Органические вяжущие вещества и материалы

Краткий справочник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»

Органические вяжущие вещества и материалы

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

«Асфалес» - по - гречески значит надежный, вечный, а слово «битум» происходит от санскритского «гвитумен», обозначающего смолу. Это самые древние строительные материалы из известных человечеству. Они отличаются поразительной долговечностью: так, например, в г. Мохенджо-Даро (Пакистан) до сих пор облицовка бассейна, выполненная из асфальта пять тысяч лет тому назад, а в Сирии - гидроизоляции туннелей под Ефратом и висячих садов дворца Семирамиды, осуществлённые ещё в 14 веке до н.э.

Теплоизоляционные материалы на основе органических вяжущих и перлитовых, вермикулитовых заполнителей имеют коэффициент теплопроводности и температуру применения соответственно от -200 до +60 °С.

Температуры воспламенения материалов на основе органических вяжущих 285 - 351 °С, минимальная температура сомовосшгаменения 368 -397 °С.

Неорганическим вяжущим присущи следующие общие признаки:

1. Химический состав их представлен органическими соединениями - продуктами химической переработки природного или синтетического сырья.

2. Заданная консистенция достигается нагреванием, растворением.

3. Имеют хорошую адгезию к заполнителям.

4. Являются гидрофобными и придают водоотталкивающие свойства.

5. Хорошо растворяются в органических растворителях: бензоле, бензи не, керосине, за некоторым исключением, когда только набухают.

6. Изменяют свои свойства под воздействием кислорода воздуха, ульт-

рафиолетовых лучей, повышения температуры.

7. Способны гореть, некоторые из них токсичны.

Битумы нефтяные. Состав, структура и свойства. Элементарный состав нефтяных битумов (% по массе): углерода - 70...80, водорода - 10... 15, серы

- 2...9, кислорода - 1...5 и азота - 0...2. Для исследования их разделяют на : масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриты.

Масла - смесь циклических углеводородов с плотностью менее 1 и молекулярной массой 300...500. Количество масел составляет 45...60%.

Смолы - вязкопластические вещества с плотностью около 1 и молекулярной массой до 1000. Они придают битумам большую тягучесть и эластичность. Содержание смол в битумах находится в пределах 15...30%.

Асфальтены - твердые, вещества с плотностью выше 1 и молекулярной массой 1000...5000. Содержание асфальтенов определяет его высокие вязкость и температурную устойчивость. Общее содержание асфальтенов в битумах находится в пределах 5...30%.

Важнейшими свойствами битумов, характеризующими их качество, являются вязкость, сопротивление внутренних слоев битума перемещению относительно друг друга. Для характеристики вязкости, точнее величины, обратной вязкости, т.е. текучести битумов, принимается условный показатель -глубина проникания иглы в битум (пенетрация). Глубину проникания иглы определяют на приборе - пенетрометре при действии на иглу груза массой 100 г в течение 5с при температуре 25°С или 0°С при грузе 200 г в течение 60 с. Пенетрация битумов выражается в единицах (градусах), равных 0.1 мм проникания иглы в битум.

Пластичность условно характеризуется растяжимостью (дуктиль-

ностью)

- способностью вытягиваться в тонкие нити под действием внешних посто янных сил. Растяжимость определяют на специальном приборе - дуктило- метре при скорости деформации образца битума в виде «восьмерки» 5см/мин, температурах испытания 25 и 0°С. Показателем растяжимости слу жит длина нити в момент разрыва образца, выраженная в сантиметрах.

Температура размягчения определяется на приборе «кольцо и шар» («К и Ш»). Температура размягчения битума, выраженная в градусах Цельсия, соответствует температуре водяной бани в стакане прибора в момент, когда битум, имеющийся в латунном кольце (диаметр 16.0 мм), деформируясь под воздействием металлического шарика массой 3.5 г и постепенного нагрева воды со скоростью 5°С в минуту, коснется нижней полки подставки. Нижняя полка подставки находится от кольца на расстоянии 25 мм. Температура размягчения битумов колеблется в пределах от 20 до 95 °С.

Температуру хрупкости битума определяют на приборе Франса. Битум наносят тонким слоем на латунную пластинку, которая вместе с битумом может охлаждаться и изгибаться. За температуру хрупкости принимают ту температуру, при которой на тонком изгибаемом слое битума образуется

первая трещина. Температура хрупкости, например, дорожных битумов может быть от -20 до +5 °С.

Температура вспышки - температура, при которой пары, образующиеся при плавлении битума в открытом тигле, воспламеняются при поднесенном пламени. Температуру вспышки определяют на стандартном приборе. Она обычно выше 200 °С.

Фракционный состав жидких битумов определяют путем перегонки испытуемого материала в стандартной колбе с холодильником. Так, например, при перегонке жидких битумов, густеющих со средней скоростью, отбирают фракции, кипящие в интервале температур 145, 215 и 300 °С и их количество выражают в процентах по массе от первоначальной навески.

Вязкие природные битумы получают путем извлечения их из известняков, доломитов и песчаников, пропитанных ими. При кипячении воды битум размягчается, отделяется от породы и всплывает на поверхность.

В качестве природных жидких битумов в строительстве используются тяжелые, высокосмолистые нефти.

Дегти каменноугольные, сланцевые, торфяные и древесные получают путем сухой (без доступа воздуха) перегонки соответствующих твердых топ-лив. Для строительных целей и промышленности строительных материалов применяются дегти отогнанные, получающиеся после отбора из сырых дег-тей летучих веществ, или составленные, изготовляемые смешением горячего песка с антраценовым маслом или жидким дегтевым материалом.

Нефть на заводах подвергается фракционной перегонке с целью получения светлых продуктов (бензина, лигроина, керосина), смазочных масел и других видов нефтепродуктов. Нефтяные остатки после отбора легких по массе фракций (гудрон, крекинг) используются для получения битума.

Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из огромного количества структурных звеньев, взаимодействующих друг с другом посредством ковалентных связей с образованием макромолекул.

По составу основной цепи макромолекул полимеры разделяют на три группы:

2. Гетероцепные полимеры, в состав цепей которых входят кроме атомов углерода еще атомы кислорода или серы, азота, фосфора и т.п.:

е

1. Карбоцепные полимеры - макромолекулярные цепи полимера состоят лишь из атомов углерода:

131

3. Элементоорганические полимеры, в основные цепи которых могут входить атомы кремния, алюминия, титана и других элементов кремнийорганические соединения типа:

имеющие кремнийкислородные, силоксановые связи.

Макромолекулы могут иметь линейное, разветвленное или сетчатое (трехмерное) строение, что определяет физико-механические и химические свойства полимеров.

Макромолекулы линейного строения вытянуты в виде цепей в которых атомы мономера связаны химическими связями. Разветвленные макромолекулы характерны наличием мономерных звеньев, ответвленных от основной цепи полимера. Сетчатые (трехмерные) структуры макромолекул характеризуются тем, что образуются обычно «сшивкой» отдельных линейных или разветвленных цепей полимера (4.8, а, б, в).

Полимеры с макромолекулами линейного или разветвленного строения плавятся при нагревании с изменением свойств и растворяются в соответствующем органическом растворителе, а при охлаждении они вновь затвердевают. Такие полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении, называются термопластичными (термопласты). Напротив, полимеры с макромолекулами трехмерного строения имеют повышенную устойчивость к термическим и механическим воздействиям, не растворяются в растворителях, а лишь набухают. Такие полимеры не могут обратимо размягчаться при повторном нагревании и носят название термореактивных полимеров (реактопласты).