Ugljovodonicna veziva i materijali - grf.bg.ac.rs · 3 UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALI Bitumen Izdvajanje posebnih ugljovodoničnih jedinjenja je vrlo složeno, pa se stoga, radi

1

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

2


● 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.

● DeparafinacijaSmanjivnje 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.

3


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

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.

4

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 300 ili 400ºC. Otvori mlaznice su 10 ili 14 mm, u zavisnosti od viskoznosti uzorka.

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja: Reološka svojstva

5

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 čelična

kuglica, takođe propisanih dimenzija.

6

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 – I P .

7

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 .

8

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUgljovodonična veziva za kolovoze


9


Razređeni bitumeni za kolovozne zastore


Bitumenske emulzije

10


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.

11

UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni


12



⇐ Iz uslova da je: Vuv= muv /γuv= Vša

⇐ Iz uslova da vezivo obavije svazrna agregata slojem debljine е, tj.:Vuv= muv /γuv= е · Σ F(1)

U poslednjem, trećem izrazu je:k0 = γuv· e

13



14


Ispitivanje stabilnosti i tečenja po Maršalu■ Ovo ispitivanje vrši se na cilindrima Φ =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 10mmу

kNу 2 =⋅=mmтечење

стабилностM u


15


UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALILiveni asfalti

16


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 % .


17

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.

18


Hidroizolacioni materijali u rolnamaBitumenski 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.

Documents

Ugljovodonicna veziva i materijali - grf.bg.ac.rs · 3 UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALI Bitumen Izdvajanje posebnih ugljovodoničnih jedinjenja je vrlo složeno, pa se stoga, radi