Битумные вяжущие вещества

Содержание

 

Введение ………………………………………………………………………..3

1. Физико-технические характеристики  вяжущего вещества ………………5

2. Разработка технологии  производства изучаемого вяжущего вещества …7

3. Применение разрабатываемого вяжущего вещества ……………………..8

4. Перспективы развития  технологии производства и применения  данного вяжущего вещества …………………………………………………………..…11

Список используемой литературы ………………………………………….13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Во введении даются основные сведения по разработке данного вяжущего вещества с учетом истории его развития, технологии получения и применения в строительстве специальных зданий и  сооружений.

Битум был первым продуктом из нефти, которым пользовался человек уже за 3800 лет до н.э. его применяли как строительный материал. Битумы и асфальты, добываемые в районах нефтяных месторождений, использовали в качестве связывающих, антисептических, противокоррозионных и водонепроницаемых материалов, для строительства зданий и башен, водопроводных и сточных каналов, туннелей, зерно- и водохранилищ, дорог, в судостроении, медицине и мумификации трупов. С развитием нефтяной промышленности возросла переработка асфальто-смолистых нефтей, увеличилось производство и улучшилось качество битумов, которые вытеснили природный асфальт, но добыча последнего продолжается до сих пор.

В настоящее время битум широко применяют в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве и реактивной технике, а также для защиты от радиоактивных излучений. Ведущей областью применения битумов являются строительство и ремонт дорог, жилых домов, промышленных предприятий и аэродромов.

К битумным материалам относятся следующие:

Природные битумы — вязкие жидкости или твердообразные вещества, состоящие из смеси углеводов и их неметаллических производных. Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако природные битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.

Асфальтовые породы — пористые горные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают и применяют в виде асфальтового порошка.

Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего глубокого отбора из него масел; окисленные, получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом); крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти.

Гудрон — остаток после отгонки из мазута масляных фракций; он является основным сырьем для получения нефтяных битумов, используется в виде связующего вещества в дорожном строительстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Физико-технические характеристики вяжущего вещества.

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам.

Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода 70 — 80%, водорода 10 — 15%, серы 2 — 9%, кислорода 1 — 5%, азота 0 — 2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма сложен. Все многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.

Твердая часть битума — это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000–5000, плотностью более 1, объединенные общим названием асфальтены». В асфальтенах содержатся карбены, растворимые только в СCl4, и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды — парафины.

Смолы представляют собой аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой 500–1000, плотностью около 1.

Масляные фракции битумов состоят из различных углеводородов с молекулярной массой 100–500, плотностью менее 1.

Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.

Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухудшает их свойства, повышает хрупкость при пониженных температурах.

Поэтому стремятся к тому, чтобы содержание парафина в битуме не превышало 5%.

Состав определил практические способы перевода твердых битумов в рабочее состояние: 1) нагревание до 140–170°С, размягчающее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах; 2) растворение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное масло, лакойль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (холодные мастики и т. п.); 3) эмульгирование и получение битумных эмульсий и паст.

Битумы подразделяются на такие подтипы как:

Дорожные вязкие битумы используют в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных покрытий.

Жидкие битумы предназначены для удлинения сезона дорожного строительства.

Строительные битумы применяют при выполнении различных строительных работ, в частности для гидроизоляции фундаментов зданий.

Кровельные битумы применяют для производства кровельных материалов. Их разделяют на пропиточные и покровные (соответственно, для пропитки основы и получения покровного слоя).

Изоляционные битумы используют для изоляции трубопроводов с целью защиты их от коррозии.

 

 

 

 

 

2. Разработка технологии производства изучаемого вяжущего вещества.

 

Нефтяные битумы получают на нефтеперерабатывающих заводах из различных нефтей, отличающихся друг от друга химическим составом и свойствами. Нефть на заводах подвергается фракционной перегонке с целью получения светлых продуктов (бензина, лигроина, керосина, дизельного топлива) смазочных масел и других видов нефтепродуктов. Нефтяные остатки после отбора более легких по массе фракций – гудрон, крекинг- газойль – в дальнейшем используют в качестве сырья для получения нефтяных битумов заданных свойств. В настоящее время нефтяные битумы получают при атмосферно-вакуумной перегонке нефти (остаточные битумы); окислением нефтяных остатков (окисленные битумы) и смешением остатков, образующихся при перегонке нефти (компаундированные битумы). Остаточные битумы представляют собой продукты малой вязкости и обычно подвергаются окислению. Окисленные битумы получают путем продувки воздухом нефтяных остатков (гудрона) на специальных окислительных установках до заданной вязкости. В результате взаимодействия кислорода воздуха с гудроном в процессе продувки идет реакция образования высокомолекулярных компонентов окисленного битума и происходит повышение его вязкости. За последнее время освоен метод непрерывного окисления битума. Нефтяные остатки при температуре около 210°С поступают в реактор, где с помощью специальных аппаратов (диспергаторов) засасывается воздух и распределяется в окисляемом продукте. В данной технологии наряду с интенсификацией процесса окисления улучшается качество окисленного битума. Смешанные (компаундированные) битумы получают в основном путем смешения битума деасфальтизации (остаточный продукт после обработки гудрона жидким пропаном) с масляными дистиллятами.

 

3. Применение разрабатываемого вяжущего вещества.

 

Значение битума в производстве дорожных покрытий первостепенно. Такие покрытия обеспечивают прочность, безопасность и в 2-2,5 раза дешевле, чем бетонные. Дорожные одежды состоят из основания  и дорожного покрытия. Общим для большей части дорожных покрытий является сочетание в них минеральных заполнителей и битума, в которых последний используют в качестве прочной водонепроницаемой связующей среды.

Битумы как водозащитные средства применяют уже давно. Они водонепроницаемы и устойчивы к разрушению при низких температурах, нетоксичны и могут безопасно применяться для покрытия хранилищ питьевой воды и облицовки труб водоснабжения.

Битумы широко применяют в гидротехнических сооружениях, в частности, чтобы предотвратить просачивание воды в водопроницаемые породы и предохранить от оползней берега и каналы. Гидроизоляционный материал получают смешением битума с минеральным наполнителем. Покрытия из такого материала гарантируют долговременную защиту от протекания воды в бассейнах, водохранилищах, плотинах, дамбах, склонах побережий рек, морей, каналов, гаваней, портов. Смесь обладает также достаточной прочностью при действии нагрузок и имеет низкую стоимость по сравнению с другими материалами.

Затраты на гидросооружения с применением битумных материалов быстро окупаются. Битумные смеси используют и при строительстве молов и волноломов. При оседании мола покрытие деформируется, но не растрескивается. Впрыскивание в почву специальных битумных эмульсий.

Битумы широко применяют при производстве кровельного (рубероидного) и водоизоляционного картонов — гидроизоляционных материалов для покрытия крыш, промышленных, гражданских и других сооружений.

Технология производства названных строительных материалов примерно одинакова.

Ткани, пропитанные битумом, применяют в системах шахтной вентиляции и для водонепроницаемых покрытий. Бумагу с одно- и двусторонним битумным покрытием и многослойную бумагу, склеенную битумом, и иногда — с тканевой прокладкой, используют для упаковки и в строительстве. Бумагу, пропитанную мягкими битумами, применяют в производстве электрокабелей, для водозащитных покрытий и тепловой изоляции промышленных трубопроводов.

Битумом пропитывают также асбестовые ткани и стеклянный войлок. Битум в виде эмульсии можно вводить в волокно при формовании бумаги. Этот способ успешно используют при производстве тяжелых сортов картона, чтобы придать ему полную водонепроницаемость.

Битумы водо- и газонепроницаемы, хорошо противостоят атмосферной и химической коррозии, поэтому их применяют в качестве противокоррозионных покрытий. На основе битумных вяжущих веществ изготовляют материалы и изделия для защиты металлов от действия кислот и щелочей, кислорода воздуха при температурах 20 - 60°С. Противокоррозионным материалом покрывают металлические конструкции, находящиеся в атмосфере, в воде и в земле, бетонные подземные каналы, в которых смонтированы кислотопроводы, полы в цехе, где возможен разлив серной кислоты, вентиляционные трубы и трубопроводы. Материалы для гидроизоляционных покрытий изготовляют в виде мастик (замазок), растворов и бетонов, гидроизоляционных рулонных и листовых материалов, порошков и лаков.

Мастики по способу применения делятся на горячие и холодные. Их применяют как для основного изоляционного слоя, так и в качестве приклеивающего состава при нанесении рулонных (бриола, гидроизола), стекловолокнистых и других материалов, а также в качестве изоляционного или противокоррозионного материала при строительстве магистральных газопроводов, нефтепроводов и трубопроводов для нефтепродуктов.

К другим областям применения битумов можно отнести: строительство промышленных и гражданских зданий и сооружений; получение заливочных аккумуляторных мастик, электроизоляционных лент и труб, покрытий для изделий радиопромышленности, термопластических формовочных материалов, пластификаторов, кокса, смазок для прокатных станов, специальных покрытий и изделий, коллоидных растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин; брикетирование; защиту от радиоактивных излучений; повышение урожайности; защиту от действия микроорганизмов и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Перспективы развития технологии производства и применения данного вяжущего вещества.

В будущем битумы благодаря своим специфическим свойствам — прочности, термопластичности, водонепроницаемости, стойкости к воздействию атмосферных явлений, плохой проводимости тепла, электричества и звука и другим — найдут еще более широкое и разнообразное применение в народном хозяйстве.

Современная технология должна обеспечивать стабильный выпуск товарных битумов из гудронов и других полупродуктов различного состава и качества, а также предоставлять возможность выпуска не только продукции, превосходящей по качеству требования общероссийского стандарта (например, по соответствующему стандарту организации), но и перспективных материалов. Это достигается за счет оснащения установок системами автоматизации всех технологических операций, поточными анализаторами качества, герметичными эстакадами налива и затаривания продукции. Товарные и сырьевые резервуарные парки современных битумных производств должны быть оборудованы системами обогрева и компаундирования. При проектировании и эксплуатации битумных производств экологические проблемы, безусловно, должны учитываться. Понятно, что создание такого современного битумного производства требует серьезных финансовых инвестиций.

Перспектива применения полимерно-битумных вяжущих материалов на основе блоксополимеров типа СБС по ГОСТ — Р 52056–2003 не вызывает сомнения в силу отсутствия на российском рынке других органических вяжущих материалов, способных обеспечивать одновременно необходимую температурную трещиностойкость, высокую коррозионную стойкость, теплостойкость, сдвигоустойчивость и долговременную прочность дорожных покрытий. Эти материалы разработаны специально для дорожной отрасли и в зависимости от соотношения в нем битума, полимера, пластификатора и поверхностно-активного вещества может характеризоваться одновременно высокой эластичностью (более 70%), температурой хрупкости до минус 60°С, температурой размягчения до 75°С, хорошим сцеплением с минеральными материалами как кислых, так и основных пород (щебнем, песком, минеральным порошком).