Введение, классификация, стандарты, применение битума

Битумные материалы

Асфальтовые материалы состоят из чрезвычайно сложных полимерных углеводородов и этих углеводородов неметаллических (кислород, сера, азот) производных черных или черно-коричневых твердых, полутвердых или жидких смесей, гидрофобных материалов, плотной структуры, почти полностью нерастворимых в воде, не впитывают воду, обладают хорошей водонепроницаемостью, поэтому широко используются в гражданском строительстве для гидроизоляции, защиты от влаги и просачивания; асфальт относится к органическим вяжущим материалам, и смеси песка, камня и других минералов обладают очень хорошей связующей способностью, в результате чего асфальтобетон является важнейшим материалом для дорожных покрытий в современных дорожных проектах. Материал, а смеси песка, камня и других минералов обладают очень хорошей связующей способностью, изготовленный из асфальтобетона является важнейшим материалом для дорожных покрытий в современных дорожных проектах.

Состав и структура нефтяного битума

1. Элементный состав

Нефтяной битум состоит из различных углеводородов и неметаллических (кислород, сера, азот) производных смеси, элементный состав которой составляет в основном углерод (80% ~ 87%), водород (10% ~ 15%); остальное - не-углеводородные элементы, такие как кислород, сера, азот и т.д. (<3%); кроме того, имеются некоторые микроэлементы металлов.

2. Компонентный состав

Обычно битум разделяют на несколько групп с похожими химическими свойствами, имеющих определенную связь с его инженерными характеристиками, эти группы называются "компонентами". В настоящее время в Китае существуют два метода анализа: трехкомпонентный и четырехкомпонентный.

Трехкомпонентный анализ нефтяного битума разделяет нефтяной битум на три компонента: масло, смолу и асфальтен.

(1) Масло представляет собой светло-желтую прозрачную жидкость, придающую асфальту текучесть; количество содержания масла напрямую влияет на мягкость, трещиностойкость и сложность укладки асфальта. В отечественном китайском асфальте масло часто содержит воск, при анализе также следует отделять масло от воска. Присутствие воска делает асфальтовый материал при высоких температурах мягким, что приводит к явлению растекания; при низких температурах асфальт становится хрупким и твердым, что приводит к растрескиванию. Поскольку воск является вредным компонентом, для улучшения характеристик асфальта часто используют метод депарафинизации.

(2) Смола представляет собой красновато-коричневую вязкую полутвердую массу, обладающую высокой чувствительностью к температуре, температурой плавления ниже 100 ℃, включая нейтральную смолу и кислотную смолу. Нейтральная смола придает асфальту определенную пластичность, подвижность и адгезию, и при увеличении ее содержания увеличивается адгезия и удлинение асфальта; содержание кислотной смолы невелико, но активность ее велика, что может улучшить асфальт и другие материалы, улучшить смачивание асфальта, асфальт может эмульгироваться.

(3) Асфальтен представляет собой темно-коричневые твердые частицы, при нагревании не плавящиеся, он определяет адгезию, вязкость и температурную стабильность асфальта, а также твердость асфальта, температуру размягчения. Содержание асфальтена увеличивается, вязкость и адгезия асфальта увеличиваются, твердость и температурная стабильность.

Технические стандарты на нефтяной битум

Технические стандарты на нефтяной битум делятся на различные типы битума и стандарты (марки), чтобы обеспечить выбор. В настоящее время нефтяной битум в основном делится на три категории: дорожный нефтяной битум, строительный нефтяной битум и обычный нефтяной битум.

В классификации марок битума учитываются такие показатели, как пенетрация, растяжимость и температура размягчения битума. Иглопроникновение является основным показателем для деления битума на марки. Для одной и той же разновидности нефтяного битума, чем выше марка, тем меньше соответствующая вязкость (больше значение пенетрации), тем лучше растяжимость (больше пластичность), тем выше температурная чувствительность (ниже температура размягчения).

Выбор нефтяного битума

Выбор нефтяного битума должен основываться на характере проекта (жилье, дороги, коррозия), местных климатических условиях, месте проведения проекта (уровень, под землей) и других факторах. В результате того, что высококачественный битум содержит больше масла, чем низкокачественный, и обладает лучшей стойкостью к старению, то для соответствия требованиям следует стараться выбирать высококачественный нефтяной битум, чтобы обеспечить более длительный срок службы.

(1) Дорожный нефтяной битум Дорожный нефтяной битум делится на нефтяной битум для тяжелого движения, нефтяной битум для легкого движения, эмульгированный нефтяной битум, жидкий нефтяной битум и модифицированный битум. При выборе битумных материалов для дорожных проектов следует учитывать особенности движения и климата. В высокотемпературных районах на юге следует выбирать нефтяной битум с высокой вязкостью, чтобы обеспечить достаточную стабильность асфальтового покрытия летом, предотвращая образование колеи и т.д.; а в холодных районах на севере следует выбирать нефтяной битум с низкой вязкостью, чтобы асфальтовое покрытие при низких температурах все еще обладало определенной деформационной способностью, чтобы избежать растрескивания.

2) Строительный нефтяной битум Строительный нефтяной битум имеет меньшее проникание иглы (вязкий), высокую температуру размягчения (лучшая термостойкость), но меньшее удлинение (меньшая пластичность), в основном используется для изготовления масляной бумаги, линолеума, гидроизоляционных покрытий и асфальтобетонных швов. Большая часть его используется в строительстве кровель, подземных гидроизоляционных проектах, гидроизоляции траншей, антикоррозионных проектах и проектах антикоррозионной защиты трубопроводов. Использование асфальта из более толстой пленки, повышает чувствительность к температуре; в то же время, черная асфальтовая поверхность является хорошим теплопоглощающим телом, обычно в той же области температура асфальтовой крыши выше, чем у других материалов; температура поверхности асфальтовой крыши на 25 ℃ ~ 30 ℃ выше, чем самая высокая местная температура воздуха. Чтобы избежать летнего растекания, температура размягчения асфальтовых материалов для обычной кровли также должна быть выше максимальной температуры на крыше в регионе на 20 ℃ ~ 25 ℃, можно выбрать нефтяной битум № 10 или № 30. Например, в Ухане, Чанше температура асфальтовой крыши около 68 ℃, температура размягчения асфальта должна быть около 90 ℃, низкая температура летом легко течет; но не должна быть слишком высокой, иначе зимой при низкой температуре она легко становится твердой и хрупкой, и даже трескается. Некоторые части, которые не легко подвержены влиянию температуры, или области с более низкой температурой, такие как подземный гидроизоляционный пароизоляционный слой и т.д., могут выбрать более высокую марку асфальта, такую как асфальт № 60 или № 100. Поэтому выбор нефтяного асфальта должен производиться в соответствии с регионом, условиями проекта и требованиями.

(3) Обычный нефтяной битум Содержание парафина в обычном нефтяном битуме достигает 20-30%. Когда температура асфальта достигает точки размягчения, легко происходит явление растекания; парафин в асфальте также снижает термостойкость и адгезионную способность асфальтового связующего слоя. Поэтому, как правило, нецелесообразно использовать обычный нефтяной битум в проекте.

Каменноугольный пек

Каменноугольный пек является продуктом перегонки угля (каменноугольная смола), полученным путем переработки. В зависимости от требований к его применению в проекте, по консистенции его можно разделить на две категории: мягкий каменноугольный пек (жидкий, полутвердый) и твердый каменноугольный пек (твердый).

Каменноугольный пек представляет собой смесь ароматических углеводородов и их кислородных, серных, углеродных производных, основными элементами являются C, H, O, S и N, элементный состав каменноугольного пека характеризуется тем, что «отношение углеводородов» значительно больше, чем у нефтяного битума. Метод анализа химических компонентов каменноугольного пека аналогичен нефтяному битуму, его можно разделить на: масло, мягкую смолу, твердую смолу, свободный углерод C1 и свободный углерод C2 — пять компонентов; при этом содержание нафталина, антрацена, фенола и других вредных веществ в масле должно быть ограничено.

По сравнению с нефтяным битумом каменноугольный пек имеет следующие отличия в технических свойствах: более низкая температурная стабильность; лучшая адгезия с минеральными заполнителями; плохая климатическая стабильность, быстрое старение; коррозионная стойкость, может использоваться для антикоррозионной обработки дерева и других поверхностей. Основные технические показатели каменноугольного пека включают: вязкость, дистилляционный тест, содержание воды, содержание нерастворимых в толуоле веществ, содержание нафталина, содержание фенола и так далее. Среди них вязкость каменноугольного пека является наиболее важным показателем оценки качества каменноугольного пека, а также основой для деления каменноугольного пека на марки; метод его испытания аналогичен нефтяному битуму.

Основные технические свойства каменноугольного пека хуже, чем у нефтяного битума, и он реже используется в строительных проектах; однако его антикоррозионные свойства хороши, поэтому он подходит для подземного гидроизоляционного слоя или в качестве антикоррозионных материалов.

Модифицированный битум

Современное гражданское строительство требует не только лучшей производительности битума, но и более длительного срока службы, но битумный материал, подверженный воздействию окружающей среды, легко стареет. Путем различных технических мер, в традиционные битумные материалы добавляются другие материалы для дальнейшего улучшения характеристик битума, что называется модифицированным битумом. Цель модификации заключается в улучшении реологических свойств битумных материалов, продлении срока службы битума и т.д., для улучшения адгезии битума и заполнителей; при применении в гидроизоляционных проектах битума наиболее важными целями модификации являются в основном первые два пункта.

Способ улучшения реологических свойств битума

Существует множество способов улучшения реологических свойств битума, наилучший эффект модификации дают следующие типы модификаторов:

(1) Смоляные модификаторы

В качестве модификатора битума используются в основном термопластичные смолы, обычно применяемые: полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), атактический полипропилен (АПП), фенольные смолы, натуральная канифоль и т.д. Они могут повышать вязкость битума, улучшать высокотемпературную стабильность, а также увеличивать вязкость битума; однако улучшение низкотемпературных характеристик не является существенным.

(2) Каучуковый модификатор

Каучук является важным модификатором битума, асфальт и битум имеют хорошую смешиваемость, и могут придать битуму многие преимущества каучука, такие как малая деформация при высоких температурах, низкотемпературная гибкость и т.д. Обычно используемый каучуковый модифицированный битум включает: хлоропреновый каучуковый модифицированный битум, бутилкаучуковый модифицированный битум, регенерированный каучуковый модифицированный битум, стирол-бутадиеновый каучуковый модифицированный битум. Среди них, стирол-бутадиеновый каучуковый модифицированный битум обладает очень хорошими характеристиками, может значительно улучшить эластичность битума, удлинение, высокотемпературную стабильность и низкотемпературную гибкость, усталостную и стареющую стойкость и другие свойства, в основном используется для производства гидроизоляционных рулонных кровельных материалов или гидроизоляционных покрытий.

(3) Каучуковые и смоляные модификаторы-смеси

Одновременное использование каучука и смолы для улучшения свойств нефтяного битума может придать битуму свойства как каучука, так и смолы, при этом снижая затраты. При приготовлении, использовании разновидностей сырья, соотношений, процесс производства различен, можно получить множество различных по своим свойствам продуктов, в основном рулоны, листы, уплотнительные материалы.

(4) Модификаторы на основе микронаполнителей

Для улучшения адгезионных свойств битума и термостойкости, снижения температурной чувствительности битума обычно добавляют определенное количество минеральных микронаполнителей. Обычно используются зольная пыль, вулканический пепел, сланцевая мука, тальк, известняковая мука, слюдяная пыль, диатомовая земля и так далее.

(5) Волокнистые модификаторы

При смешивании с битумом различных волокнистых веществ битум может приобрести значительную высокотемпературную стабильность, одновременно увеличивая низкотемпературную прочность на растяжение. Обычно используются различные синтетические волокна (такие как полиэтиленовое волокно, полиэстерное волокно) и минеральные асбестовые волокна.

Способы продления срока службы битума

В настоящее время для улучшения долговечности битума существуют методы, в основном смешивание с некоторыми более дорогими химическими добавками, такими как антиоксиданты и т.д.; но использование антиоксидантов должно быть подтверждено испытаниями на эффективность их технологии. В настоящее время наиболее эффективными добавками для улучшения долговечности битума являются специальные сажи, добавки для предварительной обработки сажи, из которых можно приготовить «сажемодифицированный битум».