Тема 14. Органические вяжущие вещества и материалы на их основе

К этой группе относят:

битумные — природные или искусственные вяжущие чер­ного цвета, спо-собные при нагревании (до 80-170°С) или при добавлении растворителей (разжи-жителей) переходить в об­ратимое вязкожидкое состояние, что облегчает возмож-ность их смешивания с каменными или другими сыпучими волок­нистыми или слоистыми материалами. При снижении темпе­ратуры до нормальной (20-25 °С и ниже) или при испарении растворителей эти композиции вновь загустевают и об-разуют искусственный материал с гидрофобными (водоотталкиваю­щими) свойст-вами; дегтевые — искусственные материалы, получаемые при сухой перегонке твердых видов топлива: каменного угля, слан­цев, древесный и др. Сюда также отно-сят сплавы дегтевых масел с пеками; смешанные — продукты совместного окис-ления каменно­угольных масел и нефтяного гудрона (гидрокамовые), дегте- и би-тумнополимерные композиции, содержащие в своем со­ставе полимеры.

Битумы: происхождение, состав и свойства.

Битумы делят на природные и нефтяные. Природные би­тумы представляют собой твердые или вязкие композиции, которые образовались из нефти в осадоч-ных породах земной коры под влиянием процессов окисления и полимеризации. Они встречаются редко в виде залежей, состоящих из битума с примесями минера-льных веществ, а чаще пропитывают пес­ки, рыхлые песчаники, карбонатные поро-ды или глинистые грунты. Такие горные породы называют битуминозными.

Природные битумы имеют высокую атмосферостойкость, хорошо прилипают к поверхности каменных материалов. Их извлекают из горных пород вываркой в по-дкисленной горячей воде или вымывают растворителями. При содержании битума меньше 3% извлечение битумов нерационально и тогда раз­молотые горные по-роды используют в виде асфальтового по­рошка или как сырье для производства ма-стик. Основное ис­пользование природных битумов происходит в лакокрасочной промышленности.

Нефтяные битумы получают из нефти путем переработ­ки ее остатков после отбора легколетучих компонентов. Различают остаточные, окисленные и компа-ундные нефтяные битумы.

Наиболее распространены окисленные битумы, полученные специальной обра-боткой остаточных битумов или гудрона, про­дувая через них воздух при температуре 210-300°С. Нефтяные остатки окисляются и уплотняются за счет полимеризации при­родных высокомолекулярных соединений. Смешивая остатки специально обрабо-танного гудрона с масляными дистиллята­ми, получают компаундные (смешанные) битумы. Нефтяные битумы при нормальной температуре (18-20°С) могут быть тве-рдыми (упругими или даже хрупкими), полу­твердыми (вязкопластичными) или жидкой консистенции.

Битумы состоят из смеси высокомолекулярных углево­дородов метанового , нафтенового и арома­тических рядов, их кислородных, сернистых и азотистых про­изводных. Элементарный химический состав всех разновид­ностей битума примерно одинаков, в нем до 70-85 % углеро­да, до 15% водорода и до 10% кислорода, небольшое содер­жание серы и азота. Однако химический состав битума не дает представления о десятках химических соединений, которые в нем содержатся и решающим образом влияют на структуру и свойства битумов. О би-тумах легче судить по их групповому составу, включающему масла, смо­лы и асфа-льтены, их модификации (карбены и карбоиды), ан­гидриты и пр.

Масла придают битуму подвижность и текучесть. При обычной температуре эта группа углеводородов с молекуляр­ной массой 100-500 и с плотностью меньше единицы предоп­ределяет реологические свойства битумов.

Смолы представляют собой углеводороды более сложной структуры. Их мо-лекулярная масса доходит до 500-1000, а плотность — до единицы. Смолы об-ладают хорошей прили-паемостью и поэтому придают битумам вяжущие свойства и пластичность.

Асфальтены — твердые неплавкие высокомолекулярные соединения с плотностью несколько выше единицы и молеку­лярной массой 1000-5000. Больши-нство асфальтенов раство­римы в масляных и смолистых фракциях битума, лишь кар­бены и карбоиды, содержащие свободный углерод, практически нераствори-мы. Асфальтены придают битуму твердость в нормальных условиях и повышают его теплоустойчивость. Важно отметить главное свойство асфальтенов — их способ­ность при нагревании и в присутствии воздуха образовываться из смол и ма-сел. Такие условия создаются в присутствии сол­нечной радиации.

Входящие в состав битума перечисленные группы углево­дородов образуют сложную дисперсную систему, где молеку­лярный раствор части смол в маслах выс-тупает дисперсной средой, а дисперсной фазой являются асфальтены с адсорби­ро-ванной на их поверхности частью смол. Основным структу­рообразующим элемен-том битума являются мицеллы — ком­плексные частицы, в ядре которых находят-ся ядра из асфаль­тенов размером до 20 мкм, а оболочку мицелл составляют смо-лы и тонкий молекулярный слой масел. Если в битуме наблюдается избыток ма-сел, то мицеллы как бы плавают в нем, образуя структуру, известную под названи-ем золь. Такая структура характерна для жидких битумов. Если же мицеллы конта-ктируют друг с другом непосредственно и в системе ощу­щается недостаток масел, то такая структура характерна для твердых битумов и ее называют гель. У вязких би-тумов на­блюдается переходная структура «золь-гель». Важно отметить, что при по-вышении температуры структура битума меняется. Мицеллы снимают с себя пос-ледовательно масляную и смо­ляную оболочки, доля дисперсионной среды возраста-ет, и твер­дые битумы меняют мицеллярную пространственную сетку на плаваю-щую структуру золь, что облегчает совмещение би­тума с каменными материалами

При небольшом увеличении содержания смол и частично асфальтогенов мо-жет происходить некоторое улучшение свойств битумов со временем. Однако значительное увеличе­ние этих составляющих может привести к быстрому измене­нию свойств битума, что повлечет за собой потерю им пласти­ческих свойств и уве-личение твердости и хрупкости.

Таким образом, изменение соотношения между количе­ственным содержа-нием различных групп углеводородов, яв­ляющихся структурными составляющими битума, отражает­ся на физико-химической структуре материала и сильно меня­ет его свойства.

Воздействие воздуха основано на окислении и полимери­зации углеводоро-дов, в частности непредельного ряда, изме­нения группового химического состава и свойств битумов. Окислительный процесс ускоряется под комплексным воздей­ст-вием воздуха, теплоты солнечного света, особенно его уль­трафиолетовых лучей. К старению битума может приводить еще и длительный контакт с некоторыми мате-риалами, со­держащими полуторные оксиды железа и алюминия. За счет накопле-ния труднорастворимых и нерастворимых твердых частиц (в основном карбенов и карбоидов) у битума начинают проявляться хрупкие свойства, что и ведет к его старению.

Основными свойствами, определяющими качество биту­мов, являются вязкость, хрупкость, тогда как для жидких би­тумов — это вязкость и содер-жание летучих веществ.

Вязкость битума зависит от температуры и группового со­става. Мерой оценки вязкости считается пенетр, равный 0,1 мм. Определение вязкости жид-ких битумов производят на стан­дартном вискозиметре. За условную вязкость принимают время истечения определенного объема битума при нормирован­ной температуре и диаметре калиброванного отверстия прибо­ра и ее обознача-ют буквой С. Пластичность битумов характеризуется условной предель­ной де-формацией стандартного образца-восьмерки из битума, определяемой на при-боре-дуктилометре при нормируемой тем­пературе испытаний и скорости при-ложения нагрузки. Это свойство называют растяжимость и выражают в см, указывая при этом температуру испытания. Растяжимость битума за­висит прежде всего от температуры, группового состава и структуры. При увели-чении содержания смол растяжимость увеличивается. Значительно снижают растяжимость парафи­ны, содержащиеся в битуме.

Для определения температуры размягчения битумов ис­пользуют стан-дартный прибор — «кольцо и шар» (К и Ш). Об­разец битума, размещенный в кольце, устанавливают на верх­нюю полку прибора, а затем на поверхность битума ставятшарик определенного размера и массы. За температуру раз­мягчения принимают среднюю температуру, определенную по 2-3 образцам, при которых шарик с битумом начинает касать­ся нижней полки прибора, расположенной от верхней на рас­стоянии 23,4 мм. Это свойство битума называют иногда верх­ним температурным пределом. Нижний темпера­турный предел применения битума характеризуется темпера­турой хрупкости. Для ее определения используется стан-дарт­ный прибор, основным элементом которого является тонкая стальная пласти-на. На эту пластину наносят тонкий слой би­тума и помещают в среду с понижаю-щейся отрицательной тем­пературой. За температуру хрупкости принимают отрица­тельную температуру, при которой на стальной пластинке при ее изгибе и распрям-лении появляется первая трещина.

При использовании битума в дорожных покрытиях часто пользуются так на-зываемым температурным рабочим интер­валом. По его величине, представляю-щей разность между тем­пературами хрупкости и размягчения (в абсолютных еди-ни­цах), производят выбор вида и марки битума для конкретных условий примене-ния.

Описанные свойства битумов хорошо связаны между со­бой и в совокупности характеризуют марку битума. Так, на­пример, битумы с высокой вязкостью более те-плостойки и бо­лее хрупки при отрицательных температурах.

Битумы также обладают и рядом других важных свойств: стойкостью к дейс-твиям различных растворов кислот, щело­чей, солей и к большинству агрессивных газов. Они хорошо растворяются в органических растворителях (например, спир­те, бензине, бензоле и т.п.), обладают высокой водостойкос­тью и водонепроницаемо-стью. При производстве работ с битумами следует соблюдать правила противопо-жарной безопасности, так как при нагрева­нии битума из него выделяются пары, ко-торые при наличии открытого пламени способны вспыхнуть. Для учета огнестой­ко-сти битума определяют температуру вспышки его паров.

По назначению нефтяные битумы делят на дорожные, строительные и кро-вельные. Основные марки твердых и вяз­ких битумов приведены в ГОСТ.

Битумы нефтяные дорожные обозначают БНД, их свой­ства должны удовле-творять требованиям ГОСТ 22245; мар­ки строительных битумов обозначают БН, а их свойства дол­жны соответствовать ГОСТ 6617, у кровельных битумов мар­ка обозначается БНК, а свойства должны соответствовать ГОСТ 8548.

Например, для дорожного битума марки БНД 200/300 пенетрация должна быть в пределах 201-300 при темпера­туре 25°С, температура размягчения не ни-же 35°С, а хруп­кости — не выше -20°С. Для строительного битума пенет­рация в пределах 4-60, температура размягчения не ниже 50-60°С, а температура хру-пкости не нормируется. У кро­вельного битума марки БНК 90/30 пенетрация на-ходится в пределах 25-35, температура размягчения не ниже 80°С, а хрупкости не выше -10°С.

Жидкие нефтяные битумы делят на два класса: сред негустеющие (СГ) и мед-ленногустеющие МГ и МГО. Марка таких битумов характеризуется интервалом ус-ловной вязкости в се­кундах, определенной по вискозиметру с отверстием 5 мм при температуре 60°С (например, СГ 40/70, МГ 40/70 и МГО 40/70). Наиболь-шее применение (свыше 60% от общего производ­ства) нефтяные битумы (твер-дые и полутвердые) находят в дорожном строительстве для изготовления асфаль-тобетонов и битумоминеральных смесей.

Остальная часть битумов (40%) примерно равномерно ис­пользуется в из-готовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, а также некоторых гер-метиков.

Дегти: состав и свойства.

Дегти получают путем конденсации летучих веществ и сгущения вязких жидкостей, образовавшихся в процессе су­хой перегонки различных углей, слан-цев, дерева, торфа и других органических веществ. Свое название дегти получа­ют от названия исходного сырья: каменноугольные, буроугольные, сланцевые, дре-весные. Наиболее качественные из них — каменноугольные дегти — обладают достаточно высокйми строительными свойствами. Различают сырые и отогнан-ные каменноугольные дегти. Первые получают при кок­совании каменных углей при температуре 500-700 °С (низ­котемпературные) и при температуре 900-1100 °С (высоко­температурные). Сырые дегти — маслянистые жидкости темного цвета с характерным резким запахом фенолов и нафталина. Эти дег­ти отличаются значительным содержанием летучих веществ и легкорастворимых в воде соедине-ний, что существенно сни­жает их погодоустойчивость. Поэтому их использование в стро­ительных материалах ограничено. Отогнанные дегти имеют более высокие строительные свойства и поэтому являются сырьем в производстве строи­тельных материалов. Их получают из сырого дегтя после от­гонки воды (удаляется при 100 °С). При температуре отбора до 170°С отгоняют легкие масла, от 170 до 230°С — средние, от 270 до 360°С — антраценовые масла, а при температуре свыше 360°С получают пек — каменноугольную смолу.

Твердый остаток от фракционной разгонки дегтей называ­ется пеком — это аморфное вещество черного цвета, содержа­щее высокомолекулярные углеводо-роды и их производные, а также свободный углерод (8-30%).

Сплавлением пека с антраценовым маслом или отогнан­ным дегтем получа-ют составные дегти, которые чаще всего используют в строительных целях. В сос-тав дегтей могут вво­дить тонкодисперсные материалы (чаще из карбонатных гор­ных пород). Такие дегти называются наполненными. Они об­ладают повышенной вязкостью и атмосфероустойчивостью.

Дегти имеют сложный химический состав, включающий большое количество различных органических соединений, сре­ди которых основную роль играют углево-дороды ароматичес­кого ряда и их неметаллические производные. Дегти также име-ют мицеллярное строение. В ядрах мицелл располагаются свободный углерод и твердые дегтевые смолы, ограниченно растворенные в дегтевых маслах. Дисперси-онной средой яв­ляются дегтевые масла. При испарении легких фракций из дег­тевых масел стабильность дегтя нарушается, и это отрицатель­но сказывается на строите-льно-технических свойствах строи­тельных материалах, изготовленных на его ос-нове.

Для дегтей характерны те же свойства, что и для биту­мов, но они отличают-ся значительно меньшей погодоустойчивостью и более резко меняют свои свойст-ва при повыше­нии температуры. Поэтому даже при слабом нагревании, посколь-ку многие соединения в дегте ненасыщенные, они легко вступают в химическое взаимодействие с веществами окружающей среды. Это приводит к резкой смене состава и структуры, зачастую приводящей к растрескиванию. С дру­гой стороны, в состав дегтя входят вещества с полярными группами, которые повышают адгези-онные свойства дегтей к каменным и другим твердым материалам. Содержание ток­сичного фенола повышает гнилостойкость строительных ма­териалов на их ос-нове.

Каменноугольные дегти в основном используют в произ­водстве дегтебето-нов, а пеки и антраценовые масла — в про­изводстве дегтевых кровельных мате-риалов.

Смешанные вяжущие на основе битумов и дегтей.

Смешанные вяжущие создаются с целью снижения отри­цательного влияния свойств отдельных вяжущих. В практике строительства наибольшее распростране-ние получили битумно-дегтевые и битумно-дегтеполимерные вяжущие.

Битумно-дегтевые (БД) вяжущие получают совмещени­ем битума с дегтем или дегтесодержащими продуктами (ант­раценовым маслом, пеком). Битумно-дег­тевые вяжущие зарекомендовали себя положительно при про­изводстве кровельных и гидроизоляционных материалов, при изготовлении мастик. Они отличаются боль-шей погодоустойчивостью, чем дегти, и лучше соединяются с минеральными ма-териалами.

Битумно-дегтеполимерные вяжущие получают рациональ­ным совмещением нефтяных битумов или каменноугольных дегтевых материалов чаще с каучуком или с каучукоподобными полимерами. Например, в практике дорожного строитель­ства находят использование битумно-резиновые вяжущие, получаемые соответст-вующей переработкой отходов производ­ства резинотехнических изделий, отрабо-танных автомобиль­ных покрышек и синтетических каучуков. Полученный мате­ри-ал отличается меньшей хрупкостью при отрицательных тем­пературах, более устой-чив к старению, имеет повышенную теп­лоустойчивость.

Битумные и дегтевые эмульсии и пасты.

Представляют собой разновидности вяжущих материалов жидкой (эмульсии) или сметанообразной консистенции (пас­ты). Их приготовляют в основном из двух не смешивающихся между собой жидкостей — битума или дегтя и воды. Для обес­печения устойчивости к распаду системы в ее состав вводят эмульгатор, пред-ставляющий собой поверхностно-активное вещество (ПАВ), которое резко снижает поверхностное напря­жение на границе раздела «битум (деготь) — вода». Устой-чи­вость эмульсии (пасты) обеспечивает механически прочная обо­лочка, образующа-яся вокруг мельчайших (до 0,1 мм) части­чек диспергированного битума или дег-тя. Такая пленка пре­пятствует укрупнению и слиянию этих частиц и создает ус­той-чивую систему.

Эмульсии обладают рядом преимуществ перед горячим битумом и дегтем: они легко и хорошо распределяются по поверхностям зерен минеральных материа-лов, что позволяет снижать расход вяжущего (до 30%). Возможность их исполь­зования в холодном виде (при положительной температуре в любую погоду) пред-определяет их широкое использование в гидроизоляционных работах при приклеи-вании рулонных ма­териалов, устройстве гидро- и пароизоляционных покрытий, грунтовок под гидроизоляцию и при выполнении дорожных работ. В практике строительства больше востребованы битум­ные эмульсии и пасты. При работе с би-тумными, а особенно с дегтевыми, эмуль­сиями и пастами необходимо строгое вы-полнение правил охра­ны труда, личной гигиены и противопожарных мероприятий.

Материалы на основе битумов и дегтей.

Асфальтовые и дегтевые бетоны и растворы.

Это искусственные каменные материалы, получаемые при затвердевании ра-ционально подобранной и качественно изго­товленной смеси вяжущего (битума или дегтя), минерального порошка и рыхлых каменных материалов — песка или от-сева, щебня или гравия (в бетоны) или только мелкого заполнителя (в растворах). Если в качестве связующего использован би­тум, материал называют асфальтобе-тоном или асфальтовым раствором, а при использовании дегтей — дегтебето-ном или дегтераствором.

Вследствие большого разнообразия получаемых материа­лов конгломератно-го строения их классифицируют по различ­ным признакам. Прежде всего, по произ-водственному назна­чению выделяют дорожные, аэродромные, гидротехнические, промышленные и декоративные бетоны и растворы.

По крупности зерна заполнителя различают крупнозерни­стые (с размером зерна до 40 мм), среднезернистые (до 25 мм) и мелкозернистые (до 15 мм) асфа-льтобетоны и песчаные (с ча­стицами до 5, реже до 3 мм) растворы.

В структурообразовании бетонов и на их свойства решаю­щие влияние оказы-вает содержание щебня и песка. Различают следующие типы структур асфальтобе-тонных смесей: А —мно­гощебенистые с содержанием щебня 50-60%; Б — сред-нещебенистые — 40-50%; В — малощебенистые — 30-40%; Г — песчаные из дробленого песка; Д — песчаные из при­родного песка. Высокоплотные горячие смеси и соответству­ющие им асфальтобетоны содержат щебень до 70%.

При классификации по пористости асфальтобетоны под­разделяют неплот-ные (с пористостью 3-5%) и пористые (с по­ристостью 5-10%). Наличие остато-чной пористости в асфаль­тобетонах решающим образом зависит от вида применя-емого битума и технологических особенностей приготовления асфаль­тобетонных смесей.

По температуре применения различают горячие и холод­ные асфальтобетон-ные смеси. Горячие смеси готовят с ис­пользованием вязких и жидких нефтяных до-рожных битумов и укладывают с температурой не ниже 120 °С. После укатки они набирают достаточную структурную прочность для по­следующей малоинтен-сивной эксплуатации в течение 2-3 су­ток. Холодные смеси готовят с использова-нием жидких не­фтяных битумов и укладывают с температурой не ниже 5°С. После укладки и укатки их структурообразование продолжа­ется 20-30 суток, в течение которых дорожное полотно не дол­жно эксплуатироваться.

В зависимости от величины остаточной пористости асфаль­тобетоны из горячих смесей делят на высокоплотные (остаточ­ная пористость от 1 до 2,5%), плотные (2,5-5%), пористые (5-10%) и высокопористые (10-18%). Асфальтобетоны из холод­ных смесей должны иметь остаточную пористость от 6 до 10%.

Асфальтобетонные смеси условно разделяют на жесткие, пластичные и ли-тые. Жесткие смеси легче распределяются по поверхности покрытия, но требуют значительного уплот­нения. Снижение вязкости смеси затрудняет ее распределе­ние, но облегчает уплотнение. Если для уплотнения жестких и пластичных асфальтобе-тонных смесей уплотнение осуще­ствляют катками тяжелого и среднего веса, то для литых до­пускается даже ручное уплотнение.

Минеральный порошок в асфальтобетоне играет структу­рообразующую роль. Совмещаясь с органическим веществом, он формирует асфальтовяжущее, которое во многом обусловли­вает плотность, прочность и теплоустойчивость асфальтобе­тона. Лучшими свойствами обладают минеральные порошки из карбонатных горных по-род (известняков, доломитов и пр.) и основных доменных шлаков. Основные свойства — тонкость помола и гидрофильность минеральных порошков. Степень измельчения порошка должна быть такой, чтобы при мокром рассеве он полнос-тью проходил через сито 1,25 мм, а содер­жание частиц менее 0,071 мм было не менее 70% (по массе). Коэффициент гидрофильности представляет собой отноше-ние объема исследуемого порошка после набухания в воде в тече­ние 3 суток к объему при набухании порошка в керосине. До­пускаются к использованию поро-шки с коэффициентом гид­рофильности менее единицы.

В качестве мелкого заполнителя применяют как природ­ный, так и искусст-венный песок, полученный в виде отсева от дробления горных пород. Предпочтение отдают песку с моду­лем крупности 2 и более. При использовании мелких песков эффективно его обогащение отсевами. В песках ограничивает­ся содержание пыле-ватых и глинистых частиц (в природном — не более 3%, в искусственном — не более 5%).

Щебень для асфальтобетона получают дроблением массив­ных горных пород и металлургических шлаков. Щебень из основных горных пород (известняка, доло-мита, базальта, ди­абаза и т.п.) обладает повышенной адгезией к битуму (дег­тю), тогда как щебень из кислых пород (гранит, андезит и др.) уступает по этому свойст-ву основным породам. Кроме того, в щебне нормы ограничивают содержание зерен пластинчатой и игловатой формы, а также содержание пылеватых и глини­стых час-тиц (до 2%). Оптимальная структура минеральной ча­сти асфальтобетонной сме-си может быть обеспечена при ис­пользовании фракционированного щебня.

Для повышения качества асфальтобетона используют до­бавки ПАВ (поверх-ностно-активных веществ) и минеральные активаторы поверхности заполнителей (например, известь-пушонку), введение которых улучшает прилипание битума к поверхности минеральных материалов, его прочность и дол­говечность. Наиболее эффективно использование активирован­ного минерального порошка, в состав кото-рого при помоле добавляют до 0,5% ЛСТ. В этом случае улучшается удобоукла-дываемость асфальтобетонных смесей, повышается про­изводительность смесите-льных установок, замедляются про­цессы «старения» высоковязких битумов.

В зависимости от назначения структура асфальтобетона может быть: порфи-ровой, контактной или законтактной. Для асфальтобетонов в верхних покрытиях до-рог оптимальной счи­тается такая структура, при которой минеральные зерна щеб­ня и песка контактируют через прослойки асфальтовяжущего вещества. При этом со-держание битума должно быть мини­мальным, но в то же время достаточным для создания сплош­ной пространственной сетки в уплотненном монолите и обес­пече-ния необходимой удобоукладываемости асфальтобетонной смеси, особенно на ста-дии ее уплотнения.

Определение состава асфальтобетона начинают с выбора оптимального со-отношения компонентов минеральной части, зависящего от его структуры. Затем принимают требуемое ко­личество минерального порошка. Для выбора оптимальной до­зировки битума (обычно от 5 до 10%) проводят опытные фор­мовки.

Холодные асфальтобетонные смеси сначала укладывают в штабели, а затем в удобное время их отправляют к месту непосредственной укладки. Распределение холодных смесей производят слоями, на 50-60% превышающими проектную то-лщину покрытия. Уплотнение осуществляют более легки­ми катками, в частности эффективными вибромоторными.

Структурообразование горячей асфальтобетонной смеси завершается сразу после укладки и остывания. Для формиро­вания структур асфальтобетона из холод-ных смесей его необ­ходимо выдерживать определенное время перед открытием движения автотранспорта.

К основным свойствам асфальтобетона относят прочность, водостойкость, износостойкость, сдвигоустойчивость. Сле­дует отметить, что названные свойства асфальтобетона в зна­чительной мере зависят от температуры. Так, если при темпе­ратуре 20 ° С горячий асфальтобетон имеет предел прочности при сжатии не менее 2,2 МПа, что вполне достаточно для вос­приятия напряжений, возникающих в эксплуатируемом покры­тии, то с повышением температуры до 50 ° С прочность сни­жается до 1,0 МПа. Естественно, при снижении температуры сопротивление сжатию возрастает, а при отрицательных тем­пературах 15-25 ^СС его прочность становится соизмеримой с прочностью цементного бетона.

При нормальных температурах асфальтобетон хорошо со­противляется удар-ным и истирающим воздействиям, напри­мер, его годовой износ не превышает 1,5 мм. Асфальтобетон обладает хорошей водостойкостью, а его коэффициент размяг­чения обычно не менее 0,9.

Однако по сравнению с цементным бетоном асфальтобе­тон обладает мень-шей сдвигоустойчивостью, особенно (при повышенных температурах вследствие высокой пластичнос­ти). Этот недостаток асфальтобетона приводит к появлению волн и наплывов в покрытии чаще на участке торможения. При отрицательных те-мпературах вследствие весьма низкой пластичности асфальтобетон проявляет хруп-кость, что приво­дит к появлению трещин и выколов в покрытии.

Крупнозернистые асфальтобетоны используют в нижних слоях многослой-ных дорожных покрытий, средне- и мелко­зернистые — для верхнего слоя покры-тий. При интенсивном движении предпочтение отдают мелкозернистым асфальто-бе­тонам. Песчаные асфальтобетоны используют для покрытий тротуаров, полов промышленных зданий, плоских кровель и гидроизоляции.

Холодные асфальтобетоны наряду с меньшей их стоимо­стью и возможнос-тью укладки при повышенной влажности и после длительного хранения смеси усту-пают горячим асфаль­тобетонам по прочности и долговечности, а со временем ста­новятся более скользкими.

Дегтебетоны готовят с использованием тех же сырьевых материалов, а в ка-честве вяжущего применяют каменноуголь­ный деготь, составленный из пека и ка-менноугольного масла. По всем основным показателям (прочности, теплоустойчи-вости, водо- и износостойкости) он уступает асфальтобетонам. Отдельно следует отметить, что в случае эксплуатации при длительном воздействии воды из дегтебе-тона вымываются не­которые растворимые компоненты дегтей. Например, фено­лы, вымытые из дегтя, обладают токсичностью, что может вызвать отравление грун-товых вод и водоемов. Поэтому дег­тебетоны укладывают вне населенных пунктов на второсте­пенных дорогах.

Асфалътополимербетоны применяют для устройства раз­личных узлов гид-ротехнических сооружений, эксплуатиру­емых в условиях очень низких темпера-тур. Для их приго­товления используют гудроны или тяжелые нефти, моди­фици-рованные полимерами (латексами, синтетическими каучуками).

Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы.

Кровельные материалы должны обладать достаточной атмосферо- и водос-тойкостью, водонепроницаемостью и тепло­стойкостью при надлежащей прочности.

Гидроизоляционные материалы подвергаются воздействию напора вод, зачас-тую агрессивных, что вызывает необходи­мость обеспечить не только их достаточ-ную прочность и во­донепроницаемость, но и химическую стойкость.

Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей классифицируют по виду вяжущего на би­тумные, дегтевые, гидрокамовые, рези-нобитумные, битумо-и дегтеполимерные, а по форме — на рулонные, листовые и штучные изделия, обмазочные материалы (пасты, эмульсии, мастики).

По наличию или отсутствию основы их делят на основные и безосновные.

Рулонные материалы, имеющие основу, в соответствии с их назначением могут иметь покровный слой или изготавли­ваться беспокровными. Покровные материа-лы обычно слу­жат в верхнем слое кровельного ковра. Они воспринимают атмосфе-рные воздействия (дождь, град и т.д.), и для их про­питки используют более качест-венные органические вяжущие, зачастую наполненные и с добавками антисептиков и других компонентов, повышающие их эксплуатационные свойства. Беспокров-ные материалы используют в нижних и средних слоях кровельного ковра, и поэто-му они не имеют покровного слоя, а для их изготовления могут использоваться ор-ганичес­кие вяжущие пониженного качества.

Покровные материалы на основе. Являются наиболее рас­пространенными ру-лонные материалы, изготовленные на ос­нове кровельного картона, выработанного из бумажной маку­латуры и отходов трикотажного производства. Такой картон хоро-шо впитывает масла из расплавленных битумных или дег­тевых композиций, обеспе-чивая полотну хорошую прочность на разрыв. Прочность на разрыв возрастает с увеличением мас­сы полотна в 1 м². По этому показателю кровельный картон де-лится на марки: 250, 300, 350, 400 и 500. На основе кро­вельного картона выпус-кают традиционные кровельные мате­риалы: рубероид, толь, дегтебитумные и гид-рокамовые ру­лонные материалы.

Рубероид выпускают в виде полотнища с шириной от 1000 до 1050 мм, свернутого в рулоны площадью 7,5 и 15 м². Изго­товляют путем пропитки крове-льного картона расплавленным нефтяным битумом и покрытием с обеих сторон ту-гоплавким битумом. Лицевая поверхность покрывается чешуйчатой, слю­дяной кру-пно- или мелкозернистой посыпкой. Для улучшения эксплуатационных свойств ру-бероида в битум покровного слоя вводят тонкодисперсные порошки известняка, талька, коротковолокнистого асбеста и др. Наполнители и посыпка придают мате-риалу не только повышенную атмосферостойкость, но и снижают возгораемость, предотвращают слипание материала в рулонах. Зачастую цветной покровный слой рубероида придает ему красивый внешний вид. Нижняя поверхность кровельного ру-бероида и обе поверхности подкладочного рубероида также должны иметь мелкозер-нистую или пылевидную посыпку, пре­пятствующие слипанию материала в рулонах.

В зависимости от назначения, вида посыпки лицевой по­верхности и марки кровельного картона рубероид делят на мар­ки: РКК-500А; РКК-400А(Б,В); РКМ-350Б(В); РПМ и РПП-300А(Б и В); РКЧ-350Б(В). В марках буквы обозначают: Р — рубероид, К и П — кровельный и подкладочный. Третьи буквы К, М, П, Ч — вид посыпки — крупнозернистая, мелко­зернистая, пылевидная, чешуйчатая, а цифра после дефиса — массу 1 м² используемого картона.

Для верхнего слоя кровельного ковра используют руберо­ид марок РКК, РКМ и РКУ. Его приклеивают как на горячей, так и на холодной мастиках, рубероид РПМ и РПП — для под­кладочных слоев, а иногда и для оклеечной гидроизоля-ции.

Рубероид марки РЭМ-350 (с эластичным покровным сло­ем) используют при строительстве в районах с низкой темпе­ратурой эксплуатации. При производстве рубероида в состав покровного битума вводят полимеры или применяют резино-би-тумное вяжущее. Такой рубероид обладает прочностью и погодоустойчивостью,

В настоящее время освоено производство наплавляемого рубероида, который в отличие от традиционного имеет более толстый покровный слой (0,6-2 мм) с обеих сторон полотна. Как правило, такой рубероид при наклейке не требует кро­вельной мастики, его нижний слой разогревают пламенем го­релки и приклеивают к основанию. Облегчается технология производства работ, и улучшаются условия труда.

Толь кровельный покровный по своей структуре аналоги­чен рубероиду, но в этом случае кровельный картон пропиты­вают и покрывают не битумом, а каменно-угольным дегтем. Как и для рубероида, на поверхность наносят минеральную по-сыпку в виде крупнозернистых зерен (марок ТКК-300 и ТКК-400) с двух сторон. Покровный слой выполняется дег­тем с более высокой температурой размягчения, чем деготь, которым пропитывают кровельный картон. Его можно при­менять в ве-рхних слоях кровельного ковра. Толь с мелкозер­нистой посыпкой (песчаной) марок ТКП-350 и ТКП-400 менее долговечен, так как и пропитка картона, и покровные слои выполняются из одних и тех же дегтепродуктов. Его исполь­зуют в нижних слоях кровельного ковра, а для приклейки ис­пользуют горячие дегтевые мастики. Толь менее долговечен, чем рубероид, что связано с более быстрым «старением» дег­тевых вяжущих, зато он более биостоек и дешевле рубероида.

Рулонные покровные материалы готовят так же, но на бо­лее прочной и долго-вечной основе: стеклоткани, стекловолок­не, металлической фольге и т.п. В настоя-щее время освоено производство весьма разнообразных материалов, например, стеклорубероида, фольгоизола, стеклобита, рубемаста и др.

Стеклорубероид готовят путем нанесения тугоплавкого, биостойкого битум-ного, резинобитумного или битумно-полимерного вяжущего на стекловолокнистую основу. Толщина на­носимого слоя вяжущего всегда превышает толщину стеклоос-новы. Покровные пленки верхнего слоя покрывают посыпкой (крупно-, мелкозер-нистой или чешуйчатой). Получаемый кровельный материал отмечается значитель-но большей дол­говечностью. Его укладывают как на горячих, так и на холод­ных битумных мастиках, а используют не только как кро­вельный материал даже для плоских и водоналивных кровель, но и для оклеечной гидро- и пароизоляции.

Фольгоизол состоит из тонкой гладкой или рифленой алю­миниевой фольги толщиной 0,1-0,3 мм, покрытой с одной стороны защитным резино-битумным вя-жущим толщиной до 4 мм. Выбор толщины фольги и защитного слоя определя-ется классом сооружения и назначением фольгоизола.

Фольгоизол отличается высокой прочностью на разрыв, гибкостью, водоне-проницаемостью и долговечностью. Поэто­му его используют не только для устрой-ства кровель ответ­ственных зданий и сооружений, но и для герметизации сты­ков панелей, пароизоляции. Кровли из фольгоизола вследствие хорошей отражательной способности фольги на солнце нагре­ваются меньше, чем аналогичные кровли чер-ного цвета.

Металлоизол состоит из алюминиевой фольги толщиной 0,05 и 0,1 мм, пок-рытой с обеих сторон битумной мастикой. Его применяют в основном для оклееч-ной гидроизоляции под­земных сооружений, так как он водонепроницаем, имеет вы­сокую прочность на разрыв и долговечен.

Дальнейшее совершенствование рулонных материалов со­провождалось заме-ной стеклоосновы полимерными тканевы­ми материалами (например, полиэстером, в ряде случаев упроч­ненным стеклотканью) и применением малоокисленного би­ту-ма, модифированного полимерами. Такие материалы (табл. 14.1) имеют неско-лько большую массу (до 6 кг/м²). Ожи­даемая их долговечность порядка до 30 лет. Таблица 14.1.

Физико-механические свойства некоторых основных рулонных кровельных материалов

Беспокровные рулонные материалы на основе могут иметь основу в виде кровельного картона (пергамин и толь беспокровный), в виде асбестового картона (гидроизол), но не имеют покровного слоя и посыпки.

При пропитке кровельного картона нефтяными битумами получают перга-мин марок П-300 и П-350, а дегтя — беспо­кровный толь марок ТТ-300 и ТГ-350. Пергамин используют как подкладочный под рубероид, при устройстве пароизоля­ции и т.п. Для крепления к основе применяют битумные горячие мастики. Поско-льку гидроизол более долговечен, чем материалы на кровельном картоне, его пов-семестно используют для окле­енной гидроизоляции в подземных сооружениях, для антикор­розионных покрытий металлических трубопроводов. Лучшие показатели по водонепроницаемости и прочности имеет гид­роизол марки ГИ-Г.

Безосновные рулонные материалы пластичны, не разры­ваются и не отделя-ются от основания даже при значительных деформациях изолируемых конструк-ций. Наибольшее приме­нение получили бризол и изол.

Рулонный изол изготовляют методом вальцевания и по­следующего каланд-рирования смеси резинобитумного вяжу­щего, асбестового волокна, пластификатора, антисептика и дру­гих добавок. Его выпускают в виде полотнищ площадью 10 м² и толщиной 2 мм. Изол обладает целым рядом положитель­ных свойств (низким водопоглощением, хорошей эластичностью даже при низких температурах, гнило-стойкостью). Ма­териал долговечен и поэтому его используют для оклеечной гидро-изоляции подземных частей зданий, бассейнов, резерву­аров, для антикоррозионной защиты трубопроводов и реже для покрытия кровель. Проклеивают горячей битум-ной мастикой (изол) или горячим битумом.

Бризол — безосновный рулонный гидроизоляционный ма­териал, изготав-ливаемый по технологии изола из смеси неф­тяного битума, резиновой крошки, ас-беста и пластификатора. Основное назначение бризола — защита от коррозии металли­ческих трубопроводов, а подземных сооружений — от агрес­сивного воз-действия грунтовых вод. В последние годы разра­ботаны и находят применение и другие безосновные кро­вельные материалы на основе битумополимерных и дегте-полимерных вяжущих (табл. 14.2). Таблица 14.2.

Характеристики и физико-механические свойства некоторых

безосновных рулонных кровельных материалов

Обмазочные материалы используют для приклеивания и склеивания рулон-ных кровельных и гидроизоляционных мате­риалов, устройства безрулонных кровель, гидроизоляции, в при­готовлении многих других строительных материалов. Обмазоч­ные материалы выпускают в виде мастик, эмульсий и паст.

Мастиками называют пластичные композиции, получае­мые специальным смешиванием рационально подобранной смеси органических вяжущих, минераль-ных и реже органиче­ских наполнителей и различных добавок (пластификаторы, ан­тисептики и т.п.). Их классифицируют по виду вяжущего на битумные, дегтевые, резинобитумные, битумо- и дегтеполимерные, гидрокамовые и др.

По способу изготовления и применения их делят на горя­чие, применяемые с предварительным подогревом (до 130-180°С), и холодные, используемые без по-догрева при темпе­ратуре окружающего воздуха выше 5°С, а при низких темпе­ратурах с подогревом до 60-70°С.

Для улучшения свойств (повышения гнилостойкости, сни­жения хрупкости при низких температурах) и с целью сокраще­ния расхода вяжущего в мастики вводят пылевидные, волокни­стые и комбинированные наполнители (порошки известняка, мел, мрамор, кирпич, зола минерального топлива, асбестовая пыль, коротковолок-нистый асбест, минеральная вата и др.).

По назначению горячие мастики подразделяют на кро­вельные (приклеиваю-щие), кровелъно-гидроизоляционные и гид­роизоляционные.

Мастики кровельные горячие делят на марки (например, МБК-Г-75 — масти-ка битумная горячая с теплостойкостью 75° С и МДК-Г-50 — мастика дегтевая горячая с теплостойкостью 50°С).

Кровелъно-гидроизоляционные мастики обладают повы­шенной эластичнос-тью, гибкостью и морозостойкостью за счет введения в состав вяжущих полимер-ных композиций.

Гидроизоляционные асфальтовые мастики состоят из нефтяного битума и минерального наполнителя. По тепло­стойкости их делят на три категории (I — от 90-105°С, II — до 70-90°С и III - от 60 до 70°С).

Все горячие мастики при обычной температуре (18+2)°С должны быть одно-родными, твердыми и не содержать частиц наполнителя, не покрытых связующим. При рабочих темпе­ратурах мастики должны легко растекаться на ровной поверх­но-сти слоем до 2 мм, а при затвердевании превращаться в проч­ное клеевое соеди-нение.

Холодные мастики получают путем наполнения разбав­ленных битумных, ре-зино-битумных и гидрокамовых вяжу­щих и добавления, при необходимости, спе-циальных добавок (например, пластификаторов, антисептиков). В качестве раз­бави-телей используют жидкие органические вещества (бензин, лигроин, уайт-спирит, ке-росин, зеленое масло), а иногда неф­тяные масла, мазут и другие нелетучие вещес-тва. Формирующиеся слои из холодных мастик вследствие их лучшей пластичнос-ти тоньше, чем из горячих, кроме того, упрощается технология нанесения мастик и улучшаются усло­вия труда. В таблице 14.3. приведены рациональные области приме­нения горячих и холодных мастик.

Все виды мастик должны храниться в специальной гер­метичной упаковке на крытых складах. Для транспортиро­вания мастик и эмульсий нужно использо-вать специальный автотранспорт.

Герметизирующие материалы (герметики) на основе би­тума находят ши-рокое применение для герметизации стыков наружных стеновых панелей или бло-ков в крупнопанельном и крупноблочном строительстве, усадочных и температур-ных швов в строительных конструкциях. Они должны сохранять свои основные свойства (влаго-, паро- и газонепроницаемость, тепло- и морозостойкость) в течение всего времени эксплуата­ции зданий.

Таблица 14.3.

В настоящее время герметизирующие материалы произ­водят в большом объеме — это вулканизирующиеся пасты, пастоэластичные мастики и профиль-ные эластичные проклад­ки. Герметики готовят в основном на базе битумов и выпус-ка­ют в виде мастики «Изол Г-М» и эластичных прокладок — пороизол.

Мастику «Изол Г-М» готовят на основе резинобитумного вяжущего с добав-лением полиизобутилена (придающего мас­тике эластичность даже при отрицатель-ных температурах), ка­нифоли, кумароновой смолы, коротковолокнистого асбеста и антисептика. Такую мастику применяют как в горячем виде (80-100°С), так и холо-дном состоянии с добавкой растворите­ля. В стыки конструкций мастику вводят шприцеванием с по­мощью сжатого воздуха.

Пороизол выпускают в виде эластичных пористых полос прямоугольного се-чения для герметизации горизонтальных стыков панелей или в виде жгутов диа-метром 10-60 мм — для герметизации вертикальных стыков.

Пороизол выпускают двух марок: пороизол марки М име­ет на поверхности незакрытые поры и применяется только после его покрытия холодной мастикой «Изол», которая за­крывает поры. Пороизол марки П имеет на поверхности за­щит-ную оболочку, что позволяет использовать этот материал для герметизации без ма-стики. Пороизол сохраняет эластич­ность при температуре от +80 до -50°С.