Лекция № 15

Тема: Органические вяжущие вещества и материалы на их основе.

1. Битумные и дегтевые вещества

2. Асфальтовые строительные растворы и бетоны

3. Мастики кровельные и гидроизоляционные.

4. Нефтяные эмульсии.

Органические вяжущие вещества — природные или искусственные коллоидные системы, в которых диспергированы твердые частицы (d— 18...20 мкм), а дисперсной средой являются смолы и масла Органическими вяжущими являются битумные и дегтевые вещества.

Вяжущие вещества — строительные материалы, применяемые для изготовления строительных растворов и бетонов Различают неорганические (цемент, гипс, известь и др.) и органические (битумы, дегти, пеки) минеральные вяжущие вещества.

Органические минеральные вяжущие вещества классифицируются по происхождению и способу образования (производства). Битумные вещества по происхождению могут бьггь природными (горные смолы) и искусственными. Природные органические минеральные вяжущие вещества, например горные смолы, возникают в процессе естественной окислительной полимеризации нефти, а искусственные битумные вещества получают в результате переработки нефтяного сырья. Дегтевые вещества (деготь и пек) получают только искусственным путем в процессе нагревания без доступа воздуха твердых видов топлива (угля, сланца, торфа, древесины).

Важнейшие свойства битумов и дегтей: высокая гидрофобность, водонепроницаемость, стойкость против действия кислот, щелочей, агрессивных жидкостей и газов, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформируемость, способность прочно сцепляться с каменными материалами, деревом, металлом, приобретать пластичность при нагревании и быстро увеличивать вязкость при остывании.

Битумы — смеси углеводородов, в том числе и предельных (от С₉H₂₀ до С₃₀Н₆₂), и их кислородных, сернистых и азотистых производных. Битумы содержат 70...80% С, 10...15% Н₂, 1...5% О₂ и 0...2% N₂. Вещественный состав битумов включает твердую, аморфную и жидкую части. Твердая часть битумов представлена асфалътенами и парафинами, аморфная — смолами, а жидкая — маслами.

Асфальтены битума — окисленные углеводороды, диспергированные в виде частиц размером 18...20 мкм, каждая из которых окружена оболочкой с убывающей плотностью от тяжелых смол к маслам. Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, представляет собой смесь воскоподобных предельных углеводородов. и ухудшает свойства битумов, повышает хрупкость при пониженных температурах, поэтому стремятся к тому, что бы содержание парафина в битуме не превышало 5%.

Молекулярная масса различных вещественных частей битумов составляет:

для твердой части — 5000,

для аморфной части — 500...1000

для жидкой части — 100.

Соответственно молекулярной массе меняются значения плотности, кг/м³: для твердой части — 1300, для аморфной части — 1000, для жидкой части — 800.

В битумах соотношение вещественных частей может колебаться в достаточно широких пределах, что определяет большой диапазон изменения их свойств. Повышение содержания асфальтенов и смол вызывает возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.

Свойства битумов:

• плотность 0,8... 1,3 кг/м³;

• теплопроводность 0,5...0,6 Вт/(м-К);

• теплоемкость 1,8...1,97 кДж/(кг*К);

• температурный коэффициент линейного расширения при 25°С (5...3) • 10-⁴ К^-1;

• устойчивость при нагревании,

• Т_раб= 50...95°С;

• поверхностное натяжение 25...35 Эрг/см²;

• водо- и химическая стойкость.

При нагревании битум переходит в пластическое состояние; в таком состоянии оп хорошо прилипает к дереву, кирпичу, бетону, а затвердев, прочно сцепляется с их поверхностью. В воде битум не растворяется.

Для битумов характерно значительное старение под действием солнечного света и кислорода, при этом повышается хрупкость и снижается гидрофобностъ материала.

По консистенции (при температуре 18°С) битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие. Марку твердого битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.

По области применения битумы классифицируют на связующие, гидро- и электроизолирующие, антикоррозионные и антисептические.

Битумы, применяемые в качестве связующего материала, различают как строительные (ГОСТ 6617—76), кровельные (ГОСТ 9548—74) и дорожные.

Строительные битумы (БН-50/50, БН-70/30, БН-90/10) применяют для изготовления асфальтовых бетонов и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик, для покрытия и восстановления рулонных кровель. Кровельные битумы (БНК-45/180, БНК-90/40, БНК-90/30) используются для изготовления кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов.

Способы перевода твердых битумов в рабочее состояние:

1. нагревание до 140...170°С, размягчающее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах;

2. растворение в органическом растворителе для придания рабочей консистенции без нагрева (холодные мастики и др.);

3. эмульгирование и получение эмульсий и паст.

Дегтевые вяжущие вещества подразделяются на следующие виды: сырой каменноугольный деготь (ГОСТ 4641—80), отогнанный деготь, пек (ГОСТ 1038—75) и составленные дегти.

В состав дегтевых вяжущих веществ входят в основном углеводороды ароматического ряда — производные бензола и их соединения с кислородом, азотом и серой.

Атмосферостойкость дегтевых материалов ниже по сравнению с битумными материалами, так как дегтевые вяжущие вещества содержат большее количество непредельных углеводородов, которые подвергаются окислительной полимеризации при контакте с кислородом и водой, воздействии ультрафиолетовых лучей, а следовательно, и стареют быстрее нефтяных битумов. При старении дегтевые материалы становятся хруп­кими и теряют водоотталкивающие свойства.

Высокие показатели (по сравнению со значениями для битумов) биостойкости и стойкости против гниения дегтевых вяжущих веществ объясняются большой токсичностью содержащегося в дегтях фенола (карболовой кислоты).

В состав каменноугольного дегтя входят следующие группы веществ:

• твердые (углистые и неплавкие вещества), не растворимые в органических растворителях;

• дегтевые смолы твердые неплавкие (подобные асфальтенам в битуме) и вязкопластичные смолы, растворимые в бензоле и хлороформе;

• жидкие дегтевые масла, состоящие из жидких углеводородов.

Плотность каменноугольных дегтей составляет 960... 1090 кг/м³, пека — 1190...1300 кг/м³. Температуры размягчения пека 50...60°С.

Каменноугольный деготь применяют для пропитки гидроизоляционных материалов и при устройстве дорог, пек — как вяжущее вещество в мастиках для крепления дегтевых гидроизоляционных и облицовочных материалов. При работе с каменноугольными дегтями и пеками следует помнить, что они и их пары токсичны.