Материалы на основе магнезиальных вяжущих

Магнезиальные вяжущие вещества, затворенные растворами хлористого магния, обладают хорошей адгезией, они надежно соеди­няются с органическими заполнителями и защищают их от гниения. На основе магнезиальных вяжущих изготовляют фибролит и ксилолит.

Фибролит — искусственный каменный материал, изготовлен­ный из смеси древесных волокон, шерсти или стружки и магнезиаль­ного вяжущего, затворенного водными растворами магниевых солей. Изготовляют фибролитовые плиты прессованием фибролитовой массы под давлением 0,04...0,05 МПа. Применяют теплоизоляционный фиб­ролит для утепления стен, полов и перекрытий; конструкционный — для заполнения стен, перегородок и перекрытий каркасных зданий; фибролитовую фанеру используют в качестве штукатурки.

Ксилолит — искусственный каменный материал, изготовлен­ный из смеси древесных опилок и магнезиального вяжущего, затво­ренного растворами магниевых солей, чаще раствором хлористого магния. В ксилолитовую массу вводят добавки асбеста, трепела, кварцевого песка и красителя. Все компоненты должны быть тща­тельно перемешаны в сухом состоянии. При устройстве ксилолитовых бетонных полов смесь делают пластической консистенции, ее укла­дывают на основание, выравнивают и уплотняют вибрацией. При из­готовлении ксилолитовых плиток на заводах приготовляют массу же­сткой консистенции, которую прессуют в горячем состоянии под давлением 30 МПа. Плитки выпускают квадратной или прямоуголь­ной формы. Ксилолитовые полы теплы, бесшумны, хорошо сопротив­ляются истиранию.

Ксилолитовые полы могут имитировать мрамор, малахит. Од­нако, в настоящее время отдают предпочтение материалам с более универсальными свойствами — полимерным покрытиям.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите сырье для производства силикатных материалов и изделий. 2. Каковы свойства силикатного кирпича и области его при­менения? 3. Какие положительные и отрицательные свойства харак­терны для гипсовых и гипсобетонных изделий? 4. Назовите гипсовые и гипсобетонные изделия. 5. В чем особенности работы асбестоцемен­та как композиционного материала? 6. Какие виды асбестоцементных изделий применяют в строительстве? 7. Назовите достоинства тро­туарной плитки. 8. Где в строительстве применяют фибролит и кси­лолит?

ТЕМА 12. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ

В строительстве наряду с минеральными вяжущими применяют органические вяжущие— битумные и дегтевые, которые называют «черными вяжущими» и полимеры.

Битумные и дегтевые представляют собой сложные смеси угле­водородов и их производных. Полимеры (от греч. polymeres — многообразный, состоящий из многих частей) — вещества с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев.

Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в гидротехническом, дорожном, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальтовых растворов и бетонов, уплотняющих герметизирующих материалов, гидроизоляционных и дорожных мастик, битумных эмульсий, кровельно-гидроизоляционных паст, для устройства и ре­монта мягких крыш и т.п.

БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Битумными называют вяжущие вещества, состоящие из смеси углеводородов с серой, кислородом и азотом. Различают битумы двух видов — природные и искусственные нефтяные.

Природные битумы — вязкие жидкости или твердообразные вещества темно-коричневого или черного цвета, которые в чистом виде встречаются сравнительно редко, чаще пропитывают горные поро­ды — известняки, песчаники и доломиты. Природный битум образо­вался в верхних слоях земной коры из нефти в результате медленного удаления из нее легких и средних фракций, а также в результате ес­тественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природ­ный битум — органическое вещество, почти лишенное запаха, весьма пластичное в нагретом состоянии. Осадочные горные породы, пропи­танные природным битумом называют асфальтовыми. Природный битум в отличие от искусственного обладает высокой атмосферостой-костью. Он не так быстро стареет. В настоящее время природный би­тум в связи с дефицитностью и высокой стоимостью применяют в ос­новном для производства битумных лаков.

Нефтяные битумы. Из общего количества потребляемых в строительстве и различных отраслях промышленности битумов на долю нефтяных приходится более 90%. Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и ее смолистых остатков. В зависимо­сти от вязкости нефтяные битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие.

В зависимости от способа переработки нефтяные битумы делят на остаточные (гудроны), окисленные и крекинговые.

Остаточные битумы (гудрон) образуются после отгонки из нефти бензина, керосина и части масел. Они представляют собой при нормальной температуре твердые вещества.

Окисленные битумы (полутвердое состояние) получают путем продувки воздуха через нефтяные остатки, которые при этом окисля­ются и уплотняются под действием кислорода.

Крекинговые битумы получают при крекинге (разложении при высокой температуре) нефти и нефтяных масел (жидкие битумы). В строительстве чаще используют остаточные и окисленные битумы.

Нефтяные битумы в нагретом состоянии разливают в тару и по­сле остывания их направляют по назначению.

Твердые нефтяные битумы применяют в производстве рулон­ных кровельных материалов, битумных мастик; полутвердые — для изготовления гидроизоляционных материалов, битумных обмазок, асфальтовых растворов и бетонов и других материалов; жидкие — преимущественно для дорожного строительства.

Свойства битумов. Основные свойства, определяющие качест­во нефтяных битумов и деление их на марки — вязкость, растяжи­мость, температура размягчения и вспышки.

Вязкость (твердость, или пенетрация) измеряют по глубине проникания в битум иглы стандартного прибора— пенетрометра.

Растяжимостью ( дуктильностью) называют свойства битумов вытягиваться в тонкие нити под влиянием приложенной растягивающей силы. Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума (в виде восьмерки) при температуре 25⁰ С, определяемым на приборе – дуктилометре.

Температура вспышки – важное свойство для установления технологических параметров при работе в битумом, ее измеряют на специальном приборе. За температуру вспышки принимают температуру, которую показал термометр при первом появлении синего пламени над частью или над всей поверхностью образца битума.

Температура размягчения битума характеризует степень его подвижности. Переход из твердого состояния в жидкое для битумов находится в очень широком температурном интервале и происходит не сразу. Это свойство характеризует пригодность битума для исполь­зования в различных температурных условиях, т.е. пластические и тепловые качества битума. Температура размягчения у битумов раз­ных марок составляет от 20...25 до 8О...11О°С и выше. Она имеет большое практическое значение, так как при данной температуре битум теряет ряд своих строительных свойств: у битума при темпера­туре размягчения значительно теряются его склеивающие свойства, поэтому создают некоторый «температурный запас». Например, в кон­струкциях, в которых битум может подвергаться нагреванию до тем­пературы 50, следует применять битум с температурой размягчения 65...70 °С.

Для определения температу­ры размягчения применяют при­бор, называемый «кольцо и шар»

Рассмотренные свойства свя­заны между собой некоторой за­висимостью. Так, твердые битумы с малой глубиной проникания иглы имеют высокую температу­ру размягчения и малую растя­жимость, т.е. являются хрупкими, а битумы с низкой температурой размягчения имеют большую пенетрацию, могут сильно растяги­ваться, т.е. обладают высокой пластичностью.

Плотность битумов в зависи­мости от состава 0,8... 1,3 г/см³.

Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5...0,6 Вт/(м-К), теплоемкость 1,8... 1,97 кДж/(кг-К). Битумы гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, имеют плотное строение, пористость их практически равна нулю, поэтому они водонепрони­цаемы и морозостойки. Битумы стойки по отношению к водным рас­творам многих кислот, щелочей, солей и большинству агрессивных газов, но растворяются полностью или частично в различных органи­ческих растворителях (этиловом спирте, бензине, бензоле и др.). Это свойство позволяет применять их для приготовления лаков, красок и мастик.

Нефтяные битумы хорошо совмещаются с резиной и полимера­ми, что позволяет значительно улучшить качество битумных мате­риалов в соответствии с требованиями современного строительства. Получаемые при этом материалы называют резинобитумными и би­тумно -полимерными.

Основные показатели физико-механических свойств нефтяных битумов приведены в таблице.

 

Таблица

Недостатком битумных вяжущих является старение — процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Старение проис­ходит от действия солнечного света и кислорода воздуха. На стройпло­щадках битум хранят под навесом или в специальных закрытых скла­дах, защищая их от действия солнечных лучей и атмосферных осадков.

 

ДЕГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Дегтевые вяжущие получают как побочный продукт при пере­работке твердого топлива (каменного и бурого угля, торфа, горючих сланцев и др.). Дегтевые вяжущие вещества в настоящее время име­ют меньшее применение, чем битумные.

В строительстве чаще применяют дегтевые каменноугольные вяжущие: каменноугольный деготь и каменноугольный пек.

Деготь представляет собой густую вязкую жидкость черного или темно-коричневого цвета с характерным резким запахом нафта­лина и фенола. Плотность 0,85... 1 г/см³. Состоит деготь из углеводоро­дов и их сернистых, азотистых и кислородных производных. В сыром виде каменноугольный деготь в строительстве не применяют, так как он содержит воду и летучие фракции. Дегти обладают антисептиче­скими свойствами, поэтому материалы на основе дегтя применяют для защиты от гниения: дегтем пропитывают шпалы, столбы и др. Из сырого дегтя сначала отгоняют воду, все легкие и часть средних ма­сел, в результате получают отогнанный деготь, который применяют в строительстве. Вода удаляется при 100 °С, при 170 °С отделяется лег­кое масло, при 270...300°С— тяжелое, шпалопропиточное масло и при 360 °С — самое тяжелое антраценовое масло. По окончании про­цесса отгонки масел получают твердое хрупкое аморфное вещество черного цвета — каменноугольный пек. Плотность пека 1,25— 1,28 г/см³, он совершенно не растворяется в воде, но растворим в ор­ганических растворителях. Температура размягчения пека 50...60 °С. Пек — токсическое вещество, при работе с ним необходимо соблюдать правила безопасности, защищать кожу, слизистые оболочки.

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 производят двух марок: среднетемпературный и высоко­температурный. Отличаются эти пеки температурой размягчения. Изменяя соотношение пека и дегтя, можно приготовить составы с различными температурами размягчения и вязкостью, чем больше в смеси пека, тем выше температура размягчения и хрупкость смеси.

Дегтевые вяжущие обладают клеящей способностью, вязкостью, полностью биостойки. Стойкость против гниения объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола (карболовой кислоты). Атмосферостойкость дегтевых материалов ниже по сравнению с би­тумными, потому что дегти стареют быстрее, чем нефтяные битумы. Старение вызвано испарением масел и вымыванием фенолов водой. Дегтевые материалы становятся хрупкими и теряют гидрофобность.

Дегтевые вяжущие применяют при строительстве дорог и изго­товлении кровельных материалов.

Сложные черные вяжущие. До середины XX в. в качестве чер­ных вяжущих применяли только битумные и дегтевые. Но материа­лы, приготовленные на основе битумных веществ, небиостойки, т.е. загнивают, плесневеют под действием различных микроорганизмов;

дегтевые же материалы, являясь биостойкими, подвержены быстрому старению: теряют эластичность, покрываются трещинами. Поэтому в 50-е годы возникла необходимость создания вяжущего, не имеющего указанных недостатков. Смешивание битума с дегтем или с дегтевы­ми продуктами (например, антраценовым маслом) позволяет получить битумно-дегтевые материалы, отличающиеся более высокой смачи­вающей и адгезионной способностью, биохимической стойкостью, что весьма важно при изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов на картонной основе. В высококачественных гидроизоля­ционных и кровельных материалах нового поколения используют битум, модифицированный атактическим полипропиленом (АПП), синтетическим каучуком (СБС) или полиолефинами. Битумно-полимерное вяжущее повышает прочность и эластичность материала, теплостойкость, долговечность (срок службы до 20 лет).