UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALI Uvod: Bitumeni i katrani

Transcript

1 Uvod: Bitumeni i katrani Bitumeni i katrani mogu se svrstati u građevinske materijale i sirovine za industrijske proizvode koji se vrlo široko koriste u oblastima: putogradnja, hidroizolacije i antikoroziona zaštita. Bitumeni i katrani su smeše visokomolekularnih ugljovodonika, kao i drugih organskih jedinjenja na bazi kiseonika, sumpora i azota. Bitumeni i katrani imaju dobru prionljivost (atheziju) za kamen, pesak, beton, opeku, čelik i druge materijale. Bitumeni i katrani odlikuju se vodonepropustljivošću, zadovoljavajućom otpornošću na atmosferske uticaje, plastičnošću i nizom drugih pozitivnih svojstava. Bitumen Definiše se kao crna, na normalnoj temperaturi polukruta ili kruta lepljiva masa, potpuno rastvorljiva u ugljendisulfidu (CS2). Tehnički bitumeni dele se na prirodne i veštačke. Prirodni bitumeni se sreću u prirodi ili skoro u čistom obliku, ili kao pratioci nekih stena npr. krečnjaka i peščara. Kako su prirodni bitumeni prilično deficitarni, odnosno, kako je eksploatacija bitumena sadržanih u stenskim masama vrlo skupa (usitnjavanje, pa zatim obrada toplom vodom ili rastvaračima), u građevinarstvu se danas prvenstveno koriste veštački bitumeni koji se dobijaju iz nafte. 1

2 Bitumen Izdvajanje o kome je reč na skici, vrši se postupcima atmosferske destilacije ili vakuum destilacije, pri čemu se dobijeni ostatak bitumen ili neposredno koristi, ili se podvrgava dodatnim tretmanima postupcima duvanja i deparafinacije (deasfaltizacije). Duvanje Kroz bitumen se na visokoj temperaturi uduvava vazduh oksidacija, polimerizacija. Deparafinacija Smanjivnje sadržaja parafina u ostatku (on je u većem procentu štetan sastojak) Bitumen Elementarni sastav bitumena Visokomolekularni ugljovodonici: -Ugljenik (C) % -Vodonik (H) % Sumpor (S) 2 9 % Kiseonik (O) 1 5 % Azot (N) 0 2 % Ovi elementi grade niz vrlo složenih jedinjenja, među kojima su najviše zastupljeni visokomolekularni ugljovodonici metanskog (CnH2n+2) i naftenskog (CnH2n ) reda. 2

3 Bitumen Izdvajanje posebnih ugljovodoničnih jedinjenja je vrlo složeno, pa se stoga, radi izučavanja strukture i svojstava bitumena, najčešće specijalnim metodama, iz bitumena izdvajaju grupe ugljovodonika sa manje više sličnim svojstvima. Ove grupe jedinjenja date su pregledom na levoj strani slajda Katran Premda se često identifikuju, između bitumena i katrana postoje velike razlike: Kao prvo, u dobijanju: Katran se dobija suvom destilacijom kamenog uglja, mrkog uglja, drveta i slično. Katrani brže stare usled isparavanja lakših ulja u njihovom sastavu, usled oksidacije i polimerizacije. Katrani su osetljiviji na temperaturne promene, a prionljivost za agregat je veća, usled čega se često mešaju sa bitumenima. Katran je otporniji na naftne derivate. Katran je mrkocrna viskozna tečnost, specifičnog mirisa, sastavljena od mešavine različitih uljnih frakcija, katranske smole, slobodnog ugljenika i manjih količina fenola, antracena, naftalina i drugih organskih jedinjenja. 3

4 Svojstva i ispitivanja: Viskoznost Za određivanje viskoznosti koriste se odgovarajući viskozimetri kod kojih se ispitivanja sprovode na bazi teorijske viskoznosti, u kom slučaju se viskoznost izražava u Pa s. Viskoznost katrana i još nekih drugih materijala na bazi bitumena, međutim, određuje se putem posebnog viskozimetra za katran, kod koga se kao pokazatelj usvaja vreme u sekundama, potrebno da kroz određenu mlaznicu istekne 50 cm 3 supstance na temperaturi od 300 ili 400ºC. Otvori mlaznice su 10 ili 14 mm, u zavisnosti od viskoznosti uzorka. Svojstva i ispitivanja: Reološka svojstva 4

5 Svojstva i ispitivanja: Penetracija Uređaj za ispitivanje penetracije Ispitivanje penetracije je osnovna metoda za identifikaciju bitumena za kolovozne zastore. S obzirom na penetraciju, ovi bitumeni nose oznake BIT 200, BIT 130, BIT 45 itd.- što znači da u slučaju ovih bitumena penetracija iznosi 20 mm, 13 mm, 4.5 mm. Ispitivanje penetracije omogućava i definisanje viskoznosti bitumena (postoji niz empirijskih formula za zavisnost penetracija viskoznost, za razne temperature). Svojstva i ispitivanja: Tačka razmekšavanja po PK Aparatura (gore) i postupak (dole) za ispitivanje tačke razmekšavanja po PK Postepeno zagrevanje u vodenom kupatilu uzorka bitumena, koji ispunjava metalni prsten propisanih dimenzija, preko koga se, pre početka ispitivanja, postavlja čelična kuglica, takođe propisanih dimenzija. Bitumen, kao amorfni materijal, razmekšava se u širem temperaturnom intervalu, te je uveden pojam konvencionalne tačke razmekšavanja bitumena. To je temperatura koja se dobija primenom metode prstena i kuglice (PK). Ispitivanje tačke razmekšavanja po PK je takođe jedna od standardnih metoda za identifikaciju bitumena: zajedno sa penetracijom, služi za označavanje bitumena za industrijske svrhe (duvanih bitumena). Npr. 85/40 duvani bitumen sa tačkom razmekšavanja 85ºC i penetracijom od 4 mm. 5

6 Svojstva i ispitivanja: Rastegljivost duktilitet i Tačka loma po Frasu Brzina istezanja: 5 cm/min! Т = 25 0 C fl Pad temperature: 1 0 C/min! fl Merenje duktiliteta bitumena Određivanje tačke loma po Frasu Svojstva i ispitivanja : Indeks penetracije Pri oceni kvaliteta bitumena veliki značaj ima odnos penetracije i temperature razmekšavanja. S obzirom na uslove kojima su izloženi tokom eksploatacije, bitumeni se smatraju kvalitetnijim ako pri određenoj temperaturi razmekšavanja imaju veće vrednosti penetracije. Drugim rečima, odnos između penetracije i temperature razmekšavanja predstavlja merilo temperaturne osetljivosti bitumena. Temperaturna osetljivost bitumena najčešće se definiše putem tzv. indeksa penetracije IP, koji je funkcija penetracije i tačke razmekšavanja po PK. Na sledećem slajdu prikazan je dijagram za definisanje indeksa penetracije I P. 6

7 Svojstva i ispitivanja : Indeks penetracije Ispitivanje stabilnosti bitumena Bitumen se u praksi izlaže delovanju visokih temperatura, kako bi mu se snizio viskozitet i omogućilo obavijanje agregata slojem optimalne debljine. Time dolazi do određenih hemijskih procesa u bitumenu i do promene njegovih svojstava. Za ocenu ovih promena vrši se ispitivanje stabilnosti bitumena, koje se sastoji u zagrevanju bitumena 5 h na temperaturi 163ºC, u posudi prečnika 128 mm i u sloju debljine 4 mm. Meri se gubitak mase i vrše neka od osnovnih ispitivanja, pa se na bazi poređenja dobijenih rezultata donosi zaključak o stabilnosti bitumena. Važeći tehnički propisi precizno definišu granice u okviru kojih mogu da se kreću svojstva bitumena posle izvršenog ispitivanja stabilnosti. 7

8 Ugljovodonična veziva za kolovoze Ugljovodonična veziva za kolovoze 8

9 Ugljovodonična veziva za kolovoze Razređeni bitumeni za kolovozne zastore Ugljovodonična veziva za kolovoze Bitumenske emulzije 9

10 Ugljovodonična veziva za kolovoze Asfalti: definicija, vrste asfalta Pod asfaltima se podrazumevaju veštački kameni materijali dobijeni očvršćavanjem racionalno sastavljenih mešavina od: Ugljovodoničnih veziva (bitumena i/ili katrana), Kamenog brašna i Krupnijeg kamenog agregata (rečnog ili drobljenog). Ovakve mešavine mogu se naći i u prirodi, pa se može govoriti o prirodnim i veštačkim asfaltima. U zavisnosti od vrste mešavine, postoji više tipova veštačkih asfalta: Površinske obrade, Penetracije, polupenetracije i zasuti makadam, Asfaltni betoni (asfalt betoni), Liveni asfalti i Specijalni asfalti. 10

11 Asfalti: Asfaltni betoni Asfalti: Asfaltni betoni 11

12 Asfalti: Asfaltni betoni Asfalti: Asfaltni betoni Iz uslova da je: V uv = m uv /γ uv = V ša Iz uslova da vezivo obavije sva zrna agregata slojem debljine е, tj.: V uv = m uv /γ uv = е Σ F (1) U poslednjem, trećem izrazu je: k 0 = γ uv e 12

13 Asfalti: Asfaltni betoni Asfalti: Asfaltni betoni 13

14 Asfalti: Asfaltni betoni Ispitivanje stabilnosti i tečenja po Maršalu Ovo ispitivanje vrši se na cilindrima F =101,6 mm, H=63,5 mm koji se izrađuju zbijanjem, na tačno propisan način. Ovi uzorci se zagrevaju do T=60ºC, a zatim se podvrgavaju ispitivanju stabilnosti i tečenja u naročitoj, Maršalovoj presi. Uzorak se u presi izlaže pritisku po izvodnicama, pri čemu su čeljusti kojima se vrši opterećenje polukružne, sa poluprečnicima krivine jednakim poluprečniku uzorka. Brzina kretanja čeljusti je konstantna 50 mm/min. Prati se rast sile (kn) i rast deformacije na mernom instrumentu (mm). U momentu dostizanja maksimalne sile vrši se očitavanje sile i odgovarajuće deformacije uzorka. Ove dve vrednosti označavaju se kao Stabilnost i tečenje po Maršalu. Na bazi ove dve veličine sračunava se Modul ukočenosti po Maršalu na 60ºC, prema izrazu: M u стабилност у kn 10 = (N/mm 2 = MPa течење у mm mm Asfalti: Asfaltni betoni 14

15 Asfalti: Asfaltni betoni Liveni asfalti 15

16 Liveni asfalti Optimalni sadržaji pojedinih komponenata: Kamen (plemenita sitnež): -u tvrdo livenom asfaltu % -u (običnom) livenom asfaltu % Filer: najmanje 20 % Bitumen 6,5 9 % Pesak: dopuna do 100 % U slučaju livenih asfalta, mora da bude zadovoljen i sledeći uslov: Procenat šupljina utresene (zbijene) mineralne mase sme da bude: -za tvrdo livene asfalte: najviše 18 %, -za livene asfalte (obične): najviše 22 %. Liveni asfalti 16

17 Hidroizolacije na bazi bitumena Svaki materijal koji se primenjuje u hidroizolacijama treba da bude: Nepropustljiv za vlagu i vodu, Dovoljno plastičan na niskim i postojan na povišenim temperaturama, Sposoban da bez oštećenja prati deformacije podloge i da premosti manje pukotine u njoj, Otporan prema mehaničkim i atmosferskim uticajima (prema starenju), Prionljiv za druge materijale, Bez štetnog delovanja na materijale sa kojima dolazi u dodir, na ljude i okolinu, Primenljiv pri različitim uslovima rada, Dobar elektro izolator, Pogodan za primenu u smislu težine, otpornosti prema oštećenjima tokom rada, lake nabavke i sl. Hidroizolacije na bazi bitumena Na području hidroizolacija najširu primenu imaju industrijski bitumeni, koji se dobijaju postupkom duvanja (duvani bitumen). Imaju visoku tačku razmekšavanja po PK, a malu penetraciju (veći indeks penetracije). Kod nas se proizvodi 6 standardnih vrsta duvanih bitumena, koji nose oznaku ind.bit. i sledeće brojne oznake: 70/30, 85/25, 85/40, 105/15, 115/15 i 135/10 (prvi broj u oznaci je tačka razmekšavanja po PK, a drugi srednja vrednost penetracije). Mehanička svojstva bitumena mogu se poboljšati upotrebom raznih vrsta armatura (sirovi krovni karton, sirova juta, azbestna lepenka, poliesterski filc, poliamidna tkanina, aluminijumska folija ( albifol ) i dr. 17

18 Hidroizolacije na bazi bitumena Hidroizolacioni materijali u rolnama Bitumenski trakasti proizvodi koji se pakuju u rolne, a proizvode se ili samo impregnisanjem, ili impregnisanjem i oblaganjem, ili, pak, samo oblaganjem odgovarajućih uložaka bilo čistim bitumenom, bilo modifikovanim (polimer bitumenom), sa nekim punilom ili bez punila. 18