Зависимость деформативных свойств битумов
Реологические свойства битумов зависят как от химического соотношения компонентов, входящих в их состав, так и от их качества. Химический состав сырья (т. е. природа нефти) влияет на структуру битумов и, следовательно, на их реологические свойства.
Способ производства битума также оказывает большое влияние на показатели его свойств. Отогнанным битумам, как правило, присуща большая стабильность, но меньшая величина интервала пластичности, чем битумам, полученным при окислении тяжелых нефтяных фракций воздухом.
Длительность и температура окисления оказывают значительное влияние на свойства. При окислении до одинаковых температур размягчения нефтяных фракций различной консистенции, полученных при перегонке нефти одного месторождения, показано, что битумы из маловязкого сырья больше отклоняются от ньютоновского типа течения, а из сырья с высокой вязкостью — меньше. Таким образом, окисление увеличивает отклонение от ньютоновского типа течения, а компаундирование сильно окисленного битума фракцией той же нефти обычно увеличивает это отклонение в еще большей степени. Битумы показывают увеличение вязкости со временем, которое не связано с потерей летучих веществ. Размер этого процесса зависит от вида сырья и способа производства битума. Затвердевание нарушается нагреванием или механическим перемешиванием (явление тиксотррпии).
На реологические характеристики битумов оказывают влияние в первую очередь свойства асфальтенов, которые определяются в основном размерами их молекул, гибкостью и взаимодействием молекул и отдельных их звеньев между собой. На прочность и деформативность битума оказывают влияние объемность молекул асфальтенов и их взаимодействие (ассоциация при понижении и диссоциация при повышении температуры). Чем больше размер молекул асфальтенов и меньше их склонность к диссоциации при повышении температуры, тем выше прочность пленки битума. Чем выше молекулярная масса высокомолекулярного вещества, тем лучше его механические свойства, тем разветвленнее и длиннее боковые цепи молекулы, тем выше пластичность. Мальтены должны иметь низкую температуру хрупкости и хорошую растворяющую способность по отношению к асфальтенам.
При постоянном отношении количества смол, к циклическим углеводородам увеличение содержания насыщенных углеводородов ведет к получению битумов с увеличивающейся глубиной проникания. При постоянном отношении количества смол к насыщенным углеводородам увеличение содержания ароматических углеводородов оказывает очень малое влияние на глубину проникания иглы.
Увеличение количества смол при постоянном отношении насыщенных углеводородов к циклическим ведет к повышению температуры размягчения, уменьшению индекса пенетрации, увеличению модуля упругости.
Повышение содержания насыщенных углеводородов при постоянном отношении количества ароматических углеводородов к смолам практически не меняет температуру размягчения, повышает индекс пенетрации, дает битумы с более пологой кривой температурной зависимости вязкости, мало влияет на значения модуля упругости.
Увеличение содержания ароматических углеводородов при постоянном отношении насыщенных углеводородов к смолам практически не изменяет индекс пенетрации, но при достижении очень высоких концентраций ароматических углеводородов индекс пенетрации несколько снижается, вязкость битума не увеличивается, но кривая зависимости вязкости от температуры становится более крутой.