Контрольная работа: Технологическая схема и описание производства асфальтобетона и битума
- предел прочности при сжатии при температуре 20ºС.
2. Технологическая схема и описание производства битума
Битумные вяжущие представляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных (соединений углеводородов с серой, кислородом, азотом). Различают природные и искусственные нефтяные битумы. Природные битумы извлекают из асфальтовых горных пород органическими растворителями или вываривают их в горячей воде. Искусственные битумы представляют собой остатки, получаемые при переработке нефти. При нормальной температуре битумы встречаются как в твердом, так и в вязкожидком состоянии. При нагревании они размягчаются (разжижаются), а при охлаждении вновь возвращаются в первоначальное состояние. Обладая аморфным строением, битумы в отличие от кристаллических тел не имеют определенной температуры плавления. Существует некоторый температурный интервал размягчения, т.е. постепенный переход от твердого состояния в вязкожидкое.
Битумы гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, имеют плотное строение, их пористость практически равна нулю, поэтому они водонепроницаемы и морозостойки. Эти свойства позволяют широко использовать битумы для устройства кровель и гидроизоляции. Битумы стойки к водным растворам многих кислот, щелочей, солей и большинству агрессивных газов, но растворяются частично или полностью в различных органических растворителях (хлороформе, этиловом спирте, бензине, бензоле, ксилоле, скипидаре, ацетоне и др.). Поэтому их можно применять для приготовления некоторых мастик, лаков и красок. Расплавленные битумы при остывании сохраняют некоторую пластичность и лишь при сравнительно низкой температуре становятся хрупкими.
Для улучшения свойств битумных вяжущих их сплавляют с резиной; получаемые при этом материалы называют резинобитумными; добавляют полимеры, после этого их называют битумно-полимерными
К химическим свойствам материалов относятся химическая и биологическая стойкость, растворимость.
Химическая стойкость– способность материалов противостоять разрушающему действию кислот, щелочей, растворенных в воде солей и газов, органических растворителей (ацетона, бензина, масел и др.). Химическая стойкость характеризуется потерей массы материала при действии на него агрессивной среды в течение определенного времени.
Кислотостойкими являются материалы, представляющие собой соли сильных кислот (азотной, соляной, кремнефтористой), а также некоторые синтетические материалы. Кислотостойкими материалами являются поливинилхлоридные и специальные керамические плитки, а также стекло (но оно не обладает стойкостью к действию фтористоводородной и плавиковой кислот). Кислотостойкими материалами отделывают некоторые промышленные сооружения, например отстойники.
Щелочестойкими должны быть материалы, которыми отделывают промышленные сооружения, подвергающиеся воздействию щелочей, а также пигменты (красители), употребляемые для окрашивания кровли.
Материалы, применяемые в жилищном строительстве, должны быть стойкими в основном к углекислому газу и сероводороду, так как эти газы могут содержаться в воздухе в больших количествах, особенно вблизи промышленных предприятий. Поэтому для окрашивания металлических кровель нельзя употреблять пигменты, в состав которых входят свинец или медь; такие пигменты вступают в реакцию с сероводородом и чернеют.
Биологическая стойкость – свойство материалов и изделий сопротивляться разрушающему действию грибков и бактерий. Органические материалы или неорганические на органических связках под действием температурно-влажностных факторов могут разрушаться вследствие развития в них микроорганизмов, вызывающих гниение и разрушающих материалы в процессе эксплуатации. Так, в Средней Азии материалы, содержащие битум, разрушаются под действием микроорганизмов, которые для своего развития поглощают органические составляющие битума. Для придания кровельным материалам биологической стойкости в их состав при производстве вводят специальные химические вещества – антисептики. В процессе транспортирования и хранения материалы должны быть защищены от увлажнения.
Растворимость – способность материала растворяться в воде, масле, бензине, скипидаре и других растворителях. Растворимость может быть и положительным, и отрицательным свойством. Например, если в процессе эксплуатации синтетический облицовочный материал разрушается под действием растворителя, растворимость материалов играет отрицательную роль. При приготовлении холодных битумных мастик используется способность битумов растворяться в бензине. Это дает возможность наносить материал на поверхность тонким слоем, и поэтому растворимость в данном случае является положительным свойством.
Трещиностойкость гидроизоляционного слоя – его способность сохранять сплошность (однородность) при образовании и раскрытии трещин на поверхности основания. Трещиностойкость характеризуется коэффициентом Ктр – отношением ширины перекрываемой трещины в основании к толщине покрытия без нарушения сплошности и состояния покрытия над ней.
Целью общепринятых методов испытания качества битумов является определение их консистенции, чистоты и теплостойкости. Для определения консистенции предложено много методов, позволяющих установить ее зависимость от вязкости. Битумы характеризуют и сравнивают по степени текучести при определенной температуре или по температуре определения некоторых свойств.
К таким показателям, характеризующим свойства твердых битумов, относятся глубина проникания стандартной иглы (пенетрация), температура размягчения, растяжимость в нить (дуктильность), температура хрупкости. Эти исследования, строго говоря, не эквивалентны прямому определению вязкости, но находят широкое практическое применение, потому что позволяют быстро характеризовать консистенцию битума. К основным показателям, характеризующим свойства битумов, можно также отнести адгезию, поверхностное натяжение на границе раздела фаз, когезию, тепловые, оптические и диэлектрические свойства. К числу сопоставимых показателей, кроме того, можно отнести потерю массы при нагревании и изменение пенетрации после него, растворимость в органических растворителях, зольность, температуру вспышки, плотность, реологические свойства.
Некоторые показатели определяют как для исходного битума, так и для битума после прогрева, который имитирует процесс старения. Стандартами задаются определённые значения показателей качества, что отражает оптимальный состав битума. Этот состав может быть различным для разных областей применения битумов.
Пенетрация – показатель, характеризующий глубину проникания тела стандартной формы в полужидкие и полутвердые продукты при определенном режиме, обусловливающем способность этого тела проникать в продукт, а продукта – оказывать сопротивление этому прониканию. Пенетрацию определяют пенетрометром, устройство которого и методика испытания даны в ГОСТ 11501–78; за единицу пенетрации принята глубина проникания иглы на 0,1 мм. Пенетрация дорожных нефтяных битумов различных марок при 25°С, нагрузке 100 Г., в течение 5 сек составляет 40–300*0,1 мм, а при 0°С, нагрузке 200 Г., в течение 60 сек – от 13 до 50*0,1 мм. Таким образом, в зависимости от температуры, нагрузки и длительности проникания иглы значение пенетрации существенно изменяется. Поэтому условия ее определения заранее оговаривают. Пенетрация косвенно характеризует степень твердости битумов. Чем выше пенетрация битума при заданной температуре размягчения и при заданной пенетрации – температура размягчения битума, тем выше его теплостойкость. Получить битумы с высокой теплостойкостью можно соответствующим подбором сырья, технологического способа и режима производства.
Температура размягчения битумов – это температура, при которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое. Методика определения температуры размягчения условна и научно не обоснована, но широко применяется на практике. Испытание проводят по ГОСТ 11506–73 методом «кольцо и шар» (КиШ), а также иногда методом Кремер – Сарнова.
Индекс пенетрации – показатель, характеризующий степень коллоидности битума или отклонение его состояния от чисто вязкостного. По индексу пенетрации битумы делят на три группы.
1) Битумы с индексом пенетрации менее -2, не имеющие дисперсной фазы или содержащие сильно пептизированные асфальтены (битумы из крекинг-остатков и пеки из каменноугольных смол). Эластичность таких битумов очень мала или практически равна нулю.
2) Битумы с индексом пенетрации от – 2 до +2 (остаточные и малоокисленные).
3) Битумы с индексом пенетрации более +2 имеют значительную эластичность и резко выраженные коллоидные свойства гелей. Это окисленные битумы с высокой растяжимостью.
Температура хрупкости – это температура, при которой материал разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки. По Фраасу – это температура, при которой модуль упругости битума при длительности загружения 11 сек для всех битумов одинаков и равен 1100 кГ/см2 (1,0787–108 н/м2 ). Температура хрупкости характеризует поведение битума в дорожном покрытии: чем она ниже, тем выше качество дорожного битума. Окисленные битумы имеют более низкую температуру хрупкости, чем другие битумы той же пенетрации.
Температура хрупкости дорожных битумов обычно колеблется в пределах от –2 до – 30°С. Для ее определения применяют метод, описанный в ГОСТ 11507–78 с дополнением по п. 3.2.
Дуктилъностъ (растяжимость) битума характеризуется расстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва. Этот показатель косвенно характеризует также прилипаемость битума и связан с природой его компонентов. Дорожные нефтяные битумы имеют высокую растяжимость – более 40 см. Повышение растяжимости битумов не всегда соответствует улучшению их свойств. По показателю растяжимости нельзя судить о качестве дорожных битумов, так как условия испытания (растяжение со скоростью 5 см/мин) отличаются от условий работы битума в дорожном покрытии.
Растяжимость битумов при 25°С имеет максимальное значение, отвечающее их переходу от состояния ньютоновской жидкости к структурированной. Чем больше битум отклоняется от ньютоновского течения, тем меньше его растяжимость при 25°С, но достаточно высока при 0°С. Битум должен обладать повышенной растяжимостью при низких температурах (0 и 15°С) и умеренной при 25°С.
Вязкость битумов более полно характеризует их консистенцию при различных температурах применения по сравнению с эмпирическими показателями, такими, как пенетрация и температура размягчения. Ее легко и в более короткий срок можно измерить при любой требуемой температуре производства и применения битума. Желательно, чтобы битум при прочих равных показателях обладал наибольшей вязкостью при максимальной температуре применения и имел как можно более пологую вязкостно-температурную кривую. При температуре ниже 40°С битум подобен твердообразным системам, при температурах от 40 до 140°С – структурированным жидкостям, при температуре выше 140°С – истинным жидкостям. Битумы ведут себя как истинная жидкость, когда их вязкость понижается до 102–103 пз.
Вязкость битумов определяют в вискозиметрах Энглера, Сейболта и Фурола, методом падающего шара, в капилляре Фенске, на ротационном вискозиметре, реовискозиметре, консистометре и др.