Битумның түрлері, құрамы, кұрылымы және қасиеттері
Битумның түрлері. Бұл органикалық байланыстырғыш затқа табиғи түрінде кездесетін немесе асфальтты жыныстардан өндірілетін битумдар және мұнайдан өндірілетін жасанды битум жатады.
Табиғи битум - жабысқақ тұтқыр сұйық немесе қатайған көмірсутектер және олардың металл емес туындыларынан, атап айтқанда, көмірсутектер мен күкірттің (S), оттегінің (O) және азоттық (N) қосылыстарынан құралған зат. Табиғи битумдар кәдімгі жаратылыс жағдайда мұнай өзінің ұшқыш фракцияларынан өте баяу айырылады, бірте-бірте қатты немесе тұтқыр битумға айналады. Табиғи битум мұнай кені орнына жақын жерде құралады. Бірақ табиғи битум таза түрінде сирек кездеседі. Ол шөгінді тау жыныстарында жиірек орын алады.
Асфальтты жыныстар дегеніміз - битум сіңген шөгінді кеуекті тау жыныстары: әктас, доломит, саз, құм. Бұл жыныстардан битум шығарылып алынады немесе олар майдаланып, асфальт ұнтағы ретінде пайдаланылады.
Битумның құрамын элементтік және химиялық деп бөледі. Элементтік кұрам битумның қандай элементтерден тұратын, ал химиялық құрам осы элементтердің қандай қосылыстар түзетінін анықтайды. Битумның элементтік құрамы мынадай: көміртегі (С) 70 - 80%, сутегі 10-15%, күкірт (S) 2–9%, оттегі (О) 1-5%, азот (N) 0-2%. Бұл элементтер битумда көмірсутектер және олардың күкіртпен, оттегімен және азотпен қосылыстары ретінде кездеседі.
Битумдардың химиялық құрамы өте күрделі. Онда С9Н20 - дан С30Н62 дейін каныққан (көмірсутектері болуы мүмкін. Бұл битум түзетін қосылыстарды үш топқа қатты бөлік, шайырлар және майлы фракциялар деп бөлуге болады. Бұлардың әрқайсысы молекулалық массасы әр түрлі көмірсутектерден және олардың металл емес элементтер мен туындыларынан тұрады.
Битумның құрылымы. Битум дегеніміз дисперсияланған (ыдыратылған) фазасы асфальтендерден, ал ыдырату ортасы шайырлардан және майлардан тұратын коллоидты система. Асфальтендердің түйіршіктерінің мөлшері 18-20мкм: олардың битумдарды құрайтын макромолекулалардың ядросы (ортасы). Бұл түйіршіктердің әркайсысы алдымен тығыз (ауыр) шайырлар онан соң тығыздығы төмен (жеңіл) майлар қабаттарымен қоршалған.
Мұнайлы битумдар қолданылатын орнына байланысты құрылыстық, жабындық және жолдық болып бөлінеді. Кұрылыстық және жабындық (БНК - битум нефтяной кровельный) битумдар екі қасиеттері - жұмсару температурасы (әріптерден кейінгі бөлшектің үстіндегі сандар) және қаттылығы (бөлшектің астындағы сандар) арқылы маркаланады (1-кесте). Мысалы, БНД 90/40 деп белгіленген марка ол жабындық мұнайлы битумның жұмсару температурасы 85-95°С аралығында, ал қаттылығы 35-45 пенетрометр градусы аралығьнда болуы тиіс екенін көрсетеді.
Жабындық мұнайлы битумдар (БНК - битум нефтяной кровельный) тек бірақ қасиеті - қаттылығы ғана арқылы маркаланады, яғни бүл битумдардың маркасында көрсетілген сандар оның тек қаттылығын сипаттайды*. Мысалы, БНД - 200/300 деп таңбаланған марка - ол қаттылығы 201-300 пенетрометр градусы аралығында жолдық мұнайлы битум.
Битумдарды маркалау үшін олардың 1-кестеде көрсетілген физика-механикалық қасиеттерін анықтау қажет.
Қатты битум жылытқанда термопластикалық шайыр сияқты бірте-бірте жұмсарады. Оның жұмсару температурасы "Сақина және шар" деп аталатын аспапта анықталады. Ол үшін сақинаның ішін (ортасын) битуммен толтырады, үстіне болаттан жасалған кішкентай шар кояды, аспаптың ішінде суы бар шыны ыдысқа орнатады да қыздырады (жылытады). Шар өз салмағының әсерінен қай температурада жұмсарған битумды соза (ілестіре) сақинадан өтсе, сол температураны битумның жұмсару температурасы дейді. Мысалы, картонға (негізге) сіңдірілетін оңай балкығыш жабындық битумдардың жұмсару температурасы 45°С-тан кем болмауы керек, ал рубероидтың беттік қабатына сіңірілетін қиын балқитын битумдардың жұмсару температурасы 90°С-тан кем болмауы керек.
1-кесте
Мұнайлы битумның физика-механикалық қасиеттері
| Битумның маркасы | 25°С-та өнуінің терендігі, 0,1мм | 25°С-та созылғыштығы, см, кем емес | Жұмсару температурасы °С, кем емес |
| Құрылыс битумдары | |||
| БН – 50/50 | 41 ... 60 | ||
| БН – 70/30 | 21 ... 40 | ||
| БН – 90/100 | 5 ... 20 | ||
| Жабыңдық (төбелік битумдар) | |||
| БН – 45/160 | 140 ... 220 | нормаланбайды | 40...50 |
| БН – 90/40 | 35 ... 45 | нормаланбайды | 85...95 |
| БН – 90/30 | 25 ... 35 | нормаланбайды | 8...95 |
| Жолдық битумдар | |||
| БН – 200/300 | 201 ... 300 | - | |
| БН – 130/200 | 131 ... 200 | ||
| БН – 90/130 | 91 ... 130 | ||
| БН – 60/90 | 81 ... 90 | ||
| БН – 40/60 | 40 ... 60 |
Битумның қаттылығы (тұтқырлығы) пенетрометр деген аспап инесінің (салмағы 100г) 25°С-да битумға 5 секундта қандай тереңдікке енуімен сипатталады. Жоғарыда келтірілген мысалда қаралған битумдар үшін бұл көрсеткіш сәйкесінше 140-220 және 25-35 пенетрометр градусы (пенетрометрдің 1° = 1мм) аралығында болуы қажет.
Битумның созылғыштығын анықтау үшін одан сегіз санына ұқсас болып жасалынған үлгіні 25°С-та дуктилометр аспабында жіңішке жіпке созып, үзеді. Жоғарыдағы мысалда көрсетілген жабындық жұмыстарында қолданылатын битумдар үшін олардың созылғыштық қасиетіне шарт қойылмайды, яғни олар бұл қасиеті бойынша нормаланбайды (маркаланбайды). Ал көбінесе мастикалар ретінде пайдаланалатын құрылыс битумдардың жеңіл балқығыш түрлерінің созылғыштығы 40см-дан қиын балқығыштарының созылғыштығы 1 см-ден кем болмауы керек.
Битумдар пайдаланылатын орнында немесе қоймада күн сәулесі және ауадағы оттегі әсерінен уақыт өткен сайын құрамын, қасиеттерін өзгертеді: олардың құрамында майлы фракциялар және шайырлар азаяды. Мұның салдарынан қатты бөлшек және мортты зат көбейеді де, битумның қаттылығы (тұтқырылығы) және морттылығы өседі.
Табиғи процесстің нәтижесінде битумның кұрамы мен қасиеттерінің баяу өзгеріп, оның морттылығының өсуін, ал сужұтқыщтығының төмендеуін тозу деп атайды. Жасанды мұнай битумдар оның табиғи түрінен көрі тезірек тозады.