книги / Развитие и современное состояние строительно-дорожной отрасли

и повышение его вязкости. За последнее время освоен метод непрерывного окисления битума. Нефтяные остатки при температуре около –210 °С поступают в реактор, где с помощью специальных аппаратов (диспергаторов) засасывается воздух и распределяется в окисляемом продукте. В данной технологии наряду с интенсификацией процесса окисления улучшается качество окисленного битума.

Смешанные (компаундированные) битумы получают в основном путем смешения битума деасфальтизации (остаточный продукт после обработки гудрона жидким пропаном) с масляными дистиллятами.

Нефтяные битумы, как твердые или вязкопластичные, так и жидкие, находят широкое применение в строительстве. Их используют для устройства дорожных покрытий, покрытий аэродромов, устройства плоских кровель, ирригационных каналов, производства гидроизоляционных и кровельных материалов в лакокрасочной и химической промышленности.

Фракционный состав нефтепродуктов, используемых в качестве разжижителей, указан в табл. 4.2.

Таблица 4.2 Фракционный состав разжижителей для марки битумов БНД 60/90

Вжидкие битумы для обеспечения необходимого сцепления

смрамором или песком при необходимости вводят поверхностноактивные вещества (анионные или катионные).

При сливе, наливе и применении жидких битумов установлены следующие температуры нагрева для марок:

111

–от 70 до 80 °С – для СГ 40/70; МГ 40/70;

–от 80 до 90 °С – для СГ 70/130; МГ 70/130;

–от 90 до 100 °С – для СГ 130/200; МГ 130/200; МГО 40/70; МГО 70/130; МГО 130/200.

Жидкие битумы – горючие вещества с температурой самовоспламенения не ниже 300 °С. При разжижении вязких битумов в открытой системе температура битума, поступающего на смешение

сразжижителем, не должна превышать 120 °С. Перемешивание вязкого битума с разжижителем проводят инертным газом или циркуляцией.

Жидкие битумы, к которым добавлены катионактивные вещества, испытывают на сцепление с песком. Жидкие битумы с анионактивными веществами – с мрамором.

Сырой каменноугольный деготь представляет собой черную маслянистую жидкость сложного состава. Каменноугольный деготь применять в сыром виде в строительстве нельзя ввиду того, что он содержит много летучих и легковымывающихся составных частей и воды. Для повышения качества дегтя из него отгоняют воду, легкие и часть средних масел. В результате получается так называемый ото-

гнанный (дистиллированный) деготь, пригодный к применению

встроительстве. Однако наиболее часто в строительстве используют составленный деготь, получаемый сплавлением песка с антраценовым маслом или частично отогнанным дегтем.

Деготь, как и битум, применяют в качестве вяжущего вещества

вдорожном строительстве, для приготовления дегтебетона, изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов (кровельного толя). Кроме того, в строительстве иногда используют каменноугольную или древесную смолу для обмазки деревянных конструкций (столбов). Из дегтя путем его перегонки получают антраценовое масло, которое также применяют в строительстве.

Деготь имеет в основном те же свойства, что и битум, кроме того, он обладает клеящей и вяжущей способностью, вязкостью, биостойкостью и др. Наиболее характерным свойством дегтя является его высокая способность прилипать к поверхностям металла, камня,

112

дерева и других материалов. По сравнению с битумом деготь имеет пониженную теплоустойчивость. При незначительных повышениях температуры вязкость дегтя быстро снижается. Кроме того, для дегтя свойственна неустойчивость к процессам старения. При его эксплуатации под действием атмосферных факторов он становится хрупким. Однако в противоположность битумным дегтевые материалы обладают высокой гнилостойкостью.

Пек – черное аморфное вещество, твердое при нормальной температуре. В строительстве применяют в основном пек двух видов (марок): средний с температурой размягчения 65–75° и мягкий, имеющий температуру размягчения 45–50°. Пек обычно применяют

всмеси с дегтем или антраценовым маслом. Смешиванием пека с дегтем или антраценовым маслом получают составы с высокими вяжущими свойствами, слабо размягчающиеся под действием солнечных лучей, обладающие высокими клеящими свойствами и нехрупкие.

Дегти – органические вяжущие вещества вязкой или жидкой консистенции, получаемые как побочный продукт при сухой перегонке твердых топлив (каменного или бурого угля, торфа, сланцев, древесины). Наибольшим распространением в строительстве пользуются каменноугольные дегтевые вяжущие вещества. Широко применяют также и сланцевые дегти, называемые сланцевыми битумами.

Дегти имеют повышенную способность к прилипанию благодаря большому количеству в их составе полярных групп веществ и фенолов. Однако фенолы токсичны, вымываются водой, поэтому их содержание ограничивают.

Взависимости от вязкости дегти подразделяют на марки: Д-1, Д-2, Д-3, Д-4, Д-5, Д-6. Для получения дегтя требуемой вязкости нередко сплавляют два вида дегтя разной вязкости.

Низкая погодоустойчивость и старение дегтей происходят в связи с испарением летучих веществ; этому способствует также наличие

вдегтях ненасыщенных высокомолекулярных углеводородов, которые окисляются и полимеризуются, и активных веществ. Со време-

113

нем групповой состав дегтя изменяется, что приводит к потере им пластических свойств при пониженных температурах, увеличению хрупкости дегтевых материалов. Для установления стабильности свойств дегтя определяют его фракционный состав и проводят испытания остатка после нагревания до 300 °С.

Биостойкость дегтей – высокая, цвет – черный, они имеют специфический запах каменноугольной смолы, токсичны. Температура вспышки дегтей 150–190 °С, температура воспламенения 180–270 °С. Истинная плотность каменноугольных коксовых дегтей 1,1–1,3 г/см3, а газовых дегтей – 1,0–1,2 г/см3.

Температуру размягчения остатка, полученного после отгона фракций до 300 °С, определяют так же, как и температуру размягчения битумов на приборе «Кольцо и шар».

Погодоустойчивость и степень устойчивости к изменению вязкости дегтя оценивают по содержанию в нем легких, средних и тяжелых масел, которое определяется разгонкой пробы дегтя в специальном аппарате – стеклянном одношариковом дефлегматоре.

Сцелью увеличения вязкости, повышения теплоустойчивости

иулучшения других свойств в каменноугольную смолу или деготь при температуре 180–200 °С вводят серу и серосодержащие материалы. При этом происходит дегидратация углеводородов дегтя и изменяются межмолекулярные связи.

Улучшают качество дегтей введением минеральных дисперсных наполнителей в количестве до 30 % (молотого известняка и доломита, каменноугольной и цементной пыли). Такие дегти называются наполненными. Наполненные дегти выпускают двух марок: ДН-7 вязкостью 3–70 с и ДН вязкостью 70–120 с.

Деготь представляет собой сложную дисперсную систему, средой в которой служат масла, а дисперсной фазой – свободный углерод и твердые смолы. На поверхности частиц углерода содержатся слои молекул вязкопластичных смол, кислых и основных веществ. В зависимости от концентрации таких мицелл изменяются структура

ивязкостные свойства дегтя. Структура дегтя приближается к типу суспензии, поэтому вязкость существенно зависит от концентрации

114

твердой фазы, механических и тепловых воздействий. При пониженных температурах некоторые ароматические углеводороды, находящиеся в маслах, могут выкристаллизовываться с образованием твердого нафталина, антрацена и др., что приводит к понижению вяжущих свойств дегтя. В отличие от битумов, в дегтях имеются не только анионо-, но и катионоактивные вещества, которые способствуют более тесному физико-химическому контакту с материалами, на которых деготь образует пленки. Недостатком дегтей является их быстрое старение, при этом они имеют ограничения при применении.

К одной из разновидностей дегтевых вяжущих веществ относится сланцевый деготь. По консистенции он разделяется на вязкий и жидкий, а по генезису является побочным продуктом сухой (деструктивной) перегонки горючих сланцев, точнее, их органической части – керогена. Кероген нерастворим в органических растворителях и не выплавляется при обычном нагревании сланцев.

В строительстве наибольшее применение имеют составленные (препарированные) дегти, получаемые смешением горячего пека с антраценовым маслом или другими жидкими дегтевыми веществами – пековой смолой, тяжелым маслом и др. Пек, как твердое или вязкое аморфное вещество черного цвета, состоит из смолистых веществ, свободного углерода, частиц кокса и угля, антрацена, фенаятрена, нафталина и масел.

Сланцевые дегти значительно чаще именуют битумами, поскольку их групповой состав и свойства ближе к признакам битумных вяжущих веществ. Как и нефтяные битумы, они по консистенции разделяются на вязкие и жидкие.

Битумы сланцевые применяют в дорожном строительстве, используют для приготовления эмульсий и паст, компаундированных вяжущих веществ, а также для кровельных работ. Они сравнительно легко совмещаются с нефтяными битумами и дегтевыми материалами. Опыт эксплуатации асфальтовых дорожных покрытий на основе сланцевых битумов (дегтей) показал, что перегрев каменных мате-

115

риалов приводит к повышению вязкости вяжущего вещества и снижению водоустойчивости и эластичности покрытия.

Сланцевые битумы отличаются от нефтяных меньшей тепло- и атмосферостойкостью. Процессы старения имеют в основном характер полимеризации и окисления ненасыщенных углеводородов, вымывания водорастворимых соединений и улетучивания.

Следовательно, дегтевые вяжущие представляют собой сложные дисперсные системы, свойства которых будут определяться соотношением между твердой составляющей, смолами и маслами.

4.5. Асфальтобетонные смеси

Асфальтобетонные смеси после укладки и уплотнения приобретают свойства технического камня, который называется асфальтобетоном (дегтебетоном). По температуре укладки и уплотнения, вязкости битума, влияющей на скорость формирования покрытия, асфальтобетонные смеси разделяют на горячие, теплые и холодные. Горячие смеси приготавливают на битуме БНД-90/300, 90/130, 60/90 и 40/60; теплые – на битуме БНД-200/300 и 130/200. По содержанию щебня смеси бывают плотные:

–многощебенистые (А) 50–60;

–среднещебенистые 35–60;

–малощебенистые 20–35 %.

Кгруппе Г относятся смеси, в составе которых находятся песчаные фракции крупностью 1,25–5 мм с содержанием песка не менее 33 %. К группе Д – смеси из природного песка фракций 1,25–5 мм

ссодержанием песка не менее 14 % по массе.

Кпористым относятся смеси с зернами крупностью до 40 мм, содержащие 50–75 % щебня. Из них устраивают нижний и выравнивающий слои.

Смеси типа А применяют при особо интенсивном движении и тяжелых нагрузках, типа Б – для любых условий движения и нагрузок, типа В – для легкого движения, но на наиболее ответственных участках втапливают щебень из прочных изверженных пород в све-

116

жеуложенный слой асфальтобетона; тип Г и Д используют для легкого движения.

Для обеспечения однородности гранулометрического состава смеси щебень сортируют по фракциям: 20–40; 10–20; 5(3)–25,5; 5(3)– 10 и 10–15 мм. Каменные материалы, из которых приготавливают щебень, должны быть прочными.

Особенностью приготовления горячих смесей является строгое соблюдение температурного режима компонентов смеси при ее приготовлении до окончания уплотнения смеси в дорожном покрытии.

Классификация асфальтовых бетонов

Асфальтовый бетон (асфальтобетон) – это искусственный строительный материал, получаемый в результате отвердевания уплотненной асфальтобетонной массы, состоящей из правильно подобранных по качеству и количеству и тщательно перемешанных компонентов: песка, щебня (гравия), минерального порошка и битума. Асфальтобетон без крупного заполнителя (щебня) называют песчаным асфальтом или асфальтовым раствором.

Асфальтобетоны и растворы являются разновидностями искусственных строительных конгломератов, располагаются в единой классификации ИСК и относятся к группе безобжиговых материалов, получаемых на основе органических вяжущих веществ. Они в современном строительстве занимают одно из ведущих мест, поскольку являются важнейшими материалами для устройства дорожных и аэродромных покрытий, ирригационных каналов, плоских кровель, гидротехнических сооружений, штучных изделий.

К основным классификационным признакам асфальтобетонов относятся разновидность крупного заполнителя, вязкость битумов, размеры зерен щебня или гравия, структурные параметры, производственное назначение.

В зависимости от вида крупного заполнителя асфальтобетоны разделяют:

– на щебеночные, состоящие из щебня, песка, минерального порошка и битума;

117

–гравийные, в состав которых входят гравий, песок или гравий- но-песчаный материал, минеральный порошок и битум;

–песчаные – асфальтобетоны, в которых отсутствует крупный заполнитель (щебень или гравий).

По вязкости применяемого битума и по температуре укладки асфальтобетонной массы в конструктивный слой асфальтобетоны подразделяются:

–на горячие, укладываемые при температуре не ниже 120 °С;

–теплые, получаемые на основе вязких, но более мягких битумов или жидких битумов; их укладывают в дорожные покрытия при температуре не ниже 70 °С;

–холодные, приготавливаемые на жидких битумах марок МГ, СГ или битумных эмульсиях и укладываемые при температуре окружающего воздуха, но не ниже 5 °С.

По наибольшему размеру зерен щебня или гравия горячие и теплые асфальтобетоны разделяют:

–на крупнозернистые – наибольший размер зерен до 40 мм;

–мелкозернистые – до 20 мм;

–песчаные – с наибольшим размером зерен до 5 мм (иногда

3 мм).

Холодные асфальтобетоны могут быть только мелкозернистыми или песчаными. Кроме того, горячие и теплые асфальтобетоны в за-

висимости от использования их в дорожной конструкции классифи-

цируются следующим образом:

–плотные – для верхних слоев покрытия дорог с остаточной пористостью от 2 до 7 %;

–пористые – для нижнего слоя и оснований дорожных покрытий, с остаточной пористостью от 7 до 12 % по массе;

–высокопористые – с пористостью 12–18 %.

Плотные дорожные асфальтобетоны (горячие и холодные) в зависимости от количественного содержания в них крупного или мелкого заполнителя подразделяют на пять типов: А, Б, В, Г, Д. Так, например, тип А содержит 50...65 % щебня; тип Б – 35...50 % щебня или гравия; тип В – 20...35 % щебня или гравия. Кроме того, плотные

118

горячие и теплые асфальтобетоны подразделяют на три марки – I, II, III в зависимости от качественных показателей.

По производственному назначению различают асфальтобетоны дорожные, аэродромные, гидротехнические, для плоской кровли

иполов. По технологическим признакам асфальтобетонной массы в процессе ее укладки и уплотнения асфальтобетоны и растворы разделяют на жесткие, пластичные и литые. Для уплотнения жестких

ипластичных масс применяют тяжелые и средние катки. Литую асфальтобетонную массу часто уплотняют специальными валками, легким катком или не уплотняют.

5.ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

5.1. Технология и оборудование для производства щебня

Одним из основных материалов, применяющихся для строительства, реконструкции, ремонта и содержания автомобильных дорог, является щебень. От качественных характеристик щебня в значительной мере зависят потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность автомобильных дорог. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов (переменный температурно-влажностный режим, многократное замораживаниеоттаивание, действие солнечной радиации и т.д.) и антигололедных химических средств. Щебень, применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:

•щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно осадочные скальные и рыхлые горные породы

скрупностью фракций 5–20, 20–40, 40–70, 0–40 мм, 0–70 мм);

•щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и изверженные горные породы с крупностью фракций 5–20 и 20–40 мм);

119