ugljovodoniČna veziva i materijali uvod: bitumeni i katrani · bitumen, kao amorfni materijal,...

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUvod: 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 vodonepropustljivo-šću, zadovoljavajućom otpornošću na atmosferske uticaje, plastičnošću i nizom drugih pozitivnih svojstava.

■ 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.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIBitumen


● 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.

● DeparafinacijaSmanjivanje sadržaja parafina u ostatku (on je u većem procentu štetan sastojak)


■ Elementarni sastav bitumena

● Visokomolekularni ugljovodonici:

- Ugljenik (C) 70 – 80 %

- Vodonik (H) 10 – 15 %

● Sumpor (S) 2 – 9 %

● Kiseonik (O) 1 – 5 %

● Azot (N) 0 – 2 %

Ovi elementi grade niz vrlo složenih jedinjenja, među kojima su najviše zastupljeni visoko-molekularni ugljovodonici metanskog (CnH2n+2)

i naftenskog (CnH2n) reda.


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 jedinjenjadate su pregledom na levoj strani slajda

Visokomolekularni ugljovodonici- metanskog reda (CnH2n+2)- naftenskog reda (CnH2n)

Ulja: - U tečnom agregatnom stanju, 45-60%,- γs<1000 kg/m3, M=100-500,- Daju veću pokretljivost, tj. niži viskozitet.

Smole: - Viskozno i plastično ponašanje, 15-30%,- γs≈1000 kg/m3, M=500-1000,- Nosioci plastičnosti i vezivnih svojstava

Asfalteni: - U čvrstom agregatnom stanju, 5-30%- γs>1000 kg/m3, M=1000-5000,- Teško topljivi, daju tvrdoću i termičku

postojanost.

Parafini: - Čvrsti ugljovodonici u obliku kristala,- Štetno deluju na svojstva bitumena

(smanjuju lepljivost) u količini >2,5%.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIKatran

Premda se često identifikuju, između bitumena i katrana postoje velike razlike:

■ Kao prvo, u dobijanju: Katran se dobija suvom destila-cijom 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 uljnihfrakcija, katranske smole, slobodnog ugljenika i manjih količina fenola, antracena, naftalina i drugih organskih jedinjenja.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva 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 cm3 supstance na temperaturi od 30 ili 40ºC. Otvori mlaznice su 10 ili 14 mm, u zavisnosti od viskoznosti

uzorka.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja: Reološka svojstva

εtraj raste sa:

-povećanjem sadržaja ulja

-porastom temperature

- povećanjem dužine trajanja opterećenja

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja: Penetracija

● 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 omogu-ćava i definisanje viskoznosti bitumena (postoji niz empirijskih formula za zavisnost penetracija –viskoznost, za razne temperature).

Uređaj za ispitivanjepenetracije

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja: Tačka razmekšavanja po PK

● 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 razmek-šavanja 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 .

Aparatura (gore) i postupak (dole) za ispitivanje tačke razmekšavanja po PK

● Postepeno zagrevanje u vodenom kupatiluuzorka bitumena, koji ispunjava metalniprsten propisanih dimenzija, preko kogase, pre početka ispitivanja, postavlja čeličnakuglica, takođe propisanih dimenzija.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja: Rastegljivost – duktilitet i

Tačka loma po Frasu

Brzina istezanja: 5 cm/min!

Т = 25 0C Pad temperature: 10C/min!

Merenje duktiliteta bitumena

Određivanje tačke loma po Frasu

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva 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 – IP.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja : Indeks penetracije

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIIspitivanje stabilnosti bitumena

■ Bitumen se u praksi izlaže delovanju visokih temperatura, kako bi mu se snizio viskozitet iomogućilo obavijanje agregata slojem optimalnedebljine. Time dolazi do određenih hemijskih procesau 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.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUgljovodonična veziva za kolovoze

Ugljovodonična veziva kod kolovoznih zastora na putevima

1.Bitumeni za kolovozne zastore2.Razređeni bitumeni za kolovozne zastore3.Bitumenske emulzije4.Katrani za kolovoze5.Hladni katrani za kolovoze


Bitumeni za kolovozne zastore

Prema vrednosti penetracije dele se na pet vrsta:BIT 200, BIT 130, BIT 45, BIT 25, BIT 15Primena:1. Za izradu kolovoznih zastora2. Kao sirovinska osnova za:

- bitumenske emulzije- razređene bitumene

3. Za proizvodnju hidroizolacionih materijala

U cilju poboljšanja prionljivosti, često se dodaju površinski aktivne materije – dopovi.Modifikovani bitumeni: bitumeni čija su reološka svojstva poboljšana dodatkom sintetičkih smola.


Razređeni bitumeni za kolovozne zastore

Bitumeni čija je viskoznost privremeno snižena dodatkomizvesnih rastvarača, koji posle ugrađivanja bitumenadelimično ili potpuno ispare. Dele se prema graničnimvrednostima viskoznosti (u sekundama) na pet vrsta:

RB 0/1, RB 5/10, RB 30/50, RB 100/170, RB 200/300

Primena:Posebno su pogodni za površinske obrade i stabilizacije tlabitumenom. U zavisnosti od viskoznosti, mogu se primešanju sa agregatom zagrevati do 90°C.Pripadaju grupi zapaljivih materijala.


Bitumenske emulzije

Pripadaju kategoriji disperznih sistema, koji se sastoje od bitumena ivode sa određenim emulgatorima.

Čestice bitumena (0.1-10)∙10-3 mm – disperzna fazaVoda – disperiziona sredinaVoda u bitumenskoj emulziji omogućava rad po hladnom postupku.Prema brzini raspadanja dele se na:

- NE 50 (nestabilne bitumenske emulzije)- PE 55 (polustabilne bitimenske emulzije)- SE 55 (stabilne bitumenske emulzije)

Broj u oznaci predstavlja minimalni sadržaj bitumena u % (sadržajbitumena u emulzijama 50-70%)Anjonske (bazne) – kod karbonatnih agregata,Katjonske (kisele) – kod eruptivnih agregata.Primena: - površinske obrade

- stabilizacije tla- asfalt za duže lagerovanje (za popravke kolovoza).


Katrani za kolovoze

Proizvode se obradom katranske smole katranskim uljima (čime se katranskim smolama snižava viskozitet).S obzirom na viskozitet (u sec) postoje sledeći tipovi:K 10/17, K 20/35, K 80/125, K 140/240, K 250/500Primena: za izradu kolovoznih zastora (sami ili u kombinaciji sa bitumenom – K: BIT = 85:15)

Hladni katrani za kolovoze

Katrani čiji je viskozitet privremeno snižen dodatkom ulja za razređivanje, koja posle ugrađivanja oksidišu ili isparavaju iz kolovoznog zastora.Obično se sastoji od:

- 85% katrana- 15% razređivača (ulja)

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: definicija, vrste asfalta

■ Pod asfaltima se podrazumevaju veštački kameni materijali dobijeni očvršćavanjem racionalno sastavljenih mešavina od:Ugljovodoničnih veziva (bitumena i/ili katrana),Kamenog brašna iKrupnijeg kamenog agregata (rečnog ili drobljenog).

■ Ovakve mešavine mogu se naći i u prirodi, pa se možegovoriti 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 iSpecijalni asfalti.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni

■ Sadržaj ugljovodoničnih veziva: 5-12%■ Sadržaj kamenog brašna – filera (0/0,09mm): 5-20%

Vrući asfaltni betoni (asfaltni betoni koji se ugrađuju po vrućem postupku)

- na mestu spravljanja: T=175-190°C- na mestu ugrađivanja: T=130-150°C

Vezivo: bitumeni za kolovozne zastoreAgregat: pesak (0,09/2mm)+kamena sitnež (2/22.4mm)

Hladni asfaltni betoni (asfaltni betoni koji se ugrađuju po hladnom postupku)

- na mestu spravljanja: T=60-80°C- na mestu ugrađivanja: potpuno rashlađeni.

Vezivo: razređeni bitumeni i katrani za kolovozeAgregat: pesak (0,09/2mm)+kamena sitnež (2/12.5mm)


Sastavljanje mešavina asfaltnih betona

Optimalna struktura:

Struktura u kojoj zrna agregata (pesak i kamena sitnež) uspostavljaju kontakt kroz tanke proslojke veziva (ugljovodonični materijal+filer).

■ Granulometrijski sastav agregata:

; n=1/1.5-1/3

(smanjenje vrednosti n vodi povećanju sadržaja sitnih frakcija).

n

D

dY

100


Iz uslova da je: Vuv= muv /γuv= Vša

Iz uslova da vezivo obavije sva

zrna agregata slojem debljine е, tj.:Vuv= muv /γuv= е ∙ Σ F(1)

U poslednjem, trećem izrazu je:

k0 = γuv∙ e


Osnovna svojstva asfaltnih betona

Viskoznost i osetljivost na temperaturne promene ugljovodoničnih veziva odražava se i na svojstva asfaltnih betona:

1. Imaju svojstvo prilagođavanja obliku podloge,2. Ako količina ugljovodoničnog veziva pređe određenu

optimalnu vrednost, pri visokim temperaturama doći će do potiskivanja agregata u njenu dubinu i kretanja veziva ka površini (segregacija). Asfalt beton postaće veoma plastičan, oslabiće veza između zrna agregata, smanjiće se čvrstoća i trajnost asfaltnih betona.

3. Čvrstoća pri pritisku:- na 20°C: 2-3 MPa- na 50°C: 1-1.5 MPa- na -20°C: odgovaraju čvrstoćama običnih betona


Osnovna ispitivanja asfaltnih betona

U osnovna ispitivanja asfaltnih betona spadaju:

- Ispitivanje sastava asfalt betona- Ispitivanje stabilnosti i tečenja po Maršalovoj metodi.

Sem navedenog, kod asfaltnih betona ispituje se još i:

- Procenat zaostalih šupljina u mešavini- Upijanje vode i bubrenje- Zapreminska masa

Kod uzoraka izvađenih iz kolovoznih zastora, ispituje se:

- Stepen komprimiranosti- Procenat zaostalih šupljina


Ispitivanje stabilnosti i tečenja po Maršalu

■ Ovo ispitivanje vrši se na cilindrima =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 kaoStabilnost i tečenje po Maršalu .

■ Na bazi ove dve veličine sračunava se

Modul ukočenosti po Maršalu na 60ºC, prema izrazu:

MPa) (N/mm 10

mmу

kNу 2 mmтечење

стабилностMu


Ugrađivanje asfaltnih betona

■ Ugrađivanje se načelno vrši samo pod povoljnim vremenskim uslovima

■ Koriste se specijalne mašine (raspoređivači i finišeri)

■ Na nepristupačnim mestima dozvoljava se i ručno ugrađivanje

■ Zbijanje se vrši mehaničkim sredstvima (naročitim valjcima)

■ Na nepristupačnim mestima dozvoljava se i ručno zbijanje

Važna napomena:Kod vrućih asfaltnih betona zbijanje se završava tokom procesa

ugrađivanja i valjanja (zbijanja).

U slučaju hladnih asfaltnih betona koji očvršćavaju usled oksidacije, isparavanja i delimičnog upijanja pojedinih komponenata veziva (razređivači), ovaj proces može da traje i 20-30 dana.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALILiveni asfalti

Liveni asfalti su mešavine ugljovodoničnih veziva i mineralnih materijala (agregata) bez šupljina, koje se pri ugrađivanju ne valjaju niti vibriraju.

Prema sastavu mase liveni asfalti se dele na:

■ Obične livene asfalte (sa 30-40% kamene sitneži)

■ Tvrdo livene asfalte (sa 40-55% kamene sitneži)


Optimalni sadržaji pojedinih komponenata:

Kamen (plemenita sitnež):- u tvrdo livenom asfaltu . . . . . . . . . . . . . . 40 – 50 %- u (običnom) livenom asfaltu . . . . . . . . . . 30 – 40 %

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 % .


Spravljanje i ugrađivanje livenih asfaltaSpravljanje:

u stalnim ili pokretnim kazanima u stalnim postrojenjima – asfaltnim bazama u svim slučajevima mešavina se kuva na T=180-240°C

Transport mešavine: u naročitim pokretnim kazanima, snabdevenim uređajima za mešanje i održavanje temperature

Ugrađivanje: ručno (samo za male količine) ili mašinsko masa se izručuje na samo mesto ugrađivanja ručno ugrađivanje pomoću drvenih lopatica i glačala (pegli) Mašinsko ugrađivanje specijalnim finišerima, koji masu razlivaju i ugrađuju putem zagrejane talpe mora se nanositi uvek na suvu podlogu

Hrapavljenje: površina livenog asfalta se uvek hrapavi, posipanjem eruptivne kamene sitneži svetle boje preko još tople ugrađene mase, kao i valjanjem lakim zupčastim valjcima.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIHidroizolacije na bazi bitumena

■ Svaki materijal koji se primenjuje u hidroizolacijamatreba 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.


■ 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.


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.

ugljovodoniČna veziva i materijali uvod: bitumeni i katrani · bitumen, kao amorfni materijal,...

Documents