Ф.7.11-19

Рысдәулетов р.А., Ақылбекова а.У.

«Гидроизоляциялық материалдар» пәнінен лекциялар жинағы

Шымкент, 2015

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

«Құрылыс материалдары, бұйымдары мен конструкцияларының технологиясы» кафедрасы

«Гидроизоляциялық материалдар» пәнінен лекциялар жинағы

5В073000 «Құрылыс материалдарын, бұйымдарын және конструкцияларын өндіру» мамандығы студенттері үшін

Оқу формасы: күндізгі, сыртқы

Шымкент – 2015 ж.

УДК

Құрастырған: т.ғ.к., аға оқытушы Рысдәулетов Р.А., Ақылбекова А.У.

«Гидроизоляциялық материалдар» пәнінен лекциялар жинағы. – Шымкент, М. Әуезов атындағы ОҚМУ. 2015ж.

Лекциялар жинағы «Гидроизоляциялық материалдар» пәнінің бағдарламасына сәйкес құрастырылған және пәннің негізгі теориялық мәселелерін қарастырады.

Лекциялар жинағы 5В073000 «Құрылыс материалдарын, бұйымдарын және конструкцияларын өндіру» мамандығында оқитын студенттер үшін.

Лекциялар жинағында гидроизоляциялық материалдарды өндіруге қажетті шикізаттар көзі, оларды өндіру және өңдеу әдістері, гидроизоляциялық материалдарды өндірудің технологиялық сызбасы, негізгі физика-механикалық және технологиялық қасиеттері, қасиеттерін жетілдіру жолдары және қолдану бағыттары баяндалған.

Рецензенттер: т.ғ.д., доцент Исмаилов А.А.

т.ғ.к., доцент Көпжасаров Б.Т.

«Құрылыс материалдары, бұйымдары мен конструкцияларының технологиясы» кафедрасы Хаттама №____, «____»_____2015ж. және «Құрылыс және Көлік» факультетінің әдістемелік комиссиясы отырысында қаралған және баспаға ұсынылған Хаттама №____, «____»_____2015ж.

М.Әуезов атындағы ОҚМУ әдістемелік Кеңесімен басылымнан шығарылуға ұсынылды (Хаттама №____ , «___» ___. 2014ж.)

ã М. Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті, 2015ж.

1,2-тақырып. Кіріспе. Гидроизоляциялық материалдардың жүйе құрылысы, негізгі қасиеттері. Олардың стандартты қасиеттерін анықтауға керекті әдістер мен приборлар.

Дәрісті өту жоспары:

1. Гидроизоляциялық материалдар пәнінің мақсаты және негізгі міндеттірі

2. Гидроизоляциялық материалдардың негізгі физикалық қасиеттері.

3. Гидроизоляциялық материалдардың суға қатысты қасиеттері.

4. Гидроизоляциялық материалдардың механикалық қасиеттері.

Гидроизоляциялық материалдар деп басқа барлық қажетті техникалық талаптарды (беріктігі, деформативтілігі, жылуға төзімділігі және т.б.) қанағаттандыра отырып, суды өткізбеу қабілеті бар құрылыс материалдарын айтады.

Гидроизоляциялық материалдардың түрлі физикалық қатынасын анықтайтын қасиеттер келесі топтарға жіктеледі:

а) бу тәріздес және тамшылы-сұйық су әсеріне қатынасы (гигроскоптылық, су сіңіргіштік, су өткізгіштік, жібу коэффициенті);

б) температура әсеріне қатынасы (температуралық кеңею, жылу сыйымдылық, жылу өткізгіштік, аязға төзімділік, отқа төзімділік, отқа беріктік т.б.);

в) өзге қасиеттері (бу және газ енушілік, электр өткізгіштік және т.б.).

Қасиеттердің көпшілігін жалпы мәндерден шығатын сандық сипаттамамен беру тиімді, оның қорытындысы төменде келтіріледі.

Материалдарда су буының, судың, жылу ағымының, электр қуатының әсерімен жүретін кез-келген физикалық процестің жылдамдығы екі фактор арасындағы қатынаспен анықталады: процестің «қозғаушы күші» (мәселен, жылу өту кезіндегі температураның айырмашылығы) мен процесс жүруіне материалдардың қарсылығы. Тиісінше, физикалық процестің жылдамдығы

мұнда, - жылдамдық;

- процестің «қозғаушы күші»;

- қарсыласу (кедергі).

Мұнда процестің «қозғаушы күші» ( ) дегеніміз мәселен, гигроскоптық ылғалдану процесін алғанда су буы қысымының әр түрлілігі ( ), материалдардың жылу өткізгіштігі туралы айтқанда температураның әр түрлілігі ( ), электр тогы өткенде потенциал айырмашылығы ( ).

Қарсыласу материал үлгісінің ұзындығы мен көлденең кесіндісіне , сондай-ақ осы материалға тән тиісті коэффициент мәніне (мәселен, жылу өткізгіштік, электр өткізгіштік, бу өткізгіштігі) байланысты болады. Сонымен

Ендеше,

Процесс жылдамдығы , мұнда - сыйымдылық факторы, мәселен, жылу, су буы, электр көлемі, ал - процесс өтетін уақыт. Сонымен осылайша теңдік алынады.

немесе (1.1)

Теңдік барынша жалпы сипаттама. Оның физикалық диффузиясы теңдігімен, Ом заңы мәнімен сыртқы ұқсастығына көз жеткізу қиын емес. Бұл теңдікті пайдалана отырып, құрылыс материалтануындағы бірқатар практикалық міндеттерді шешуге және жекелеген белгілі дәйектерді түсіндіруге болады. Мәселен, майда ұсатылған цемент ірі ұсатылғанына қарағанда неліктен ылғалды көп соратын болады, ылғалды тез сіңіреді, сондай-ақ ауадан алынған көміртегі қос тотығын да тез сіңіреді де бұзылады. Өйткені ұлғайып, кішірейгенде ұлғаяды, яғни сіңірілген ылғал мен көміртегінің қос тотығы өскен кезде.

Теңдіктен (1.1) табамыз:

Осы бейнелеуді пайдалана отырып тиісті коэффициенттің гигроскоптық ылғалдану, ылғал сіңіру, су өткізгіштік (фильтрлеу), жылу өткізгіштік - өлшемділігін анықтауға болады.

Егер орнына (жылу мөлшері, ккал), ( ) орнына ( ) температура сиымдылығы, град, -ды метрмен, -ті м²-пен, -ны сағатпен бейнелесек жылу өткізгіштік коэффициентінің өлшемділігі төмендегідей болады:

Атап кеткен жөн, осы жерде және мұнан кейін осы параграфта өлшемдік жүйелері (СИ) физикалық көрсеткіш бірліктерімен қатар құрылыс материалдары туралы нормативтік, анықтамалық және патенттік әдебиеттерде орнығып қалған, бұрындары қабылданған бірқатар өлшемділіктер де келтіріледі. Бұл студенттердің тиісті құралдарды оқулықпен қатар пайдалануын жеңілдету үшін жасалып отыр.

Құрылыс конструкциясындағы (сондай-ақ тасымалдау және сақтау процесінде) материалдар әдетте бу немесе сұйық түріндегі судың әсеріне ұшырайды.

Гигроскоптылық – бұл материалдардың ауадағы су буларын жұту физикалық процесі (сорбция). Мұнда капиллярлық конденсация, яғни капиллярларда (тар бос қуыстарда) будың сұйыққа айналуы жүреді. Егер су буының сорбциясы материалмен химиялық өзара әсерге ұласатын болса, мұндай процесс хемосорбция деп аталады. Кейде ылғалдың хемосорбциясы зиянды; осылайша цементті ұзақ сақтағанда ол белсенділігін жоғалтып, бұзылады, тіпті кейде қатып кесектерге айналады. Гигроскопиялық деп материалдың ылғалды ауадан ылғап сіңіру қасиеті айтылады. Гигроскоптылықтың сипаттамасы ретінде ауанын салыстырмалы ылғалдылығы 100% және температура 20⁰С болған жағдайда сіңірілген ылғал массасының құрғақ материал массасына қатынасы алынған.

Материалдағы ылғал бос күйінде, немесе капиллярлы және байланысқан күйде болуы мүмкін.

Ылғал сіңіру. Материалдар сумен тікелей байланысқанда олар судың белгілі бір бөлігін сіңіріп алып, өз бойында ұстап қалуға қабілетті. Бұл қасиет ылғал сіңіру деп аталады. Ылғал сіңіруді не материал аумағының сумен толтырылуы дәрежесімен (аумақ бойынша ылғал сіңіру ), не сіңірілген су көлемінің құрғақ материал салмағына қатынасымен (салмақ бойынша ылғал сіңіру ) бейнелейді.

Әдетте көлем бойынша ылғал сіңіру, ол материалдардың бос қуыстылығынан аз болады, өйткені су молекуласының өлшемі бос қуыстар мен капиллярларға «кіру тесігінен» сан есе шағын болғанымен, су өте майда ұяларға кірмейді. Бір қарағанда таң қаларлық бұл факт төмендегідей түсіндіріледі.

Өзге заттардың молекуларына қарағанда сұйық жағдайдағы су молекулалары өзара допильді және сутегілік деп аталатын байланыстармен бірігіп, полимерлі ассоциаттар түзеді. Басқаша айтқанда су молекулалары ұсақ ұяларға ене алмайтын ірі құрамдармен жылжиды. Қол ұстаса жүріп, тар есікке кіруге тырысқан адамдар тобымен салыстыру баяндалған құбылысты түсіндіруге көмектесетін болады деп ойлаймыз. Бірақ өте үлкен қысым әсерінен немесе бу тектес жағдайға көшкенде су молекулаларының ассоциаттары бұзылады да, ол өте тар саңылаулардан өтуі мүмкін.

Ылғал сіңірудің жеке түрі капиллярлық сору немесе капиллярлық диффузия болып табылады.

Су өткізгіштік – материалдың қысым күшімен су өткізу қабілеті. Абсолютті тығыз материалдар, яғни аумақтық салмағы мен тығыздығы сәйкес келетіндер, мәселен әйнек, битум, болат су өткізбейді. Ұсақ бос қуыстылығымен ерекшеленетін тығыздығы жеткілікті материалдардың өте баяу диффузиясына орай, қалыңдық қабат іс жүзінде су өткізбейтіндігімен ерекшеленеді (мәселен, құрамы арнайы іріктелген бетон).

Сусіңіргіштік -материалдың суды сіңіру және оны ұстап тұру қабілеті; суды кеуектерге сіңіру үрдісі сусіңіргіштік деп аталады. Сусіңіргіштіктің сипаттамасы ретінде температурасы 20⁰С суға 24 сағат басты батырылған құрғақ нұсқаның сіңірген және өз бойында ұстап қалатын су мөлшері алынған:

мұндағы: m₃ -24 сағат су сіңірілген нұсқа массасы; m₂ - 1 минут су сіңірілген нұсқа массасы; m₁ - құрғақ нұсқа массасы

Су сіңіргіштік масса немесе көлем бойынша анықталуы мүмкін.

Жібу коэффициенті (К_ж) – бұл суға қанықтырылған материал беріктігінің материалдың құрғақ жағдайдағы беріктігіне қатынасы.

Су асты конструкцияларында немесе сыз жерлерде тұратын конструкцияларда қолданылатын табиғи және қолтума тас материалдардың жібу коэффициенті 0,8-ден төмен болмауы тиіс деп есептеу қабылданған.

Су оқшаулағыш материалдардың сапасы оның техникалық қасиеттерімен анықталады. Олардың техникалық қасиеттерін бір-бірімен байланысты төрт топқа бөліп қарастыруға болады.

Бірінші топтағы қасиеттері материалдың тікелей суға қатынасын сипаттайды. Оған суды өткізбеу қабілеті, су жұтуы, суға қанығуы, гидрофильдігі, гидрофобтығы, гигроскоптылығы жатады. Бұл қасиеттер материалдың құрылымына, атап айтқанда кеуектілігі мен заттың физикалық табиғатына тәуелді болады.

Заттың суды өткізбеу қабілеті деп - тұрақты гидростатикалық қысым жағдайындағы суды өткізбеу қасиетін айтады. Суды өткізбеу қабілетінін сипаттамасы ретінде берілген қысымдағы сағат ішіндегі материалдын 1 см² беті арқылы өтетін судың мөлшері алынған.

Суға қанығу деп алдын ала жасанды жолмен вакуум қалыптастырылған кеуектерге материалдың суды сору қабілеті айтылады. Суға қанығу шамасы әрқашан сусіңіргіштіктен жоғары болады.

Ылғал беру қасиеті деп материалдың қоршаған ортаға ылғал беру қабілеті айтылады. Ол +20⁰ С температура және ауданын 60% салыстырмалы ылғалдылығы жағдайындағы бір тәуліктегі жоғалтқан ылғал мөлшерімен анықталады.

Гидрофобтық және гидрофильдік – материалдың сумен шайылмау және шайылу қабілеті.

Материалдың ылғалдылығы ылғал мөлшерін құрғақ күйдегі материал массасына қатынасымен анықталады.

Екінші топтағы қасиеттерге материалдың механикалық қасиеттері жатады. Олар - беріктік, икемдік, серпімділік, тұтқырлық. Бұл көрсеткіштер суоқшаулағыш материалдардың механикалық әсерге қарсы тұру қабілетін сипаттайды.

Материалдың механикалық қасиеттері мен құрылымының арасында тікелей тәуелділік болады. Заттың құрылымындағы өзгерістер негізінде оның механикалық қасиеттері жөнінде алдын ала болжам айтуға болады.

Механикалық немесе құрылымдық механикалық қасиеттер деформациялық және беріктік қасиеттер болып екіге бөлінеді.

Деформациялық қасиеттер қайтымды немесе қайтымсыз болуы мүмкін. Қайтымды деформация (қатты және эластикалық) деформацияның тез немесе белгілі бір уақыт аралығында қайта қалпына келуін сипаттайды. Қайтымды деформация каучук, полиизобутилен негізінде алынған суоқшаулағыш материалдардың негізгі сипатамасы болып есептеледі.

Қайтымсыз деформация (пластикалық, аққыштық) жүктемені алғаннан кейін де қалпына келмейді, қайта дамуы мүмкін.

Бақылау сұрақтары:

1. Гидроизоляциялық материалдар пәнінің негізгі мақсаты мен міндеттірі қандай?

2. Гидроизоляциялық материалдардың физикалық қасиеттеріне қандай қасиеттері жатады?

3. Гигроскопиялық дегеніміз не?

4. Ылғалсіңіргіштік дегеніміз не?

5. Материалдың сусіңіргіштігін қалай анықтайды?

6. Материалдың жібу коэффициенті дегеніміз не?

7. Материалдың жібу коэффициентін қалай арттыруға болады?

8.Гидроизоляциялық материалдардың екінші топтағы қасиеттеріне қандай қасиеттері жатады?

9. Материалдың адгезиялық қабілеті дегеніміз не және ол неге тәуелді?

Әдебиеттер тізімі:

1. Рыбьев И. А: и др. Технология гидроизоляционных материалов. М. 1997

Қосымша

2. Бородин В: И. Производство рулонных битумных материалов М, 1987

3. Борисов Г.В. Производство гидроизоляционных материалов Справочное пособие П, 1987

4. Дворгиш П. И. И др. Материалы и изделия в мелиоративном строительстве, Справочник, Киев, 1982

5. Кисина А: М. Идр. Полимербитумное кровельное и гидроизоляционные материалы П,1983

6. Мастики в строительстве Резниченко П. Т. и др. Днепропетровск, 1975

7. Неринштейн З.Ш и др. Производство битумных рулонных кровельных материалов. М. 1970

3-тақырып. Сенімді суоқшаулаудың басты шарттары. Судан оқшаулайтын материалдардың жүйелі –механикалық қасиеттерін реттеу.

Дәрісті өту жоспары:

1. Материалдарды судан сенімді оқшаулаудың теориялық негіздері.

2. Капиллярлық диффузияны төмендетудің негізгі жолдары.

3. Гидроизоляциялық материалдардың механикалық қасиеттері.

4. Жұғу бұрышының шамасын арттыру жолдары.

5. Сенімді суоқшаулауды қамтамасыз ету жағдайлары.

Капиллярлық диффузия, материал кеуектеріндегі оның қысымын теңестіретін ылғалдың үздіксіз газ фазасының болуы кезіндегі, материалдағы ылғал қозғалысының ең көп таралған түрі болып табылады. Оның қозғалысын анықтаушы капиллярлардағы сұйық қысымы (р), материал кеуектеріндегі ауа қысымының айырмасы (р₀) мен сұйықтың беттік кернеулігіне /r тәуелді болады, мұндағы  – сұйықтың жалпақ беттегі беттік кернеулігі; r – капиллярлардағы сұйық бетінің қисықтығының нақты радиусы.

р = р₀ – /r

жағдайы мынаны көрсетеді:

– материалдың белгілі бір нүктесіндегі ылғалдылықтың (), соған сәйкес (r) мәнінің артуымен (р) мәні де өседі, сондықтан пайда болған – градиентінің есебінен, ылғал аз ылғалдылық бағытындағы (х) қашықтыққа орын ауыстырады;

– (t) температураның артуымен беттік кернеулік төмендейді, сондықтан (р) қысым артады.

Кейбір термодинамикалық үрдістерді қарастырғанда әрекеттесуші фазалардың беттік айырмашылығының бар екендігін ескеру қажет. Себебі, кез келген фазалар айырмашылығының беті күш өрісінің көзі болып табылады. Күш өрісі кернеулігінің, яғни екі фаза айырмашылығы бетіне сәйкес келетін бос энергияның артық мөлшерінің өлшемі, сұйық орта үшін беттік кернеулік деп аталатын, меншікті беттік энергия () болып табылады.  және S беттік қабат ауданын біле отырып, F энергияны есептеп табуға болады:

F = S.

Фазалар айырмашылығының жоғары дамыған бетінің болуы беттік қабат-тағы мол артықша бос энергияның болуына ықпал етеді, сондықтан коллоидты жүйелер көп жағдайда тұрақсыз. Сондықтан, мұндай жүйелер тұрақты қысым мен температурада, сыртқы ортаның әсерінсіз ақ, сыртқы беттік қабаттағы артық мөлшердегі бос энергияны азайту есебінен өзінің тұрақтылығын арттыруға тырысады:

.

Қатты денеге сұйықтың әр түрлі жұғуын беттік кернеулік күші әсерінің нәтижесі ретінде қарауға болады. 1.1-суретте сұйықтың қатты денеге жұғу сызбасы келтірілген.

Жұғудың периметрі үш орта: 1) ауа, 2) сұйық, 3) қатты дене әсерлерінің шекарасы болатындығы анық. Бұл орталар оларды шекаралайтын беттерге ие: _1–2 беттік кернеулікке ие сұйық-ауа беті; _1–3 беттік кернеулікке ие ауа-қатты дене беті; _2–3 беттік кернеулікке ие сұйық-қатты дене беті.

а) с.г. Г қ  с к.с.

б) с.г. Г қ с к.с.

а - жұғу бұрышы 90⁰ кем болған, б – жұғу бұрышы 90⁰ артық болған жағдай;

сурет 1.1. Сұйықтың қатты денеге жұғу сызбасы

Осыған сәйкес жұғу периметрінің 1 см-не 1-суретте сәйкес векторлармен белгіленген үш күш әсер етеді: _1–2; _1–3; _2–3. Олар сәйкес шекараланатын бетке жанамалы орналасқан дөңгелектің жеке элементтеріне перпендикуляр бағытталған.  тепе-теңдік шеттік бұрышын түзгенде барлық күштер бірін-бірі теңестіруі қажет. Бұл жағдай үшін қатты дене беті жазықтығы осіне векторлар проекциясы қосындысынан шығатын Дюпре-Юнг қатынасы дұрыс болады:

_2–3 = _1–3 + _1–2 немесе _2–3 – _1–3 = _1–2 ,

бұдан = (_2–3 – _1–3)/ _1–2 = В.

Мұндағы шамасы В жұғу деп аталады. Жұғу жағдайы өзгергенде бұл бұрыш өзгереді. Толық жұғуға ( = 0) В=1 жауап беретіні анық. Сұйық қатты денеге олардың молекулаларының арасындағы әсер аз болған сайын жақсы жұғады. Аз беттік кернеулікке ие болған полярсыз сұйықтар, негізінде беттерге жақсы жұғады. Бұл жағдайда алынған екі сұйықтықтан дененің бетіне, қайсысының қатты денемен полярлық айырмашылығы аз болса сол жақсы жұғады.

Су ауа атмосферасында көптеген жіңішке сүйір беттерде шеттік бұрыш, яғни жұғудың оң мәнін түзетіні белгілі. Осы көзқарас тұрғысынан барлық беттерді гидрофильді деп қарауға болады. Полярсыз сұйықтардың қатысуында судың беттік талғамды жұғуы кезінде жағдай өзгеше. Бұл жағдайда су барлық уақытта да сүйір шеттік бұрыш түзе бермейді. Бұндай жағдайда гидрофильді беттерге су талғамды жұғады. Бұл кезде шеттік бұрыш  < 90⁰, бірақ бет гидрофобты болса көміртегі суды біржақты ығыстырып су үшін  > 90⁰ болады.

Тек суды қолданған жағдайда барлық бейорганикалық құрылыс материал-дарына, соның ішінде ұялы бетонға да су жақсы жұғады. Олардың моле-кулаларында құрылыс материалдарының бетін сумен әрекеттестіре алатын жеткілікті мөлшердегі полярлы топтар болғандықтан, бұл түсінікті де. Сондықтан бөгде қоспалармен ластанбаған құрылыс материалдарында сумен жанасу кезінде жұғу өздігінен және тез жүреді.

Жұғу құбылысын зерттеген кезде практикалық мақсат, көлемдік фазалардың құрылымы мен химиялық табиғаты жайлы мәліметтерге сүйене отырып, нақты жүйе үшін  мәнін болжау мүмкіндігінде.

Мәселен су, құрамында ионы бар немесе иондарды гидратация үрдісі кезінде түзетін шыныға, алюмосиликаттарға, ионды кристалды және басқа полярлы беттерге жақсы жұғады. Бұл жағдайда (W_a) ион-дипольді әсерлесу (W_c) диполь-дипольді әсерлесуден артық. Сонымен бірге, су парафин және басқа полярсыз заттарға жұқпайды, себебі өте полярлы сұйықтық су үшін W_c мәні елеулі дәрежеде жоғары. _c.г. және W_c мәндері төмен болған гептан, этил спирті, бензол және басқа сұйықтар кез келген қатты беттерге жұғады. Керісінше, сынап (_c.г = 485 эрг/см²), негізінен, кейбір металдардан басқа қатты беттерге жұқпайды.

Осыған сәйкес шеттік бұрыштың мәнін бағалау және осы мәнді басқару мақсатында, оны қатар болатын көлемдік фаза қасиеттерімен байланыстыру, құрылыс материалдары бетін гидрофобтау процесі үшін маңызы ерекше. Жұғудың тепе-теңдік шеттік бұрышын білу капиллярлы-кеуекті денелердегі сұйықтың өзін тұтуын анықтауда көмектеседі, оларға көптеген құрылыс материалдары, мәселен, автоклавты ұялы бетон жатады.

Бақылау сұрақтары:

1. Материалдың гидрофильдік қасиеті дегеніміз не?

2. Материалдың гидрофобтық қасиеті дегеніміз не?

3. Жұғу бұрышының шамасы қалай анықталады?

4. Жұғу бұрышының шамасын қалай арттыруға болады?

5. Материалдың гидрофобтық қасиетін арттыру жолдары?

Әдебиеттер тізімі:

1. Рыбьев И. А: и др. Технология гидроизоляционных материалов. М. 1997

Қосымша

2. Бородин В: И. Производство рулонных битумных материалов М, 1987

3. Борисов Г.В. Производство гидроизоляционных материалов Справочное пособие П, 1987

4. Дворгиш П. И. И др. Материалы и изделия в мелиоративном строительстве, Справочник, Киев, 1982

5. Кисина А: М. Идр. Полимербитумное кровельное и гидроизоляционные материалы П,1983

6. Мастики в строительстве Резниченко П. Т. и др. Днепропетровск, 1975

7. Неринштейн З. Ш. и др. Производство битумных рулонных кровельных материалов. М. 1970