Lepiszcza bitumiczne -organiczne materiały wiążące, które dzięki zjawiskom fizycznym (adhezji i kohezji) zmieniają swoją konsystencję.

Klasyfikacja lepiszczy bitumicznych:

Lepiszcza bitumiczne: Asfalty, Smoły

Asfalty: naturalne, ponaftowe (drogowe przemysłowe)

Smoły: koksownicze gazownicze (surowe->preparowane)

Asfalty

Mieszanina węglowodorów wielkocząsteczkowych (alifatycznych) pochodzenia naturalnego lub otrzymywane z przeróbki ropy naftowej.

Cechy asfaltu

• odporny na działanie wody,

kwasów, ługów

• rozpuszczalny w rozpuszczalnikach

organicznych (benzyna,

dwusiarczek węgla itp.)

• barwa czarna

• konsystencja stała lub półstała

• pod wpływem ogrzewania miękną

• duszący zapach

• nieodporne na korozję biologiczną

Asfalty naturalne

Jezioro Asfaltowe (ang. Pitch Lake) - miejsce wypływu

naturalnego asfaltu na powierzchnię Ziemi znajdujące się na

wyspie Trynidad w pobliżu miasta La Brea. Powierzchnia tego

"jeziora" wynosi 46 ha, maksymalna głębokość- 106 m.

Zasilane z płytkiego, podpowierzchniowego złoża bitumów,

składa się z mieszaniny wody, bituminów i gazów, w formie

półpłynnej emulsji. Na powierzchniowej partii mieszanina ta

twardnieje, tworząc przy brzegach twardą asfaltową skorupę.

Jezioro odkryte w 1595 r. przez sir Waltera Raleigha,

który zastosował asfalt jako materiał uszczelniający do

kadłubów statków. W późniejszych wiekach eksploatowane na

skalę przemysłową, od początku XIX w. asfalt z jeziora używany

był jako materiał do budowy dróg, po obróbce charakteryzujący

się bardzo dobrymi własnościami (odporność na wysokie

temperatury - powyżej 90 °C). Pokryto nim m.in. Pennsylvania

Avenue, przy której znajduje się Biały Dom.

• występują w pobliżu złóż ropy naftowej

zawartość czystego asfaltu 55÷98 %

• w skałach bitumicznych

zawartość asfaltu 10÷15 %

• twarde, nie stosowane samodzielnie lecz

jako dodatek 5÷15 %

Asfalty ponaftowe

Najcięższa warstwa po destylacji ropy naftowej prowadzonej dwustopniowo w instalacjach rurowo-wieżowych.

• drogowe - destylacja ropy naftowej na poziomie głębokim; dla niższych penetracji

dodatkowo proces utleniania

-D - bezparafinowe (do 2%)

- Dp - parafinowe (do 3%)

obecność parafiny wpływa na obniżenie lepkości, zmniejsza zakres temp. mięknienia,

obniża przyczepność do kruszywa

Symbol D35, D300 (liczba - średnia wartość penetracji)

• przemysłowe - destylacja ropy na poziomie średnim, ze względu na temperatury

łamliwości

Symbol P 40/75

licznik - średnia temperatura mięknienia

mianownik - średnia penetracja

W grupie lepiszczy asfaltowych do nazwy „asfalt” dodaje się czesto okreslenie wskazujace na zródło pochodzenia:

-asfalt ponaftowy,

-asfalt naturalny,

badz technologie otrzymywania:

-asfalt destylacyjny,

-asfalt utleniony.

W polskim potocznym nazewnictwie przez nazwe asfalt rozumie sie mieszanine składajaca sie z lepiszcza asfaltowego i kruszywa mineralnego, stosowana do budowy dróg (np. asfalt lany, beton asfaltowy).

Skład chemiczny asfaltów ponaftowych zwykle jest nastepujacy: wegiel (82-87%), wodór (10-15%), tlen (2-3%), azot (0,1-1,0%), siarka (0,2-7%).

Asfalty drogowe musza charakteryzowac się odpowiednimi cechami w róznych warunkach (obciążenie statyczne, dynamiczne) oraz w szerokim zakresie temperatur

(od -30 do 70o C). Podstawa klasyfikacji asfaltów drogowych SA przedziały penetracji. Penetracja jako miara konsystencji, nazywana jest czesto twardoscia.

 

Zasada pomiaru penetracji asfaltu polega na głebokosci zanurzenia igły penetracyjnej w badanym

asfalcie w penetrometrze, w temperaturze 25o C, przy obciazeniu 100g w ciagu 5 minut.

 

Smoły

Mieszanina węglowodorów wielopierścieniowych (aromatycznych) otrzymywanych z suchej destylacji węgla lub drewna.

Cechy smoły

• odporna na działanie wody,

kwasów, ługów

• rozpuszczalna w rozpuszczalnikach

organicznych (benzyna, dwusiarczek

węgla itp.)

• barwa ciemnobrunatna do czarnej

• konsystencja płynna: rzadka do gęstej

• ostry drażniący zapach (podobny do

dziegciu)

• odporna na korozję biologiczną (grzyby i

bakterie)

• szybciej starzeje się od asfaltu

• toksyczna

Płynne wyroby bitumiczne asfaltowe

• emulsje

Zawiesiny drobnych cząstek (<10μm) w wodzie. Dodatek emulgatorów i stabilizatorów zapewnia trwałość układu.

A - anionowe (do 6 godz.)

K - kationowe (do 3 godz.)

N - niejonowe

• pasty emulsyjne

dodatek gliny bentonitowej, w zależności od temp. mięknienia:

NP - niskotopliwa (mat. gruntujący, szczególnie do robót w podziemiach)

SP - średniotopliwa (samonośne powłoki przeciwwilgociowe, konserwacja pokryć

dachowych)

WP - modyfikowana lateksem, do powłok w trudnych warunkach (odkształcenia

termiczne, rysy skurczowe)

• roztwór asfaltowy

Dodatek szybkoschnącego rozpuszczalnika (benzyna lakowa, solwentnafta, olej naturalny),

czas wysychania max. 12 godz.

R - rzadki

P - półgęsty, półciekły

G - gęsty, ciastowaty

D - dachowy

• lepiki

- na zimno

z dodatkiem wypełniaczy (mączka, włókna), plastyfikatorów i rozpuszczalników

- na gorąco

· z wypełniaczami (do 35%) i dodatkami uplastyczniającymi (oleje, paki)

temp. mięknienia 60÷80oC

temp. zapłonu > 220oC

· bez wypełniaczy)

temp. mięknienia 70÷85oC

temp. zapłonu > 220oC

- lepik do posadzki deszczułkowej ciastowaty, bezwonny

temp. mięknienia 40oC

• masa asfaltowo-aluminiowa

szarosrebrzysty połysk, pokrycia dachowe i antykorozyjne

• masa asfaltowo-cyklokauczukowa

• kit uszczelniający

w 18oC daje się ugniatać i formować, mrozoodporny

dylatacje, szklenia okien

• masa zalewowa

trudnodostępne szczeliny, skomplikowane kształty dobra rozlewność i przyczepność

• lakier

Przeciwrdzewny

Kohezja to przyciaganie sie czastek tego samego ciała.

 

Adhezja to siły wiazace, które powstaja miedzy czasteczkami asfaltu oraz powierzchnia ciała stałego (np. kruszywem), która pokrywa lub otacza błonka asfaltowa. Wraz ze wzrostem temperatury nastepuje zmniejszenie kohezji i adhezji, a wiec malej zdolnosc wiazaca lepiszcza.

Oznaczenie temperatury mięknienia asfaltu metodą "PiK".
Temperaturą mięknienia nazywamy temp., w której znormalizowana próbka asfaltu, w znormalizowanych warunkach ulega znormalizowanej deformacji.
Badanie polega na określeniu temperatury, w której deformująca się próbka asfaltu umieszczona w pierścieniu zanurzonym w ogrzewanej wodzie i obciążona kulką stalową dotknie podstawy aparatu.
Dwa pierścienie z badanym asfaltem umieścić w dwóch otworach płyty aparatu, a w trzecim otworze termometr. Aparat wraz z pierścieniami włożyć do szklanego naczynia napełnionego wodą destylowaną o temp. 50°C, tak aby wysokość słupa wody nad górną pow. pierścieni wynosiła 50 mm. Po 15 min aparat wyjąć z naczynia, ułożyć kulki stalowe na środku każdego pierścienia wypełnionego asfaltem i ponownie włożyć do naczynia. Naczynie ustawić na palniku gazowym i podgrzewać tak, aby przyrost temp. wody po pierwszych 3 min ogrzewania wynosił 5°C/min. Temperaturę, przy której mięknący i uginający się pod ciężarem kulki asfalt dotknie dolnej płyty aparatu przyjmuje się jako temp. mięknienia asfaltu.
Za wynik przyjąć średnią arytmetyczną wyników co najmniej dwóch oznaczeń, nie różniących się między sobą o więcej niż 1°C przy określonej temp. mięknienia do 50°C.
Oznaczenie penetracji asfaltu.
Penetracja określana jest głębokością, na jaką zanurza się w badanym asfalcie znormalizowana igła penetrometru w znormalizowanych warunkach temperatury, obciążenia i czasu. Stopniem penetracji nazywamy liczbę niemianowaną odpowiadającą zagłębieniu igły penetracyjnej na głębokość 0,1 mm.

Grubość wody nad pow. próbki powinna wynosić co najmniej 10 mm. Igłę penetracyjną, przemytom rozpuszczalnikiem i osuszoną, umieścić w sworzniu i obciążyć obciążnikiem wyrównującym masę całej ruchomej części penetrometru do 100g. Następnie igłę tą ustawić w miejscu oddalonym od krawędzi i od środka naczynia o co najmniej 10 mm, tak aby jej koniec lekko dotykał pow. asfaltu, po czym ustawić strzałkę na punkcie zerowym tarczy. Uruchomić sekundomierz i jednocześnie nacisnąć przycisk zwalniający sworzeń, umożliwiając swobodne zanurzenie się igły w próbce asfaltu. Odczyt głębokości penetracji igły wykonuje się po 5s od jej zwolnienia. Wykonać co najmniej trzy pomiary, bezpośrednio jeden po drugim, w różnych miejscach asfaltu.
Wynik podaje się z dokładnością do 1 jednostki penetracji. Za końcowy wynik penetracji przyjąć średnia arytmetyczną wyników trzech pomiarów nie różniących się między sobą o więcej niż 2 do 8 jednostek penetracji w zależności od określonej wartości penetracji.
Oznaczenie ciągliwości asfaltu.
Ciągliwością asfaltu nazywamy jego zdolność do odkształceń podczas rozciągania. Zdolność ta mierzona jest długością próbki w chwili jej zerwania.
Badanie polega na pomiarze długości próbki asfaltu rozciąganej w znormalizowanych warunkach w chwili jej zerwania.
Foremkę z asfaltem umieścić w duktylometrze, zakładają ją na odpowiednich sworzniach. Po ustaleniu się temp. na 25°C uruchomić mechanizm napędowy przyrządu, tak aby prędkość rozciągania asfaltu wynosiła 5 cm/min. Podczas badania obserwować zachowanie się asfaltu i odczytać położenie wskazówki duktylometru w chwili jej zerwania.
Za końcowy wynik przyjąć średnią arytmetyczną wyników trzech pomiarów, nie różniących się między sobą o więcej niż 10%.

temperatura łamliwości wg Fraassa - jest parametrem który charakteryzuje własności asfaltu w niskich temperaturach. Cienka warstwa asfaltu naniesiona na metalową blaszkę jest schładzana o 1°C na minutęi zginana do temperatury, w której nastąpi pęknięcie warstwy lepiszcza.

Reologia (od gr. rhéos płynący) - dział mechaniki ośrodków ciągłych zajmujący się plastycznymi deformacjami (odkształceniami) oraz płynięciem materiałów. Termin reologia został zaproponowany przez Eugene'a Binghama w 1920 r. pod wpływem sugestii Markusa Reinera, zainspirowanej przez słynne stwierdzenie Heraklita "panta rhei", czyli "wszystko płynie".

Reologia opisuje ten aspekt zachowania się ciał stałych, w którym upodobniają się one do lepkiej cieczy. Łyżeczka wstawiona do słoika gęstego miodu zatonie po upływie kilkunastu minut. Istnieją substancje, które przypominają smołę o tak wielkiej lepkości, że tonięcie łyżeczki zajęłoby miesiące lub lata. Reologia pozwala w sposób ciągły opisywać zachowanie ciał, które wykazują cechy zarówno ciała stałego jak i cieczy.

Reologia łączy ze sobą teorię plastyczności - czyli mechanikę ciał plastycznych i mechanikę płynów nienewtonowskich. Zajmuje się zagadnieniami związanymi z odkształceniami i płynięciem rzeczywistych, spotykanych w praktyce materiałów - od stopów metali po rozrzedzone ciecze - takie jak np. piana

Lepkość dynamiczna wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania

Starzeniem nazywamy zmiany, jakie z czasem zachodzą w składzie i strukturze chemicznej asfaltu, prowadzące tym samym do pogorszenia jego jakości. Starzenie asfaltu jest procesem długotrwałym i do chwili obecnej nie w pełni rozpoznanym. Dlatego bliższe poznanie zmian zachodzących w asfalcie podczas jego starzenia jak i  możliwości opóźnienia całego procesu mają duże praktyczne znaczenie.

Na podstawie prowadzonych badań stwierdzono, że typ chemiczny asfaltu oraz czas eksploatacji nawierzchni ma decydujący wpływ na zmiany zachodzące w asfalcie podczas jego starzenia technologicznego (w otaczarni) i eksploatacyjnego (na drodze). Znaleziono związki odpowiadające za efektywne opóźnianie procesu starzenia. Dwa, spośród nich, dodane do asfaltu w ilości 1%, spowodowały dwukrotne zmniejszenie jego lepkości. Ponadto, zidentyfikowano bakterie znajdujace się w zniszczonej nawierzchni oraz określono podatność różnych typów węglowodorów występujących w asfalcie na działanie tych bakterii. Z kolei badania biodegradowalności wykazały, że biodegradacja związków występujących w asfalcie zachodzi powoli.

---