Тема 5: Органические вяжущие вещества.

Органические вяжущие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязкопластичные и жидкие (при комнатной температуре) материалы, молекулы которых содержат атомы углерода, являются высокомолекулярными соединениями и обладают вяжущими свойствами. К органическим вяжущим веществам относятся битумы, дегти, полимеры и их модификации.

5.1. Битумы.

Битумами называют сложные смеси углеводородов и их неметаллических производных, встречающиеся в природном виде или получаемые в результате переработки нефти и сланцев. Битумы при нагревании размягчаются, а при охлаждении становятся вязкими или твердыми; почти нерастворимые в воде, они хорошо растворяются в органических растворителях.

Битумы применялись в качестве строительного материала еще в глубокой древности. За 3000 лет до н.э. в Вавилоне и Ассирии, расположенных в междуречье Тигра и Ефрата, природный битум использовали в качестве цементирующего и водоизолирующего материала.

По совокупности свойств битумы представляют собой смолистые вещества вязкожидкой или твердой консистенции, полностью или частично растворяющиеся в сероуглероде, плавящиеся при нагревании, обладающие пластичными вяжущими свойствами.

Смолистые вещества – это твердые или полутвердые продукты, полностью растворяющиеся в бензине, хлороформе, бензоле, маслах. Плотность смолистых веществ близка к единице. В битумах содержится 16-30% смолистых веществ.

По исходному сырью битумы подразделяют на природные, нефтяные и сланцевые.

5.1.1. Природные битумы.

Битумы природные представляют собой твердые вещества или вязкие жидкости, которые получают из битуминозных песчаников, известняков, доломитов либо прямой добычей из отложений в чистом виде. Породы, в которых битум соединяется с минеральными частицами (глиной, песком, супесью) называют асфальтовыми.

Особую ценность представляют собой асфальтовые известняки и доломиты, из которых изготовляют асфальтовые порошки и мастики, и асфальтовые мелкозернистые пески.

Битум извлекают из горных пород путем выварки в воде или экстрагирования в органических растворителях. При первом способе асфальтовую породу дробят до частиц размерами 6- 10 мм и погружают в котел с водой, подкисленной соляной кислотой. Эту смесь кипятят при постоянном перемешивании. Битум, всплывающий на поверхность, вычерпывают, отделяют от воды, подсушивают нагреванием и сгущают продувкой воздуха. Полностью извлечь битум из горной породы не удается.

При втором способе измельченная асфальтовая порода помещается в котел или специальную емкость с органическим растворителем. Экономически выгодно для этих целей применять трихлорэтилен. Битум из раствора выделяется выпариванием растворителя при температуре около 100ºС, а затем при более высокой температуре сгущается продувкой воздуха до желаемой вязкости. Извлечение битума происходит полностью.

Переработка асфальтовых пород экономически целесообразна при содержании битума не менее 20%.

Природные битумы почти не содержат парафина и, в отличие от нефтяных, имеют в своем составе больше минеральных веществ. Природные битумы являются наиболее устойчивыми к атмосферным и химическим воздействиям. Важнейшие месторождения природных битумов в СССР сосредоточены в Закавказье (в районе Озургета, Тбилиси и Баку), на Кавказе (в районе Гагры), на Урале, в Средней Азии, на Дальнем Востоке (Камчатка, Сахалин), в Архангельской области (на р. Ухте), в Крыму (Керченское месторождение), в Куйбышевской области (Сызранское, Шугуровское и Бахиловское месторождения) и др.

Разновидностью природных битумов является озокерит, называемый горным, или минеральным воском. Озокерит образовался в природе из парафинистых нефтей. Искусственно очищенный озокерит называют церезином.

Природные битумы применяют в дорожном строительстве, а также для изготовления рулонных материалов, штучных изделий, мастик, паст, эмульсий, лаков.