MATERIALE BITUMINOASE
Lianti bituminosi (Bitumuri)
1.1. Generalitati: definitie, clasificare, compozitie chimica, proprietati
Bitumurile - materiale organice, hidrofobe, de culoare închisa (brun-la negru), care functie de temperatura se prezinta ca mase rigid casante plastice sau fluid-vâscoase.
Dupa modul de formare se clasifica în:
Bitumuri naturale - formate prin oxidarea naturala a titeiurilor, procesul petrecându-se la suprafata scoartei. Când este amestecat cu diferite pulberi minerale (calcar, argila, nisip, etc.) se numeste asfalt. Când este impregnat în diferite roci sau în carbune se numeste bitum de roca, respectiv bitum de carbune.
Bitumuri artificiale - obtinute prin prelucrarea titeiului (bitum de petrol), fie prin dist 616i85g ilarea uscata a lemnului sau carbunilor (gudroane si smoala).
Bitumurile sunt amestecuri complexe de hidrocarburi lichide, solide sau derivati ai acestora cu oxigenul, sulful si azotul.
Prin tratarea bitumurilor cu solventi selectivi, se pot separa succesiv grupe de substante care se aseamana între ele prin: compozitie, structura, solubilitate, comportare la încalzire, etc. Astfel se pot separa urmatoarele grupe de substante care intra în compozitia bitumurilor:
petrolenele (uleiurile) - substante de consistenta fluid-vâscoasa; se dizolva în benzina usoara;
maltenele (rasini) - la temperatura obisnuita se prezinta ca mase semisolide cu deformabilitate plastica mare; se dizolva în benzina usoara (eter de petrol);
asfaltenele - substante solide, friabile, de culoare neagra, alcatuite din hidrocarburi aromatice, se dizolva în tetraclorura de carbon (CCl4); din asfaltene se pot separa ca grupe:
carbenele - solubile în sulfura de carbon (CS2);
carboidele - insolubile în solventi.
Compozitia chimica a bitumurilor variaza în limite largi fiind functie de natura si tehnologia lor de obtinere.
Din punct de vedere structural bitumurile sunt sisteme dieperse coloidale.
Bitumurile: - fluide - sunt sisteme coloidale de tip sol;
- semisolide - sunt sisteme coloidale de tip gel.
În bitumurile fluide mediul de dispersie este lichid, fiind alcatuit din solutia de maltene în petrolene, iar dispersoidul este format din micele de asfaltene si carbene cu pelicula adsorbita de maltene, fata de care au o mare afinitate (fig. a).
Prin reducerea mediului de dispersie din bitumurile fluide (prin evaporare lenta sau prin oxidare naturala) micelele încep sa se asocieze în grupari care includ si o parte a mediului de dispersie (fig. b). din aceasta cauza, bitumurile devin din ce în ce mai vâscoase, pâna se transforma în "masa plastica".
Daca procesul de asociere a micelelor continua, se ajunge la bitumuri "semisolide cu structura de gel", la care micelele formeaza o retea tridimensionala în ochiurile careia ramâne dispersata solutia de maltene în petrolene (fig. c).
Daca unui bitum semisolid i se adauga uleiuri minerale el se transforma din nou în bitum fluid.
Proprietatile bitumurilor sunt:
Tixotropia-lichefierea reversibila a unor geluri sub influenta unor actiuni mecanice.Poate fi: izoterma sau sub variatie de temperatura.
La bitumurile semisolide, legaturile dintre micele care alcatuiesc structura tridimensionala sunt slabe si pot fi anulate prin aport de energie calorica sau mecanica.
Astfel prin încalzirea bitumurilor semisolide creste enegia cinetica, provocând ruperea unor legaturi dintre micele si transformarea lor într-un liant plastic (gel-sol) la temperatura mai ridicata, toate legaturile se distrug si bitumul se topeste, transformându-se într-un lichid vâscos (sol). La racire fenomenele se produc invers, datorita scaderii energiei cinetice.
Aceste transformari reversibile de structura denota comportarea tixotropica a bitumurilor.
Îmbatrânirea bitumurilor
În timp, bitumurile pierd din plasticitatea lor, transformându-se în mase friabile, acest fenomen numindu-se îmbatrânire.
Limite de plasticitate - definesc intervalul de temperatura în care bitumurile pot fi utilizate fara a curge sau a deveni casante.
Adeziunea bitumurilor pe suprafetele diferitelor materiale depinde de capacitatea lor de a umecta suprafetele respective (de natura tensiunii interfaciale superficiale)si de adsorbtie (chemosorbtie) pe care acestea o exercita asupra bitumurilor si depinde si de natura suprafetei (adera mai bine pe suporturi bazice).
Rezistenta chimica. Bitumurile se caracterizeaza prin rezistenta buna la actiunea coroziva a unui numar mare de agenti chimici cum sunt: bazele, sarurile, acizii.
În schimb nu rezista la actiunea uleiurilor, grasimilor si plastifiantilor utilizati în industria maselor plastice.
Încercari asupra bitumurilor
Pentru aprecierea calitatii bitumurilor, conform metodelor standardizate, se determina urmatoarele caracteristici:
a) limitele de plasticitate - se apreciaza prin punctul de înmuiere sau de picurare (reprezinta limita superioara) si prin punctul de rupere (FRASS) (reprezinta limita inferioara a intervalului);
b) penetratia - se apeciaza prin adâncimea de patrundere a unui ac de dimensiuni standardizate, sub greutatea unei tije de 100 g, timp de 5 s, în masa bitumului aflat la temperatura de 25°C;( Penetrometrul RICHARDSON)
c )ductilitatea - se defineste prin alungirea în cm pe care o poate suporta un bitum la temperatura de 25°c si 0°c pâna la rupere;
d) stabilitatea la încalzire - se determina prin mentinerea bitumului timp de 5 ore la 163°c în etuva, dupa care se calculeaza pierderea de masa si scaderea penetratiei în % în raport cu bitumul initial.
2. Materiele bituminoase utilizate în constructii
2.1.Bitumuri naturale
Bitumul de lac - se obtine prin încalzirea asfaltului natural, care în unele regiuni formeaza lacuri întregi (insula Trinidad, Cuba, Siria, etc.). Prin încalzire la 180°-200°C în cazane deschise apa se evapora iar impuritatile minerale mari se depun pe fundul cazanelor, rezultând un liant cu cel putin 60% bitum denumit bitum epurat.
Bitumul de extractie sau natural - se obtine din rocile în care se gaseste impregnat, fie prin dizolvare în solventi organici (benzina), fie prin emulsionare cu solutie calda de hidroxid de sodiu sau acid sulfuric. În tara se extrage de la Anina (sisturi bituminoase -carburant)si Tatarusi; se produce în sapte tipuri notate cu DT-A, DT-B, ., DT-G. Se foloseste la lucrari de drumuri si hidroizolatie.
Bitumul de petrol - prin prelucrarea pacurii prin diferite metode (distilare, oxidare, cracare, etc.) se obtine bitumul de petrol. În tara se fabrica cinci tipuri de bitum de petrol:
bitum neparafinos pentru drumuri - se livreaza în sase tipuri notate cu D, urmata de doua cifre care reprezinta valoarea penetratiei;
bitum pentru lacuri si amestecuri electroizolante - se livreaza în doua tipuri E 110 si E 125 (cifra = temperatura maxima pentru punctul de înmuiere);
bitum industrial neparafinos - se livreaza în patru tipuri I 45/55; I 60/70; I 82/92; I 85/95 (cifrele = limitele valorilor punctului de înmuiere);
bitum pentru materiale si lucrari de hidroizolatii - se noteaza cu H si se livreaza în cinci tipuri, functie de temperatura de înmuiere;
- bitum industrial parafinos - se foloseste la aglomararea prafului de carbune (brichete); se noteaza cu Ip 85/100.
2.2. Gudroane si smoala
La distilarea uscata (anaeroba) a carbunilor si lemnului rezulta: cocsul (din huila) si gudronul (un condens uleios).
Prin distilarea fractionata a gudroanelor se obtin o serie de uleiuri usoare (gudron de drumuri) si o masa semisolida numita smoala.
Aceste materiale prezinta o serie de dezavantaje:
contin substante toxice si cancerigene;
au un interval de plasticitate redus;
îmbatrânesc rapid.
Se utilizeaza în tarile care nu dispun de zacaminte suficiente de titei pentru fabricarea bitumurilor de petrol, lucrari de drumuri, izolatii hidro si inticorozive.
2.3 Solutii bituminoase (bitumuri taiate-cutback) - se obtin prin dizolvarea bitumului topit în solventi organici volatili (benzen, benzina, etc.). Dupa aplicare pe diverse materiale, se întaresc în urma evaporarii solventului.
Se folosesc la:
protectia si impermeabilizarea unor elemente de beton, metal, zidarie, etc.;
liant la prepararea mixturilor asfaltice;
lucrari de amorsaj.
Au urmatoarele dezavantaje:
sunt toxice, inflamabile;
se aplica numai pe materiale uscate si pot produce explozii (daca se folosesc în interiorul constructiilor).
2.4 Emulsii bituminoase - sunt dispersii de particule fine de bitum în apa, realizate cu ajutorul emulgatorilor si cu agitare mecanica puternica. Functie de rezistenta pe care o opun la distrugerea echilibrului, emulsiile se clasifica în:
normale (se rup la contactul nisipului);
semistabile (se strica echilibrul la amestecul cu filere);
stabile (ruperea se produce în contact de lunga durata cu filerul).
Emulgatorii sunt sapunuri de sodiu sau potasiu ale acizilor grasi (1 -3%)
2.5 Suspensii bituminoase - hidrofilizarea particulelor de bitum se realizeaza cu ajutorul filerelor. Se numesc "suspensii de bitum filerizat" (subif). Se fabrica în doua tipuri:
pentru lucrari de drumuri;
pentru hidroizolatii.
3. Masticuri, mortare si betoane cu lianti bituminosi
3.1 Masticuri bituminoase - amestecuri omogene obtinute din bitum topit si diferite pulberi minerale (filere) uscate. Ca filere se folosesc pulberile de: calcar, diatomit, cenusa de termocentrala, talc, celuloza, azbest, carbune, var stins în praf, etc.
Prin filerizare se îmbunatatesc calitatile bitumului, si anume:
se mareste domeniul de plasticitate prin cresterea punctului de înmuiere si scaderea punctului de rupere;
creste vâscozitatea (scade penetratia) datorita frecarilor interioare;
cresc rezistentele mecanice si se întârzie îmbatrânirea.
Masticurile bituminoase se utilizeaza la izolatii hidrofuge, la rosturilor dintre diferite elemente de constructii. Exemplu: la drumuri, dalari canale pentru transportul apei,etc.
3.2 Mortare si betoane asfaltice
Prin amestecarea liantilor bituminosi cu agregate fine (filer, nisip) se obtin mortare asfaltice, iar prin folosirea si de pietris, respectiv piatra sparta rezulta betoane asfaltice. Aceste amestecuri se mai numesc si mixturi asfaltice si pot fi de consistenta: fluida, plastica sau vârtoasa, functie de lucrabilitatea necesara pentru punerea lor în opera.
În scopul maririi rezistentei betonului asfaltic la solicitarile care produc deformatii plastice, se impune marirea frecarii interioare din masa sa. Pentru aceasta, la preparare se foloseste un agregat cu granulozitate continua si cu un volum minim de goluri, alcatuit din: filer, nisip, criblura.
Nisipul - se foloseste pentru a asigura o granulozitate continua a agregatului (filerul fiind mai mare de 0.2 mm, iar criblura mai mica de 3 mm). Nisipul poate fi de râu sau de concasare.
Filerul - are rol foarte important si complex, actionând favorabil atât asupra granulozitatii agregatului, cât si asupra liantului bituminos (masticuri); în betoanele asfaltice se folosesc filere de calcar sau var gras stins în praf având diametrul sub 0,2 mm.
Criblura - reprezinta agregatul mare din amestecul de agregat si se caracterizeaza prin granule colturoase; criblura: 3/8; 8/16; 16/25 mm. Se obtine prin concasare dubla si are diametru peste 3 mm.
Dozajul optim de bitum se stabileste în laborator astfel: se prepara mai multe amestecuri cu procente diferite de liant raportat la masa betonului din care se confectioneaza epruvete standardizate asupra carora se determina Rc. Daca dozajul de liant bitumnos este:
prea mare - rezulta un beton usor deformabil sub actiunea traficului;
prea mic - rezulta un beton necompact si cu rezistente mecanice reduse.
Stabilirea raportului optim dintre criblura, nisip si filer se face prin încercari preliminare pentru fiecare lot de agregate, în vederea obtinerii unui agregat cu volum redus de goluri, care sa necesite un dozaj minim de liant pentru realizarea unui beton compact.
În practica, dozajul minim de liant (bitum) stabilit de laborator (aproximativ 9% din betonul asfaltic), se reduce cu 2-4%, deoarece sub actiunea traficului intens, betonul se deformeaza plastic si sufera o compactare suplimentara . De aceea se recurge la armarea batonului asfaltic la intersectii si în statiile auto.
În caz contrar, pe timp calduros, pe suprafata îmbracamintii rutiere, se aduna un exces de bitum care produce înmuierea si valurirea acesteia sub actiunea traficului.
Se pot executa trei tipuri de îmbracaminti rutiere din beton asfaltic:
îmbracaminti turnate la cald;
îmbracaminti cilindrate la cald;
îmbracaminti cilindrate la rece.
Normative:
SR EN 58/2005 -Bitum si lianti bituminosi. Luarea probelor de lianti bituminosi.
SR EN 12697-1,2,3....11/2006 -Mixturi asfaltice turnate la cald.
SR EN 1427/ -Bitum si lianti bituminosi.
|
