Materiały bitumiczne

są to mieszaniny stałych i ciekłych węglowodorów oraz ich pochodnych,

1. występujące w naturalnych kopalinach

2. stanowiące produkty przeróbki paliw stałych (węgla, drewna) oraz ropy naftowej

Największą grupę stanowią lepiszcza:

• oleje,

• asfalty

• smoły i paki

Asfalty - Złożone mieszaniny :

• Asfaltenów

• Żywic asfaltowych

• Olei węglowodorowych

• Wielkocząsteczkowych kwasów (łańcuchowych i pierścieniowych)

1. Występują w przyrodzie

• W skałach - łupki bitumiczne

• W skupiskach na powierzchni ziemi -jeziora asfaltowe

2. Otrzymywane z przeróbki ropy naftowej;

asfalt -pozostałość po destylacji mazutu

Asfalty To układy koloidalne:

• faza rozpraszająca - malteny (składniki oleiste rozpuszczalne w n-heptanie M=500 Ⴘ1000). Malteny to inaczej: Oleje, Żywice oleiste, Żywice asfaltowe

• faza rozproszona - asfalteny (składniki oleiste nierozpuszczalne w n-heptanie, M=2000Ⴘ100 000)

Kompozyty bitumiczne

Stosowane „na gorąco” Stosowane „na zimno”

Aby osiągnąć właściwą dla użytkowania konsystencję, należy przed użyciem obniżyć ich lepkość przez:

- Ogrzewanie na miejscu budowy (150Ⴘ180 ^oC)

- dodatek olejów lub rozpuszczalników organicznych (90Ⴘ100 ^oC)

- Przetworzenie w emulsje asfaltowe, składające się z wody i cząstek koloidalnych bitumów stabilizowanych emulgatorami

• Chemiczny charakter emulsji ma istotne znaczenie dla jej nakładania na odpowiednie podłoże kamienne.

• kruszywa z kamieni zasadowych (wapienie, dolomity) wymagają stosowania emulsji anionowych,

• kruszywa z kamieni kwaśnych (kwarcyt i granit) - emulsji kationowych.

Materiały bitumiczne w budownictwie

Materiały przeciwwilgociowe - stosowane są do ochrony budowli przed działaniem wody pochodzącej z gruntów, z opadów oraz wody pochodzącej ze skraplania się wody z powietrzem. Z uwagi na różnorodność potrzeb wynikających z konstrukcji i na przeznaczenie budowli, warunków eksploatacji istnieje szeroka gama materiałów izolacyjnych. Można je podzielić na grupy: materiały konsystencji gęstych past, mas, kitów, cieczy, materiały rolowe, papy na różnego rodzaju nośnikach i folie z tworzyw sztucznych i metalowych materiały sypkie w postaci proszków hydrofobowych ( otrzymywane na bazie mineralnych)

Właściwości asfaltu konsystencja - stała, półstała, ciekła o dużej lekkości, barwa - ciemnobrązowa, topliwość - przy podwyższonej temp. zmiany stanu skupienia zachodzą bez widocznej granicy nie wydzielają zapachu w stanie nieorganicznym. Pod względem chemicznym asfalty stanowią mieszaninę węglowodorów i ich pochodnych. Charakterystycznym jest dla asfaltów ich skład grupowy, wg. którego można podzielić je na podstawie ich rozpuszczalności w rozpuszczalnikach organicznych. Jest to klasyfikacja (Marcuusona): składniki olejowe - lekkie oleje mineralne g <1 g/cm2 jest to mieszanka nasyconych i nienasyconych węglowodorów zawierających również związki cykliczne. Składniki te nadają asfaltom miękkość i zdolność do upłynnienia się.

Żywice asfaltowe - twarde masy o gęstości cząsteczkowej poniżej 1000, mięknący w temp. 100C. Rozpuszczalne w czystej benzynie charakteryzuje je wysoka ciągliwość i wysoka temp. topnienia. Zwiększają ciągliwość i plastyczność asfaltu.

Smoły , paki, wyroby asfaltowe, lepiki , kity

SMOŁY - są płynnymi lub półstałymi produktami o rozkładowej destylacji substancji organicznej. Posiadają gęste konsystencje. Są maziste, barwa brunatna lub szara. Wydzielają charakterystyczny zapach. Rozróżnią się smoły z węgla kamiennego, brunatnego, torfu i drewna. Smoły z węgla kamiennego koksownicze lub gazownicze wysoką temp. jako jedyne posiadają zastosowanie w budownictwie z uwagi na zawartość wody oraz lekkich olejów. Dla jej uzdatnienia poddaje się ją procesom destylacji, w wyniku których otrzymuje się smoły destylowane oraz różne produkty destylacji tzw. oleje i paki.

Oczyszczone frakcje surowych smół węglowych oraz mieszaniny surowej smoły pogazowej bądź oleju smołowego z pakiem węglowym, mające określone właściwości fizykochemiczne, przydatne w zastosowaniach praktycznych, noszą nazwę smół preparowanych. Należą tu m.in.:

• smoła dachowa (np. 65% paku + olej smołowy),

• lepik smołowy,

• smoła drogowa (np. 60% paku + olej antracenowy), często stabilizowana (15-20%) dodatkiem asfaltu,

Niektóre smoły preparowane są obecnie zastąpione przez preparaty sporządzane na bazie asfaltu ponaftowego, zwane potocznie masami bitumicznymi.

SMOŁA WĘGLOWA:
PRODUKT SUCHEJ DESTYLACJI WĘGLA KAMIENNEGO

WĘGIEL KAMIENNY → OGRZEWANIE BEZ DOSTĘPU POWIETRZA → SMOŁA WĘGLOWA

1 000 kg 55 kg

55 kg smoły węglowej zawiera: - benzen 0.90 kg

naftalen 2.25 kg

toluen 0.05 kg

ksyleny 0.05 kg

fenol 0.23 kg

krezole 0.90 kg

Smoły preparowane są obecnie zastąpione przez preparaty sporządzane na bazie asfaltu ponaftowego, zwane potocznie masami bitumicznymi.

Niezależnie od tego część zastosowań smół jest ograniczana z powodu obecności istotnych stężeń składników rakotwórczych, a same smoły surowe (poza drzewną) również są sklasyfikowane jako rakotwórcze.

Tworzywa sztuczne
produkty, których głównym składnikiem są związki wielkocząsteczkowe

• Naturalne modyfikowane chemicznie

• Syntetyczne otrzymane na drodze polireakcji

Związek wielkocząsteczkowy naturalny + dodatki = naturalne tworzywo (żywica naturalna) modyfikowane

Monomer → związek wielkocząsteczkowy syntet. tworzywo sztuczne (żywica syntetyczna) + dodatki

Dodatki: wypełniacze, zmiękczacze, pigmenty i barwniki, stabilizatory, środki antyelektrostatyczne

Polimery naturalne

Grupa związków występujących powszechnie w przyrodzie takich jak skrobia, celuloza, białko lub kauczuk naturalny.

Kauczuk naturalny

Polimery syntetyczne

Wielkocząsteczkowe związki organiczne powstające przez połączenie wielu stale powtarzających się identycznych elementów podstawowych - merów

Monomerem może być każda cząsteczka posiadająca jedno wiązanie podwójne lub przynajmniej dwie grupy funkcyjne

POLIMERYZACJA - Polimeryzacja łańcuchowa

Y* + CH2=CH2 → Y-CH2-CH2* + CH2=CH2 → Y-CH2-CH2-CH2-CH2* itd.

nCH2=CH2 →[-CH2-CH2-]n

eten (etylen) polietylen

Trzy etapy:

• Inicjowanie

• Wzrost łańcuha

• Zakończenie wzrostu łańcucha

Typowe polimery

Polietylen		Folia, opakowania, rury, izolacje elektryczne
Polistyren		Opakowania, izolacja elektr. izolacja cieplna (styropian)
Poliakrylan metylu		Stosowany do wyrobu klejów i lakierów
Polialkohol winylowy		Do produkcji klejów odpornych na ciecze organiczne
Polimetakrylan metylu		Do szklenia kabin i okien samolotów, szybowców; osłony na lampy i światła samochodowe; w budownictwie zadaszenia, ścianki działowe
Polioctan winylu		Powłoki ochronne, kleje, folie

Polikondensacja

Reakcja z wydzielaniem produktu ubocznego, np.: H₂O, NH₃, HCl, CO₂ itp.

H₂N-R-C-OH + H-N-R-C-OH → H₂N-R-C N-R-C-OH + H₂O

n H₂N-R-COOH → H-[HN-R-C-NH-R-CO-]n-OH + (n-1)H₂O

Poliamidy to również produkty polikondensacji diamin z kwasami dikarboksylowymi

Zastosowanie: do celów konstrukcyjnych; do wyrobu spadochronów, węży strażackich, taśm transportowych, pasów bezpieczeństwa

Żywica fenolowo-formaldehydowa
-produkt polikondensacji fenolu i formaldehydu

Zastosowanie: Kształtki, laminaty, żywice, galanteria, lakiery, tłoczywa

• aminoplasty

to głównie żywice mocznikowo - formaldehydowe i melaminowo - formaldehydowe.

Stosowane do wyrobu klejów i lakierów chemoutwardzalnych oraz jako środki do impregnacji drewna i tkanin

silikony - polimery krzemoorganiczne zawierające wiązanie siloksanowe -SiO-

Najbardziej rozpowszechnione mają grupy CH₃ i C₆H₅ połączone z atomem krzemu

Zastosowanie: oleje, pasty i smary, lakiery, kauczuki, żywice, laminaty, kleje i emulsje hydrofobowe

Poliaddycja

• polimeryzacja „wędrowna” (podczas tworzenia makrocząsteczki następuje przemieszczenie atomów)

• Warunkiem jest, by jeden z monomerów zawierał ruchliwy atom np. wodoru, a drugi miał grupę zdolną do jego przyłączenia.

O O

HO-R-OH + C=N-R-N=C + HO-R-OH →

diol diizocyjanian diol

O O

H-[-O-R-O-C-N-R-N-C-O-R-O-]n-H

H H

Właściwości tworzyw sztucznych

Elastomery - to polimerowe tworzywa sztuczne lub naturalne, które cechuje zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości ich struktury. Elastomery to szersza grupa materiałów niż gumy, które stanowią tylko jedną z klas elastomerów. Elastomer posiada zdolność zmiany w szerokim zakresie swoich wymiarów w momencie gdy jest poddawany naprężeniom rozciągającym, ścinającym lub ściskającym oraz następnie powrót do poprzednich wymiarów. Np: niektóre rodzaje gum opartych na kauczukach silikonowych można rozciągnąć o 100% pierwotnych wymiarów bez zerwania.

Zdolność elastomerów do zmiany wymiarów wynika z ich specyficznej budowy chemicznej. Elastomery są usieciowanymi polimerami, które można sobie wyobrazić jako chaotyczną plątaninę bardzo długich i cienkich cząsteczek, która przypomina nieco ugotowanie spaghetti. Łańcuchy polimerów w posiadają zdolność tzw. ruchów segmentalnych, które polegają na skoordynowanej zmianie konformacji grup 3-5 merów. Dzięki możliwości wykonywania ruchów segmentalnych łańcuchy polimerów mogą pod wpływem zewnętrznych naprężeń ulegać deformacjom (np: "prostować się") co powoduje zmianę wymiarów zbudowanych z nich materiałów.

Plastomery :
- termoplasty ( podgrzane do wysokiej temp. są rozciągliwe )
- duroplasty termoutwardzalne (twardnieją w zależności od temp. )
- duroplasty chemoutwardzalne (twardnieją przez utwardzacz )

Tworzywo termoplastyczne - Tworzywa sztuczne, które w określonej temperaturze i ciśnieniu zaczyna mieć własności lepkiego płynu. Tworzywa termoplastyczne można kształtować przez tłoczenie i wtryskiwanie w podwyższonej temperaturze a następnie szybkie schłodzenie do temperatury użytkowej.

Termoplasty można przetwarzać wielokrotnie w przeciwieństwie do duroplastów, jednak po każdym przetworzeniu zazwyczaj pogarszają się ich własności użytkowe i mechaniczne na skutek zjawiska depolimeryzacji oraz degradacji tworzących te tworzywa polimerów lub żywic.

Dzięki zjawisku termoplatyczności tworzyw sztucznych, można je kształtować w jednym, względnie prostym i szybkim procesie technologicznym. Umożliwia to tworzenie z nich przedmiotów o bardzo złożonym kształcie, który nie mógłby być osiągnięty przy pomocy technik skrawania, stosowanych dla metali czy technik spiekania stosowanych dla materiałów ceramicznych. Oprócz masowej produkcji z tworzyw termoplastycznych za pomocą technologii wtrysku skomplikowanych kształtek wykorzystywanych jako naczynia domowego użytku, elementy zabawek, mebli czy karoserii samochodów, można z nich także otrzymywać rury i folie w procesach ciągłego tłoczenia i wytłaczania. Wydmuchiwanie tworzyw termoplastycznych jest z kolei stosowane masowo do produkcji plastikowych butelek.

Do najczęściej stosowanych tworzyw termoplastycznych można zaliczyć:

• polietylen (PE) polipropylen (PP)

• polistyren (PS) oraz wersja wysokoudarowa (HIPS) polichlorek winylu (PVC)

• poli(tlenek metylenu) (PMO) poli(tereftalan etylenu) (PET)

• polimetakrylan metylu (PMMA)

Duroplasty, tworzywa utwardzalne, grupa tworzyw polimerowych (kondensacyjnych) przechodzących nieodwracalnie ze stanu plastycznego w stan utwardzony w wyniku działania podwyższonej temperatury (tworzywa termoutwardzalne), pod wpływem czynników chemicznych (tworzywa chemoutwardzalne), bądź w wyniku łącznego działania temperatury i czynników chemicznych.

Zaletami, które wpływają na powszechne zastosowanie duroplastów są: sztywność, stabilność wymiarów, nierozpuszczalność, nietopliwość oraz dobre własności elektroizolacyjne. Wady natomiast to kruchość (zmniejszana przez zastosowanie napełniaczy) oraz niemożliwość powtórnego formowania.

Duroplasty stosowane są w postaci mieszanek (żywica+napełniacz) do tłoczenia, laminatów, tworzyw piankowych, żywic technicznych, klejów, lakierów itp. Najważniejszymi duroplastami są: fenoloplasty, aminoplasty, żywice poliestrowe nienasycone, żywice epoksydowe oraz część żywic silikonowych.

Dzięki właściwością fizycznym i chemicznym tworzywa sztuczne mają szerokie zastosowanie w przemyśle. Są coraz częściej stosowane zamiast innych droższych materiałów, dzięki czemu nowoczesne produkty są tańsze, lżejsze i często mają lepsze własności wytrzymałościowe. Technologie tworzyw sztucznych podobnie jak technologie krzemowe stają się coraz bardziej skomplikowane, a co się z tym wiąże wydajniejsze. Mają coraz większy wpływ na rozwój cywilizacji . Znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, elektronice, urządzeniach gospodarstwa domowego i innych. Materiały z tworzyw sztucznych są materiałami XXI wieku. Wypierają przedmioty i części wykonane z innych materiałów .

TWORZYWA SZTUCZNE W BUDOWNICTWIE:

Tworzywa sztuczne nie są dotychczas podstawowym materiałem konstrukcyjnym. Próby stosowania polieterów zbrojonych tkaniną szklaną (polimale) do lekkiego budownictwa nie mają znaczenia gospodarczego. Natomiast domeną tworzyw sztucznych w budownictwie jest wyposażenie wnętrz (wykładziny podłogowe, ramy okienne i drzwiowe) oraz pokrycia dachowe (płyty z laminatów poliestrowych, płyty PCW i PMM jako świetliki). Z PCW metodą wytłaczania wytwarza się poręcze i listwy podłogowe. Nowością są tapety samoprzylepne z warstwą pianki (izolator cieplny i akustyczny). Podobne funkcje spełniają płyty styropianowe wytwarzane dla budownictwa w wersji trudno palnej, a więc zawierającej antypiren. Nowością w budownictwie są profilowane blachy z warstwą ochronno - ozdobną tworzywa, nałożoną w procesie hutniczym; służą one jako wykładzina zewnętrzna budynków i w budowie statków. Przyszłościowym materiałem budowlanym są polimerobetony, złożone z wypełniacza mineralnego i chemoreaktywnej żywicy syntetycznej, np. epoksydowej. Rozrzut granulometryczny ziaren winien zapewniać maksymalny udział taniego wypełniacza w stosunku do drogiego lepiszcza. Gwarantuje to uzyskanie dużej wytrzymałości polimerobetonów (ich wysoka cena na razie uniemożliwia szersze stosowanie). Zastępowanie tradycyjnej armatury i rurociągów wyrobami z tworzyw sztucznych jest ograniczone małą odpornością na gorącą wodę, szczególnie pod ciśnieniem panującym w wysokich budynkach.

---