Наполнители

Для изменения эксплуатационных характеристик битума используют наполнители. Наполнителями называют материалы, вводимые в состав изоляционных мастик для придания им структурной и механической прочности. Это особенно важно при формировании покрытия методом облива на машинах. Малая вязкость мастики ограничивает возможность наращивания слоя необходимой толщины, а хрупкость при отрицательной температуре приводит к трещинообразованию. Наполнители, вводимые в битумные мастики, подразделяют на минеральные и полимерные. Мастика с минеральным наполнителем носит название битумно-минеральной, а с полимерным наполнителем - битумно-полимерной.

Добавка минерального наполнителя повышает прочность, теплостойкость, улучшает эластичные и пластические свойства. Введение 20% известняка в битум примерно в два раза повышает предельную вязкость. При эксплуатационных температурах увеличивается прочность и эластичность структуры мастик по сравнению с исходным битумом.

Гидрофильные поверхности частиц, минерального наполнителя образуют с асфальтогеновыми кислотами битума поверхностные химические соединения - кальциевые мыла, которые гидрофобизируют поверхности частиц наполнителя и улучшают их смачивание битумом.

Вокруг частиц наполнителя при этом образуются диффузионные структурированные оболочки битума с наибольшим значением вязкости в слое, прилегающем непосредственно к поверхности частиц, вследствие адсорбции на ней высокомолекулярных и адгезии коллоидообразующих составляющих битума. Некоторое увеличение всех реологических констант битума при объединении его с минеральным наполнителем связано с образованием вторичной коагуляционной структуры.

При большом процентном содержании (по массе) наполнителя увеличивается возможность образования прочных пространственных сеток из его частиц, разделенных тонкими прослойками - мостиками адсорбционно-упрочненной дисперсной среды битума, улучшаются и структурно-механические свойства битумно-полимерных материалов.

При введении полимеров в битуме формируется конденсационно-коагуляционная структура. Коагуляционная структура формируется вследствие ван-дер-ваальсового взаимодействия между частицами твердой фазы битума (эти связи обычно непрочные). Конденсационная сетка образуется в результате взаимодействия свободных полимерных радикалов системы (эти связи обычно прочные).

Битумно-полимерные материалы, имеющие конденсационно-коагуляционную структуру, по сравнению с битумно-минеральными материалами с коагуляционной структурой обладают большей прочностью и пластичностью при меньшей степени заполнения битума наполнителем.

В качестве минеральных наполнителей для битумных изоляционных мастик используют доломит, доломинизированный известняк, асфальтовый известняк, тальк, асбест.

Основными требованиями, предъявляемыми к минеральным наполнителям битумных мастик, являются тонко дисперсность, низкая влагонасыщенность, гидрофобность, устойчивость к воздействию различных агрессивных сред, способность к смачиванию битумом.

Доломит (ГОСТ 8267-75) - минерал из группы карбонатных осадочных пород, представляет собой двойную углекислую соль кальция и магния CaMg(CO₃)₂. Состав наиболее распространенных доломитовых пород следующий: СаО 30,4%; MgO 21,7%; СО₂ 47,9% или СаСО₃ 54,35% и MgCO₃ 45,65%.

Доломитизированный известняк (ГОСТ 8267-75) представляет собой так же, как доломит, карбонатную осадочную горную породу группы известняков, в состав которой входит менее 40% доломита. Остальное содержание составляют кальциты (СаСО₃).

Химический состав чистых известняков приближается к теоретическому - составу кальцита (СаО 56%, СО₂ 44%). В наиболее часто встречающихся доломитизированных известняках содержание MgO достигает 17%.

Асфальтовый известняк (ГОСТ 8267-75). Природный асфальт расположен в районах неглубокого залегания или выхода на поверхность земли нефтеносных пород. Обычно он заполняет трещины и каверны в известковых породах.

Асбест состоит из смеси волокон различной длины и их агрегатов. Он образует тонкие эластичные и прочные волокна, которые легко расщепляются. Асбест получают из минерала хризотил-асбеста. Химический состав минерала хризотил-асбеста приближенно соответствует теоретической формуле 3MgO × 2SiO₂ × 2Н₂О. Его плотность 2,5 г/см³. Асбест обладает малыми теплопроводностью и электропроводностью. Хризотиловый асбест имеет слабую кислотоустойчивость, но он щелочеустойчив. В качестве наполнителя в битумно-минеральную мастику вводят асбест хризотиловый по
ГОСТ 12871-67*.

Для получения битумно-полимерных мастик используются полидиен, атактический полипропилен, порошкообразный нестабилизированный полиэтилен и резиновая крошка.

Атактический полипропилен (ТУ 6-05-131-2-78) - побочный продукт полимеризации пропилена в среде тяжелого растворителя. Атактический полипропилен представляет собой аморфный каучукоподобный продукт серого цвета с высокой текучестью и предназначается для производства изоляционных битумных мастик.

По физико-химическим характеристикам атактический полипропилен должен соответствовать следующим требованиям:

Низкомолекулярный полиэтилен (воск) получается при полимеризации этилена и наряду с полиэтиленом высокой плотности является отходом производства. Он представляет собой воскообразную монолитную массу от белого до серо-желтого цвета. Содержание влаги в нем не более 3% от массы; зольность не более 2,0%; содержание летучих углеводородов не более 0,5%. Температура плавления 80 - 120, температура воспламенения около 300, температура самовоспламенения около 400⁰С.

Полидиен (ТУ 38-103-280-75) представляет собой продукт совместной полимеризации высших диэтиленовых углеводородов (минерилена, гексадиега и др.) с этинолевыми, углеводородами (гексилен, эмилен и др.). Полидиен - прозрачная жидкость от светло-желтого до вишнево-красного цвета. Полидиены выпускаются марок А и Б в зависимости от температуры вспышки. Полидиены должны соответствовать следующим техническим требованиям:

Каучуки, используемые в качестве наполнителя, должны соответствовать указанным свойствам. Необходимо, чтобы вводимый каучук диспергировал до коллоидной дисперсии или молекулярного раствора. Поэтому большое значение имеет эффект контактирования составляющих компонентов и вида применяемого битума, а также форма каучука, применяемая для гуммирования битума. Вводимый каучук должен растворяться в расплавленном битуме и образовывать тончайшую сетку, которая армирует битум, придавая ему упруго-пластические свойства. При введении в битум полидиена, в состав которого входят маномеры, димеры и полимеры с разной степенью полимеризации, в системе увеличивается содержание дисперсной среды, поэтому мастика становится эластичной и менее чувствительной к повышению температуры.

Дробленая резина (резиновая крошка) (ТУ 38-104-38-70) - продукт переработки изношенных автомобильных покрышек. Резиновая крошка должна отвечать следующим техническим требованиям: