Состав и структура битумов
Битумы состоят из высокомолекулярных углеводородов метанового (СnН2n-2), нафтенового (CnH2n) и ароматического (СnН2n-6) рядов. Степень поликонденсации и молекулярная масса углеводородов могут изменяться в широких пределах, поэтому углеводороды в битумах подразделяют на несколько групп, в зависимости от физических свойств (групповой состав). Эти группы рассматриваются как отдельные компоненты битума, определяющие технические свойства вяжущего. Разделение углеводородов на группы основано на их неодинаковой растворимости и избирательной адсорбции на сорбентах. В битумах различают три группы углеводородов - жидкие, вязкие и твердые. Масла - жидкие углеводороды - вещества светло-желтого цвета с плотностью менее 1 г/см3, растворяются в бензине. От содержания масел в битуме зависит его текучесть. Смолы - вязкие углеводороды тёмно-коричневого цвета с плотностью приблизительно равной 1 г/см3, растворяются в бензине, бензоле и других растворителях. Смолы содержат также асфальтогеновые кислоты, молекулы которых являются диполями. Асфальтогеновые кислоты - поверхностно-активные вещества, от концентрации которых зависит адгезия (прилипание) битума к поверхности заполнителей. Смолы влияют на растяжимость битума. Асфальтены, карбены и карбоиды - твердые углеводороды - вещества черного цвета с плотностью более 1 г/см3, растворяются в хлороформе и сероуглероде (асфальтены). От содержания этих компонентов зависит вязкость (твердость) и теплоустойчивость битумов. Битум может содержать 40-60 % масел, 20-40 % смол, 10-25 % асфальтенов, 1-3 % карбенов и карбоидов, а также незначительное количество фенолов и парафин (до 1 %). По структуре битумы относятся к сложным коллоидным растворам асфальтенов и части смол (дисперсная фаза) в среде из нефтяных масел (дисперсионная среда). В зависимости от содержания названных выше углеводородов и температуры различают три типа структур битумов. 1. Асфальтены и адсорбированные на их поверхности смолы (мицеллы) образуют коллоидную структуру, пространственный каркас. Такая структура характерна для твердых битумов при температуре близкой к 25 °C (структура «гель»). 2. Мицеллы (асфальтены и адсорбированные смолы) образуют суспензию в дисперсионной среде - маслах. Структура «золь» отличается преимущественным отсутствием связей между мицеллами и характерна для жидких битумов. 3. В зависимости от состава битума и температуры возможно также образование переходных структур (структура «гель-золь»). Такая структура характерна для вязкопластичных битумов. Состав и структура определяют технические свойства битума. Под действием кислорода воздуха, влаги, солнечного света происходит испарение масел и поликонденсация, что приводит к изменению химического и группового состава, накоплению смол и асфальтенов и, как следствие, повышению вязкости и понижению пластичности («старение») битума. При нагревании битума увеличивается содержание в нем жидких компонентов, что приводит к изменению его структуры и физических свойств. Вязкий битум превращается в жидкий, и эти процессы являются обратимыми. В строительстве применяются вязкие и жидкие нефтяные битумы. |