Билет 18

Требование и вязкость нефтяных битумов

Выбор битума определяется областью применения, принятой технологией производства работ и технико-экономическими требованиями к сооружаемой конструкции.

Технологические условия применения битумов на стадии приготовления асфальтобетонных смесей в значительной степени зависят от марки битума. Поскольку оптимальная вязкость битума в процессе приготовления асфальтобетонных смесей составляет около 0,2 Па·с, температура его нагрева при смешивании с минеральными материалами принимается такой, чтобы вязкость соответствовала оптимальной.

Для битумов разных марок, обладающих различной консистенцией, температура, при которой достигается указанная вязкость, будет неодинаковой. Рекомендуемая температура нагрева при смешении с минеральными материалами принимается 150-160 °С для битумов БНД 40/60, 140-150 °С для БНД 60/90, 130-140 °С для БНД 90/130, 110-120 °С для БНД 130/200, 100-110 °С для БНД 200/300. Продолжительность выдерживания битума при этой температуре должна быть не более 5 ч во избежание развития процессов старения. При температуре не выше 80 °С вязкие битумы допускается выдерживать не более 12 ч, а жидкие битумы класса МГ — при температуре не выше 60 °С не более 12 ч.

В настоящее время асфальтобетонные покрытия применяются на дорогах высокого класса я на городских улицах как завершающая часть дорожной одежды. Одно- или двухслойные асфальтобетонные покрытия укладывают на щебеночном или булыжном основании, либо в качестве тонкого коврика износа на цементобетонных дорожных одеждах.

Разделы приготовления а/б.

Нижний слой покрытия укладывают из крупнозернистого, а верхние слои и коврики износа — из мелкозернистого асфальтобетона, так называемого песчаного асфальта.

В зависимости от класса дороги и напряженности движения выбирается толщина слоев асфальтобетонного покрытия. Толщина нижнего крупнозернистого слоя колеблется от 4,5 до 6 см и в отдельных случаях до 8 см, а толщина верхнего слоя или коврика — от 2,5 до 5 см.

Для приготовления асфальтобетонной смеси выбор соотношения минеральных составляющих и вяжущего материала — битума или дегтя — зависит главным образом от имеющихся в наличии материалов. В готовой смеси вяжущий материал должен полностью покрыть тонкой пленкой все наружные поверхности каменных материалов и заполнителя (каменной муки).

Строительство асфальтобетонных покрытий состоит в основном из трех операций—.приготовления асфальтобетонной смеси, транспортирования и укладки готовой смеси на место и уплотнения уложенного асфальтобетона. Эти операции сложны и ответственны, поскольку асфальтобетонную массу можно употреблять только определенной температуры. Укладывать и уплотнять асфальтобетонное покрытие при температуре смеси ниже заданного предела запрещается, так как при этом получится брак покрытия как по прочности, так и по водонепроницаемости.

В свою очередь, приготовление асфальтобетонной смеси разделяется на две отдельные технологические операции — приготовление битума и приготовление смеси.

Битум на место строительства доставляют железнодорожным транспортом — в полувагонах или цистернах.

Перед сливом из железнодорожной тары битум разогревают паром для придания ему текучести. Разогретый битум сливают в битумохранилища.

В дорожном строительстве применяют главным образом временные битумохранилища. Они .представляют собой земляную яму глубиной 0,3—1 м, утрамбованную земляную площадку, обнесенную земляным валом, или проконопаченный деревянный ящик с дощатым или глинобитным полом.

Битум из хранилищ вручную вырубают ломами или кирками. Для того чтобы эту работу выполнять не вручную, битум разогревают паром. Разжиженный битум откачивают из битумохранилища насосом и подают им к потребляющему агрегату.

Пар, нужный для разогрева битума в полувагонах, цистернах, или битумохранилащах, получают в стационарных паровых котлах или в передвижных парообразователях Д-163.

При перевозке по железной дороге и хранении в земляных ямах в битум проникают вода и различные загрязняющие примеси —- песок, земля и пр.

Перед использованием битума, например, перед розливом автогудронаторами, или перед перемешиванием с минеральными материалами при приготовлении асфальтобетона вода должна быть удалена.

Воду удаляют выпариванием в течение определенного времени в битумных котлах. Одновременно с выпариванием воды битум нагревают до рабочей температуры 160—180°, при которой он .приобретает жидкотекучесть, легко разливается автогудронатором и хорошо перемешивается с минеральными материалами.

Часть загрязняющих примесей осаждается при местном разогреве битума в хранилищах, а остальные примеси осаждаются в битумных котлах.

В дорожном строительстве для выпаривания воды и разогрева битума применяют главным образом стационарные битумопла- вильные котлы, устанавливаемые на кирпичной кладке на территории битумных баз и асфальтобетонных заводов. В последнее время для этого начали применять передвижные битумные котлы, не требующие кирпичной кладки и монтажных работ.

Место битумоплавильных котлов на асфальтобетонном заводе показано на рис. 159, изображающем общую схему технологического процесса приготовления асфальтобетонной смеси.

Жидкое топливо 1 и битум 2 доставляют на завод специальным железнодорожным транспортом и сливают в хранилища. Минеральный порошок (заполнитель) 5 доставляют также железнодорожным транспортом и сгружают в закрытые складские помещения.

В зависимости от удаленности асфальтобетонного завода от каменных карьеров дробленый щебень подвозят железнодорожными составами или автотранспортом, а в отдельных случаях — вагонетками узкой колеи.

Песок обычно доставляют автосамосвалами из притрассовых карьеров.

Запасы щебня и песка хранят в штабелях на открытом воздухе.

Битум, щебень, песок и заполнитель превращаются в асфальтобетонную смесь смесителем, являющимся главным агрегатом асфальтобетонного завода.

Рис. 159. Технологический процесс приготовления асфальтобетонной смеои:

1 — жидкое топлизо; 2 — битум; 3 — щебень; 4 — песок; 5 — минеральный порошок; 6 — смеситель; 7— битумные котлы

Готовую смесь отвозят от смесителя автосамосвалами.

Разогретый битум и другие вяжущие материалы на асфальтобетонных базах и в смесителях перекачивают битумными насосами. Этими насосами откачивают битум из битумохранилищ и подают его в котлы; перекачивают битум из котлов в дозировочный бак смесителя или в цистерну автогудронатора; впрыскивают битум в мешалку смесителя; перекачивают битум из емкости в емкость и т. д.

3.Использование полимеров. Смолы и пластмассы в дорожном строительстве

Наряду с другими строительными материалами в дорожном строительстве, хотя и не очень еще широко, применяются материалы на основе полимерных вяжущих. Большие работы проводятся по исслед-ованию способов укрепления грунтов с использованием различных полимерных материалов.

Наиболее часто для устройства дорожных покрытий применяют полимербетоны и пластбетоны, а также пенопласты, полимерные пленки, светоотражающие термопластичные и др. материалы.

Полимербетон – это бетон, содержащий, кроме обычного вяжущего (цемента), полимерное синтетическое вяжущее вещество, чаще всего вводимое в виде эмульсии.

В качестве полимерного вяжущего в полимербетонах обычно используют фурановые, полиэфирные, эпоксидные, фенолформальдегидные смолы и др. Чаще применяют полимербетон на основе фурановых смол.

Минеральными вяжущими в полимербетонах могут быть цемент, гипс и магнезиальные вяжущие. В этих случаях полимербетон называют соответственно полимерцементным, полимергипсовым и полимермагнезиальным.

Заполнителями этих бетонов служат кварцевый песок, гранитный, базальтовый и др. виды щебня.

Полимер в таких бетонах является важным дополнительным компо-нентом, который, заполняя поры, трещины и др. пустоты, укрепляет межзерновые связи, что приводит к повышению прочностных показателей, а также уменьшает хрупкость материала.

По сравнению с обычными цементобетонами полимерцементные бетоны имеют прочность на растяжение в 5 раз выше, на сжатие – в 2-3 раза, а на износостойкость – в 8 раз.

При строительстве дорожных одежд, и особенно с цементобетонными покрытиями, широкое применение находят пленки из полиэтилена, полиизобутилена, полиамида и др. Они не пропускают влагу и поэтому пригодны для гидроизоляции. Чаще других используется полиэтиленовая пленка. Ширина полотна пленки 800-900, 1200, 1400 мм при толщине 0,06 мм(1400 мм); 0,085 мм (1200 мм); 0,2 мм (800-900 мм).

Потребителям пленка поступает в рулонах. Хранить ее надо в темном сухом помещении. Она гнилостойка, не разрушается бактериями.

На изолируемые поверхности полимерные пленки наклеивают битумными или полимерными мастиками.

Полиэтиленовую пленку изготавливают из полиэтилена методом непрерывного прессования (экструзия) с последующим растяжением.

Техническая характеристика полиэтиленовых пленок:

1) морозостойкость (-60?С);

2) предел прочности при растяжении 13-18 МПа;

3) относительное удлинение в продольном направлении 200-400%, в поперечном 450-550%;

4) водонасыщение 0,01% за 24 часа.

Билет 19.

1.Модифицированные битумы, разжижение

Для повышения надежности и долговечности работы покрытий в настоящее время рекомендуется использовать битумы, модифицированные полимерами. Широкое использование модифицированных битумов вместо обычных объясняется их улучшенными свойствами. Полимерные битумы имеют большой диапазон рабочих температур (разница между температурой размягчения и температурой хрупкости) — до 100 °С (обычные битумы до 60 °С).

Асфальтобетоны, приготовленные с использованием полимерных битумов, имеют высокую устойчивость к деформациям за счет большой эластичности применяемых битумов. Кроме того, значительно замедляется процесс старения асфальтобетона. Исследования зарубежных ученых показывают, что у битумов, извлеченных из дорожных покрытий, прослуживших 10 лет, не наблюдается существенных изменений вязкости.

Для улучшения свойств дорожных битумов (модификации) принято использовать специально изготавливаемые искусственные материалы. В настоящее время, ввиду многообразия искусственных материалов, предлагаемых нефтехимическими производствами, имеется богатый выбор используемых для модификации полимеров. Условно их можно классифицировать как термопласты (пластомеры); эластомеры и термоэластичные искусственные материалы.

Термопласты состоят из линейных или малоразветвленных полимеров, размягчающихся при нагревании. При охлаждении они снова становятся твердыми. Добавка пластомеров повышает вязкость и жесткость битумов при нормальных рабочих температурах (от -30 °С до 60 °С). Но пластомеры не оказывают влияния на эластичность модифицированных битумов.

При нагревании битумов, улучшенных пластомерами, наблюдается тенденция к разделению фаз битума и полимера, то есть такие битумы неустойчивы к хранению, поэтому должны готовиться непосредственно перед использованием на асфальтобетонном заводе. В качестве пластомеров чаще всего используются полиэтилен и атактический (стереобеспорядочный) полипропилен.

Эластомеры состоят из длинных полимерных цепочек с широкими разветвлениями. Они эластичны в широком диапазоне температур: от низких до 200 °С.

При добавке эластомеров в битум повышается его вязкость, улучшается эластичность. Но эти системы также неустойчивы при хранении, для предотвращения разделения фаз между битумом и искусственным материалом требуется постоянное перемешивание. Битум, модифицированный эластомерами, можно назвать битумом с эластичным наполнителем. В качестве эластомеров принято использовать натуральный или регенерированный каучук и полибу-тадиены.

Термоэластичные искусственные материалы размягчаются при температурах выше обычных рабочих температур и хорошо деформируются в этом состоянии.

Термоэластичные искусственные материалы начали использоваться с 1965 г. Самым известным представителем группы термоэластичных пластмасс является стирол-бутадиен-стирол (СБС). Этот искусственный материал представляет собой блокополимер, состоящий из блоков стирола и полибутадиена.

Добавка этого материала к битуму составляет, как правило, от 3 до 6% по массе. Необходимое количество добавляемого материала зависит от дисперсного состояния вводимого вещества: если СБС вводится в битум в мелкодисперсной форме, то расход уменьшается, если в крупно дисперсной форме, то требуется большое количество модификатора.

Кроме полимеров для улучшения свойств битума могут использоваться другие модификаторы: неорганические соли (хлорид марганца), синтетические или природные смолы, а также природные асфальты.

Конечные свойства модифицированного битума во многом зависят от технологии введения добавки.

За рубежом модифицированные битумы изготавливаются по специальным технологиям на нефтеперегонных заводах или в специальных обогатительных установках при постоянном лабораторном контроле качества продукта. Полимерный битум является готовым к транспортировке, хранению и переработке продуктом.

В Европе для модификации битума чаще всего используется стирол-бутадиен-стирол. Полимер вводится в виде твердого вещества (гранул или порошка), а также в виде жидкости (эмульсии или раствора). В любом случае необходимо добиться однородности конечного материала.

Для получения смесей, устойчивых при хранении, необходимо выбрать соответствующий базисный битум. Смесь является пригодной для хранения, если при длительном хранении горячего битума в резервуаре асфальтосмеси-тельной установки не происходит разделение фаз. Современные полимерные битумы могут храниться до 6 недель.

Традиционно используются два метода для изготовления модифицированного битума: – приготовление битумно-полимерной дисперсии в мешалках с большими срезывающими усилиями (коллоидных мельницах); – внесение полимера в битум химическим путем с помощью медленно вращающихся мешалок с незначительными срезывающими усилиями.

В первом случае для стабилизации полимерно-битумной дисперсии применяется сера и ее соединения. Между полимером и серой происходят реакции, в результате которых возникают новые химические соединения, они остаются равномерно распределенными в битуме благодаря своей решетчатой структуре.

Во втором случае полимер (например, СБС) предварительно обрабатывается таким образом, что кажется растворенным в битуме.

Недостатком коллоидных мельниц является тенденция разделения макромолекул основного материала, так что в конечном счете в битуме после переработки будут иметься полимеры с меньшим средним молекулярным весом, чем в начале. Это объясняется тем, что возникающие в коллоидных мельницах большие срезывающие усилия ведут к изменению молекулярной структуры полимера.

Мешалки с низкими срезывающими усилиями позволяют добиться более высоких значений точек размягчения и намного большей пластичности модифицированного битума.

При использовании полимеров, которые не могут сочетаться с химической системой битумов (полиэтилен, атактический полипропилен и натуральный каучук), необходимы установки для приготовления модифицированного битума непосредственно на асфальтобетонных заводах, чтобы приготовленный материал мог быть использован для приготовления асфальтобетона до разделения фаз.

Для переработки полипропилена и природного каучука или регенерированной резины рекомендуется использовать мешалки малой скорости. В этом случае перемешивание битума с полимером происходит за счет расплавления полимера. Для получения модификаций на основе полиэтилена используются мешалки с большими срезывающими усилиями, которые могут обеспечить дисперсное распределение полиэтилена в битуме.

В Республике Беларусь и в условиях России применение пластомерных добавок не рекомендуется по климатическим условиям. При сильном охлаждении и продолжительных морозах асфальтобетоны на основе таких вяжущих подвержены сильному трещинообразованию.

2. .Св-ва а/б(общ. Физические, физ-хим, ….)(коэффициент конструкционного качества).

Асфальтобетонные покрытия по сравнению с другими видами покрытий обладают рядом положительных свойств, к которым в первую очередь можно отнести прочность, устойчивость к воздействию климатических факторов и воды, гигиеничность, так как они не пылят и легко очищаются от наносной пыли и грязи, имеют ровную поверхность, медленно изнашиваются. Асфальтобетон поглощает звук от движущегося транспорта, что уменьшает шум в городах и населенных пунктах. Технология устройства асфальтобетонных покрытий допускает механизированное строительство. К недостаткам следует отнести старение органических вяжущих, а следовательно, и самих бетонов, изменение свойств от температуры (от пластического состояния до хрупкого), практически невысокую долговечность покрытия, зависимость выполнения работ от климатических условий.

К основным свойствам асфальтобетона относят: предел прочности при сжатии и растяжении, водостойкости, химическую стойкость, удобообрабатываемость.

Прочность при сжатии определяют на гидравлических прессах при температуре 50, 20 и 0°С. С повышением температуры прочность асфальтобетона понижается. С увеличение вязкости битума в пределах рекомендуемых марок дорожных битумов прочность асфальтобетона увеличивается.

Кроме испытания на сжатие, цилиндрические образцы испытывают на сжатие по образующей – «бразильский метод», создавая давление на боковую поверхность образца. Такое испытание отражает предельное сопротивление материала растягивающим напряжениям.

Прочность асфальтобетона при растяжении в 6-8 раз меньше, чем прочность при сжатии. Предел прочности асфальтобетона при сжатии и растяжении во многом зависит от сцепления и внутреннего трения минеральных зерен между собой. Внутреннее трение зависит от величины поверхностного соприкосновения зерен в единице объема, а сцепление – от силы прилипания вяжущего к поверхности минеральных частиц и толщины битумной пленки.

Применение щебня, искусственного песка (вместо гравия и природного песка) повышает величину трения, а следовательно, и прочность асфальтобетона. Независимо от состава и качества исходных материалов на прочность асфальтобетона оказывает существенное влияние степень уплотнения смеси непосредственно в покрытиях.

Водостойкость. При взаимодействие асфальтобетона с водной средой изменяются его структурно-механические свойства – прочность, пластичность и др.

Асфальтобетоны, приготовленные с использованием основных горных пород и шлаков, имеют большую водоустойчивость, чем приготовленные с использованием кислых пород. На качество асфальтобетона значительное влияние оказывает влажность свежеприготовленной смеси: чем она выше, тем качество асфальтобетона хуже. Применение сухих и чистых материалов повышает водостойкость асфальтобетона. Минеральные материалы, обработанные активатором (известь, поверхностно-активные добавки, малые дозы дегтя), также способствуют повышению водостойкости асфальтобетона.

Химическая стойкость – способность асфальтобетона сохранять постоянный групповой состав вяжущего материала. Химическая стойкость отражает способность асфальтобетона и, в частности, его вяжущей части сопротивляться процессам старения. Процессы старения, изменение группового состава битума возникает под влиянием окисления, свата, нагревания, испарения легких фракций и др. Старение вяжущего материала снижает эксплуатационные качества асфальтобетонного покрытия, делая его более хрупким, а поэтому новее стойким к ударным нагрузкам и пониженным температурам окружающего воздуха. Старение асфальтобетона и его вяжущего компонента проверяется методами тепловой обработки или длительного прогрева, испытанием образцов на погодоустойчивость в натурных и искусственных условиях.

При проектировании следует строго учитывать условия, в которых будет работать асфальтобетон, так, например, присутствие минеральных солей в воде (сульфат магния, натрия) даже в малых количествах, например до 1%, может сравнительно быстро разрушить структуру асфальтобетона.

Удобоукладываемость. Свойства асфальтобетона во многом зависят от качества приготовленной и уплотненной смеси. Смесь, предназначенная к укладке в горячем состоянии, должна иметь хорошую удобоукладываемость. Существенное влияние на подвижность смеси оказывает вязкость битума. Чем больше вязкость битума, тем менее подвижна будет смесь и тем больше потребуется механических усилий для ее оптимального уплотнения. Подвижность и рыхлость асфальтобетонной смеси зависят от ее структуры, количества битума и качества минерального порошка. Смесь, обладающая хорошей удобоукла-дываемостью, равномерным слоем распределяется асфаль-тоукладчиком, быстро формируется при уплотнении.

3. Строение дерева. Св-ва структура

Древесина наиболее популярный строительный материал. С давних времен он используется для строительства домов и бань под ключ. Правильно построенный деревянный дом или баня стоят и служат много лет. В России есть деревянные строения, которые стоят несколько столетий. Например, церковь Успения построенная в 1674 году в селе Варзуга Мурманской области. Данная церковь сооружена без единного гвоздя и является архитектурным памятником эпохи русского зодчества. Рассмотрим основные свойства древесины как строительного материала.

Строение дерева

Типичное дерево имеет ствол, который несет ветви с листьями. Корневая система удерживает дерево в земле, к тому же она всасывает в себя из земли различные питательные вещества и воду для поддержания жизнедеятельности дерева. Ствол переносит питательные вещества от корней к листьям.

Структура древесины

Древесина это масса трубчатых целлюлозных клеток, соединенных между собой органическим веществом. Клетки различаются между собой по размеру и форме, но в общем они длинные и тонкие и направлены вдоль главной оси ствола дерева или веток. Именно такая ориентация клеток формирует направление волокон и слоев. Клетки обеспечивают дереву прочность, циркуляцию сока и запас питательных веществ. У деревьев хвойных пород с мягкой древесиной, простая клеточная структура состаящая в основном из волокнистых клеток, обеспечивающих основной ток сока и прочность дерева. Они представляют собой последовательные радиальные ряды и образуют основной скелет дерева. У деревьев с твердой древесиной (лиственных) волокнистых клеток меньше, чем у хвойных деревьев. У них есть сосуды или поры, создающие опору. Именно такие особенности клеточного строения позволяют определить твердые или мягкие сорта древесины. Размеры и распределение клеток у разных пород - разное и позволяет определить структуру дерева мелкопористую или крупнопористую. Дерево прирастает по толщине годичными отложениями ткани между корой и самой древесиной. В процессе роста одни клетки формируют новую древесину, а другие луб, ту ткань которая переносит питательные вещества. С увеличением толщины дерева старая кора растрескивается, и образуется новая. Новые клетки формируют особый слой - заболонь, молодой слой дерева непосредственно под корой. Наряду с клетками вдоль ствола, есть лучевые клетки, ориентированные радиально от центра ствола. Они переносят питательные вещества в горизонтальном направлении. По мере роста дерева вокруг появившегося в прошлый год кругового слоя заболони, появляется новый. Самая старая заболонь, уже не проводит воду и постепенно химические реакции превращают ее в ядро дерева, которое представляет собой несущую основу дерева. Таким образом, размеры ядра со временем увеличивается, а размер заболони остается приблизительно одинаковым в течение всей жизни дерева. Заболонь обычно имеет светлый цвет, в отличие от ядра, имеющего темный цвет. Разница цвета не так заметна у светлых мягких слоев древесины. По качеству заболонь хуже чем ядро дерева. Заболонь не так устойчива к загниванию и подвержена заражению жучками. Также заболонь ссыхается больше, чем ядро. В то же время пористая структура заболони позволяет легко впитывать в себя красящие и защитные вещества.

Билет 20