Тема 13. Органічні вяжучі речовини та матеріали з них

1. Загальні відомості про бітуми та дьогті.

2. Бітумні та дьогтеві в’яжучі, пеки.

3. Асфальтові розчини та бетони.

4. Покрівельні та гідроізоляційні матеріали.

Органічні в’яжучі поділяються на бітумні та дьогтеві. Будівельні матеріали, які містять ці речовини, називаються бітумними чи дьогтьовими. Бітуми, дьогті, пеки застосовують у вигляді:

• емульсій,

• розчинів та бетонів,

• антикорозійних лаків,

• покрівельних матеріалів,

• гідроізоляційних матеріалів,

• пароізоляційних матеріалів.

Бітуми є двох видів – природні або нафтові (штучні). Це складні суміші високомолекулярних вуглеводнів та їх неметалевих похідних, тобто, сполуки вуглеводнів з киснем, азотом, сіркою. Бітуми розчинні у сірководні, хлороформі, бензолі, інших органічних розчинниках.

Дьогті це власне сирі дьогті, дьогтеві масло, пеки. Сирі дьогті це рідкі продукти розкладу органічної речовини – кам’яного та бурого вугілля, торфу, деревини. Розклад відбувається при високих температурах, без доступу повітря при отриманні коксу чи штучних горючих газів (коксування або газифікація). Сирі дьогті переганяють на фракції. Важкі фракції – дьогтеві масла, тверді – пеки.

Властивості органічних в’яжучих:

• вони є складними сполуками вуглеводнів та їх похідних;

• при підвищенні температури розм’якшуються;

• при зниженні температури стають в’язкими та твердими;

• нерозчинні у воді, а тільки в органічних розчинниках;

• мають в’яжучі властивості;

• чорний або темно-коричневий колір;

• містять леткі речовини, які при нагріванні випаровуються, чим змінюються початкові властивості;

• змінюються (старіють) під впливом навколишнього середовища – кисню, вологи, сонця (менше старіють природні та нафтові бітуми, ніж дьогті та пеки, тому бітумні матеріали довговічніші від дьогтьових);

• мають високу водонепроникність;

• стійкість щодо дії кислот, лугів, агресивних рідин і газів;

• хороша адгезія з деревом, металом, каменем;

• швидке наростання в’язкості при охолодженні;

• пластичність при підвищенні температури.

Природні бітуми в природі зустрічаються рідко, просочують гірські породи – вапняки, пісковики. Утворюються у верхніх шарах земної кори з нафти в результаті дуже повільного видалення з неї легких та середніх фракцій та під впливом процесів полімеризації та окислення. Ці бітуми чорного кольору (темно-коричневого), без запаху, у нагрітому стані – пластичні. При підвищенні температури стає рідким, при зниженні – твердне. Добувають з бітумних порід (бітумного пісковика) водяним виварюванням. У будівництві майже не використовується через обмеженість родовищ і високу вартість. Бітумний вапняк використовують для отримання асфальтового порошку шляхом тонкого помелу в кульових млинах. Такий порошок застосовують як найдрібнішу складову частку для отримання асфальтобетонів та розчинів.

Нафтові бітуми складаються з масел (60%, надають бітумам рухомості), смолистих складових (30%, тверді, напівтверді частки, розчинні у бензині), асфальтенів (тверді частки, надають твердості бітумам), карбонів, карбоїдів (тверді вуглеводневі речовини).

За видом виробництва поділяються на

• залишкові, отримані в атмосферно-вакуумних трубчастих печах безперервної дії після перегонки нафти (відділення бензину, керосину, частини масел). Вони чорні, при нормальній температурі тверді;

• окислені, отримані продуванням повітря через нафтові залишки. Під час такого окислення змінюються властивості, з’являється в’язкість;

• крекінгові – нафтові залишки, утворені при крекінгу (розкладі при високих температурах) нафти та нафтових масел для отримання більшої кількості бензину.

Нафтові бітуми поділяються на марки. Визначають за допомогою пенетрометра. Марка залежить від в’язкості, пластичності, зміни властивостей при зміні температури.

В’язкість – властивість матеріалу чинити опір переміщенню часточок під впливом зовнішніх сил. Залежить від температури. При зниженні температури в’язкість наростає, матеріал твердне. При підвищенні температури навпаки, в’язкість знижується, бітум переходить у рідкий стан. Глибина проникання голки пенетрометра дає умовний показник твердості (одному градусу відповідає глибина проникання голки на 0,1 мм). Для м’яких бітумів використовують стандартний віскозиметр (визначення в’язкості виконують за часом витікання порції бітуму через отвір приладу певного діаметра і при певній температурі).

Пластичність – здатність розтягуватись, визначається у см за допомогою дуктилометра при температурі 25⁰С і 0⁰С на спеціальних зразках – вісімках.

Температурний робочий інтервал бітумів визначається температурою розм’якшення (верхня межа використання бітуму), визначеною за допомогою приладу “кільце – куля”, і температурою крихкості (нижня межа використання бітуму), коли при згині сталевої пластинки з нанесеним тонким шаром бітуму виникає тріщина.

Марки бітуму:

БН-50/50 – означає бітум нафтовий з температурою розм’якшення 50⁰С, глибина проникання голки при температурі 25⁰С становить 50 мм;

БНК-45/180 – бітум нафтовий покрівельний, температура розм’якшення 45⁰С, глибина проникання голки пенетрометра 180 мм;

БНД-200/300 – бітум нафтовий дорожній.

Тверді нафтові бітуми, нагріті до рідкого стану, розливають у сталеві чи дерев’яні бочки. Після охолодження реалізують. При великій потребі на будову возять у цистернах-термосах у розігрітому стані чи в контейнерах. Твердий бітум реалізують у крафт-мішках.

Дьоготь, пек. Сирі дьогті – густі, в’язкі речовини чорного чи темно-коричневого кольору. Залежно від вихідної сировини дьогті поділяються на деревні, торф’яні, сланцеві, кам’яновугільні.

Найширше використовують кам’яновугільний дьоготь, отриманий як побічний продукт процесу коксування і газифікації кам’яного вугілля.

Сирий дьоготь – чорна масляниста рідина, з густиною 1,12 г/см³ і вище, з різким запахом (запаху надають феноли, крезоли, нафталін). Містить леткі речовини, які навіть при слабкому нагріванні випаровуються, що приводить до зміни властивостей – стає крихким, розтріскується. Тому сирий дьоготь не використовують для виготовлення будматеріалів, а переганяють. При перегонці при температурі 100⁰С видаляється вода, при 170⁰С видаляються легкі масла, при 270⁰С – середні масла, при 270 – 300⁰С – важкі, шпалопросочувальні масла, при 360⁰С – надважке антраценове масло. Залишок – пек – тверда чорна аморфна речовина з густиною 1,25 – 1,28 г/см³ і температурою розм’якшення 50 – 60⁰С. Атмосферостійкість дьогтів нижча, ніж бітумних матеріалів. Старіння відбувається внаслідок випаровування масел, вимивання водою фенолів. Проте біологічна стійкість дьогтьових матеріалів вища, ніж бітумних.