Органические вяжущие вещества делят на две основные группы: битумные и дегтевые. Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в дорожном, гидротехническом, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов асфальтораствора, асфальтобетона, уплотняющих материалов.
Битумы применялись в качестве строительного материала еще в глубокой древности. За 3000 лет до нашей эры в Вавилоне и Ассирии, расположенных в междуречье Тигра и Евфрата, природный битум использовали в качестве цементирующего и водоизолирующего материала. Органические вяжущие вещества делят на две основные группы: битумные и дегтевые.
К битумным материалам относятся следующие:
Природные битумы-вязкие или твердообразные вещества, состоящие из смеси углеводов и их неметаллических производных. Природные битумы получились 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 довольно редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.
Асфальтовые породы -пористые горные породы ( известняки, доломиты, песчаники, пески, глины) пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или разламывают их и применяют в дело в виде асфальтового порошка.
Нефтяные (искусственные) битумы, получают путем переработки 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 после отгонки из мазута масляных фракций; он является основным сырьем для получения нефтяных битумов, используется в виде связующего вещества в дорожном строительстве.
К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пеки. Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в дорожном, гидротехническом, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов асфальтораствора, асфальтобетона, уплотняющих материалов. Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.
Возникла новая отрасль, производящая гидроизоляционные материалы ( изол, бризол, и другие) из вторичного резинового сырья. Изготовление рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов осуществляется на полностью механизированных поточных линиях непрерывного действия.
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. Так в них могут находиться предельные углеводороды от С 9Н 20 до С 30 Н62. Все многообразные соединения образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.
Битум
Физико-механические свойства битума характеризуют вяжущий материал с точки зрения его молекулярного строения , а также по совокупности свойств присущих вяжущему. Физические свойства органических и неорганических вяжущих Си материалов , изготовляемых на их основе различны.
Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.
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). Применяют в строительстве главным образом каменноугольные дегти , получаемые в коксохимическом производстве. Получают примерно 700-750 кг кокса при переработке 1 т угля, примерно 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 следующие виды :
〈 Сырой каменноугольный деготь:
а) Низкотемпературный первичный, получаемый при полукоксовании, заканчивающемся при 500-600 °С. Представляет собой вязкую темно-бурую жидкость плотностью 0,85-1 г/см³, состоящую из насыщенных и ненасыщенных углеводородов и фенола: часто служит для получения отогнанного дегтя.
б) Высокотемпературный деготь, получаемый при коксовании (которое заканчивается при температуре 1000-1300°С) в виде черной вязкой жидкости, либо вязко-твердого 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% от 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). Пек -аморфная хрупкая масса черного цвета с характерным раковистым изломом плотностью 1,25-1,28 г/см³, состоящий из высокомолекулярных углеводородов и их производных а также свободного углеводорода ( от 8 до 30%).
〉Составленные дегти , получаемые при сплавлении пеков совместно с дегтевыми маслами ( антраценовым или другими) или обезвоженными сырыми дегтями. Применяются широко в строительстве, так как изменяя соотношение между пеком и растворителем ( антраценовым маслом ), можно получать составленные дегти требуемой вязкости и температуры размягчения.
В состав дегтевых вяжущих веществ входят в основном углеводороды ароматического ряда -производные бензола и их соединения с кислородом, азотом и серой. Состав каменноугольного дегтя характеризуется содержанием следующих групп веществ :
а) Твердые ( углистые и неплавкие вещества ), нерастворимые в органических растворителях, называемые свободным углеродом.
б) Дегтевые смолы твердые неплавкие ( подобные асфальтенам в битуме) и вязко-пластичные плавкие смолы, растворимые в бензоле и хлороформе.
в) жидкие дегтевые масла, состоящие в основном из жидких углеводородов. Следовательно, дегтевые вяжущие представляют собой сложные дисперсные системы, свойства которых будут определяться соотношением между твердой составляющей, смолами и маслами.
Сланцевые дегти получают при нагревании горючих сланцев без доступа воздуха в специальных генераторах или туннельных печах до 500…550°С, при этом выделяются газ, низкотемпературная смола в количестве 15…20% от массы сланца и полукокс. Низкотемпературную смолу разделяют на автомобильный бензин, тракторное и дизельное топливо и мазут как остаток после отгона всех фракций. Этот остаток составляет около 60% и используется как жидкий сланцевый деготь. Последний бывает шести марок, каждая марка его характеризуется в основном тремя пока зателями: вязкостью при температуре 25 и 60°С, фракционным составом и температурой вспышки.
Дегти каменноугольные дорожные
Дегти каменноугольные дорожные получают при коксовании угля или сплавлением пека каменноугольного с маслами или обезвоженным сырым дегтем.
По физико-механическим показателям смешанные дегти обладают относительно высоким содержанием нерастворимых в бензоле соединений — до 20% и водорастворимых соединений — 0,5…7%. По фракционному составу они имеют большое количество средних и тяжелых фракций в интервале температур 270…300°С. Характерным показателем смешанных дегтей является их вязкость. Наполненные дегти получают, вводя в составленные дегти тонкоизмельченные материалы (известняк, доломит). Это производят для повышения вязкости, погодо- и температуростойкости дегтей.
Транспортирование и хранение.
Битумные и дегтевые вяжущие должны иметь заводскую упаковку. При перевозке их защи щают от повреждений и атмосферных воздействий, а хранят в закрытых складах или под навесом в рассортированном виде. Битумы полутвердые, дегти каменноугольные и сланцевые, пек жидкий транспортируют в бункерных полувагонах, автоцистернах, контейнерах, бочках и железнодорожных цистернах. Битум строительный и кровельный транспортируют в бочках, фанерных барабанах, бумажных мешках и без тары в крытых вагонах и на платформах. Пек перевозят без тары в крытых вагонах и на платформах. Битумы жидкие и дегти каменноугольные перевозят в железнодорожных цистернах, бункерах-полувагонах, автоцистернах.
Основные свойства дегтей
Средняя плотность каменноугольных дегтей -1.25 г/см³. Вязкость дегтей повышается с увеличением количества свободного углерода и твердых смол за счет уменьшения масляной части дегтя. Температура размягчения дегтей высоких марок обычно ниже, чем тугоплавких битумов. Атмосферостойкость дегтевых материалов ( толя, толь-кожи) ниже по сравнению с битумными материалами ( рубероид, пергамин и другие). Это можно объяснить 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 солнечного света. Испарение масел и частичное вымывание водой фенолов ускоряет старение -дегтевые материалы становятся хрупкими и теряют водоотталкивающие свойства.
Биостойкость материалов на основе дегтевых вяжущих выше чем биостойкость битумных материалов.Стойкость против гниения объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола ( карболовой кислоты).
Битумные материалы
Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей
〈Рулонные кровельные материалы бывают в большом ассортименте и отличаются не только качеством и внешним видом, но и разными эксплуатационными свойствами, такие как водостойкость, пожароопасность, степень трудоемкости при укладке, стоимость, функциональностью при определенном типе крыши и другими.
В основе битумных рулонных материалов лежат битумы сложного соединения углеводородов, которые в зависимости от исходного сырья делятся на природные и нефтяные. Нефтяные битумы остаются как остаток при перегонки нефти а природные добываются из асфальтовых пород. Обладая такими полезными свойствами как пластичность, водонепроницаемость, стойкость ко всяким атмосферным осадкам, высокая степень сцепляемости с деревом , металлом и камнем их стали широко использовать в строительстве при проведении кровельных работ.
Самый традиционный и широко используемый материал это рубероид. Рубероид делают из кровельного картона, которого покрывают с двух сторон битумом. Верхняя поверхность рубероида может иметь крупнозернистую или чешуйчатую посыпку, а нижняя -мелкозернистую или пылевидную. В зависимости от назначения рубероид делят на РКК ( кровельный) и РКП (подкладочный). Первый используется для устройства наружного слоя кровельного покрытия, а второй -для внутренних слоев.
Внешне подкладочный рубероид отличается тем, что имеет с обеих сторон мелкозернистую или пылевидную посыпку . Приклеивается рубероид горячими и холодными мастиками.
〉 Мастика битумная кровельная это кровельный и гидроизоляционный материал на основе битума.Битумная мастика широко используется в строительстве домов, в холодном и горячем виде, для устройства гидроизоляции и для многослойного покрытия кровли рулонными материалами.
Мастика резино-битумная
Различают мастики:
〉 По виду исходного вяжущего — битумно-полимерные, битумные, битумно-эмульсионные, полимерные, резинобитумные, дегте-полимерные и дегтевые.
〉 По назначению бывают мастики приклеивающие, которые предназначены для приклеивания кровельных и гидроизоляционных рулонных материалов а также других гидроизоляционных материалов при устройстве защитного слоя кровель. Также промышленность производит мастики для устройства мастичных слоев гидроизоляции и пароизоляции, а также для устройства изоляции с целью защиты от коррозии подземных стальных трубопроводов и других сооружений.
〉 По способу укладки бывают мастики холодные и горячие. Применяют горячие мастики с предварительным подогревом: мастики битумные подогревают до температуры 160…180°С, мастики резинобитумные — 170…180°С, мастики дегтевые — 130…150°С, и гудрокамполимерные мастики до — 70°С.
〉 Битумная эмульсия это дисперсная система состоящая из двух не смешивающихся между собой жидкостей, из которых одна находится в другой в мелкораздробленном ( диспергированном) состоянии. Эмульсиями называют дисперсные системы, состоящие из двух не смешивающихся между собой жидкостей, из которых одна находится в другой в мелкораздробленном ( диспергированном ) состоянии. В подобных системах различают дисперсионную среду и дисперсную фазу, которая распределена в первой. Битумные и дегтевые эмульсии -это дисперсные системы, в которых вода является средой а диспергированный битум или деготь-фазой.
〈 Асфальтобетон представляет собой искусственный материал,применяемый главным образом в дорожном строительстве и получаемый в результате уплотнения специально подобранной смеси , которая состоит из гравия или щебня, минерального порошка, песка, дегтя или битума и пека.
Асфальтобетон подразделяется в зависимости от вида используемого каменного материала на :
〉 Щебеночный асфальтобетон, который состоит из песка, гравия или гравийно-песчаного материала, битума и минерального порошка.
〉 Гравийный асфальтобетон-состоящий из минерального порошка, песка и битума.
〉 В зависимости от вязкости битума применяемого в процессе приготовления асфальтобетона и температуры при которой укладывают и уплотняют асфальтовую смесь в покрытии различают несколько разновидностей асфальтовых бетонов:
горячие, приготовляемые на вязких битумах марок БНД-90/130,БНД-60/90 и БНД-40/60, формирование структуры бетона в основном заканчивается в период уплотнения, температура при укладке должна быть 80…110°С; теплые, приготовляемые на битумах пониженной вязкости, марок БНД-200/300 и БНД-130/200 или жидких битумов марок БГ-70/130, формирование структуры также в основном заканчивается в период уплотнения; холодные, приготовляемые на жидких битумах марок СГ-70/130, укладываемые в покрытие после полного их остывания; формирование их структуры продолжается в течение 20…30 сут. К холодным относятся асфальтобетоны только на мелкозернистом или песчаном заполнителе.
Читай далее статью асфальтобетон
◊ Штучные изделия
Штучные гидроизоляционные изделия бывают трех видов: плиты гидроизоляционные асфальтовые, камни гидроизоляционные и сборные гидроизоляционные железобетонные изделия. Плиты гидроизоляционные асфальтовые изготовляют путем покрытия предварительно пропитанной стеклоткани или металлической сетки слоем горячей гидроизоляционной мастики или песчаной асфальтобетонной смеси и дальнейшего прессования.
Плиты бывают армированные и неармированные. Неармированные плиты выпускают длиной 80… 100 см, шириной 50…60 см и толщиной 1…2 см, а армированные — длиной 100…120 см, шириной 75… 120 см и толщиной 2…4 см. Плиты гидроизоляционные асфальтовые применяют для устройства оклеечной гидроизоляции и заполнения деформационных швов. Их можно использовать в зимнее время.
Камни гидроизоляционные изготовляют путем пропитки естественных или искусственных пористых материалов (кирпича, бе тона, туфа, опоки, мела, известняка и т. п.) битумом или каменноугольными дегтепродуктами на глубину до 10… 15 мм. Камни водонепроницаемы, и применяют их для гидроизоляции в виде кладки и футеровки на цементном и асфальтовом растворах.
Сборные гидроизоляционные железобетонные изделия полу чают путем пропитки сборных железобетонных элементов (свай, плит, секций труб, тюбингов и т. д.) органическими вяжущими на глубину 10…15 мм. Такой способ применяют для антикоррозионной гидроизоляции сооружения, подвергающегося механическим ударным воздействиям при одновременном воздействии минерализованных вод.
◊Герметизирующие материалы:
Герметизирующие материалы применяют для заделки наружных швов между элементами сборных конструкций зданий и сооружений. В зависимости от назначения уплотняющего шва герметизирующие материалы выполняют следующие функции: тепло-, гидро- и звукоизоляцию и воздухонепроницаемость.
По виду герметизирующие материалы делят на эластичные прокладки и мастики герметизирующие.
Эластичные прокладки изготовляют в виде пористых или монолитных жгутов различной конфигурации. Устанавливают их насухо или на специальных приклеивающих мастиках. К пористым эластичным прокладкам относится пороизол, изготовляемый путем вулканизации газонаполненной резины,
модифицированной нефтяными дистиллятами.
Пороизол бывает с монолит ной оболочкой и без нее. Для придания пороизолу герметизи рующих свойств его предварительно сжимают на 40…60% перво начального объема и помещают в шов на холодной мастике изол. Пороизол имеет плотность 250…400 кг/м3, растяжимость до 20%, восстанавливает первоначальный объем после сжатия на 50%, в течение 24 ч — на 70%; температуроустойчивость пороизола 40…70°С.
В отличие от пороизола марки М — материала с незакрытыми порами на поверхности, который применяется в сочетании с холодной мастикой изол, получен новый материал — пороизол марки П — материал с защитным протектором из монолитной пленки, наличие которой позволяет применять его для герметизации наружных швов без мастики.
Мастики герметизирующие делят на мастики уплотняющие и защитные. Для уплотнения швов применяют резинобитумную мастику изол Г-М и мастику УМ-40. Резинобитумную мастику изол изготовляют смешением резинобитумного вяжущего (полу ченного в результате термомеханической обработки девулканизованной резины и нефтяного битума) с высокомолекулярными полиизобутиленом, канифолью, кумароновой смолой, наполните лем асбестом 7-го сорта и антисептиком.
Изол вводится в шов в подогретом состоянии. Уплотняющую мастику УМ-40 изготовляют смешением высокомолекулярного полиизобутилена, раствора резины и наполнителя.Для устройства герметизирующих защитных покрытий швов применяют мастики на основе полисульфидных каучуков (тиоколовые). Тиоколовые мастики наносят на поверхность шпателем или кистью в зависимости от консистенции мастики.