Общие сведения и классификация органических вяжущих материалов

 

Определение и классификация

 

Органические вяжущие материалы – вещества органического происхождения (в молекулах содержится углерод). Они способны под влиянием физических или химических процессов переходить из пластичного состояния в малопластичное или твердое и обладающие достаточной адгезией к минеральным, металлическим и другим материалам.

Эти вещества встречаются в природе в составе битуминозных горных пород (природные) или получаются искусственно путем относительно простой переработки сырья органического происхождения.

Органические вещества способны гореть, растворяться в органических растворителях, отталкивать воду, прочно сцепляться с другими материалами.

Природные органические материалы (асфальт, битум) были известны еще в глубокой древности: примерно в 3800 г. до н.э. в Ассирии применяли асфальт (горная пористая порода, пропитанная органическим веществом), как строительный материал, который добывали в естественных месторождениях. Его использовали для изготовления кирпича и строительства дорог в Вавилоне и Египте.

В дальнейшем (в первом тысячелетии нашей эры) асфальт использовали как материал для гидроизоляции и уплотнения.

Сырьем для получения искусственных органических вяжущих (битум, дегти, эмульсии на их основе) являются нефть, каменный уголь, древесина, горючие сланцы, торф.

Наибольшее применение в строительстве получили дегтевые и битумные вяжущие материалы.

Битумные и дегтевые вяжущие имеют темно-коричневый или черный цвет, поэтому их часто называют черными вяжущими.

Дегтевые вяжущие – искусственные материалы, получаемые в заводских условиях. При сухой перегонке (без доступа воздуха) каменного или бурого угля, сланца, дерева, торфа и других органических веществ с целью получения кокса, полукокса, газа образуются вязкие жидкости, называемые соответственно каменноугольными, буроугольными, сланцевыми, торфяными, древесными дегтями.

Наиболее широкое применение в строительстве получили каменноугольные дегти, обладающие более высокими строительными качествами, чем другие дегти.

Дегтевые материалы применяют ограниченно, так как большинство их служит сырьем для получения разных химических продуктов. К тому же дегтевые вяжущие и материалы на их основе в условиях эксплуатации (под влиянием влаги, кислорода воздуха, солнечной радиации) сравнительно быстро стареют, становясь хрупкими и малопрочными, обладают неприятным запахом и выделяют вредные для здоровья вещества (фенолы и др.).

Битумные вяжущие вещества могут быть как природные, так и искусственные.

Природные битумы (твердые или вязкие) образовались из нефти в верхних слоях земной коры в результате испарения летучих фракций и под влиянием окислительного процесса и полимеризации. Природные битумы иногда встречаются в виде залежей, состоящих почти из чистого битума с небольшим количеством минеральных примесей, но чаще они содержатся в осадочных горных породах – песках, песчаниках, карбонатных породах (известняках СаСО₃, доломитах СаСО₃×MgCO₃), глинистых грунтах. Такие породы называют асфальтовыми или битуминозными.

Природные битумы отличаются высокой атмосферостойкостью и хорошим прилипанием (адгезией) к поверхности каменных материалов, но из-за дефицитности и высокой стоимости в строительстве применяются ограниченно. Их используют главным образом в химической и лакокрасочной промышленности.

В настоящее время во всем мире получили наибольшее распространение нефтяные битумы.

Нефтяные битумы получают из нефти путем переработки остатков, образовавшихся при ее фракционной перегонке.

 

Дорожные вязкие битумы

 

Состав и структура битумов

Битумы – сложная смесь высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных (соединений углерода С с кислородом О, серой S, азотом N). Элементарный химический состав всех битумов достаточно близок. В них 70…80 % углерода (С), до 15 % водорода (Н), до 10 % кислорода (О), до 5 % серы (S), до 3 % азота (N).

Однако элементарный состав не дает представления о десятках химических соединений, содержащихся в битумах. Выделить индивидуальные углеродные соединения из битумов весьма сложно, поэтому из битумов специальными методами выделяют группы углеводородов с более или менее сходными свойствами (так называемый групповой состав). При этом выделяют основные группы углеводородов (%):

- асфальтены (твердая часть) – 10-25;

- смолы – 20-40;

- масла – 45-60;

- парафины – до 5;

- асфальтогеновые кислоты и их ангидриды – до 1.