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:
- Повне сумісність з обраним мінеральним наповнювачем і висока адгезія до нього.
- Температура крихкості і стеклования для помірних широт на рівні відповідно нижче -20 і -45 оС.
- Температура розм\'якшення вище 70-80 оС.
- 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.