Свойства битумов

Основные свойства, определяющие качество нефтяных битумов и деление их на марки – вязкость, растяжимость, температура размягчения и вспышки.

Вязкость (твердость, или пенетрация) битумов является характеристикой их структурно-механических свойств и зависит главным образом от температуры.

При низких температурах вязкость битума увеличивается, и он приобретает свойства твердого тела; с увеличением температуры вязкость уменьшается и битум переходит в состояние густой жидкости почти чёрного цвета. Эта особенность позволяет применять их как связующее вещество. Структурная вязкость для жидких битумов определяется временем истечения пробы в секундах при постоянной температуре через отверстие стандартного вискозиметра размером 5 или 10 мм. Для полутвердых и твердых битумов структурированная вязкость, точнее текучесть (величина, обратная вязкости), измеряется в условных единицах по глубине проникания иглы в битум при определенной нагрузке, температуре, времени погружения.

Растяжимость (дуктильность) – свойство битумов вытягиваться в тонкие нити под влиянием приложенной растягивающей силы. Оно харак-теризуется абсолютным удлинением до разрыва нити (см) образца битума (в виде восьмерки) при температуре 25°С, определяемым на приборе - дук-тилометре (рис.4.1). Растяжимость характеризует пластичность вязких битумов. Высокие пластические свойства вязких битумов наблюдаются обычно при значительном содержании смол, оптимальном содержании асфальтенов и масел и незначительном содержании карбенов и карбоидов.

Рис.4.1. Дуктилометр: 1 – червячный винт; 2 – салазки; 3 – маховик;

4 – разборная форма; 5 – битум

Температура вспышки – важное свойство для установления технологических параметров при работе с битумом, ее измеряют на специальном приборе (за температуру вспышки принимают температуру, которую показал термометр при первом появлении синего пламени над частью или над всей поверхностью образца битума, выделившего пары вяжущих).

Температура вспышки характеризует степень огнеопасности битума при разогревании в котлах. Она составляет 220-240 °С (в зависимости от марки); минимальная температура самовоспламенения 300-368°С. Температура, при которой пламя горит не менее 5 секунд, называется температурой воспламенения.

Температура размягчения битума характеризует степень его под-вижности и составляет от 20°С до 80-110°С и выше. Битумы имеют аморфное строение, поэтому у них нет определенной температуры плавления, а существуют большие температурные интервалы размягчения, т. е. при нагревании они постепенно переходят из твердого состояния в вязкожидкое, что характеризует пригодность битума для использования в различных температурных условиях, т.е. пластические и тепловые качества битума. Температура размягчения имеет большое практическое значение, так как при данной температуре битум теряет ряд своих строительных свойств, например, склеивающие свойства, поэтому в конструкциях, в которых битум может подвергаться нагреванию до температуры 50°С, следует применять битум с температурой размягчения 65-70°С.

Теплостойкость определяют с помощью прибора «кольцо и шар» (рис.4.2) по температуре, при которой битум, залитый в кольцо, выдавливается на определенную глубину (2,54 см) под действием массы стального шарика и помещается в подогреваемую водяную баню. Температуру размягчения определяют по температуре водяной бани, когда битум размягчается и шарик опустится на нижнюю полочку прибора.

Рассмотренные свойства связаны между собой некоторой зависимостью. Так, твердые битумы с малой глубиной проникания иглы имеют высокую температуру размягчения и малую растяжимость, т.е. являются хрупкими, а битумы с низкой температурой размягчения имеют большую пенетрацию, могут сильно растягиваться, т.е. обладают высокой пластичностью.

Температура хрупкости или затвердевания.

При отрицательных температурах битумы становятся хрупкими. Температура хрупкости - температура, при которой образуется первая трещина на изгибаемом тонком слое битума, нанесенном на стальную пластинку специального прибора. Чем ниже температура хрупкости битума, тем выше его морозостойкость и тем выше качество битума. За рубежом в некоторых странах температуру хрупкости устанавливают по пенетрации.

Битумы гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, имеют плотное строение, пористость их практически равна нулю, поэтому они водонепроницаемы и морозостойки (на них меньше образуется трещин).

Битумы стойки по отношению к водным растворам многих кислот, щелочей, солей и большинству агрессивных газов, но растворяются полностью или частично в различных органических растворителях (сероуглероде, хлороформе, бензоле, дихлорэтане, этиловом спирте, бензине, бензоле и др.), поэтому их применяют их для приготовления лаков, красок и мастик.

Битумы при размягчении прочно сцепляются (обладают адгезией) с камнем, деревом, металлом и др. Используются при применении в качестве вяжущих веществ; переводить в рабочее состояние битумы можно расплавлением, растворением в органических растворителях и эмульгированием в воде (получение битумных эмульсий производят с помощью специальных добавок-эмульгаторов).

Нефтяные битумы хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.

Получаемые при этом материалы называют резинобитумными и битумно-полимерными. К ним можно отнести «монофлекс» - битумно-полимерный материал, обладающий высокой морозостойкостью(до -50°С) и теплостойкостью (до +100°С), сохраняя при этом пластичность и гибкость: его верхняя поверх-ность укреплена полиэстером, нижняя – плёнкой, а внутри – модифицированный битум.

В целом битумы сходны по составу и структуре, основным техническим свойствам с дёгтями.

Основные показатели физико-механических свойств нефтяных битумов приведены в таблице 4.2.

 

Рис. 4. 2. Прибор «кольцо и шар» для определения температуры размягчения битума

 

Недостатки битумных вяжущих – старение – процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности.

Происходит оно от действия солнечного света и кислорода воздуха, поэтому на стройплощадках битум хранят под навесом или в специальных закрытых складах, защищая их от действия солнечных лучей и атмосферных осадков.

Таблица 4.2