Органические вяжущие материалы

Определние и класс-ция

Этот группа природных или искусственных твёрдых вязкопластичных или жидких веществ, состоящих из смеси органических высокомолекулярных соединений. Сырьём для производства органических вяжущих являются продукты органического происхождения: нефть, каменный уголь, торф, древесина. Физико-химическая переработка такого сырья даёт наряду с цементными продуктами смолообразные остатки. В результате дополнительной переработки таких остатков получают органические вяжущие. Основные требования: 1.Легко объединялись с каменными материалами, образуя прочную водостойкую плёнку. 2. обладали вязкостью, позволяющей в период обледенения с материалами хорошо его обволакивать, а в период работы связывать минеральные частицы в прочный монорейд. В зависимости от свойств, химического состава, вида сырья и технологии получения выделяют следующие группы: 1. Битумы (природные, нефтяные, сланцевые) – это вещества, состоящие из углеводородов нефтяного, ароматического, метанового рядов и их кислородных сернистых и азотных производных. 2. Дёгти (каменноугольные, торфяные, древесные) – это вещества, состоящие из смеси ароматических углеводородов и их производных. По строительным свойствам и консистенции вяжущие вещества делятся на группы: 1. твёрдые, битумы, дёгти – при температуре 20-25 град. Обладают вязкоупругими свойствами. 2. вязкие, битумы, дёгти – при температуре 20-25 град. Обладают вязкими и пластичными свойствами. 3. жидкие, битумы и дёгти – при температуре 20-25 град. Текучие. Обладают способностью загустевать по мере испарения летучих углеводородов. 4. Битумные эмульсии и суспензии – дисперсные системы.

Состав орг вяж-их

Органические вяжущие представляют собой систему соединений различных по составу углеводородов и их неметаллических производных. Элементарный состав битума даёт весьма приближённое представление о возможных хим. Соединениях, входящих в его состав, поэтому предложено определять групповой состав, т.е. содержание различных групп углеводородов. Групповой состав битума: 1. Масла – вещества светлотёмного цвета с молекулярной массой от 300-800 единиц. 2. Смолы – вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой от 600-2000 единиц. В смолах сконцентрирована основная масса сернистых, кислородных и азотистых соединений, которые в большинстве случаев полярные и поверхностно активные, поэтому хорошо прилипают к поверхности каменных материалов, образуя водоустойчивые плёнки. Содержание в количестве 20-40% обуславливает растяжимость и эластичность. 3. Асфальтные – твёрдые неплавкие вещества с молекулярной массой от 1000-5000 единиц влияют на процессы структурообразования в битуме. Содержаться в количестве от 10-20%, определяют температурную устойчивость, вязкость. Твёрдость (хрупкость) вяжущих материалов. 4. Карбены и карбоиды – встречаются в битумах редко, преимущественно в крекинг остатках в количестве от 1-3%. Их содержание повышает вязкость и хрупкость. 5. Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды – вещества коричневато-серого цвета, обладающие густой маслянистой или смолистой консистенцией. Это наиболее полирующие, наиболее поверхностно активные компоненты вяжущего. Их содержание определяет интенсивность прилипания битума к каменному материалу. Содержатся в количестве 1%. 6. Парафины относят к твёрдым метановым углеводородам. Снижают растворимость, что может вызвать нарушение структуры битума, при содержании до 3,5% он не оказывает влияния на свойства битума. При большом содержании снижается растяжимость и повышается температура затвердевания.

Физ-мех св-ва орг вяж-их

Органические вяжущие занимают промежуточное место между твёрдыми и жидкими материалами. При наложении нагрузки в них одновременно возникают как упругие, так и пластические или необратимые деформации. В зависимости от преобладания одних видов деформаций над другими материалы разделяют на вязкоупругие, вязкопластичные. Главными показателями для органических веществ, характеризующими их работу в дорожном покрытии, являются вязкость, пластичность и прочность. Вязкость битума изменяется от температуры. При понижении температуры вязкость битума высока и он приобретает свойства твёрдого тела. С увеличением температуры вязкость уменьшается, и битум переходит в жидкое состояние. Условные показатели косвенно характеризуют реологические свойства. Для опред-я кач-ва битумов польз след условн показ-ми:

1. Характеристику вязкости определяют по глубине проникновения иглы при температуре 25 град. Под действием на иглу груза 180 грамм в течении 5 секунд. При температуре 0 град. Под действием груза 100 грамм в течении 60 секунд. Пинетрация определяется в градусах. По пинетрации в соответствии с ГОСТ22245-90 – битумные, нефтяные дорожные вязкие ТУ. Битумы делят на марки: 1. БМН 200/300. 2. БМН 60/90. Пинетрация при 25 град. При 0 град. – не менее 45. Вязкость жидких битумов и дёгтей определяется с помощью стандартного вискозиметра ВУБ-1 по времени истечения вяжущего, через колебровочное отверстие при температуре 60 град. В соответствии с методикой ГОСТ11503-74. В зависимости от времени истечения через отверстие в 5 мм жидкие битумы делят на марки: СГ 40/70,70/130, 130/200 СГ – среднегустеющий битум, МГ – медленногустеющий. МГ – 40/70, 70/130, 130/200.

2. Растяжимость битумов определяется с помощью прибора – дуктилометр путём растяжения шейки образцов, имеющих форму восьмёрки. Показателем растяжимости битума служит величина деформации образца в момент разрыва, выраженная в см. Это испытание проводят в соответствии с ГОСТ11505-75 при скорости деформации 5 см в минуту и температуре 25-0 град. Дорожные вязкие битумы имеют растяжимость при 25 град. Более 40 см, при 0 град от1-20 см.

3. Когезия характеризует прочность межмолекулярных связей. Определяется на когезиметре, состоящим из 2 пластинок, склеенных слоем битума толщиной 10 микрометров. Прочность при скорости деформации 200 мм в минуту, выраженная в МПа, характеризует когезию. Для вязких дорожных битумов БНД 90/130, БНД 60/90 когезия колеблется от 0,07 до 0.3 МПа и зависит от содержания в битуме смол. Вязкость, растяжимость и когезия зависят от температуры группового состава и характера структуры. Высокие пластические свойства вязких битумов наблюдаются при значительном содержании смол, оптимальном содержании асфальтов и масел и при незначительном содержании карбенов и карбоидов. Битумы при изменении температуры изменяют свои свойства при 40-50 град. Они переходят в жидкообразное состояние, а при 20-30 град. У битума повышается вязкость и он становится хрупким. Переход из жидкого в вязкопластичное, а затем в хрупкое состояние и обратно протекает в определённом интервале температур от 30-60 град., который называется интервалом превращения. Интенсивность изменения вязкопластичных свойств характеризует теплоустойчивость битума и определяется интервалом пластичности.

4. Температура размягчения.Определяется на приборе кольцо и шар по методике ГОСТ 11506 – 73 кольцо заполняют битумом на его поверхности укладывают шарик и помещают в водяную баню с начальной температурой 5 градусов ± 1 градус, баню подогревают со скоростью нагрева воды 5 ± 0,5 градусов в минуту температура размягчения определяется по температуре водяной бани когда битумы размягчаются шарик опускается на нижнюю полку прибора. Температура размягчения колеблется в пределах 30-50 градусов.

5. Температура хрупкости. Определяется на приборе Франса в соответствии с ГОСТ 11507 – 78. Суть испытания в следующем тонкий слой битума наносят на латунную пластинку и постепенно охлаждают, за температуру хрупкости принимают показания термометра в момент появления первой трещины при изгибании пластинки. Температура колеблется в пределах от -12 до -32 градусов. Покрытия на битумах с более низкой температурой хрупкости считаются наиболее мороза устойчивыми и меньше подверженными мороза образованию.

6. Индекс пенетрации (ИП).Для битумов характерных изменению вязкости в зависимости от температуры принято определять на основании двух характеристик глубины проникания иглы при 25 градусах (П₂₅) и температуры размягчения для этой цели определяется индекс пенетрации выражающий выше указанный интервал виде отвлеченного числа ИП=(30/(1+50А))*10

А=(2,9031 – П₂₅)/(t_p-25). На практике ИП определяется в соответствии с приложением 2 ГОСТ 22245 – 90 для вязких битумов БНД от -1 до +1 для битумов марки БН этот показатель должен находится в пределах от -1,5 до +1 градуса.