7.2. Материалы на основе битумов и дегтей, технология их изготовления и применения в строительстве
Кровельные и гидроизоляционные материалы подразделяют на битумные и дегтевые. Между ними нельзя провести четкой грани. Часто один и тот же материал может быть использован и как кровельный, и как гидроизоляционный. Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумов более долговечны, чем на основе дегтей, поэтому последние используют для устройства кровель некапитальных зданий и временных построек.
По внешнему виду выпускаемые материалы разделяют на рулонные, мастики, пасты и эмульсии.
Рулонные материалы легки, водонепроницаемы, погодоустойчивы, обладают малой теплопроводностью, стойки к действию агрессивных сред. Они очень удобны для устройства плоских кровель, однако менее долговечны по сравнению с асбестоцементными листами и черепицей и сгораемы.
Рубероид – рулонный кровельный и гидроизоляционный материал, изготовленный путем пропитки кровельного картона мягкими нефтяными битумами и последующего покрытия тугоплавкими битумами с обеих сторон. По назначению рубероид разделяют на кровельный (для верхнего слоя ковра) и подкладочный (для нижнего слоя кровельного ковра). В зависимости от посыпки на лицевой поверхности различают два вида рубероида: с крупнозернистой и чешуйчатой посыпками. Нижняя поверхность рубероида (наружная в рулоне) имеет мелкую или пылевидную минеральную посыпку. На подкладочном рубероиде такая посыпка должна быть с обеих сторон.
Применяют рубероид для устройства кровельного покрытия пологих и плоских кровель. Каждая полоса должна перекрывать соседнюю на 7 – 10 см. Укладывают рубероид на горячих и холодных мастиках.
Процесс производства рубероида состоит из следующих основных операций (рис. 36):
приготовление пропиточной и покровной массы расплавлением в котлах битумов при температуре 180 – 200° С;
подготовка посыпочных материалов;
пропитка полотна картона в пропиточной ванне;
нанесение с двух сторон покровных слоев требуемой толщины из тугоплавкого битума пропусканием пропитанного картона через покровную ванну;
нанесение посыпочных материалов из бункеров, под которыми проходит пропитанный картон с покровным слоем;
охлаждение материала на цилиндрах с водяным или иным охлаждением;
окончательное охлаждение в петлях магазина запаса;
резка полотна на куски стандартной длины и свертывание их в рулоны.
Рис. 36. Схема рубероидной машины:
1 – бобины картона; 2 – размоточный станок; 3 – сшивальный станок; 4 – магазин запаса картона; 5 – сушильные цилиндры; 6 – пропиточная ванна; 7 – отжимные вальцы; 8 – камера допропитки; 9 – покровная ванна; 10 – отжимные вальцы; 11 – 13 – посыпные бункера; 14 – холодильные барабаны; 15 – намоточный станок.
Характеристика рубероида приведена в таблице 9.
Таблица 9. Характеристика рубероида
Марка |
Масса 1м2 основы при стандартной влажности, г |
Общая площадь рулона, м2 |
Масса рулона, кг |
Посыпка |
РК-420 |
420 |
10 |
27 |
Крупнозернистая с одной стороны |
РЧ-350 |
350 |
15 |
26 |
Чешуйчатая с одной стороны |
РМ-350 |
350 |
15 |
26 |
Мелкая минеральная с двух сторон |
РП-250 |
250 |
20 |
22 |
Стеклорубероид изготовляют путем нанесения на стекловолокнистый холст двухстороннего битумного покрытия. Его лицевую поверхность покрывают крупнозернистой или чешуйчатой посыпкой, нижнюю и обе стороны гидроизоляционного стеклорубероида - мелкой или пылевидной посыпкой. Технология изготовления аналогична производству рубероида.
Основным преимуществом стеклорубероида перед обычным является большая прочность его основы (стеклохолста) по сравнению с картоном. Применяется для устройства кровельного ковра и оклеечной гидроизоляции.
Стеклорубероид разделяют на три марки. Марка С-РК – стеклорубероид кровельный с крупной посыпкой; С-РЧ – то же, с чешуйчатой посыпкой с лицевой стороны; С-РМ – стеклорубероид гидроизоляционной с мелкой или пылевидной посыпкой.
Пергамин является кровельным и пароизоляционным материалом. В отличие от рубероида пергамин не имеет на поверхностях покровного слоя. Пергамин можно изготовлять на тех же станках, что и рубероид и стеклорубероид, исключив покровную ванну и посыпочные бункера. Применяют для устройства нижних слоев многослойных кровельных покрытий и для пароизоляции.
Гидроизол – беспокровный биостойкий гидроизоляционный рулонный материал, изготовленный пропиткой асбестовой бумаги нефтяными битумами. Применяется для гидроизоляции подземных сооружений и устройства антикоррозионных покрытий трубопроводов, так как основа не подвержена набуханию и гниению. Выпускается две марки гидроизола: ГИ-Г – гидроизол, предназначенный для гидроизоляции подземных сооружений и для защиты от коррозии трубопроводов, и ГИ-К – кровельный гидроизол, предназначенный для гидроизоляции кровель.
Бризол – рулонный гидроизоляционный материал, состоящий из нефтяного битума, дробленой резины, асбеста и пластификаторов. Применяется для защиты от коррозии подземных трубопроводов и сооружений.
Толь кровельный и гидроизоляционный получают пропиткой картона каменноугольным дегтем и пеком. Обе стороны толя покрывают специальной минеральной посыпкой, крупнозернистые и мелкозернистые посыпки изготовляют из сланцевой и асбестовой крошки, доменных шлаков и кварцевого песка.
В соответствии с назначением, видом посыпки и массы 1 м2 картона толь подразделяют на следующие марки: с песочной посыпкой – ТКП-350 и ТКП-400; с крупнозернистой посыпкой ТКК-350 и ТКК-400; с покровной пленкой ТГ-300 и ТГ-350.
Толь применяют для устройства кровель, гидроизоляции фундаментов.
Битумные и дегтевые мастики используются для обмазочной гидроизоляции, приклеивания рулонных кровель. В зависимости от вида исходного вяжущего материала мастики подразделяют на битумные, дегтевые, битумно-резиновые, битумно-полимерные, а по способу укладки – на горячие и холодные.
Мастики всех видов обязательно имеют в своем составе наполнители минерального происхождения. Наполнители могут быть пылевидными, волокнистыми и комбинированными. В качестве пылевидных наполнителей применяют тонкомолотый порошок из известняка, мрамора, кварца, мела, доломита. Волокнистые наполнители – асбест, асбестовая крошка, коротковолокнистая минеральная вата и т.д.
На основе органических вяжущих материалов (битум, деготь, битумная эмульсия) в дорожном строительстве изготавливаются битумоминеральные и дегтеминеральные смеси. Наиболее часто применяют следующие битумоминеральные материалы: асфальтобетон (дегтебетон), черный щебень, материал смешения на дороге, смеси, получаемые способом пропитки, смеси, образующиеся при поверхностной обработке покрытий.
Самым распространенным и наиболее качественным из битумоминеральных материалов является асфальтобетон. Асфальтобетоном называют дорожно-строительный материал, получаемый при уплотнении асфальтобетонных смесей.
Асфальтобетонные смеси состоят из щебня, песка, минерального порошка, битума, поверхностно-активных добавок, взятых в расчетных пропорциях, высушенных, подогретых до оптимальной температуры и смешанных до полной однородности. Разновидностями асфальтобетонных смесей являются: песчаная (без щебня) и смесь для нижнего слоя покрытия без минерального порошка.
Соотношения составляющих материалов определяют расчетом с целью получения плотного, прочного, водо- и морозостойкого асфальтобетона, способного работать в покрытиях 15 – 20 лет до капитального ремонта.
Асфальтобетонные смеси и асфальтобетон классифицируют по следующим признакам:
а) по температуре укладки асфальтобетонной смеси в покрытие.
По этому признаку асфальтобетонные смеси делят на горячие, теплые и холодные. Горячие смеси укладывают и начинают уплотнять при температуре не менее 120 °С, так как они содержат вязкий битум марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130 или БН 60/90, БН 90/130 и при меньшей температуре плохо уплотняются.
Теплые смеси укладывают и начинают уплотнять при температуре не ниже 100 °С при применении битума марок БНД 130/200, БНД 200/300, БН 130/200, БН 200/300 и не ниже 70 °С при использовании битумов СГ 130/200, МГ 130/200.
Холодные смеси укладывают при температуре воздуха не ниже 5 °С, их можно после приготовления длительное время хранить в штабелях, они не слеживаются, так как для их изготовления используют битумы марок СГ 130/200, СГ 70/130, МГ 130/200 и МГ 70/130.
б) по плотности асфальтобетона.
По величине остаточной пористости асфальтобетоны подразделяют на плотные с объемной пористостью от 2 до 7%, пористые – от 7 до 12% и высокопористые – от 12 до 18%.
в) по виду применяемых материалов.
Различают асфальтобетоны и смеси щебеночные, состоящие из щебня, песка, минерального порошка и битума, гравийные – из гравия, песка, минерального порошка и битума, песчаные – из песка, минерального порошка и битума.
г) по крупности.
Асфальтобетоны подразделяют по крупности скелетных фракций на крупнозернистые – до 40 мм, среднезернистые – до 20 мм, мелкозернистые – до 10 мм, песчаные – до 5 мм.
д) по содержанию щебня.
Асфальтобетоны классифицируют на многощебенистые (А) при содержании щебня от 50 до 60%, среднещебенистые (Б) – от 30 до 50%, малощебенистые (В) – от 20 до 35%.
Дегтебетонные и дегтеминеральные смеси также находят применение в дорожном строительстве для устройства верхних и нижних слоев покрытий, верхних слоев оснований, поверхностной обработки. Ввиду токсичности каменноугольного дегтя эти смеси рекомендуется укладывать на дорогах вне населенных пунктов.
Свойства асфальтобетонных (дегтебетонных) смесей и асфальтобетона (дегтебетона) нормированы стандартами. Основные из этих свойств следующие: пределы прочности при сжатии при температурах 20, 50, 0 °С; коэффициенты водоустойчивости и длительной водоустойчивости, набухание.
Эти требования установлены с таким расчетом, чтобы обеспечить асфальтобетону сопротивление сдвигу (сдвигоустойчивость асфальтобетонных покрытий), релаксационную способность и деформативность при отрицательных температурах (трещиностойкость асфальтобетонных покрытий), водоустойчивость, морозостойкость, шероховатость покрытий. Лишь одно из перечисленных свойств – водоустойчивость – может быть определено непосредственно через коэффициент водоустойчивости. Остальные свойства характеризуются косвенно через показатели свойств и структуры, нормированные стандартом.
Технология приготовления асфальтобетонных смесей представлена на рис. 37.
Стандартные методы определения свойств асфальтобетона не учитывают влияние комплекса воздействий, которые имеют место в естественных условиях эксплуатации. Н.С. Ковалевым с участием Б.Ф. Соколова и С.И. Самодурова разработан способ подготовки строительных материалов к испытаниям на прочность (Авт. свидетельство № 665254). Цель этого способа – моделирование реальных условий работы материала. Достигается это тем, что образец насыщают водой в условиях вибровакуума, а после воздействия знакопеременных температур образец подвергают облучению в атмосфере, содержащей озон. Вибровакуумное водонасыщение выполняют с частотой колебания 10 – 25 Гц и амплитудой 0,5 – 5 мм, а воздействие знакопеременных температур осуществляется со скоростью 60 °С в час при продолжительности одного цикла 120 – 180 мин.
С целью повышения тепло- и водоустойчивости асфальтобетона им же предложено вводить в качестве поверхностно-активной добавки отходы ионообменных очистных установок, содержащих соли металлов азотной кислоты в количестве 0,94 – 1,87% (Авт. свидетельство № 614123).
Для расширения номенклатуры местных дорожно-строительных материалов нами было предложено использовать в качестве минерального наполнителя ваграночные шлаки естественного зернового состава, предварительно активированные отходами ионообменных очистных установок (Авт. свидетельство № 608820). Полученная асфальтобетонная смесь характеризуется повышенной теплоустойчивостью.
Рис. 37. Технологическая схема производства асфальтобетона:
1 – питатель; 2 – элеватор; 3 – сушильный барабан; 4 – пылеулавливающая установка; 5 – топка; 6 – горячий элеватор; 7 – грохот; 8 – элеватор минерального порошка; 9 – бункер для горячих материалов; 10 – накопительный бункер; 11 – лопастной двухвальный смеситель; 12 – битумная труба с соплами в смесителе; 13 – дозатор поверхностно-активных добавок; 14 – дозатор битума.
С целью расширения номенклатуры органических вяжущих веществ и повышения водоустойчивости асфальтобетонных смесей было предложено использовать каменноугольные фусы (Авт. свидетельство № 914698). Введение 0.04 – 0,37% фусов в состав асфальтобетонной смеси существенно повышает ее водоустойчивость.
Для строительства верхних слоев покрытий используют также литые асфальтобетонные смеси. Широкое применение этих видов смесей сдерживается пониженной сдвиго- и трещиностойкостью, использованием битумов повышенной вязкости, приготовлением смесей при высоких температурах (240 – 250 °С) и поддержанием ее вплоть до момента укладки, а также необходимостью иметь специальные транспортные средства, оборудованные котлом-термосом с принудительным перемешиванием для обеспечения нерасслаиваемости. С целью устранения этих недостатков предложена смесь для приготовления литого асфальтобетона (Авт. свидетельство № 628155) на основе конверторных, гранулированных доменных и молотых гранулированных доменных шлаков. Применение в смеси конверторного шлака способствует повышению сдвигоустойчивости покрытий из них, добавка гранулированного доменного шлака фракции 0,071 – 0,63 мм препятствует расслаиваемости смеси при транспортировке, а молотый гранулированный доменный шлак фракции менее 0.071 мм приводит к снижению температуры приготовления до 160 °С и повышению трещиностойкости вследствие большей степени структурирования битума.
Холодные асфальтобетонные смеси широко используют при строительстве покрытий автомобильных дорог, особенно сельских. Для снижения стоимости покрытий и упрощения технологии приготовления холодных асфальтобетонных смесей Н.С. Ковалевым предложена смесь для приготовления холодного асфальтобетона (Авт. свидетельство № 707945), состоящая из одного минерального компонента – отходов дробления литого шлакового щебня.
Дегтебетонные смеси, приготовленные из традиционно применяемых материалов, характеризуются недостаточной водо-, тепло- и морозоустойчивостью покрытий. Для устранения этих недостатков им же предложено использовать дегти пониженной вязкости, а в качестве минерального компонента – литой шлаковый щебень (Авт. свидетельство № 618391). Вследствие повышенного структурирования дегтя получается холодная дегтеминеральная смесь, не слеживающаяся длительное время.
Для повышения водо- и теплоустойчивости дегтебетонных смесей нами предложено вводить при приготовлении смеси 2 – 3% хлорной извести, которая является одновременно активатором минеральной поверхности и структурирующим элементом дегтя.