Дорожные покрытия

    

 К добавкам II группы относят: смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ); натриевую соль абиетиновой кислоты, получаемую в виде порошка или жидкости путем омыления канифоли едким натром; омыленный древесный пек (препарат ЦНПИПС-1) - пасту, получаемую нейтрализацией едким натром жидких кислот древесного пека; смолу древесную омыленную (СДО), синтетическую поверхностно-активную добавку (СПД), получаемую из отходов нефтепереработки, сульфанол (С), (ОП) и др.

    

  Воздухововлекающие добавки используют главным образом для повышения морозостойкости бетонов и растворов. Эти добавки несколько понижают прочность бетона (1% вовлеченного воздуха снижает прочность бетона на сжатие на 3%), поэтому не следует в бетонную смесь с целью ее пластификации вводить большое количество воздухововлекающей добавки. Содержание вовлеченного воздуха составляет обычно 4-5%. В этом случае прочность бетона практически не снижается, так как отрицательное влияние вовлеченного воздуха нейтрализуется повышением прочности цементного камня вследствие уменьшения водоцементного отношения за счет пластифицирующего эффекта добавки. Воздухововлекающая добавка гидрофобизирует поры и капилляры бетона, а воздушные пузырьки служат резервным объемом для замерзания воды без возникновения больших внутренних напряжений. В результате значительно повышаются водонепроницаемость и морозостойкость бетонов. Воздухововлекающие добавки более эффективны в бетонах с малым расходом цемента.  
         В качестве газообразующей добавки широко используют алюминиевую пудру (ПАК) и ГКЖ-94. Наоборот, для уплотнения структуры бетона добавляют нитрат кальция (НК), хлорид и сульфат железа (ХЖ и СЖ), сульфат алюминия (СА), диэтиленгликолиевую ДЭГ-1 или триэтиленгликолиевую ТЭГ-1 смолы.

    

 Для замедления схватывания применяют кормовую сахарную патоку (КП), нитрилотриметиленфосфоновую кислоту (НТО) и маточные растворы ее производства, а также добавки СДБ, ГКЖ-10 и ГКЖ-94 в повышенных дозировках.

    

 Для гидрофобизации бетона, повышения его стойкости в агрессивной среде и долговечности применяют гидрофобно-пластифицирующие кремнийорганические жидкости: метилсиликонат натрия ГКЖ-11, этилсиликонат натрия ГКЖ-10, этилгидросилоксановую жидкость ГКЖ-94.  
           Для уплотнения структуры бетона используют FеСl3 , в качестве ингибиторов коррозии - нитрит натрия, бихромат калия, для улучшения противорадиационных свойств - соли тяжелых металлов, для повышения электропроводности - кокс, для придания бактерицидных свойств - ОСС, для стабилизации бетонной смеси - метил целлюлозу и др.  
Перечисленные добавки не исчерпывают всего многообразия имеющихся сегодня в арсенале технолога модификаторов бетона. Умелое пользование ими обеспечивает значительное повышение качества бетона и экономию ресурсов при его изготовлении.

    

Химические добавки  поставляются в виде водных растворов, порошков и эмульсий. Большинство  добавок растворимы в воде, и их вводят в бетоносмеситель в виде предварительно приготовленного раствора. Некоторые добавки вводят в виде эмульсии (ГКЖ-94) или в виде взвесей в воде (ПАК).  Оптимальная дозировка добавки зависит от вида цемента, состава бетонной смеси, технологии изготовления конструкции. Обычно применяют (% от массы цемента): пластифицирующих добавок - 0,1-0,3; суперпластификаторов - 0,5-1; воздухововлекающих добавок - 0,01-0,05; ускорителей твердения – 1-2. На практике оптимальную дозировку добавки определяют опытным путем.

    

 

7. Битумы нефтяные вязкие. Определение температуры вспышки и воспламенения.

 

    

Битумы  нефтяные – искусственные, остаточные продукты переработки нефти, имеющие твёрдую или вязкую консистенцию и состоящие из углеводородов и гетероатомных (кислородных, сернистых, азотистых, металлсодержащих) соединений.

    

В состав нефтяных битумов входят следующие группы веществ, различающихся по растворимости:

• асфальтены (наиболее высокомолекулярные соединения нефти), которые растворимы в хлороформе, сероуглероде, не растворяются в спирте, эфире и ацетоне;
• нейтральные смолы - растворимые в нефтяных маслах, бензоле, эфире, хлороформе и уплотняющиеся при нагревании и кислотной обработке в асфальтены;асфальтогеновые кислоты – кислые смолистые вещества, растворимые в спирте, хлороформе, плохо растворимые в бензине;
• нефтяные масла;
• карбены – высокомолекулярные вещества, образующиеся вследствие уплотнения асфальтенов в присутствии серы; растворимы в пиридине, сероуглероде;
• карбоиды – вещества не растворимые в органических растворителях.

    

Асфальтены обуславливают  твёрдость и высокую температуру  размягчения битума, смолы – его  эластичность и цементирующие свойства, масла – морозостойкость.

    

Нефтяные битумы - это дисперсные системы, в которых  дисперсионной средой являются масла  и смолы, а дисперсной фазой –  асфальтены. В зависимости от степени  агрегирования и пептизации нефтяные битумы образуют различные мицеллярные  системы – золи, золи-гели, гели.

    

В промышленности битумы получают: глубоким отгоном  масляных фракций из гудрона (остаточные битумы); окислением кислородом воздуха  гудронов, крекинг-остатков или экстрактов от селективной очистки масел  и их смесей (окисленные битумы). Остаточные битумы – мягкие легкоплавкие продукты, окисленные – эластичные и термостабильные. Битумы, получаемые окислением крекинг-остатков, содержат большое количество карбенов и карбоидов, которые нарушают однородность битумов и ухудшают их цементирующие свойства. Промышленность вырабатывает полутвёрдые, твёрдые и жидкие битумы. Нефтяные битумы представляют собой твердые, вязкопластичные или жидкие продукты переработки нефти. По химическому составу битумы − сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных азота, кислорода и серы, полностью растворимые в сероуглероде. Для исследования битумов их разделяют на основные группы углеводородов (близкие по свойствам) − масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды.

    

Масла − смесь  циклических углеводородов (в основном нафтенового ряда) светло-желтой окраски с плотностью менее 1 и молекулярной массой 300 - 500; повышенное содержание масел в битумах придает им подвижность, текучесть. Количество масел в битумах колеблется в пределах 45 - 60%.

    

Смолы − вязкопластичные  вещества темно-коричневого цвета  с плотностью около 1 и молекулярной массой до 1000. Смолы имеют более  сложный состав углеводородов, нежели масла. Они состоят в основном из кислородных гетероциклических  соединений нейтрального характера и придают битумам большую тягучесть и эластичность. Содержание смол 15,30%.

    

Асфальтены и  их модификации (карбены и карбоиды) − твердые, неплавкие вещества с  плотностью несколько больше 1 и  молекулярной массой 1000 - 5000 и более. Эта группа углеводородов является существенной составной частью битумов. Повышенное содержание асфальтенов в битуме определяет его высокие вязкость и температурную устойчивость. Общее содержание асфальтенов в различных битумах составляет 5 - .30% и более.

    

Карбены и карбоиды встречаются в битумах сравнительно редко в малом количестве (1 - 2%) и способствуют повышению хрупкости битума.

    

Асфальтовые кислоты  и их ангидриды − вещества коричневатого  цвета смолистой консистенции с  плотностью более 1. Они относятся  к группе полинафтеновых кислот и могут быть не только вязкими, но и твердыми. Асфальтогеновые кислоты являются поверхностно-активной частью битума и способствуют повышению сцепления его с поверхностью минеральных заполнителей. Содержание их в нефтяных битумах составляет около 1 %.

    

Вышеуказанные группы углеводородов битума образуют сложную дисперсную систему −  коллоидный раствор, в котором жидкая среда − это масла и раствор  смол в маслах, а твердая фаза представлена асфальтенами, на поверхности  которых адсорбированы асфальтогеновые кислоты. Масла, смолы и асфальтены входят в состав битумов в различных соотношениях и тем самым предопределяют их структуру. В зависимости от количественного содержания масел, смол и асфальтенов (а также от температуры нагрева) коллоидная структура битума − «гель», «золь», «зольгель» претерпевают изменения от типа «золь» до типа «гель». Структура «гель» − характерна для твердых битумов при температуре 2О - 25°С и обусловливается обычно повышенным содержанием асфальтенов. Структура «золь» присуща битумам жидкой консистенции с повышенным содержанием смол и масел.

    

Важнейшими свойствами битумов, характеризующими их качество, являются вязкость, пластичность, температуры  размягчения и хрупкости; кроме  того, следует отметить высокую адгезию, обусловливающую способность битумов сцеплять в монолит минеральные зерна заполнителей; они способны также придавать гидрофобные свойства материалам, обработанным битумом.

    

Основной характеристикой  структурно-механических свойств битумов  является вязкость, зависящая главным образом от температуры и группового состава. Вязкость − сопротивление внутренних слоев битума перемещению относительно друг друга. Для многих битумов вязкость непостоянна и уменьшается с увеличением напряжения сдвига или градиента скорости деформации. При повышении температуры вязкость снижается, при ее понижении вязкость быстро возрастает, а при отрицательных температурах битум становится хрупким. Для измерения структурной вязкости применяют различные приборы, позволяющие определить вязкость в абсолютных единицах (Па-с) или выразить ее в условных единицах.

    

Для характеристики вязкости, точнее, величины обратной вязкости, т. е. текучести битумов, принимается  условный показатель − глубина проникания иглы в битум (пенетрация). Глубину  проникания иглы в битум определяют на приборе − пенетрометре при действии на иглу груза массой 100 г в течение 5 с при температуре 25°С или 0°С при грузе 200 г в течение 60 с. Пенетрация твердых или вязких битумов выражается в единицах (градусах), равных 0,1 мм проникания иглы в битум. Чем больше вязкость, тем меньше проникание иглы в битум.

    

Пластичность  является важным свойством битумов. Она повышается с увеличением  содержания масел, длительности действия нагрузки и повышения температуры. Пластические свойства твердых и  вязких битумов условно характеризуются растяжимостью (дуктильностью) − способностью вытягиваться в тонкие нити под действием внешних постоянных сил. Растяжимость определяют на специальном приборе − дуктилометре при скорости деформации образца битума в виде «восьмерки» 5 см/мин, температурах испытания 25 и 0°С. Показателем растяжимости служит длина нити в момент разрыва образца, выраженная в сантиметрах. Пластические свойства битума зависят от температуры, группового состава и структуры. Так, с повышением содержания смол и асфальтенов пластичность при постоянной температуре битумов возрастает.

    

Существенной  характеристикой свойств битума является также и температура  размягчения, определяемая на приборе  «кольцо и шар» («К и Ш»). Температура  размягчения битума, выраженная в градусах Цельсия, соответствует температуре водяной бани в стакане прибора в момент, когда битум, имеющийся в латунном кольце (диаметр 16,0 мм), деформируясь под воздействием металлического шарика массой 3,5 г и постепенного нагрева воды со скоростью 5°С в минуту, коснется нижней полки подставки. Нижняя полка подставки прибора находится на стандартном расстоянии от кольца, равном 25 мм. Температура размягчения вязких и твердых битумов колеблется в пределах от 20 до 95°С. Для характеристики тепловых свойств битумов кроме температуры размягчения определяют температуру хрупкости.

    

Температуру хрупкости  битума определяют на специальном приборе  Фрааса. Для этой цели испытуемый битум  наносят тонким слоем па латунную пластинку, которая вместе с битумом  может охлаждаться и изгибаться с помощью приспособления, имеющегося на приборе. За температуру хрупкости принимают ту температуру, при которой на топком изгибаемом слое битума образуется первая трещина. Температура хрупкости, например, дорожных битумов может быть от -20 до +5°С. Очевидно, что чем ниже температура хрупкости битума, тем больше его морозостойкость и выше качество.

    

Температура вспышки − температура, при которой пары образующиеся при нагревании битума в открытом тигле, воспламеняются от поднесенного пламени. Температуру вспышки определяют на стандартном приборе и отмечают по показанию термометра в момент вспышки паров битума. Температура вспышки твердых и вязких битумов обычно выше 200°С и характеризует степень огнеопасности битума при его разогреве.

    

Существенной особенностью битумов является их высокая адгезия − прилипание к поверхности различных минеральных и органическиx материалов. Для определения адгезии существует много методов и приборов. Одним из них является визуальный метод, по которому степень прилипания битумов к поверхности минеральных материалов оценивают по пятибалльной шкале. Отличное прилипание битума − 5 баллов − в том случае, когда пленка битума на поверхности гравия или щебня полностью сохранилась после кипячения в дистиллированной воде. Очень плохое прилипание, оцениваемое в один балл, когда пленка битума после кипячения полностью смещается с минеральных зерен и всплывает на поверхность воды.

    

В зависимости  от показателей основных свойств, особенно вязкости, пластичности и температуры  размягчения, нефтяные битумы делятся на марки: