-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUvod: Bitumeni i katrani
■ Bitumeni i katrani mogu se svrstati u građevinske materijale i
sirovine za industrijske proizvode koji se vrlo široko koriste u
oblastima: putogradnja, hidroizolacije i antikoroziona zaštita.
■ Bitumeni i katrani su smeše visokomolekularnih ugljovodonika,
kao i drugih organskih jedinjenja na bazi kiseonika, sumpora i
azota.
■ Bitumeni i katrani imaju dobru prionljivost (atheziju) za
kamen, pesak, beton, opeku, čelik i druge materijale.
■ Bitumeni i katrani odlikuju se vodonepropustljivo-šću,
zadovoljavajućom otpornošću na atmosferske uticaje, plastičnošću i
nizom drugih pozitivnih svojstava.
-
■ Definiše se kao crna, na normalnoj temperaturi polukruta ili
kruta lepljiva masa, potpuno rastvorljiva u ugljendisulfidu
(CS2).
■ Tehnički bitumeni dele se na prirodne i veštačke.
■ Prirodni bitumeni se sreću u prirodi ili skoro u čistom
obliku, ili kao pratioci nekih stena – npr. krečnjaka i
peščara.
■ Kako su prirodni bitumeni prilično deficitarni, odnosno, kako
je eksploatacija bitumena sadržanih u stenskim masama vrlo skupa
(usitnjavanje, pa zatim obrada toplom
vodom ili rastvaračima), u građevinarstvu se danas prvenstveno
koriste veštački bitumeni koji se dobijaju iz nafte.
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIBitumen
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIBitumen
● Izdvajanje o kome je reč na skici, vrši se postupcima
atmosferske destilacije ili vakuum destilacije, pri čemu se
dobijeni ostatak – bitumen ili neposredno koristi, ili se podvrgava
dodatnim tretmanima–postupcima duvanja i deparafinacije
(deasfaltizacije).
● Duvanje Kroz bitumen se na visokoj temperaturi uduvava vazduh
oksidacija, polimerizacija.
● DeparafinacijaSmanjivanje sadržaja parafina u ostatku (on je u
većem procentu štetan sastojak)
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIBitumen
■ Elementarni sastav bitumena
● Visokomolekularni ugljovodonici:
- Ugljenik (C) 70 – 80 %
- Vodonik (H) 10 – 15 %
● Sumpor (S) 2 – 9 %
● Kiseonik (O) 1 – 5 %
● Azot (N) 0 – 2 %
Ovi elementi grade niz vrlo složenih jedinjenja, među kojima su
najviše zastupljeni visoko-molekularni ugljovodonici metanskog
(CnH2n+2)
i naftenskog (CnH2n) reda.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIBitumen
Izdvajanje posebnih ugljovodoničnih jedinjenja je vrlo složeno,
pa se stoga, radi izučavanja strukture i svojstava bitumena,
najčešće specijalnim metodama, iz bitumena izdvajaju grupe
ugljovodonika sa manje–više sličnim svojstvima.Ove grupe
jedinjenjadate su pregledom na levoj strani slajda
Visokomolekularni ugljovodonici- metanskog reda (CnH2n+2)-
naftenskog reda (CnH2n)
Ulja: - U tečnom agregatnom stanju, 45-60%,- γs1000 kg/m
3, M=1000-5000,- Teško topljivi, daju tvrdoću i termičku
postojanost.
Parafini: - Čvrsti ugljovodonici u obliku kristala,- Štetno
deluju na svojstva bitumena
(smanjuju lepljivost) u količini >2,5%.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIKatran
Premda se često identifikuju, između bitumena i katrana postoje
velike razlike:
■ Kao prvo, u dobijanju: Katran se dobija suvom destila-cijom
kamenog uglja, mrkog uglja, drveta i slično.
■ Katrani brže stare usled isparavanja lakših ulja u njihovom
sastavu, usled oksidacije i polimerizacije.
■ Katrani su osetljiviji na temperaturne promene, a prionljivost
za agregat je veća, usled čega se često mešaju sa bitumenima.
■ Katran je otporniji na naftne derivate.■ Katran je mrkocrna
viskozna tečnost, specifičnog
mirisa, sastavljena od mešavine različitih uljnihfrakcija,
katranske smole, slobodnog ugljenika i manjih količina fenola,
antracena, naftalina i drugih organskih jedinjenja.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja:
Viskoznost
■ Za određivanje viskoznosti koriste se odgovarajući
viskozimetri kod kojih se ispitivanja sprovode na bazi teorijske
viskoznosti, u kom slučaju se viskoznost izražava u Pa s.
■ Viskoznost katrana i još nekih drugih materijala na bazi
bitumena, međutim, određuje se putem posebnog viskozimetra za
katran, kod koga se kao pokazatelj usvaja vreme u sekundama,
potrebno da kroz određenu mlaznicu istekne 50 cm3 supstance na
temperaturi od 30 ili 40ºC. Otvori mlaznice su 10 ili 14 mm, u
zavisnosti od viskoznosti
uzorka.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja:
Reološka svojstva
εtraj raste sa:
-povećanjem sadržaja ulja
-porastom temperature
- povećanjem dužine trajanja opterećenja
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja:
Penetracija
● Ispitivanje penetracije je osnovna metoda za identifikaciju
bitumena za kolovozne zastore.● S obzirom na penetraciju, ovi
bitumeni nose oznake BIT 200, BIT 130, BIT 45 itd.- što znači da u
slučaju ovih bitumena penetracija iznosi 20 mm, 13 mm, 4.5 mm.●
Ispitivanje penetracije omogu-ćava i definisanje viskoznosti
bitumena (postoji niz empirijskih formula za zavisnost penetracija
–viskoznost, za razne temperature).
Uređaj za ispitivanjepenetracije
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja: Tačka
razmekšavanja po PK
● Bitumen, kao amorfni materijal, razmekšava se u širem
temperaturnom intervalu, te je uveden pojam konvencionalne tačke
razmekšavanja bitumena. To je temperatura koja se dobija primenom
metode prstena i kuglice (PK) .
● Ispitivanje tačke razmek-šavanja po PK je takođe jedna od
standardnih metoda za identifikaciju bitumena: zajedno sa
penetracijom, služi za označavanje bitumena za industrijske svrhe
(duvanih bitumena). Npr. 85/40 – duvani bitumen sa tačkom
razmekšavanja 85ºC i penetracijom od 4 mm .
Aparatura (gore) i postupak (dole) za ispitivanje tačke
razmekšavanja po PK
● Postepeno zagrevanje u vodenom kupatiluuzorka bitumena, koji
ispunjava metalniprsten propisanih dimenzija, preko kogase, pre
početka ispitivanja, postavlja čeličnakuglica, takođe propisanih
dimenzija.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja:
Rastegljivost – duktilitet i
Tačka loma po Frasu
Brzina istezanja: 5 cm/min!
Т = 25 0C Pad temperature: 10C/min!
Merenje duktiliteta bitumena
Određivanje tačke loma po Frasu
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja :
Indeks penetracije
■ Pri oceni kvaliteta bitumena veliki značaj ima odnos
penetracije i temperature razmekšavanja.
■ S obzirom na uslove kojima su izloženi tokom eksploatacije,
bitumeni se smatraju kvalitetnijim ako pri određenoj temperaturi
razmekšavanja imaju veće vrednosti penetracije. Drugim rečima,
odnos između penetracije i temperature razmekšavanja predstavlja
merilo temperaturne osetljivosti bitumena.
■ Temperaturna osetljivost bitumena najčešće se definiše putem
tzv. indeksa penetracije IP, koji je funkcija penetracije i tačke
razmekšavanja po PK.Na sledećem slajdu prikazan je dijagram za
definisanje indeksa penetracije – IP.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALISvojstva i ispitivanja :
Indeks penetracije
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIIspitivanje stabilnosti
bitumena
■ Bitumen se u praksi izlaže delovanju visokih temperatura, kako
bi mu se snizio viskozitet iomogućilo obavijanje agregata slojem
optimalnedebljine. Time dolazi do određenih hemijskih procesau
bitumenu i do promene njegovih svojstava.
■ Za ocenu ovih promena vrši se ispitivanje stabilnosti
bitumena, koje se sastoji u zagrevanju bitumena 5 h na temperaturi
163ºC, u posudi prečnika 128 mm i u sloju debljine 4 mm. Meri se
gubitak mase i vrše neka od osnovnih ispitivanja, pa se na bazi
poređenja dobijenih rezultata donosi zaključak o stabilnosti
bitumena.
■ Važeći tehnički propisi precizno definišu granice u okviru
kojih mogu da se kreću svojstva bitumena posle izvršenog
ispitivanja stabilnosti.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUgljovodonična veziva za
kolovoze
Ugljovodonična veziva kod kolovoznih zastora na putevima
1.Bitumeni za kolovozne zastore2.Razređeni bitumeni za kolovozne
zastore3.Bitumenske emulzije4.Katrani za kolovoze5.Hladni katrani
za kolovoze
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUgljovodonična veziva za
kolovoze
Bitumeni za kolovozne zastore
Prema vrednosti penetracije dele se na pet vrsta:BIT 200, BIT
130, BIT 45, BIT 25, BIT 15Primena:1. Za izradu kolovoznih
zastora2. Kao sirovinska osnova za:
- bitumenske emulzije- razređene bitumene
3. Za proizvodnju hidroizolacionih materijala
U cilju poboljšanja prionljivosti, često se dodaju površinski
aktivne materije – dopovi.Modifikovani bitumeni: bitumeni čija su
reološka svojstva poboljšana dodatkom sintetičkih smola.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUgljovodonična veziva za
kolovoze
Razređeni bitumeni za kolovozne zastore
Bitumeni čija je viskoznost privremeno snižena dodatkomizvesnih
rastvarača, koji posle ugrađivanja bitumenadelimično ili potpuno
ispare. Dele se prema graničnimvrednostima viskoznosti (u
sekundama) na pet vrsta:
RB 0/1, RB 5/10, RB 30/50, RB 100/170, RB 200/300
Primena:Posebno su pogodni za površinske obrade i stabilizacije
tlabitumenom. U zavisnosti od viskoznosti, mogu se primešanju sa
agregatom zagrevati do 90°C.Pripadaju grupi zapaljivih
materijala.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUgljovodonična veziva za
kolovoze
Bitumenske emulzije
Pripadaju kategoriji disperznih sistema, koji se sastoje od
bitumena ivode sa određenim emulgatorima.
Čestice bitumena (0.1-10)∙10-3 mm – disperzna fazaVoda –
disperiziona sredinaVoda u bitumenskoj emulziji omogućava rad po
hladnom postupku.Prema brzini raspadanja dele se na:
- NE 50 (nestabilne bitumenske emulzije)- PE 55 (polustabilne
bitimenske emulzije)- SE 55 (stabilne bitumenske emulzije)
Broj u oznaci predstavlja minimalni sadržaj bitumena u %
(sadržajbitumena u emulzijama 50-70%)Anjonske (bazne) – kod
karbonatnih agregata,Katjonske (kisele) – kod eruptivnih
agregata.Primena: - površinske obrade
- stabilizacije tla- asfalt za duže lagerovanje (za popravke
kolovoza).
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIUgljovodonična veziva za
kolovoze
Katrani za kolovoze
Proizvode se obradom katranske smole katranskim uljima (čime se
katranskim smolama snižava viskozitet).S obzirom na viskozitet (u
sec) postoje sledeći tipovi:K 10/17, K 20/35, K 80/125, K 140/240,
K 250/500Primena: za izradu kolovoznih zastora (sami ili u
kombinaciji sa bitumenom – K: BIT = 85:15)
Hladni katrani za kolovoze
Katrani čiji je viskozitet privremeno snižen dodatkom ulja za
razređivanje, koja posle ugrađivanja oksidišu ili isparavaju iz
kolovoznog zastora.Obično se sastoji od:
- 85% katrana- 15% razređivača (ulja)
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: definicija, vrste
asfalta
■ Pod asfaltima se podrazumevaju veštački kameni materijali
dobijeni očvršćavanjem racionalno sastavljenih mešavina
od:Ugljovodoničnih veziva (bitumena i/ili katrana),Kamenog brašna
iKrupnijeg kamenog agregata (rečnog ili drobljenog).
■ Ovakve mešavine mogu se naći i u prirodi, pa se možegovoriti o
prirodnim i veštačkim asfaltima.
■ U zavisnosti od vrste mešavine, postoji više tipova veštačkih
asfalta:
Površinske obrade,Penetracije, polupenetracije i zasuti
makadam,Asfaltni betoni (asfalt – betoni),Liveni asfalti
iSpecijalni asfalti.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
■ Sadržaj ugljovodoničnih veziva: 5-12%■ Sadržaj kamenog brašna
– filera (0/0,09mm): 5-20%
Vrući asfaltni betoni (asfaltni betoni koji se ugrađuju po
vrućem postupku)
- na mestu spravljanja: T=175-190°C- na mestu ugrađivanja:
T=130-150°C
Vezivo: bitumeni za kolovozne zastoreAgregat: pesak
(0,09/2mm)+kamena sitnež (2/22.4mm)
Hladni asfaltni betoni (asfaltni betoni koji se ugrađuju po
hladnom postupku)
- na mestu spravljanja: T=60-80°C- na mestu ugrađivanja: potpuno
rashlađeni.
Vezivo: razređeni bitumeni i katrani za kolovozeAgregat: pesak
(0,09/2mm)+kamena sitnež (2/12.5mm)
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
Sastavljanje mešavina asfaltnih betona
Optimalna struktura:
Struktura u kojoj zrna agregata (pesak i kamena sitnež)
uspostavljaju kontakt kroz tanke proslojke veziva (ugljovodonični
materijal+filer).
■ Granulometrijski sastav agregata:
; n=1/1.5-1/3
(smanjenje vrednosti n vodi povećanju sadržaja sitnih
frakcija).
n
D
dY
100
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
Iz uslova da je: Vuv= muv /γuv= Vša
Iz uslova da vezivo obavije sva
zrna agregata slojem debljine е, tj.:Vuv= muv /γuv= е ∙ Σ
F(1)
U poslednjem, trećem izrazu je:
k0 = γuv∙ e
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
Osnovna svojstva asfaltnih betona
Viskoznost i osetljivost na temperaturne promene ugljovodoničnih
veziva odražava se i na svojstva asfaltnih betona:
1. Imaju svojstvo prilagođavanja obliku podloge,2. Ako količina
ugljovodoničnog veziva pređe određenu
optimalnu vrednost, pri visokim temperaturama doći će do
potiskivanja agregata u njenu dubinu i kretanja veziva ka površini
(segregacija). Asfalt beton postaće veoma plastičan, oslabiće veza
između zrna agregata, smanjiće se čvrstoća i trajnost asfaltnih
betona.
3. Čvrstoća pri pritisku:- na 20°C: 2-3 MPa- na 50°C: 1-1.5 MPa-
na -20°C: odgovaraju čvrstoćama običnih betona
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
Osnovna ispitivanja asfaltnih betona
U osnovna ispitivanja asfaltnih betona spadaju:
- Ispitivanje sastava asfalt betona- Ispitivanje stabilnosti i
tečenja po Maršalovoj metodi.
Sem navedenog, kod asfaltnih betona ispituje se još i:
- Procenat zaostalih šupljina u mešavini- Upijanje vode i
bubrenje- Zapreminska masa
Kod uzoraka izvađenih iz kolovoznih zastora, ispituje se:
- Stepen komprimiranosti- Procenat zaostalih šupljina
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
Ispitivanje stabilnosti i tečenja po Maršalu
■ Ovo ispitivanje vrši se na cilindrima =101,6 mm, H=63,5 mm
koji se izrađuju zbijanjem, na tačno propisan način.
■ Ovi uzorci se zagrevaju do T=60ºC, a zatim se podvrgavaju
ispitivanju stabilnosti i tečenja u naročitoj, Maršalovoj presi
.
■ Uzorak se u presi izlaže pritisku po izvodnicama, pri čemu
su
čeljusti kojima se vrši opterećenje polukružne, sa
poluprečnicima krivine jednakim poluprečniku uzorka.
■ Brzina kretanja čeljusti je konstantna–50 mm/min. Prati se
rast sile (kN) i rast deformacije na mernom instrumentu (mm).
■ U momentu dostizanja maksimalne sile vrši se očitavanje sile i
odgovarajuće deformacije uzorka. Ove dve vrednosti označavaju se
kaoStabilnost i tečenje po Maršalu .
■ Na bazi ove dve veličine sračunava se
Modul ukočenosti po Maršalu na 60ºC, prema izrazu:
MPa) (N/mm 10
mmу
kNу 2 mmтечење
стабилностMu
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIAsfalti: Asfaltni betoni
Ugrađivanje asfaltnih betona
■ Ugrađivanje se načelno vrši samo pod povoljnim vremenskim
uslovima
■ Koriste se specijalne mašine (raspoređivači i finišeri)■ Na
nepristupačnim mestima dozvoljava se i ručno ugrađivanje■ Zbijanje
se vrši mehaničkim sredstvima (naročitim valjcima)■ Na
nepristupačnim mestima dozvoljava se i ručno zbijanje
Važna napomena:Kod vrućih asfaltnih betona zbijanje se završava
tokom procesa
ugrađivanja i valjanja (zbijanja).
U slučaju hladnih asfaltnih betona koji očvršćavaju usled
oksidacije, isparavanja i delimičnog upijanja pojedinih komponenata
veziva (razređivači), ovaj proces može da traje i 20-30 dana.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALILiveni asfalti
Liveni asfalti su mešavine ugljovodoničnih veziva i mineralnih
materijala (agregata) bez šupljina, koje se pri ugrađivanju ne
valjaju niti vibriraju.
Prema sastavu mase liveni asfalti se dele na:
■ Obične livene asfalte (sa 30-40% kamene sitneži)
■ Tvrdo livene asfalte (sa 40-55% kamene sitneži)
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALILiveni asfalti
Optimalni sadržaji pojedinih komponenata:
Kamen (plemenita sitnež):- u tvrdo livenom asfaltu . . . . . . .
. . . . . . . 40 – 50 %- u (običnom) livenom asfaltu . . . . . . .
. . . 30 – 40 %
Filer: najmanje 20 % Bitumen 6,5 – 9 % Pesak: dopuna do 100
%
■ U slučaju livenih asfalta, mora da bude zadovoljen i sledeći
uslov:Procenat šupljina utresene (zbijene) mineralne mase sme da
bude:
- za tvrdo livene asfalte: najviše 18 % ,- za livene asfalte
(obične): najviše 22 % .
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALILiveni asfalti
Spravljanje i ugrađivanje livenih asfaltaSpravljanje:
u stalnim ili pokretnim kazanima u stalnim postrojenjima –
asfaltnim bazama u svim slučajevima mešavina se kuva na
T=180-240°C
Transport mešavine: u naročitim pokretnim kazanima, snabdevenim
uređajima za mešanje i održavanje temperature
Ugrađivanje: ručno (samo za male količine) ili mašinsko masa se
izručuje na samo mesto ugrađivanja ručno ugrađivanje pomoću drvenih
lopatica i glačala (pegli) Mašinsko ugrađivanje specijalnim
finišerima, koji masu razlivaju i ugrađuju putem zagrejane talpe
mora se nanositi uvek na suvu podlogu
Hrapavljenje: površina livenog asfalta se uvek hrapavi,
posipanjem eruptivne kamene sitneži svetle boje preko još tople
ugrađene mase, kao i valjanjem lakim zupčastim valjcima.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIHidroizolacije na bazi
bitumena
■ Svaki materijal koji se primenjuje u hidroizolacijamatreba da
bude: Nepropustljiv za vlagu i vodu, Dovoljno plastičan na niskim i
postojan na povišenim
temperaturama, Sposoban da bez oštećenja prati deformacije
podloge i da premosti manje pukotine u njoj, Otporan prema
mehaničkim i atmosferskim uticajima
(prema starenju), Prionljiv za druge materijale, Bez štetnog
delovanja na materijale sa kojima
dolazi u dodir, na ljude i okolinu, Primenljiv pri različitim
uslovima rada, Dobar elektro –izolator , Pogodan za primenu u
smislu težine, otpornosti
prema oštećenjima tokom rada, lake nabavke i sl.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIHidroizolacije na bazi
bitumena
■ Na području hidroizolacija najširu primenu imaju industrijski
bitumeni, koji se dobijaju postupkom duvanja (duvani bitumen).
■ Imaju visoku tačku razmekšavanja po PK, a malu penetraciju
(veći indeks penetracije).
■ Kod nas se proizvodi 6 standardnih vrsta duvanih bitumena,
koji nose oznaku “ind.bit.” i sledeće brojne oznake: 70/30, 85/25,
85/40, 105/15, 115/15 i 135/10
(prvi broj u oznaci je tačka razmekšavanja po PK, a drugi
srednja vrednost penetracije).
■ Mehanička svojstva bitumena mogu se poboljšati upotrebom
raznih vrsta armatura (sirovi krovni karton, sirova juta, azbestna
lepenka, poliesterski filc, poliamidna tkanina, aluminijumska
folija (“albifol”) i dr.
-
UGLjOVODONIČNA VEZIVA I MATERIJALIHidroizolacije na bazi
bitumena
Hidroizolacioni materijali u rolnama
Bitumenski trakasti proizvodi koji se pakuju u rolne, a
proizvode se ili samo impregnisanjem, ili impregnisanjem i
oblaganjem, ili, pak, samo oblaganjem odgovarajućih uložaka bilo
čistim bitumenom, bilo modifikovanim (polimer – bitumenom), sa
nekim punilom ili bez punila.