха.

По физическим свойствам растворители делятся на легколетучие (бензин), среднелетучие (керосин) и труднолетучие (соляровое, антраценовое, зеленое масла). Растворители в большинстве случаев — легкоподвижные характерно пахнущие жидкости.

Растворимость бывает лучше, если растворимое вещество и растворитель имеют сходное строение и свойства. Например, нефтяные битумы хорошо растворяются бензином, соляровым маслом, т. е. продуктами, получаемыми также из нефти. Дегти и пеки хорошо растворяются продуктами, получаемыми из каменноугольных смол и дегтей,— креозотовым или антраценовым маслом.

Для растворения битумных вяжущих используют следующие вещества.

Солярное масло (ГОСТ 1666—51)— продукт прямой перегонки нефти с плотностью не более 0,88. Такое масло содержит больше легких соединений, которые ускоряют растворение и проникание масла в толщу склеиваемых материалов. Это в свою очередь  обеспечивает быстрое нарастание прочности  приклеивания.

Бензин (ГОСТ 8505—57) — продукт прямой перегонки нефти, летуч.

Керосин (ГОСТ 1842—52)—жидкость светло-желтого цвета — продукт прямой перегонки нефти; имеет характерный запах, плотностью 0,82.

Уайт-спирит (ГОСТ 3134—52) — подвижная жидкость с плотностью 0,78; получают его при перегонке нефти.

Ксилол (ГОСТ 9410—71) жидкость с острым запахом, добывают из каменноугольной смолы или нефти.

Л а кой ль (ГОСТ 3540—-47) —- маслянистая зеленовато-коричневая жидкость, смесь полимеризованных углеводородов пиролиза нефти и кислого гудрона.

Сольвентнафта  (ГОСТ 10214—62) — получают из бензол после отгонки из него ксилола.

Растворителями дегтевых вяжущих служат следующие про дукты.

Креозотовое масло — продукт разгонки дегтей; состоит из смеси    фенолов    и     ароматических    углеводородов;     плотность 1,06—1,09.

Антраценовое масло (ГОСТ 1720—62)—продукт разгонки дегтей, состоящий из таких же углеводородов, как и креозотовое масло; плотность 1,08—1,12

Растворители хранят в подземных складах в резервуарах (бидонах, бочках, бутылях). Небольшие бидоны и бутыли с растворителями устанавливают на стеллажах пробками вверх. Транспортируют растворители в той же таре, в которой их хранят на складе.