MATERIALE BITUMINOASE
Lianti bituminosi (Bitumuri)
1.1. Generalitati: definitie, clasificare, compozitie chimica, proprietati
Bitumurile - materiale organice, hidrofobe, de culoare īnchisa (brun-la negru), care functie de temperatura se prezinta ca mase rigid casante plastice sau fluid-vāscoase.
Dupa modul de formare se clasifica īn:
Bitumuri naturale - formate prin oxidarea naturala a titeiurilor, procesul petrecāndu-se la suprafata scoartei. Cānd este amestecat cu diferite pulberi minerale (calcar, argila, nisip, etc.) se numeste asfalt. Cānd este impregnat īn diferite roci sau īn 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 īntre ele prin: compozitie, structura, solubilitate, comportare la īncalzire, etc. Astfel se pot separa urmatoarele grupe de substante care intra īn compozitia bitumurilor:
petrolenele (uleiurile) - substante de consistenta fluid-vāscoasa; se dizolva īn benzina usoara;
maltenele (rasini) - la temperatura obisnuita se prezinta ca mase semisolide cu deformabilitate plastica mare; se dizolva īn benzina usoara (eter de petrol);
asfaltenele - substante solide, friabile, de culoare neagra, alcatuite din hidrocarburi aromatice, se dizolva īn tetraclorura de carbon (CCl4); din asfaltene se pot separa ca grupe:
carbenele - solubile īn sulfura de carbon (CS2);
carboidele - insolubile īn solventi.
Compozitia chimica a bitumurilor variaza īn 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.
Īn bitumurile fluide mediul de dispersie este lichid, fiind alcatuit din solutia de maltene īn 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 īncep sa se asocieze īn grupari care includ si o parte a mediului de dispersie (fig. b). din aceasta cauza, bitumurile devin din ce īn ce mai vāscoase, pāna se transforma īn "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 īn ochiurile careia ramāne dispersata solutia de maltene īn petrolene (fig. c).
Daca unui bitum semisolid i se adauga uleiuri minerale el se transforma din nou īn 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 īncalzirea bitumurilor semisolide creste enegia cinetica, provocānd ruperea unor legaturi dintre micele si transformarea lor īntr-un liant plastic (gel-sol) la temperatura mai ridicata, toate legaturile se distrug si bitumul se topeste, transformāndu-se īntr-un lichid vāscos (sol). La racire fenomenele se produc invers, datorita scaderii energiei cinetice.
Aceste transformari reversibile de structura denota comportarea tixotropica a bitumurilor.
Īmbatrānirea bitumurilor
Īn timp, bitumurile pierd din plasticitatea lor, transformāndu-se īn mase friabile, acest fenomen numindu-se īmbatrānire.
Limite de plasticitate - definesc intervalul de temperatura īn 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.
Īn schimb nu rezista la actiunea uleiurilor, grasimilor si plastifiantilor utilizati īn industria maselor plastice.
Īncercari asupra bitumurilor
Pentru aprecierea calitatii bitumurilor, conform metodelor standardizate, se determina urmatoarele caracteristici:
a) limitele de plasticitate - se apreciaza prin punctul de īnmuiere sau de picurare (reprezinta limita superioara) si prin punctul de rupere (FRASS) (reprezinta limita inferioara a intervalului);
b) penetratia - se apeciaza prin adāncimea de patrundere a unui ac de dimensiuni standardizate, sub greutatea unei tije de 100 g, timp de 5 s, īn masa bitumului aflat la temperatura de 25°C;( Penetrometrul RICHARDSON)
c )ductilitatea - se defineste prin alungirea īn cm pe care o poate suporta un bitum la temperatura de 25°c si 0°c pāna la rupere;
d) stabilitatea la īncalzire - se determina prin mentinerea bitumului timp de 5 ore la 163°c īn etuva, dupa care se calculeaza pierderea de masa si scaderea penetratiei īn % īn raport cu bitumul initial.
2. Materiele bituminoase utilizate īn constructii
2.1.Bitumuri naturale
Bitumul de lac - se obtine prin īncalzirea asfaltului natural, care īn unele regiuni formeaza lacuri īntregi (insula Trinidad, Cuba, Siria, etc.). Prin īncalzire la 180°-200°C īn cazane deschise apa se evapora iar impuritatile minerale mari se depun pe fundul cazanelor, rezultānd un liant cu cel putin 60% bitum denumit bitum epurat.
Bitumul de extractie sau natural - se obtine din rocile īn care se gaseste impregnat, fie prin dizolvare īn solventi organici (benzina), fie prin emulsionare cu solutie calda de hidroxid de sodiu sau acid sulfuric. Īn tara se extrage de la Anina (sisturi bituminoase -carburant)si Tatarusi; se produce īn 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. Īn tara se fabrica cinci tipuri de bitum de petrol:
bitum neparafinos pentru drumuri - se livreaza īn sase tipuri notate cu D, urmata de doua cifre care reprezinta valoarea penetratiei;
bitum pentru lacuri si amestecuri electroizolante - se livreaza īn doua tipuri E 110 si E 125 (cifra = temperatura maxima pentru punctul de īnmuiere);
bitum industrial neparafinos - se livreaza īn patru tipuri I 45/55; I 60/70; I 82/92; I 85/95 (cifrele = limitele valorilor punctului de īnmuiere);
bitum pentru materiale si lucrari de hidroizolatii - se noteaza cu H si se livreaza īn cinci tipuri, functie de temperatura de īnmuiere;
- 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;
īmbatrānesc rapid.
Se utilizeaza īn 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 īn solventi organici volatili (benzen, benzina, etc.). Dupa aplicare pe diverse materiale, se īntaresc īn 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 īn interiorul constructiilor).
2.4 Emulsii bituminoase - sunt dispersii de particule fine de bitum īn apa, realizate cu ajutorul emulgatorilor si cu agitare mecanica puternica. Functie de rezistenta pe care o opun la distrugerea echilibrului, emulsiile se clasifica īn:
normale (se rup la contactul nisipului);
semistabile (se strica echilibrul la amestecul cu filere);
stabile (ruperea se produce īn 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 īn 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 īn praf, etc.
Prin filerizare se īmbunatatesc calitatile bitumului, si anume:
se mareste domeniul de plasticitate prin cresterea punctului de īnmuiere si scaderea punctului de rupere;
creste vāscozitatea (scade penetratia) datorita frecarilor interioare;
cresc rezistentele mecanice si se īntārzie īmbatrānirea.
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 vārtoasa, functie de lucrabilitatea necesara pentru punerea lor īn opera.
Īn 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 rāu sau de concasare.
Filerul - are rol foarte important si complex, actionānd favorabil atāt asupra granulozitatii agregatului, cāt si asupra liantului bituminos (masticuri); īn betoanele asfaltice se folosesc filere de calcar sau var gras stins īn praf avānd 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 īn 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 īncercari preliminare pentru fiecare lot de agregate, īn vederea obtinerii unui agregat cu volum redus de goluri, care sa necesite un dozaj minim de liant pentru realizarea unui beton compact.
Īn 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 īn statiile auto.
Īn caz contrar, pe timp calduros, pe suprafata īmbracamintii rutiere, se aduna un exces de bitum care produce īnmuierea si valurirea acesteia sub actiunea traficului.
Se pot executa trei tipuri de īmbracaminti rutiere din beton asfaltic:
īmbracaminti turnate la cald;
īmbracaminti cilindrate la cald;
īmbracaminti 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.
|
