ЛЕКЦИЯ 10. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ



И МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ

ВЯЖУЩИХ

Строительные конгломераты на основе органических вяжущих веществ относят к безобжиговым, так как их отвердевание происходит при обычных температурах и температурах не выше 180-220 °С.

Органические связующие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязкопластичные или жидкие (при комнатной темпера­туре) материалы, состоящие из химических соединений, в молекулах которых содержатся атомы углерода, и потому называемые органическими.

Все они должны обладать вяжущими свойствами, обладать способностью растворяться (или набухать) в органических растворителях.

Они почти нерастворимы в воде, содержат летучие вещества, которые при нагревании улетучиваются, что изменяет их первоначальные свойства, из­меняются под воздействием окружающих условий. Это естественное изменение свойств битумных и дегтевых материалов носит название старения.

Битумы меньше подвержены старению, чем дегти, поэтому битумные ма­териалы долговечнее дегтевых.

Битумы и дегти должны обладать достаточной адгезией к минеральным зернистым материалам, сцепляя их в микро- и макродисперсные конгломераты. Они являются в той или иной мере гидрофобными веществами.

К органическим связующим веществам относятся: битумы, дегти и их производные.

К особенно ценным свойствам следует отнести высокую водонепрони­цаемость, стойкость против действия щелочей, кислот, агрессивных жидкостей и газов, способность прочного сцепления с деревом, металлом, камнем.

Битумы

Битумы органические вещества черного или темно-бурого цвета, пред­ставляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неме-

41


таллических производных, т. е. соединения углеводородов с кислородом, азо­том, серой.

При комнатной температуре битумы находятся в твердом, вязком, вязко-пластичном и жидком состояниях.

Они полностью растворяются в бензоле, толуоле, хлороформе и других
органических растворителях. При нагревании переходят в легкоподвижные       |

жидкости, при охлаждении - вновь загустевают. Их истинная плотность около
1 г/см3.                                                                                                            I

Различают битумы природные и нефтяные.

Природные битумы

Природный битум в чистом виде встречается редко, чаще он пропитывает горные породы - известняки и песчаники.

Природный битум - органическое вещество черного или темно-коричневого цвета, пластичное в нагретом состоянии. При дальнейшем нагреве переходит в жидкое состояние, при охлаждении затвердевает.

Природные битумы используются редко из-за их высокой стоимости и ограниченности месторождений.

10.1.2. Нефтяныебитумы

Нефтяные битумы получают из нефти. При нагревании нефти выделяют жидкие горючие компоненты - бензин, лигроин, керосин. Далее при темпера­туре 300-400 °С отгоняют машинные, веретенные, трансформаторные и другие смазочные масла. В результате остается густой смолистый осадок, содержащий твердые частицы - гудрон. Он является исходным сырьем для получения твер­дого и полутвердого битума, но может использоваться и без переработки, как жидкий битум.

Нефтяные битумы по своему образованию делятся на:                              \

- остаточные - образуются в атмосферно-вакуумных трубчатых печах       <

непрерывного действия после отгонки от нефти более легких фракций (бензи­на, керосина). Это вещество черного цвета, почти твердое при нормальной тем­пературе;


 

- окисленные - получают продувкой воздуха через нефтяные остатки (продутые битумы). При продувке под воздействием кислорода битумы приоб­ретают вязкость;

- крекинговые - нефтяные остатки, образующиеся при крекинге (разло­жение при высокой температуре) нефти и нефтяных масел для получения большого выхода бензина. При продувке воздуха через эти остатки получают окисленные крекинговые битумы.

В нефтяных битумах различают составные части: масла, смолы, асфаль-тены, карбены и карбоиды.

Масла состоят из углеводородов относительно несложного строения. Имеют светло-желтый цвет и придают битуму подвижность и текучесть. Их плотность менее 1 г/см3. Содержание масел в битумах 35-60 % (по массе).

Смолы имеют темно-коричневый цвет, плотность примерно 1 г/см . Смо­лы обладают высокой-поверхностной активностью, а битуму придают улучше­ние адгезии к каменным материалам, которые участвуют в искусственных строительных конгломератах в качестве зернистых материалов (заполнителя). Смолы легко растворяются в бензоле, хлороформе и представляют собой лег­коплавкие вязкопластичные вещества. Их присутствие придает битуму эла­стичность и водоустойчивость. Содержание смол в битумах 20-40 % (по массе).

Асфальтены - твердые неплавкие вещества с плотностью немногим бо­лее 1 г/см3. Они растворимы в хлороформе, горячем бензоле, но нерастворимы в бензине. Их содержание повышает температуростойкость, вязкость и твер­дость битумов. Под действием ультрафиолетовых лучей они становятся нерас­творимы в бензоле, переходя в карбены. Обычно в битумах содержится 10-40 % (по массе) асфальтенов.

Карбены и карбоиды содержатся в количестве 1 -3 %. Это твердые веще­ства, не растворимые в известных растворителях. С увеличением содержания карбенов и карбоидов увеличивается вязкость и хрупкость битумов.

10.1.3. Свойства битумов

Нефтяные битумы делят на марки по показателю пенетрации - глубины проникания в битумы стандартной иглы при действии на нее груза массой 100 г


 


42


43


в течение 5 с при температуре 25 °С или 200 г груза в течение 60 с при темпера­туре 0 °С. Она выражает величину, обратную вязкости, т. е. текучесть, и опре­деляется пенетромером в градусах. Каждый градус означает погружение иглы на 0,1 мм.

Помимо пенетрации важнейшими свойствами битумов являются пла­стичность (степень растяжимости) и температура размягчения. Температу­ра размягчения отражает переход битума из твердого или вязкопластичного вещества в жидкое, температура хрупкости - температура перехода битума в хрупкое состояние. По разности,температур размягчения и хрупкости судят о качестве битумного материала: чем больше этот интервал, тем выше качество битума.

Существенной особенностью битумов является их высокая адгезия - при­липание к поверхности минеральных и органических материалов. По визуаль­ному методу степень прилипания оценивается по 5-балльной шкале. Если пленка битума на поверхности гравия или щебня полностью сохраняется после кипячения в дистиллированной воде, прилипание битума оценивается 5 балла­ми; если пленка битума после кипячения полностью смывается с минеральных зерен и всплывает на поверхность воды, прилипание очень плохое и оценивает­ся в 1 балл.

Условная вязкость жидких битумов характеризуется временем истечения определенного количества битума (50 см3) через отверстие вискозиметра при одной-двух стандартных температурах, а именно Cs25, и С560 Здесь верхний ин­декс - величина диаметра (мм) стандартного отверстия, нижний - температура испытания.

В зависимости от показателей основных свойств вязкие (твердые) строи­тельные нефтяные битумы подразделяют на марки: БЫ 60/90, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.

Цифры дроби указывают на допустимые для данной марки пределы пока­зателей пенетрации при 25 °С.

Битумы дорожные нефтяные марок БНД отличаются хорошим сцеплени­ем с каменным материалом, имеют достаточно высокую пластичность при от-

44


рицательных температурах, проявляют стойкость к климатическим воздействи­ям.

Битумы дорожные нефтяные выпускают пяти марок: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300.

Для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов приме­няют битумы марок БНК 45/18 (пропиточные), БНК 90/40 и БНК 90/30 (по­кровные). Числитель дроби указывает "среднее значение показателей темпера­туры размягчения (°С), знаменатель - среднее значение показателей пенетра­ции при температуре 25 °С.

Кроме вязких, в строительстве используют жидкие битумы как подогре­тыми до температуры около 100 °С, так и в холодном состоянии (12-20 °С). Со временем жидкие битумы загустевают за счет испарения легких фракций, окис­ления и других процессов.

Дегти и пеки

К группе дегтевых вяжущих относят сырые дегти, дегтевые масла и пеки.

Сырые дегти - это жидкие продукты разложения органических веществ. Сырые дегти - густые, вязкие жидкости черного или темно-бурого цвета. Со­стоят из углеводородов и их сернистых, азотистых и кислородных производ­ных, получаемых в процессе перегонки органических веществ, при которой хи­мическая структура перегоняемого вещества полностью изменяется.

В зависимости от исходного сырья дегти подразделяются на:

- древесные дегти;

- торфяные дегти;

- сланцевые дегти;

- каменноугольные дегти.

Сырой деготь непосредственно для производства строительных материа­лов не применяют, так как летучие соединения испаряются, что приводит к из­менению первоначальных свойств строительных материалов на его основе -они становятся хрупкими и растрескиваются. Сначала от него отгоняются вода, легкие и часть средних фракций, получают отогнанный деготь, который ис­пользуется в производстве строительных материалов.

45


В процессе нагревания дегтя отгоняются масла и вода. При нагревании дегтя при 100 °С удаляется вода, при 170 °С отгоняется легкое масло, при 270 °С - среднее масло, при температурах до 270-300 °С - тяжелое шпалопро-питочное масло и при 360 "С - самое тяжелое антраценовое масло. По оконча­нии отгонки масел получают твердое аморфное вещество черного цвета плот­ностью 1,25-1,28 г/см3, называемое пеком.

Пеки нерастворимы в воде, хорошо растворяются в скипидаре, хлоро­форме и др., имеют достаточную стойкость к растворам солей и кислот, более гнилостойки, чем битумы.

Пек также сплавляют с малолетучим антраценовым маслом или отогнан­ным дегтем и получают составленный деготь, пригодный для строительных це­лей. Он обладает высокими вяжущими и приклеивающими свойствами, малой хрупкостью и слабо размягчается под действием солнечных лучей.

Смеси дегтя и пека, а также пека с антраценовым маслом используют для производства дегтебетона, применяемого для дорожных покрытий, кровельного толя, приклеивающих и покрасочных дегтевых мастик.

Основным механическим свойством дегтя является вязкость, которая бы­стро снижается при увеличении температуры.

В зависимости от вязкости дегти подразделяют на марки: Д-1, Д-2, Д-3, Д-4, Д-5, Д-6. Для получения дегтя требуемой вязкости нередко сплавляют два вида дегтя разной вязкости.

Биостойкость дегтя - высокая, цвет - черный. Деготь имеет специфиче­ский запах, токсичен. Истинная плотность 1,1-1,3 г/см3. Температура воспламе­нения 180-270 °С.


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 299; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ