Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Элементный, групповой и структурный составы битумов и их краткая характеристика. Современные представления о структуре битумов

Читайте также:
  1. I. Общие требования к структуре и содержанию студенческих работ
  2. II. Требования к структуре основной общеобразовательной программы дошкольного образования
  3. IV. В структуре дефекта могут быть выделены как первичные, так и вторичные, и третичные нарушения; природа их различна.
  4. Quot;Утешение Философией": философские представления Боэция
  5. Амплитудно-частотная характеристика.
  6. Базы знаний и модели представления знаний
  7. Бессознательное, подсознательное и осознаваемое в структуре личности.
  8. Билет 27. Фонды в структуре финансовых отношений
  9. В структуре государственного бюджета РФ
  10. В СТРУКТУРЕ ОРГАНИЗАЦИИ

 

Органические вяжущие вещества – это сложная смесь высокомолекулярных органических соединений различного строения.

По внешнему виду это твердые, вязкопластичные или жидкие водонерастворимые вещества. Они встречаются в природе в чистом виде или получаются относительно простой переработкой продуктов органического происхождения.

Органические вяжущие – группа природных или искусственных твердых, вязко-пластичных или жидких веществ, состоящих из органических высокомолекулярных соединений.

Характерной особенностью органических вяжущих является их чувствительность к действию температуры. На этом основано их использование в расплавленном состоянии для обработки, связывания и склеивания между собой различных материалов с целью получения изделий, обладающих специальными свойствами.

Основные требования, которые предъявляются к органическим вяжущим, состоят в том чтобы:

- в период объединения с твердым материалом обладали вязкостью, позволяющие хорошо его смачивать, обволакивать, легко объединялись с обрабатываемым материалом, образуя прочную водоустойчивую пленку;

- были стабильными, т. е. не изменяли свои свойства во времени.

Отношение количеств С:Н характеризует степень ароматичности:

- для масел составляет 0,55-0,6 >Н>1,7 С - масла

- для смол 0,6-0,8 1,7 >Н ≥1,43 С - смолы

- для асфальтенов 0,8-1,0 1,43 ≥Н≥1,1 С - асфальтены

Содержание «С» по отношению к «Н» уменьшается с повышением вязкости.

Чувствительность органических вяжущих к изменению температуры.

Все битумы (вязкие, жидкие, твердые) при изменении температуры сильно меняют свойства и главным образом меняют вязкость. При температуре 40-50 С битум переходит в вязкое состояние и для большинства дорожных конструкций не обеспечивает требуемой прочности. При температуре от-20 до -30 С у битума на столько повышается вязкость, что он становится хрупким и не обеспечивает требуемых свойств дорожных покрытий. Переход битумов из жидкого в вязкопластичное, а затем в твердое (хрупкое) состояние и обратно протекает в определенном интервале температур (от -30 до +60 ºС), называемом интервалом превращения, а интенсивность изменения вязкопластичных свойств характеризует теплоустойчивость битумов и определяется интервалом пластичности (Tn)

 

Tn = tр – tхр

 

Для битумов характер изменение вязкости в зависимости от характеристик: глубины проникновения иглы (П) и температуры размягчения (tр). Для этой цели также определяют индекс пенетрации:

 

, где .

 

Битумы с индексом пенетрации менее 2 обладают большой чувствительностью к изменению температуры и приближаются к свойствам ньютоновской жидкости. Битумы с индексом пенетрации более 2 чувствительны к изменению температуры. Чем больше индекс пенетрации, тем шире интервал пластичности, тем качественней битум для дорожного строительства.

Существует связь между интервалом пластичности и индексом пенетрации:

 

Tn = tp – txp = 7 · (10 – Иn)

 

Нефть: геологические образования содержанием 83-87% углерода, 12-14% водорода, менее 2% кислорода, 0,2% азота и от сотых долей до 5-7% серы.

Для получения битумов значительный интерес в составе нефти представляют кислородные, сернистые и азотистые соединения.

Общее содержание кислорода в нефтях России меньше 1%. Кислородные соединения представлены в нефтях, в основном, нефтяными кислотами и в очень небольшом количестве фенолами, нефтяные кислоты – нафтеновые и асфальтогеновые (с содержанием, серы). Они в значительной степени определяют адгезионные свойства битума.

При окислении нефтяных остатков часть кислорода химически связывается в виде различных окисленных соединений. При этом в результате окисления в битумах образуются гидроксильные (–ОН), карбонильные (С=О), карбоксильные (–CCОH) и сложноэфирные функциональные груп­пы (–СООR), определяющие анионную активность вяжущего.

Функциональные кислородсодержащие группы определяют кис­лотное число (от 0,20 до 2,7 мг КОН/г) битума, указывая на его активность по отношению к каменным материалам.

Сернистые соединения нефти весьма разнообразны по своей химической природе, а содержание их достигает максимума в тяже­лых нефтяных остатках (гудроне). Содержание серы в виде сво­бодной и химически связанной различно и составляет для различ­ных нефтей от 0,25% до 5,5%.

Установлено, что сера в нефтях способствует образованию асфальтенов в процессе вакуумной перегонки нефти, а также при длительном нагревании нефтяных остатков при высокой тем­пературе. При окислении гудронов сера ускоряет процесс образо­вания асфальтенов и способствует изменению структуры битума.

Химическая природа и строение некоторых сернистых соеди­нений позволяет предполагать, что они могут выполнять роль ПАВ, а, следовательно, улучшать адгезионные свойства битумов.

Азот и азотистые соединения в нефтях и битумах находятся в небольших количествах. Содержание азота в нефтях 0,03-0,35%, азотистых соединений – 0,10-0,35%.

Ароматические азотистые основания являются ПАВ и могут улучшать адгезионные свойства битума.

Различия в структуре и свойствах битумов объясняются, прежде все­го, тем, что их в настоящее время получают из большого числа нетей, имеющих различное происхождение, что, несомненно, отражается на химическом составе битума. Сложность входящих в битум асфальтосмолистых компонентов и углеводородов не дает возмож­ности говорить о строгом химическом составе битума. Обычно под понятием "химический состав" понимают результаты анализа, раз­деляющего битум на ряд условных фракций при помощи селективно действующих растворителей и адсорбентов. Каждая из этих фрак­ций представляет, в свою очередь, сложную смесь соединений, объединенных по признаку растворимости в различных растворите­лях.

Состав,структура и свойства битумов (природных и нефтяных) имеют некоторые непринципиальные различия. Вместе с те м, они характеризуются сложным и многообразным составом основных углеводов, главным образом метанового (СnН2n+2) нафтенового (СnН2n) и ароматического (СnН2n-6) рядов. В состав основных углеводородных соединений битума обычно входят также кислород, азот, сера, ванадий, железо, никель и другие элементы. Основная часть молекул битума состоит из 25-150 атомов углерода. В зависимости от числа атомов в молекулах и их взаимного расположения изменяются свойства вещества. Например, чем больше молекулярная масса одного и того же соединения, тем сильнее в нем межмолекулярное взаимодействие. Молекулярная масса молекул битумов составляет 400-5000.Ароматические углеводороды имеют повышенную устойчивость при воздействии теплоты, кислорода и ультрафиолетовых лучей; их окисление сопровождается образованием смол. Метановые углеводороды (парафины) представляют собой прямые цепи, состоящие из многократно повторяющихся звеньев - СН2- с метальными группами – СН3, при отрицательных температурах способны выкристаллизовываться, ухудшая свойства битумов. Нафтеновые углеводороды при окислении частично, переходят в смолы.

Элементарный состав битумов колеблется в пределах: С- 70-80 %, Н — 8 —12 %, О — 0,2— 12 %, S — 0,5— 7 %, N— до 1 %. В нефтяных битумах содержание кислорода меньше (до 2%), чем в природных, а содержание углерода изменяется в меньших пределах (84-87 %); кислород, сера, азот входят в состав активных функциональных групп: ОН, №Н, SH, СООН. В целом, однако, элементарный состав дает лишь весьма приближенное представление о свойствах битумов, поэтому чаще пользуются групповым составом. Разделение битума на отдельные группы соединений, близких по строению и свойствам, основано неодинаковой растворимости их в растворителях (бензоле, сероуглероде и др.), а также различной избирательной адсорбируемости силикагелем, флоридином и другими адсорбентами.

Наиболее полное представление о свойствах битумов дает их групповой состав.

В групповой состав битума входят масла, извлекаемые растворением их в петролейном эфире или легком бензине. Масла состоят из углеводородов парафинового, нафтенового и ароматического рядов относительно несложного строения с молекулярной массой 300-600.Они имеют светло-желтый цвет и придают битуму подвижность и текучесть. Истинная "плотность менее 1 г/см3. Содержание масел в битумах 35-60 % (по массе). Отношение количеств С:Н характеризует степень ароматичности и составляет для группы масел 0,55- 0,60.

Вторым групповым компонентом битумов являются смолы. Они состоят из углеводов циклического и гетероциклического строения с молекулярной массой 600-1000, имеют темно-коричневый цвет, истинную плотность, равную примерно 1 г/см3. Содержат наибольшее количество сернистых, азотистых и кислородных производных углеводородов (эти соединения полярны), что придает им поверхностную активность, а битуму – улучшение адгезии к каменным материалам, которые участвуют в ИСК в качестве зернистых материалов (заполнителя). Величина С: Н составляет 0,6-0,8. Смолы хорошо растворяются в бензоле, хлороформе и представляют собой легкоплавкие, вязкопластичные вещества. Их присутствие придает битуму эластичность, водоустойчивость. Содержание смоль; битумах 20-40% (по массе).

Асфальтены - твердые неплавкие веществ а с плотностью немного более 1 г/см, их молекулярная масса составляет 1000-5000. Они растворимы в хлороформе, горячем бензоле и четыреххлористом углероде, но не растворимы в легком бензине. В асфальтенах атомное отношение С: Н составляет 0,8 - 1,0. Их содержание повышает температуростойкость, вязкость и твердость битумов. Обычно в битумах содержится 10 - 40% (по массе) асфальтенов. Под действием ультрофиалетовых лучей они становятся нерастворимыми в бензоле, переходя в карбены.

Карбены и карбоиды содержатся в основном в крекинг-битумах в количестве 1-3 %. Карбены по своим свойствам и составу близки к асфальтенам, но содержат больше углерода и имеют большую плотность. Они не растворяются в горячем бензоле и четыреххлористом углероде, растворимы только в сероуглероде. Карбоиды - твердые вещества, нерастворимые в известных растворителях. С увеличением содержания карбенов и карбоидов увеличивается вязкость и хрупкость битумов. Эти твердые вещества в битумах относятся к кислород- и содержащим полициклическим соединениям.

Асфальтогеновые кислоты хорошо растворяются в этиловом спирте, являются полярными и выполняют функции поверхностно-активных веществ. К этой же группе относятся ангидриды асфальтогеновых кислот. Общее содержание асфальтогеновых кислот и их ангидридов в битумах до 3%. Они способствуют высокой адгезии битумов к каменным материалам.

Парафины относятся к твердым метановым углеводородам, они ухудшают свойства битумов. Особенно неблагоприятное влияние оказывают крупнокристаллические парафины (снижается пластичность и увеличивается хрупкость битумов). Содержание парафинов в битумах может составлять 6-8 %.

По внутреннему строению битум представляет собой сложную коллоидную систему, дисперсионной средой в которой является раствор смол в маслах, а в дисперсной фазой - асфальтены, карбены и корбоиды, коллоидно-растворенные всреде до макромолекул размером 18-20 мкм. В пограничной зоне адсорбированы асфальтогеновые кислоты, плотно удерживаемые на макромолекулах асфальтенов.

Под влиянием солнечной радиации, высоких температур, кислорода воздуха групповой состав битумов изменяется за счет химического перехода масел в смолы, а смол - в асфальтены. Групповые углеводороды входят в состав битумов в различных соотношениях их масс, что, естественно, предопределяет их структуру и свойства. Структура битумов становится то

типа золь, с малой вязкостью, то более плотной типа, гель, с повышенной вязкостью, что зависит и от температуры битума. При нагревании или в течении содержания масел структура гель переходит в золь. Вязкость битумов при их нагревании быстро изменяется — падает.

 

Исходя из основного положения, что все механические свойства и долговечность материала определяются его структурой, при получении битумов задаются определенной структурой.

Структура I типа представляет собой коагуляционную сетку из асфальтенов, находящихся в слабо структурированной смолами дисперсионной среде. При этом асфальтены, составляющие сетку, взаимодействуют друг с другом. Твердые парафины приводят к образованию дополнительной структурной сетки.

Битумы I структурного типа содержат 25% асфальтенов, менее 24% смол и более 50% углеводородов (масел).

Структура 2 типа представляет собой предельно стабилизированную разбавленную суспензию асфальтенов в сильно структурированной смолами дисперсной среде.

Битумы 2 структурного типа содержат не более 18% асфальтенов, свыше 36% смол и не более 48% углеводородов.

Структура 3 типа - промежуточная между I и 2.

Битумы 3 структурного типа содержат 21-23% асфальтенов, 30-34% смол и 45-49%) углеводородов.

 




Дата добавления: 2015-04-11; просмотров: 46 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав

1 | 2 | 3 | 4 | <== 5 ==> | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |


lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.009 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав