1 Lianţii hidrocarbonaţi sunt amestecuri complexe de hidrocarburi, însoţite de izomerii şi derivatele lor oxigenate, sulfuroase şi azotoase, formând ansambluri. - презентация

1 1 Lianţii hidrocarbonaţi sunt amestecuri complexe de hidrocarburi, însoţite de izomerii şi derivatele lor oxigenate, sulfuroase şi azotoase, formând ansambluri organizate prin interacţiuni bazate pe adsorbţia şi solvatarea componentelor. Aceşti lianţi se grupeazã în douã clase principale: bitumuri şi gudroane. LIANŢI HIDROCARBONAŢI Bitumurile rezultã prin oxidarea fracţiunilor grele din ţiţeiuri, dupã pierderea fracţiunilor uşoare, şi pot fi naturale sau artificiale; Gudroanele se obţin numai artificial, ca reziduu de pirogenare (distilare uscată) a unor materiale organice (cãrbuni, lemn, turbã, grãsimi etc.).

2 2 Bitumurile naturale se pot gãsi sub formã de acumulãri în depresiuni numite lacuri de asfalt sau împregnat în roci (calcare, gresii, şisturi, nisipuri), numite roci bituminoase, din care se poate extrage prin epurare (spãlarea rocilor cu apã caldã alcalinizatã) sau cu solvenţi. Pentru obţinerea bitumurilor artificiale, numite şi bitumuri de petrol, dupã extragerea produselor albe (benzine, lampant, motorine) şi uleiurilor prin distilarea fracţionatã a ţiţeiului, rãmâne, ca reziduu de distilare, o pãcurã vâscoasã, numitã masã asfaltoasã. Aceasta se poate folosi ca liant (bitum de distilare) sau se supune unui tratament de oxidare prin suflare cu aer cald, obţinându-se bitumurile suflate. La pirogenarea materialelor organice rezultã gudroanele brute din care, prin distilare fracţionatã, se extrag uleiuri uşoare (benzen, toluen), uleiuri medii (naftenice, fenolice) şi uleiuri grele (antracenice), iar ca reziduu, rezultã smoala. Smoala este casantă încât, pentru folosirea ca liant, trebuie reamestecată cu uleiuri grele gudroane reconstituite

3 3 Compoziţia şi structura lianţilor hidrocarbonaţi. Conform definiţiei, lianţii hidrocarbonaţi sunt alcãtuiţi din serii continue de hidrocarburi, conţinând în medie: 82-85% carbon, 12-15% hidrogen, 2-3% oxigen, sulf şi azot în proporţii mici. Sub aspect structural, lianţii hidrocarbonaţi sunt sisteme disperse coloidale. In cazul bitumurilor: dispersoidul este format din hidrocarburile cele mai grele, numite asfaltene şi din formaţiuni solide, bogate în carbon, numite carbene şi carboide, mediul de dispersie este format din hidrocarburile mai uşoare, numite maltene.

4 4 Asfaltenele adsorb, la suprafaţa lor, fracţiunile mai grele din maltene, numite rãşini, formând micele. Fracţiunile cele mai uşoare din maltene, numite petrolene, rãmân ca mediu de dispersie lichid. răşini petrole ne Carbenele, carboidele ca şi cristale de parafine constituie impuritãţi care rezultã din compoziţia şi din procesele de prelucrare ale ţiţeiurilor. Odatã cu rãşinile, asfaltenele adsorb în învelişul micelar şi hidrocarburi cu caracter acid, numite acizi asfaltogenici şi care pot fi simbolizaţi prin formula generalã a acizilor organici: (R-COOH) acizi asfaltogenici

5 5 Nu existã o separaţie netã, între fazele sistemului: bitumul conţine serii continue de hidrocarburi sub aspectul maselor lor moleculare, încât trecerea de la petrolene la asfaltene (de la faza lichidã la faza solidã) se manifestã gradat, ca urmare a fenomenelor de adsorbţie a hidrocarburilor mai uşoare de cãtre cele mai grele şi de solvatare a hidrocarburilor mai grele de cãtre cele mai uşoare. Denumirile menţionate nu desemneazã anumite hidrocarburi, ci grupe având tensiuni superficiale apropiate, ceea ce permite izolarea lor prin folosirea unor solvenţi organici selectivi. Gudroanele au, de asemenea, structurã coloidalã, dar dispersoidul este format din granule de carbon impurificat, numite carbon liber şi din particule de cenuşã, iar mediul de dispersie este format din uleiul de reconstituire. Particulele de carbon liber realizeazã adsorbţia fracţiunilor grele din uleiuri, formând micele, spre deosebire de particulele de cenuşã care prezintã afinitate redusã faţã de ulei.

6 6 Caracteristicile lianţilor hidrocarbonaţi tixotropia, care este consecinţa structurii coloidale; sensibilitatea redusã la acţiunea apei şi a majoritãţii substanţelor chimice, cu excepţia solvenţilor organici şi a unor soluţii concentrate de acizi şi baze tari Tixotropia conferã o comportare specificã, diferitã de cea a lianţilor minerali: variaţiile de temperaturã, având drept consecinţã variaţia stãrii energetice a sistemului reprezentat de liant. Prin încãlzire, structura coloidalã va suferi o transformare spre starea sol, iar prin rãcire, o transformare spre starea gel, cu modificarea corespunzãtoare a consistenţei. Topirea şi întãrirea, prin încãlzire, respectiv, prin rãcire, a lianţilor hidrocarbonaţi nu constituie, deci, fenomene de transformare a stãrilor lor de agregare, ci manifestarea proprietãţilor sistemelor coloidale (curgerea pentru starea sol, respectiv rezistenţele mecanice pentru starea gel).

7 7 În exploatare, lianţii hidrocarbonaţi vor prezenta comportare elasto-plasticã la acţiuni mecanice de scurtã duratã şi comportare vâsco-plasticã la acţiuni de lungã duratã. Insensibilitatea la apã şi comportarea lor vãsco-plasticã în exploatare recomandã lianţii hidrocarbonaţi pentru lucrãri de hidroizolaţii, etanşãri, îmbrãcãminţi rutiere etc. la care se impun condiţii de impermeabilitate la apă, dar şi de urmãrire, fãrã fisurare, a deformaţiilor elementelor la care stratul executat cu astfel de lianţi este aderent şi pe care îl izoleazã (COMPORTARE VÂSCO-PLASICĂ). Insensibilitatea la acţiunile substanţelor chimice face dificilã şi chiar, imposibilã analiza chimicã de detaliu a lianţilor hidrocarbonaţi, încât, de regulã, calitatea lor se apreciazã prin caracteristici fizice care exprimã condiţiile reclamate de domeniile de folosire.

8 8 Caracteristicile calitative ale lianţilor hidrocarbonaţi se pot grupa în patru categorii: de consistenţã, care exprimã comportarea lor reologicã; de plasticitate, care exprimã capacitatea lor de deformare vâscoasã; de adezivitate, care exprimã capacitatea lor de a adera la alte materiale; de comportare în timp, care exprimã modificarea caracteristicilor în exploatare. Consistenţa Se exprimã prin penetraţie, dacã la temperatura de încercare, ei se prezintã în stare semisolidã, respectiv prin vâscozitate, dacã se prezintã în stare lichidã.. Penetraţia reprezintă adâncimea de pãtrundere în proba de liant, aflatã într-o capsulã, la o anumitã temperaturã, a unui ac cu formã şi dimensiuni standardizate, acţionat timp de 5 secunde cu o forţã normatã.

9 9 Vâscozitatea (Engler) reprezintã raportul între duratele de scurgere, printr-un ajutaj, a volumelor egale de liant, respectiv de apã distilatã, puse în condiţii identice de temperaturã şi de presiune. Plasticitatea Se exprimã prin temperaturile (punctele) la care se produc transformările din starea gel, în starea sol. Punctul de înmuiere inel-bilă (I.B.) reprezintã temperatura la care o probã de liant aflatã într-un inel metalic, încãrcatã cu o masã normatã şi încãlzitã cu o vitezã de creştere a temperaturii normatã, suferã o cãdere vâscoasã pe o înãlţime normatã. Exprimã temperatura la care începe transformarea structurii liantului din starea gel spre starea sol.

10 10 Punctul de picurare Ubbelhode (U), reprezintã temperatura la care se desprinde prima picãturã din proba de liant aflatã într-un niplu cu orificiul calibrat. Exprimã temperatura la care structura liantului corespunde stãrii sol. Pentru a fi pus în operã prin procedeele "la cald", liantul trebuie încãlzit la temperaturi superioare punctului sãu de picurare. Punctul de rupere Fraass (F) reprezintã temperatura la care o peliculã de liant, aderentã pe o lamã elasticã din oţel, fisureazã la o încovoiere normatã. Exprimã temperatura la care structura liantului corespunde stãrii gel. La aceastã temperaturã, liantul devine fragil materialele fisurând la deformare.

11 11 Punctul de rigidizare Hoepfner-Metzger (H.M.) reprezintã temperatura la care un ac cu dimensiuni normate, acţionat cu forţă de 450 N, timp de 60 secunde, pãtrunde în proba de liant 1/10 mm. Exprimã temperatura la care liantul se comportã ca un material rigid. Domeniul temperaturilor cuprins între punctul H.M. şi punctul U defineşte câmpul de plasticitate al unui liant hidrocarbonat. câmp de plasticitate mai mare liant mai bun Ductilitatea reprezintã lungimea firului (în cm) ce se obţine prin întinderea unei probe de liant, de formã şi dimensiuni standardizate, la o anumitã temperaturã de încercare. Exprimã capacitatea liantului de a se comporta vâsco-plastic, când se aflã în pelicule subţiri.

12 12 Adezivitatea Exprimã coeziune între liant şi materialul pe care trebuie să-l anrobeze. Adezivitatea se analizează, în condiţiile existenţei unui sistem de trei faze (material-apã- liant) cu fenomenele interfaciale specifice. materi al liant R- COO H Ca- CO 3 materialele calcaroase (bazice) vor fi ionizate pozitiv. R- COO H Apa va hidroliza acizii asfaltogenici ionizându-i negativ, iar materialele solide vor fi ionizate diferit, în funcţie de compoziţia lor: O-SiR- COO H materialele silicioase (acide) vor fi ionizate negativ; Rezultã cã, lianţii hidrocarbonaţi prezintã adezivitate numai la materialele bazice, (la care apar forţe de atracţie). Pentru a se asigura adezivitatea la materialele acide, este necesarã schimbarea echilibrului electrostatic la interfaţã. Cea mai simplã soluţie constã în tratarea suprafeţei materialului cu lapte de var; Ca

13 13 În scopul realizării aderenţei la materialele silicioase (acide), lianţii se pot aditiva (dopa) cu substanţe tensioactive iar la prepararea mixturilor, se introduc filere bazice (de calcar, de cretã, var stins în praf, cenuşi bazice de termocentralã etc.). Comportarea în timp. Îmbătrânirea În exploatare, lianţii vor suporta acţiunile factorilor de mediu: cãldura poate provoca evaporarea fracţiunilor uşoare din mediul de dispersie; aerul atmosferic şi radiaţiile ultraviolete pot provoca oxidarea şi chiar polimerizarea hidrocarburilor mai grele, transformând rãşinile în asfaltene şi acizii asfaltogenici în rãşini. Raportul dispersoid-dispersant creşte conducând la creşterea consistenţei (rigidităţii) şi reducerea plasticitãţii, iar caracterul chimic al hidrocarburilor se modificã reducându-se adezivitatea. Modificarea ireversibilã a caracteristicilor lianţilor hidrocarbonaţi, ca urmare a acţiunilor factorilor de mediu, defineşte procesul de îmbãtrânire a acestora.

14 14 Clasificarea şi caracterizarea bitumurilor Bitumuri pentru drumuri (tip D) sunt destinate preparãrii mixturilor asfaltice pentru îmbrãcãminţile rutiere. Se clasificã în 6 clase, funcţie de valoarea penetraţiei, determinatã la temperatura de 25 O C. Bitumuri pentru materiale şi lucrãri de hidroizolaţii (tip H) sunt destinate lucrãrilor de hidroizolaţii. Se fabricã în patru clase, caracterizate prin valoarea punctului I.B. Bitumuri industriale (tip I şi Ip) sunt bitumuri suflate, destinate izolãrii cablurilor electrice, aglomerãrii unor materiale pentru realizarea elementelor de izolaţii termice şi fonice, sau brichetãrii prafului de cãrbune. Se fabricã în patru tipuri, caracterizate prin valoarea punctului I.B. Bitumuri pentru lacuri şi vopsele (tip E) sunt bitumuri dure, solubile în white-spirit, cu care formeazã lacuri electroizolante şi anticorosive. Se fabricã în douã clase E 110 şi E 125, caracterizate prin punctul minim I.B. pe care trebuie sã-l prezinte.

15 15 Formele de utilizare a lianţilor hidrocarbonaţi procedee la cald, în care liantul este încãlzit la temperaturi superioare punctului sãu de picurare (U) şi se aşterne pe alte materiale (prin turnare, pensulare, pulverizare etc), pentru acoperire ori împregnare, ori se amestecã cu materiale granulare sau pulverulente pentru a forma mixturi; procedee la rece, în care liantul se foloseşte sub formã de soluţii, suspensii sau emulsii (preparate anterior punerii în operã), care sunt fluide la temperaturã obişnuitã. Soluţiile de bitum denumite şi bitum tãiat se obţin prin dizolvarea bitumului topit, în benzinã, white-spirit, kerosen etc. Intãrirease poduce prin evaporarea solventului. Suspensiile de bitum filerizat (prescurtat, SUBIF) se obţin prin agitarea energicã a bitumului topit, turnat, fir subţire, în lapte de var. Întărirea se produce prin uscare. Emulsiile bituminoase sunt, de asemenea, sisteme disperse de bitum în apã, stabilitatea lor asigurându-se prin folosirea emulsorilor. Întărirea se produce prin separarea apei (ruperea emulsiei).

16 16 Materiale pe bazã de lianţi hidrocarbonaţi Masticurile bituminoase sunt amestecuri de materiale pulverulente (filere) cu liant hidrocarbonat şi sunt folosite pentru colmatarea rosturilor între elementele de construcţii, în scopul etanşeizãrii acestora. Mixturile asfaltice (mortare / betoane asfaltice) sunt amestecuri de materiale granulare (agregat), filer şi liant, destinate realizãrii straturilor superioare ale sistemelor rutiere. Anrobatele sunt materiale granulare aglomerate cu lianţi hidocarbonaţi, pentru care, însã, nu se impun condiţii atât de severe ca în cazul mixturilor. Materialele împregnate (bitumate) sunt elemente sub formã de foi din diferite materiale (cartoane, tesãturi împâsliri) împregnate cu liant hidrocarbonat şi destinate executãrii hidroizolaţiilor.