ГИДРОИЗОЛЯЦИЯЛЫҚ МАТЕРИАЛДАР ӨНДІРІСІ ҮШІН ҚОЛДАНЫЛАТЫН ШИКІЗАТТАР

Гидроизоляциялық материалдар өндірісінде органикалық шикізаттардан - битум, қара май, полимерлер, еріткіштер, пластификторлар т.б., ал бейорганикалық шикізаттан - талшықты және ұнтақ тәрізді толықтырғыштар, себілмелі заттардан – құм, слюда қалдықтары, майда түйіршікті шағал т.б қолданылады.

Битумдар

Битум дегеніміз жоғарғы молекулалы көмірсутектер мен олардың оттекті, күкіртті және азотты туындыларынан тұратын органикалық зат. Бөлме температурасында олар қатты, тұтқыр немесе тұтқыр сұйық күйде болады, органикалық ерткіштерде жақсы ериді, қыздырған кезде жылжымалы сұйыққа айналады, нағыз тығыздығы - 1г/см³ тең.

Битумның бірқатар өзіндік қасиеттері де бар, яғни қыздырған кезде бастапқы тұтқырлығы төмендеп, ал салқындатқанда қайтадан қалпына келеді. Битум күкіртті көміртекте, төрт хлорлы көміртекте, ыстық бензолда, хлороформда және кейбір басқа да органикалық еріткіштерде жақсы еріп, толығымен ерітіндіге өтеді. Құрылыста және шатырлық, су оқшаулайтын және басқа да материалдардың зауыттық технологиясында кеңінен қолданылып, жоғарғы тұтқырлық пен гидрофобтық қасиеттер көрсетеді.

Битумның құрмына негізінен көмірсутекті топтар, майлар, шайырлар, асфальтендер, асфальтагенді қышқылдар және олардың ангидридтері кіреді.

Битумдардың көмірсутектік құрамы күрделі, оған С_nH_2n+2 – метан қатарындағы көмірсутектер С_nH_2n нафтендік және С_nH_2n-6 - аромат көмірсутектер кіреді. Битумның көмірсутекті қосылыстарының құрамында оттегі, азот, күкірт, ванадий, темір, никель т.б. да элементтер де болады. Қазіргі кезде битумның құрамында 300 мыңнан астам түрлі қосылыстардың болатындығы анықталған. Битум молекулаларының негізгі бөлігі көміртегінің 25...150 атомынан тұрады. Құрамындағы атом саны мен олардың кеңістікте орналасуына байланысты заттардың қасиеті де өзгереді. Мәселен белгілі бір заттың молекулалық массасы жоғары болған сайын, ондағы молекуларалық әсерлесу де жоғары болады. Битум молекулаларының молекулалық массасы негізінен 400..5000 аралығында. Ароматтық көмірсутектер жылу, оттегі және ультракүлгін сәулелердің әсеріне тұрақты келеді және олардың тотығуы нәтижесінде шайырлар қалыптасады. Метан көмірсутектері негізінен бірнеше рет қайталанатын – СН₂- топтары мен метил радикалдарынан тұрады және төменгі температурада кристалдануға бейім келеді. Нафтен көмірсутектері тотыққан кезде жартылай шайырға айналады.

Битумдардың элементтік құрамы С= 70-82%; H = 8-12%; O = 0.2-12%; S = 0.5-7 %; N = 1 %. Мұнайдан алынатын битумдарда оттегінің мөлшері аз болады (2%), оттегі, азот, күкірт негізінен: -ОН, -NH₂, -SH, -COOH функционалдық топтарының құрамына енеді.

Битумның элементтік құрамы оның қасиетін толық түсіндіріп бере алмайды, сондықтан негізінен битумның заттық құрамы қолданылады. Битум қосылыстарын, олардың еріткіштерде біркелкі ерімеуне байланысты топтарға жіктейді. Битумның құрамына енетін заттарды олардың негізгі қасиетеріне қарай бірнеше топтарға жіктейді.

1) Бірінші топқа майлар жатады, оларды битумнан эфирде және жеңіл бeнзинде еріту арқылы бөліп алуға болады. Олар негізінен молекулалық массасы 300...600 аралығындағы қаныққан, нафтендік және аромат көмірсутектерден тұрады, нағыз тығыздығы 1 г/см³ төмен. Майлар түсі ашық сары түсті және битумға жылжымалылық және аққыштық қасиет береді. Битумдағы майлардың үлесі 35..60% шамасында.

2) Шайырлар – молекулалық массасы 600..1000 шамасындағы тұйық және гетератұйық көмірсутектерден құралған, күңгірт – қоңыр түсті, нағыз тғызыдығы 1 г/см³ шамасында. Құрамында көп мөлшерде азотты, оттекті, күікіртті көмірсутек туындылары болғандықтан олар негізінен беттік белсенді болып, битумның тас материалдарға адгезиялық қабілетін жоғарылатады және суға төзімді қабықша түзуіне ықпал етеді. Бензинде, бензолда, хлороформда жақсы ериді. Шайырлар битумға серпімділік, суға төзімділік қасиет береді. Битумдағы шайырлардың үлесі -20-40%.

3) Асфальтендер - тығыздығы 1 г/см³ жоғары болған қатты, балқымайтын малекулалық массасы 1200...6000 шамасындағы заттар. Хлороформда, төртхлорлы көміртек пен ыстық бензолда жақсы ериді. Асфальтендер битумға қаттылық, тұтқырлық және температураға төзімділік қасиет береді. Көбінесе битумдағы асфальтендердің үлесі 10-40% шамасында болады. Ультракүлгін сәулелердің әсерінен асфальтендердің бензолдағы ерігіштігі төмендеп, олар карбенге айналады.

4) Кaрбендер және карбоидтар негізінен крекинг битумдарда 1-3% мөлшерінде кездеседі. Құрамы мен қасиеттері жағынан асфальтендерге ұқсас, бірақ тығыз және құрамындағы көміртегі мөлшері көп болады. Тек ыстық бензолда және күкіртті көміртекте ериді. Битумға тұтқырлық, морттық қасиет береді. Карбоидтар – белгілі еріткіштерде ерімейтін қатты заттар.

5) Асфальтенді қышқылдар – негізінен этил спиртінде жақсы еритін, полярлы, беттік белсенді заттар. Бұл топқа асфальтенді қышқылдардың ангидридтері де кіреді. Битумдарда 1-3% шамасында кездеседі. Олар битумның тaс материалдарға адгезиясын арттырады.

6) Парафиндер – қатты қаныққан көмірсутектер шамамен 6-8 % мөдшерде кездесіді. Битумның қасиеттерін нашарлатады.

Өзінің ішкі құрылымы бойынша битум дисперстік ортасы шайырлардың майдағы ерітіндісі, ал дисперсті фазасы асфальтендер, асфальтенді қышқылдар, кабендер, карбоидтар болып келетін күрделі дисперсті жүйе болып табылды.

Күннің радициясы, оттегі, температураның әсерінен битумның химиялық құрамы майлардың - шайырларға, шайырлардың – асфальтендерге өтуі нәтижесінде өзгереді.

Ауадағы оттектің ұзақ әсер етуі салдарынан, әсіресе температура артқан кезде, асфальтендер карбен мен корбоидтарға айналуы мүмкін. Шайырлар мен майлардың – полимерленуі мен тотығып түрін өзгертуі битум тұтқырлығының артып, морттық қасиетінің пайда болуына алып келеді.

Битумның сапасын сипаттайтын негізгі қасиеттері, оның тұтқырлығы, пластикалығы, морттығы және жұмсау температурасы болып табылады. Сондықтан битумды, түскен күштің шамасына тәуелділігі жоқ, тұтқырлығы нақты немесе ньютонды идеалды сұйық денеге жатқызуға болмайды. Тек жоғарғы температурада және битумның ішкі мициллярлық жүйесі, жылу қозғалысының кинетикалық энергиясы есебінен бұзылғын кезде немесе оның ішкі жүйесінің толық механикалық бұзылуына сай келетін қозғалу кернеуі мен деформациялық жылдамдық градиенті пайда болған кезде ғана, битумдар шынайы тұтқырлықтағы сұйық бола алады.

Ішкі жүйелік тұтқырлықты өлшеу үшін әртүрлі аспаптарды қолданады. Кейбір аспабтар тұтқырлықты абсолютті өлшемде (пуаз), басқалары бұл сипаттаманы шартты өлшемде бағалауға мүмкіндік береді. МемСТ бойынша битумдарды тұтқырлыққа дәлірек сынау әдістерінде, яғни тұтқырлыққа кері шаманы, белгілі бір температурада белгілі бір салмақпен тұрған инені сыналатын битумға ендіру арқылы, пенетрометрде анықтайды (1.1-сурет). Неғұрлым иненің битумға енуі тереңірек болса, солғұрлым битумның тұтқырлығы аз болғаны.

Битумның пластикалығы өте маңызды қасиет. Битумның пластикалығы оның құрамында майдың көбеюіне, температураның өсуіне, салмақ әсері ұзақтығының артуына байланысты артады. Пластикалықты, тұрақты салмақпен деформацияның дамуын және оның, салмақтың әсерін тоқтатқаннан кейінгі кемуін анықтауға мүмкіндік беретін аспабтарда анықтайды. Графиктерде тек пластикалық деформацияны ғана емес, сонымен қатар деформацияның серіппелі-майысқақтық бөлігін де байқауға болады.

Стандарт бойынша битумның пластикалығы шартты күйде дуктилометр (1.2-сурет) деп аталатын аспабта созылуымен сипатталады. Әдетте битумның құрамында шайырдың көбеюіне қарай, оның созылғыштығы да артады. Битумның төменгі температурада біраз созылғыш болуы өте маңызды (пластикалық қасиетін сақтау), сондықтан стандарт бойынша оны екі температурада +25⁰С және 0⁰С анықтайды.

Стандартты шығыршықтағы битум қабатын жайлап қыздырғанда, битумның үстінде тұрған металл шариктің әсерінен оның шөгінді деформацияға ұшырап, төменгі сөреге тиетін жағдайға сай келетін көрсеткішті, «шығыршық пен шар» (1.3-сурет) аспабында анықталатын жұмсау температурасы деп атайды. Битум тұтқырлығының өсуіне байланысты, оның жұмсау температурасы да өседі, ал созылғыштығы әдетте кемиді.

Арнаулы аспабтың жез пластинкасына жағылған майысқан жұқа битум қабатында бірінші сызат пайда болған температураға сай келетін көрсеткішті битумның морттық температурасы деп атайды (Фраас приборы 1.4-сурет).

Тұтану температурасы битумды қазанға қыздырғанда, оның тұтанып жану температурасын сипаттайды. Бұл көрсеткішті, ашық тигельде, битумнан бөлінген будың, жақындатқан оттың әсерінен тұтануына сай келетін температураны білу арқылы анықтайды.

Полярлығы – битум компоненттеріндегі электр зарядтарының бөлінуін сипаттайды. Органикалық байланыстырғыштардың полярлығы еру коэффициенті арқылы сипатталады:

α ·100%

бұндағы А - битумның метил спиртінде ерігіштігі;

В - бтумның бензолдағы ерігіштігі;

Мұнай битумдары үшін α= 5-35 аралағында болады.

Α – ның мәні жоғары болған сайын битумның тас материалдарға адгезясы артады.

Битумның тұтқырлығы қыздырған кезде күрт өзгереді. Қатты битумдарда ол 25⁰С температурада массасы 100 г затпен 5 секунд ішінде инеге әсер еткенде, стандартты иненің битумға ену тереңдігімен сипатталады. Бұл битумның тұтқырлыққа қарсы қасиеті аққыштығын сипаттайды және пенетрометр көмегімен анықталады. Пенетрация (П) градуспен белгіленеді. Әрбір градус иненің 0,01 м тереңдегенін сипаттайды.

П =1^{0 ·} 0,1г

25⁰С кезендегі тұтқыр және қатты битумдардың пенертациясы П₂₅ =5…..300 арасында болады.

Пенетрациядан динамикалық тұтқырлыққа өту үшін Зааль формуласын пайдаланады.

η_н =

Бұндағы η_н динамикалық тұтқырлық (Па·с) П –иненің битумға ену тереңдігі.

Битумның тұтқырлығы стандартты температурада вискозиметрдің тесіктері арқылы өткен битум мөлшерінің уақытымен сипатталады. Бұл мақсатта дайындалған вискозиметрге, сынау температурасынан 2...3С⁰ жоғары температураға қыздырылған битумды құяды. Сынау температурасына жеткен кезде битумнан термометрді шығарып, вискозиметрдің шығыршықты клапанын ашады. Өлшегіш цилиндрдегі аққан битумның деңгейі 25 см³ жеткен кезде секундомерді қосып, қалған 50 см³ битумның вискозиметрден өту уақытын анықтайды. Стандартты вискозиметр бойынша 1с, 0,025...0,03 Па·с динамикалық тұтқырлыққа сәйкес келеді. Стандартты вискозиметр тесіктерінің диаметрі 3, 5, 10мм сәйкес келеді, сынау температуралары 25, 60С⁰. Сұйық битумдардың С⁵_25, С⁵₆₀ шамаларымен сипаттау қабылданған, бұндағы жоғарғы индекс – стандартты тесіктің диаметрін, ал төменгі индекс – сынау температурасын сипаттайды. Битумның тұтқырлығы температураға байланысты өзгереді.

Пластикалығы стандартты сегіздікті дуктилометрде созу арқылы анықталады. Созылғыштық ретінде стандартты сегіздікті 5см/мин жылжамдықпен созған кездегі үлгінің үзілу ұзындығы қабылданған. Битумның пластикалығы температура төмендегенде азаяды және ол битумның заттық құрамына тәуелді болады. Битумның созылғыштығы 0⁰ және 25⁰С температурада анықталады және Д₂₅ және Д₀ деп белгіленеді.

Жұмсару температурасы стандартты «шығыршық пен шар» әдісімен анықталады. Жұмсару температурасы битумның қатты немесе тұтқыр-пластикалық күйден, сұйық күйге өтуін сипаттайды.

Битумның морт күйге көшуі, оның қату температурасына тәуелді және Фраас приборы көмегімен анықталады. Ол үшін өлшемдері 40х20х0,15мм болған пластинкаға 0,4г битум жұқа қабықша етіп жағылып, 1⁰С/мин жылдамдықпен салқындата отырып, пластинканы прибордың көмегімен 1с^-1 жылдамдықпен иіп, қайта жазады. Материалдың морттығы ретінде битум қабықшасындағы алғашқы пайда болған сызат температурасы қабылданған.

Битумның температураға төзімділігі тек қана жұмсару температурасымен ғана емес, пенетрация индексімен де анықталады.

1)

ИП =

Бұндағы А= - жұмсару температурасы

Пенетрациялық индексі 2-ден төмен битумдар температураға сезімтал, ал 2-ден жоғары битумдар төменгі температурадағы морттығы төмен, термиялық төзімсіз болып есептеледі. Пенетрациялық индексі жоғары болған сайын битумның пластикалық интервалы мен жылуға тұрақтылығы жоғары болады.

Битумның жоғарыда көрсетілген және басқа да қасиеттері, оны құрылыс материалы ретінде сипаттайды. Битумның кемшілігі ретінде, бәрінен бұрын, төменгі температурада байқалатын жабысқақ битумдардың жоғарғы морттығын ескеру қажет.

Әртүрлі стандартқа бағынатын мұнай битумдары, олардың пайдалануына қарай белгілі техникалық талаптарды қанағаттандыруы керек.

Жол құрылысы үшін жақсартылған, тұтқырлығы жоғары мұнай битумдарының бес маркасы өндіріледі: БНД-200/300, БНД-130/200, БНД-90/130, БНД-60/90 және БНД-40/60 (МемСТ 222457-76). Көрсетілген белгілеудегі сандар, температура 25⁰С болғандағы пенетрометр инесінің тереңдікке ену тереңдігін көрсетеді.

Одан басқа битумдар 0⁰С-дағы иненің шөгу тереңдігі, созылғыштығы, жұмсару температурасы, морттық температурасы және басқада қасиеттерімен нормаланады. Сұйық жол битумның үш класы өндіріледі: ЖҚ, ОҚ және БҚ, яғни сәйкесінше жылдам, орташа және баяу қоюланатын битумдар. Олардың ішінде сұйылтқыштар болуына байланысты тұтқырлығы төмен болады.

Құрылыс жұмыстары үшін қатты мұнай битумның БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10 (МемСТ 6617-76) шатырлық жұмыстар үшін мұнай битумдарының БНК 45/180, БНК 90/40, БНК 90/30 (МемСТ 9548-74) деген маркалары шығарылады. Құрылыста кеңінен қолданылатын битум маркаларының негізгі сипаттамалары 3.1 – кестеде көрсетілген.

3.1 кесте - Мұнай битумдарының негізгі қасиеттері мен оларға қойылатын талаптар