Битум и Деготь
Введение
Битумные вяжущие материалы, используемые при строительстве дорог, включают как битум, так и деготь. Оба материала имеют схожий внешний вид — черный цвет, но обладают различными характеристиками.
Происхождение
Природные месторождения битума образованы из останков древних микроскопических водорослей и других некогда живых организмов. После гибели этих организмов их останки оседали в иле на дне океана или озера, где они обитали. Под воздействием тепла и давления, связанных с глубоким захоронением в земле, останки трансформировались в такие материалы, как битум, кероген или нефть. Примером являются месторождения битума в Ла-Бrea Tar Pits. Существуют структурные сходства между битумами и органическим веществом в углеродистых метеоритах. Однако детальные исследования показали, что эти материалы различны.
Битум иногда можно спутать с дегтем, который представляет собой похожий черный термопластичный материал, получаемый путем деструктивной перегонки угля. В начале и середине 20 века, когда производился городской газ, деготь был легкодоступным продуктом и широко использовался в качестве вяжущего вещества для дорожного щебня. Добавление дегтя в дороги из макадама привело к появлению слова «асфальт» (англ. tarmac), которое сейчас в обиходе используется для обозначения материалов для строительства дорог. Однако с 1970-х годов, когда природный газ пришел на смену городскому, асфальт (битум) полностью вытеснил деготь в этих областях применения.
- БИТУМ — это продукт нефти, получаемый путем перегонки нефтяной сырой нефти.
- ДЕГОТЬ — термопластичный материал, получаемый путем деструктивной перегонки.
Марки битума, используемые для строительства дорог и взлетно-посадочных полос, называются дорожными, а используемые для гидроизоляции зданий, промышленных полов и т.п. — промышленными.
Существующий в Индии дорожный битум делится на две категории:
- Дорожный битум из ассамской нефти, обозначаемый как тип A и обозначаемый марками A35, A90 и т.д.
- Дорожный битум из других источников, обозначаемый как тип S и обозначаемый марками S35, S90 и т.д.
Иногда для снижения вязкости битума используют летучие разбавители. Такой материал называется разжиженный битум. Битум, находящийся во взвешенном состоянии в мелкодисперсной среде в водной среде и стабилизированный эмульгатором, называется битумной эмульсией.
Разница между битумом и смолой
| Sl. No. | Битум | Деготь |
| 1 | Битум бывает от черного до коричневого цвета. | Деготь обычно встречается в коричневом цвете. |
| 2 | Битум получают путем фракционной перегонки сырой нефти. | Деготь получают путем деструктивной перегонки угля или древесины. |
| 3 | Битум растворим в сероуглероде и четыреххлористом углероде. | Деготь растворим в толуоле |
| 4 | Диапазон молекулярной массы дорожного битума составляет от 400 до 5000. | Диапазон молекулярной массы дорожной смолы составляет от 150 до 3000. |
| 5 | Битум состоит из большого количества ароматических углеводородов. | Деготь состоит из большого количества маслянистого вещества с более низкой молекулярной массой. |
| 6 | Битум устойчив к покрытию дорожного заполнителя, а также не удерживается в присутствии воды. | Деготь легче покрывает и лучше сохраняет его в присутствии воды. |
| 7 | Содержание свободного углерода меньше | Содержание свободного углерода больше |
| 8 | Он демонстрирует большую устойчивость к атмосферным воздействиям. | Он проявляет меньшую устойчивость к атмосферным воздействиям. |
| 9 | Меньшая чувствительность к температуре | Повышенная чувствительность к температуре |
Битум
Битум для дорожного строительства получают либо из нефти, либо естественным путем в результате геологических процессов.
Различные формы битума
- Разжиженный битум (Cutback bitumen)
Обычной практикой является нагревание битума для снижения его вязкости. В некоторых случаях предпочтение отдается использованию жидких вяжущих веществ, таких как разжиженный битум. В разжиженном битуме для снижения вязкости битума используется подходящий растворитель. Также с экологической точки зрения предпочтителен разжиженный битум. Растворитель из битумного материала испаряется, а битум связывает щебень. Разжиженный битум используется для холодного строительства и ремонта битумных дорог. Дистилляты, используемые для приготовления разжиженного битума, — это наффата, керосин, дизельное топливо, масло и топочный мазут. Существуют различные виды разжиженного битума, такие как быстротвердеющий (RC), среднетвердеющий (MC) и медленнотвердеющий (SC). RC рекомендуется для поверхностной обработки и ремонта. MC рекомендуется для предварительного смешивания с меньшим количеством мелких заполнителей. SC используется для предварительного смешивания со значительным количеством мелких заполнителей.
- Битумная эмульсия (Bitumen Emulsion)
Битумная эмульсия — это жидкий продукт, в котором битум находится во взвешенном состоянии в мелкодисперсной среде в водной среде и стабилизирован подходящим материалом. Обычно в Индии используются эмульсии катионного типа. Содержание битума в эмульсии составляет около 60%, а остальное — вода. При нанесении эмульсии на дорогу она разрушается, что приводит к выделению воды и началу схватывания смеси. Время схватывания зависит от марки битума. Вязкость битумных эмульсий можно измерять в соответствии с IS: 8887-1995. Существует три типа битумных эмульсий: быстротвердеющие (RS), среднетвердеющие (MS) и медленнотвердеющие (SC). Битумные эмульсии идеально подходят в качестве вяжущих веществ для строительства дорог в горной местности, где нагревание битума или заполнителей затруднено. Быстротвердеющие эмульсии используются для поверхностной обработки. Эмульсии средней твердости предпочтительны для предварительного смешивания и ремонта участков. Медленнотвердеющие эмульсии предпочитают в сезон дождей.
- Битумные грунтовки (Bituminous primers)
В битумной грунтовке дистиллят впитывается в поверхность дороги, на которую он нанесен. Поглощение при этом зависит от пористости поверхности. Битумные грунтовки используются на стабилизированных поверхностях и основаниях из водосвязанного щебня. Битумные грунтовки обычно готовятся на месте строительства дорог путем смешивания проникающего битума с нефтяным дистиллятом.
- Модифицированный битум (Modified Bitumen)
Некоторые добавки или смеси добавок, называемые модификаторами битума, могут улучшить свойства битума и битумных смесей. Битум, обработанный этими модификаторами, называется модифицированным битумом. Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) / битум, модифицированный резиновой крошкой (БМРК) следует применять только в верхнем слое покрытия в зависимости от требований экстремальных климатических условий. Подробные технические условия на модифицированный битум изданы IRC: SP: 53-1999. Необходимо отметить, что эффективность ПБВ и БМРК зависит от строгого контроля температуры во время строительства.
Преимущества использования модифицированного битума:
- Меньшая подверженность суточным и сезонным колебаниям температуры
- Более высокая устойчивость к деформации при высокой температуре покрытия
- Лучшие характеристики по старению
- Большая долговечность смесей
- Лучшая адгезия между заполнителем и вяжущим
- Предотвращение образования трещин и отраженных трещин.
Типы
- Скальный асфальт (Rock Asphalt)
Он состоит из известняка, песчаника, естественно пропитанного
| Sl. No. | Свойство | Марки дорожной смолы | ||||
| RT-1 | RT-2 | RT-3 | RT-4 | RT-5 | ||
| 1 | Вязкость по стандартному смоляному вискозиметру (10 мм)
а) при температуре, °С (б) диапазон вязкости, секунды |
35 |
40 |
45 |
55 |
— |
| 33-55 | 30-55 | 35-60 | 40-60 | — | ||
| 2 | Диапазон равновязкостных температур (EVT), °С | 32-36 | 37-41 | 43-46 | 53-57 | 63-67 |
| 3 | Температура размягчения, °С | — | — | — | — | 45-50 |
| 4 | Диапазон удельного веса при 27°C | 1.16-1.26 | 1.16-1.26 | 1.18-1.28 | 1.18-1.28 | 1.18-1.28 |
| 5 | Температура размягчения остатка, °С Макс. | 48 | 50 | 52 | 54 | 56 |
| 6 | Содержание воды, проценты по массе, Макс. | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 7 | Фенолы, объемные проценты, Макс. | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 |
| 8 | Нафталин, проценты по массе, Макс. | 4 | 3.5 | 3 | 2.5 | 2 |
| 9 | Вещество, нерастворимое в толуоле, % по массе, Макс. | 22 | 22 | 24 | 24 | 24 |
| 10 | Фракции перегонки, проценты по массе (г на 100 г) перегонки:
(а) до 200°С, Макс. |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
| (б) от 200° до 270°С | 5-12 | 2-9 | 1-6 | 0.5-4 | 0-4 | |
| (c) from 270° to 300°C | 4-10 | 4-8 | 3-6 | 2-7 | 1-5 | |
| Общая перегонка (b+c), Макс. | 16 | 14 | 12 | 10 | 7 | |
Получение Дегтя
Существует три стадии производства дорожного дегтя:
- Карбонизация угля для получения сырого дегтя
- Очистка или перегонка сырого дегтя
- Смешивание остатка перегонки с фракциями дистиллятного масла для получения желаемого дорожного дегтя.
Высокотемпературная карбонизация угля
Карбонизация или деструктивная перегонка угля заключается по сути в нагревании тонкого слоя угля, заключенного в камере из огнеупорного кирпича, в течение нескольких часов при температуре около 1000 °C. Существует два основных метода карбонизации:
a) Карбонизация в коксовых печах b) Карбонизация в газовых ретортах
Карбонизация в коксовых печах
Партия примерно из 16 тонн угля загружается в коксовую печь. Коксовая печь представляет собой большую тонкую коробку, облицованную кирпичом, длиной 40 футов, высотой 14 футов и шириной 1 ½ фута. Загрузка угля нагревается в течение 18 часов при температуре 1200 °C. Каждая тонна угля дает 8 галлонов сырого дегтя.
Перегонка сырого дегтя
Сырой деготь, полученный путем конденсации паров, выделяющихся из угля в процессе карбонизации, подвергается процессу перегонки. Перегонка или очистка дегтя осуществляется дегтярными заводами. Процесс состоит из первоначального нагревания сырого дегтя для удаления воды и некоторых легких масел (бензола), а затем дальнейшего нагревания и конденсации более тяжелых паров во фракционной колонне. Операция проводится в два этапа:
На первом этапе деготь проходит через трубы в более холодной части печи при температуре 140 °C. Затем он поступает в дегидратационную камеру, где сбрасывается давление и выделяется вода и легкое масло. Оставшийся деготь затем поступает на второй этап трубчатой печи при температуре 300 °C. Из трубчатой печи деготь поступает в камеру с более низким давлением, где происходит испарение. Пары конденсируются во фракционной колонне, которая образует фракции с различными диапазонами температур кипения. Неперегнанный остаток представляет собой основной деготь или пек. По мере повышения температуры кипения их можно классифицировать как легкое масло, карболовое масло, нафталиновое масло, промывочное масло, антраценовое масло.
Смешивание фракций дегтеперегонки для получения дорожного дегтя
Из вышесказанного очевидно, что деготь с подходящей вязкостью для использования на дорогах можно оставить в качестве остатка, просто остановив перегонку в нужной точке. Дорожный деготь 1 и 2, по вязкости, имеющий вязкость от 10 до 40 и от 40 до 125 секунд по стандартной вязкости дегтя (STV) при 30°C. Тип А с высокой точкой размягчения используется для поверхностной обработки и оснований. Тип B используется для износостойких слоев и покрытий.
ПОДГОТОВКА ДОРОЖНОГО ДЕГТЯ
Тип A = Основа дегтя + Нафталиновое масло Тип B = Основа дегтя + Промывочное масло + Антраценовое масло
Химический состав дегтя
Подсчитано, что в дегте содержится более 10 000 соединений. Из них выделено 300. Дистиллятные масла состоят в основном из ароматических углеводородов с одной или несколькими метильными группами, присоединенными к ядру, с меньшим количеством ароматических гидроксисоединений, парафиновых углеводородов и гетероциклических соединений с кислородом, азотом или серой в кольце.
Дикинсон разработал метод, называемый «фракционированием растворителем», который использует в качестве растворителей н-гексан, бензол и пиридин для получения пяти фракций. Таким образом он раз
