Битумы в строительстве

 

Битумы — это полученные при переработке нефти тяжелые темноцветные смеси различных органических субстанций. Наряду с углеродом и водородом в битумах присутствуют небольшие количества серы, кислорода и азота.

 

Производство битумов

 

Дистилляционные битумы, называемые также битумами для дорожного строительства, получают путем дистилляции нефти в несколько ступеней при температуре 350 °С в вакууме (рис. «Приготовление битумов»). Получаются мягкие до средней твердости битумы.

 

 

Высоковакуумные битумы и твердые битумы получаются с применением повышенного вакуума или путем дальнейшей обработки на дополнительной ступени переработки, причем происходит дальнейшее отделение кипящих при высокой температуре масел. Результатом являются твердые и упруготвердые сорта битумов, которые называются также промышленными битумами.

Оксидированные битумы получают в продувных реакторах из мягких дистилляционных битумов, в которые вдувается воздух при температуре от 230 до 290 °С. Оксидированные битумы особенно нечувствительны к холоду и теплу.

Полимермодифицированные битумы (PmB) — это смесь из дистилляционных битумов и полимеров, причем полимеры, например, меняют вязкость битумов.

 

Свойства битумов

 

Битумы — это термовискозный материал, консистенция которого изменяется постоянно с изменением температуры. Она может быть твердой при низких температурах до очень жидкой при температурах от 150 до 200 °С. Это изменение состояния в умеренных областях температур часто повторяется и может переходит из одного в другое.

Клеящее действие битумов основано на хороших смачивающих свойствах и на изменении их вязкости при изменяющихся температурах.

Плотность битумов зависит от сорта и изменяется в зависимости от температуры. Она колеблется от 0,86 до 1,11 г/см³. Температурное расширение битумов в 20—30 раз больше, чем у минеральных материалов.

Битумы водостойки, устойчивы против агрессивных стоков, кислот, щелочей и солей. Это, например, важно при воздействии соли, применяющейся на улицах для таяния снега зимой. Устойчивость увеличивается с ростом твердости битумов, а при более высоких температурах она снижается. Битумы не стойки против действия жиров, масел, горючего, а также органических растворителей.

Можно перечислить следующие свойства битумов:

• Термопластичность (термовязкость);
• Хорошее смачивание;
• Плотность, подобная воде;
• Высокая теплоизоляция;
• Мягкие битумы имеют меньший удельный вес, чем твердые, горячий битум легче, чем холодный;
• Устойчивы против воды, агрессивных стоков, большинства кислот, щелочей и солей;
• Неустойчивы против жиров, масел, горючего и некоторых органических растворителей;
• Стареют на поверхности за счет кислорода, света и тепла;
• Трудновозгораемые;
• Не вредны для здоровья;
• Не вредны для воды.

 

Битумы стареют под воздействием кислорода воздуха, света и тепла. Кислород окисляет составляющие части битумов, а под воздействием тепла из него испаряются мягкие составляющие нефти. Это приводит к отвердению поверхности битума, которое мало распространяется в глубину.

Под действием ультрафиолетовых лучей старение ускоряется. Битумы трудно воспламеняемы и не имеют класса опасности.

Полученные из нефти битумы в отличие от полученного из угля дегтя не опасны для здоровья. В законодательстве по защите воды битумы классифицированы как не вредящие воде вещества.

 

Методы испытаний битумов

 

Твердость битумов и их поведение в зависимости от температуры определяются с помощью соответствующих методов испытаний и имеют соответствующие численные значения (табл. «Показатели битумов (EN 12590)»).

 

 

Погружение иглы (глубина проникновения)

 

Этот метод определяет твердость битума. Она определяется расстоянием, на которое опускается в битуме игла, нагруженная нагрузкой в 100 г при 25 °С за 5 секунд (рис. «Проникновение иглы»). Твердость битума дается в 1/10 мм. Так, например, битум В 80 имеет глубину проникновения 80/10 мм = 8 мм.

 

Определение точки размягчения с помощью кольца и шарика (EPRuK)

 

Переход от твердого к жидкому состоянию у битумов — скользящий. Поэтому определяется не точка плавления, а точка размягчения. Взятый для измерения слой битума под действием веса шарика медленно нагревается и деформируется при этом. Точка размягчения кольцо и шарик — это температура, при которой деформация битума достигает установленной величины 25,4 мм. У дистилляционных битумов она лежит при температуре от 37 до 67 °С (рис. «Точка размягчения кольцо и шарик (Ring und Kugel — RuK)»).

 

Точка разрушения по Фраасу

 

Поведение битумов при низких температурах оценивается по точке разрушения, которая характеризует переход от вязко-пластичного состояния к твердому. Стальная жесть, покрытая слоем битума, охлаждается со скоростью на 1 °С в минуту и через минуту сгибается. Чем выше глубина проникновения, тем мягче битум. Точкой разрушения будет температура, при которой битумный слой при изгибе разрушается или образует трещины (рис. «Точка разрушения по Фраасу»).

 

Применение битумов

 

Битумы применяют как дорожно-строительные битумы в средствах для защиты сооружений и для изготовления кровельных и изоляционных рулонных материалов. Битумы можно укладывать только в жидком состоянии. Поэтому перед применением их нагревают. Чтобы их можно было применять в холодном виде, битумы должны быть растворены или превращены в битумную эмульсию. Твердение происходит при охлаждении, выпаривании растворителя или испарения воды из битумной эмульсии. Чем выше точка размягчения, тем тверже битум.

 

Дорожно-строительные битумы (DIN 1995)

 

Дистилляционные жидкости в основном применяются для производства асфальта в дорожном строительстве. Поэтому говорят о дорожно-строительных битумах. Они по твердости производятся 5 сортов: 160/220; 70/100; 50/70; 30/45 и 20/30. В жидком состоянии горячей смеси битумы действуют как смягчающее средство и улучшают укладку и обработку асфальта. Ниже 90 °С битумы вязкопластичны, служат как вяжущее и достигают при нормальных температурах своего рабочего состояния. Чем ниже лежит точка разрушения, тем мягче битум

Применение битумов:

• Вяжущее для асфальта;
• Дорожно-строительный битум;
• Битум для защиты сооружений;
• Кровельные и изоляционные рулонные материалы;
• Битумный кровельный гонт и волнистые листы.

 

Средства для защиты сооружений

 

Средства для защиты сооружений — это продукты, которые укладываются в большинстве случаев в жидкой форме и служат для защиты и изоляции зданий от влаги.

Для средств защиты сооружений на основе битумов применяются дистилляционные битумы. Если ожидаются большие колебания температур, то предпочитаются оксидационные битумы. Преимущество изоляции битумо-содержащими материалами — это эластичность битума. В зависимости от вида такие материалы могут перекрывать трещины до 5 мм шириной. Различают горячеукладываемые и холодноукладываемые изоляционные материалы.

Горячеукладываемые средства для защиты сооружений состоят из чистого битума или битума с наполнительными добавками, как, например, каменная мука, стеклянная или минеральная вата, или органические волокна. Они нагреваются на месте укладки до 180 °С и наносятся разбрызгиванием, окраской, шпателем, погружением или поливкой на сухое основание.

Для понижения температуры укладки дистилляционные битумы могут быть разбавлены гудроном. Гудроновые битумы могут смешиваться при температурах от 80 до 130 °С и наноситься на поверхности при температуре 40—110 °С.

Холодноукладываемые средства для защиты сооружений применяются чаще. С помощью добавок соответствующих материалов вязкость битумов так сильно снижается, что их можно укладывать без нагревания. Холодноукладываемые битумные материалы изготавливаются на базе растворителей или на базе битумной эмульсии.

Битумные растворы получаются при добавке легколетучего растворителя, например, бензина. Растворитель испаряется, так что через короткое время снова достигается твердость исходного битума. Битумные растворы применяются для грунтовки сухих поверхностей из бетона, штукатурки, кирпичной кладки или металла, от густой жидкой окраски до паст с наполнителями для плоскостей, подверженных погодным воздействием, и как шпателевочная масса и замазка для выравнивания неровностей и пустот, а также для герметизации швов.

Битумные эмульсии изготавливаются путем тончайшего распределения дистилляционных битумов в воде при добавлении эмульгатора (глин или бентонита). При добавке наполнителей они служат водоотталкивающими окрасками и шпателевочными массами. За один рабочий проход они могут наноситься слоями толщиной до 7 мм (толстая обмазка). Преимуществом битумных эмульсий является их большая смачивающая способность. Они держатся даже на мокром основании.

 

Кровельные и изоляционные рулонные материалы

 

Кровельные и изоляционные рулонные материалы — это ленты шириной 1 м и длиной до 10 м, которые поставляются в рулонах и складируются в стоячем состоянии. Они состоят из несущей основы, которая окунается в дистилляционные битумы (в большинстве 160/200 или 70/100) и затем покрывается с обеих сторон чистыми или с добавками оксидационными битумами. Для верхнего слоя кровли применяются покрытия в несколько слоев из полимермодифицированного битума (рис. «Изготовление рулонных кровельных материалов»).

В качестве несущей основы применяют строительной картон (R), джутовую ткань (J), стеклоткань (G), стеклохолст (V), холст из полиэстрового волокна (PV) (табл. «Кровельные и изоляционные рулонные материалы»).

Кровельные рулонные материалы — это покрытый с обеих сторон битумом, с посыпкой песком или без нее, строительный картон (R 500) или стеклохолст (V 13). Важной областью применения является плоская крыша с многослойной гидроизоляцией, а также гидроизоляция под землей, а также горизонтальная гидроизоляция в стенах и под деревянными конструкциями. Изоляционные рулонные материалы (D) или кровельные изоляционные рулонные материалы (DD) для изоляции сооружений имеют в качестве несущего слоя строительный картон (R 500), джутовую ткань (J 300), стеклоткань (G 220), стеклохолст (V 60) или холст из полиэстрового волокна (PV 250) и более толстое двухстороннее покрытие битумом. Изоляционные рулонные материалы имеют дополнительно тонкий внутренний слой из медной, алюминиевой фольги или синтетической пленки. В зависимости от материала несущей основы рулонные материалы должны иметь толщину не менее 3 мм.

Свариваемые рулонные материалы (S). Путем нагревания горелками привариваются полиэстровый холст, стеклохолст, стеклоткань или джутовая ткань, пропитанные битумной мастикой. Свариваемые рулонные материалы с двойным несущим слоем и алюминиевой или медной фольгой могут использоваться как пароизоляция или как защитный слой от корней растений в озелененных кровлях.

Кровельные изоляционные рулонные материалы на основе полимерных битумов. Имеют двухстороннее покрытие из полимер-битумов и в зависимости от применения могут быть посыпаны песком или шифером. Несущий слой — это в основном стеклоткань и полиэстровый холст.

Полимерно-битумные свариваемые рулонные материалы изготавливаются толщиной 4 или 5 мм. В качестве несущей основы применяется стеклоткань и полиэстровой холст. Покровные слои в зависимости от применения посыпаются шифером, тальком или снабжаются разделительной пленкой. Преимуществом этих рулонных материалов является высокая гибкость в холодном состоянии и очень высокая стойкость против старения. В зависимости от примененного синтетического материала (эластомеры или пластомеры) полимерно-битумные свариваемые рулонные материалы имеют обозначение PYE или PYP.

Битумный кровельный гонт применяется для кровельных покрытий при уклонах кровли от 15° до 85°. Он производится размерами 1000 мм х 333 мм. Вследствие малого собственного веса при такой кровле достаточны легкие несущие конструкции крыши.

Битумные волнистые листы длиной 2 м и шириной 0,89 м применяются для легких конструкций крыш, например в цехах или сараях Прессованные маты из волокна пропитываются синтетической смолой и получают под давлением дополнительную пропитку твердым дистилляционным битумом.