К лекции по органическим вяжущим (из неизданного еще нашего учебного пособия). Материалы на органических вяжущих – см в гл.1 существующего нашего учебного пособия – Андреев В.Н. и др.)
8.5. Генезис и виды органических вяжущих
К органическим вяжущим относят битумы, дегти и полимеры. Распространены также смешанные вяжущие – дегтебитумные, битумнополимерные, дегтеполимерные. Генезис (происхождение) органических вяжущих представлено на схеме (рис.8.2).
Рис. 8.2. Генезис органических вяжущих
Битумы бывают природные и искусственные. Искусственные битумы получают чаще всего из нефти. Природные битумы – это также неиспарившаяся часть нефти, вылившейся когда-то из недр земли.
Как известно из школьного курса химии, из нефти отгоняют на воздухе так называемые светлые нефтепродукты (бензин, керосин и др.), под вакуумом от оставшегося мазута отделяют масла и более вязкую часть – смолы. Остаток от перегонки нефти называется гудрон. В зависимости от вида нефти гудрон при комнатной температуре может быть твердым или вязким, смолоподобным. В последнем случае гудрон называют остаточным битумом. Если же гудрон сам по себе твердый и хрупкий, то остаточный битум получают после удаления из нефти светлых нефтепродуктов и части масел. При продувке горячего гудрона (в жидкообразном состоянии) воздухом получают окисленный битум. Более половины битумов в нашей стране получают окислением. Смешивая твердый гудрон с ранее отогнанными маслами и смолами, получают компаундированный битум.
Получение этих трех видов битума можно проследить по схеме. Получение остаточного битума изображено стрелкой с надписью "перегонка", идущей от нефти к битумам. Стрелка от гудрона к битумам с надписью "окисление" – получение окисленного битума. Две стрелки без подписи, сходящиеся к кругу "битумы", показывают, что, смешивая масла и смолы с гудроном, также можно получить битум (компаундированный).
Дегти получают из каменного угля, реже из древесины или торфа. Сырье подвергают сухой перегонке, т.е. нагреванию без доступа воздуха при температуре 500… 600 ºС. Процесс называют также полукоксованием. При разложении сырья образуются низкомолекулярные продукты, сырой деготь, состоящий из масел и смол, а также сухой или вязкий остаток, так называемый пек. Если полукоксованию подвергается каменный или бурый уголь, то низкомолекулярные продукты – это газы, фенолы, соли аммония. Химический состав каменноугольных масел и смол также отличается от состава нефтепродуктов. Сходство каменноугольных смол и масел с нефтяными только внешнее. Масла – жидкие продукты, имеющие вязкость больше, чем обычные жидкости. С повышением вязкости цвет масел обычно становится более темным. Смолы отличаются от масел большей вязкостью, липкостью, более темным цветом. Смолы во многом определяют вяжущие свойства битумов и дегтей. Остатки от перегонки нефти и полукоксования угля также похожи, но пек, в отличие от гудрона, чаще бывает твердый и имеет отличительный признак – раковистый излом.
В качестве строительных вяжущих используют два вида дегтя. Отогнанный деготь, получают после удаления из продуктов разложения угля низкомолекулярных веществ, легких и средних масел. Составленный деготь – продукт смешения пека с ранее отогнанными смолами и маслами.
Получение двух названных видов строительных дегтей схематично представлено в правой части рис. 8.2.
Полимеры – высокомолекулярные вещества, природные или синтетические. В отличие от битумов и дегтей, они не являются специфическими строительными вяжущими. Кроме того, есть изделия, состоящие из одного только полимера, который в этом случае не является вяжущим по определению (см. п. 8.1). В то же время в пластмассах, которые имеют применение и в строительстве, полимеры являются вяжущим, склеивающим компонентом, скрепляющим частицы, волокна или листы заполнителей. Высокопрочным и химически стойким конструкционным строительным материалом является полимербетон. Полимеры входят во множество жидкообразных строительных композиций – клеев, герметиков, красок.
На схеме (см. рис. 8.2) показано происхождение синтетических полимеров – из низкомолекулярных веществ полимеризацией. Конечно, низкомолекулярные органические вещества могут получаться не только из нефти и каменного угля. Но и других источников органических веществ – сырья для полимеров – не так уж много.
Смешанные вяжущие. Из перечисленных в начале параграфа смешанных вяжущих наиболее распространены битумнополимерные. Для них принят термин "битумы, модифицированные полимерами". Синтетические полимеры дороже битумов. Но и небольшие добавки-модификаторы значительно улучшают свойства битумного вяжущего. До недавнего времени к битумам добавляли преимущественно синтетические каучуки. Каучук вводили в покровный слой мягких кровельных материалов (армобит и др.), в безосновные композиции (изол) и различные мастики (см. гл.1). В последние годы в кровельных и гидроизоляционных материалах "нового поколения" (изопласт и др.) стали использовать другие синтетические полимеры, например, атактический полипропилен.
Из дегтебитумных материалов известен гудрокам – высококачественное вяжущее, полученное совместным окислением гудрона и каменноугольных смол.