Основные технические свойства битумов

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам. Элементарный состав битумов колеблется в пределах, %: углерода70 – 80, водорода 10 – 15, серы 2 – 9, кислорода 1 – 5, азота 0 – 2. эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом.
Физические свойства для органических веществ характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.
- Плотность битумов в зависимости от группового состава 0,8 – 1,3 г/см ;

- Теплопроводность (характерна для аморфных веществ) 0,5 – 0,6 Вт/м* С;

- Теплоемкость 1,8 – 1,97 кДж/кг* С;

- Температурный коэффициент объемного расширения при 25 С от 5*10 до 8 ;

- Устойчивость при нагревании характеризуется: потерей массы при нагревании пробы битума при 160 С в течении 5 ч (не более 1%) и температурой вспышки (230 - 240 С в зависимости от марки);

- Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2 – 0,3% по массе);

- Электроизоляционные свойства используют при устройстве изоляции электрокабелей.

Физико-химические свойства:

1) Старение – процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.
2) Реологические свойства битума зависят от группового состава и строения. Жидкие битумы со структурой типа золь ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твердые битумы со структурой типа гель, относятся к вязкоупругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одновременно возникает упругая (обратимая) и пластическая (необратимая) составляющие деформации. Для описания процесса деформирования вязкоупругих тел используют реологическую модель Максвелла и др.

Физико-механические свойства:

Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в десятых долях миллиметра). Температуру размягчения определяют на приборе с условным названием «Кольцо и шар», помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре нагреваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное битумом. Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением(см) образца битума (в виде восьмерки) при температуре 25 С, определяемым на приборе – дуктилометре.

Марку битума определяют в зависимости от назначения. По назначению различают битумы строительные, кровельные и дорожные. Основные требования, предъявляемые к строительным и кровельным битумам, приведены в таблице:

марка	температура размягчения, не ниже, С	глубина проникания иглы при 25 С 10 мм	растяжимость при 25 С, не менее, см
Строительные битумы
БН 50/50		41-60
БН 70/30		21-40
БН 90/10		5-20
Кровельные битумы
БНК 45/180	40-45	140-220	не нормируется
БНК 90/40	85-95	35-45	то же
БНК 90/30	85-95	25-35	»

Строительные битумы применяют для изготовления асфальтовых бетонов и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик, для покрытия и восстановления рулонных кровель. Кровельные битумы используют для изготовления кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон), а тугоплавкие битумы служат для покровного слоя.

5. Влияние влаги на свойства древесины.

Истинная плотность древесины изменяется незначительно, т.к. древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же вещества – целлюлозы. С увеличением влажности плотность древесины возрастает. Свежесрубленная древесина значительно тяжелее древесины воздушно-сухой, имеющей влажность 15%.

Влажность выражают обычно в % по отношению к массе сухой древесины. В древесине различают гигроскопическую влагу, связанную в стенках клеток, и капиллярную влагу, которая свободно заполняет полости клеток и межклеточное пространство.
Предел гигроскопической влажности (в среднем он составляет около 30%) соответствует полному насыщению стенок клеток древесины водой. Полная влажность древесины (считая гигроскопическую и капиллярную влагу) может значительно превышать 30%. Например, влажность свежесрубленного дерева может колебаться от 40 до 120%, а при выдерживании древесины в воде ее влажность может возрастать до 200%. При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесной влажности.

Равновесная влажность зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Для определения равновесной влажности пользуются номограммой. Равновесная влажность комнатно-сухой древесины составляет 8 – 12%. Влажность воздушно-сухой древесины после продолжительной сушки на открытом воздухе составляет 15 – 18%.

Показатели свойств (плотность, прочность), полученные при испытании древесины различной влажности, для возможности сопоставления приводят к стандартной влажности, равной 12%. При необходимости численные характеристики древесины (например, предел прочности) пересчитывают к влажности 15%.

Усушка, разбухание и коробление.Колебания влажности волокон древесины влекут за собой изменение размеров и форм досок, брусьев и других изделий из древесины. При увлажнении сухой древесины до достижения ею предела гигроскопичности стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий. Свободная влага, заполняющая полости клеток, на размерах древесины не отражается. Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок, т.е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, содержащейся в клеточных стенках.

Вследствие неоднородности строения древесина усыхает в различных направлениях неодинаково. Вдоль оси ствола (вдоль волокон) максимальная линейная усушка сравнительно невелика – около 0,1% (1 мм на 1 м), в радиальном направлении 3 – 6% (3 – 6см на 1м), а в тангенциальном – 6 – 12%(6 – 12см на 1м).
При высушивании древесины от предела гигроскопичности (который характеризуется влажностью около 30%) до воздушно-сухого состояния (соответствующего 15 – 18% влажности) усушка составит примерно половину своего максимального значения. При высушивании до комнатно-сухого состояния (т.е. влажности 8 – 10%) усушка составит три четверти максимальной.

Объемную усушку У вычисляют, не учитывая продольной усушки, с точностью до 0,1% по формуле ,

где и – размеры поперечного сечения образца при данной начальной влажности; и - то же, в абсолютно сухом состоянии.

Степень усушки древесины характеризуется коэффициентом объемной усушки , который вычисляют на 1 % влажности с точностью до 0,01% по формуле

В этой формуле среднее значение предела гигроскопичности древесины различных пород принято равным 30%.

Усушка и разбухание древесины вызывают коробление и растрескивание лесных материалов.
Коробление деревянных изделий является следствием разницы в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерности высыхания. Неравномерность усушки и коробление вызывают появление внутренних напряжений в древесине и растрескивание пиломатериалов и бревен. Широкие доски коробятся больше, чем узкие, поэтому для настилки пола и столярных изделий применяют доски шириной 10 – 12см.

Для предотвращения короблений и растрескивания деревянных изделий используют древесину с той равновесной влажностью, которая будет в условиях эксплуатации. Например, для столярных изделий влажность древесины не должна превышать 8 – 10%, а для наружных конструкций 15 – 18%. Чтобы защитить древесину от последующего увлажнения, ее покрывают красками, лаком и эмалями.
В круглом лесе и пиломатериалах трещины усушки образуются, в первую очередь, на торцах. Для уменьшения растрескивания торцы бревен, брусьев, досок обмазывают смесью из извести, соли и клея или другими составами.
Теплопроводность сухой древесины незначительна: сосны поперек волокон – 0,17 Вт/(м С); вдоль волокон 0,34 Вт/(м С). Теплопроводность древесины зависит от ее пористости, влажности и направления потока теплоты. Теплозащитные свойства древесины широко используются в строительстве.

Электропроводностьдревесины от ее влажности. Древесина, используемая для электрической проводки (розетки, доски и т.п.), должна быть сухой. Электрическое сопротивление сухой древесины в среднем составляет , а сырой древесины – в десятки раз меньше.

Задача №1.

Определить механические характеристики и марку стали, если при испытании на твердость по Бринеллю (Д=10мм, Р=3000кг) средний диаметр отпечатков составляет 6,2мм.

Решение.

По таблице твердости по методу Бринелля в зависимости от диаметра отпечатка шарика диаметром 10мм определяют твердость:

НВ=88,7кг/мм , соответственно,

.

Следовательно сталь имеет марку Ст.1.

Задача №2.

Определить интенсивность вибрации, если при частоте 75 Гц амплитуда колебаний А=0,2мм.

Решение.

Интенсивность вибрации выражают посредством виброускорения W, см/с:

А – амплитуда колебаний (половина наибольшего размаха)

- угловая скорость

- частота колебаний, Гц

А=0,2мм=0,02см

см/с

Ответ: интенсивность вибрации = 4436,82 см/с

Вопросы.

1. В чем сущность наименований: спокойная, кипящая,

полуспокойная сталь?

Стали, применяемые в строительстве, называют конструкционными, причем они могут быть углеродистыми и легированными; содержат обычно не более 0,5 – 0,6% С, обладают высокими механическими свойствами. Их разделяют на стали общего назначения и качественную сталь. В зависимости от способа раскисления с уменьшением содержания кислорода сталь разделяют на кипящую, спокойную и полуспокойную.

Кипящая сталь обладает высокой пластичностью. Она более хладноломка и способна к старению, хуже сваривается, чем спокойная и полуспокойная стали. Качество кипящей стали ниже качества спокойной и полуспокойной стали, она дешевле их вследствие небольшого объема отходов при ее производстве.

Спокойная сталь содержит кислород в растворенном состоянии или в виде оксида железа FeO, является красноломкой и поэтому ее нельзя обрабатывать давлением. Для уменьшения содержания кислорода в стали ее раскисляют марганцем, кремнием и др. она остывает в изложнице с уменьшением объема, почти не выделяет газов, вследствие чего ведет себя «спокойно». В верхней части слитка усадочную раковину и рыхлость как дефектную часть отрубают или отрезают.

Полуспокойная сталь содержит часть растворенного кислорода, вследствие чего происходит непродолжительное «кипение» стали. Ее раскисляют марганцем и алюминием. По качеству она занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной.

2. Что представляют собой приклеивающиеся и покровные мастики для рулонных кровельных материалов?

Мастика – смесь нефтяного битума или дегтя (отогнанного и составленного) с минеральным наполнителем и добавкой антисептика. Для получения мастик применяют:пылевидные наполнители (измельченный тальк, магнезит, известняк, доломит, мел, цемент, золы твердых видов топлива); волокнистые наполнители (асбест, минеральную вату и др.). наполнители адсорбируют на своей поверхности масла, при этом повышаются теплостойкость и твердость мастики. Кроме того, уменьшается расход битума или дегтя; волокнистые наполнители, армируя материал, увеличивают его сопротивление изгибу.

Приклеивающиеся мастики применяют для склеивания рулонных материалов при устройстве многослойных кровельных покрытий и оклеечной гидроизоляции. Битумные кровельные материалы (рубероид, пергамин) приклеивают битумной мастикой, а дегтевые (толь, толь-кожа) – дегтевой. Марку приклеивающей мастики устанавливают по показателю теплостойкости.

мастики	компоненты	марки	теплостойкость, С	гибкость – диаметр, мм
битумные	нефтяной битум, наполнитель, антисептик	МБК-Г-55 МБК-Г-65 МБК-Г-75 МБК-Г-85 МБК-Г-100
Дегтевые	каменноугольные дегти, наполнитель	МДК-Г-50 МДК-Г-60 МДК-Г-70

Теплостойкость мастики характеризуется предельной температурой, при которой слой мастики толщиной 2 мм, склеивающий два образца пергамента в течение 5 ч на уклоне кровли в 45 . Выбор марки мастики производят в зависимости от максимальной температуры воздуха и уклона кровли.

Мастичные кровельные покрытияполучают при нанесении на основание (обычно, бетонное) жидковязких олигомерных продуктов, которые, отверждаясь, образуют сплошную эластичную пленку. Мастики имеют хорошую адгезию к бетону, металлам и битумным материалам.По сути, мастичные кровельные покрытия – это полимерные мембраны, формируемые прямо на поверхности крыши. Особенно удобны мастичные материалы при выполнении узлов примыкания.

Мастики могут применяться как самостоятельно, так и совместно с армирующей основой (например, стеклотканью).

Как правило, мастики представляют собой наполненные системы, пленкообразующим компонентом в которых служит жидкий каучук или другой реакционноспособный эластомер. Непосредственно перед нанесением в основную часть мастики вводится отверждающий (вулканизирующий) компонент. После этого мастика наносится валиком, кистью или распылителем на основание. Используются и однокомпонентные мастики, отверждающие кислородом или влагой воздуха.

Большинство мастик позволяет работать даже при отрицательных температурах (до минус 5…10 С). Полное отверждение мастики, как правило, наступает не позже 1 сут после нанесения. Обычно мастика наносится в 2…3 слоя, в результате чего образуется пленка толщиной 2…3 мм.

Эластичность образующихся пленок очень велика (относительное удлинение при разрыве 300…500%). В случае использования стеклоткани относительное удлинение бедет определяться уже стеклотканью, т.е. не превысит 2…4%. Таким образом, увеличение прочности покрытия достигается ценой потери эластичности.

Мастичные покрытия могут устраиваться и по старой руллоной кровле без ее снятия; также возможен ремонт старого мастичного покрытия путем нанесения нового тонкого слоя мастики.