2020-04-12
250
Строительные растворы готовят централизованно на бетонно- растворных заводах, растворосмесительных узлах, приобъектных механи- зированных или передвижных установках. Процесс приготовления раство- ров включает следующие этапы: подготовку исходных материалов, дози- рование и тщательное перемешивание материалов.
Товарные растворы приготовляют централизованно на специальных установках в виде сухих смесей с определенной подвижностью, маркой и назначением (кладочные, штукатурные и др.). Их затворяют водой в рас- творосмесителях малой емкости непосредственно на строительном объекте. Строительные растворы перевозят в специально оборудованных ав- тоцистернах или автосамосвалах; на строительных площадках раствор транспортируют растворонасосами. Сухие смеси поставляют в гидроизо-
ляционной установке.
Для предохранения растворов от расслоения автомобили оборудуют смесителями. Чтобы избежать преждевременного схватывания растворных смесей (при хранении или продолжительной перевозке) в них вводят до- бавки, замедляющие схватывание.
Каждую партию раствора снабжают паспортом, в котором указы- вают наименование и номер партии, ее объем и дату изготовления, состав, марку, подвижность и водоудерживающую способность раствора.
Качество изделий на основе минеральных вяжущих веществ опреде- ляется основными свойствами – сроками схватывания, тонкостью помола, прочностью и др.
Строительный гипс является быстросхватывающимся и быстротвер- деющим вяжущим веществом. Начало схватывания строительного гипса по ГОСТ 125-70 должно наступать не ранее 4 мин, а конец – не позднее 30 мин., но не ранее 6 мин с момента соединения с водой.
287
Тонкость помола гипса определяется остатком на сите № 02 (размер ячейки сита в свету 0,2 мм) в процентах к просеиваемой массе. Тонкий по- мол гипса обеспечивает получение наиболее плотного и наиболее прочно- го материала на его основе.
Предел прочности определяется при сжатии или изгибе образцов, полученных из гипсового теста, но не ранее чем через 1,5 ч после смеше- ния гипса с водой. По показателям прочности строительный гипс разделя- ется на 1, 2 и 3-й сорта (см. табл.16).
Таблица 16 – Нормированные показатели для гипса
| Наименование показателей | Норма для сорта | ||
| 1-й сорт | 2-й сорт | 3-й сорт | |
| Тонкость помола, %, не более | 15 | 20 | 30 |
| Предел прочности при сжатии, кгс/см2, не менее | 55 | 45 | 35 |
Вяжущая активность строительной извести зависит от ее хи- мического состава и качества изготовления: чем выше в извести содержа- ние активных составляющих, тем выше вяжущие свойства и качество из- вести. Содержание активных окислов (CaO + MgO) является важнейшим показателем качества и критерием деления извести на сорта. Так, негаше- ная известь согласно ГОСТ 9179-70 подразделяется на три сорта: 1, 2 и 3-й. Содержание активных окислов должно быть для каждого сорта соответст- венно не менее 90, 80 и 70%. Для гашеной извести («пушонки»), которая делится на два сорта, содержание активных окислов должно быть не менее 67% для 1-го и 60% для 2-го сортов. Содержание непогасившихся зерен является другим важнейшим показателем и фактором подразделения не- гашеной извести на сорта. Оно должно быть не более 7, 10 и 12% соот- ветственно для 1, 2 и 3-го сортов.
Тонкость помола (остаток на сите с сеткой № 008 в процентах) должна быть для всех сортов и видов извести не более 10.
Строительные растворы на основе воздушной извести имеют низкую прочность, находящуюся в пределах 5-15 кгс/см2, и стандартом не норми- руются.
Основные свойства портландцемента определяются минера- логическим составом его клинкера и тонкостью помола. Состав клинкера и вводимые при его помоле добавки подбирают таким образом, чтобы со- гласно ГОСТ начало схватывания для всех разновидностей наступало не ранее 45 мин, а конец – не позднее 12 ч от начала затворения.
Большое влияние на свойства портландцемента, и в первую очередь на его прочность, оказывает тонкость помола, которая должна соответст- вовать проходу через сито с сеткой № 008 не менее 85% веса пробы.
288
В зависимости от предела прочности при сжатии различают четыре марки портландцемента: 300, 400, 500 и 600 кгс/см2. Марка цемента опре- деляется пределом прочности при сжатии образца, изготовленного из сме- си цемента и песка в соотношении 1: 3 и испытанного через 28 дней после изготовления.
В зависимости от вида изделий к их качеству предъявляется ряд спе- цифических требований. Гипсовые обшивочные листы, например, плохо сопротивляются изгибу и разрушаются под воздействием влаги. Поэтому одними из основных нормируемых показателей, по которым определяют качество этих материалов, является их влажность и прочность на изгиб.
По качеству гипсовые обшивочные листы делятся на два сорта: 1-й и 2-й. Влажность листов 1-го и 2-го сортов не должна превышать 2% по весу. Прочность на изгиб должна быть не менее 32 и 30 кгс/см2 соответственно при толщине 12 и 10 мм для 1-го сорта. Прочность на изгиб листов 2-го сорта 30 и 27 кгс/см2.
При определении качества гипсовых обшивочных листов учитыва- ются также наличие, вид, величина и местонахождение дефектов. Наибо- лее распространенные дефекты:
· отслоение картона по длине кромок;
· надрывы картона с обнажением гипса;
· не заполненные гипсом края;
· отбитость углов;
· повреждение кромок;
· местные утолщения или утонения.
Дефекты – надрывы картона с обнажением гипса, наличие на лице- вой поверхности масляных пятен не допускаются.
Листы должны иметь правильную прямоугольную форму. Силикатный кирпич должен:
· иметь установленную для данной марки прочность;
· иметь водопоглощение не менее 8 и не более 16% веса кирпича, высушенного до постоянного веса;
· выдерживать в насыщенном водой состоянии не менее 15 цик- лов замораживания и оттаивания без признаков разрушения.
В кирпиче не должно быть отбитых углов, сквозных трещин и дру- гих дефектов внешнего вида, не допустимых ГОСТом. Отклонения от раз- меров также не должны быть выше допустимых.
Листы асбестоцементные волнистые должны иметь:
· предел прочности при изгибе 160-220 кгс/см2;
· морозостойкость - не менее 25 циклов;
289
· соответствующий внешний вид: прямоугольную форму, ровный без заусенцев обрез кромок, отсутствие сквозных и поверхностных трещин, отколов, пробоин, посторонних повреждений.
Масса 1 м2 пазовой черепицы в насыщенном водой состоянии не должна превышать 50 кг, а вес погонного метра коньковой черепицы — 8 кг. Морозостойкость ее должна быть не менее 25 циклов. Кроме того, че- репица должна иметь правильную форму с гладкими поверхностями и ровными краями, без короблений и трещин. Величина отбитых или смя- тых шипов, углов, гребней не должна превышать установленных нормати- вов.
Гипсовые обшивочные листы при транспортировании и хранении укладывают плашмя без прокладок по сортам и размерам. Они должны быть тщательно защищены от увлажнения и повреждений. При транспор- тировании и хранении изделий на основе цемента и извести необходимо предохранять от ударов. Листовые изделия и черепицу перед транспорти- рованием укладывают горизонтально в стопы, при погрузке и разгрузке их нельзя сбрасывать. Хранят листовые изделия и черепицу в закры- тых помещениях или под навесом.
Минеральные вяжущие вещества обладают высокой гигро- скопичностью. Поглощая влагу из воздуха, они постепенно теряют свои вяжущие свойства. Поэтому транспортироваться и храниться они должны в условиях, исключающих возможность увлажнения, а процесс хранения должен быть краткосрочным.
Транспортируют минеральные вяжущие вещества навалом без тары или в упакованном виде. Транспортирование навалом осуществляется в за- крытых специально оборудованных автомобилях. Упаковываются мине- ральные вяжущие вещества в бумажные многослойные мешки, масса ко- торых, как правило, не должна превышать 50 кг. На каждом мешке должно быть обозначено: наименование завода-изготовителя, вид и сорт вяжущего вещества, дата изготовления.
Минеральные вяжущие вещества должны храниться в закрытых су- хих помещениях. Мешки укладывают на стеллажах. Но, следует знать, что даже при правильном хранении минеральные вяжущие вещества посте- пенно теряют свои свойства. Так, гипс через 3 месяца теряет 30% своей ак- тивности, портландцемент – 20%, через 6 месяцев – на 30, через год – на 40%.
290
РАЗДЕЛ 10. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
10.1. Общие сведения
Согласно археологическим исследованиям органические вяжущие начали применять в строительстве 4500—5000 лет назад: природный би- тум и смолу использовали в качестве вяжущих и гидроизоляционных ма- териалов в различных сооружениях Древнего Египта и Вавилона, изоляции каналов и водостоков, фундаментов дворцов и храмов, стен и полов в ам- барах и зернохранилищах (битумная обмазка способствовала длительному хранению зерна и других сельскохозяйственных продуктов). С середины 19в. с помощью битумных вяжущих стали укладывать дорожные покрытия. В 1300 г. итальянский путешественник Марко Поло впервые обнаружил залежи «жидкого асфальта» в г. Баку. В России асфальт начали применять в 40-х годах XIX в. в дорожном строительстве, затем стали изготавливать лаки, краски, гидроизоляционные материалы. В XX в. были получены ис- кусственные или нефтяные битумы, расширился ассортимент органиче- ских вяжущих и материалов, получаемых на их основе.
Органические вяжущие – группа природных или искусственных твёрдых, вязко-пластичных или жидких веществ, состоящих из смеси ор- ганических высокомолекулярных соединений. Они хорошо объединяются с каменными материалами и образуют прочную водостойкую плёнку. По составу, структуре, свойствам, изменению свойств в зависимости от тем- пературы органические вяжущие достаточно близки к термопластичным полимерам и материалам на их основе. Встречаются в природе в чистом виде или получаются путём их переработки.
Сырьём для производства органических вяжущих являются продук- ты органического происхождения – каменный уголь, нефть, горючие слан- цы, торф, древесина; физико-химическая переработка этого сырья (фрак- ционная разгонка, сухая деструктивная перегонка и др.) даёт наряду с цен- ными продуктами смолообразные остатки. В результате дополнительной переработки этих остатков получают органические вещества.
В строительстве наряду с минеральными вяжущими применяют ор- ганические вяжущие — битумные и дегтевые (так называемые «черные вяжущие») и полимеры.
В зависимости от свойств, химического состава, вида сырья и техно- логии получения принята следующая классификация органических вяжу- щих веществ:
· битумы;
· дёгти.
Битумные и дегтевые представляют собой сложные смеси угле- водородов и их производных.
291
Полимеры (от греч. polymeres — многообразный, состоящий из мно- гих частей) — вещества с высокой молекулярной массой, молекулы кото- рых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев.
В зависимости от строительных свойств и консистенции органиче- ские вяжущие делят на группы:
· твёрдые битумы и дёгти (пеки), обладающие при 20-25°С вяз- ко-упругими свойствами; при 120-180°С они приобретают подвижность
· вязкие битумы и дёгти, обладающие при 20-25°С вязкими и пластичными свойствами
· жидкие битумы и дёгти при 20-25°С текучие, содержащие в своём составе летучие низкомолекулярные углеводороды; применяют их при температуре в диапазоне от 15 до 120°С. они способны загустевать по мере испарения летучих углеводородов, тем самым приобретают свойства вязких битумов и дёгтей
· битумные эмульсии и суспензии – дисперсные системы, со- стоящие из диспергированного вяжущего материала (битума или дёгтя) в водной среде с добавкой эмульгатора, обеспечивающего их устойчивость. При нормальной температуре текучи.
По назначению органические вяжущие делят на:
· дорожные – битумы нефтяные (вязкие и жидкие), дёгти камен- ноугольные, битумы сланцевые, эмульсии битумные
· строительные битумы
· кровельные битумы
· изоляционные битумы
· специальные битумы.
Требования к качеству органических вяжущих:
· легко объединяться с каменными материалами, образуя проч- ную водостойкую плёнку
· обладать вязкостью, позволяющей в момент объединения с ма- териалом хорошо его обволакивать, а в период работы связывать мине- ральные частицы в прочный монолит
· быть стабильными, т.е. не изменять свойства в процессе экс- плуатации в покрытиях.
Применение - в гидротехническом, дорожном (для устройства до- рожных покрытий, тротуаров, полов), промышленно-гражданском строи- тельстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальтовых растворов и бетонов, уплотняющих герметизирующих материалов, гидро- изоляционных и дорожных мастик, битумных эмульсий, кровельно- гидроизоляционных паст, для устройства и ремонта мягких крыш, защиты от коррозии бетона, металлов и от радиоактивных излучений.
292
10.2 Битумные вяжущие вещества
Битумы - вяжущие вещества, сложные соединения из смеси углево- дородов нафтенового, ароматического и метанового рядов и их сернистых, кислородных и азотистых производных, полностью растворимых в сероуг- лероде. Химический состав битумов сложен, они содержат около 200 раз- личных органических веществ.
Различают битумы 3-х видов:
· природные;
· искусственные нефтяные;
· сланцевые.
Природные битумы – органическое вещество, почти без запаха, пластичное в нагретом состоянии, представленное в виде вязкой жидкости или твердообразного вещества темно-коричневого или черного цвета, ко- торые в чистом виде встречаются сравнительно редко, образуя озёра; часто пропитывают асфальтовые (или битумные) горные породы – асфальтовые известняки, песчаники, пески и доломиты. Из асфальтовых пород природ- ные битумы получают экстрагированием с помощью различных раствори- телей (но это дорогостоящий способ, поэтому он не получил достаточного распространения) или вывариванием в горячей воде.
Природный битум образовался в верхних слоях земной коры из неф- ти в результате медленного удаления из нее легких и средних фракций, а также в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Осадочные горные породы, пропитанные природным битумом на- зывают асфальтовыми.
Отличительные особенности природного битума от искусственного:
· высокая атмосферостойкость;
· замедленные темпы старения.
Применение – в связи с дефицитностью и высокой стоимостью при- меняют в основном для производства битумных лаков.
Нефтяные битумы – продукты переработки нефти и ее смолистых остатков – по стоимости почти в шесть раз ниже природных. Нефть – жид- кое горючее ископаемое в виде маслянистой тёмно-бурой жидкости с при- сущим ей запахом керосина; представляет собой сложную смесь большого числа углеводородов различных классов, а также их соединений с кисло- родом, серой, азотом.
В зависимости от вязкости нефтяные битумы делят на:
· твердые;
· полутвердые;
· жидкие.
293
В зависимости от скорости формирования структуры жидкие битумы делятся на три класса:
· БГ – быстрогустеющие;
· СГ – среднегустеющие;
· МГ – медленногустеющие.
Жидкие битумы применяют в качестве вяжущего в подогретом до 60- 1000С состоянии - при строительстве дорог (для обработки гравийных и щебеночных смесей, изготовления асфальтовых материалов).
В зависимости от способа переработки нефтяные битумы делят на:
· остаточные (гудроны);
· окисленные;
· крекинговые;
· компаундированные (смешанные);
· битумы деасфальтизации.
Остаточные битумы (гудрон) образуются после отгонки из нефти бензина, керосина и глубокого отбора части масел; при нормальной темпе- ратуре являются твердыми веществами. Гудрон – остаток после отгонки из мазута масляных фракций; он является основным сырьем для получения нефтяных битумов.
Окисленные битумы (полутвердое состояние) получают в кубах (конверторах) непрерывного или периодического действия путем продувки воздуха через нефтяные остатки, которые при этом окисляются и уплот- няются под действием кислорода.
Крекинговые битумы получают при крекинге (разложении при вы- сокой температуре) нефти и нефтяных масел (жидкие битумы).
Компаундированные получают смешиванием нефтяных продуктов различной вязкости. Компаундирование – это вторичный процесс их пере- работки. Ведь битум или смолистый остаток, полученный перегонкой, окислением, экстракцией или деасфальтизацией, не всегда удовлетворяет требованиям по всем показателям, предъявляемым к дорожным битумам. Поэтому путём смешения битума с другими смолистыми остатками соот- ветствующего состава можно значительно улучшить его свойства и дове- сти до требуемых.
Битумы деасфальтизации получают осаждением асфальтосмоли- стой части гудронов пропаном и другими растворителями.
В строительстве чаще используют остаточные и окисленные битумы.
Нефтяные битумы в нагретом состоянии разливают в тару и после остывания отправляют по назначению.
Сланцевые битумы – битумы, образующиеся при переработке про- дуктов перегонки битуминозных (горючих) сланцев без доступа воздуха. Термин «сланцевые битумы » не совсем точен. По свойствам и химическо- му составу они приближаются к битумным материалам, а по способу по-
294
лучения – к дегтям. Область применения сланцевых битумов в основном та же, что и нефтяных.
Индексация битумов
Строительные нефтяные битумы выпускают трех марок: битум неф- тяной БН-50/50, БН-70/3О, БН-90/1О (числитель – температура размягче- ния, °С; знаменатель – среднее значение глубины проникания иглы). При- меняются для изготовления асфальтовых бетонов и растворов, приклеи- вающих и изоляционных мастик, покрытия и восстановления рулонных кровель.
Нефтяные кровельные битумы, применяемые для производства кро- вельных и гидроизоляционных материалов, вырабатывают трех марок: би- тум нефтяной кровельный БНК-45/180 – пропиточный битум, БНК-90141 и БНК-90/30 – покровные битумы (числитель – среднее значение температу- ры размягчения, °С, знаменатель – среднее значение глубины проникания иглы).
Нефтяные дорожные битумы, применяемые в качестве вяжущего при строительстве дорожных и аэродромных покрытий, выпускают пяти ма- рок: битум нефтяной дорожный БНд-200/300, БНд-130/200, БНд-90/130, БНд-60/90, БНд-40160. Цифры показывают допускаемые пределы откло- нения глубины проникания иглы при 25°С.
Применение:
· твердые нефтяные битумы применяют в производстве рулон- ных кровельных материалов, битумных мастик;
· полутвердые – для изготовления гидроизоляционных материа- лов, битумных обмазок, асфальтовых растворов и бетонов и других мате- риалов;
· жидкие – преимущественно для дорожного строительства.
Состав битумов В групповой состав битумов входят:
· масла – вязкие жидкости светло-желтого цвета с плотностью не ниже 1000 кг/м3, состоящие из углеводородов (85-88%) с молекулярной массой 100-500, водорода (10-14%), серы (до 4%) и незначительно кисло- рода и азота. Придают вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения;
· смолы (кислые и нейтральные) – вязкопластичные высокомо- лекулярные аморфные вещества темно-коричневого цвета с плотностью около 1000 кг/м3 и молекулярной массой 600-2000, от содержания которых зависят степень пластичности, растяжимости битумов и вяжущие свойства. По химическому составу они в основном относятся к гетероцикли- ческим ароматическим высокомолекулярным соединениям, в состав кото- рых входят углерод (80-87%), водород (10-18%), кислород (1-10%) и сера
(1-1-%):
295
· асфальтены – твердые хрупкие неплавкие вещества кристал- лического строения с плотностью более1000 кг/м3 и молекулярной массой 1000-5000, содержание которых определяет теплоустойчивость, вязкость и хрупкость вяжущих материалов. По химическому составу представляют собой смесь насыщенных гетероциклических соединений, содержащих уг- лерод, водород, кислород и серу;
· карбены и карбоиды – твердые углеродистые вещества, обра- зующиеся при высоких температурах; их содержание повышает вязкость и хрупкость битума. В битумах встречаются редко. По составу схожи с ас- фальтенами, но содержат больше углерода, имеют большую плотность и более тёмный цвет. Карбоиды – твёрдые вещества типа сажи;
· асфальтогеновые кислоты и их ангидриды – смолообразные вещества коричнево-серого цвета с плотностью более1000 кг/м3, способст- вующие более интенсивной адгезии битумов к каменным материалам, осо- бенно к карбонатным породам;
· примесь в битуме кристаллического парафина (твёрдого ме- танового углеводорода) понижает его качество, в частности повышает хрупкость при пониженных температурах. Нефти в России в основном вы- сокопарафинистые, поэтому при производстве битумов необходимо, чтобы содержание парафина в них не превышало 5%. Повышение содержания парафина ухудшает дорожно-строительные свойства битумов: снижает растяжимость и повышает температуру затвердевания битума (см. табл. 17).
Таблица 17 – Примерный групповой состав битума
| Компонент | Содержание, % |
| Масла | 40-60 |
| Смолы | 20-40 |
| Асфальтены | 10-25 |
| Карбены и карбоиды | 1-2 |
| Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды |
Свойства битумов
Основные свойства, определяющие качество нефтяных битумов и де- ление их на марки – вязкость, растяжимость, температура размягчения и вспышки.
Вязкость (твердость, или пенетрация) битумов является характери- стикой их структурно-механических свойств и зависит главным образом от температуры. При низких температурах вязкость битума увеличивается, и он приобретает свойства твердого тела; с увеличением температуры вяз- кость уменьшается и битум переходит в состояние густой жидкости почти чёрного цвета. Эта особенность позволяет применять их как связующее вещество. Структурная вязкость для жидких битумов определяется време- нем истечения пробы в секундах при постоянной температуре через отвер-
296
стие стандартного вискозиметра размером 5 или 10 мм. Для полутвердых и твердых битумов структурированная вязкость, точнее текучесть (величина, обратная вязкости), измеряется в условных единицах по глубине проника- ния иглы в битум при определенной нагрузке, температуре, времени по- гружения.
Растяжимость (дуктильность) – свойство битумов вытягиваться в тонкие нити под влиянием приложенной растягивающей силы. Оно харак- теризуется абсолютным удлинением до разрыва нити (см) образца битума (в виде восьмерки) при температуре 25°С, определяемым на приборе - дук- тилометре (рис.26). Растяжимость характеризует пластичность вязких би- тумов. Высокие пластические свойства вязких битумов наблюдаются обычно при значительном содержании смол, оптимальном содержании ас- фальтенов и масел и незначительном содержании карбенов и карбоидов.
Рис.26. Дуктилометр: 1 – червячный винт; 2 – салазки; 3 – маховик; 4 – разборная форма; 5 – битум
Температура вспышки – важное свойство для установления техноло- гических параметров при работе с битумом, ее измеряют на специальном приборе (за температуру вспышки принимают температуру, которую пока- зал термометр при первом появлении синего пламени над частью или над всей поверхностью образца битума, выделившего пары вяжущих). Темпе- ратура вспышки характеризует степень огнеопасности битума при разо- гревании в котлах. Она составляет 220-240°С (в зависимости от марки); минимальная температура самовоспламенения 300-368°С. Температура, при которой пламя горит не менее 5 секунд, называется температурой вос- пламенения.
Температура размягчения битума характеризует степень его под- вижности и составляет от 20°С до 80-110°С и выше. Битумы имеют аморфное строение, поэтому у них нет определенной температуры плавле- ния, а существуют большие температурные интервалы размягчения, т. е.
297
при нагревании они постепенно переходят из твердого состояния в вязко- жидкое, что характеризует пригодность битума для использования в раз- личных температурных условиях, т.е. пластические и тепловые качества битума.
Температура размягчения имеет большое практическое значение, так как при данной температуре битум теряет ряд своих строительных свойств, например, склеивающие свойства, поэтому в конструкциях, в которых би- тум может подвергаться нагреванию до температуры 50°С, следует приме- нять битум с температурой размягчения 65-70°С.
Теплостойкость определяют с помощью прибора «кольцо и шар» (рис.27) по температуре, при которой битум, залитый в кольцо, выдавли- вается на определенную глубину (2,54 см) под действием массы стального шарика и помещается в подогреваемую водяную баню. Температуру раз- мягчения определяют по температуре водяной бани, когда битум размягча- ется и шарик опустится на нижнюю полочку прибора.
 |
Рассмотренные свойства связаны между собой некоторой за- висимостью. Так, твердые битумы с малой глубиной проникания иглы имеют высокую температуру размягчения и малую растяжимость, т.е. яв- ляются хрупкими, а битумы с низкой температурой размягчения имеют большую пенетрацию, могут сильно растягиваться, т.е. обладают высо- кой пластичностью.
Рис. 27. Прибор «кольцо и шар» для определения температуры размягчения битума
298
Температура хрупкости или затвердевания. При отрицательных температурах битумы становятся хрупкими. Температура хрупкости - тем- пература, при которой образуется первая трещина на изгибаемом тонком слое битума, нанесенном на стальную пластинку специального прибора. Чем ниже температура хрупкости битума, тем выше его морозостойкость и тем выше качество битума. За рубежом в некоторых странах температуру хрупкости устанавливают по пенетрации.
Битумы гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, имеют плотное строение, пористость их практически равна нулю, поэтому они водонепроницаемы и морозостойки (на них меньше образуется трещин).
Битумы стойки по отношению к водным растворам многих кислот, щелочей, солей и большинству агрессивных газов, но растворяются полно- стью или частично в различных органических растворителях (сероуглеро- де, хлороформе, бензоле, дихлорэтане, этиловом спирте, бензине, бензоле и др.), поэтому их применяют их для приготовления лаков, красок и мас- тик.
Битумы при размягчении прочно сцепляются (обладают адгезией) с камнем, деревом, металлом и др. Используются при применении в качест- ве вяжущих веществ; переводить в рабочее состояние битумы можно рас- плавлением, растворением в органических растворителях и эмульгирова- нием в воде (получение битумных эмульсий производят с помощью специ- альных добавок-эмульгаторов).
Нефтяные битумы хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в со- ответствии с требованиями современного строительства. Получаемые при этом материалы называют резинобитумными и битумно-полимерными. К ним можно отнести «монофлекс» - битумно-полимерный материал, обла- дающий высокой морозостойкостью (до -50°С) и теплостойкостью (до
+100°С), сохраняя при этом пластичность и гибкость: его верхняя поверх- ность укреплена полиэстером, нижняя – плёнкой, а внутри – модифициро- ванный битум.
В целом битумы сходны по составу и структуре, основным техниче- ским свойствам с дёгтями.
Основные показатели физико-механических свойств нефтяных би- тумов приведены в таблице18.
299
Таблица 18 – Физико-механические свойства нефтяных битумов
|
Марка битума | Глубина про- никания иглы при 25°С, 0,1 мм |
Растяжимость при 25°С, см, не менее |
Температура, °С, не ниже | |
| размягчения | вспышки | |||
| Строительные | ||||
| БН-50/50 | 41…60 | 40 | 50 | 220 |
| БН-70/30 | 21…40 | 3 | 70 | 230 |
| БН-90/10 | 5…20 | 1 | 90 | 240 |
| Кровельные | ||||
| БНК-45/180 | 140…220 | Не нормируется | 40…50 | 240 |
| БНК-90/40 | 35…45 | 85…95 | 240 | |
| БНК-90/30 | 25…35 | 90…95 | 240 | |
| Дорожные улучшения | ||||
| БНД-200/300 | 201…300 | Не нормируется | 35 | 200 |
| БНД-130/220 | 131…200 | 65 | 39 | 220 |
| БНД-90/130 | 91…130 | 60 | 43 | 220 |
| БНД-60/90 | 61…90 | 50 | 47 | 220 |
| БНД-40/60 | 40…60 | 40 | 51 | 220 |
Недостатк и битумных вяжущих – старение – процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Происходит оно от действия сол- нечного света и кислорода воздуха, поэтому на стройплощадках битум хранят под навесом или в специальных закрытых складах, защищая их от действия солнечных лучей и атмосферных осадков.
10.3 Дёгтевые вяжущие вещества
Дегтевые вяжущие получают в процессе деструктивной (нагревание без доступа воздуха) перегонки твердых видов топлива (каменного и буро- го угля, торфа, горючих сланцев и др.); в настоящее время имеют меньшее применение, чем битумные.
Деготь ( каменноугольный, древесный, торфяной) темно- коричневого цвета с характерным резким запахом нафталина и фенола. Состоит из углеводородов и их сернистых, азотистых и кислородных про- изводных. В сыром виде каменноугольный деготь в строительстве не при-
300
меняют, так как он содержит воду и летучие фракции. Химический состав дегтей сложен. В нем находится около 200 различных органических ве- ществ.
В зависимости от исходного сырья получают:
· каменноугольные дёгти;
· торфяные дёгти;
· древесные дегти.
В строительстве чаще применяют дегтевые каменноугольные вяжу- щие: каменноугольный деготь и каменноугольный пек.
Каменноугольный деготь – вязкая невзрывоопасная маслянистая жидкость черного цвета с характерным запахом, обусловленным содержа- нием в нем фенолов и нафталина, определяющих токсичные свойства дёгтя. Каменноугольные дегти в зависимости от значения вязкости подраз-
деляют на шесть марок:
· Д-1 (для обеспыливания дорог и поверхностной обработки до- рожных покрытий и оснований);
· Д-1 и Д-2 (для обработки грунтово-гравийных и щебёночных материалов при смешении на дороге в холодном состоянии);
· Д-3 и Д-4 ( для обработки грунтово-гравийных материалов в смесительных установках в холодном состоянии);
· Д-5 и Д-6 (для поверхностной обработки дорожных покрытий, изготовления холодного дёгтебетона и щебёночных смесей в смеситель- ных установках);
· Д-6 (для глубокой пропитки) щебёночных дорожных покры- тий; для изготовления горячего дёгтебетона.
Сырой каменноугольный деготь не пригоден для производства строительных материалов из-за содержания значительного количества ле- тучих веществ и растворимых, вымываемых водой соединений, которые понижают их погодоустойчивость.
Каменноугольный пек – твердое хрупкое аморфное вещество черно- го цвета с характерным блеском и раковистым изломом, с плотностью 1,28 г/см3 и температурой размягчения 50-60°С, не растворимое в воде, но растворимое в органических растворителях.
Получают пек следующим образом: из сырого дегтя сначала отгоня- ют воду (при 100°С), все легкие (при 170°С) и часть тяжелого, шпалопро- питочного масла (при 270-300°С) самого тяжелого антраценового масла (при 360°С), в результате получают отогнанный деготь – пек, который применяют в строительстве.
Следует помнить, что пек – токсическое вещество; при работе с ним необходимо соблюдать правила безопасности, защищать кожу, слизистые оболочки.
301
Пек сплавляют с антраценовым маслом или отогнанным дегтем и получают составленный деготь, который обладает высокими вяжущими и приклеивающими свойствами, малой хрупкостью и слабо размягчается под действием солнечных лучей. Он наиболее пригодный для строительных целей.
Пек в зависимости от температуры размягчения, зольности и содер- жания влаги производят двух марок: среднетемпературный и высоко- температурный.
Отличительные особенности дёгтевых материалов от битумных:
· под действием влаги, кислорода воздуха, солнечной радиации сравнительно быстро стареют, становятся хрупкими и малопрочными. Старение вызвано испарением масел и вымыванием фенолов водой. Дегте- вые материалы становятся хрупкими и теряют гидрофобность, эластич- ность, покрываются трещинами;
· более биостойки, чем битумные. Стойкость к гниению объяс- няется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола (карболовой кислоты).
Применение - дегтевые материалы служат ценным сырьем для полу- чения разных химических продуктов.
Свойства дёгтей
Вязкость дегтей является характеристикой их структурно- механических свойств и зависит главным образом от температуры. При повышении температуры вязкость снижается, при понижении – резко воз- растает; при отрицательных температурах дегти становятся хрупкими. Структурная вязкость для жидких дегтей определяется временем истече- ния пробы в секундах при постоянной температуре через отверстие стан- дартного вискозиметра размером 5 или 10 мм.
Теплостойкость дегтей, имеющих аморфное строение, определяет- ся на приборе «кольцо и шар» (см. методику в п.10.2). Она ниже, чем у нефтяных битумов благодаря более грубой дисперсности и повышенной плавкости.
«Пассивные» сцепления с мрамором и песком и др. При размягче- нии прочно сцепляются с камнем, деревом, металлом и др.
Атмосфероустойчивость. В результате совместного протекания процессов испарения масел и химического видоизменения компонентов дёгти стареют интенсивнее нефтяных битумов.
Пластичность дёгтя низкая и обусловливается небольшим количе- ством в них вязко-пластичных компонентов и наличием свободного угле- рода.
302
При нормальной температуре дёгти – это твердые массы или густые жидкости темного, почти черного цвета; при нагревании они размягчают- ся (разжижаются), а при охлаждении – отвердевают. Эта особенность по- зволяет применять их как связующее вещество.
Они практически не растворяются в воде (а многие и в кислотах) благодаря отсутствию пористости, но растворяются в органических рас- творителях (сероуглероде, хлороформе, бензоле, дихлорэтане и др.). Это позволяет их использовать при изготовлении лаков и мастик.
Дёгти водостойки и морозостойки, поэтому их используют в каче- стве кровельных и гидроизоляционных материалов.
Дегти имеют аморфное строение, поэтому у них нет определенной температуры плавления, а существуют интервалы размягчения, т.е. при на- гревании они постепенно переходят из твердого состояния в вязкожидкое;
Дегти обладают антисептическими свойствами, поэтому материа- лы на основе дегтя применяют для защиты от гниения: дегтем пропитыва- ют шпалы, столбы и др.
Каменноугольные дегти – горючие вещества; температура вспышки дегтя – 150-190°С, температура воспламенения – 180-270°С; температура самовоспламенения выше 540°С. Температурные пределы: нижний – выше 120°С, верхний – выше 150°С. Хранят дегти в закрытых хранилищах, обо- рудованных устройствами для обогрева паром.
Применение – в строительстве дегти применяют для производства рулонных кровельных, гидроизоляционных и герметизи- рующих материалов, изготовления различных мастик, паст, эмульсий и простейших лаков, приготовления асфальтовых бетонов и растворов; дёг- тевые вяжущие применяют при строительстве дорог и изготовлении кро- вельных материалов.
При оценке качества дегтей необходимо знать их групповой состав. В него входят:
· масла — вязкие жидкости светло-желтого цвета, состоящие из углеводородов, водорода, серы и незначительно кислорода и азота. При- дают вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения;
· смолы (твёрдые и мягкие) – вязкопластичные высокомолеку- лярные аморфные вещества темно-коричневого цвета, от содержания ко- торых зависят степень пластичности, растяжимости битумов и вяжущие свойства. По химическому составу они в основном относятся к гетероцик- лическим ароматическим высокомолекулярным соединениям, в состав ко- торых входят углерод, водород, кислород и сера и др.
303
Таблица 19 – Примерный групповой состав дёгтя
| Компонент | Содержание, % |
| Дёгтевые масла | 60-80 |
| Вязко-пластические смолы | 10-15 |
| Твёрдые смолы | 5-10 |
| Свободный углерод | 2-25 |
| Нафталин | 7 |
| Антрацен | 10 |
| Фенолы | 5 |
Смешивание битума с дегтем или с дегтевыми продуктами (напри- мер, антраценовым маслом) позволяет получить битумно-дегтевые мате- риалы, отличающиеся более высокой смачивающей и адгезионной способ- ностью, биохимической стойкостью, что весьма важно при изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов на картонной основе.
10.4. Асфальтовые и дёгтевые растворы и бетоны
Асфальтовый раствор – уплотненная смесь асфальтового вяжущего с мелким заполнителем – песком (чистый и сухой песок с наибольшей крупностью зерен 5 мм).
. Асфальтовое вяжущее – смесь нефтяного битума (9-11%) с мине- ральным порошком (из известняков, доломита, мела, асбеста, шлака). По- следний уменьшает расход битума и повышает температуру размягчения раствора.
Для повышения качества раствора в его состав вводят асфальтовый порошок, содержащий природный битум. Минеральные порошки при смешивании с битумом образуют структурированную систему, обладаю- щую повышенной прочностью и водоустойчивостью.
Изготовляют асфальтовые растворы на специализированных заводах следующим путём: в варочный котел загружают битум и смесь сухих ком- понентов раствора. При постоянном перемешивании смесь нагревают до 180°С. При достижении полной однородности раствора его в горячем со- стоянии подают на место укладки. Укладывают асфальтовые растворы слоем толщиной 20-30 мм на сухое уплотненное основание, уплотняют и заглаживают гладилками или механическими катками.
304
Применение - асфальтовые растворы применяют в строительстве для устройства полов промышленных зданий и складов, для покрытия тротуа- ров, плоских крыш, в качестве основания для плиточных полов.
Асфальтовый бетон — искусственный строительный материал, по- лученный в результате твердения рационально подобранной, перемешан- ной до однородного состояния и уплотненной смеси нефтяного битума, минерального порошка, песка и крупного заполнителя – щебня или гравия. Общее содержание битума в асфальтобетоне 5-6% по массе. Крупный за- полнитель изготовляют из прочных и морозостойких изверженных, оса- дочных и метаморфических горных пород, а также из металлургических шлаков. Чаще всего используют щебень из известняков и доломитов круп- ностью 10...40 мм, хорошо сцепляющийся с битумом. Щебень должен быть чистым; не допускается содержание глинистых и пылеватых частиц свыше 2%. Форма зёрен должна приближаться к тетраэдрной и кубовид- ной, а поверхность – к шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание лещадных и игловатых зёрен ограни- чивается 15-25%. Кроме того, щебень должен выдерживать без разруше- ния не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания.
Количество дроблёного гравия, также служащего для приготовления асфальтобетонных смесей, должно достигать не менее 80%. К нему предъ- являют те же требования, что и к щебню.
Для приготовления асфальтобетона применяют крупно- и среднезер- нистые пески из группы природных и дроблёных песков (высевок), в част- ности кварцевый песок, состоящий из окатанных зёрен кварца. Песок дол- жен быть чистым и содержать пылевато-глинистых частиц не более 3% по массе.
Минеральный порошок получают размолом известняков, доломитов, доменных шлаков. По техническим требованиям набухание смеси порошка с битумом не должно превышать 2,5%. Карбонатные горные породы, ис- пользуемые для производства минеральных порошков, не должны содер- жать глинистых примесей более 5%.
Марку битума выбирают в зависимости от вида асфальтобетона, климатических условий и категории дороги.
В технологии производства асфальтобетона успешно применяют ПАВы, введение которых улучшает сцепление битума с минеральным ма- териалом, увеличивает степень обволакивания битумом минеральных час- тиц, сокращает время перемешивания, улучшает удобоукладываемость и уплотняемость смесей. К ним относятся: карбоновые кислоты, кубовые ос- татки синтетических жирных кислот, госсиполовая кислота, окисленный петролатум, каменноугольная смола и др.
305
Асфальтовые бетоны различают по степени подвижности и способу применения. По степени подвижности бетоны делят на:
· пластичные
· жесткие.
Пластичные уплотняются легко, жесткие - трудно (с использованием тяжелых катков или вибрации).
По способу применения бетоны делят на укладываемые:
· в горячем состоянии
· холодном состоянии.
Наиболее распространены горячие асфальтобетонные смеси, имею- щие при укладке температуру 140-170°С. Технология их производства сле- дующая: смесь предварительно высушенных и подогретых до 180-200°С минерального порошка, песка и щебня загружают в смеситель с рас- плавленным битумом и перемешивают до готовности. Горячие смеси пе- ревозят на автосамосвалах и укладывают только на прочное сухое основа- ние. Основанием для покрытия может быть слой бетона, булыжная мосто- вая, иногда слой щебня или булыжника. Асфальтобетон укладывают в один или два слоя, затем укатывают тяжелыми катками. По краям дорож- ного покрытия должны быть устроены бортовые камни. После остывания через 1-2 ч асфальтобетон отвердевает, приобретая плотность и прочность. Асфальтобетонные смеси, укладываемые в холодном состоянии, приготовляют на жидких битумах. Эти смеси набирают прочность в тече- ние нескольких дней. Твердение происходит в результате окисления, испа- рения и частичного поглощения основанием вяжущего вещества. Преиму- щество их в том, что их можно укладывать в сырую и холодную погоду, их
стоимость ниже, но они менее долговечны и прочны.
Преимущества асфальтового бетона — высокая прочность, хорошее сопротивление упругим и пластическим деформациям, ровность и гигие- ничность покрытия, легкость очистки.
Применение - асфальтобетон применяют для дорожного покрытия, для устройства полов промышленных цехов, складов, хранилищ, плоской кровли, стяжек.
Дегтевые растворы и бетоны — аналогичны асфальтовым, только для их приготовления используют дегтевые вяжущие. Однако по своему качеству они уступают асфальтовым. Дегтевые растворы и бетоны обла- дают меньшими износо- и водостойкостью, теплоустойчивостью и атмо- сферостойкостью.
Применение - в строительстве для устройства покрытия на дорогах второстепенного значения и для ремонта.
306
