Тема 12. ОРГАНІЧНІ ВЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ ТА МАТЕРІАЛИ З НИХ

1.     Загальні відомості про бітуми та дьогті.

2.     Бітумні та дьогтеві в’яжучі, пеки.

3.     Асфальтові розчини та бетони.

4.     Покрівельні та гідроізоляційні матеріали.

Органічні в’яжучі поділяються на бітумні та дьогтеві. Будівельні матеріали, які містять ці речовини, називаються бітумними чи дьогтьовими. Бітуми, дьогті, пеки застосовують у вигляді:

·        емульсій,

·        розчинів та бетонів,

·        антикорозійних лаків,

·        покрівельних матеріалів,

·        гідроізоляційних матеріалів,

·        пароізоляційних матеріалів.

Бітуми є двох видів – природні або нафтові (штучні). Це складні суміші високомолекулярних вуглеводнів та їх неметалевих похідних, тобто, сполуки вуглеводнів з киснем, азотом, сіркою. Бітуми розчинні у сірководні, хлороформі, бензолі, інших органічних розчинниках.

Дьогті це власне сирі дьогті, дьогтеві масло, пеки. Сирі дьогті це рідкі продукти розкладу органічної речовини – кам’яного та бурого вугілля, торфу, деревини. Розклад відбувається при високих температурах, без доступу повітря при отриманні коксу чи штучних горючих газів (коксування або газифікація). Сирі дьогті переганяють на фракції. Важкі фракції – дьогтеві масла, тверді – пеки.

Властивості органічних в’яжучих:

·        вони є складними сполуками вуглеводнів та їх похідних;

·        при підвищенні температури розм’якшуються;

·        при зниженні температури стають в’язкими та твердими;

·        нерозчинні у воді, а тільки в органічних розчинниках;

·        мають в’яжучі властивості;

·        чорний або темно-коричневий колір;

·        містять леткі речовини, які при нагріванні випаровуються, чим змінюються початкові властивості;

·        змінюються (старіють) під впливом навколишнього середовища – кисню, вологи, сонця (менше старіють природні та нафтові бітуми, ніж дьогті та пеки, тому бітумні матеріали довговічніші від дьогтьових);

·        мають високу водонепроникність;

·        стійкість щодо дії кислот, лугів, агресивних рідин і газів;

·        хороша адгезія з деревом, металом, каменем;

·        швидке наростання в’язкості при охолодженні;

·        пластичність при підвищенні температури.

Природні бітуми в природі зустрічаються рідко, просочують гірські породи – вапняки, пісковики. Утворюються у верхніх шарах земної кори з нафти в результаті дуже повільного видалення з неї легких та середніх фракцій та під впливом процесів полімеризації та окислення. Ці бітуми чорного кольору (темно-коричневого), без запаху, у нагрітому стані – пластичні. При підвищенні температури стає рідким, при зниженні – твердне. Добувають з бітумних порід (бітумного пісковика) водяним виварюванням. У будівництві майже не використовується через обмеженість родовищ і високу вартість. Бітумний вапняк використовують для отримання асфальтового порошку шляхом тонкого помелу в кульових млинах. Такий порошок застосовують як найдрібнішу складову частку для отримання асфальтобетонів та розчинів.

Нафтові бітуми складаються з масел (60%, надають бітумам рухомості), смолистих складових (30%, тверді, напівтверді частки, розчинні у бензині), асфальтенів (тверді частки, надають твердості бітумам), карбонів, карбоїдів (тверді вуглеводневі речовини).

За видом виробництва поділяються на

·        залишкові, отримані в атмосферно-вакуумних трубчастих печах безперервної дії після перегонки нафти (відділення бензину, керосину, частини масел). Вони чорні, при нормальній температурі тверді;

·        окислені, отримані продуванням повітря через нафтові залишки. Під час такого окислення змінюються властивості, з’являється в’язкість;

·        крекінгові – нафтові залишки, утворені при крекінгу (розкладі при високих температурах) нафти та нафтових масел для отримання більшої кількості бензину.

Нафтові бітуми поділяються на марки. Визначають за допомогою пенетрометра. Марка залежить від в’язкості, пластичності, зміни властивостей при зміні температури.

В’язкість – властивість матеріалу чинити опір переміщенню часточок під впливом зовнішніх сил. Залежить від температури. При зниженні температури в’язкість наростає, матеріал твердне. При підвищенні температури навпаки, в’язкість знижується, бітум переходить у рідкий стан. Глибина проникання голки пенетрометра дає умовний показник твердості (одному градусу відповідає глибина проникання голки на 0,1 мм). Для м’яких бітумів використовують стандартний віскозиметр (визначення в’язкості виконують за часом витікання порції бітуму через отвір приладу певного діаметра і при певній температурі).

Пластичність – здатність розтягуватись, визначається у см за допомогою дуктилометра при температурі 25⁰С і 0⁰С на спеціальних зразках – вісімках.

Температурний робочий інтервал бітумів визначається температурою розм’якшення (верхня межа використання бітуму), визначеною за допомогою приладу “кільце – куля”, і температурою крихкості (нижня межа використання бітуму), коли при згині сталевої пластинки з нанесеним тонким шаром бітуму виникає тріщина.

Марки бітуму:

БН-50/50 – означає бітум нафтовий з температурою розм’якшення 50⁰С, глибина проникання голки при температурі 25⁰С становить 50 мм;

БНК-45/180 – бітум нафтовий покрівельний, температура розм’якшення 45⁰С, глибина проникання голки пенетрометра 180 мм;

БНД-200/300 – бітум нафтовий дорожній.

Тверді нафтові бітуми, нагріті до рідкого стану, розливають у сталеві чи дерев’яні бочки. Після охолодження реалізують. При великій потребі на будову возять у цистернах-термосах у розігрітому стані чи в контейнерах. Твердий бітум реалізують у крафт-мішках.

Дьоготь, пек. Сирі дьогті – густі, в’язкі речовини чорного чи темно-коричневого кольору. Залежно від вихідної сировини дьогті поділяються на деревні, торф’яні, сланцеві, кам’яновугільні.

Найширше використовують кам’яновугільний дьоготь, отриманий як побічний продукт процесу коксування і газифікації кам’яного вугілля.

Сирий дьоготь – чорна масляниста рідина, з густиною 1,12 г/см³ і вище, з різким запахом (запаху надають феноли, крезоли, нафталін). Містить леткі речовини, які навіть при слабкому нагріванні випаровуються, що приводить до зміни властивостей – стає крихким, розтріскується. Тому сирий дьоготь не використовують для виготовлення будматеріалів, а переганяють. При перегонці при температурі 100⁰С видаляється вода, при 170⁰С видаляються легкі масла, при 270⁰С – середні масла, при 270 – 300⁰С – важкі, шпалопросочувальні масла, при 360⁰С – надважке антраценове масло. Залишок – пек – тверда чорна аморфна речовина з густиною 1,25 – 1,28 г/см³ і температурою розм’якшення 50 – 60⁰С. Атмосферостійкість дьогтів нижча, ніж бітумних матеріалів. Старіння відбувається внаслідок випаровування масел, вимивання водою фенолів. Проте біологічна стійкість дьогтьових матеріалів вища, ніж бітумних.

Асфальтові розчини та бетони

Асфальтові розчини – ущільнена суміш бітуму, мінерального порошку (подрібненого вапняку, крейди, доломіту, азбесту, шлаку). Використовують у будівництві для гідроізоляції у вигляді шарів штукатурки, для влаштування асфальтових підлог. Після затвердіння повинен мати достатню міцність, щільність, водонепроникність, теплостійкість. Технологія виготовлення: бітум і суміш підігрітих сухих мінеральних заповнювачів завантажують у варильний котел і нагрівають до температури близько 180⁰С, помішуючи. Однорідну гарячу масу подають на будмайданчик. Вкладають на щільну основу завтовшки 20 – 25 мм, ущільнюють, загладжують катками.

Асфальтові бетони – ущільнені суміші мінеральних складових (щебінь, гравій, пісок, мінеральний порошок), з бітумами чи дьогтями і пеками. Класифікують

·        за рухливістю – пластичні, жорсткі;

·        за крупністю зерен – крупнозернисті (діаметром 35 мм), середньозернисті (діаметром 25мм), дрібнозернисті (15 мм), піщані (5 мм);

·        за способом укладання (в холодному стані – при нормальній температурі, в гарячому стані – при температурі близько 170⁰С);

·        за пористістю – щільні П = 3 – 5%, крупнозернисті – П = 5 – 10%.

Технологія виготовлення включає етапи:

·        дозування компонентів;

·        сушіння та нагрівання у сушильному барабані до температури 170 – 180⁰С;

·        перемішування компонентів у барабанному змішувачі.

Один цикл триває 12 – 15 хв. Кількість отриманого розчину чи бетону становить 3,5 тони.

Формування гарячого розчину чи бетону відбувається швидко і закінчується за 1 – 2 години, відразу ж після ущільнення. Холодні бітуми тверднуть в результаті окислення, випаровування, тому формування їх триває 20 – 30 діб, залежно від умов.

Холодні бетони готують на рідких бітумах, підігрітих до температури 110 – 120⁰С , змішують з підігрітими заповнювачами. Суміш охолоджують до температури 60⁰С, розвозять до місць укладання, укладають при нормальній температурі. Аналогічно готують бетони і на бітумній емульсії, але без підігріву. Холодні бетони застосовують для дорожніх покрить.

Покрівельні та гідроізоляційні матеріали

Ці матеріали виконують основними або безосновними.

Основою може бути

·        покрівельний картон (як у руберойду, пергаміну, толю),

·        склотканина (як у склоруберойду, склоповсті, гідробутилу, гідросклоізолу),

·        фольга (фольгоізол, фольгоруберойд),

·        азбестовий папір (гідроізол, бризол).

В’яжучі: бітум, дьоготь, дьогтебітум, бітумо-полімери, бітумно-гумові, гумо-дьогтеві, полімери.

Захисний шар у вигляді посипки К – крупнозернистої, М – дрібнозернистої, Ч – лускоподібної, П – пилуватої.

За зовнішнім виглядом : рулонні, листові, мастики, пасти, емульсії.

Руберойд – рулонний покрівельний ізоляційний матеріал, виготовлений шляхом просочування покрівельного картону м’якими нафтовими бітумами і покриття тугоплавкими нафтовими бітумами з одного чи обох боків. Розрізняють покрівельний – для верхнього шару, підкладний – для нижнього шару. Марки руберойду РКК-420А, РКК-420Б, РКК-350Б, РКЧ-350Б, РКП-350А, РКП-350Б, РПП-300А, РПП-300Б, РПЄ-300. Тут цифрами вказано на масу в грамах 1м² основи. Ширина рулону 750, 1000, 1025 мм, маса близько 30 кг. Зберігають у закритих складах, вертикально, 1 – 2 ряди по висоті.

Склоруберойд виготовляють шляхом нанесення на основу (скловолокнисте полотно) двостороннього бітумного покриття з посипкою дрібним кварцовим піском, тальком. Міцність його набагато більша, ніж руберойду (за рахунок основи). Марки: С-РК, С-РЧ, С-РМ. Довговічність – близько 30 років. Розміри полотна: товщина 2,0 – 3,0 мм, ширина – 960, 1000м; площа рулону близько 10 м², маса рулону близько 29 або 23 кг. Застосовують для верхнього і нижнього шарів покрівельного килима і обклеювальної гідроізоляції.

Пергамін – матеріал з картону, просоченого нафтовим бітумом. Від інших рулонних матеріалів відрізняється тим, що не має посипки. Ширина рулону 750, 1000, 1025 мм, площа матеріалу близько 20 м², маса 15 кг. Застосовують для нижніх шарів багатошарових покрить при вкладанні на гарячі мастики чи для пароізоляції.

Гідроізол – безпокривний рулонний матеріал, виготовлений просочуванням азбестового паперу нафтовим окисленим бітумом. Є 2 марки гідроізолу: ГИ-Г, ГИ-К. Рулонне полотно має довжину 20 м, ширину 95 см. Використовують для гідроізоляції, для особливо відповідальних робіт з гідроізоляції, у підземних спорудах, протикорозійний захист трубопроводів, гідроізоляція плоских дахів.

Бризол – рулонний гідроізоляційний матеріал, складається з нафтового бітуму, подрібненої гуми, азбесту, пластифікаторів. Є 2 марки – БР-С - середньої міцності, БР-П - підвищеної міцності. Довжина рулону 50м, термін зберігання 4 місяці. Застосовують для захисту підземних трубопроводів і споруд.

Толь – досить дешевий дьогтьовий матеріал. Є 5 марок толю: ТК-350 “толь-кожа” без посипки, для пароізоляції покрівлі; ТГ-350- для гідроізоляції, без покриву; ТП-350 з посипкою кварцовим піском, призначена для даху; ТВК-350, ТВК-420 – толь для верхніх шарів даху з посипкою. Ширина полотна 750, 1000, 1025 мм, маса рулону до 20 кг, площа до 30 м². Має непогану міцність, легкість, біостійкість, дешева. При виробництві виділяє шкідливі випари. Зберігають вертикально по висоті 1 – 2 рулони у сухому приміщенні. Використовують для влаштування покрівель, для гідроізоляції фундаментів, підвалів, інших підземних споруд. На покрівлі може прослужити 10 – 12 років.

Запитання для самоконтролю:

1.     Які органічні в’яжучі речовини Вам відомі? Де їх застосовують?

2.     Які властивості мають органічні в’яжучі речовини?

3.     Які є марки бітумів?

4.     Охарактеризуйте асфальтові розчини.

5.     Які є покрівельні матеріали на основі органічних в’яжучих?

6.     Охарактеризуйте руберойд.