Химия конспекты

71

Лекция № 18

Коррозия бетона и методы ее предотвращения. Гидравлические и специальные примеси, производные цементов. Глиноземистый цемент.

1. Коррозия цементного камня и методы борьбы с ней.

Коррозия цементного камня связана с действием на него разных жидкостей и газов, и присутствием в толще цементного камня нерасплавленных зерен клинкера, а также с выделением свободной Са(ОН)2 при твердении цемента и образованием трехкальциевого гидроалюмината 3СаО·Аl2O3·6H2O.

1.Физическая коррозия. Это растворение и вымывание из цемента Са(ОН)2 под действием воды. При этом цементный камень становится пористым и теряет часть своей прочности.

2.Химическая коррозия. Происходит под действием кислот, как органических так и неорганических, растворов некоторых солей и других веществ, которые вступают в реакцию с Са(ОН)2 или с СаО·Аl2О3·6Н2О. При этом получаются соли, которые легко растворяются в воде, а потом кристаллизуются в порах, увеличиваются в объеме, и разрывают цементный камень.

А) Углекислотная коррозия Природные воды обычно содержат в себе углекислоту и

еесоли. Эти соли и свободная угольная кислота в количестве 15 20 мг/л действуют разрушительно. При этом сначала в поверхностном слое бетона получается малорастворимый карбонат кальция по реакции:

Са(ОН)2 +СО2 = СаСО3 + Н2О

Потом он превращается в хорошо растворимый гидрокарбонат кальция по реакции: СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2

Это и ведет к разрушению цементного камня.

Б) Сульфатная коррозия наиболее опасная для цемента. Вода, которая содержит сульфаты, например, морская вода, действует на трехкальциевый гидроалюминат с образованием соединения – гидросульфоалюмината кальция (или цементной бациллы) по уравнению:

3СаО·Аl2О3·хН2О + 3СаSO4 + (31-x)H2O = 3CaО·Al2O3·3CaSO4·31H2O

Образование кристаллов этого вещества сопровождается значительным увеличением объема, который приводит к возникновению большого количества микротрещин и разрушение материала.

В) Магнезиальная коррозия. Имеет не меньшую роль, чем сульфатная коррозия, так как содержание ионов магния в морской воде большее, чем ионов Са. Она осуществляется таким образом:

Са(ОН)2 + МgSO4 = Mg(OH)2 ↓+ CaSO4 , или Са(ОН)2+ MgCl2 = Mg(OH)2 ↓+ CaCl2

Видим, что магнезиальная коррозия сопровождается связыванием из цемента гидроксида кальция и образованием Mg(OH)2 – рыхлого вещества, слабой прочности.

При этом, образующийся СаSO4 действует на 3СаОAl2O3xН2O с образованием цементной бациллы.

Соли магния действуют также и на другие составные части цемента в первую очередь на трехкальциевый гидроалюминат:

3CaО·Al2O3·nН2O + 3MgSO4 + mН2O = 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 3Mg(OH)2

72

2.Гидравлические примеси.

Гидравлическая примесь – это вещество, которое жженой извести позволяет твердеть под водой, а при добавлении к силикатным цементам улучшает их свойства.

Наиболее распространенная гидравлическая примесь это химически активный кремнезем аморфного строения. Он содержится, например, в вулканическом пепле (так называемые пуццоланы), в панцирях некоторых низших организмов (которые образовывают залежи диатомитовой земли, кизельгура, трепела).

При твердении гашеного известкового строительного раствора процесс образования силиката протекает очень медленно

Са(ОН)2 + SiО2 CaSiО3 + H2O,

но при этом прочность известкового камня значительно повышается.

Если увеличить поверхность контакта двух фаз: гидроксида кальция и кремнезема, путем замены обычного песка аморфным кремнеземом, то скорость этой реакции значительно увеличивается. При этом протекает такая реакция:

nСа(OH)2 + nSiО2 + mН2O n(CaО·SiО2)·(n+m)H2O

Нерастворимый силикат кальция, который при этом получается, придает повышенную водостойкость затвердевшим вяжущим веществам.

Гидравлическая известь – это СаО + SiО2(аморфный)

Искусственные гидравлические примеси получают тонким измельчением выжженных глинистых материалов (битый кирпич, черепица, глиняная посуда), соответствующих отходов некоторых химических производств, гранулированных доменных шлаков (гранулируют резким охлаждением шлаков водой). Во всех глиноземных материалах в состав входит каолин Al2O3·2SiО2·2H2O, а в щелочных шлаках помещается 2СаО·SiО2. Последние лучше, чем предыдущие, поскольку при затворении водой они хотя и медленно, но твердеют.

3.Названия активных примесей определяют названия производных цементов

1.Шлакопортландцемент (шлако–силикатный) получают путем совместного помола силикатного клинкера и гранулированного доменного шлака (60-70%). Этот цемент отличается от портландцемента более медленными сроками схватывания и твердения, низкой экзотермией твердения, которая ведет к уменьшению усадки и повышению сульфатостойкости. Он значительно дешевле всех других цементов.

2.Известковошлаковый цемент. Как примеси к шлакам (кроме клинкера портландцемента) берется известь (кипелка, пушонка). Можно и совсем не брать клинкер портландцемента. Безклинкерное вяжущее: шлак 85 90%, известь 15 10%. В этом случае известь играет роль активатора (щелочного) твердения.

3. Пуццолановый цемент. (силикатно-диатомитовый, силикатно-трасовый, силикатнотуфовый, силикатно-трепельный). Это вяжущее вещество, которое твердеет в воде, или во влажной среде. Его получают путем совместного помола, или тщательного смешивания порознь перемолотых клинкера портландцемента и активного аморфного кремнезема (20 50%). Этот цемент, как подчеркнуто выше, отличается от других тем, что SiО2 взаимодействует со свободной Ca(OH)2. При этом получаются труднорастворимые в воде силикаты кальция. Этот цемент в твердом состоянии имеет большую стойкость к агрессивным коррозийным средам и потому используется для строительства гидротехнических подводных и подземных сооружений.

73

Недостатки этих цементов: плохое сцепление с железной арматурой из-за чего их не рекомендуют для строительства железобетонных сооружений. Прочность достигает максимума при содержании гидравлических примесей 10%

4. Сульфатостойкий портландцемент добывают из клинкера с пониженным содержанием таких компонентов: 3СаО·Al2O3 5%, и 4СаО·Al2O3·Fe2O3 15%, т.е. клинкер изготавливают из низкоалюминатного сырья. Если содержимое Al2O3 больше, в шихту прибавляют примеси кремнезема и оксидов железа – пиритных огарков. В связи с незначительным содержанием 3СаО·Al2O3 в этом цементе резко снижается возможность образования цементной бациллы. Поэтому долговечность этого цемента в морских и других минерализованных водах во много раз больше, чем обычного цемента.

5. Полимерцементы. Полимеров прибавляют до 15% массы. Прибавляют такие полимеры, как поливинилацетат, перхлорвиниловую смолу, сополимер метилметакрилата со стиролом и прочие. Такие цементы определяются высокой прочностью, водонепроницаемостью и пониженной хрупкостью. Они используются, например, для покрытия полов в промышленных сооружениях.

6. Кислотостойкий цемент. Представляет собой смесь тонко измельченного кварцевого песка с активным кремнеземным веществом, которое имеет высокоразвитую поверхность (трепел и прочее.) После добавления к смеси Na2SiО3 (жидкого стекла) получается пластическое тесто, которое схватывается и твердеет, и дальше не реагирует с кислотами

(кроме HF).

Используется как вяжущее при футеровке химической аппаратуры кислотостойкими плитками.

7. Безглиноземистый цемент имеет сниженное содержание Al2O3 за счет повышенного содержания Fe2O3. Применяется в условиях повышенных t0C.

8. Силикатный цемент с битумными веществами – это комбинированные вяжущие вещества минерально-органического типа. Обладают водонепроницаемостью.

Примеси, которые замедляют твердение:

Рассмотрим равновесие: Са(ОН)2 Са2+ + 2ОН- Если прибавлять в раствор ионы Са2+, то можно подавить диссоциацию Са(ОН)2, т.е.

изменить концентрацию ионов ОН-, и как следствие уменьшить скорость реакции: 3CaО·Al2O3 + Ca(OH)2 + 11H2O 4CaО·Al2O3·12H2О

а значит и скорость твердения.

а) Обычная примесь такого типа – алебастр CaSO4·0,5H2O (до 3% ) б) Замедляют в маленьком количестве примеси СаCl2

в) Замедляют в большом количестве примеси NaCl, так как последние уменьшают растворимость Са(ОН)2.

Примеси, которые ускоряют твердение:

а) В большом количестве прибавляют СаСl2, что ускоряет образование оксихлорида кальция, который дает дополнительную твердость кристаллам.

CaCl2 + Ca Cl-Ca-O-Ca-Cl

б) в больших количествах прибавляют AlCl3, при этом протекает реакция: 2AlCl3+3Ca(OH)2 = 3CaCl2 + 2Al(OH)3

оксихлорид кальция и гидроксид алюминия дополнительно сшивают массу цемента, который твердеет.

в) При использовании примеси Na2CO3 и К2СО3 идет связывание ионов СО32- по реакции: Са2+ + СО32- = СаСО3

74

кристаллы карбоната кальция срастаются и дают дополнительную прочность цементному камню.

Примеси, которые обеспечивают водонепроницаемость бетона:

Поверхности покрывают Mg[SiF6] или Zn[SiF6]. Тогда на поверхности бетона протекают реакции:

Mg[SiF6] + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaF2+SiF4

Zn[SiF6] + Ca(OH)2 Zn(OH)2 + CaF2+SiF4

CaF2 – закрывает поры вместе с Mg(OH)2 и Zn(OH)2 , образуют смешанные оксифториды кальция. Далее протекают реакции:

SiF4+3H2O H2SiО3 + 4HF 4HF + 2Ca(OH)2 2CaF2 + 4H2O

Эти нерастворимые в воде продукты дополнительно повышают водонепроницаемость цементов.

4. Глиноземный цемент (алюминатный или бокситный)

Это быстро твердеющее гидравлическое вяжущее, которое получается путем высокотемпературного обжига (до 16000С) смеси известняка с бокситами, или извести с бокситами по реакциям:

Al2O3*mН2O Al2O3 + mН2O;

СаСО3 СаО + СО2

СаO + Al2O3 = CaО·Al2O3

Клинкер, который образовался (продукты обжига) тщательно перемалывают. Бокситы дорогостоящий продукт, поэтому глиноземистый цемент дороже портландцемента.

Химический состав: Al2O3 40%; СаО 40%; Si2 6 8%

Миниралогический состав клинкера: Преобладающая часть СаО·Al2O3; получаются также 5СаО·Al2O3; 3СаО·5Al2O3.

Примеси: 2СаО·SiО2; 2CaО·Al2O3·SiО2 и 4СаО·Al2O3·Fe2O3.

Затворение водой: 2(СаО·Al2O3) + 10Н2О = 2СаО·Al2O3·7Н2О + 2Al(OH)3

главная часть твердого тела глиноземистого цемента Изделия из глиноземистого цемента нельзя использовать в щелочных средах

2СаО·Al2O3·7Н2О+2КОН = 2КAlO2 + 2Cа(ОН)2 + 7Н2О

Отличия глиноземистого цемента от силикатного:

1.Гидратация сопровождается значительным выделением теплоты, которая полезна для работы при низких температурах. Он твердеет при t = -150С, но это с другой стороны мешает его использованию в массивных сооружениях, так как во время твердения вследствие разогрева

появляются трещины и нежелательные продукты гидратации (3СаО·Al2O3·6H2O). Оптимальная температура 150С при повышенной влажности.

2.Он требует намного больше воды для гидратации, чем портландцемент. Для предотвращения появления трещин надо постоянно поливать его водой.

3.В глиноземистом цементном камне нет свободных Са(ОН)2 и 3СаО·Al2O3·6Н2О. Это делает его более стойким в отношении коррозии в воде и сульфатной коррозии.

4.Твердение этого цемента начинается через 1 час и длится не более 12 часов, твердение

1-3 поры.

Гидравлический модуль этого цемента М 1. Используют его в спецсооружениях, при спешном строительстве сооружений, путей, монтажных роботах, при работе в холодной время, в морских (не массивных) сооружениях и сооружениях, которые находятся в минерализованной воде.

75

Цемент, который расширяется (изобретение метростроителей)

Марка РЦ – начало твердения 5 минут; конец –10 минут. Марка БРЦ - начало твердения 2,5 минуты; конец – 5 минут.

Это смесь глиноземистого цемента 65%, строительного цемента типа (I,II сорт) 22% и высокоактивного гидроалюмината кальция. При этом особенностью является объемное расширение, которое происходит при твердении гипса по реакции:

СаSO4·0.5 H2O + 1,5Н2О = СаSO4·2H2O

и образованием гидросульфатоалюмината кальция (цементной бациллы) 3СаО·Al2O3·3CaSO4·31H2O

Используется для гидроизоляции, заделки стыков бетонных сооружений, в туннелях и прочее.

76

Лекция № 19

Органические соединения. Химия полимеров и полимерные материалы.

1. Органическими соединениями называются такие соединения, в состав которых входит более чем один атом углерода.

Кроме углерода, они почти всегда содержат водород, довольно часто – кислород, азот и галогены, реже – фосфор, серу и другие элементы. Благодаря особым свойствам элемента углерода, органические соединения очень многочисленны. Сейчас известно свыше 20 миллионов синтетических и природных органических веществ, и их число постоянно возрастает.

Теория химического строения - это учения про взаимную связь, расположение и взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений (теория Бутлерова 1861р, дальше Кекуле, Марковников и другие).

Основные положения :

1.Каждое вещество имеет определенную, присущий только ей химическое строение, т.е.

вмолекулах вещества атомы соединяются между собой в определенной последовательности.

2.Атомы, которые образовали молекулу, которые связанные между собою, так и те, что не связанные, влияют один на одного.

3.Свойства веществ зависят от порядка соединения атомов в молекулах и от их взаимного влияния один на одного.

4.Химическое строение сложного вещества может быть установлена в следствие изучения его химических преобразований и наоборот по строению молекулы можно вывести химические свойства соединения.

Создавая теорию химического строения веществ, О.М. Бутлеров пользовался такими представлениями:

1.Любой атом углерода имеет четыре валентности и может присоединять к себе атомы, или группы атомов.

2.Все валентности атому углерода равнозначные.

3.Атомы углерода способные соединяться между собою. При этом получаются цепи атомов, или углеродный скелет молекулы.

Классификация, характерные особенности органических соединений

Органические соединения отличаются своей многочисленностью и разнообразием. Поэтому необходима их систематизация. Органические соединения классифицируют, учитывая два основных структурных признака:

–строение углеродной цепи (углеродного скелета);

–наличие и строение функциональных групп.

Углеродный скелет (углеродная цепь) – последовательность химически связанных между собой атомов углерода.

Функциональная группа – атом или группа атомов, определяющие принадлежность соединения к определенному классу и ответственные за его химические свойства.

Органические соединения отличаются от неорганических рядом характерных особенностей:

–почти все органические вещества горят или легко разрушаются при нагревании с окислителями, выделяя СО2 (по этому признаку можно установить принадлежность исследуемого вещества к органическим соединениям);

–в молекулах органических соединений углерод может быть соединен почти с любым элементом Периодической системы;

77

–органические молекулы могут содержать последовательность атомов углерода, соединенных в цепи (открытые или замкнутые);

–молекулы большинства органических соединений не диссоциирует на достаточно устойчивые ионы;

–реакции органических соединений протекают значительно медленнее и в большинстве случаев не доходят до конца;

–среди органических соединений широко распространено явление изомерии;

–органические вещества имеют более низкие температуры фазовых переходов. (температура кипения, температура пластифицирования).

Парафины - или насыщенные углеводороды - углеводороды, в молекулах которых есть только одинарные связи.

(метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, нонан, декан) Гомологи отличаются на группу СН2. Общая формула (Сn2n+2): Насыщенные углеводороды бывают:

спрямой углеродной цепью - нормальные;

сразветвленной цепью - изосоединения;

сзапертыми цепями (циклопарафины, или полиметиленовые углеводороды.

Названия одновалентных радикалов: - алкилы; двухвалентных - алкилидены. например:

-СН3(метил); =СН2 (метилиден)

Олефины - углеводные, молекулы которых имеют одна двойная связь (олефинами или этиленовыми углеводородами). Общая формула - C2n2n( n= 1,2,3... ).

Например: этилен, пропилен, бутилен и прочие.

Диолефины - углеводные, что имеют по две двойных связи (бутадиен СН2=СН=СН=СН2 и дальше. Общая формула СnН2n-2

Ацетиленовые углеводные – углеводные, что имеют в своей строению одна тройная связь(алкины)

Например: ацетилен( НС(СН).

Ароматические углеводороды (бензоидные и небензоидные). Например: бензол, нафталин, антрацен, и прочие

Теплоизоляционные материалы и изделия

Теплоизоляционными называют неорганические и органические малотеплопроводные материалы, предназначенные для тепловой изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов.

Теплоизоляционные материалы имеют высокопористое строение, они создаются из веществ, имеющих аморфную структуру, так как кристаллические вещества хорошо проводят теплоту. Теплоизоляционные материалы можно представить состоящими из твердого «каркаса» и воздуха, заполняющего поры материала. Они подразделяются на следующие основные виды.

Фибролит – плитный материал, изготовляемый из древесной шерсти и неорганического вяжущего вещества. Древесную шерсть (стружку длиной 200-500, шириной 2-5 и толщиной 0,3- 0,5мм) получают на специальных станках, используя короткие бревна ели, пихты или сосны. Вяжущим чаще всего служит портландцемент.

Арболитовые теплоизоляционные изделия (арболит) изготовляют из портландцемента и органического коротковолокнистого сырья (древесных опилок, дробленой станочной стружки или щепы, сечки соломы или камыша и др.), обработанного раствором минерализатора. Химическими добавками служат: хлорид кальция, растворимое стекло, сернокислый глинозем.

Древесно-стружечные плиты (ДСП) изготавливают путем горячего прессования специально приготовленных древесных стружек с термореактивными жидкими полимерами (фенолоформальдегидными, карбамидными); расход полимера составляет 8-12% по массе.

78

Древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготавливают путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из древесных волокон, воды, наполнителей, полимера и добавок (антисептиков, антипиренов, гидрофобизирующих веществ).

Полимерные материалы

Полимерные материалы (полимеры) – материалы на основе высокомолекулярных соединений; обычно многокомпонентные и многофазные.

Полиэтилен получают полимеризацией этилена СН2=СН2. По химическому составу полиэтилен отвечает предельным углеводородам, поэтому он является веществом мало активным и обладает высокой стойкостью по отношению к агрессивным средам (кислотам, щелочам, растворам солей). Он является также хорошим диэлектриком. Размягчается в зависимости от способа получения при 105-130°С. Широко применяется в производстве водопроводных, канализационных, газовых труб. Полиэтиленовые пленки различной толщины используются для изоляции строительных конструкций.

Полипропилен получают полимеризацией пропилена СН3–СН=СН2 в присутствии смеси триэтилалюминия с треххлористым титаном. В промышленности его выпускают в виде окрашенных и неокрашенных гранул. По химической стойкости пропилен аналогичен полиэтилену, но отличается от него значительно большей механической прочностью и твердостью при повышенных температурах. Идет на изготовление труб для горячего водоснабжения, центробежных насосов, различных деталей химической аппаратуры, а также применяется в качестве антикоррозионного облицовочного материала.

Поливинилхлорид получают полимеризацией винилхлорида СН2=СHCl. Поливинилхлорид выпускают в виде белого аморфного порошка. Изделия из него обладают достаточно высокой прочностью. В строительстве используется при изготовлении линолеума для полов, водопроводных труб и др.

Полистирол получают полимеризацией стирола С6Н5СН=СН2 блочным (полимеризация чистого мономера), суспензионным (в растворителе) и водоэмульсионным методами. Полистирол хорошо окрашивается в разные цвета, очень легко формуется. Обладает почти абсолютной водостойкостью, высокой химической стойкостью и прозрачностью. Применяют полистирол для изготовления облицовочных плиток, теплоизоляционных материалов, латексных красок и гидроизоляционных пленок.

Поливинилацетат получают полимеризацией винилацетата СН2=СНОСОСН3. полимеризацию ведут в растворителе, эмульсии и в блоке в присутствии перекисей как катализаторов. Поливинилацетат представляет собой прозрачный бесцветный полимер с высокой адгезионной способностью. Он применяется главным образом в производстве лаков, эмульсионных красок, различных клеев и проклеивающих мастик.

Полиакрилаты получают полимеризацией метиловых эфиров акриловой и метакриловой кислот. Полиакрилаты легко окрашиваются в различные цвета. Применяются для остекления парников и теплиц, изготовления декоративных ограждений, моющихся обоев, эмульсий для красок и грунтовок. Акриловые дисперсии используют для придания водонепроницаемости бетону и для пропитки пористых строительных материалов.

Феноло-формальдегидные полимеры получают реакцией поликонденсации фенола С6Н5ОН и формальдегида СН2О. Эти полимеры получили широкое применение в технике. Они отличаются высокой прочностью, теплостойкостью и сравнительно дешевы. Их применяют для изготовления древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, для производства клеев, слоистых пластиков, водостойкой фанеры и др.

Карбамидные полимеры (смолы) (мочевино-формальдегидные смолы, карбамидоформальдегидные смолы) получают поликонденсацией мочевины (карбамида) СО(NH2)2 и формальдегида СН2О. Они широко применяются в строительстве. На основе этих полимеров получают слоистые пластики с применением ткани, бумаги и стеклоткани; их используют также для производства древесно-стружечных плит и теплоизоляционных материалов.

79

Из полиэфирных смол широко применяется глифталевый полимер, который получают взаимодействием глицерина [С3Н5(ОН)3] и фталевого ангидрида [С6Н4(СО2)О]. Эти полимеры применяются при изготовлении лаков, стеклопластиков, фасадных красок, линолеума.

Кремнийорганические полимеры (силиконы) представляют собой особую группу полимеров, совмещающих многие ценные свойства, присущие некоторым неорганическим и органическим веществам. Они используются для получения многих видов лаков и эмалей, на их основе получены пенопласты, выдерживающие температуру до 400°С. Эти полимеры добавляют в бетонные смеси и применяют в виде защитных покрытий для известняка, бетона и облицовочного камня с целью повышения их долговечности.

Эпоксидные смолы (полимеры) содержат в макромолекуле эпоксидные группы. Они получаются при поликонденсации эпихлоргидрина с фенолами, спиртами, аминами. Широкое применение в различных отраслях промышленности получили эпоксидные смолы благодаря ценным свойствам: они прочны, обладают высокой адгезией к металлам, стеклу, керамике, малой усадкой при отверждении, стойкостью к действию многих химических реагентов, хорошо сочетаются с другими полимерами.

Фурановые смолы (полимеры) содержат в макромолекуле фурановые циклы. Фурановые смолы применяют для изготовления композиций минерального наполнителя, мономера ФА и ионного отвердителя – сульфокислоты. Введением в бетонную массу на основе минеральных вяжущих фурфурилового спирта с солянокислым анилином или фурфурамида получают полимербетоны.

Битумные вяжущие вещества

Органические вяжущие вещества делят на битумные и дегтевые. К битумным материалам относят следующие.

Природные битумы – вязкие жидкости или твердообразные вещества, состоящие из смеси углеводородов и их неметаллических производных. Природные битумы образовались в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако природные битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они содержатся в осадочных горных породах.

Асфальтовые породы – пористые горные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают и применяют в виде асфальтового порошка.

Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего глубокого отбора из него масел; окисленные, получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом); крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти.

Гудрон – остаток отгонки из мазута масляных фракций; он является основным сырьем для получения нефтяных битумов (используется в виде связующего вещества в дорожном строительстве).

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам. Элементарный состав битумов колеблется в пределах, %: углерода 70-80, водорода 10-15, серы 2-9, кислорода 1-5, азота 0-2. эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма сложен. Все многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три подгруппы: твердая часть, смолы и масляные фракции.

Твердая часть битумов – это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000-5000, плотностью более 1, объединенные общим названием «асфальтены». 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 которых окружено оболочкой убывающей плотности от тяжелых смол к маслам.

80

Битумы в настоящее время получили очень широкое применение. Большей частью они используются в качестве основного вяжущего вещества, например, в асфальтобетонах, битумных обмазках, битумных лаках и др.

Химические свойства битумных материалов

Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. Битумные материалы хорошо сопротивляются 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 кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости битумные материалы широко применяют для защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Дегтевые вяжущие вещества

Деготь представляет собой густую вязкую массу черно-коричневого цвета, образующуюся при нагревании без доступа воздуха твердых видов топлива (каменного и бурого углей, горючего сланца, торфа, древесины). В строительстве применяют, главным образом, каменноугольные дегти, получаемые в коксохимическом производстве.

Дегтевые вяжущие подразделяются на следующие виды:

–сырой каменноугольный деготь: 1) низкотемпературный первичный, получаемый при

полукоксовании, заканчивающемся при 500-600°С, представляет собой вязкую темно-бурую жидкость плотность 0,85-1 г/см3, состоящую из насыщенных и ненасыщенных углеводородов и фенола: часто служит для получения отогнанного дегтя; 2) высокотемпературный деготь,

получаемый при коксовании (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), получаемый в результате фракционирования сырой низкотемпературной смолы с выделением из нее лигроиновой и керосиновой фракций (до 30% массы смолы); по своей вязкости и свойствам близок к высокотемпературному дегтю;

–пек, являющийся твердым остаточным продуктом перегонки сырой каменноугольной смолы с выделением из нее: легких масел (кипящих до 180°С), фенольной фракции (180-210°С), нафталиновой фракции (210-230°С), антраценового масла (до 360°С);

–составленные дегти, получаемые сплавлением пеков с дегтевыми маслами (антраценовыми и др.) или обезвоженными сырыми дегтями. Широко применяются в строительстве.

В состав дегтевых вяжущих входят в основном углеводороды ароматического ряда (ароматические соединения) – производные бензола и их соединения с кислородом, серой и азотом. В состав каменноугольного дегтя входят следующие группы веществ: 1) твердые, нерастворимые в органических растворителях; 2) дегтевые смолы твердые неплавкие и вязкопластичные плавкие смолы, растворимые в бензоле и хлороформе; 3) жидкие дегтевые масла, состоящие из жидких углеводородов. Следовательно, дегтевые вяжущие представляют собой сложные дисперсные системы, свойства которых определяются соотношением между твердой составляющей, смолами и маслами.

Атмосферостойкость дегтевых материалов (толя) ниже по сравнению с битумным (рубероидом). Это объясняется тем, что дегти стареют быстрее, чем нефтяные битумы. В дегтях содержится большое количество непредельных углеводородов, которые подвергаются окислительной полимеризации при контакте с кислородом и водой, воздействии ультрафиолетовых лучей. Испарение масел и частичное вымывание водой фенолов ускоряет старение – дегтевые материалы становятся хрупкими и теряют водоотталкивающие свойства. Биостойкость материалов на основе дегтевых вяжущих выше по сравнению с битумными материалами. Стойкость против гниения объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола.