книги / Строительные материалы

званием «асфальтены». В них содержатся карбены, раст­ воримые только в ССЦ, и карбоиды, нерастворимые в мас­ лах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды — парафины. Смо­ лы представляют собой аморфные вещества темно-корич­ невого цвета с молекулярной массой 500—1000 и плот­ ностью около 1. Масляные фракции битумов состоят из различных углеводородов с молекулярной массой 100— 500 и плотностью менее 1.

По своему строению битум — коллоидная система, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой являются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в виде частиц размером 18—20 мкм, являются ядрами, каждое из них окружено оболочкой убывающей плотности от тяжелых смол — к маслам. Свойства битума как дисперсной системы определяются соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальте­ нов и смол влечет за собой возрастание твердости, темпе­ ратуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, мас­ ла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким

илегкоплавким. Снижение молекулярной массы масел

исмол также повышает пластичность битума.

Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухуд­ шает их свойства, повышает хрупкость при пониженных температурах, поэтому стремятся к тому, чтобы содержа­ ние парафина в битуме не превышало 5 %.

Состав определил практические способы перевода твердых битумов в рабочее состояние: 1) нагревание до 140—170 °С, размягчающее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах; 2) растворение битума в органи­ ческом растворителе (зеленое нефтяное масло, лакойль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (холодные мастики и т. п.); 3) эмульгирование и получе­ ние битумных эмульсий и паст.

2. Свойства битумов

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготовляемых на их ос-' нове, различны. Для органических веществ характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в ор­ ганических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до пол­

ного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Плотность битумов в зависимости от группового со­ става 0,8—1,3 г/см3. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5—0,6 Вт/(м-°С); теп­ лоемкость 1,8—1,97 кДж/(кг*°С). Температурный коэф­ фициент объемного расширения при 25 °С от 5-10-4 до 8-10_4°С-1, причем более вязкие битумы имеют большие значения этого коэффициента. Устойчивость при нагрева­ нии характеризуется: потерей массы при нагревании пробы битума при 160 °С в течение 5 ч (не более 1 %) и температурой вспышки (230—240 °С в зависимости от марки). Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2— 0,3 % по массе). Электроизоляционные свойства исполь­ зуют при устройстве изоляции электрокабелей.

Физико-химические свойства. Поверхностное натяже­ ние битумов при 20—25 °С составляет 25—35 эрг/см2. От содержания поверхностно-активных полярных компонен­ тов в органическом вяжущем зависит смачивающая спо­ собность вяжущего и его сцепление с каменными мате­ риалами (порошкообразными наполнителями, мелким и крупным заполнителем). Прочные хемосорбционные свя­ зи битум образует с наполнителем из известняка, доло­ мита с большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Са2+ и Mg2+.

Старение — процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хруп­ кости и снижением гидрофобности. Ускоряется под дейст­ вием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.

Реологические свойства битума зависят от группово­ го состава и строения. Жидкие битумы со структурой ти­ па золь ведут себя как жидкости, течение которых под­ чиняется закону Ньютона. Твердые битумы со структурой типа гель, относятся к вязкоупругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одновременно возни­ кает упругая (обратимая) и пластическая (необратимая) составляющие деформации. Для описания процесса де­

формирования вязкоупругих тел используют реологиче­ скую модель Максвелла и др.

Химические свойства. Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных ма­ териалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строи­ тельных материалов. Битумные материалы хорошо сопро­ тивляются действию щелочей (с концентрацией до 50 %), соляной (до 25 %) и уксусной (до 10 %) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, а также при действии концентрированных растворов кис­ лот (особенно окисляющих). Битум растворяется в орга­ нических растворителях. Благодаря своей химической стойкости битумные материалы широко применяют для защиты железобетонных конструкций, стальных труб

и др.

Физико-механические свойства. Марку битума опре­ деляют твердостью, температурой размягчения и растя­ жимостью. Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в десятых долях миллиметра). Температу­ ру размягчения определяют на приборе с условным на­ званием «Кольцо и шар», помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре нагреваемой воды, при которой металлический шарик под действием собствен­ ной массы проходит через кольцо, заполненное битумом. Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума (в виде восьмерки) при температу­ ре 25 °С, определяемым на приборе — дуктилометре.

Марку битума выбирают в зависимости от назначения. По назначению различают битумы строительные, кро­ вельные и дорожные. Основные требования, предъявляе­ мые к строительным и кровельным битумам, приведены в табл. 15.1. Строительные битумы применяют для изго­ товления асфальтовых бетонов и растворов, приклеиваю­ щих и изоляционных мастик, для покрытия и восстанов­ ления рулонных кровель. Кровельные битумы использу­ ют для изготовления кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон), а тугоплавкие битумы служат для покровного слоя,

§ 3. Д Е Г Т Е В Ы Е В Я Ж У Щ И Е В Е Щ Е С Т В А

1. Состав дегтей и пека

Деготь представляет собой густую вязкую массу чер­ но-коричневого цвета, образующуюся при нагревании без доступа воздуха твердых видов топлива (каменного и бу­ рого углей, горючего сланца, торфа, древесины). В строи­ тельстве применяют, главным образом, каменноугольные дегти, получаемые в коксохимическом производстве. При переработке Г’т угля получают 700—750 кг кокса, 300— 350 м3 коксового газа, 12—15 л бензола, до 3 кг аммиака и 30-^40 кг сырой каменноугольной смолы (сырого дегтя).

Дегтевые вяжущие вещества подразделяются на сле­ дующие виды:

сырой каменноугольный деготь: а) низкотемператур­ ный первичный, получаемый при полукоксовании, закан­ чивающемся при 500—600 °С, представляет собой вязкую темно-бурую жидкость плотностью 0,85—1 г/см3, состоя­ щую из насыщенных и ненасыщенных углеводородов и фенола: часто служит для получения отогнанного дегтя; б) высокотемпературный деготь, получаемый при коксо­ вании'(которое заканчивается при 1000—1300 °С) в виде черной вязкой жидкости либо вязкотвердого продукта плотностью 1,12—1,23 г/см3 и температурой размягчения до 40—70 °С;

отогнанный деготь (каменноугольная смола), получа­ емый в результате фракционирования сырой низкотемпе­ ратурной смолы с выделением из нее лигроиновой и ке­

росиновой фракций (до 30 % массы смолы); по своей вязкости и свойствам близок к высокотемпературному дегтю;

пек, являющийся твердым остаточным продуктом пе­ регонки сырой каменноугольной смолы с выделением из нее: легких масел (кипящих до 180 °С), фенольной фрак­ ции (180—210 °С), нафталиновой фракции (210—230 °С), антраценового масла (до 360°С). Пек — аморфная хруп­ кая масса черного цвета с характерным раковистым из­ ломом плотностью 1,20—1,28 г/см23; состоит из высоко­ молекулярных углеводородов и их производных, а также свободного углерода (8—30 %);

составленные дегти, получаемые сплавлением пеков с дегтевыми маслами (антраценовыми и др.) или обезво­ женными сырыми дегтями; широко применяются в строи­ тельстве, так как, изменяя соотношение между пеком и растворителем (антраценовым маслом), можно получать составленные дегти требуемой вязкости и температуры размягчения.

В состав дегтевых вяжущих входят в основном угле­ водороды ароматического ряда — производные бензола и их соединения с кислородом, азотом и серой. В состав каменноугольного дегтя входят следующие группы ве­ ществ: а) твердые (углистые и неплавкие вещества), не­ растворимые в органических растворителях; б) дегтевые смолы твердые неплавкие (подобные асфальтенам в би­ туме) и вязкопластичные плавкие смолы, растворимые в бензоле и хлороформе; в) жидкие дегтевые масла, состоя­ щие из жидких углеводородов. Следовательно, дегтевые вяжущие представляют собой сложные дисперсные систе­ мы, свойства которых определяются соотношением между твердой составляющей, смолами и маслами.

2. Свойства дегтей и пека

Плотность каменноугольных дегтей составляет в сред­ нем 0,96— 1,09 г/см3, пека 1,19—1,3 г/см3. Вязкость дег­ тей и пека повышается с увеличением количества свобод­ ного углерода и твердых смол из-за уменьшения масля­ ной части дегтя. Температура размягчения пека 50—60 °С.

Атмосферостойкость дегтевых материалов (толя) ниже по сравнению с битумными (рубероидом). Это объ­ ясняется тем, что дегти стареют быстрее, чем нефтяные битумы. В дегтях содержится большое количество непре-

дельных углеводородов, которые подвергаются окисли­ тельной полимеризации при контакте с кислородом и во­ дой, воздействии ультрафиолетовых лучей. Испарение масел и частичное вымывание водой фенолов ускоряет старение — дегтевые материалы становятся хрупкими и теряют водоотталкивающие свойства. Биостойкость мате­ риалов на основе дегтевых вяжущих выше по сравнению с битумными материалами. Стойкость против гниения объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола (карболовой кислоты).

§ 4. М А Т Е Р И А Л Ы Н А О С Н О В Е Б И Т У М О В

ИД Е Г Т Е И

1.Кровельные и гидроизоляционные материалы

Рулонные материалы. Кровлю из рулонных материа­ лов делают из нескольких слоев, составляющих кровель­ ный ковер. В низ ковра укладывают подкладочные мате­ риалы (беспокровные), а верхний слой устраивают из по­ кровных материалов, имеющих слой из тугоплавкового битума (дегтя) и посыпку: крупнозернистую (K)t мелко­ зернистую (М) или пылевидную (П). Допускается выпуск кровельного рубероида с чешуйчатой посыпкой (РКЧ).

Выпускают основные и безосновные рулонные мате­ риалы. Основные материалы изготовляют путем обработ­ ки основы (кровельного картона, асбестовой бумаги, стек­ лоткани и др.) битумами, дегтями и их смесями. Безосновные получают в виде полотнищ определенной толщины, применяя прокатку смесей, составленных из ор­ ганического вяжущего (чаще битума), наполнителя (ми­ нерального порошка или измельченной резины) и добавок (антисептика, пластификатора).

Рубероид изготовляют, пропитывая кровельный кар­ тон расплавленным" легкоплавким битумом с последую­ щим покрытием с одной или с обеих сторон тугоплавким нефтяным битумом с наполнителем и посыпкой. Кровель­ ный картон получают из тряпья, бумажной макулатуры и древесной целлюлозы. Крупнозернистая цветная посыпка не только повышает атмосферостойкость рубероида, но и придает ему привлекательный вид. Производство рубе­ роида включает: подогрев пропиточной и покровной мас­ сы до 180—200 °С; пропитку полотна картона в пропиточ­ ной ванне; отжим валками машины излишнего битума;

В зависимости от назначения (кровельный — К, под­ кладочный — П), вида посыпки и массы 1 м2 основы (кро­ вельного картона) рубероид делят на марки: РКК-500А, РКК-400А, РКК-400Б, РКК-400В, РКМ-350Б, РКМ-400В, РПМ-300А, РПМ-300Б, РПМ-300В, РПП-350Б, РПП-350В, РПП-ЗООА, РПП-300Б, РПП-300В. На ниж­ нюю поверхность кровельного рубероида, образующего верхний слой кровельного ковра, и на обе стороны подкладочного рубероида наносят мелкозернистую или пылевидную посыпку, предотвращающую слипание ма­ териала в рулонах. Рубероид подвержен гниению — в этом его недостаток, поэтому освоено производство антисептированного рубероида.

Для районов с холодным климатом выпускают рубе­ роид РЭМ-350 с эластичным покровным слоем битума, модифицированным полимерами. Добавка полимера сни­ жает температуру хрупкости покровного битума до —50 °С. Долговечность кровли увеличивается в 1,5—2 ра­ за; рубероид с эластичным покровным слоем обладает повышенной погодоустойчивостью.

Наплавляемый рубероид — новый кровельный мате­ риал. Его главное преимущество в том, что при устройст­ ве кровли наклейка осуществляется без применения кро­ вельной мастики — расплавлением утолщенного нижнего покровного слоя (пламенем горелки или другим спосо­ бом). В результате удешевляются кровельные работы, улучшаются условия труда (рис. 15.2) и повышается на 50 % производительность труда.

Пергамин — рулонный беспокровный материал, полу­ чаемый пропиткой кровельного картона расплавленным нефтяным битумом с температурой размягчения не ниже 40 °С. Является подкладочным материалом под рубероид и используется для пароизоляции.

Стеклорубероид и стекловойлок — рулонные материа­ лы, получаемые путем двухстороннего нанесения битум­ ного (битумно-резинового или битумно-полимерного) вя­ жущего на стекловолокнистый холст или на стекловойлок

ипокрытия с одной или двух сторон сплошным слоем по­ сыпки. В зависимости от вида посыпки и назначения стек­ лорубероид выпускают следующих марок: С-РК (с круп­ нозернистой посыпкой), С-РЧ (с чешуйчатой посыпкой)

иС-РМ (с пылевидной и мелкозернистой посыпкой). При­ меняют стеклорубероид для верхнего и нижних слоев кро­ вельного ковра и для оклеенной гидроизоляции. Сонета*

ние биостойкой основы и пропитки с повышенными физи­ ко-механическими свойствами позволило получить стеклорубероид долговечностью около 30 лет.

Гидростеклоизол — новый гидроизоляционный рулон­ ный материал, предназначенный для гидроизоляции же­ лезобетонных обделок тоннелей (марка Т), пролетных строений мостов, путепроводов и других инженерных со­ оружений (марка М). Гидростеклоизол состоит из стеклоосновы (тканой или нетканой сетчатой, дублированной сгеклохолстом), покрытой с обеих сторон слоем битумной массы, составленной из битума, минерального наполни­ теля (около20 %): молотого талька, магнезита и пласти­ фикатора. Рулон длиной 10 м имеет ширину 0,85—1,15 м. Водонепроницаемость характеризуется гидростатическим давлением 0,49 МПа (5 кгс/см2), при котором вода не просачивается через образец в течение 10 мин. Отличает­ ся высокой прочностью при растяжении в продольном на­ правлении; выдерживает разрывную нагрузку: при выс­ шей категории качества 735 Н (75 кгс), первой катего­ рии 490 Н (50 кгс); температуростойкость 60—65°С; температура хрупкости от минус 20 до минус 10°С.

Гидростеклоизол наклеивают без применения ма­ стик — равномерным оплавлением его поверхности пла­ менем газовоздушной горелки, не допуская сосредоточен­ ного нагрева всей толщины гидроизоляционного слоя.

Асфальтовые армированные маты получают путем по­ крытия предварительно пропитанной стеклоткани с обе­ их сторон гидроизоляционной битумной мастикой. Используют для оклеенной гидроизоляции и уплотнения деформационных швов.

Фольгоизол — рулонный двухслойный материал из тонкой рифленой или гладкой алюминиевой фольги, по­ крытой с нижней стороны защитным битумно-резиновым составом. Он предназначен для устройства кровель и парогидроизоляции зданий и сооружений, герметизации стыков. Длина рулона 10 м, ширина 1 м. Внешняя поверх­ ность фольгоизола может быть окрашена в различные цвета атмосферостойкими лаками. Фольгоизол *<— долго­ вечный материал, не требующий ухода в течение всего пе­ риода его эксплуатации.

Фольгорубероид — гидроизоляционный материал из алюминиевой фольги, покрытой с обеих сторон битумной мастикой, выпускают двух марок, отличающихся толщи­ ной алюминиевой фольги. Он имеет высокую прочность

на разрыв и долговечность. Применяют для гидроизоля­ ции подземных и гидротехнических сооружений.

Гидроизол — рулонный беспокровный гидроизоляци­ онный материал, полученный путем пропитки асбестово­ го картона нефтяным битумом. Он предназначается для устройства гидроизоляционного слоя в подземных и гидротёхнических сооружениях, а также для защитного про­ тивокоррозионного покрытия. Гидроизол выпускают двух марок ГИ-Г и ГИ-К со следующими свойствами (табл. 15.2).

Изол и бризол не имеют специальной основы в виде картона или ткани, ее роль выполняют волокна асбеста, вводимые в битумно-резиновое вяжущее в качестве дис­ персной арматуры.

Бризол изготовляют, прокатывая массу, полученную смешиванием нефтяного битума, дробленой резины (от изношенных автопокрышек), асбестового волокна и пла­ стификатора. Бризол стоек к серной кислоте при концен­ трации до 40 % и к соляной кислоте при концентрации до 20 % и температуре до 60 °С. Его применяют для за­ щиты от коррозии подземных металлических конструкций и трубопроводов. Приклеивают к поверхности битумно­ резиновой мастикой.

Изол — безосновный рулонный гидроизоляционный и кровельный материал, изготовляемый прокаткой резино­ битумной композиции, полученной термомеханической обработкой девулканизированной резины, нефтяного би­ тума, минерального наполнителя, антисептика и пласти­ фикатора. Изол долговечнее рубероида более чем в 2 ра­ за, эластичен, биостоек, незначительно поглощает влагу. Его выпускают в рулонах шириной 800 и 1000 мм, толщи­ ной 2 мм общей площадью полотна 10—15 м2. Изол при­ меняют для гидроизоляции гидротехнических сооружений, бассейнов, резервуаров, подвалов, антикоррозионной за-