Лекционный материал к теме № 3 «Органические вяжущие вещества»

Битумы и дегти

Первыми органическими вяжущими, которые начали применять в строительстве, были битумы и дегти. Средневековые строители, в том числе и наши предки, применяли смолы и дегти для защиты древесины от гниения.

При нагревании они обратимо разжижаются и в таком состоянии хорошо смачивают другие материалы, а при охлаждении отвердевают, прочно склеивая смоченные ими материалы. Кроме того, битумы и дегти водостойки и водонепроницаемы, и если ими пропитать или покрыть другие материалы, то приобретают гидрофобные (водоотталкивающие) свойства. Битумы и дегти хорошо растворяются в органических растворителях. Перечисленные свойства предопределили использование битумов и дегтей для получения клеящих и гидроизоляционных материалов, а также для получения специальных дорожных бетонов — асфальтобетонов.

Битумы (от лат. bitumen — смола) — при комнатной температуре вязкопластичные или твердые вещества черного или темно-коричневого цвета, представляющие собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. В зависимости от происхождения битумы могут быть природные и искусственные (техногенные); источником образования или получения битумов и в том и в другом случае является нефть.

Природные битумы встречаются в виде асфальтовых пород, например, песка, пористого известняка, пропитанных битумом (содержание битума от 5 до 20 %).

Искусственные битумы получают как остаток при переработке нефти на нефтеперегонных заводах при получении топлива и смазочных масел. После переработки (перегонке или крекинге) нефти остается густой смолистый остаток, содержащий твердые частицы,— гудрон. Выход гудрона из тяжелой нефти 7…8 %, а из легкой — До 1 %. Гудрон подвергается специальной обработке (например, нагреву и продувке воздухом) для получения твердого или полутвердого материала — нефтяного битума.

Элементарный состав битумов находится в следующих пределах: углерод – 70…87%, водород – 8…12 %, сера – 0,5…7 %. Эти элементы образуют в битуме четыре группы веществ:

ü нефтяные масла, алифатические углеводороды, содержание в битуме 30…60 %, придают битуму вязкость и термопластичность;

ü смолы — содержание в битуме 20…40 %, придают битуму высокие адгезионные свойства;

ü твердые высокомолекулярные вещества, содержание в битуме 10…40 %; придают битуму твердость и тугоплавкость;

ü асфальтогеновые кислоты — содержание до 3 %; выполняют функцию поверхностно-активных веществ и повышают адгезионные свойства битума.

Битумы делят на три типа по области их применения: дорожные (для асфальтобетонов), кровельные (для мягких кровельных материалов) и строительные (для изготовления мастик, гидроизоляции и др.). Каждый тип битумов в зависимости от состава может иметь различные марки.

Марки битумов определяют по комплексу показателей, основные из которых: температура размягчения, твердость и растяжимость.

Рис. 4. Схема коллоидно-дисперсного строения битума: 1 — асфальтены; 2 — смолы; 3 — масла

Транспортируют битумы в фанерных барабанах или бумажных мешках. Хранят в закрытых складах или под навесом таким образом, чтобы на битум не попадали прямые солнечные лучи. Битум — горючее вещество, поэтому при работе с ним, особенно при разогреве битума, следует соблюдать требования пожарной безопасности.

Деготь — продукт сухой (без доступа воздуха) перегонки твердых видов топлива (древесины, угля, горючих сланцев, торфа и т. п.), представляющих собой вязкую темно-бурую жидкость с характерным «дегтярным» запахом.

Деготь использовали для пропитки деревянных сооружений, лодок, рыбацких сетей, смазки сапог и т. п. Такая обработка защищала от гниения, благодаря антисептирующему и гидрофобизирующему действию дегтя. Антисептирующие свойства дегтя используют и в медицине (мазь Вишневского, дегтярное мыло и т. п.). Копчение продуктов (рыбы, мяса) также основано на обработке их продуктами сухой перегонки древесины.

Деготь является побочным продуктом при коксовании углей (высокотемпературной — до 1000 °С обработки каменных углей с целью получения кокса).

Дегти — сложная дисперсная система, состоящая из большого числа различных углеводородов и их неметаллических производных. Но в отличие от битума, где преобладают парафиновые углеводороды, в дегте много ароматических углеводородов и их производных. Сырой деготь практически не применяется. Его разгоняют, получая растворители, различные масла (антраценовое, креозотовое и др.) и твердообразное вещество — пек.

Пек — аморфный хрупкий при обычных температурах остаток от перегонки сырого дегтя при температуре более 360 °С.

Под действием солнечного излучения и кислорода они окисляются, превращаясь в твердые хрупкие продукты. Дегти и продукты на их основе — канцерогены, поэтому их использование в местах, где возможен их длительный контакт с человеком, запрещено.

При работе с дегтями и пеком следует помнить, что они и их пары могут вызвать воспаление или аллергические реакции при контакте с кожей и в особенности — слизистыми оболочками.

Общий недостаток битумов и дегтей — узкий интервал температур, при которых материалы на их основе обладают прочностью и эластичностью. Так, битумы при понижении температуры до 0… —10 °С становятся хрупкими, а при повышении до 40…60 °С начинают течь. Для расширения интервала эксплуатационных температур битумы и дегти модифицируют, добавляя термопластичные полимеры и каучуки.