Дегти. Заполнители, наполнителию. Часть 1

Дегти - органические вяжущие вещества, черно-коричневого цвета, состоящие из высокомолекулярных углеводородов в основном ароматического ряда и их соединений с серой, азотом и кислородом.

Дегти получаются как побочный продукт при сухой (без доступа воздуха), перегонке твердых топлив (каменного и бурого угля, торфа, сланцев, древесины). В строительстве главным образом применяют каменноугольные дегтевые вяжущие вещества, широко используются и сланцевые дегти, называемые сланцевыми битумами. Дегтевые вяжущие вещества подразделяются на следующие виды.

Сырой каменноугольный деготь: низкотемпературный, получаемый при полукоксовании каменных углей при температуре 500-700 ºС и выработке генераторного газа, и высокотемпературный, получаемый при коксовании или газификации угля при температуре 1100- 1300 ºС. Выход сырого дегтя составляет до 5 % массы коксуемого угля. Сырой деготь содержит большое количество легколетучих и кристаллических, а также токсичных и окисляемых веществ, что приводит его к быстрому старению, поэтому сырой деготь отправляют на перегонку для получения отогнанного дегтя.

Отогнанный деготь получают из сырого низкотемпературного дегтя в результате отгонки воды и летучих веществ (лигроиновой и керосиновой фракций).

Окисленные дегти получают из отогнанных дегтей с помощью дополнительного окисления воздухом при температуре 170 - 2000С в течение 4-16 ч в зависимости от сырья и вязкости.

Пек - твердый остаток, получаемый в результате фракционной разгонки низкотемпературных сырых дегтей с выделением из них легких масел (до 170 ºС), средних (170 -270 ºС), тяжелых (270-300 ºС) и антраценового (300 - 360 ºС). Пек представляет собой твердое или вязкое аморфное вещество черного цвета, состоящей из высокомолекулярных углеводородов, их производных и свободного углерода. Каменноугольный пек выпускают двух видов среднетемпературный (марок А и Б) и высокотемпературный. Они различаются главным образом по температуре размягчения.

Составленные дегти получают смешением горячего пека с дегтевыми маслами (в первую очередь антраценовым) или другими жидкими дегтевыми веществами. Они широко применяются в строительстве, так как, изменяя соотношение между пеком и жидкой фракцией, можно получить деготь требуемой вязкости и температуры размягчения.

Дегти имеют переменный групповой состав в зависимости от исходного сырья и способов его переработки. Для определения группового состава деготь подвергается фракционной разгонке. В нем содержатся твердые, углистые неплавкие вещества, нерастворимые в органических растворителях, называемые свободным углеродом, дегтевые смолы - твердые неплавкие, растворимые только в пиридине, вязкопластичные плавкие дегтевые смолы, растворимые в бензоле и хлороформе, и жидкие дегтевые масла.

К дегтевым вяжущим вещества относится сланцевый деготь. Сланцевый деготь получается при сухой перегонке горючих сланцев при температуре 500 -600 ºС без доступа воздуха. По консистенции он разделяется на жидкий и вязкий. Сланцевые дегти часто называют битумами, поскольку их групповой состав и свойства близки к характеристикам битума. Групповой состав сланцевых дегтей следующий: масла - 46 -60 % по массе, смолы - 18 - 27%, асфальтены - 12 - 30%.

Дегти. Заполнители, наполнителию. Часть 2

Деготь представляет собой сложную дисперсную систему, в которой дисперсной фазой является свободный углерод и твердые смолы (высокомолекулярные углеводороды), а средой - масла. На поверхности частиц углерода содержатся слои молекул вязкопластичных смол, кислых и основных веществ. В зависимости от концентрации этих образований изменяются структура и вязкостные свойства дегтя. По структуре деготь представляет собой суспензию, поэтому вязкость его обычно зависит от концентрации твердой фазы, механических и тепловых воздействий. При пониженных температурах некоторые ароматические углеводороды выкристаллизовываются с образованием нафталина, антрацена и других, что ухудшает свойства дегтя. В отличие от битумов в дегтях помимо анионоактивных веществ содержатся и катионоактивные, что улучшает сцепление с материалами. Дегти быстрее стареют, чем битумы, что уменьшает долговечность ИСК на их основе.

Для производства ИСК на органических вяжущих веществах используются заполнители, наполнители и минеральные добавки для формирования асфальтового вяжущего вещества. В качестве крупного заполнителя применяют щебень и гравий.

Щебень изготавливают из прочных, морозостойких невыветрелых горных пород магматического, осадочного и метаморфического происхождения, а также из шлаков доменной и цветной металлургии. В щебне не допускается содержание глинистых и пылевидных фракций свыше 2 % по массе.

Гравий неоднороден по минералогическому составу и вследствие гладкой поверхности дает слабое сцепление с асфальтовым вяжущим веществом. Поэтому принято не менее 50 % гравия дробить перед применением его в асфальтобетоне.

На качество щебня установлены следующие требования в ГОСТе:

• по прочности исходной породы в водонасыщенном состоянии не менее 100 МПа - для магматических и метаморфических пород и не менее 80 МПа - для осадочных пород и шлаков;
• морозостойкости - 50 циклов для верхнего слоя и 25 циклов для нижнего слоя независимо от происхождения горной породы;
• зерновому составу - обязательна сортировка по фракциям 5(3) - 10, 10 - 20; 20 - 40 мм, а также по дробимости щебня в металлических цилиндрах при сжатии, истираемости и сопротивлению удару.

Мелким заполнителем является песок. Песок применяют природный и искусственного дробления.

Минеральный порошок является основным наполнителем. Eго получают измельчением известняков и доломитов, известняковых или доломитовых асфальтовых пород и основных доменных шлаков. Основной характеристикой порошка является топкость помола; необходимо, чтобы частиц размером до 0,071 мм содержалось не менее 70 % по массе.

Среди других требований к качеству минерального порошка следует выделить пористость в уплотненном состоянии порошка под нагрузкой 30,0 МПа - не более 40 % по объему. Коэффициент водостойкости из смеси порошка с битумом должен быть не менее 0,7. Показатель битумоемкости (ПБ) должен быть не более 100 г.

В заводских условиях минеральные порошки должны находиться в условиях, предохраняющих их от увлажнения и слеживаемости. Содержание глинистых частиц в них должно быть не более 1,5%.