Органические вяжущие вещества

К разряду органических вяжущих веществ относят битум и деготь.

Битумные вяжущие по химическому составу представляют собой сложные смеси углеводородов и их соединений с кислородом, азотом, серой. По происхождению битумы делят на нефтяные, природные и сланцевые. Природный битум извлекают из асфальтовых горных пород водной вываркой в котлах или растворением в органических растворителях (экстрагированием из битуминозных песчаников). Из битуминозных известняков и доломитов природный битум не извлекают, а тонким помолом в шаровых мельницах породу превращают в асфальтовый порошок – сырье для производства асфальтового бетона.

Ввиду высокой стоимости и малого распространения применение природных битумов в строительстве ограниченно. Для строительных целей применяют, главным образом, нефтяные битумы. Стоимость нефтяных битумов в 5…6 раз дешевле, чем природных. Битумы, полученные отгонкой из нефти бензина, керосина и части масел, называют остаточными. Мазут, образующийся при этом в трубчатых нефтеперегонных установках подвергают дополнительной разгонке с выделением гудрона а также жидких и вязких битумов. Окисленные битумы получают окислением нефтяных остатков методом продувки через них кислорода воздуха при Т= 200…230°С в кубах – конвертерах. Кислород воздуха окисляет углеводороды. Повышается содержание асфальтенов, смолы уплотняются, повышается вязкость битума.

Главными компонентами битумов являются масла, смолы и асфальтены. Масла – это углеводороды с молекулярной массой 300…500 а.е., смолы, соответственно с массой 600…800 а.е. Асфальтены – это твердые углеводороды с молекулярной массой 1000…5000 а.е. и выше. Кроме перечисленных составляющих в битуме присутствуют в малых количествах: карбены и карбоиды до 1…2 %, парафины – до 8 %, асфальтогеновые кислоты, повышающие адгезию битумов к каменным материалам.

Битумы представляют собой гидрофобные вещества имеющие коллоидное строение. Они состоят из масляной среды и дисперсионной фазы в виде мицелл. Мицеллы представлены мельчайшими частицами асфальтенов, на поверхности которых адсорбирован слой нефтяных смол. Количественное соотношение основных компонентов во многом определяет важнейшие свойства битумов – их вязкость, пластичность и теплостойкость. С увеличением доли масел и при повышении температуры понижается вязкость и повышается пластичность. Асфальтены повышают температуру размягчения и твердость битумов. Пластичность битумов определяют по растяжимости образца битума в дуктилометре при 25 °С. Теплостойкость устанавливают по температуре размягчения в приборе «Кольцо и шар». У жидких битумов вязкость оценивают временем истечения пробы битума через отверстие 5 или 10 мм. У твердых битумов вязкость измеряют на пенетрометре глубиной погружения иглы в образец битума при 25 °С (твердость).

Пластичность, высокая адгезия, водостойкость, щелочестойкость, кислотостойкость делают битум ценным сырьем в производстве дорожных бетонов, гидроизоляционных и кровельных материалов.

В табл. 5.1 приведены основные свойства нефтяных битумов.

Таблица5.1