1. Строительные материалы на основе органических вяжущих веществ

Строительные материалы на основе органических вяжущих веществ являются безобжиговыми композитами (как и материалы на основе неорганических вяжущих веществ). К ним относятся асфальтовые бетоны и растворы, дегтебетоны, полимербетоны и другие композиции на основе битумных и дегтевых вяжущих, а также полимерных вяжущих. Связующее вещество (матрица) в этих материалах, как и в композитах на основе неорганических вяжущих, формируется путем взаимодействия между жидкой дисперсионной средой, в качестве которой выступают органические вяжущие, и твердой дисперсной фазой – порошкообразным компонентом.

Органические вяжущие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязко-пластичные или жидкие (при обычной температуре) вещества, состоящие из химических соединений с атомами углерода, обладающие способностью отвердевать и сцепляться (иметь достаточную адгезию) с минеральными или органическими наполнителями и заполнителями, растворяться в органических растворителях. Органические вяжущие существенно отличаются от минеральных. Адгезионные свойства многих органических вяжущих значительно выше, чем минеральных. Прочность при сжатии у них сопоставима с прочностью минеральных, а при изгибе и растяжении во много раз выше [2].

Большинство органических вяжущих водо- и химически стойки (они хорошо противостоят действию кислот, щелочей и солевых растворов). Стоимость органических вяжущих значительно выше, чем минеральных, а объемы их производства – намного ниже.

К органическим вяжущим относятся битумы, дегти и композиции на их основе – битумно-резиновые, битумно-полимерные и другие, часто называемые «черными» вяжущими, и полимерные вяжущие (олигомеры, полимеры и сополимеры). Эти вяжущие придают материалам водоотталкивающие свойства (гидрофобность) и водостойкость, эластичность, малую пористость. Поэтому органические вяжущие широко используются в изоляционных и кровельных материалах. Определенное количество их применяется в конструкционных материалах типа бетонов, растворов и изделий из них. Широкое применение они нашли в производстве теплоизоляционных и акустических материалов, клеев и мастик, антикоррозионных покрытий, различных красочных составов, в отделке экстерьеров и интерьеров.

1.1. Битумные и дегтевые вяжущие

Битумы (от лат. bitumen – смола) – органические вещества черного или темно-бурого цвета, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных, то есть соединений углеводородов с серой, азотом или кислородом. При обычных температурах битумы могут находиться в твердом, вязком или жидком состоянии. Плотность битумов немного более 1 г/см³.

Различают природные и искусственные (нефтяные) битумы. Природные встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако чаще они пронизывают осадочные (битуминозные) горные породы. Нефтяные битумы получают путем переработки нефти. При ее нагреве выделяются легкие фракции (бензин, керосин, легроин), а затем масла. В конечном итоге остается густой смолистый осадок – гудрон. Он является исходным сырьем для получения вязкого и твердого битума, но может использоваться и в качестве битумного вяжущего, особенно в случае использования высокосмолистой нефти.

Важнейшим свойством битумов является адгезия – способность прилипать к поверхности минеральных и органических материалов. Отвердевая, битум напрочь скрепляет зерна заполнителей и наполнителей в прочный конгломерат.

Дегти получают путем сухой (без доступа воздуха) перегонки некоторых видов твердого топлива (каменного угля, сланца, торфа, древесины). В состав дегтевых вяжущих входят в основном непредельные углеводороды ароматического ряда – производные бензола и их соединения с кислородом, азотом и серой. Поэтому атмосферостойкость материалов на основе дегтевых вяжущих ниже по сравнению с битумными материалами (дегти стареют быстрее, чем нефтяные битумы). В то же время биостойкость дегтевых материалов выше, что объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола. Следует отметить, что дегти и продукты на их основе – канцерогенны, поэтому их использование в местах, где возможен их длительный контакт с человеком, запрещено.

Наиболее широкое применение битумные и дегтевые вяжущие получили в промышленно-гражданском, гидротехническом и дорожном строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных и уплотняющих материалов – асфальтобетона, асфальтораствора. Эти вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.