Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт технологий открытого образования

Реферат

по дисциплине: «Строительные материалы. Материаловедение»

Тема: «Битумные и дегтевые вяжущие. Сырьевые материалы, производство, свойства»

С.К. Истомина,

группа: СТВ-120024

Екатеринбург

2023

Содержание

• Введение
• 1. Битумы
• 2. Дегти
• 3. Применение
• Заключение
• Список литературы
• Приложения


Введение

Битумные и дегтевые вяжущие вещества наряду с полимерами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ.

На основе этих вяжущих производят большое количество материалов и изделий для строительства: асфальтовые бетоны и растворы, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, мастики, пасты, эмульсии и некоторые лаки. Битумные материалы могут быть как природные, встречающиеся в виде отдельных скоплений или чаще пропитывающие горные породы, так и искусственные, получаемые при переработке нефти.

Начало использования человеком вяжущих открыло новую эпоху в строительстве: вместо обтесывания камней строители с помощью вяжущих и камней произвольной формы могли делать любые конструкции, не беспокоясь о плотном прилегании одного камня к другому.

Современные вяжущие вещества в зависимости от состава делят на:

1. Неорганические (известь, цемент, гипсовые вяжущие и др.), которые для перевода в рабочее состояние затворяют водой

2. Органические (битумы, дегти, синтетические полимеры и олигомеры), которые переводят в рабочее состояние нагревом либо с помощью органических растворителей, либо сами они представляют собой вязко пластичные жидкости.

1. Битумы

Природные битумы образовались из нефти в верхних слоях земной коры. Нефть, находившаяся в недрах земли, вследствие миграции попадала в верхние слои земной коры, а затем в результате испарения летучих фракций и под влиянием окислительного процесса и полимеризации, высоких температурах и давлений постепенно превращалась в твердый или вязкий битум.

Природные битумы иногда встречаются в виде залежей, состоящих почти из чистого битума с небольшим количеством минеральных примесей, чаще они содержатся в осадочных горных породах: песках, песчаниках, карбонатных породах (известняках, доломитах), глинистых грунтах. Такие породы называют асфальтовыми или битуминозными.

Из предварительно размельченных асфальтовых пород природный битум извлекают либо экстрагированием органическими растворителями, либо горячей водой (выварка в котлах). При содержании битума в породе менее 2…3% его извлечение экономически нецелесообразно. Такие породы, особенно карбонатные, размалывают в асфальтовый порошок, который используют как компонент в асфальтовых бетонах или, тесно смешивая с битумом, изготовляют асфальтовую мастику.

Природные битумы отличаются высокой атмосферостойкостью и хорошим прилипанием к поверхности каменных материалов, но из-за дефицитности и высокой стоимости в строительстве применяют ограниченно. Их используют, главным образом, в химической и лакокрасочной промышленности.

Нефтяные битумы получают из нефти путем обработки остатков, образующихся при ее фракционной перегонке на нефтеперерабатывающих заводах.

Способы производства

Способы производства 94% дорог с твердым покрытием построены с применением битума - это очень востребованное производство. Оно требует применения крупного, комбинированного и совмещенного оборудования. Его отличием является непрерывность и энергозамкнутость технологического потока. Крупное оборудование позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты без потери производительности.

При производстве есть некоторые сложности: сезонность; сложность технологических операций, связанная с высокой вязкостью сырья; тенденция изменения химического состава нефти в сторону увеличения парафинов; устаревшее оборудование заводов; неконтролируемое и изменяющееся качество сырья.

Для производства битумов применяют методы вакуумной перегонки, окисления или деасфальтизации. Мазут выступает в качестве сырья для первого, гудрон - оставшихся двух процессов. Кроме того, товарный битум можно получать путем компаундирования (смешивания) разных продуктов. Качество вяжущего зависит от сырья, а у окисленных еще и от температуры, количества воздуха, пошедшего на окисление, и времени.

Остаточные битумы производят в основном за рубежом. Для их получения необходима нефть с большим содержанием асфальто-смолистых веществ, а ее количество у нас ограничено. Производство состоит из атмосферновакуумной перегонки сырья в специальном аппарате - колонне АВТ, из которой битум отводят снизу. Колонна представляет собой вертикальный цилиндр диаметром 0,4-8 м и высотой до 80 м. Внутри она оснащается массо- и теплообменниками различной конструкции, а также вспомогательными механизмами, обеспечивающими ввод, распределение пара и жидкости и аккумуляцию последней. Роль обменников играют контактные устройства, по конструкции разделяющиеся на тарелки и насадки.

Осажденные битумы получают путем деасфальтизации гудрона в окислительных или экстракционных колоннах. Деасфальтизация - процесс удаления асфальто-смолистых веществ специальными осадителями, которые их коагулируют и выводят из сырья. Такими веществами обычно являются легкие органические растворители, наибольшее распространение получил пропан. Метод широко распространен в нашей стране, так как позволяет использовать нефти, непригодные для непосредственного производства вяжущего. Особенностью отечественного производства является отсутствие установок, непосредственно производящих битум. У нас деасфальтизация направлена на получение остаточных масел. Качество остатка - асфальта либо битума - не имеет значения.

Для проведения деасфальтизации используют пропан либо его смесь с пропиленом, либо пропано-бутановая смесь смешивается с сырьем при 105 - 110о С и минимальном давлении 9,81 МПа.

Данный процесс происходит в двух установках с разными давлениями. При этом углеводородная фракция, различная по своим свойствам, образуется в обоих аппаратах. По сравнению с окисленными, битумы из асфальта 8 содержат меньше парафина, что обуславливает низкую пенетрацию, большую дуктильность, температуру хрупкости и когезию.

Асфальты перерабатываются в битум следующими способами:

- обычным окислением;

- окислением в смеси с гудроном;

- окислением до 100о С с дальнейшим разжижением гудроном или специальными экстрактами;

- компаундированием с гудроном.

При использовании первых трех способов получают окисленные битумы. Образующиеся смолы и асфальтены определяют свойства вяжущего. Для окисления применяют следующие аппараты: кубы, колонны пустотелые, трубчатые змеевиковые реакторы. Первый из вышеприведенных установок - периодического действия, остальные - непрерывного.

Трубчатые реакторы, применяемые в нашей стране, бывают двух видов: змеевиковые с вертикальным расположением труб и безкомпрессорные.

Окисленная смесь поступает в испаритель, где происходит ее разделение на газы и жидкость. Первые испаряются и уходят на обезвреживание, вторая - битум - откачивается. (см. Приложение А)

Реакторы для бескомпрессорного окисления представляют собой горизонтальные шестисекционные аппараты, пять из которых оборудованы 9 диспергаторами. Последняя - выполняет роль буферной емкости перед откачкой битума.

Между секциями находятся гидравлические затворы. Сырье поступает в первую секцию, где поддерживается заданная температура. Готовый продукт откачивается из шестой секции. Преимуществом подобных реакторов перед змеевиковыми является более низкий удельный расход топлива.

В последние годы наибольшее распространение получил способ производства битума путем окисления в колонных аппаратах.

Данное оборудование - непрерывно действующее, отличается высокой производительностью, простотой конструкции, легкой управляемостью. Наличие в одной установке несколько таких колон может обеспечить выпуск битумов различного ассортимента. Аппараты дают возможность менять температуру поступающего в них сырья, за счет чего стабилизируется тепловой режим работы, а также применять компрессорные установки.

Компаундированные битумы. Используют компаундирование - смешивание углеводородов (нефти, битума) для производства материалов с заданными свойствами. В сырье вводят различные активирующие и диспергирующие добавки, воздействуют механически и электромагнитными полями, способными изменять его структуру.

Для достижения более высоких характеристик битумов применяют их модифицирование, заключающееся в ведении различных полимерных добавок. В качестве последних могут использовать стирол-бутадиен-стирол (СБС-модифицированный битум), атактический полипропилен (АППмодифицированный битум, или пластобитум), изоактический полипропилен, хлорид марганца, природный асфальт, серу, каучук.

В результате получается продукт, носящий название полимермодифицированный битум - ПМБ, либо полимербитумное вяжущее - ПБВ. Основной областью применения таких веществ является дорожное строительство и обустройство кровли - гибкая черепица на основе СБСмодифицированного битума.

Основной задачей модификации является расширение интервала пластичности битумов, усиление адгезии, увеличение долговечности, повышение прочности различных видов, расширение температурного интервала применения. При этом необходимо понимать, что улучшение одних свойств приводит к ухудшению других. Так, например, модификаторы, увеличивающие эластичность и морозостойкость, снижают щелочестойкость вяжущего, а улучшающие термостойкость и адгезию - эластичность.

Поэтому для выполнения конкретных строительных задач используются модифицированные продукты, наиболее полно соответствующие ее решению.

Основным способом производства модифицированных битумов является:

- производство битумно-полимерной дисперсии;

- внесение полимеров в битум химическим путем.

Свойства битумов

Важнейшими свойствами битумов для их применения в строительстве являются:

1) способность при нагревании или добавлении растворителейпереходить в вязко жидкое состояние и объединяться с каменными или другими строительными материалами;

2) способность при понижении температуры (до 20…25°С и ниже) или испарении растворителей вновь загустевать и образовывать единый материал, сцепляться с введенными в них или пропитанными и обмазанными ими другими материалами;

3) способность придавать гидрофобные (водоотталкивающие) свойства другим материалам, обработанным битумом.

Основными свойствами, определяющими качество твердых и полутвердых битумов и деление их на марки, являются вязкость, температура размягчения и хрупкости, пластичность; для жидких битумов - вязкость и фракционный состав (содержание летучих масел).

Битумы обладают и другими важными свойствами: водостойкостью и водонепроницаемостью; стойкостью к действию водных растворов многих кислот, щелочей, солей и к большинству агрессивных газов.

2. Дегти

Деготь подобно битуму, деготь представляет собой смесь вязких и полутвердых органических соединений, от желто-коричневого до черного цвета, содержащих высокомолекулярные углеводороды, смолы, воски, парафины, тяжелые масла и сажевые частицы. Поэтому при комнатной температуре деготь имеет жироподобную, маслянистую, воскообразную консистенцию.

Синтетический деготь - это остаток от сухой перегонки битума при температурах до 400°C с применением процесса газификации, коксования или пиролиза, т.е. с использованием различных интервалов температур. При более высоких температурах происходит плавный переход от дегтя к пеку. По завершении фракционной перегонки деготь остается в остатке после удаления легких, средних и некоторых тяжелых масел. При повышенных температурах многочисленные жидкие составляющие битума летучи, как газообразные вещества. В связи с этим качество дегтя можно улучшить, понижая содержание и асфальтенов, и парафинов путем превращения в длинноцепочечные алифатические углеводороды.

С другой стороны, частично будет происходить рекомбинация высокомолекулярных жидких продуктов в более массивные соединения вплоть до частиц кокса, значительно влияющая на соответствующие реологические свойства.

Согласно используемому методу, деготь часто называют гудроном, полученным в процессе газификации, в процессе коксования или пиролиза. В основе других или дополнительных названий обычно лежит соответствующий первичный продукт: каменный уголь, бурый уголь, дерево, торф, горючий сланец, смола, стеарин.

В современных технологиях каменноугольный деготь имеет наибольшую значимость по сравнению с другими упомянутыми выше сортами. Из одной тонны каменного угля получают приблизительно от 40 до 60 кг каменноугольного дегтя с плотностью от 1,1 до 1,3 г/см3.

Буроугольный деготь имеет плотность от 0,85 до 1,0 г/см3.

Древесноугольный деготь получают из смолистой древесины, такой как сосна, береза, можжевельник или бук. На установках для получения древесного угля деготь является побочным продуктом.

Техническое применение дегтя значительно сократилось по причине стремления к сохранению здоровья людей. Как и сама жидкость, дымы, образующиеся в данном процессе, содержат канцерогенные вещества.

Дегтевые вяжущие вещества делятся на:

1. Сырой каменноугольный деготь;

2. Отогнанный деготь (каменноугольная смола);

3. Пек;

4. Составленные дегти;

5. Наполненные дегти.

Каменноугольные дегти в зависимости от температуры коксования делят на высокотемпературные, получаемые в результате коксования исходного сырья при температуре 900…1100°С, низкотемпературные, получаемые в результате полукоксования при температуре 500…700°С и газовые при газификации топлива в производстве светильного газа.

Отогнанный деготь (каменноугольная смола), получаемый в результате фракционирования сырой низкотемпературной смолы с выделением из нее лигроиновой и керосиновой фракции (до 30% массы смолы); по своей вязкости и свойствам близок к высокотемпературному дегтю.

Пек - высоковязкое вещество, проявляющее адгезионные свойства при комнатной температуре, окраска которого может меняться от коричневой до черной. Пек является компонентом дегтя и поэтому главным образом смесью высокомолекулярных, термически устойчивых углеводородов и коллоидных частиц сажи. Плотность пека - от 1.1 до 1,3 г/см3. Деготь содержит около 50% пека.

Пек производится синтетическим путем как остаток от перегонки дегтя. Перегонка включает два этапа с различными температурами:

a) Низкотемпературный пек получают при температурах от 400 до 1000°C, например, путем обуглероживания или пиролиза с избытком кислорода. Он состоит в основном из длинно-цепочечных алифатических углеводородов с высоким содержанием вязких и твердых парафинов и тяжелых масел. Его также называют жидким или мягким пеком. Температура его размягчения составляет приблизительно от 40 до 60°C.

б) Высокотемпературный пек получают при температуре от 1000 до 1200°C, например, путем коксования. При таких высоких температурах из множества алифатических углеводородов образуются высокоароматические циклические углеводороды. Его также называют жидким или мягким пеком. Температура его размягчения составляет приблизительно от +60 до 85°C.

В зависимости от соответствующего исходного продукта, получают каменноугольный пек, буроугольный пек, торфяной пек, сланцевый пек, нефтяной пек, костяной пек, глицериновый пек или стеариновый пек.

Составленные дегти получают сплавлением пека с антраценовым маслом или отогнанным дегтем. Составленные дегти наиболее пригодны для строительных целей.

Наполненные дегти получают путем ввода в составленные дегти тонкоизмельченных материалов (известняк, доломит). Это делают для повышения вязкости, погодо- и температуростойкости дегтей.

Свойства дегтей

Свойства дегтей в основном те же, что и у битумов, но они отличаются меньшей тепло- и погодоустойчивостью. Неустойчивость дегтей к процессам старения (низкая погодоустойчивость) связана с испарением летучих составляющих из дегтя даже при слабом нагреваний (например, на солнце), а также и с тем, что многие соединения в нем являются ненасыщенными и поэтому легко вступают в химическое взаимодействие с веществами внешней среды, изменяя свой состав и структуру, что приводит к появлению хрупкости и растрескиванию. Однако дегти вследствие большего по сравнению с битумом содержания в них веществ с полярными группами отличаются повышенной способностью к прилипанию к другим материалам. Они обладают большей гнилостойкостью, чем битумы, так как содержат токсичные вещества (фенол).

деготь битум строительный вяжущий

3. Применение

Битумные и дегтевые вяжущие имеют темно-коричневый или черный цвет, поэтому их часто называют «черными вяжущими». Наиболее широкое применение в строительстве и производстве строительных материалов получили битумные вяжущие и особенно нефтяные битумы, которые в нашей стране по объему выпуска среди остальных органических вяжущих занимали первое место. Битумы, дегти обладают ценными для строительных материалов свойствами. Они водонепроницаемы, стойки против кислот, щелочей, способны сцепляться с деревом, камнями и металлами. Из битуминозных вяжущих изготовляются многочисленные строительные материалы.

Рулонные и листовые материалы изготовляются путем пропитки картона, бумаги, стеклоткани (как основы) нефтяными битумами или дегтевыми составами и их смесями. Безосновные материалы получаются прокаткой смеси вяжущих с наполнителями. Рулонные материалы на основе разделяются на покровные и беспокровные.

Стеклоткань и стекловойлок изготовляются на основе стеклоткани, совмещенной с битумной или битумно-полимерными пленками. Рулонные стеклоткань и стекловойлок применяются для многослойных плоских кровель.

Пергамин представляет собой беспокровный кровельный картон, пропитанный нефтяным битумом. Применяется в качестве подкладочного материала под рубероид.

Гидроизол изготовляют путем пропитки асбестовой бумаги нефтяными битумами. Гидроизол используется в качестве гидроизоляции для оклеивания конструкций подземных сооружений, для защитного антикоррозийного покрытия металлических трубопроводов, для гидроизоляции плоских кровель.

Изол - безосновный рулонный материал на резино-битумном вяжущем. Применяется как гидроизоляция для оклеивания конструкций зданий и сооружений.

Бризол - битумно-резиновый изоляционный материал, применяется для антикоррозийной защиты подземных стальных трубопроводов.

Металлоизол изготовляется из тонкой алюминиевой фольги, покрытой с обеих сторон слоем битума. В комбинации с гидроизолом металлоизол применяется для изоляции гидротехнических и подземных сооружений.

Полиэтиленовые пленки применяются для гидроизоляции фундаментов и стеновых панелей. Пленка не разрушается бактериями, но стареет под воздействием света.

Эмульсии, и пасты битумные применяются для грунтовки основания при наклейке рулонных и штучных материалов, уплотнения стыков в кровле.

Мастики по составу подразделяются на битумные, резино-битумные, дегтевые, дегте-полимерные, по способу укладки - на горячие и холодные.

Битумные горячие мастики приготовляются путем смешивания нефтяного битума с наполнителями (волокнистый асбест, асбестовая пыль, тальк, известняк молотый).

Транспортирование и хранение

Битумные и дегтевые вяжущие должны иметь заводскую упаковку. При перевозке их защищают от повреждений и атмосферных воздействий, а хранят в закрытых складах или под навесом в рассортированном виде. Твердые и полутвердые битумы транспортируют в железнодорожных цистернах, оборудованных подогревательными устройствами, или в бумажной таре; жидкие битумы - в нефтяных и мазутных цистернах. (см. Приложение Б). Битум строительный и кровельный транспортируют в бочках, фанерных барабанах, бумажных мешках и без тары в крытых вагонах и на платформах. Пек перевозят без тары в крытых вагонах и на платформах. Битумы жидкие и дегти каменноугольные перевозят в железнодорожных цистернах, бункерах-полувагонах, автоцистернах.

Хранить битумы следует в специальных хранилищах или под навесом.

Заключение

Природный битум до сих пор является одним из наиболее надежных гидроизоляционных материалов. Высококачественные лаки, мастики, краски и эмали изготовляют с применением этого материала. Однако в гораздо больших масштабах для гидроизоляционных и кровельных материалов в наше время используются искусственные битумы (из нефти) и дегтевые вяжущие вещества. Серьезным «конкурентом» битумам и дегтям явился гидроизоляционный материал, получаемый на основе синтетических смол и полимеров. По качеству он превосходит битумы и дегти и поэтому полимеры широко используют в гидроизоляционных пластмассах. Однако для гидроизоляции еще чаще используют компаундированные вяжущие вещества.

Битумные материалы - самые распространённые для кровельных и гидроизоляционных работ, имеют срок службы в среднем 10 - 15 лет. Для повышения их долговечности, а также для улучшения теплофизических, механических и других свойств используются различные методы: совершенствование технологии производства битумов, модификация битумов, пластификация битумов, а также их комбинации. В производстве практикуют смешение битумов; окисление расплавленного битума воздухом, окисление в присутствии хлорида железа или окиси фосфора; введение в битум модифицирующих добавок: наполнителей, пластификаторов, структурообразователей, синтетических полимеров и их смесей и др.

Список литературы

1. Байков А.А. Собрание трудов / [Отв. ред. акад. И.П. Бардин]; Акад. наук СССР. - Москва; Ленинград: [б. и.], 1948-1952. - 5 т; Т. 5: Труды в области вяжущих веществ и огнеупорных материалов/ Ред.: канд. техн. наук В.В. Кинд, проф. Р.Л. Певзнер. - 1948. - 271 с.

2. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. Технология и свойства: учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва: Эколит, 2011. - 472 с.

3. Попченко С.Н. Гидроизоляция сооружений и зданий / С.Н. Попченко. - Л.:Стройиздат: Ленингр. отд-ние, 1981. - 304 с.

4. Юхневский П.И. Строительные материалы и изделия / П.И. Юхневский, Г.Т. Широкий. - Минск: УП «Технопринт». 2004. - 476 с.

5. Строительные материалы и изделия. Учебник / К.Н. Попов, М.Б. Каддо.

6. - М.: Высш.шк., 2005. - 208-212 с.

7. https://lektsii.org/9-57721.html

8. https://studfile.net/preview/5451091/page:16/

Приложения

Приложение А

Приложение Б

Размещено на Allbest.ru