Составы битумно минеральных композиций

Использование битумов и пеков для противокоррозионных покрытий менее распространено вследствие их низкой теплостойкости. Кроме того, пековые материалы, особенно в подогретом состоянии или в виде пыли, характеризуются повышенной токсичностью (канцерогенностью).
Битум, являющийся продуктом отхода нефтеперерабатывающего производства, — относительно дешевый материал. Это обстоятельство привело к появлению различных комбинированных или совмещенных композиций битумов с каучуком, резиной, маслом и синтетическими смолами (фенольной, эпоксидной, фурановой и т. п.); таким образом, удалось улучшить свойства битумов и получить достаточно экономичные материалы для противокоррозионной защиты.
Классические способы использования битумов могут быть разделены на несколько основных направлений, включающих следующие операции:

1. разогрев битумов до температур полного разжижения, обычно 150—200°С; смешение их в этом состоянии с различными микро- и макронаполнителями, нанесение или укладка в горячем состоянии в качестве различных мастик, растворов и бетонов, отвердевающих при охлаждении до нормальной температуры;
2. растворение битумов в углеводородных жидкостях, а также в маслах, лакойле, этиноле и некоторых других органических растворителях, смешение с микронаполнителями, нанесение в холодном состоянии. Твердение пленок без наполнителя или холодных мастик в этом случае происходит за счет испарения растворителей;
3. механическое диспергировайие битума с получением водорастворимых эмульсий или паст; последующее отвердевание эмульсий происходит за счет испарения воды, коагуляции и уплотнения частичек битума.

Следует заметить, что растворение и эмульгирование битумов труднее, чем расплавление, но использование битумных эмульсий много безопаснее и проще, чем битумных растворов и расплавов.
Качество защитных покрытий самое низкое у эмульсий, выше у растворов и самое высокое у расплавов, при качественном их нанесении.
Учитывая значительные трудности нанесения битума в горячем состоянии, в последнее время предпочитают его применение в виде растворов.
Примерные составы битумно-пековых мастик, растворов и бетонов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Примерные составы битумно минеральных композиций мастик, растворов и бетонов

Составляющие материалы	Грунтовки (холодные)				Мастики			Растворы на битуме	Бетоны на битуме
	на битуме		на пеке		холодные		горячие на битуме
	с бензином	с зеленым маслом или ла-койлем	с бензином	с зеленым маслом или ла-койлем	на битуме	на пеке
Битум марки БН-III-IV	20—80	35—50	20—80	—	—	—	30—50	12—18	7—15
Битум марки БН-V или рубракс	—	—	—	—	45—55	—	—	—	—
Пек каменноугольный	—	—	—	45—45	—	30—35	—	—	—
Смола каменноугольная	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Бензин или бензол	80—20	—	80—20	—	—	—	—	—	—
Зеленое масло или лакойль	—	50—65	—	55—60	20—35	—	—	—	—
Асбест 6—7-го сорта	—	—	—	—	20—30	2—5	5—15	5—8	—
Каменная мука	—	—	—	—	—	60—65	40—55	20—30	0—10
Песок кварцевый .	—	—	—	—	—	—	—	50—60	50—40
Щебень или гравий	—	—	—	—	—	—	—	—	40—50

Агрессивные воздействия на битумно-пековые композиции оказывают:

1. 1. воздух, особенно с наличием окисляющих газов (окислов азота и некоторых других); окисляющее действие газов усиливается на свету (фотодеструкция);
   2. сильно концентрированные и особенно окисляющие кислоты;
   3. концентрированные щелочи; уже 10%-ные растворы едких щелочей вызывают омыление и начальный распад битумных материалов;
   4. вода, которая может нарушить контакты вяжущего с заполнителем и снизить прочность и стойкость мастик и асфальтобетонов однако этот процесс протекает длительное время;
   5. большинство органических растворителей (особенно неполярного типа), растворяющих битумные материалы;
   6. низкие температуры (ниже —40, —50°С), которые вызывают стеклование битумов и значительную усадку и разрушение их;
   7. повышением темпертуры до 30—70°С, в зависимости от марки, вызывает размягчение, расплавление и стекание битумных покрытий; специально обработанные (окисленные) битумы длительно выдерживают температуру до 100°С;
   8. микроорганизмы, которые разрушают битумные покрытия в грунте.

Однако, несмотря на недостаточно высокие противокоррозионные свойства, битумные мастики, асфальтобетоны и рулонные материалы, благодаря экономичности и доступности битума, широко используются в строительстве для водо- и химической изоляции.
Стойкость битумов с наполнителями в большой степени зависит от природы и стойкости последних, а также от полноты контакта с наполнителем, что достигается тщательностью перемешивания. Не следует, например, для кислых сред использовать природный известняковый асфальт или включать карбонатные наполнители, каолин и трепел.

Рис. 1. Изменение пористости и прочности асфальтобетонов в зависимости от количества битума в смеси
1 — общая пористость; 2 — водопогло- щение; 3 — прочность при сжатии

Суммарная пористость асфальтобетонов достигает 10%, а иногда и 15% (рис. 1). Определяемая обычным способом суммарная пористость битумно-минеральной смеси составляет около 5%, из которых 1,5% приходится на поры заполнителей, 2%—на поры вследствие температурной усадки битума и 1,5%—на поры, заполненные воздухом, вовлеченным при приготовлении смеси.

Полное заполнение микропор достигается при содержании в смеси 12% битума и величине пор в межзерновых пространствах не более 3 мк. В этих же условиях наблюдается и максимальная прочность, которая при дальнейшем увеличении содержания битума снижается (см. рис. 1).
Наличие в асфальтобетоне пор величиной 3 мк мало влияет на прочность, но снижает водоустойчивость.

Постоянное присутствие воды в мелких порах способствует отслаиванию битума с поверхности минерального материала. Крупные поры оказывают значительное влияние на прочность асфальтобетона и практически не влияют на его водостойкость, способствуя только поступлению воды в мелкие поры. Сцепление битума с покрываемой поверхностью зависит от изменения вязкости, содержания активных веществ, введения некоторых добавок и от изменения толщины слоя битума.
В свою очередь показатель сцепления определяет прочность и, что особенно важно, водостойкость асфальтобетона (рис. 2). Водонасыщение и набухание асфальтобетонов при понижении показателя сцепления резко возрастает. Эти закономерности отмечены в отношении заполнителя как из кварцевого песка, так и из карбонатных пород.
Изменение прочности асфальтобетона после 7—28-дневного пребывания в воде показано в табл. 2.

Таблица 2.
Изменение прочности асфальтобетонов в зависимости от количества битума в смеси и времени перемешивания

Время перемешивания в мин	Процент покрытия заполнителя битумом		Водонасыщение в %	Прочность при сжатии в кгс/см2
	вначале	после кипячения		начальная	после выдерживания в воде в сутках
					7	14	28
Песчаный асфальтобетон (битума 7%)
1	93	80	6	53	43	39	35
3	95	87	5,6	56	45	31	25
5	95	94	5,3	61	43	42	34
Песчаный асфальтобетон (битума 7%)
1	66	59	5	173	65	53	33
3	77	69	3,6	81	76	60	23
5	92	84	2,3	85	83	81	62
15	95	94	0,8	87	85	83	67
210	99	93	0,7	109	114	124	105

Как видно из таблицы большое влияние на повышение показателя сцепления, а вместе с этим на абсолютную прочность и водоустойчивость асфальтобетонов оказывает время перемешивания смеси.
Вследствие того, что работа с горячими битумными мастиками не безопасна, применяются также и «холодные» мастики. Если горячие мастики приготовляются и наносятся при температуре 150—170°С и попадание их брызг на кожу вызывает болезненные ожоги, то холодные мастики могут использоваться уже при температуре 60—90° С, что менее опасно.
Холодные мастики приготовляются на основе тех же битумов, но с добавлением в смесь до 20% зеленого масла (продукт нефтепереработки) или до 50% нетоксичного петролатума.
Адгезия таких мастик с керамикой находится в пределах 5—7 кгс/см2, однако следует заметить, что холодные мастики по сравнению с горячими значительно медленнее сохнут и твердеют.

Рис. 2. Изменение водостойкости асфальтобетонов в зависимости от показателя сцепления (степени покрытия песка битумом)

1. — после часового кипячения в воде;
2. — после 28 суток выдерживания в

Значительно более эффективные мастики и бетоны могут быть получены на основе синтетических смол.