Politechnika Gdańska Rok akademicki 1998/99

Wydział Budownictwa Lądowego

SPRAWOZDANIE

z MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

 

Temat: Materiały bitumiczne.

Arkuszowe materiały izolacyjne.

Rzodkiewicz Michał

(środa, godz. 11:15)

Pod pojęciem bitumów rozumiemy dwie grupy lepiszcz bitumicznych:

• asfalty

• smoły i paki

Asfalty mogą być pochodzenia naturalnego lub uzyskiwane z przeróbki ropy naftowej (destylacji). Mają konsystencję stałą lub półpłynną, a pod wpływem ogrzewania przechodzą w stan ciekły. Asfalty są odporne na działanie większości kwasów, zasad lub soli. Stanowią surowiec wyjściowy do produkcji materiałów wodoszczelnych i przeciwwilgociowych.

Smoły są produktami ciekłymi lub półciekłymi pochodzącymi z suchej destylacji substancji organicznych, takich jak: węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf itp. (po wystygnięciu ciało stałe). W budownictwie smoły destylowane są używane jako smoły dachowe, czasami stosuje się je do wyrobu mas do impregnacji papy. Ich zaletą jest duża i agresywna działalność na szkodniki organiczne.

Ze względu na dość intensywny zapach smoły nie można stosować wyrobów smołowych w pomieszczeniach, w których stale będą przebywali ludzie oraz w pomieszczeniach inwentarza żywego (smoła wydziela fenole).

Smołę techniczną uzyskujemy poprzez odpowiednie jej zagęszczenie.

Paki są stałą pozostałością po destylacji smół, kwasów tłuszczowych, wosków itp. Do celów izolacyjnych używa się wyłącznie paków ze smół z węgla kamiennego.

Lepiszczami - nazywamy materiały wiążące pochodzenia organicznego: asfalt, smoła (zdolność adhezji).

Spoiwami - nazywamy materiały pochodzenia nieorganicznego: cement, wapno, gips.

Bitum - mieszanina węglowodanów wielkocząsteczkowych pochodzenia naturalnego lub otrzymana w procesie pirogenezy o konsystencji od ciekłej do stałej, rozpuszczalne w dwusiarczku węgla (benzen) i inne rozpuszczalniki organiczne (nafta, benzyna).

Asfalty mają dwojakie pochodzenie

• asfalty naturalne - w postaci jezior tzw. kopalin, które powstają na skutek wielowiekowego zalegania ropy naftowej w złożach i po odparowaniu lekkich składników, (wydobywane są np. na Bermudach i na wyspie Trynidad).

• skały bitumiczne - pozostałość po ropie naftowej (Albania, Meksyk, Rosja, w Polsce brak)

Cechy wspólne materiałów bitumicznych:

• czarna barwa

• mięknienie i przechodzenie w stan ciekły pod wpływem ogrzewania

• rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych

• odporność na działanie wilgoci

• nierozpuszczalne w wodzie

UWAGA: występują także produkty noszące nazwę emulsji (zawiesiny drobnych cząsteczek asfaltu w wodzie z dodatkiem emulgatorów (np. mydła sodowego) rozpuszczalnych w wodzie; emulsja stosowana jest do gruntowania podłoży suchych i mokrych pod właściwą izolację wodoszczelną i do antykorozyjnej ochrony elementów budowlanych)

Przemysł rafineryjny podzielony został na 3 rodzaje:

• ropy naftowe mogą być przerabiane w rafinerii, zawartość czystego asfaltu do 80%, bardzo mała zawartość parafiny, rzadko przerabiany,

• ropy półasfaltowe - zawartość asfaltu 10 - 30%, przerabiane w rafineriach, uzyskuje się: benzyny, oleje napędowe, oleje smarne (obecnie oleje syntetyczne) oraz asfalt,

• ropy bezasfaltowe (rafineria Gdańska) - ropy bezasfaltowe, prawie nie zawierają asfaltu, zawierają natomiast parafinę (najcenniejsze ropy do produkcji benzyn - najczęściej lotniczych).

Przemysł rafineryjny produkuje asfalty dwóch grup:

• asfalty drogowe

• asfalty przemysłowe

Asfalty drogowe stosowane są wyłącznie do pewnych celów, głównie do budowy i utrzymania nawierzchni dróg miejskich czy też na lotniskach.

(jezdnia - beton bez wody na lepiszczu asfaltowym)

Podzielone zostały także na typy i rodzaje.

Typy:

D - asfalt drogowy bezparafinowy - zawartość parafiny do 2%,

D_p - asfalt drogowy parafinowy - zawartość parafiny do 3%.

Rodzaje:

W zależności od wartości penetracji rozróżnia się w każdym typie 7 rodzajów asfaltów oznaczonych w sposób następujący: 300; 200; 100; 70; 50; 35; 20 (najniższa wartość - w celu badania konsystencji).

Badania charakterystyczne - pomiar penetracji dla asfaltów drogowych (w celu określenia twardości i konsystencji), za pomocą przyrządu nazywanego penetrometrem.

Miarą penetracji jest głębokość zanurzenia specjalnej igły w badanym asfalcie, w określonym czasie i przy określonym obciążeniu. Jednostka głębokości penetracji równa jest 0,1 mm na którą zanurzy się igła przy obciążeniu 100g i temperaturze +25°C w ciągu 5 sekund.

Próbki badanego asfaltu (2 szt.) wlane są przez sito do naczyń penetracyjnych (ze szkła lub aluminium o ustalonej średnicy). Następnie wygrzewane są w tzw. ultratermostacie - 5 litrowym zbiorniku wody wyposażonym w mieszadło, grzejnie i urządzenia termoizolacyjne (woda przed badaniem musi mieć +25°C).

Badaną próbkę nakłuwa się w 3 punktach w odległościach pomiędzy nimi co najmniej 1 cm (również od ścianki naczynia). Bardzo ważną czynnością jest tutaj ustawienie grotu igły nad asfaltem, nie ponad nim czy w nim, ale dokładnie na styku. Przy takim ustawieniu zwalniamy igłę na 5 sekund i dokonujemy odczytu (przed każdym nakłuciem igłę przemywa się w benzynie i wyzerowuje instrument).

Największa dopuszczalna różnica między największym i najmniejszym pomiarem:

w zależności od asfaltu: 0-50 - 2 jednostki,

1. - 4 jednostki,

1. - 6 jednostek,

>250 - 6 jednostek.

Asfalty przemysłowe - ze względu na właściwości fizyczne przyjęto następujący podział i oznaczenia:

Typy

PK - asfalt przemysłowy kruchy - zastosowanie: w przemyśle papierniczym jako substancje izolujące, w przemyśle gumowym jako dodatek plastyfikujący, w górnictwie do produkcji brykietów, zastosowanie również w przemyśle elektrotechnicznym,

PS - asfalt przemysłowy izolacyjny o podstawowym przeznaczeniu w przemyśle materiałów budowlanych jako masy powłokowe impregnacyjne, w produkcji pap, emulsji, roztworów asfaltowych, lepików, kitu oraz innych materiałów izolacyjnych.

W zależności od temperatury mięknienia asfalty przemysłowe kruche dzieli się na 5 gatunków:

PK-60, PK-70, PK-90, PK-120, PK-135

gdzie:

PK - asfalt przemysłowy kruchy, 60 - temperatura mięknienia

W zależności od temperatury mięknienia i stopnia uplastycznienia asfalty przemysłowe izolacyjne dzieli się na następujące gatunki:

PS-40/175, PS-75/30, PS-80/20, PS-85/25, PS-85/40, PS-105/15

Pomiar temperatury mięknienia jest dla asfaltów przemysłowych badaniem charakterystycznym. Wyróżniamy dwie metody badania:

1. P i K - pomiar metodą pierścienia i kuli

2. K i S - Krämera Sarnowa

Temperatura mięknienia wg metody pierścienia i kuli jest to temperatura przy której asfalt umieszczony w znormalizowanym pierścieniu w określonych warunkach, pod ciężarem stalowej kulki dotknie podstawy aparatu.

Do wykonania tego pomiaru w dwóch otworach przyrządu umieszcza się pierścienie wypełnione asfaltem - obciążenie stanowi stalowa kulka o średnicy 9,5 mm (ściśle określona masa).Całość wypełniona jest wodą lub gliceryną a następnie podgrzewana tak aby przyrost temperatury był równy 5ºC na minutę. Temperatura mięknienia to taka, dla której mięknący asfalt pod wpływem stalowej kulki dotknie podstawy aparatu.

Dopuszczalne odchyłki:

• dla asfaltu o temperaturze mięknienia do 50ºC nie może się różnić o 1ºC,

• dla asfaltu o temperaturze mięknienia powyżej 50ºC - 2ºC.

Arkuszowe materiały izolacyjne

• 
  Norma przedmiotowa - dotycząca pap asfaltowych na teksturze. Określa odmiany, rodzaje, wymiary, itp.

• Norma przewodnia - dotycząca przeprowadzania badań technicznych pap asfaltowych na teksturze.

• Nośnik (wkładka, osnowa) - warstwa tekstury przesycona impregnatem asfaltowym (ew. tkanina przemysłowa, folie metalowe, welony szklane zamiast tekstury)

• Papa termozgrzewalna

APP (ataktyczny polipropylen) - pierwsze papy na asfalcie modyfikowanym; produkcji włoskiej.

SBS (sturen - butadien - styren) - modyfikacja papy APP w wyniku której jest ona bardzo trwała (ok 30 lat), odporna na temperatury - zarówno dodatnie jak i ujemne, nieodporna na ultrafiolet (zastosowanie posypek).

APP/SBS - papa podwójna, część zewnetrzna to SBS, a wewnętrzna APP

Podział i oznaczenia pap asfaltowych na teksturze:

Rodzaje:

I - izolacyjna - nie stosuje się do pokryć dachowych, izolacji wodoszczelnych (woda pod ciśnieniem), papaizolacji, warstw zewnętrznych układów izolacyjnych,

P - podkładowe - podstawa izolacji przeciwwilgotnościowych, wodoszczelnej, podkładowe warstwy pokryć dachowych,

W - wierzchniego krycia - tk jak powyżej lecz wierzchnie warstwy pokryć dachowych.

Odmiany:

I/333 - ciężar 1 m² nośnika 333 g

I/400 - ciężar 1 m² nośnika 400 g

I/500 - ciężar 1 m² nośnika 500 g

P/333/1100 - ciężar nośnika, ilość masy impregn., powłoki na m²

P/400/1200 - ciężar nośnika, ilość masy impregn., powłoki na m²

… … …

P/500/1700 - ciężar nośnika, ilość masy impregn., powłoki na m²

W/400/1200 - ciężar nośnika, ilość masy impregn., powłoki na m²

W/400/1600 - ciężar nośnika, ilość masy impregn., powłoki na m²

… … …

W/500/1700 - ciężar nośnika, ilość masy impregn., powłoki na m²

Rodzaje badań technicznych (papy smołowe i asfaltowe):

1. Wygląd zewnętrzny

2. Wymiary

3. Dokładność nasycenia impregnatem

4. Oznaczenie masy składników metodą ekstrakcji

5. Oznaczenie giętkości

6. Oznaczenie przesiąkliwości

7. Oznaczenie nasiąkliwości ( papy smołowe)

8. Oznaczenie odporności na działanie podwyższonych temperatur

9. Oznaczenie zawartości części lotnych

10. - 11. Oznaczenie siły zrywającej przy rozciąganiu i oznaczenie wydłużenia przy rozrywaniu

Dwa rodzaje badań:

• niepełne - wykonywane przy każdym odbiorze nowej partii materiału (dotyczy badań 1, 2, 3),

• pełne - wykonywane w uprawnionych laboratoriach.

Do badania losuje się próbki, które należy przechowywać 24 godz. w ogrzewanym pomieszczeniu, następnie rozwijamy rolki i sprawdzamy stan krawędzi, rozmieszczenie posypki, dziury, uszkodzenia, długość (z dokładnością do 5 cm), szerokość ( do 1 cm).

Wycinamy próbki jednostkowe: odrzucamy pierwsze 1,5 m od brzegu rolki, następnie wycinamy próbki 1,7 m. Z nich wycinamy kółka, kwadraty, zaznaczając kierunek arkusza.

Do badania nr 3 wycinamy próbki o wymiarach 100×100 mm, rozcinamy wkładkę i sprawdzamy, czy kolor jest jednolity.

Ad. 4. Ekstrakcji dokonujemy w czystym benzenie metoda Soxlet'a. Próbki 100×100 mm dzielimy na paski i wkładamy do bibuły ekstrakcyjnej, następnie ważymy próbki z dokładnością do 0,01 g przed jak i po ekstrakcji.

X₁= (g - o) x 100

gdzie: X₁ - ilość masy asfaltowej,

g - masa próbki przed badaniem,

o - masa próbki po badaniu,

100 - powierzchnie próbki.

Ad. 5. Próbki o wymiarach 200×50 mm wycięte w obu kierunkach arkusza przeginamy do okoła półobwodu walca. Następnie sprawdzamy pod mikroskopem wygląd zewn. Średnicę wałka dobieramy wg normy.

Ad. 6. Próbkę umieszczoną w odpowiednim naczyniu poddajemy działaniu słupa wody. Niedopuszczalne jest aby przez papę przesiąkła woda. Wysokość słupa wody określa norma i jest to odpowiednio dla rodzaji: I - 100mm; P - 500 mm; W - 1000 mm, a czas badania to 3 doby.

Ad. 8. Przygotowujemy 6 próbek 100×50 mm wycinając je w dwóch kierunkach arkusza, które zawieszamy w suszarce na półce. Wysokość temperatury określa norma i jest to około 70 ^oC. Proces trwa 2 h. Następnie należy porównać próbkę z oryginałem i opisać zmiany.

Ad.10.,11. Przygotowujemy 10 próbek o wymiarach 250×50 mm (po 5 z kierunku podłużnego i poprzecznego). Próbki umieszczamy w maszynie zrywającej, która rejestruje wartość siły zrywającej, a także wydłużenie próbki. Wartości obliczamy dla każdego kierunku ze wzorów:

E_śr.1 = ( ΔL/L ) × 100%

E_śr.2 = ( ΔL/L ) × 100%

E_śr.koń. = ( E_śr1+ E_śr2 ) / 2

gdzie: E_śr.1 - wydłużenie średnie próbki z kierunku poprzecznego,

E_śr.2 - wydłużenie średnie próbki z kierunku podłużnego,

E_śr.koń. - wydłużenie średnie końcowe,

ΔL - wydłużenie próbki,

L - długość początkowa próbki.

W przypadku naszego badania ΔL = 5 mm, L = 200 mm, a siła zrywająca P = 390 N.

E_śr. = ( ΔL/L ) × 100% = ( 5/200 ) × 100% = 2,5 %

Wg normy badana papa należy do odmiany P 400/1200.

1

---