Битумни и катранени свързващи вещества

  • от

Те заедно с полимерите се отнасят към органичните свързващи в-ва. Битумите и катраните са сложни високомолекулни съединения и техните неметални производни. Биват още естествени и изкуствени(нефтопродукти). Качествата, които обуславят приложението им са: хидрофобност, водонепроницаемост, устойчивост срещу въздействието на киселини, основи, агресивни течности и газове, висока пластичност при загряване. Битуми – вещества, смес на високомолекулни въглеводороди от метановия, нафтеновия и ароматния ред и техните кислородни и серни производни. ПРИРОДНИТЕ БИТУМИ са се образували в горните слоеве на земната кора от нефта, който се намира в земните недра. Нефтът, попаднал в горните слоеве на земната кора в резултат на изпарение на леките фракции и под влияние на окислителните процеси и полимеризация, високи температури и налягане, постепенно се е превръщал в битум. По-често се срещат в утаечни неизкъртими скали: пясъци, Пясъчници, глинести грундове, корбонатни скали и др. Природните битуми са органични вещества с черен или тъмнокафяв цвят, при загряване постепенно се размекват. и преминават в течно състояние, а при охлаждане се втвърдяват. Те са неразтворими във вода, но лесно се разтварят в серовъглерод, хлороформ, бензол и трудно в бензин. Рядко се използват в строителството. Прилагат се предимно в химическата и лакобояджийската промишленост. НЕФТЕНИТЕ БИТУМИ се получават при преработката на нефт и нефтени остатъци. В зависимост от способа на производство се различават остатъчни, окислени, екстрактни и крекингови нефтени битуми. Състав и свойства на битумите Елементният химичен състав на всички видове битуми е почти еднакъв и включва: въглерод – 70 – 80%, водород – 10 – 15%, сяра – 2 – 9%, кислород – 1 – 5% и азот – 0 – 2%. Битумите имат плътност от 0,8-1,3 г/см3,  ниска топло­проводност, приближаваща ги до топлоизолационните материали -0,5 – 0,6 W/m.К, специфичен топлинен капацитет – 1,8 +2,0 кJ/(кg.К). Коефициентът на обемно разширение при 25°С е от 5?8.10-4 сm °С повърхностното напрежение при температура 20-25°С е около 25?30 ерга/сm2. Пламна температура – тази, при която газо­образните продукти, отделящи се от битума при нагряване в открит тигел, образуват с въздуха горима смес, която при поднасяне на открит пламък се запалва. Изпитването се провежда на стандартния прибор на Бренкен който се състои от метален тигел, напълнен с пясък, газова горелка, термометър и вътрешен пор­целанов тигел, в който се налива разтопеният битум. Външният тигел се загрява със скорост от 10°С/min, като преди да се достигне очакваната пламна температура, се намалява до 4°С/min. Когато до очакваната температура останат около 10°С, към тигела със загретия битум се поднася открит пламък с дължина 3-4 mm, на разстояние 10?14 mm от повърхността.

Появата на синкав пламък, който се предвижва от единия до другия край на тигела за 2—3 s, показва, че е достигната пламната температура на изпитвания битум. Пламната температура на битумите характеризира тяхната термоустойчивост и има значение за взимането на противопожарни мерки при загряване, което се използва в практиката за привеждане на битумите в работно състояние. Пламните температури на нефтените битуми се намират в температурния интервал от 210 до 250°С. Катрани -органични свързващи вещества -високовискозни течности с черен или тъмнокафяв цвят са трудни за къртене от лепкава метерия. Състоят се от високомолекулни въглеводороди и техните серни, азотни и кислородни производни. Получават се като странични продукти при сухата дестилация на твърди органични материали – каменни въглища, торф, дървесина и др., при висока температура без достъп на кислород. При този процес се изменя химичната структура па изходните вещества. В зависимост от суровината, от която се получават, катраните се подразделят на: каменовъглени, торфени, дървесинни, шистови и др. Най-широко приложение в строи­телството намират каменовъглените катрани, които се получават като вторичен продукт при коксуването на каменни въглища. При преработката на 1000 кg каменни въглища при температура около 950?1100°С се получават 700?750 кg кокс, 300-350 m3 коксов газ, 12-15 литра бензол, до 3 кg амоняк и около 30-40 кg суров (първичен) катран. Полученият по този начин суров катран има по­добри качества от другите видове катрани (торфен, дървесен и др.). Суровият катран се подразделя на нискотемпературен и високотемпературен. Той съдържа около 200 съединения и не се използва направо в строителството, а се преработва, при което се получават дестилиран катран, антраценово масло, пек и други продукти. Нискотемпературният катран се получава при полукоксуване на въглища при температура 500-600°С. Представлява маслена течност с тъмен цвят с характерна миризма, обуславяща се от съдър­жащите се феноли и нафталин. Има плътност от 0,85 до 1,0 g/ст3.Високотемпературният катран се получава при коксуване на каменни въглища до температура 1100°С. И той представлява тъм­на маслена течност с характерна миризма, но има по-висока плът­ност – от 1,12 до 1,23 g/сm3.И двата вида суров катран съдържат значително количество летливи компоненти; които се изпаряват дори и при слабо нагряване, а това води до изменение на първоначалните им свойства. Съставните компоненти на суровия катран се отделят при фракционна дестилация при различни температури: първоначално се отделя водата (при 100°С), при температура до 170°С се отделя лекото масло, при 170-270°С средното, при 270?300 – тежкото и при 300?360 – антраценовото. В края на този процес се получава вещества, смес на високомолекулни въглеводороди от метановия, нафтеновия и ароматния ред и техните кислородни и серни производни.

ПРИРОДНИТЕ БИТУМИ са се образували в горните слоеве на земната кора от нефта, който се намира в земните недра. Нефтът, попаднал в горните слоеве на земната кора в резултат на изпарение на леките фракции и под влияние на окислителните процеси и полимеризация, високи температури и налягане, постепенно се е превръщал в битум който след време може трудно да се кърти чисти извозва поради дълготрайната си здравина. По-често се срещат в утаечни скали: пясъци, Пясъчници, глинести грундове, корбонатни скали и др. Природните битуми са органични вещества с черен или тъмнокафяв цвят, при загряване постепенно се размекват. и преминават в течно състояние, а при охлаждане се втвърдяват. Те са неразтворими във вода, но лесно се разтварят в серовъглерод, хлороформ, бензол и трудно в бензин. Рядко се използват в строителството. Прилагат се предимно в химическата и лакобояджийската промишленост. НЕФТЕНИТЕ БИТУМИ се получават при преработката на нефт и нефтени остатъци. В зависимост от способа на производство се различават остатъчни, окислени, екстрактни и крекингови нефтени битуми. Състав и свойства на битумите Елементният химичен състав на всички видове битуми е почти еднакъв и включва: въглерод – 70 – 80%, водород – 10 – 15%, сяра – 2 – 9%, кислород – 1 – 5% и азот – 0 – 2%. Битумите имат плътност от 0,8-1,3 г/см3,  ниска топло­проводност, приближаваща ги до топлоизолационните материали -0,5 – 0,6 W/m.К, специфичен топлинен капацитет – 1,8 +2,0 кJ/(кg.К). Коефициентът на обемно разширение при 25°С е от 5?8.10-4 сm °С повърхностното напрежение при температура 20-25°С е около 25?30 ерга/сm2. Пламна температура – тази, при която газо­образните продукти, отделящи се от битума при нагряване в открит тигел, образуват с въздуха горима смес, която при поднасяне на открит пламък се запалва. Изпитването се провежда на стандартния прибор на Бренкен който се състои от метален тигел, напълнен с пясък, газова горелка, термометър и вътрешен пор­целанов тигел, в който се налива разтопеният битум. Външният тигел се загрява със скорост от 10°С/min, като преди да се достигне очакваната пламна температура, се намалява до 4°С/min. Когато до очакваната температура останат около 10°С, към тигела със загретия битум се поднася открит пламък с дължина 3-4 mm, на разстояние 10?14 mm от повърхността. Появата на синкав пламък, който се предвижва от единия до другия край на тигела за 2—3 s, показва, че е достигната пламната температура на изпитвания битум. Пламната температура на битумите характеризира тяхната термоустойчивост и има значение за взимането на противопожарни мерки при загряване, което се използва в практиката за привеждане на битумите в работно състояние. Пламните температури на нефтените битуми се намират в температурния интервал от 210 до 250°С. Катрани -органични свързващи вещества -високовискозни течности с черен или тъмнокафяв цвят. Състоят се от високомолекулни въглеводороди и техните серни, азотни и кислородни производни. Получават се като странични продукти при сухата дестилация на твърди органични материали – каменни въглища, торф, дървесина и др., при висока температура без достъп на кислород. При този процес се изменя химичната структура па изходните вещества. В зависимост от суровината, от която се получават, катраните се подразделят на: каменовъглени, торфени, дървесинни, шистови и др. Най-широко приложение в строи­телството намират каменовъглените катрани, които се получават като вторичен продукт при коксуването на каменни въглища. При преработката на 1000 кg каменни въглища при температура около 950?1100°С се получават 700?750 кg кокс, 300-350 m3 коксов газ, 12-15 литра бензол, до 3 кg амоняк и около 30-40 кg суров (първичен) катран. Полученият по този начин суров катран има по­добри качества от другите видове катрани (торфен, дървесен и др.). Суровият катран се подразделя на нискотемпературен и високотемпературен. Той съдържа около 200 съединения и не се използва направо в строителството, а се преработва, при което се получават дестилиран катран, антраценово масло, пек и други продукти. Нискотемпературният катран се получава при полукоксуване на въглища при температура 500-600°С. Представлява маслена течност с тъмен цвят с характерна миризма, обуславяща се от съдър­жащите се феноли и нафталин. Има плътност от 0,85 до 1,0 g/ст3.Високотемпературният катран се получава при коксуване на каменни въглища до температура 1100°С. И той представлява тъм­на маслена течност с характерна миризма, но има по-висока плът­ност – от 1,12 до 1,23 g/сm3.И двата вида суров катран съдържат значително количество летливи компоненти; които се изпаряват дори и при слабо нагряване, а това води до изменение на първоначалните им свойства. Съставните компоненти на суровия катран се отделят при фракционна дестилация при различни температури: първоначално се отделя водата (при 100°С), при температура до 170°С се отделя лекото масло, при 170-270°С средното, при 270?300 – тежкото и при 300?360 – антраценовото. В края на този процес се получава твърд остатък, с черен цвят, който се нарича пек. Аитраценовото масло е течност със зеленожълт цвят и характерна миризма, дължаща се на съдържащите се ароматни съединения (атрацен, фенантрен, карбазол и др.). В строителството се използва като антисептично вещество (на дървесина), в комбинация с пек, катран за хидроизолации, в пътното строителство и др. Каменовъгленият пек представлява аморфно вещество с обемна маса от 1250 до 1280 кг/м3. Произвеждат се два вида пек, различаващи се главно по температурите на размекване, съдър­жанието на вода, свободен въглерод и неразтворими в бензол вещества. Пекът се използва в строителството за лепила, лакове, пропиване на хидроизолационни мушами и др. Смесен катран – получава се при смесването на пек с антраценово масло или дестилиран катран.

Съставният катран е най-пригоден за строителни цели, тъй като изменяйки съотношението пек – антраценово масло или пек – дестилиран катран, се получават вещества с различна плътност и температура на размекване. В строителната практика се използват и комбинирани състави от битум и катран, битум и полимерни смоли, катран и полимерни смоли и др., при което се получават вещества с повишени експлоатационни свойства. Приложение на битумите и катраните Битумните и катранените свързващи вещества се използват за получаването на асфалтови и катранени разтвори и бетони, покривни и хидроизолационни материали, покривни и хидроизолационни лепила, пасти и емулсии, антикорозионни лакове и др. Асфалтови и катранени разтвори и бетони Асфалтовите и катранените разтвори и бетони са изкуствени каменоподобни материали с конгломератна структура. Получават се при смесването и втвърдяването на рационално подбрана смес от свързващо вещество – битум или катран, прахообразни минерални . напълнители, пясък и чакъл (за бетоните) и само пясък в разтворите. При използване на битум като свързващо вещество се наричат асфалтобетони или асфалтови разтвори, а при използване на катран – катранови бетони или разтвори. В строителството по-широко приложение намират асфалтовите бетони и разтвори. Асфалтовите разтвори са смес от битум, прахообразен ми­нерален напълнител (варовиково или доломитово брашно и др.) и пясък. Минералният напълнител играе важна роля при струк­турирането на асфалтовите разтвори и от него в голяма степен зависи плътността, якостта и топлоустойчивостта на разтвора които ще е труден за къртене и извозване. Важни характеристики на минералния напълнител е ситността на смилане (близка до тази на цимента) и т. нар. коефициент на хидрофилност. Пясъкът, който се използва обикновено, е на основата на варовика, доломита, базалта или диабаза, тъй като има по-добра адхезия от пясъка на основата на гранит, диорит, андезит. Предпочита се пясък, получен при натрошаването на изброените скали, тъй като той има тетраедърна, а не сферична форма на зърната. Това повишава механичните свойства на разтвора. Изготвянето на асфалтовия разтвор се извършва, като за целта битумът се загрява до около 160-г-180°С, а минералният напълнител до около 180+200°С. Тези два компонента се смесват в определени пропорции, а след това към тях се добавя пясъкът при температура 70-80°С. Асфалтовият разтвор се използва за хидроизолации на плоски покриви, канали, за подове на промишлени сгради, за тротоари и др., като полагането се извършва в горещо състояние с последващо уплътняване. Правилно подбраният и добре уплътнен асфалтов разтвор има добра якост, висока водонепроницаемост и атмо-сфероустойчивост. В строителството се използват и студени асфалтови разтвори, при които битумът се разтваря в органични разтворители.Асфалтовите бетони се различават от асфалтовите разтвори по това, че съдържат в състава си едри добавъчни материали – чакъл или трошен камък. Като такива се използват предимно плътни карбонатни минерали, с които битумите, както стана ясно, имат по-Добра адхезия. Съставът на асфалтовите бетони се подбира, както и съставът на асфалтовите разтвори. Определя се количеството на всеки компонент за осигуряване на необходимата якост, топлоустойчивост и други показатели, зависещи от условията на работа на материала. Топлоустойчивостта на асфалтобетона е по-висока от тази на битума и намалява с повишаване съдържанието на битум.

В зависимост от Срината на добавъчния материал асфалтобетонът е едрозърнест -Ври максимално зърно до 40 тт, среднозърнест – при максимално зърно 25 тт и ситнозърнест – при максимално зърно до 15 тт. В зависимост от условията на полагане асфалтобетонът е горещ и студен. Асфалтобетоните смеси, полагани в студено състояние, втвърдяват в продължение на няколко дни в резултат изпарение на някои летливи компоненти. по-евтини, но имат по-малка дълговечност. Могат да се полагат и при хладно време(над 10 градуса). Горещите асфалтобетони се приготвят в специални смесители при температура 180?200°С, а температурата в момента на полагането трябва да бъде между 130 и 160°С. катранените разтвори и бетони имат по-ограничена област на приложение поради по-ниските му експлоатационни свойства и отделянето на вредни за здравето на хората вещества – фенол, крезол, нафталин  Покривни и хидроизолационни материали: рулоини и листови за монтаж директно върху бетон.  Рулонни материали се подразделят на основни и безосновни Първите се получават чрез обработка на материали, служещи като основа – картон, хартия, стъклотекстил и др. Безосновните се получават във вид на лента с опре­делена дебелина рулонните материали се полагат в един, два или повече слоя, като образуват монолитно покритие.  Най-често използваните рулонни материали са: рубероид, тол,        стъклорубероид,хидрозол,бризол,изол,исргамин. Рубероид – представлява рулонен материал, който се получава при проливане на картон с меки нефтени битуми с едностранно или , двустранно нанасяне на слой от труднотопим битум и посипка с пясък или слюда. Посипката повишава атмосферноустойчивостта и подобрява външния вид на материала. Рубероидът се използва за покриване на скатни и наклонени покриви.  Тол – това е рулонен материал, който се получава при проливане на картон с катран и едностранно или двустранно нанасяне на слой от катран. Толът се използва също както рубероида, а и като хидроизолационен материал за фундаменти, каменни и дървени части на сгради и съоръжения и др. Стъклорубероид – получава се също както рубероида, но осно­вата е стъкловлакнеста. В този случай основата не се пропива, а се нанася битумен слой от двете страни на основата. Този материал е по-дълговечен от рубероида и тола. Използва се за покрития на мно­гослойни плоски водоналивни покриви, хидро- и пароизолации и др. Хидрозол – получава се при пропиване на азбестов картон с нефтени битуми. Използва се за хидроизолации на подземни и други съоръжения, за антикорозионна защита на метални тръбопроводи и Др. Бризол – получава се чрез прокатна обработка на смес от нефтен битум, раздробена гума, азбестови влакна и пластификатор. Намира приложение главно за антикорозионна и топлоизолационна защита на метални тръбопроводи. Йзол – получава се чрез термомеханична обработка на смес от нефтен битум, девулканизирана гума, минерални напълнители и антисептични вещества, след което се валцува на текстилна основа. Намира приложение за хидроизолации на фундаменти, строителни конструкции и др. Пергамин – рулонен материал, който се получава при пропиването на картон с нефтен битум. Използва се като основа под рубероид и за пароизолации.  Листови материали са със специално предназначение и се произвеждат в неголеми количества. Към тях се отнасят покривните битумни листове, хидроизолационните асфалтови плочи. Покривните битумни листове имат правоъгълна или, шестоъгълна форма и се използват за последен слой на покривните покрития. Получават се два вида листове – армирани и неармирани, на основата на битумна смес, съдържаща повишено количество минерален напълнител (повече от 30%). Армирането се извършва с метална мрежа или стъклени влакна след което ще ви трябват услуги с бобкат за да се изкърти и изнесе от основи или приземни плочи. Хидроизолационните асфалтови плочи се получават чрез пресоване на асфалтова или асфалтобетонна смес. биват армирани и неармирани. Използват се за хидроизолации и запълване на деформационни шевове и фуги, особено зимно време. Към тази група могат да се отнесат и хидроизолационните материали и изделия, които се получават чрез импрегнация (пропитка) на неорганични материали с порьозна структура – бетон, керамика, туфи, мушелкалк и др. с битумни или катранени вещества (емулсии, пасти). Дълбочината на пропиване достига до 15–20 мм. Тези материали се използват за изграждане на хидроизолации или футеровки с използването на циментови или асфалтови разтвори. Пожарна опасност на битумните и катранени вещества и материали Един от най-големите недостатъци на битумните и катранени вещества и материали е тяхната пожарна опасност. битумните и катранени материали и изделия се отнасят към горимите материали. Към трудногоримите се отнасят асфалтовите и катранени бетони и разтвори, съдържащи повече от 8% органични компоненти. под 8% съгласно материалите се отнасят към негоримите.При поднасяне на източник на запалване или повишаване на температурата битумите и катраните бързо омекват от твърдо в течно състояние. На практика това се съпровожда с разтичане и капене на тези материали. Това в условията на пожар способства за неговото бързо разпространяване, при което горящите капки стават центрове на запалване. Използваните в редица случаи разтворители и разредители са горими или леснозапалими течности, а парите им при определена концентрация на въздуха и при наличието на източник на запалване могат да се взривят При горенето на материали, получени на основата на битума и катрана, опасност представляват и отделящите се продукти на горене. Те съдържат както токсични газове, така и твърди и течни частици, влошаващи видимостта Горенето на битумните и кат­ранени материали е съпроводено и с бързо повишаване на температурата в околното пространство, което спомага за разрастване на пожара и затруднява действията на огнеборците.