Вимоги до якості бітумівВимоги до якості бітумів

03.01.15 1850

Матеріал підготовано на основі інформації поданої компанією ООО "Ойл Ресурс Групп" (сайт  oilresurs.ru). Оригінальна назва матеріалу "Требования к качеству нефтяных битумов".
 

 
Вимоги, що пред'являються до бітумів, особливо дорожнім, досить різноманітні.
 
Дорожні бітуми повинні:
  • Зберігати міцність при підвищених температурах, тобто бути теплостійкими;
  • зберігати еластичність при негативних температурах, тобто бути морозостійкими;
  • чинити опір стисненню, удару, розриву під впливом рухомого транспорту;
  • забезпечувати хороше зчеплення з сухою і вологою поверхнею мінеральних матеріалів
  • зберігати протягом тривалого часу первісну в'язкість і міцність.
Будівельні бітуми можуть бути менш еластичними, але вони повинні бути більш твердими.

Основні властивості нафтових бітумів, що визначають їх придатність до застосування в народному господарстві:
  • Мала зміна пластичності бітуму при зміні температури;
  • Високі в'язкість бітуму і цементує здатність бітуму;
  • Стабільність і довговічність бітуму; теплостійкість бітуму (висока температура розм'якшення бітуму), що забезпечує збереження необхідної міцності споруд та виробів влітку;
  • Пружність бітуму, завдяки якій зберігається достатня пластичність і еластичність при низьких температурах.
Властивості бітумів залежать від компонентного складу, оптимальний вміст може бути досягнуто при певному співвідношенні асфальтенов, смол і масел з необхідним вмістом ароматичних вуглеводнів і за відсутності значних кількостей, твердих парафінів.
 
Отже, властивості бітумів визначаються природою вихідної нафти і можуть регулюватися підбором суміші вихідної сировини, а також в процесі окисного структурування.
 
Основними експлуатаційними властивостями, що визначають якість бітумів, є:
 
Технічні властивості бітумів:
  • проникність стандартної голки в бітум (пенетрации),
  • температура розм'якшення бітуму,
  • індекс пенетрації бітуму,
  • розтяжність бітуму (дуктильність),
  • температура крихкості бітуму.
Це основні показники якості бітумів. Глибина проникнення голки (пенетрації) і температура розм'якшення характеризують твердість бітуму, розтяжність - його еластичність. Більш докладно вони будуть розглянуті нижче;
Фізико-хімічні властивості бітумів:
  • стабільність бітуму,
  • щільність бітуму,
  • поверхневий натяг бітуму.
  • Реологічнівластивості бітумів:
  • дисперсність бітуму,
  • в'язкість бітуму,
  • модуль пружності бітуму,
  • модуль деформації бітуму.
Реологічнівластивості бітуму не повинні значно змінюватися при його розігріві в котлах, приготуванні і укладанні суміші і протягом тривалого терміну служби в асфальтобетонних та інших покриттях;
Теплові властивості бітумів:
  • питома теплоємність бітуму,
  • коефіцієнт теплопровідності бітуму,
  • коефіцієнт об'ємного розширення бітуму,
  • температура спалаху бітуму.
Вони визначають можливість використання бітуму в якості теплоізоляційних матеріалів. По температурі спалаху можна судити про наявність низкокипящих фракцій у сировині та в готовому бітумі, а також про їх вибуху і пожежі небезпеки в процесі виробництва і застосування бітумів;
Діелектричні властивості бітумів:
  • пробивна напруга бітуму,
  • питома електропровідність бітуму,
  • тангенс кута діелектричних втрат бітуму.
По зміні цих показників можна контролювати адгезійні властивості бітумів. З підвищенням діелектричної проникності вони, як правило, поліпшуються;
  • Оптичні властивості бітумів:
  • коефіцієнт рефракції бітуму,
  • светопоглощение розчинів бітуму.
Ці властивості дозволяють глибше вивчити груповий склад бітуму;
Ставлення до розчинників і воді бітумів.
 
За розчинності в органічних розчинниках судять про чистоту бітуму. Чим більше бітум містить продуктів розчинних у хлороформі, бензолі, тим менше в ньому домішок, що погіршують його властивості.
 
Водорастворимость характеризує гідрофобні властивості в'яжучого і його стабільність;
 
Втрата маси бітуму при нагріванні, зміна пенетрации і температури розм'якшення бітуму після нагрівання. Ці властивості мають велике значення для бітумів, призначених для тривалої служби в різних спорудах, і особливо, в дорожніх покриттях. Вони характеризують стабільність властивостей у часі;
 
Адгезія і когезія бітуму. Це найважливіші показники якості бітумів як в'яжучих матеріалів.
 
Дорожні покриття повинні проектуватися на певний період експлуатації з урахуванням діапазону і типу найбільш ймовірних транспортних навантажень. В останні роки різко зросла інтенсивність руху транспорту, збільшилися навантаження на дорожнє полотно за рахунок використання великовантажних автомобілів з підвищеним тиском в шинах. Це призводить до швидкого руйнування асфальтобетонних покриттів, проявляющемуся у вигляді утворення колії, тріщин і викришування входять до їх складу матеріалів.
 
У всьому світі проводяться інтенсивні роботи по синтезу і підбору нових в'яжучих матеріалів, здатних протистояти зрослим навантаженням, збільшити період експлуатації дорожніх покриттів і скоротити витрату коштів і матеріалів на проведення ремонтних робіт. Нові поліпшені бітумні в'яжучі повинні мати більш високі експлуатаційні характеристики, ніж існуючі.
 
Область температур, в якій бажана експлуатація дорожнього покриття, лежить в інтервалі між температурами розм'якшення (Тразм) і крихкості (Тхр). Вона носить назву інтервалу пластичності. У ній компоненти верхнього шару дорожнього полотна знаходяться в зв'язано-дисперсному стані, тобто їх складні структурні одиниці (ССЕ), являє собою систему мінерального наповнювача з адсорбованими компонентами бітуму, пов'язані між собою через адсорбційно-сольватні оболонки. Між ССЕ може бути іммобілізовано деяку кількість дисперсійного середовища, що представляє в основному масляні компоненти бітуму.
 
При підвищенні температури кількість дисперсійного середовища збільшуються, а ширина адсорбционно-сольватних оболонок зменшується за рахунок оборотного переходу компонентів бітуму з дисперсної фази в адсорбційно-сольватную оболонку і далі в дисперсійне середовище. Пружно-еластичні властивості асфальтобетону, як і бітуму в цій області температур забезпечуються гнучкими зв'язками між ССЕ, їх деформацією під дією навантаження і після її зняття відновленням колишньої форми.
 
Цьому сприяють відносно широкі адсорбционно-сольватні оболонки навколо дисперсних частинок і наявність певної кількості дисперсійного середовища. При перевищенні Тразм дисперсная система переходить в вільнодисперсні стан, тобто ССЕ перестають бути пов'язаними між собою в суцільний каркас. При цьому рідка дисперсійнаСереда під дією навіть невеликих навантажень видавлюватиметься з покриття, прилипати до коліс транспортних засобів, а на самій дорозі з'явиться колія. Тут можна говорити про те, що в асфальтобетоні відбулися хоч і незначні, але все ж незворотні зміни.
 
Зниження температури супроводжується переходом все більшої кількості компонентів бітуму з дисперсійного середовища в адсорбційно-сольватную оболонку і потім у тверду дисперсную фазу. При температурі, визначеної для кожної бітумсодержащіх системи, вся дисперсійнаСереда переходить в адсорбційно-сольватную оболонку.
 
Це супроводжується деякою деформацією ССЕ і утворенням досить жорстких, напружених зв'язків між ними. При цьому пропадають еластичні властивості і матеріал тріскається при механічному навантаженні. Якщо температура навколишнього середовища опускається ще нижче, то спостерігається перехід всього адсорбционно-сольватного шару ССЕ в твердий стан, тобто в дисперсну фазу, і перекристалізація компонентів бітуму. Цей момент називається температурою склування (Тст). Такий стан характеризується тим, що бітумсодержащіх речовина розтріскується при додатку до нього будь-який, навіть незначного навантаження.
 
У зв'язку з вищевикладеним, очевидним є наступне. Для задовільною експлуатації дорожнього полотна необхідно його виготовляти з використанням бітуму, що має якомога ширший інтервал пластичності, тобто підвищену температуру розм'якшення і знижену температуру крихкості.
 
Причому, бажаною для бітумів є не тільки більш низька температура крихкості, але і більш низька температура склування.
У дорожніх покриттях бітум виконує як роль в'яжучого, так і гидроизолирующего матеріалу. Він повинен зв'язувати і утримувати частинки мінерального наповнювача, а також не втрачати свої властивості в процесі експлуатації (наприклад, під дією атмосферної вологи, опадів, коливань температури), забезпечувати опір покриття впливу багаторазово повторюваних навантажень в широкому інтервалі температур (від -25 до +60 оС), розподіляти напруги в покритті таким чином, щоб мали місце тільки пружні деформації. У зв'язку з цим можна ввести умовне поняття «ідеальний» бітум. Він повинен володіти такими властивостями.
 
Основні властивості ідеального бітуму:
  1. Повне сумісність з обраним мінеральним наповнювачем і висока адгезія до нього.
  2. Температура крихкості і стеклования для помірних широт на рівні відповідно нижче -20 і -45 оС.
  3. Температура розм'якшення вище 70-80 оС.
  4. Висока міцність і еластичність, не залежні в робочому інтервалі від температури. Тобто, «ідеальний» бітум зберігає свою консистенцію постійної аж до температури розм'якшення. У той же час, при більш високих температурах в'язкість бітуму повинна різко падати, досягаючи значення менше 200 мм2 / с (сСт) при 150-180 оС. Це необхідно для забезпечення прийнятних умов отримання гарячої асфальтобетонної суміші.