Общие сведения об органических вяжущих материалах и классификация

ГЛАВА 10

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Общие сведения об органических вяжущих материалах и классификация

Вяжущие вещества— вещества, способные затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зёрна заполнителя. Это свойство вяжущих используется для изготовления строительных растворов — кладочных, штукатурных и специальных, а также бетонов, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожжённых искусственных материалов.

Вяжущие вещества по составу делятся на органические и неорганические (минеральные). К органическим относятся битумы, дёгти, животный клей, полимеры. Они переходят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях. К неорганическим относятся известь, цемент, строительный гипс, магнезиальный цемент, жидкое стекло и др. Они обычно затворяются водой, реже водными растворами солей. В свою очередь делятся на воздушные, гидравлические, кислостойкие вяжущие вещества и вяжущие автоклавного твердения.

Органические вяжущие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязкопластичные или жидкие (при комнатной температуре) продукты, которые способны изменять свои физико-механические свойства в зависимости от температуры.

По своему химическому составу это либо сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных серы, азота, кислорода (битумы и дегти), либо карбоцепные и гетероцепные соединения, состоящие в основном из атомов углерода в сочетании с атомами водорода, азота, серы, кислорода и кремния (полимеры).

Органические вяжущие вещества разделяют на три основные группы: битумы природные и нефтяные; дегти каменноугольные, сланцевые, торфяные и древесные; полимеры полимеризационные и поликонденсационные.

В классификации строительных конгломератов органические вяжущие вещества располагаются в группе безобжиговых материалов и характеризуются следующими общими признаками:

1. Для получения матрицы (в конгломерате) требуется, чтобы вяжущие вещества обладали заданной консистенцией, обеспечивающей образование тонкой пленки на поверхности заполнителя или наполнителя, что достигают разными способами — нагреванием, растворением, эмульгированием и т. п.

2. Химический состав их представлен органическими соединениями, и все они относятся к продуктам химической переработки природного или синтетического сырья, в основном нефти, каменного угля, горючих сланцев, торфа, древесины, природных газов, нефтегаза, мономеров и т. п.

3. В той или иной мере они являются гидрофобными и придают водоотталкивающие свойства материалам.

4. Они имеют хорошую адгезию к заполнителям (наполнителям) и обладают способностью сцеплять их в монолит, образуя макро- и микроконгломераты, относящиеся, как и вяжущие, к группе безобжиговых материалов.

5. Хорошо растворяются в органических растворителях — бензоле, бензине, керосине, толуоле и других, за некоторым исключением, когда только набухают.

6. Большинство органических вяжущих веществ имеет склонность к изменению своих первоначальных свойств под воздействием кислорода воздуха, ультрафиолетовых лучей, повышения температуры, солнечной радиации и некоторых других факторов.

К тому же, практически все они способны гореть, некоторые из них токсичны.

При отверждении в присутствии минеральных заполнителей (наполнителей) органические вяжущие вещества образуют асфальтовые или полимерные конгломераты и подобно другим имеют заполняющую часть, вяжущее вещество, контактную зону и поры. При этом вяжущая часть в них рассматривается как своеобразный микроконгломерат, активно участвующий в формировании макроструктуры.

В состав органических вяжущих входят битумы и дегти, которые по цвету называются также «черными вяжущими».

Битумы в природе встречаются в свободном состоянии в виде густых жидкостей (нефтяные битумы) или твердого вещества, связанного с песчаниками, доломитами, известняками, которые они пропитывают (битумные песчаники, битумные известняки, битумные доломиты). Из горных пород чистый природный битум извлекается или используется в размолотом виде как асфальтовый холодный порошок.

Нефтяные битумы получаются в результате обработки нефтепродуктов, при перегонке мазута, при крекинг-процессе нефти, мазута, гудрона.

Нефтяные битумы по способу производства разделяются на остаточные, окисленные и крекинговые.

Остаточные битумы представляют черные твердые вещества и получаются в атмосферно-вакуумных трубчатых печах непрерывного действия из нефти после отгона из нее бензина, керосина и части масел.

Окисленные битумы получаются после продувки воздухом нефтяных остатков, которые под действием кислорода окисляются и уплотняются.

Крекинговые битумы представляют остатки, полученные при крекинге нефти и нефтяных масел.

Фото 10.1. Нефтяной битум

Транспортируется битум в специальных цистернах, обогреваемых паром, а твердый битум — в вагонах навалом или в бумажной таре.

Нефтяные битумы различаются по маркам; в основу деления битума на марки принята глубина проникания (пенетрация) в битум иглы прибора — пенетрометра под давлением груза в 100 г за 5 секунд при температуре 25°С. Всего принято шесть марок от 0 до 5. Игла должна погрузиться в битум БН-0 не менее чем на 200 мм, а в битум БН-5 от 5 до 20 мм.

Природный битум встречается сравнительно редко. Из битумных пород он извлекается водной вываркой в котлах или растворением в органических растворителях.

Битумные породы в шаровых мельницах размалываются также в асфальтовый порошок, который применяется для получения асфальтовой мастики. Природные битумы по качеству лучше нефтяных, но они значительно дороже их, поэтому и реже применяются.

Дегти — жидкие продукты разложения (сухой перегонки) топлива (каменного или бурого угля, древесины, торфа и т. п.) при высокой температуре без доступа воздуха. При разгонке дегтей получаются дегтевые масла (отгоны) и твердый остаток — пек.

Дегти и пеки получаются в процессе газификации и коксования каменного угля.

Фото 10.2. Деготь

Сырой деготь для получения строительных материалов не применяется, так как он не стоек. Из сырого дегтя отгоняются вода и масла, после чего получается твердое вещество черного цвета, называемое пеком.

Производное каменноугольного дегтя — антраценовое масло представляет собой жидкую зеленовато-желтую массу с характерным острым запахом. Применяется в строительном деле в качестве масляных антисептиков.

Каменноугольный деготь, антраценовое масло и пек применяются для получения дегтебетонов, кровельных материалов (толь и толь-кожа) и дегтевых мастик.

Каменноугольный пек выпускается трех марок. В зависимости от соотношения пека, дегтя и антраценового масла в смеси можно получать составы различной вязкости и различной температуры размягчения.