2.3. Битумные и дегтевые вяжущие, материалы на их основе

Битумы и дегти представляют собой органические материалы аморфной структуры, в состав которых входят высокомолекулярные углеводороды и их производные. К битумным материалам относятся природные битумы – продукт естественного окисления нефти и искусственные, полученные путем заводской переработки нефти. Дегти получают в результате сухой перегонки твердых видов топлива: каменного угля, торфа или горючих сланцев.

Применение битумов было известно давно, однако литература длительное время почти не упоминала о битумах или асфальтах. В 1300 году итальянский путешественник Марко Поло впервые указывает на залежи «жидкого асфальта» в Баку. В 1601 году делается попытка классифицировать битуминозные материалы и только в 1777 году Ле Сазе дает более или менее полную классификацию асфальтов (битумов), включая в них и нефть. В России асфальты начали применять в сороковых годах XIX столетия вначале в дорожном строительстве, затем при производстве лаков, красок и гидроизоляционных материалов. Битумы и дегти объединяет близость состава и структуры и, как следствие, – сходство основных свойств.

2.3.1. Свойства органических вяжущих

Все органические вяжущие вещества имеют черный или темно-бурый цвет, поэтому их также называют черными вяжущими.

Обладая аморфным строением, битумы в отличие от кристаллических материалов не имеют определенной температуры плавления. Постепенный переход из твердого состояния в вязкотекучее обратим и происходит без изменения основных свойств, следовательно, битумы относятся к термопластичным органическим материалам. Деготь – темноокрашенный жидкий продукт, обладающий низкой атмосферостойкостью. Для повышения вязкости, атмосферо- и температуростойкости в состав дегтей вводят наполнители (известняк, песок). Так как органические вяжущие материалы абсолютно плотные, то их средняя и истинная плотность численно равны и колеблются в зависимости от состава от 800 до 1300 кг/м³.

В практике строительства наибольшее применение нашли битумы. Они гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, пористость их практически равна нулю, поэтому они водонепроницаемы и морозостойки. Эти свойства позволяют широко использовать битумы при получении гидроизоляционных и кровельных материалов. Срок эксплуатации битумных изделий на воздухе невелик, так как под действием солнечного света и кислорода воздуха происходит старение битумов, сопровождающееся повышением твердости и хрупкости. В связи с этим нефтяные битумы перевозят в закрытых емкостях или бумажных мешках и хранят в специальных закрытых складах, защищенных от действия солнечных лучей и атмосферных осадков.

В связи с тем, что технология получения материалов и изделий с использованием битумов основана на его свойстве перехода при нагревании из твердого в пластичное состояние, а также учитывая условия работы кровельных материалов, для битумов согласно ГОСТу предусмотрено определение следующих теплотехнических показателей: температуры размягчения на приборе «кольцо-шар», которая характеризует теплостойкость и степень размягчения битумов при нагревании; температуры вспышки газообразных продуктов, выделяющихся из битума при нагревании. Последний показатель необходим для отработки безопасной технологии получения материалов и изделий с использованием битумов.

Качество битумов оценивают также по вязкости и растяжимости. Вязкость определяют по глубине проникновения в битум иглы в течение определенного времени под действием фиксированной нагрузки при температуре испытания 25 °С (пенетрация). Вязкость выражают в градусах, причем 1° соответствует глубине проникновения иглы на 0,1 мм. Растяжимость (дуктильность) – способность битумов вытягиваться в тонкие нити, разрывающиеся под действием приложенной растягивающей нагрузки. Растяжимость измеряют в сантиметрах. Эти три основных свойства битума находятся во взаимосвязи. Твердые битумы имеют высокую температуру размягчения, но малую растяжимость, т.е. относительно хрупки. Мягкие битумы размягчаются при невысокой температуре, могут сильно растягиваться – обладают большой пластичностью. По вышеперечисленным свойствам для битума определяют марку, условное обозначение которой включает буквы, определяющие применение битума, и цифры, характеризующие его основные свойства. Например, марки БН-90/10, БНК-90/40 – битумы нефтяной строительный и кровельный, температура размягчения которых 90 °С, вязкость 10 и 40° соответственно, БНД-130/220 – битум нефтяной дорожный вязкостью 131 – 220°.

Битумы коррозионностойки по отношению к водным растворам многих кислот, щелочей, солей и большинства агрессивных газов, но растворяются частично или полностью в различных органических растворителях (спирте, ацетоне, скипидаре). Это свойство позволяет применять их для приготовления антикоррозионных мастик, лаков и красок.

Механические свойства битумов зависят от температуры окружающего воздуха. При нормальной (20 °С) температуре – это, как правило, твердые, относительно пластичные материалы, при понижении температуры до отрицательной – хрупкие. С целью повышения эластичности, теплостойкости, механической прочности в органические вяжущие вводят полимерные и минеральные добавки. Материалы на основе битума нельзя применять при действии горячей воды и жидких органических сред (масла, растворителей, нефтепродуктов).