Битумдар, олардың құрамы, структурасы

Битумдар, олардың қ ұ рамы, структурасы

жә не қ асиеттері

• Табиги битумдар - (катты немесе қ ою болулары мү мкін) жер қ ыртысының жоғ арғ ы қ абатында мұ найдан ұ шқ ыш фракцияларының буланып шығ уы нэтижесінде жэне қ ышқ ылдану процесі мен полимеризациялану нэтижесінде пайда болғ ан. Табиғ и битумдар кейде азғ ана минералдық қ оспасы бар таза битумнан тұ ратындай кен тү рінде кездеседі. Кө пшілігінде олар шө гінді тау жыныстарында (кұ мда, қ ұ мтастарда, саздық жерлерде, карбонаттық жыныстарда) болады. Мұ ндай жыныстарды асфальттық тар не, месе битуминоздық тар деп атайды. Қ ұ рамында 2-3 %- дан тө мендей битумы бар жыныстарды, олардан битумды бө ліп шығ ару тиімсіз болатындық тан, ұ нтақ тап асфальттық порошок тү рінде асфальттық бетондарғ а жә не асфальттық мастиктерге қ оспа ретінде пайдаланады.

Табиғ и битумдар атмосферағ а тұ рақ тылығ ының жоғ арылығ ымен жэне тас материалдарының бетіне жақ сы жабысатындығ ымен ерекшеленеді, бірақ тапшылығ ы жэне қ ұ нының жоғ арылығ ы кең қ олданылуын шектендіреді. Оларды химиялық жэне лак - бояу ө неркэсібінде басым қ олданады,

Мү най битумдары ө ндіру тә сілдеріне байланысты қ алдық ты, тотық тандырылғ ан (қ ышқ ылдандырылғ ан) жэне крекингленген деп аталатын битумдарғ а жіктеледі. (сурет 12. 2).

Қ алдық битумдар гудрондардан майды толық ажырату арқ ылы алынады. Бұ лар қ алыпты температурада қ оюлығ ы онша емес қ атты жэне қ аттылау ө нім. Олардың қ оюлығ ын асыру ү шін қ абаттары аркылы ауаны ү рлеп қ ышқ ылдандырады. Сонда жогары молекулалы кұ рамалар қ ұ ралуы нэтижесінде, битумдар тығ ыздалынып, қ оюлық тары жоғ арылайды, соның нэтижесінде қ ышқ ылдандырылғ ан битумдар алынады (сурет 12. 2).

Қ ышқ ылдандырылган битумдар қ алдық тығ а қ арағ анда тө зімділеу жэне мә ң гілігі бойынша табиғ и битумнан кем емес. Гудронды сұ йық пропанмен ө ң дегеннен кейінгі қ алдық ретінде алынатын битумды майлық дистилляттарымен араластыру арқ ылы араластырылғ ан битумдарын алады.

• Крекингленген битумдар. Мазутты ө ң дегенде пайда болатын қ алдық ты қ ышқ ылдандырумен (ауамен ү рлеу арқ ылы) алады (сурет 12. 2).

Қ атты жэне онша қ атты емес битумдарды қ ыздырғ ыш қ ондырғ ыларымен жабдық талғ ан теміржолмен вагон

цистерналарында немесе қ агаз мү шектерінде тасиды; сұ йық

битумдарды - мұ найлық жә не мазуттық цистеріндерде. Битумдарды арнайы жасалынғ ан сақ тағ ыштарда сақ тағ ан жө н.

Қ ұ рамы жә не структурасы. Жоғ арыда айтылғ андай, битумдар жоғ ары молекулалы кө мірсутектерінің араласынан, ең алдымен, метандардың (СпНгп-г) жэне нафтендердің (СпНгп) ароматтық қ атарларынан жә не олардың оттегімен, кү кіртпен жә не азотпен ә рекеттескендегі туындыларынан тұ рады. Барлық битумдардың химиялық қ арапайым қ ұ рамдары бірдей деп санауғ а болады. Оларда 70 - 87 % кө міртегі, 15%- ғ а дейін сутегі, 10 %- ғ а дейін оттегі, 1, 5 %-ғ а дейін кү кірт жә не шамалы ғ ана азот бар. Осы қ арапайым химиялық қ ү рамдары битумдардағ ы қ ү рамаларды қ ү райтын элементтердің тек материалдық балансы туралы мә лімдеме айтуғ а мү мкіншілік береді, ал битумдарда болатын ондағ ан химиялық қ осындылар жө нінде жә не олардың битум структурасы мен қ асиетіне тигізетін ә серлері туралы ой қ орытуғ а мү мкіншілік тудырмайды. Битумдардан жекелеп кө мірсутектік қ осындыларды бө лектеу тіпті кү рделі. Сондық тан, битумдардың структурасын жә не қ асиеттерін зерттеу ү шін арнайы тә сілдермен қ асиеттері бір-біріне ү қ сас кө мірсутектілер тобын бө лектейді. Мү ндай топтарғ а майлар, смолалар, асфальтендер жэне олардың модификациялары (карбендер жэне карбонадтар), асфальтоген қ ышқ ьшдары жэне олардың ангидридтері жатады.

Майлар - қ алыпты температурада сү йық болатын кө мірсутектілердің топтары, тығ ыздығ ы 1-ден кем емес жэне молекулалық массасы 100+500. Майдың битумда кө беюі оның жылжымалығ ын жэне ақ қ ыштығ ын ү лғ айтады.

Смолалар - қ ою созылмалы; қ алыпты температурада қ атты немесе шала қ атты заттар; тығ ыздылығ ы бір шамасында жә не молекулалық массасы 500-1000. Смоладағ ы кө мірсутектілердің кұ рамы майларғ а қ арағ анда кү рделілеу. Смолалар битумдарга байланыстырушы жә не созымталдық қ асиет береді.

Асфальтендер - тығ ыздығ ы бірден кө бірек жә не молекулалық массасы 1000 +5000 жоғ ары келетін балқ ымайтын қ атты жоғ ары -полицикликалық қ осындылар. Кейбір асфальтендер майлық жә не смолалық фракцияларда - ерігіш, бос кө міртегі бар басқ алары -карбендер жэне карбонадтар ерімейді. Ауаны қ атыстыра битумды ү зақ қ ыздырғ анда, майлар жэне смолалар асфальтенге кө шеді. Сондай-ақ, кү н радиациясы ә серімен битумдарда шектен тыс кө п асфальтендер қ ү ралуы мү мкін, сө йтіп, біртіндеп битумдар бү зыла бастайды. Мұ ны битумдардың «ескіруі» деп атайды.

Асфальтогендік қ ышқ ылдар полинафтендерлік қ ышқ ылдар тобына жатады, олар қ оюлығ ы бойынша қ атты немесе аса қ ою болуы мү мкін. Битумның сырттай активті бө лігін қ ү райтындық тан, бү л қ ышқ ылдар оның таспен жә не басқ а материалдармен ілінісу беріктілігін жоғ арылатуғ а ық тимал жасайды.

Топталынғ ан кө мірсутектер битумдар қ ү рамына эртү рлі қ атынаста кіретіндіктен жэне кү рделі дисперстік жү йе қ ү райтындық тан, олардьщ структурасы мен қ асиеті осы кө місутектер тобының мө лшеріне байланысты болады. Бү л жү йеде дисперсиялық орта смолалардың молекулярлық ерітіндісі немесе олардың майдағ ы бө лшектері болады, ал асфальтендер сыртындағ ы адсорбталынғ ан смолалар бө лігімен бірге дисперсиялық фаза болып табылады. Егерде, осы дисперсиялы жү йеде артық дисперсиялық орта болып қ алса, онда кү рама тү йіршік (мицелла) ө зара жақ ындап қ осылмайды да, дисперсиялы ортада еркін қ озғ алатын болады. Мү ндай структура қ алыпты температурада сү йық битумдарғ а тэн қ асиет жэне кө терің кі температурада қ ою битумдардың структурасы да осындай.

Сонымен дисперсиялық жү йе ретінде битумдар қ асиеті олардың қ ү рамындағ ы майлардың, смолалардың жә не асфальтендердің мө лшерлік қ атынастарына байланысты. Асфальтендер мен смолалар мө лшерінің кө беюіне сай битумның қ аттылығ ы, жү мсарту температурасы жә не морттылығ ы жоғ арылай тү седі. Керісінше, смоланы біршама ерітетін май битумды жұ мсартады жә не оң ай балқ итын етеді.

Мұ найлық битумдарда болатын парафин олардың қ асиетін нашарлатады, тө мен температурада морттығ ын ұ лғ айтады, сондыктан битумдарда парафиннің мө лшерін 5 % асырмауғ а тырысады.

Битумдар қ асиеті. Битумдар сапасын сипаттайтын басты қ асиеттері - олардың қ оюлығ ы, (созымталдығ ы) жұ мсару температурасы, омыртқ ылығ ы жэне лап етіп жану температурасы саналады. Қ оюлығ ы битумдағ ы қ абаттар ішіндегі тү йіршіктердің ө зара қ озғ алысында кө рсететін кедергісін сипаттайды. Битумдардың кө бінде қ оюлық тары тұ рақ ты болмайды; ығ ыстыру кернеуі немесе деформациялық жылдамдық градиенті ө скен сайын қ оюлығ ы азая тү седі. Сондық тан, тү сірілетін кү ш мө лшеріне байланыссыз қ оюлығ ы нағ ыз немесе ньютондық болып саналатын идеалдық сұ йық денеге битумдарды жатқ ызуғ а болмайды. Тек қ ана жоғ ары температурада, қ ашан битумның мицеллярлық структурасы жылылық қ озғ алыстың кинетикалык энергиясы арқ асында толық бұ зылар дерліктей болғ анда, немесе структурасы толық тай механикалық бұ зылуына сэйкес келетіндей, ығ ыстыру кернеулерінде жэне деформациялық жылдамдық градиенттерінде битумдар нағ ыз қ оюлығ ы бар сұ йық тарғ а кө ше алады. Сонда иненің битумғ а батуы неғ ұ рлым терең болса, соғ ұ рлым оның қ оюлығ ы аз болғ анын кө рсетеді.

Структуралық қ оюлығ ын ө лшеу ү шін тү рлі аспаптар қ олданылады. Кейбір аспаптар қ оюлық ты абсолюттік бірліктерде (пуаздарда) ө лшеуге мү мкіншілік береді, екіншілері бұ л сипаттамаларды шартты белгілермен багалауғ а мү мкіндік тудырады. Битумдарды сынау тү рлі МСТ бойынша қ оюлығ ын, дұ рыстау айтқ анда ақ қ ыштылығ ын, яғ ни қ оюлық қ а кері мө лшерін, пенетрометр деп аталатын ө лшеу аспабында белгілі бір кү шпен жэне температурада сыналатын битумғ а инені батыру арқ ылы анық тайды. (сурет 12. 3. жэне 12. 4). Сонда иненің битумғ а батуы неғ ұ рлым терең болса, соғ ұ рлым оның қ оюлығ ы аз болғ анын кө рсетеді.

Иленгіштік созымталдық битумдардың маң ызды қ асиеті болып табылады. Майлар мө лшері кө бейген сайын, температура кө терілген сайын жә не кү ш эсері ұ зақ тағ ан сайын битумдардың созымталдығ ы жоғ арылай тү седі. Оны тоқ татқ анда, олардың тө мендеуін анық тап бағ алауғ а мү мкіндік беретін аспаптар кө мегімен зерттейді.

Стандарт бойынша, битумдардың иленгіштігін (созымталдығ ын) шартты тү рде олардың созылғ ыштығ ы бойынша сипаттайды. Оны, дуктилометр деп аталатын аспап кө мегімен 8 пішінді берілген ү лгіні ү зілгенше созу арқ ылы, ұ зару ұ зындыгын сантиметрмен ө лшеп анық тайды.

Ә детте, битумның созылғ ыштығ ы ондағ ы смолалардың кө беюіне сә йкес жоғ арылайды. Тө мен температураларда битумдар созылғ ыштығ ын (созымталдығ ын) сақ тағ аны маң ызды қ асиет, сондық тан да оның созылғ ыштығ ын екі температуралық мө лшерде + 25 жә не 0 С шамасында анық тайды.

Жү мсарту температурасын «сақ ина жә не шар» деп аталатын стандартық аспапта анық тайды. Битумның бұ л қ асиетін оны біртіндеп қ ыздырғ анда стандарттық сақ инадағ ы битум қ абаты жұ мсарып ү стіндегі бос жатқ ан металл шаригінің салмағ ымен созыла деформацияланып - жоғ арғ ы ө решеден (полкадан) тө менгісіне тү скен сә ттегі температура шамасымен сипаттайды. Битумның қ оюлығ ы жоғ арылаумен, оның жұ мсарту температурасы да кө теріледі, ал созылғ ыштығ ы, ә детте, тө мендейді.

Омыртқ ылық температурасы деп битумның арнайы аспаптың жез (латунь) табақ шасына жағ ылғ ан жұ қ а қ абатын игенде жарық бірінші рет пайда болгандағ ы температураны айтады.

Битумның лап етіп іщтану температурасы оны қ азанда қ ыздырғ ан кездегі от қ ауіптілігін сипаттайды. Лап етіп тұ тану температурасын, сурет 12. 7. кө рсеткендей, стандартты аспап кө мегімен анық тайды, яғ ни битумды қ ыздыру процесінде кезекті рет отты оғ ан жақ ындата бергенде тигельдегі битумнан бө лініп шьіқ қ ан будың лап етіп тұ танатын сә тіндегі битум температурасымен бағ алайды. Ә детте қ ою жә не қ атты битумдардың лап ету температурасы 200°С аспайды. Битумдардың негізгі кемістіктеріне ең аддымең қ ою битумдардың аяз мезгілінде омырткылық тарының жоғ ары болатындығ ы жатады. Айыру (изоляциялау) ү шін арналғ ан битумдарды резиналар қ осу арқ ылы сапасын жақ сартуғ а болады. Мұ ндай битумдардың созымталдығ ы, серпінділігі, температурағ а тұ рақ тылығ ы, аязғ а тө зімділігі жоғ ары болады жә не «ескіру» мезгілі баяу келеді.

Битумдар қ асиеттерінің кө рсеткіштері жиынтығ ы олардың маркаларын сипаттайды, яғ ни маркаларын тағ айындауғ а негіз болады. Сонымен, битумдар маркасы қ олдануларына байланысты белгілі техникалық талаптарды қ амтамасыз етуі керек. Мысалы, ө ндірісте кең інен қ олданатын мұ найлық битумдар қ ұ рылыстық, жамылтқ ылық жә не жолдық болып бө лінеді, ал басты қ асиеттері боиынша -маркаларғ а жіктеледі. (кесте 12. 1).

Битум маркаларындағ ы цифралар иненің битумғ а бату терең діктерінің мү мкіндік ауытқ у шектері. Сондай-ақ, тағ ы ү ш кластағ ы сұ йық жол битумдары шығ арылады: ТҚ - тез қ оюланғ ыш; ОК - орташа жылдамдық пен қ оюланғ ыш жэне БҚ - баяу қ оюланғ ыш сұ йық битумдар. Бұ лардың қ ұ рамында «сұ йық татқ ыш» болатындық тан, қ оюлық тары тө мен, яғ ни сұ йық консистенциялы болады, сондық тан, оларды қ ұ рылыста сұ йык қ алпында немесе шамалы қ ыздырган (50-КЮ°С дейін) кү йінде қ олдана

береді. Сұ йық битумдардың маң ызды қ асиеттеріне қ оюлығ ы, фракциялык қ ұ рамдары жә не лап етіп жанулары жатады.

Айыру (изоляциялау) ү шін арналғ ан битумдарды резиналар қ осу арқ ылы сапасын жақ сартуғ а болады. Мұ ндай битумдардың созымталдығ ы, серпінділігі, температурағ а тұ рақ тылығ ы, аязғ а тө зімділігі жоғ ары болады жә не «ескіру» мезгілі баяу келеді.

Битумдар қ асиеттерінің кө рсеткіштері жиынтығ ы олардың маркаларын сипаттайды, яғ ни маркаларын тағ айындауғ а негіз болады. Сонымен, битумдар маркасы қ олдануларына байланысты белгілі техникалық талаптарды қ амтамасыз етуі керек. Мысалы, ө ндірісте кең інен қ олданатын мұ найлық битумдар қ ұ рылыстық, жамылтқ ылық жэне жолдық болып бө лінеді, ал басты қ асиеттері бойынша -маокалаоғ а жіктеледі. (кесте 12. 1).

Битум маркаларындағ ы цифралар иненің оитумғ а юліу терендіктерінің мү мкіндік ауытқ у шектері.

Сондай-ақ, тағ ы ү ш кластағ ы сұ йық жол битумдары шығ арылады: ТҚ - тез қ оюланғ ыш; ОК - орташа жылдамдық пен қ оюланғ ыш жэне БҚ - баяу қ оюланғ ыш сұ йық битумдар. Бұ лардың қ ұ рамында «сұ йық татқ ыш» болатындық тан, қ оюлық тары тө мен, яғ ни сұ йық консистенциялы болады, сондық тан, оларды қ ұ рылыста сұ йык қ алпында немесе шамалы қ ыздырғ ан (50-*-60°С дейін) кү йінде қ олдана береді.

Сұ йық битумдардың маң ызды қ асиеттеріне қ оюлығ ы, фракциялык

қ ұ рамдары жә не лап етіп жанулары жатады.

Сұ йық битумдар қ оюлығ ын стандарттық вискозиметрмен анық тап, белгілі бір температурада жэне аспаптың берілген тесік диаметрінде 50 мл саналатын битумның ағ ып шығ уына кеткен уақ ытымен (сек) бағ алайды

Ә детте, битумдар қ оюлығ ын ағ ызу тесігінің диаметрі 5 мм аспап кө мегімен сыналатын битум температурасын 60 С жеткізе қ ыздырып барып анық тайды.

⇐ Предыдущая 29 30 31 32 333435 36 37 38 Следующая ⇒