Органические вяжущие материалы в дорожном строительстве
Органические вяжущие вещества
Органические вяжущие вещества делят на две основные группы: битумные и дегтевые. Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в дорожном, гидротехническом, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов асфальтораствора, асфальтобетона, уплотняющих материалов.
Битумы применялись в качестве строительного материала еще в глубокой древности. За 3000 лет до нашей эры в Вавилоне и Ассирии, расположенных в междуречье Тигра и Евфрата, природный битум использовали в качестве цементирующего и водоизолирующего материала. Органические вяжущие вещества делят на две основные группы: битумные и дегтевые.
К битумным материалам относятся следующие:
Природные битумы-вязкие или твердообразные вещества, состоящие из смеси углеводов и их неметаллических производных. Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако природные битумы в чистом виде встречаются довольно редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.
Асфальтовые породы -пористые горные породы ( известняки, доломиты, песчаники, пески, глины) пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или разламывают их и применяют в дело в виде асфальтового порошка.
Нефтяные (искусственные) битумы, получают путем переработки нефтяного сырья в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего глубокого отбора из него масел; окисленные получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах ( продувка воздухом); крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти.
Гудрон -остаток после отгонки из мазута масляных фракций; он является основным сырьем для получения нефтяных битумов, используется в виде связующего вещества в дорожном строительстве.
К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пеки. Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в дорожном, гидротехническом, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов асфальтораствора, асфальтобетона, уплотняющих материалов. Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.
Возникла новая отрасль, производящая гидроизоляционные материалы ( изол, бризол, и другие) из вторичного резинового сырья. Изготовление рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов осуществляется на полностью механизированных поточных линиях непрерывного действия.
Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам. Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода 70-80 %, водорода 10-15 %, серы 2-9%, кислорода 1-5%, азота 0-2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма сложен. Так в них могут находиться предельные углеводороды от С 9 Н 20 до С 30 Н 62. Все многообразные соединения образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.
Физико-механические свойства битума характеризуют вяжущий материал с точки зрения его молекулярного строения , а также по совокупности свойств присущих вяжущему. Физические свойства органических и неорганических вяжущих Си материалов , изготовляемых на их основе различны.
Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.
Дегтевые вяжущие вещества
Деготь представляет собой густую вязкую массу черно-коричневого цвета, образующуюся при нагревании без доступа воздуха твердых видов топлива ( каменного и бурого углей, горючего сланца, торфа, древесины). Применяют в строительстве главным образом каменноугольные дегти , получаемые в коксохимическом производстве. Получают примерно 700-750 кг кокса при переработке 1 т угля, примерно 300-350 м³ коксового газа, 12-15 л бензола, до 3 кг аммиака и 30-40 кг сырой каменноугольной смолы( сырого дегтя).
Дегтевые вяжущие вещества подразделяются на следующие виды :
〈 Сырой каменноугольный деготь:
а) Низкотемпературный первичный, получаемый при полукоксовании, заканчивающемся при 500-600 °С. Представляет собой вязкую темно-бурую жидкость плотностью 0,85-1 г/см³, состоящую из насыщенных и ненасыщенных углеводородов и фенола: часто служит для получения отогнанного дегтя.
б) Высокотемпературный деготь, получаемый при коксовании (которое заканчивается при температуре 1000-1300°С) в виде черной вязкой жидкости, либо вязко-твердого продукта плотностью 1,12-1,23 г/см³ и температурой размягчения до 40-70 °С.
〉 Отогнанный деготь ( каменноугольная смола), получаемый в результате фракционирования сырой низкотемпературной смолы с выделением из нее лигроиновой и керосиновой фракций ( до 30% от массы смолы). По своей вязкости и свойствам близок к высокотемпературному дегтю.
〉 Пек, являющийся твердым остаточным продуктом перегонки сырой каменноугольной смолы с выделением из нее: легких масел ( кипящих до 180°С) фенольной фракции (180-210°С), нафталиновой фракции (210-230°С), антраценового масла ( до 360°С). Пек -аморфная хрупкая масса черного цвета с характерным раковистым изломом плотностью 1,25-1,28 г/см³, состоящий из высокомолекулярных углеводородов и их производных а также свободного углеводорода ( от 8 до 30%).
〉Составленные дегти , получаемые при сплавлении пеков совместно с дегтевыми маслами ( антраценовым или другими) или обезвоженными сырыми дегтями. Применяются широко в строительстве, так как изменяя соотношение между пеком и растворителем ( антраценовым маслом ), можно получать составленные дегти требуемой вязкости и температуры размягчения.
В состав дегтевых вяжущих веществ входят в основном углеводороды ароматического ряда -производные бензола и их соединения с кислородом, азотом и серой. Состав каменноугольного дегтя характеризуется содержанием следующих групп веществ :
а) Твердые ( углистые и неплавкие вещества ), нерастворимые в органических растворителях, называемые свободным углеродом.
б) Дегтевые смолы твердые неплавкие ( подобные асфальтенам в битуме) и вязко-пластичные плавкие смолы, растворимые в бензоле и хлороформе.
в) жидкие дегтевые масла, состоящие в основном из жидких углеводородов. Следовательно, дегтевые вяжущие представляют собой сложные дисперсные системы, свойства которых будут определяться соотношением между твердой составляющей, смолами и маслами.
Дегти каменноугольные дорожные
Транспортирование и хранение.
Битумные и дегтевые вяжущие должны иметь заводскую упаковку. При перевозке их защи щают от повреждений и атмосферных воздействий, а хранят в закрытых складах или под навесом в рассортированном виде. Битумы полутвердые, дегти каменноугольные и сланцевые, пек жидкий транспортируют в бункерных полувагонах, автоцистернах, контейнерах, бочках и железнодорожных цистернах. Битум строительный и кровельный транспортируют в бочках, фанерных барабанах, бумажных мешках и без тары в крытых вагонах и на платформах. Пек перевозят без тары в крытых вагонах и на платформах. Битумы жидкие и дегти каменноугольные перевозят в железнодорожных цистернах, бункерах-полувагонах, автоцистернах.
Основные свойства дегтей
Средняя плотность каменноугольных дегтей -1.25 г/см³. Вязкость дегтей повышается с увеличением количества свободного углерода и твердых смол за счет уменьшения масляной части дегтя. Температура размягчения дегтей высоких марок обычно ниже, чем тугоплавких битумов. Атмосферостойкость дегтевых материалов ( толя, толь-кожи) ниже по сравнению с битумными материалами ( рубероид, пергамин и другие). Это можно объяснить тем, что дегти стареют быстрее, чем нефтяные битумы.
В дегтях содержится большое количество непредельных углеводородов, которые подвергаются окислительной полимеризации при контакте с кислородом и водой, воздействии ультрафиолетовых лучей солнечного света. Испарение масел и частичное вымывание водой фенолов ускоряет старение -дегтевые материалы становятся хрупкими и теряют водоотталкивающие свойства.
Биостойкость материалов на основе дегтевых вяжущих выше чем биостойкость битумных материалов.Стойкость против гниения объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола ( карболовой кислоты).
Битумные материалы
Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей
〈 Рулонные кровельные материалы бывают в большом ассортименте и отличаются не только качеством и внешним видом, но и разными эксплуатационными свойствами, такие как водостойкость, пожароопасность, степень трудоемкости при укладке, стоимость, функциональностью при определенном типе крыши и другими.
В основе битумных рулонных материалов лежат битумы сложного соединения углеводородов, которые в зависимости от исходного сырья делятся на природные и нефтяные. Нефтяные битумы остаются как остаток при перегонки нефти а природные добываются из асфальтовых пород. Обладая такими полезными свойствами как пластичность, водонепроницаемость, стойкость ко всяким атмосферным осадкам, высокая степень сцепляемости с деревом , металлом и камнем их стали широко использовать в строительстве при проведении кровельных работ.
Самый традиционный и широко используемый материал это рубероид. Рубероид делают из кровельного картона, которого покрывают с двух сторон битумом. Верхняя поверхность рубероида может иметь крупнозернистую или чешуйчатую посыпку, а нижняя -мелкозернистую или пылевидную. В зависимости от назначения рубероид делят на РКК ( кровельный) и РКП (подкладочный). Первый используется для устройства наружного слоя кровельного покрытия, а второй -для внутренних слоев.
Внешне подкладочный рубероид отличается тем, что имеет с обеих сторон мелкозернистую или пылевидную посыпку . Приклеивается рубероид горячими и холодными мастиками.
〉 Мастика битумная кровельная это кровельный и гидроизоляционный материал на основе битума.Битумная мастика широко используется в строительстве домов, в холодном и горячем виде, для устройства гидроизоляции и для многослойного покрытия кровли рулонными материалами.
〉 По виду исходного вяжущего — битумно-полимерные, битумные, битумно-эмульсионные, полимерные, резинобитумные, дегте-полимерные и дегтевые.
〉 По назначению бывают мастики приклеивающие, которые предназначены для приклеивания кровельных и гидроизоляционных рулонных материалов а также других гидроизоляционных материалов при устройстве защитного слоя кровель. Также промышленность производит мастики для устройства мастичных слоев гидроизоляции и пароизоляции, а также для устройства изоляции с целью защиты от коррозии подземных стальных трубопроводов и других сооружений.
〉 По способу укладки бывают мастики холодные и горячие. Применяют горячие мастики с предварительным подогревом: мастики битумные подогревают до температуры 160…180°С, мастики резинобитумные — 170…180°С, мастики дегтевые — 130…150°С, и гудрокамполимерные мастики до — 70°С.
〉 Битумная эмульсия это дисперсная система состоящая из двух не смешивающихся между собой жидкостей, из которых одна находится в другой в мелкораздробленном ( диспергированном) состоянии. Эмульсиями называют дисперсные системы, состоящие из двух не смешивающихся между собой жидкостей, из которых одна находится в другой в мелкораздробленном ( диспергированном ) состоянии. В подобных системах различают дисперсионную среду и дисперсную фазу, которая распределена в первой. Битумные и дегтевые эмульсии -это дисперсные системы, в которых вода является средой а диспергированный битум или деготь-фазой.
〈 Асфальтобетон представляет собой искусственный материал,применяемый главным образом в дорожном строительстве и получаемый в результате уплотнения специально подобранной смеси , которая состоит из гравия или щебня, минерального порошка, песка, дегтя или битума и пека.
Асфальтобетон подразделяется в зависимости от вида используемого каменного материала на :
〉 Щебеночный асфальтобетон, который состоит из песка, гравия или гравийно-песчаного материала, битума и минерального порошка.
〉 Гравийный асфальтобетон-состоящий из минерального порошка, песка и битума.
〉 В зависимости от вязкости битума применяемого в процессе приготовления асфальтобетона и температуры при которой укладывают и уплотняют асфальтовую смесь в покрытии различают несколько разновидностей асфальтовых бетонов:
◊ Штучные изделия
Штучные гидроизоляционные изделия бывают трех видов: плиты гидроизоляционные асфальтовые, камни гидроизоляционные и сборные гидроизоляционные железобетонные изделия. Плиты гидроизоляционные асфальтовые изготовляют путем покрытия предварительно пропитанной стеклоткани или металлической сетки слоем горячей гидроизоляционной мастики или песчаной асфальтобетонной смеси и дальнейшего прессования.
◊Герметизирующие материалы:
Герметизирующие материалы применяют для заделки наружных швов между элементами сборных конструкций зданий и сооружений. В зависимости от назначения уплотняющего шва герметизирующие материалы выполняют следующие функции: тепло-, гидро- и звукоизоляцию и воздухонепроницаемость.
По виду герметизирующие материалы делят на эластичные прокладки и мастики герметизирующие.
Эластичные прокладки изготовляют в виде пористых или монолитных жгутов различной конфигурации. Устанавливают их насухо или на специальных приклеивающих мастиках. К пористым эластичным прокладкам относится пороизол, изготовляемый путем вулканизации газонаполненной резины,
модифицированной нефтяными дистиллятами.
В отличие от пороизола марки М — материала с незакрытыми порами на поверхности, который применяется в сочетании с холодной мастикой изол, получен новый материал — пороизол марки П — материал с защитным протектором из монолитной пленки, наличие которой позволяет применять его для герметизации наружных швов без мастики.
Мастики герметизирующие делят на мастики уплотняющие и защитные. Для уплотнения швов применяют резинобитумную мастику изол Г-М и мастику УМ-40. Резинобитумную мастику изол изготовляют смешением резинобитумного вяжущего (полу ченного в результате термомеханической обработки девулканизованной резины и нефтяного битума) с высокомолекулярными полиизобутиленом, канифолью, кумароновой смолой, наполните лем асбестом 7-го сорта и антисептиком.
Изол вводится в шов в подогретом состоянии. Уплотняющую мастику УМ-40 изготовляют смешением высокомолекулярного полиизобутилена, раствора резины и наполнителя.Для устройства герметизирующих защитных покрытий швов применяют мастики на основе полисульфидных каучуков (тиоколовые). Тиоколовые мастики наносят на поверхность шпателем или кистью в зависимости от консистенции мастики.
Классификация органических вяжущих веществ в дорожном строительстве
Органические вяжущие представляют собой твердые, вязко-пластичные или жидкие вещества, состоящие из высокомолекулярных соединений на основе углерода. Они встречаются в природе в чистом виде — природные вяжущие, или получаются простой переработкой продуктов органического происхождения — искусственные.
Сырьем для производства органических вяжущих является нефть, природные битумосодержащие породы, каменные угли, горючие сланцы, торф, древесина, а также побочные продукты промышленности.
Физико-химическая переработка такого сырья дает смолообразные остатки. В результате дополнительной переработки остатков получаются органические вяжущие вещества.
Характерной особенностью органических вяжущих является их чувствительность к действию температур. На этом основано их использование в расплавленном состоянии для обработки, связывания и склеивания различных материалов.
Основные требования, которые предъявляют к органическим вяжущим, состоят в том, чтобы в период объединения они обладали вязкостью, позволяющей хорошо смазывать и обволакивать, образуя прочную водостойкую пленку, а также чтобы эти вяжущие были стабильны.
Органические вяжущие применяются для устройства дорожных покрытий, тротуаров, полов, для изготовления кровельных и гидроизолирующих материалов, для защиты металлов, древесины, бетона от коррозии, для производства лакокрасочных материалов.
По назначению органические вяжущие материалы делят на дорожные, строительные, кровельные, гидроизоляционные, специальные.
По химическому составу, свойствам и виду сырья, органические вяжущие для дорожного строительства разделяют на битумы и дегти.
Применяют и комплексные органические вяжущие: битумы дегтевые, дегти битумные, гидрокамовые (продукт совместного окисления каменноугольного вяжущего и нефтяного гудрона), дегти полимерные и битумы полимерные, битумы резиновые.
Битумы — органические вяжущие вещества, состоящие из высокомолекулярных углеводородов нафтенового, метанового и ароматических рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных.
Битумы по виду сырья разделяют на нефтяные, получаемые из нефти и из смолистых остатков, и природные, встречающиеся в чистом виде, которые извлекают из асфальтовых горных пород (известняки, песчаники, пески).
Сланцевые битумы — продукт переработки сланцевой смолы, получаемой при сухой перегонке горючих сланцев.
Дегти получают сухой деструктивной перегонкой каменного и бурого угля, древесины и торфа.
В зависимости от главнейших строительных свойств и консистенции при нормальной температуре, органические вяжущие условно делят на твердые, вязки, жидкие.
Твердые битумы при t=20-25° C обладают вязкоупругими свойствами. Подвижность и текучесть при t=180-200° C.
Вязкие битумы и дегти при t=20-25° C находятся в вязкопластичном малоподвижном состоянии, а на интервале t=100-120° C они становятся текучими и по мере окисления, полимеризации, испарения легких фракций, они приобретают свойства твердых битумов.
Жидкие битумы при t=20-25° C находятся в жидком состоянии и по мере испарения легких фракций они приобретают свойства вязких битумов, а затем твердых битумов.
Помимо нагрева, вязкие и жидкие органические вяжущие переходят в текучее состояние путем эмульгирования и получают дорожные эмульсии.
Дорожная эмульсия — дисперсная система, состоящая из органического вяжущего, диспергированного в водной среде с эмульгатором, предающим эмульсии устойчивость. Эмульсии применяются без подогрева. При распределении эмульсии по поверхности каменных материалов, происходит ее распад с выделением вяжущего материала. Вязкие и жидкие органические вяжущие в расплавленном состоянии или в виде эмульсий применяют для приготовления асфальтобетонов, дегтебетонов, черного щебня и гравия, для укрепления грунтов и проведения других дорожных работ.
Органические вяжущие материалы в дорожном строительстве
СМЕСИ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ И ГРУНТЫ, УКРЕПЛЕННЫЕ ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЯЖУЩИМИ, ДЛЯ ДОРОЖНОГО И АЭРОДРОМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Organomineral mixtures and soils stabilized by organic binders for road and airfield construction. Specifications
Дата введения 2013-11-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Федеральным автономным учреждением "Федеральный центр нормирования, стандартизации и технической оценки соответствия в строительстве" (ФАУ "ФЦС")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве (протокол от 18 декабря 2012 г. N 41).
За принятие стандарта проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование органа государственного управления строительством
Минэкономики Республики Армения
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. N 1979-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30491-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 ноября 2013 г.
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 2019 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на органоминеральные смеси и укрепленные грунты, применяемые для устройства несущих и дополнительных слоев оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов.
Область применения смесей и укрепленных грунтов приведена в таблице А.1 приложения А.
Требования настоящего стандарта не распространяются на обработанные материалы, получаемые по способу пропитки и поверхностной обработки, а также на черный щебень.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 3344 Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия
ГОСТ 5180 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 8267 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 8736 Песок для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 9179 Известь строительная. Технические условия
ГОСТ 10178 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия
ГОСТ 11955 Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия
ГОСТ 12801 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний
ГОСТ 22245 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия
ГОСТ 23732 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия
ГОСТ 23735 Смеси песчано-гравийные для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 25818 Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия
ГОСТ 28840 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования
ГОСТ 30108 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 органоминеральная смесь: Искусственная смесь, получаемая смешением на дороге или в смесительных установках щебня (гравия), песка или их смесей, а также минерального порошка (в том числе порошковых отходов производства) с органическими вяжущими и активными добавками и без них или с органическими вяжущими совместно с минеральными.
3.2 укрепленный грунт: Искусственный материал, получаемый смешением на дороге или в смесительных установках грунтов с органическими вяжущими и активными добавками (в том числе минеральными вяжущими) и без них при оптимальной влажности, соответствующий нормируемым показателям качества в проектные и промежуточные сроки.
4 Технические требования
4.1 Основные параметры
4.1.1 Органоминеральные смеси (далее - смеси) и укрепленные грунты должны изготавливаться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке строительной организацией.
4.1.2 Смеси в зависимости от наибольшего размера зерен применяемых минеральных материалов приготавливают:
Органические вяжущие материалы в дорожном строительстве
Классификация битумные и дегтевые вяжущие вещества
Назначение и классификация органических вяжущих веществ
В дорожном строительстве, а также для кровельных и гидроизоляционных работ и органические вяжущие вещества (битумные и дегтевые).
Органические вяжущие вещества разделяются на две основные группы: битумные и дегтевые. Битумные материалы бывают природные и полученные при переработке нефти (нефтяные) или горючих сланцев (сланцевые). Дегтевые вяжущие вещества получают из отходов при перегонке каменного и бурого углей, торфа и древесины.
Это органические вяжущие вещества обычно черного или - мнобурого цвета, поэтому их называют «черными вяжущими.
При нормальной температуре (20°) они представляют собой твердые тела или вязкие жидкости (например, жидкий дорожный битум, дегти). Все эти материалы отличаются гидрофобностью и вяжущей способностью; они полностью или почти целиком растворяются в сероуглероде и других органических растворителях (хлороформ, четыреххлористый углерод, треххлористый этилен, бензол).
К битумным материалам относятся:
Природные битумы твердые вещества или вязкие жидкости, состоящие из смеси углеводородов и их неметаллических производных. Они встречаются в природе в чистом виде редко, чаще они пропитывают осадочные горные породы (асфальтовые породы).
Асфальтовые породы различные горные породы, например, известняки, доломиты, песчаники, пески и глины, пропитанные битумом; из них извлекают битум или же применяют их в молотом виде (асфальтовый порошок).
Асфальтиты породы, состоящие из твердого природного битума и и другого органического вещества, не растворимого в сероуглероде; асфальтиты растворяются при нагревании в тяжелых минеральных маслах; их иногда добавляют к битумам.
Продукты переработки нефти и битуминозных сланцев:
Гудрон—остаток после отгонки из мазута масляных фракций.
Нефтяные битумы. При нормальной температуре они бывают твердые или жидкие. Различают битумы остаточные, образующиеся при паровой или вакуумной перегонке нефти и нефтепродуктов; крекинговые, остающиеся в результате крекинг-процесса переработки нефти и нефтепродуктов; продуты (окисленные), получающиеся при продувке гудрона и остаточных или крекинговых битумов воздухом. В строительстве нефтяные битумы применяются чаще других органических вяжущих.
Сланцевые битумы. Их получают из отходов при переработке битуминозных сланцев.
К дегтевым относятся материалы, получающиеся в виде остатка при сухой перегонке других видов топлива (каменного или бурового угля, торфа, древесины), в том числе:
- деготь — вязкая жидкость;
- масла — маслянистые отгоны, получаемые при перегонке дегтя;
- пек — твердое вещество, остающееся после отгонки из дегтя почти всех масляных фракций.
Необходимо уточнять названия: пек каменноугольный, битум нефтяной и т. п., чтобы знать происхождение этих материалов.
Органические вяжущие вещества представляют собой сложные смеси высокомолекулярных органических соединений, а именно, углеводородов и их производных; в их состав входят С, Н и О
Важнейшие физические свойства органических вяжущих веществ следующие:
- легкость — уд. вес от 0,80 до 1,30; у нефтяных битумов уд. вес около 1, у каменноугольных дегтей больше 1;
- способность твердых битумов и пеков размягчаться при определенной температуре (в пределах от 25 до 130°);
- вязкость — она определяет подвижность, способность битумов и дегтей стекать по наклонной плоскости кровли при различной температуре;
- устойчивость при нагревании, например до 160°, определяемая по изменению свойств органического вяжущего и потере веса при удалении летучих частей; при низких температурах свойства органического вяжущего могут ухудшиться, часто повышается его хрупкость,
- пластичность, характеризуемая растяжимостью;
- твердость, которую определяют по степени проникания в материя иглы под нагрузкой;
- прочность (при растяжении и сжатии);
- гидрофобность;
- водонепроницаемость в силу этого пленки или порошки из многих органических вяжущих веществ, часто в сочетании с другими материалами, используют для гидроизоляции;
- химическая стойкость по отношению к действию кислот и щелочей (характерна не для всех органических вяжущих ее необходимо проверять в каждом конкретном случае);
- как правило, высокие электроизолирующие свойства.
Области применения органических вяжущих
Органические вяжущие вещества широко применяют в дорожном строительстве, в гидротехническом строительстве (при гидроизоляционных работах), для покрытия полов, тротуаров плоских крыш, для производства кровельных и гидроизоляции материалов.
В дорожном строительстве эти материалы используются для устройства усовершенствованных, так называемых «черных» гудронированных) шоссе и асфальтобетонных покрытий дорог. Применяют их в горячем или холодном состоянии. В первом случае расплавленные битумы смешивают с горячими сухими заполнителями в специальных мешалках. При остывании масса затвердевает; по быстроте твердения эти материалы значительно превосходят обычный бетон. Во втором случае берут жидкий битум и смешивают его с.заполнителями; затвердевание происходит постепенно, по мере испарения летучих фракций и окисления битума.
Для устройства асфальтовых тротуаров, покрытий заводских дворов и проездов полов промышленных зданий, складов и т.п., покрытий балконов и плоских крыш используется асфальтовый раствор (с песком) или асфальтобетон с мелким щебнем или гравием. Кроме монолитных покрытий для дворов, полов и тротуаров можно применять асфальтовые плитки (в том числе из цветного асфальта) и камни, изготовляемых на заводах.
Использование битумных и дегтевых материалов
Битумные и дегтевые материалы широко используют для производства кровельных и гидроизоляционных материалов и приклеивающих мастик.
Второстепенные области применения этих материалов асфальтовая мастика для укладки паркета и плиток, кислотоупорным составы (из битума с кислотоупорным минеральным заполнителем), лаки для покрытия металлов (в частности, асфальтировки чугунных труб) и дерева.
Органические вяжущие материалы в дорожном строительстве
Вяжущие вещества подразделяются на две основные группы:
- неорганические, или минеральные вяжущие (известь, гипс, цемент и др.);
- органические вяжущие (битум, деготь, клей и др.).
Неорганические вяжущие материалы в свою очередь делятся на воздушные и гидравлические.
Воздушные вяжущие материалы твердеют только на воздухе; гидравлические твердеют и на воздухе, и в воде.
При твердении неорганических вяжущих различают две стадии: схватывание — процесс постепенного перехода теста, состоящего из вяжущего и воды, из жидкотекучей фазы в твердую фазу и собственно твердение, при котором материал, оставаясь внешне неизменным, постепенно становится все более прочным.
Все неорганические вяжущие изготовляются из широко распространенных нерудных ископаемых. Однако они существенно различаются по стоимости, что объясняется различной сложностью и энергоемкостью процесса их изготовления.
Воздушные вяжущие
К воздушным вяжущим относятся:
- известь,
- гипс,
- растворимое стекло и
- кислотостойкий цемент.
Известь — простейшее и наиболее древнее вяжущее — получают путем обжига известняков. В результате обжига получают безводную окись кальция — СаО — негашеную известь, которую для получения строительного вяжущего гасят водой. При этом выделяется большое количество тепла, обусловливающее повышение температуры до 300°.
Твердение извести протекает с присоединением углекислого газа из воздуха, что и определяет ее свойство твердеть только на воздухе. Малое содержание углекислот газа в воздухе об\ словливает очень медленное твердение извести, которое в очень толстых стенах продолжается годами, в связи с чем прочность строительной извести не регламентирована.
Гипсовые вяжущие материалы получают путем обжига природного гипсового камня (двуводный гипс). В результате обжига двуводный гипс теряет 75% воды и превращается в так называемый полуводный гипс, который в измельченном виде при смешивании с водой быстро схватывается, а затем твердеет на воздухе. Схватывание гипса протекает настолько быстро, что СНиПом ограничивается срок не только окончания, но и начала схватывания (4 мин от начала затворения).
Этим свойством гипса, как известно, широко пользуются в медицине при лечении переломов.
Прочность строительного гипса на сжатие 35-45 кг/см2.
Однако гипс обладает недостаточной водостойкостью, выражающейся в понижении прочности при увлажнении, и поэтому его используют только для внутренних работ (для перегородок, штукатурки) в сухих помещениях, а также в качестве добавки к другим вяжущим для ускорения схватывания.
Растворимое, или «жидкое», стекло представляет собой специально изготовляемый на стекольных заводах силикатный материал, имеющий вид стеклообразных глыб, которые могут быть растворены паром (в автоклавах) или горячен водой до необходимой консистенции. Растворенное стекло представляет собой минеральный клей, твердеющий на воздухе.
Жидкое стекло используют для изготовления огнезащитных красок, кислотостойких замазок и пленок, а также для укрепления слабых песчаных грунтов.
Кислотостойкий кварцевый кремнефтористый цемент (КЦ) представляет собой порошкообразную смесь молотого кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Смесь, затворенная на жидком стекле, после твердения на воздухе превращается в прочное камневидное тело, способное противостоять действию большинства кислот.
Кислотостойкий цемент применяется при защите строительных конструкций от кислотной коррозии, для устройства коррозионно-стойких иолов и т. д.
Гидравлические вяжущие
Наиболее массовым видом гидравлических вяжущих являются цементы, а среди них на первом месте стоит портландцемент — искусственное вяжущее, получаемое из природных мергелей или смеси известняка с глиной.
Исходный материал измельчают, затворяют водой и обжигают до спекания во вращающихся цилиндрических печах. Продукт обжига (клинкер) измельчают в шаровых мельницах. Получаемый при помоле тонкий порошок светло-серого цвета и является цементом.
Цемент является наиболее универсальным, но вместе с тем и наиболее дорогим из неорганических вяжущих.
При затворении цемента водой в количестве 20—50% образуется цементное тесто, которое по истечении некоторого времени схватывается, превращаясь в цементный камень. Твердение цементного камня при благоприятных температурно-влажностных условиях продолжается многие годы. Однако прочность нарастает быстро только в первое время и поэтому за стандартный срок твердения цемента принят период в 28 дней (4 недели).
Прочность цементов характеризуется их марками. Для определения марки цемента приготовляют стандартные образцы в виде балочек размерами 4X4X16 см (принимая 3 части песка на 1 часть цемента). Балочки испытывают на изгиб (до разрушения), а половинки их на сжатие.
Маркой цемента называется численная величина предела прочности в кг/см2 при испытании на сжатие. Кроме того, для цемента каждой марки стандартом установлена и минимальная прочность на изгиб.
Цементная промышленность сейчас производит основные марки портландцемента 300, 400, 500, 600 и 700.
Обыкновенный портландцемент применяется для бетонных и железобетонных конструкций, за исключением подверженных действию морской, минерализованной или даже пресной, но проточной воды.
Другие виды цемента:
- шлакопортландцемент, получаемый совместным помолом цементного клинкера с доменным гранулированным шлаком (в количестве 30—70%), который, являясь отходом доменного производства, сам со себе обладает вяжущими свойствами;
- пуццолановый портландцемент, получаемый совместным помолом цементного клинкера со специальными дотиками, которые при твердении цемента связывают свободную известь и этим повышают стойкость бетона против выщелачивания;
- глиноземистый цемент (марок 400, 500 и 600), отличающийся особо быстрым твердением; в отличие от других цементов, глиноземистый цемент достигает своей марочной прочности уже через 3 дня.
Расширение производства быстротвердеющих цементов имеет большое народнохозяйственное значение, так как дает возможность ускорить и удешевить процесс изготовления сборного железобетона, а также ускорить возведение монолитных железобетонных конструкций, так как скорость твердения цемента определи ет и скорость твердения бетона.
Органические вяжущие и материалы на их основе
Органические вяжущие делятся на три основные группы:
- битумные,
- дегтевые и
- синтетические.
Все эти материалы носят характер смол — размягчаются и плавятся при нагревании.
Битум и деготь имеют черный или темно-бурый цвет; поэтому их иногда называют черными вяжущими.
Природные битумы как вяжущие материалы встречаются в основном в составе осадочных горных пород. Такие породы в молотом, оплавленном и отформованном виде называются асфальтовой мастикой (асфальтом) .
Нефтяные жидкие и полутвердые битумы представляют собой продукт окисления тяжелых остатков перегонки нефти.
Каменноугольный деготь — побочный продукт коксования каменного угля — также выпускается в жидком или полутвердом виде.
Нефтяные битумы и каменноугольные дегти используются для изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов.
Рубероид представляет собой гибкий картон, пропитанный битумом. Покровный рубероид (для верхних слоев кровли) имеет такой же покровный слой. Такой же материал, только пропитанный битумом (без покровного слоя), называется подкладочным рубероидом (пергамин).
Аналогичные рубероиду и пергамину рулонные материалы, изготовленные на основе каменноугольного дегтя, называются соответственно толем и толькожей.
Мастика представляет собой смесь битума или дегтя с волокнистыми или пылевидными наполнителями (асбест, древесная мука, трепел, кварц и др.), повышающими теплостойкость мастики и расход вяжущего.
Различают мастики горячие, разжижаемые нагреванием, и холодные, разжижаемые растворителями.
Битумная и дегтевая мастика применяются при устройстве рулонных кровель из рубероида и толя, а также и самостоятельно — для гидроизоляции.
Асфальтовая мастика применяется для устройства асфальтовых полов, тротуаров, дорожных покрытий и т. д.
Синтетические смолы составляют основу пластмасс, которые вследствие ограниченного их применения в строительстве здесь не рассматриваются.
Читайте также: