Тема 12. Органические вяжущие вещества

12.1. Общие сведения об органических вяжущих

В строительстве наряду с минеральными вяжущими применяют органические вяжущие— битумные и дегтевые, которые называют «черными вяжущими» и полимеры.

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.

Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в гидротехническом, дорожном, 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 и т.п.

12.2. Битумные вяжущие вещества

Битумными называют вяжущие вещества, состоящие из смеси углеводородов с серой, кислородом и азотом. Различают битумы двух видов — природные и искусственные нефтяные.

Природные битумы — вязкие жидкости или твердообразные вещества темно-коричневого или черного цвета, которые в чистом виде встречаются сравнительно редко, чаще пропитывают горные поро­ды — известняки, песчаники и доломиты. Природный битум образо­вался в верхних слоях земной коры из нефти в результате медленного удаления из нее легких и средних фракций, а также в результате ес­тественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природ­ный битум — органическое вещество, почти лишенное запаха, весьма пластичное в нагретом состоянии. Осадочные горные породы, пропи­танные природным битумом называют асфальтовыми. Природный битум в отличие от искусственного обладает высокой атмосферостой-костью. Он не так быстро стареет. В настоящее время природный би­тум в связи с дефицитностью и высокой стоимостью применяют в ос­новном для производства битумных лаков.

Нефтяные битумы. Из общего количества потребляемых в строительстве и различных отраслях промышленности битумов на долю нефтяных приходится более 90%. Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и ее смолистых остатков. В зависимо­сти от вязкости нефтяные битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие.

В зависимости от способа переработки нефтяные битумы делят на остаточные (гудроны), окисленные и крекинговые.

Остаточные битумы (гудрон) образуются после отгонки из нефти бензина, керосина и части масел. Они представляют собой при нормальной температуре твердые вещества.

Окисленные битумы (полутвердое состояние) получают путем продувки воздуха через нефтяные остатки, которые при этом окисля­ются и уплотняются под действием кислорода.

Крекинговые битумы получают при крекинге (разложении при высокой температуре) нефти и нефтяных масел (жидкие битумы). В строительстве чаще используют остаточные и окисленные битумы.

Нефтяные битумы в нагретом состоянии разливают в тару и по­сле остывания их направляют по назначению.

Твердые нефтяные битумы применяют в производстве рулон­ных кровельных материалов, битумных мастик; полутвердые — для изготовления гидроизоляционных материалов, битумных обмазок, асфальтовых растворов и бетонов и других материалов; жидкие — преимущественно для дорожного строительства.

Свойства битумов. Основные свойства, определяющие качест­во нефтяных битумов и деление их на марки — вязкость, растяжи­мость, температура размягчения и вспышки.

Вязкость (твердость, или пенетрация) измеряют по глубине проникания в битум иглы стандартного прибора— пенетрометра.

Растяжимостью (дуктильностью) называют свойства битумов вытягиваться в тонкие нити под влиянием приложенной растягивающей силы. Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума (в виде восьмерки) при температуре 25⁰ С, определяемым на приборе – дуктилометре.

Температура вспышки – важное свойство для установления технологических параметров при работе в битумом, ее измеряют на специальном приборе. За температуру вспышки принимают температуру, которую показал термометр при первом появлении синего пламени над частью или над всей поверхностью образца битума.

Температура размягчения битума характеризует степень его подвижности. Переход из твердого состояния в жидкое для битумов находится в очень широком температурном интервале и происходит не сразу. Это свойство характеризует пригодность битума для исполь­зования в различных температурных условиях, т.е. пластические и тепловые качества битума. Температура размягчения у битумов раз­ных марок составляет от 20...25 до 8О...11О°С и выше. Она имеет большое практическое значение, так как при данной температуре битум теряет ряд своих строительных свойств: у битума при темпера­туре размягчения значительно теряются его склеивающие свойства, поэтому создают некоторый «температурный запас». Например, в кон­струкциях, в которых битум может подвергаться нагреванию до тем­пературы 50, следует применять битум с температурой размягчения 65...70 °С.

Для определения температу­ры размягчения применяют при­бор, называемый «кольцо и шар»

Рассмотренные свойства свя­заны между собой некоторой за­висимостью. Так, твердые битумы с малой глубиной проникания иглы имеют высокую температу­ру размягчения и малую растя­жимость, т.е. являются хрупкими, а битумы с низкой температурой размягчения имеют большую пенетрацию, могут сильно растяги­ваться, т.е. обладают высокой пластичностью.

Плотность битумов в зависи­мости от состава 0,8... 1,3 г/см³.

Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5...0,6 Вт/(м-К), теплоемкость 1,8... 1,97 кДж/(кг-К). Битумы гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, имеют плотное строение, пористость их практически равна нулю, поэтому они водонепрони­цаемы и морозостойки. Битумы стойки по отношению к водным рас­творам многих кислот, щелочей, солей и большинству агрессивных газов, но растворяются полностью или частично в различных органи­ческих растворителях (этиловом спирте, бензине, бензоле и др.). Это свойство позволяет применять их для приготовления лаков, красок и мастик.

Нефтяные битумы хорошо совмещаются с резиной и полимера­ми, что позволяет значительно улучшить качество битумных мате­риалов в соответствии с требованиями современного строительства. Получаемые при этом материалы называют резинобитумными и би­тумно -полимерными.

Основные показатели физико-механических свойств нефтяных битумов приведены в таблице.

Таблица

Недостатком битумных вяжущих является старение — процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Старение проис­ходит от действия солнечного света и кислорода воздуха. На стройпло­щадках битум хранят под навесом или в специальных закрытых скла­дах, защищая их от действия солнечных лучей и атмосферных осадков.