Какие свойства характеризуют марку битума
Наверх
Битумы применялись в качестве строительного материала еще в
глубокой древности. За 3000 лет до нашей эры в Вавилоне и
Ассирии, расположенных в междуречье Тигра и Евфрата, природный
битум использовали в качестве цементирующего и водоизолирующего
материала.
Органические вяжущие вещества делят на две основные группы:
битумные и дегтевые.
К битумным материалам относятся следующие:
Природные битумы — вязкие жидкости или твердообразные
вещества, состоящие из смеси углеводов и их неметаллических
производных. Природные битумы получились в результате
естественного процесса окислительной полимеризации нефти.
Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений,
образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако природные
битумы 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 могут
быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего
глубокого отбора из него масел; окисленные, получаемые
окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом);
крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при
крекинге нефти.
Гудрон — остаток после отгонки из мазута масляных фракций;
он является основным сырьем для получения нефтяных битумов,
используется в виде связующего вещества в дорожном
строительстве.
К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пеки.
Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества
получили в гидротехническом, дорожном, промышленно-гражданском
строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов,
асфальтобетона, асфальтораствора, уплотняющих материалов.
Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами,
что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов
в соответствии с требованиями современного строительства.
Возникла новая отрасль, производящая гидроизоляционные
материалы (изол, бризол и др.) из вторичного резинового сырья.
Изготовление рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов
осуществляется на полностью механизированных поточных линиях
непрерывного действия.
Состав и строение битумов
Битумы относятся к наиболее распространенным органическим
вяжущим веществам.
Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода
70 – 80%, водорода 10 – 15%, серы 2 – 9%, кислорода 1 – 5%,
азота 0 – 2%. Эти элементы находятся в битуме в виде
углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом.
Химический состав битумов весьма сложен. Так, в них могут
находиться предельные углеводороды от С9Н20 до С30Н62. Все
многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три
группы: твердая часть, смолы и масла.
Твердая часть битума — это высокомолекулярные углеводороды и
их производные с молекулярной массой 1000—5000, плотностью более
1, объединенные общим названием асфальтены”. В асфальтенах
содержатся карбены, растворимые только в СCl4, и карбоиды, не
растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов
могут входить также твердые углеводороды — парафины.
Смолы представляют собой аморфные вещества темно-коричневого
цвета с молекулярной массой 500—1000, плотностью около 1.
Масляные фракции битумов состоят из различных углеводородов с
молекулярной массой 100—500, плотностью менее 1.
По своему строению битум представляет коллоидную систему, в
которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой
являются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в
виде частиц размером 18—20 мкм, являются ядрами, каждое из них
окружено оболочкой убывающей плотности — от тяжелых смол к
маслам.
Свойства битума, как дисперсной системы, определяются
соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и
асфальтенов. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за
собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости
битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают
битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и
смол также повышает пластичность битума.
Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухудшает их
свойства, повышает хрупкость при пониженных температурах.
Поэтому стремятся к тому, чтобы содержание парафина в битуме не
превышало 5%.
Состав определил практические способы перевода твердых
битумов в рабочее состояние: 1) нагревание до 140—170°С,
размягчающее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах; 2)
растворение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное
масло, лакойль и др.) для придания рабочей консистенции без
нагрева (холодные мастики и т. п.); 3) эмульгирование и
получение битумных эмульсий и паст.
Свойства битумов
Физические свойства органических и неорганических вяжущих
веществ и материалов, изготовляемых 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.
Плотность битумов в зависимости от группового состава
колеблется в пределах от 0,8 до 1,3 г/см3. Теплопроводность
характерна для аморфных веществ и составляет 0,5—0,6 Вт/(м•°С);
теплоемкость — 1,8—1,97 кДж/кг•°С. Коэффициент объемного
теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5•10-4 до
8•10-4°С1, причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент
расширения; при пониженных температурах — около 2•104°С-1.
Устойчивость при нагревании характеризуется: 1) потерей массы
при нагревании пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более
1%) и 2) температурой вспышки (230—240°С — в зависимости от
марки).
Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых
соединений (в битуме не более 0,2—0,3% по массе).
Электроизоляционные свойства используют при устройстве изоляции
электрокабелей.
Физико-химические свойства. Поверхностное натяжение битумов
при температуре 20—25°С составляет 25—35 эрг/см2. От содержания
поверхностно-активных полярных компонентов в органическом
вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление
с каменными материалами (порошкообразными наполнителями, мелким
и крупным заполнителем). Прочные хемосорбционные связи битум
образует с наполнителем из известняка, доломита с большим
количеством адсорбционных центров в виде катионов Са3+ и Ме+2.
Старение — процесс медленного изменения состава и свойств
битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением
гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и
кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых
хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых
веществ и масел.
Реологические свойства битума зависят от группового состава и
строения. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя
как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона.
Твердые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к
вязко-упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки
одновременно возникает упругая (обратимая) и пластическая
(необратимая) составляющие деформации. Для описания процесса
деформирования вязко-упругих тел используют реологическую модель
Максвелла и др.
Химические свойства. Наиболее важным свойством является
химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию
агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов,
металлов и других строительных материалов. По данным Н. А.
Мощанского, битумные материалы хорошо сопротивляются действию
щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%), а
также серной (с концентрацией до 50%), соляной (до 25%) и
уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере,
содержащей окислы азота, а также при действии концентрированных
растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в
органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости
и экономичности битумные материалы широко применяют для
химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и
др.
Физико-механические свойства. Марку битума определяют
твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.
Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в
десятых долях миллиметра).
Температуру размягчения определяют на приборе “кольцо и шар”,
помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре
нагреваемой воды, при которой металлический шарик под действием
собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым
битумом.
Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см)
образца битума (“восьмерки”) при температуре 25°С, определяемым
на приборе — дуктилометре.
Марку битума выбирают в зависимости от назначения. По
назначению различают битумы строительные, кровельные и дорожные.
Строительные битумы применяют для изготовления асфальтобетона и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик,
покрытия и восстановления рулонных кровель.
Кровельные битумы используют для изготовления кровельных
рулонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом
марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон); а
тугоплавкие битумы служат для покровного слоя.
Возврат к списку
Источник
Версия для печати
На странице представлен список и краткое описание наиболее часто используемых и значимых характеристик и методов испытаний, применяемых для битумных вяжущих. Понимание критериев классификации может помочь в изучении и анализе текстов технической документации и отраслевых стандартов.
Основными показателями битума являются:
- Пенетрация при 25°C
- Температура размягчения
- Температура хрупкости
- Температура вспышки
- Дуктильность битума
- Вязкость: кинетическая и динамическая
Качество битума оценивается совокупностью разных показателей, при этом основным является пенетрация при 25°С. Остальные свойства указываются как зависимость от пенетрации, так как при ее изменении меняются и полученные свойства. Например, увеличение пенетрации приводит к снижению температур хрупкости и размягчения.
Измерение пенетрации битума при 25°C
Слово “пенетрация” произошло от латинского penetratio, что можно перевести как “проникать”. Значение слова хорошо отражает суть метода испытания, а именно проникновение иглы в битумное вяжущее для определения его густоты.
Игла устанавливается вертикально и погружается в образец при заданной нагрузке, температуре и времени. Глубина ее проникновения выражается в единице пенетрации, которая составляет 0,1 мм.
Что касается температуры, то испытание допускается проводить при разной температуре, а 25°C является принятым показателем для классификации по европейским стандартам.
Подробно метод определения глубины проникания иглы описан в ГОСТ 11501-78.
Температура размягчения битума
Битумы представляют собой смесь большого числа соединений, поэтому, в отличие от индивидуальных веществ, переходят в жидкое состояние постепенно. Переход из твердого состояния в определенную жидкую консистенцию характеризуется температурой размягчения, которая оценивается в заданных условиях.
Наиболее распространенный метод определить температуру размягчения – это метод Кольца и шара. Образец битума размещается на металлическом кольце заданного размера, нагревается и начинает растягиваться под давлением стального шара с номинальным диаметром 9,525 мм и массой 3,50 ±0,05 г.
Через некоторое время битум принимает форму мешка и в конечном итоге касается нижней пластинки. Момент касания отмечается и принимается как температура размягчения.
Подробно метод описывается в ГОСТ 11506-73.
Показатели, полученные методом Кольца и шара, несколько выше, чем значения, получаемые по методу Кремер-Сарнова. Метод Кремер-Сарнова заключается в том, что слой битума толщиной 5 мм размещается в трубках под нагрузкой ртути массой 5г и нагревается до момента прорыва ртути через размягченный битум.
Температура хрупкости битума
В процессе эксплуатации битума могут появляться трещины или излом. Температура хрупкости позволяет определить температуру, при которой битум будет разрушаться под действием кратковременной нагрузки.
Определение температуры хрупкости выполняется методом по Фраасу, подробно описанном в ГОСТ 11507-78.
Суть метода заключается в нанесении битума толщиной 0,40±0,01 г. на стальную пластину. Образец охлаждается, после чего производится сгибание и распрямление пластинки до появления первой трещины. Момент появления первой трещины и является температурой хрупкости.
Температура вспышки битума
Опеределение температуры вспышки связано с требованиями пожарной безопасности при использовании битумных вяжущих и позволяет определить содержание воспламеняемых летучих веществ.
Для получения температуры вспышки используется методы определения в открытом тигле по методам Кливленда и Бренкена, при этом метод Кливленда используется при возникновении разногласий по оценке качества битума.
Суть метода заключается в постепенном нагревании образца до момента вспышки паров над поверхностью битума. Температура воспламенения определяется далее по тому же методу до момента загорания продукта от дальнейшего нагревания. Продолжительность горения должна быть не менее 5 с.
Подробно метод определения температуры вспышки описан в ГОСТ 4333-87.
Иногда применяется метод определения температуры вспышки в закрытом тигле Пенски-Мартенса, но, как правило, полученные результаты оказываются менее точными, чем результаты метода в открытом тигле.
Растяжимость битума (дуктильность)
Растяжимость битума (она же называется дуктильность битума) является важным показателем для дорожных покрытий, так как позволяет оценить стойкость к механическим воздействиям, способность работать на изгиб и эластичность. Дуктильность характеризуется расстоянием, на которое битум вытягивается в нить до момента разрыва.
Как правило, для высокоплавких твердых битумов растяжимость находится в пределах 20-50 мм, а для легкоплавких она может достигать более 300 мм.
Определение дуктильности битума выполняется по методу, описанному в ГОСТ 11505-75. Суть метода заключается в следующем: образец заливается в специальную форму, которая раздвигается с постоянной скоростью. Скорость растяжения при испытаниях при 25°С и 0°С должна быть 5 см/мин.
Вязкость битума: кинетическая и динамическая
При использовании битумных материалов ожидается качественное сцепление с поверхностью и способность связать минеральные частицы в прочный монолит.
Вязкость битума определяет сопротивляемость материла к силам, вызывающим перемещение слоев. Другими словами, вязкость – это внутреннее трение между частицами в процессе движения одного слоя битума относительно другого.
Показатель вязкости подразделяется на кинематическую и динамическую вязкость.
Кинематическая вязкость – это мера сопротивления потоку жидкости под действием силы тяжести. Определение показателя выполняется по методу, описанному в ГОСТ 32060-2013. Суть метода заключается в измерении времени протекания заданного объема образца через вискозиметр при заданной высоте столба жидкости и заданной температуре. Кинематическая вязкость равняется результату умножения времени истечения на коэффициент калибровки вискозиметра.
Динамическая вязкость – это соотношение между приложенным напряжением сдвига и коэффициентом сдвига. Другими словами, мера сопротивления потока жидкости.
Определение показателя выполняется по методу с помощью ротационного вискозиметра, рассмотренному в ГОСТ EN 13302-2013. Также могут быть использованы метод вакуумных капилляров Кэннон-Мэннинга и метод конус-плоскость с помощью реометра.
Источник
Битум использовался еще в древних временах. Такие столицы, как Вавилон или Ассирия использовали битум в виде строительного материала еще за 3 тыс. лет до н. э. Он отлично выполнял функцию цементирующего или водоизолирующего материала.
Виды и основные характеристики битумов
Данное вещество можно разделить не несколько групп, которые определяются на основании органического состава строительного материала. Что касается дегтевых битумов, то сюда можно отнести все виды дегтя и пеки. Так, они бывают дегтевыми и природными органическими.
К битумным можно отнести следующие:
- Природный битум. Подобное вещество бывает в жидкой и твердообразной форме, состоящее большей мерой из органических веществ и их производных неметаллического типа. Такое вещество получается в результате природной обработки нефти окислительными полимерами. Главным образом, битум естественного происхождения находится в местах нефтяных рождений или образует специальные асфальтовые болота. К слову, такие породы встречаются редко, а в большинстве случаев они пронизывают так называемые осадочные горные породы;
- Асфальтовый порошок. Битум – вещество, способное храниться в таких горных породах, как известняк. В дальнейшей обработке это вещество извлекается или используется как асфальтовый порошок;
- Искусственный (нефтяной) битум. Материал, получаемый в результате переработки нефти. Технология, с помощью которой проводится обработка, выделяет следующие типы битумов: остаточные, окисленные, крекинговые;
- Гудронный битум. Добывается путем отжима масляных фракций из мазута. Подобное вещество – отличное связующее и основа добычи любого вида битума.
Физико-механические особенности строительных битумов
| Битум строительный | Температура размягчения, С | Основные свойства и внешние признаки |
| БН-50/50 | Около 50 | Хорошо прилипающий и легкотекучий на ровной поверхности постепенно растекается (оплывает) |
| БН-70/30 | 70-72 | С хорошей адгезией (прилипаемостью), наиболее пригоден для гидроизоляционных покрытий, разбивается на крупные куски без осколков |
| БН-90/10 | Около 90 | С высокой адгезией и малой чувствительностью к высокой температуре, разбивается молотком, образуя осколки с блестящей поверхностью |
Сферы использования
Конечно, битумы (как строительные материалы) получили крайне широкое распространение в гидротехническом, дорожном или промышленно-коммерческом строительстве. Сегодня они используются в виде кровельных материалов, способствуют коммерческому строительству и используются при дорожно-ремонтных работах.
Вяжущее органическое вещество отлично сочетается и взаимодействует с резиной или полимером, что позволяет только улучшить общее качество битумных изделий в соответствии с требованиями и нормами современного строительства.
На видео подготовка и использование дорожного битума марок БНД 90/130 и БНД 60/90:
Состав, строение и особенности материала
Средний состав битума варьируется в таком отношении элементов: 75-80% углеродов, 10-15% водорода, до 10% серы и до 5% кислорода. Твердая часть данного строительного материала — это углеводороды и их производные на молекулярном уровне. По своему строению данное вещество напоминает коллоидную систему, в которой асфальтены диспергированы в дисперсионной среде из масла и смолы.
Данные элементы, входящие в состав битумов, определяют также ряд свойств и характеристик, которыми обладает материал. К примеру, повышенный процент содержания асфальтенов и смолы влечет за собой увеличение твердости, плотности и температуры плавления.
В противном случае, то есть при повышенном уровне масел, битум размягчается и становится более легким и легкоплавким. Согласно ГОСТ 22245 90, содержание масла и смолы в битуме должно быть средним и уравновешенным, иначе он приобретет излишнюю пластичность и вязкость.
Степень вязкости битума напрямую зависит от степени нагревания. Увеличение температуры приведет к увеличению вязкости, а ее уменьшение сделает материал более твердым. При нулевой или минусовой температуре битум становится достаточно хрупким материалом.
Битум также обладает еще одним важным свойством: он не растворяется в воде, но полностью или частично растворяется в кислотных веществах, вроде хлороформа, бензола или сероуглероде, имеет невысокую теплоемкость. Согласно сертификату соответствия, битум должен обладать плотностью, которая находится в пределах 1,5 г/см куб. Но при расчете общей массы битума, вес 1 литра будет рассчитываться через плотность 1 кг/м куб.
Битумы обладают широким спектром особенностей и полезных свойств, которые выводят его на ведущий уровень среди прочих связующих строительных материалов. Гидрофобность и растворимость в большей части современных растворителей, размягчение и увеличение вязкости при постепенном нагревании, пластичность и адгезия – всеми этими свойствами должен обладать качественный битум.
Что такое индекс пенетрации
Пенетрация — это показатель, который характеризует свойства битумов в твердом виде. Иными словами, это глубина, на которую проникает игла при температуре битума в 25 градусов. Для определения данного коэффициента используется специальный прибор Пенетрометр.
Процесс измерения подразумевает замер глубины проникновения калиброванной иглы с учетом заданного промежутка времени и постоянной нагрузкой. Такой замер производится в заданной температуре битума и рассчитывает глубину погружения иглы, что измеряется в отношении 1 к 10 мм. Среди трех подобных измерений выбирается среднее, которое и является индексом пенетрации.
Таблица сравнительных характеристик строительных марок битума
| Марка БН (Битум нефтяной строительный) | Предел температуры размягчения, С | Допустимый показатель пенетрации, мм | Допустимый показатель растяжимости (при температуре=25С), см |
| БН 90 10 | 90 | 5-15 | 1 |
| БН 70 30 | 70 | 20-40 | 3 |
| БН 50 50 | 50 | 50-60 | 40 |
Таблица сравнительных характеристик кровельных марок битума
| Марка БНК (Битум нефтяной кровельный) | Предел температуры размягчения, С | Допустимый показатель пенетрации, мм | Допустимый показатель растяжимости (при температуре=25С), см |
| БНК 90 30 | 85-95 | 25-35 | — |
| БНК 90 40 | 85-95 | 35-45 | — |
| БНК 45 180 | 40-45 | 140-220 | — |
Стоит упомянуть еще один качественный показатель, который отлично характеризует битум как дорожный (жидкий или вязкий), строительный изоляционный и кровельный — это удельный и объемный вес. Согласно всем технологическим и строительным стандартам, удельный вес битума должен составлять не более 1 г/см. куб. при его температуре кипения. Все эти показатели обязательно указываются в паспорте продукта.
Какой класс опасности имеет битум
Основная проблема, возникающая при перевозке битума, — это необходимость его транспортировки в жидком виде при соответствующей температуре. Поскольку температура в цистерне должна быть свыше, чем 100 градусов, но ниже, чем температура возгорания, то битуму придают 9 класс опасности, который называют «Жидкость при повышенной температуре. Легковоспламеняющаяся». Данное вещество имеет высокую теплоемкость, поэтому к его транспортировке надо подходить с большой внимательностью.
В заключение
Битум — это высококачественное связующее вещество, которое широко используется в строительстве. Данное вещество подойдет для различных типов работ. Транспортировка битума — довольно трудоемкий процесс, который требует не только наличия специальных цистерн, но и технического паспорта.
Не стоит также забывать, что битум — вещество на органической основе, которое имеет свой собственный срок годности, равный 1 календарному году. В связи с некоторыми сложностями при транспортировке, ему вполне можно поставить 4, хотя данный материал попросту незаменим в строительстве.
Еще несколько слов о строительном битуме:
Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:
Вконтакте
Одноклассники
Google+
И подписывайтесь на обновления сайта в Контакте,
Одноклассниках,
Facebook,
Google Plus или
Twitter.
Источник