Типы структур битумов

По своему строению битум – коллоидная система, в которой диспергированы асфальтены (дисперсная фаза), а дисперсионной средой являются смолы и масла. Асфальтены битума в виде частиц размером 18-20 мкм являются ядрами, каждое из которых окружено оболочкой убывающей плотности от тяжелых смол к маслам.

Свойства битума как коллоидной системы определяются соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальтенов ведет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Увеличение содержания смол повышает растяжимость битума, т.е он становится более эластичным.

По классификации А.С. Колбановской различают битумы I, II и III структурных типов, которые можно отождествлять с коллоидными системами гель, золь, золь-гель.

Все высокодисперсные коллоидные системы подразделяются на свободнодисперсные и связнодисперсные.

К свободнодисперсным системам относятся бесструктурные системы, в которых частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом в одну сплошную сетку и свободно перемещаются в дисперсионной среде под влияние броуновского движения или силы тяжести. Они называются золями.

В связнодисперсных системах частицы связаны друг с другом межмолекулярными силами, образуя в дисперсионной среде пространственные сетки или каркасы (структуры). К таким системам относятся гели. Гели могут образовываться как в результате коагуляции (осаждения) коллоидных систем и объединения в одно целое выпавшего осадка (коагели), так и вследствие молекулярного сцепления частиц золя, образующих сравнительно рыхлые сетки или каркасы (лиогели). Образованию геля всегда способствует повышение концентрации дисперсной фазы в системе. Переход золя в гель называется гелеобразованием.

Битумы I типа имеют низкую устойчивость против действия окислительных факторов в процессе технологической переработки при производстве асфальтобетона.

Преимущества битума II типа: высокая когезия и деформационная устойчивость в упруго-вязком состоянии, повышенная устойчивость против воздействия окислительных факторов, приводящих к старению. Недостатки: отсутствие эластического и упруго-пластического состояний, низкая теплостойкость и плохая водостойкость. Ко II типу относятся битумы марок БН с регламентированными стандартом показателями свойств. Остаточные битумы принадлежат в основном к этому типу.

Структура битумов III типа считается оптимальной для дорожного строительства. Этот тип битумов не имеет явно выраженных недостатков I и II типа. Марки БНД битумов соответствует III структурному типу, рекомендованы для применения во всех дорожно-климатических зонах. Для строительства дорог высшей категории во многих странах используют компаундированные вяжущие, полученные путем объединения различных нефтяных фракций, высокомолекулярных смол эластомеров, поверхностно-активных веществ, серы. Введение в битум II структурного типа реакционноспособного ПАВ может привести к преобразованию структуры в III тип.

Строение битумов всех трех структур представлено на рис. 13.

Достаточно упрощенно можно представить структуру битума как состоящую из ядра, которое составляют асфальтены, окруженного оболочкой из адсорбционно-сольватных слоев смол. Эти агрегатные частицы распределены в масляной среде.

Рисунок 13 - Схема строения битумов:

1 – сольватные оболочки из смол

2 – асфальтеновое ядро

3 - масло