10. Шлаковые и щелочные цементы.

Шлакощелочные цементы представляют собой гидравлические вяжущие вещества, получаемые тонким измельчением гранулированного шлака совместно с малогигроскопичным щелочным компонентом или затворением молотого шлака растворами соединений щелочных металлов: натрия, калия или лития. Шлаки используют доменные или электротермофосфорные гранулированные ( ГОСТ 3476 - 74) с тонкостью помола, характеризуемой удельной поверхностью не ниже 3000 см2 / г. Могут быть использованы и другие разновидности шлаков, например титанистые, никелевые, фер-ромарганцевые, ваграночные, мартеновские после их предварительного испытания. Используют их водные растворы 18 - 40 % - ной концентрации по массе. К таким соединениям относятся: едкие щелочи ( едкий натр, едкое кали), смесь плавленных щелочей; сода кальцинированная техническая, содощелочной шлак, поташ, фтористый натрий; силикатные соли и растворимые стекла с силикатным модулем 0 5 - 2 5, в том числе орто-мета-дисиликаты натрия и калия; алюминатные соли - алюминаты натрия и калия. 

Наиболее высокую гидравличность имеют шлакоцелочные цементы, затворенные растворами едких щелочей, а активность их выше при таердении в воде. В зависимости от состава алюмосиликатной составляющей эти цементы имеют несколько разновидностей: бездобавочный цемент, цемент с добавками горной породы, глинистых минералов, горелых пород, щелоче- и кремнийсодержащих веществ, карбонатов и др. Шлакощелочные цементы разделяются на марки: 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000.

Шлакощелочные цементы на жидком стекле отличаются особо быстрым набором прочности: до 20 - 25 МПа в суточном возрасте. При использовании в качестве добавки каолина в количестве 20 - 50 % получают декоративные шлакощелочные цементы с введением в их состав красящих минеральных веществ.

Шлакощелочные цементы используют для монолитных и сборных бетонов и железобетона в жилищном, гидротехническом и автодорожном строительстве.

11. Органические вяжущие вещества.

Органические вяжущие – группа природных или искусственных твёрдых, вязко-пластичных или жидких веществ, состоящих из смеси органических высокомолекулярных соединений. Они хорошо объединяются с каменными материалами и образуют прочную водостойкую плёнку. По составу, структуре, свойствам, изменению свойств в зависимости от температуры органические вяжущие достаточно близки к термопластичным полимерам и материалам на их основе. Встречаются в природе в чистом виде или получаются путём их переработки.

Сырьём для производства органических вяжущих являются продукты органического происхождения – каменный уголь, нефть, горючие сланцы, торф, древесина; физико-химическая переработка этого сырья (фракционная разгонка, сухая деструктивная перегонка и др.) даёт наряду с ценными продуктами смолообразные остатки. В результате дополнительной переработки этих остатков получают органические вещества.

В строительстве наряду с минеральными вяжущими применяют органические вяжущие — битумные и дегтевые (так называемые «черные вяжущие») и полимеры.

В зависимости от свойств, химического состава, вида сырья и технологии получения принята следующая классификация органических вяжущих веществ:

· битумы;

· дёгти.

Битумные и дегтевые представляют собой сложные смеси углеводородов и их производных.

Полимеры (от греч. polymeres — многообразный, состоящий из многих частей) — вещества с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев.

В зависимости от строительных свойств и консистенции органические вяжущие делят на группы:

твёрдые битумы и дёгти(пеки), обладающие при 20-25°С вязко-упругими свойствами; при 120-180°С они приобретают подвижность

вязкие битумы и дёгти, обладающие при 20-25°С вязкими и пластичными свойствами

жидкие битумы и дёгти при 20-25°С текучие, содержащие в своём составе летучие низкомолекулярные углеводороды; применяют их при температуре в диапазоне от 15 до 120°С. они способны загустевать по мере испарения летучих углеводородов, тем самым приобретают свойства вязких битумов и дёгтей

битумные эмульсии и суспензии – дисперсные системы, состоящие из диспергированного вяжущего материала (битума или дёгтя) в водной среде с добавкой эмульгатора, обеспечивающего их устойчивость. При нормальной температуре текучи.

По назначению органические вяжущие делят на:

• дорожные – битумы нефтяные (вязкие и жидкие), дёгти каменноугольные, битумы сланцевые, эмульсии битумные;

• строительные битумы;

• кровельные битумы;

• изоляционные битумы;

• специальные битумы.

Требования к качеству органических вяжущих:

• легко объединяться с каменными материалами, образуя прочную водостойкую плёнку

• обладать вязкостью, позволяющей в момент объединения с материалом хорошо его обволакивать, а в период работы связывать минеральные частицы в прочный монолит

• быть стабильными, т.е. не изменять свойства в процессе эксплуатации в покрытиях.

Применение: в гидротехническом, дорожном (для устройства дорожных покрытий, тротуаров, полов), промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальтовых растворов и бетонов, уплотняющих герметизирующих материалов, гидроизоляционных и дорожных мастик, битумных эмульсий, кровельно-гидроизоляционных паст, для устройства и ремонта мягких крыш, защиты от коррозии бетона, металлов и от радиоактивных излучений.

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ

СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Органические вяжущие представляют собой систему соединений различных по составу углеводородов и их неметаллических производных.

Элементарный состав битума дает весьма приближенное представление о возможных химических соединениях, входящих в его состав, поэтому было предложено определять групповой состав, т.е. содержание различных групп углеводородов.

Групповой состав битумов:

• Масла – вещества светло-желтого цвета, плотность ниже 1000 кг/см². Молекулярная масса 300 – 800. Придают вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения. В битумах содержится 40 – 60 % масел.

• Смолы – вещества темно-коричневого цвета, плотностью около 1000 кг/см² и молекулярной массой 600 – 2000. в смолах сконцентрирована основная масса сернистых, кислородных и азотистых соединений, которые в большинстве случаев полярные, поверхностно-активные и хорошо прилипают к поверхности каменных материалов, образуя водоустойчивые пленки. Содержаться в количестве 20 – 40 % и обуславливают растяжимость и эластичность.

• Асфальтены – твердые неплавкие вещества, с молекулярной массой 1000 – 5000. Влияют на процессы структурообразования в битуме. Содержатся в количестве 10 – 25 % и определяют температурную устойчивость, вязкость и твердость (хрупкость) вяжущих материалов.

• Карбены и карбоиды встречаются в битумах сравнительно редко, преимущественно в крекинг-битумах в количестве 1 – 3 %. Их содержание повышает вязкость и хрупкость битума.

• Асфальтогеновые кислоты и их ангидриты – вещества коричнево-серого цвета, обладают густой маслянистой или смолистой консистенцией. Это наиболее полярные компоненты вяжущего, а следовательно, и наиболее поверхностно-активные. Их содержание определяет интенсивность прилипания битумов к каменным материалам, особенно к основным карбонатным породам. Содержится в количестве до 1 %.

• Парафины относятся к твердым метановым углеводородам. Его содержание в битумах зависит т исходного сырья. Парафины снижают растворимость асфальтенов в других компонентах битумов, что связано с нарушением структуры битумов. При содержании парафина до 3,5 % он не оказывает существенного влияния на свойства битума. Большее его содержание снижает растяжимость и повышает температуру затвердевания.

Примерный групповой состав каменноугольных дорожных дегтей следующий:

• Дегтевые масла – 60 – 80 %.

• Вязко пластические смолы – 10 – 15 %.

• Твердые смолы – 2 – 25 %.

• Нафталин – 7 %.

• Атрацен – 10 %.

• Фенолы – 5 %. Выполняют роль ПАВ.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ

Органические вяжущие занимают промежуточное место между твердыми и жидкими веществами. При приложению нагрузки в них одновременно возникают как упругие (обратимые), так и пластические (необратимые) деформации. В зависимости от преобладания одних видов деформаций над другими материалы разделяют на вязко-упругие, вязко-пластичные, пластичные и описывают их различными реологическими моделями.

Главными показателями для органических вяжущих, характеризующими их работу в дорожном покрытии являются: вязкость, пластичность и прочность.

Вязкость битума изменяется от температуры. При пониженных температурах (минусовых) вязкость битума относительно велика и он приобретает свойства твердого тела. С увеличением температуры вязкость уменьшается и битум переходит в жидкое состояние.

В состоянии покоя через некоторое время в битуме разрушенные структурные связи восстанавливаются. Это явление называется тиксотропия. Кроме того вязко-пластичные материалы обладают способностью релаксации, т.е. если в таком материале задать некоторую деформацию и поддерживать ее постоянно, то напряжение постепенно будет убывать. По времени релаксации можно судить о степени пластичности материала.

Определить реологические свойства трудно, поэтому для характеристики физико-механических свойств органических вяжущих в производственных условиях принято определять ряд условных показателей, которые лишь косвенно характеризуют реологические свойства.