Лекции по курсу Дорожное материаловедение органические вяжущие вещества

Органические вяжущие представляют собой твердые, вязко-пластичные или жидкие материалы темно-коричневого и черного цвета, состоящие из смеси различных углеводоров и их неметаллических производных.

Сырьем для производства органических вяжущих материалов являются нефть, каменный уголь и горючие сланцы. Органические вяжущие подразделяются на битумные и дёгтевые.

Битумные вяжущие подразделяются:

• на природные битумы (результат естественного процесса окислительной полимеризации нефти),

• асфальтовые породы (пористые горные породы, пропитанные битумом),

• нефтяные битумы (получаемые переработкой нефти),

• гудроны (остаток после отгонки мазута)

Дёгтевые материалы бывают древесные, каменноугольные, торфяные, сланцевые.Дёгти образуются при нагревании без доступа воздуха твёрдых видов топлива. В отличие от битумов дегти быстрее стареют и имеют повышенную токсичность, что ограничивает их применение в производстве строительных материалов.

Примерный групповой состав каменноугольных дорожных дёгтей:

Дёгтевые масла 60…80%;

Смолы 15…25%;

Нафталин 7%;

Антрацен 10%;

Фенолы 5% - ядовиты.

Органические вяжущие должны обеспечивать:

• хорошее обволакивание минеральных частиц;

• хорошее сцепление, позволяющее связывать минеральные частицы в прочный монолит;

• водоустойчивость и стабильность (не изменять своих свойств) в процессе службы в покрытиях.

Свойства органических вяжущих веществ

1. При нормальной температуре органические вяжущие – это твердые массы или густые жидкости темного, почти черного цвета;

2. При нагревании они размягчаются (разжижаются), а при охлаждении – отвердевают. Эта особенность позволяет применять их как связующее вещество;

3. Они практически не растворяются в воде (а многие и в кислотах), но растворяются в органических растворителях (сероуглероде, хлороформе, бензоле, дихлорэтане и др.) Это позволяет их использовать при изготовлении лаков и мастик;

4. Истинная и средняя плотности битумов и дёгтей равны, так как они менее пористости, следовательно, практически водонепроницаемы;

5. Битумы и дёгти гидрофобны (не смачиваются водой);

6. Битумы и дёгти имеют аморфное строение, поэтому у них нет определённой температуры плавления, а существуют интервалы размягчения, т.е. при нагревании они постепенно переходят из твердого состояния в вязкожидкое;

7. Битумы и дегти при размягчении прочно сцепляются с камнем, деревом, металлом и др. (это свойство носит название адгезии). Используют при применении в качестве вяжущих веществ, переводить в рабочее битумы и дёгти можно не только расплавлением и растворением в органических растворителях, но и эмульгированием в воде. (Получение битумных эмульсий производят с помощью специальных добавок-эмульгатров)

Сущность твердения органических вяжущих заключается в температурных воздействиях на их прочность. Органические вяжущие вещества при нагревании размягчаются, а при охлаждении вновь становятся вязкими или твёрдыми.

БИТУМЫ

Битумами называются смеси углеводородных веществ и их неметаллических производных, способные в зависимости от температуры изменять свои физико-механические свойства.

По происхождению битумы делятся на природные, нефтяные (искусственные) и сланцевые.

Природные битумы (результат естественного процесса окислительной полимеризации нефти), встречаются в чистом виде, образуя озера, но чаще пропитывают горные породы – известняки, доломиты, песчаники. Такие породы называют битумными или асфальтовыми.

Искусственные битумы образуютя в виде остатка при получении топлива и масел – нефтяные битумы.

Термин «сланцевые» битумы не совсем точен. По свойствам и химическому составу сланцевые битумы приближаются к битумным материалам, а по способу получения – к дёгтям. Область применения сланцевых битумов в основном та же, что и нефтяных.

Химический состав битумов сложен. В нем находится около 200 различных органических веществ.

Примерный групповой состав битума:

• Масла 40…60%

• Смолы 20…40%

• Асфальтены 10…30%

• Карбены и карбоиды 1…2%

Битумы – сложные коллоидно-дисперсные системы, состоящие из нескольких групп веществ:

• Твердые высокомолекулярные вещества (асфальтены, карбены, карбоиды), придающие битуму твердость;

• Смолистые вещества, придающие битуму клейкость;

• Нефтяные масла, придающие битуму вязкость и термопластичность.

Масла - вязкие жидкости светло- желтого цвета, придающие вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения.

Смолы – вещества темно-коричневого цвета, легкоплавкие, вязко-пластичные и их содержание обуславливает растяжимость и эластичность битумов

Асфальтены – твердые хрупкие вещества кристаллического строения, определяют теплоустойчивость, вязкость и хрупкость битумов

Карбены по составу похожи на асфальтены, но содержат больше углеводородов, имеют большую плотность и более темный цвет. Повышают вязкость и хрупкость битумов

Карбоиды – твердые вещества типа сажи, нерастворимы в органических растворителях.

Примесь в битуме кристаллического парафина (0,6…8%)понижает его качество – снижает растяжимость и повышает хрупкость при при пониженных температурах