строительные матерьялы

– пуццолановый портландцемент (ППЦ) – содержит ак-

тивную минеральную добавку в количестве 21…40 %, предназначен для подводных гидротехнических сооружений, т.к. обладает низким тепловыделением при твердении, высокой коррозионной стойкостью и водонепроницаемостью.

Коррозия цементного камня Коррозия цементного камня – разрушение под действием

воды и растворенных в ней веществ. Согласно классификации В.П.Москвина, различают три вида коррозии.

Коррозия первого вида – разрушение цементного камня пресной водой. Обусловлена вымыванием (выщелачиванием) гидроксида кальция из цементного камня.

Коррозия второго вида обусловлена химическим взаимодействием гидроксида кальция цементного камня с растворенными в воде веществами. При этом образуются хорошо растворимые продукты либо массы, не обладающие вяжущими свойствами.

Ко второму виду относится кислотная коррозия, т.е. разрушение в кислых средах (рН < 7):

Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O.

Разновидность кислотной – углекислотная коррозия:

Ca(OH)2 + 2Н2СО3 = Са(НСО3)2 + 2Н2О.

Ко второму виду относится магнезиальная коррозия. Она обусловлена взаимодействием гидроксида кальция цементного камня с магнезиальными солями:

Ca(OH)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2.

Коррозия третьего вида обусловлена химическими реакциями, в результате которых образуются продукты, занимающие больший объем в сравнении с исходными компонентами цементного камня. Это вызывает появление внутренних напряжений и растрескивание цементного камня.

К третьему виду относится сульфатная коррозия:

Ca(OH)2 + Na2SO4 + 2Н2О = CaSO4·Н2О + 2NaOH.

51

Разновидностью сульфатной коррозии является сульфоалюминатная коррозия. Она возникает при взаимодействии гипса с гидроалюминатом кальция цементного камня:

3CaO·Al2O3·6H2O + 3(CaSO4·2Н2 О) + 19H2O =

=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O.

Врезультате реакции в порах цементного камня образуется малорастворимый продукт эттрингит, что сопровождается увеличением объема примерно в 2 раза. Это приводит к растрескиванию цементного камня и полному его разрушению. Сульфоалюминатную коррозию образно называют «белой бациллой» и «белой смертью бетона».

Щелочная коррозия. Может происходить в двух формах: под действием концентрированных растворов щелочей на затвердевший цементный камень и под влиянием щелочей, имеющихся в клинкере цемента. В слабощелочной среде цементный камень не подвержен коррозии.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие вещества называются неорганическими вяжущими?

2.Как классифицируют неорганические вяжущие в зависимости от условий твердения?

3.Из какого сырья получают строительную известь? Какие химические реакции лежат в основе получения и гашения извести?

4.Какие виды брака возникают при нарушении режима обжига при получении извести?

5.По каким показателям оценивают качество извести?

6.Укажите области применения извести.

7.Что служит сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ?

8.Как получают строительный гипс, высокопрочный гипс, ангидритовый цемент, эстрих-гипс? Какие химические реакции лежат в основе получения гипсовых вяжущих?

9.Какая химическая реакция лежит в основе твердения

52

гипсовых вяжущих? Как теория А.П. Байкова объясняет процесс твердения?

10.По каким показателям оценивают качество гипсовых вяжущих?

11.Как можно повысить прочность и водостойкость гипсовых изделий?

12.Укажите области применения гипсовых вяжущих.

13.Из какого сырья получают магнезиальные вяжущие?

14.В чем состоит существенное отличие каустического магнезита и каустического доломита от других минеральных вяжущих?

15.Укажите области применения магнезиальных вяжущих.

16.Что называется портландцементом?

17.Что служит сырьем для получения портландцемента?

18.Перечислите основные стадии получения портландцемента. В чем различие между сухим и мокрым способами получения портландцемента?

19.Что такое портландцементный клинкер? Каков его хи- мико-минералогический состав?

20.С какой целью при помоле портландцементного клинкера вводят добавку гипсового камня?

21.С какой целью при помоле портландцементного клинкера вводят активные минеральные добавки? Какие разновидности портландцемента получают при введении этих добавок?

22.С какой целью при помоле портландцементного клинкера вводят добавку-пластификатор? Какую разновидность портландцемента при этом получают?

22.С какой целью при помоле портландцементного клинкера вводят добавку-гидрофобизатор? Какую разновидность портландцемента при этом получают?

23.Как отличается по минералогическому составу сульфатостойкий портландцемент от обычного?

24.Как отличается по минералогическому составу быстротвердеющий портландцемент от обычного?

53

25.В чем причина твердения цемента? Как объясняет процесс твердения теория А.П. Байкова?

26.По каким показателям оценивают качество цемента?

27.Что показывает марка цемента?

28.В чем заключается первый, второй, третий вид коррозии цементного камня?

30.Что служит сырьем для получения глиноземистого цемента? Какими способами его получают?

31.Как отличается по свойствам глиноземистый цемент от портландцемента?

3.5. Битумные и дегтевые материалы

Битумы и дегти – органические вяжущие вещества черного или темно-бурого цвета, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов и их кислородных, сернистых и азотистых производных. Они имеют хорошее сцепление с минеральными материалами, стойки к воде, растворам кислот и щелочей.

Битумы по происхождению бывают природные и искусственные. В строительстве применяют преимущественно искусственные нефтяные битумы, их получают из остатков перегонки нефти.

Дегти – искусственные материалы. Их получают в результате сухой перегонки твердых видов топлива (угля, торфа, древесины). В строительстве используются каменноугольные дегти.

В зависимости от консистенции органические вяжущие условно делят на твердые, вязкие и жидкие:

–твердые при температуре 20 – 25 оС обладают упруговязкими свойствами;

–вязкие при температуре 20 – 25 оС обладают вязкопластичными свойствами;

– жидкие при температуре 20 – 25 оС имеют вязкотекучую консистенцию.

54

В ходе изучения темы следует обратить внимание на следующее. В отличие от неорганических вяжущих битумы и дегти имеют значительно более сложный состав. При нагревании они приобретают подвижность и переходят в вязко-текучее состояние, а при охлаждении загустевают. Битумы и дегти способны разжижаться органическими растворителями и загустевать при испарении растворителей. Таким образом, отверждение этой группы вяжущих – обратимый процесс, обусловленный физическими явлениями.

Битумы шире более широко используются в строительстве в сравнении с дегтями по следующим причинам. Дегти более чувствительны к температурным изменениям, менее погодоустойчивы и более токсичны, чем битумы.

Применение битумов и дегтей в производстве кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальто- и дегтебетонов определяется свойствами этих вяжущих. В свою очередь, свойства зависят от состава и строения.

Состав и строение битумов и дегтей Битумы представляют собой сложную смесь высокомоле-

кулярных органических веществ. Основные химические элементы, входящие в состав битумов: углерод (70…87 %), водород

(8…12 %), сера (0,5…7 %), кислород (0,2…12 %), азот (0…2 %).

Эти элементы в виде различных комбинаций образуют вещества, которые условно можно выделить в следующие группы: масла, смолы, асфальтены, карбены, карбоиды, парафины.

Масла – жидкая часть битума, вязкотекучие вещества. Они легче воды: их относительная плотность менее 1. Масла представляют смесь углеводородов: предельных (Сn H2n+2), циклических (Сn H2n ) и ароматических (Сn H2n -6). Их молекулярная масса лежит в пределах 300…600. Они растворимы в ацетоне, эфире, бензине, бензоле. Масла придают битумам подвижность и текучесть. Содержание масел в битумах лежит в пределах от 35

до 60 %.

55

Смолы – пластичные вещества с относительной плотностью около 1; их молекулярная масса 600…1000. Они растворимы в бензине, бензоле. Смолы являются производными углеводородов. В состав молекул смол входят активные функциональные группы: –ОН; –NH2; ≡ SH; –СООН. Благодаря этому смолы обеспечивают адгезию битума к различным материалам. Вяжущие свойства и пластичность битума обусловлены именно наличием смол. Содержание смол в битуме лежит в пределах от 20 до 40 %.

Асфальтены – твердые хрупкие вещества с молекулярной массой 1200…6000 и относительной плотностью более 1. Асфальтены не плавятся при нагревании и растворяются лишь в горячем бензоле, а в бензине они нерастворимы. Асфальтены придают битумам твердость и теплостойкость. Их содержание в битуме лежит в пределах от 10 до 40 %.

Масла, смолы и асфальтены – основные компоненты, от их соотношения зависят строительно-технические свойства битума.

Кроме того, в битумах содержатся карбены и карбоиды в количестве 1…3 %. Это углистые неплавкие и нерастворимые вещества, ухудшающие качества битума, поскольку уменьшают его пластичность. Другими нежелательными компонентами битума являются парафины – они не только снижают пластичность, но и ухудшают адгезию. Содержание парафинов в битуме может достигать 6…8 %.

По структуре битум представляет собой коллоидную систему: дисперсионной средой являются масла, а дисперсной фазой – мельчайшие коллоидные частицы. Каждая коллоидная частица имеет ядро из асфальтенов размером 18–20 мкм, окруженное тонкой оболочкой смол. Коллоидные частицы взаимодействуют между собой через прослойку масел – чем толще эта прослойка, тем слабее взаимодействие, что отражается на консистенции битумов.

Под влиянием солнечной радиации, высоких температур, кислорода воздуха происходят химические превращения, и

56

групповой состав битумов постепенно изменяется. Масла переходят в смолы, смолы – в асфальтены, а асфальтены – в карбены.

Основными характеристиками, определяющими качество битумов и их назначение, являются вязкость, пластичность, теплостойкость, пожароопасность, адгезионная способность. В зависимости от назначения битумы подразделяют на общестроительные, дорожные, кровельные, изоляционные. Марки битумов в соответствии с их показателями качества приведены в приложении 6.

Дегти состоят, в основном, из ароматических углеводородов и их кислородных производных – фенолов, благодаря которым дегти обладают сильным антисептическим действием. Все вещества, входящие в состав дегтей можно условно выделить в следующие группы. Дегтевые масла, которые, в свою очередь подразделяют на жидкие (t кипения < 170 оС), средние (tкипения 170…270 оС), тяжелые (t кипения 270…300 оС) и антраценовые (t кипения 300…360 оС). Дегтевые смолы – вязкопластичные плавкие и твердые неплавкие. Кроме того, в дегтях присутствует свободный углерод – твердые неплавкие углистые вещества.

Структура дегтей аналогична битумам с той лишь разницей, что коллоидные частицы в дегтях крупнее, а их оболочки более рыхлые.

Строительно - технические свойства и марки битумов

Для оценки качества вязких и твердых битумов определяют их твердость, вязкость, пластичность, теплостойкость, пожароопасность, термостабильность. Эти свойства оценивают условными показателями.

Поскольку свойства битумов существенно зависят от температуры, в условиях испытаний обязательно стандартизуется температура и, если это необходимо, скорость изменения температуры во время опыта.

Глубина проникания иглы в битум – косвенный показа-

57

тель твердости и вязкости битума. Ее определяют на приборе пенетрометре. Испытания проводят при 25 оС. В ходе испытания определяют, на какую глубину погружается в пробу битума стандартная игла с грузом массой 100 г в течение 5 секунд. Глубина проникания иглы в битум уменьшается с увеличением содержания в нем асфальтенов.

Растяжимость – косвенный показатель пластичности битума, характеризующий его способность вытягиваться в тонкую нить. Испытание проводят на приборе дуктилометре. Оно заключается в определении максимальной длины нити, в которую может растянуться без разрыва битум, залитый в формувосьмерку, половинки которой раздвигаются с постоянной скоростью 5 см/мин при 25 оС. Растяжимость битума увеличивается с увеличением содержания в нем смол.

Температура размягчения характеризует теплостойкость битума: переход его из упруго-пластичного в вязко-текучее состояние; при этой температуре битум утрачивает свои клеящие свойства. Испытание проводят на приборе «кольцо и шар» Оно заключается в определении температуры, при которой битум, находящийся в кольце заданных размеров, размягчается и под действием веса стандртного металлического шарика выдавливается на определенную глубину. Температура размягчения понижается с увеличением содержания масел.

Температура хрупкости – условная температура, при которой битум утрачивает пластические свойства и переходит в хрупкое состояние. Ее определяют на приборе Фрааса. Чем ниже температура хрупкости битума, тем более трещиностойки материалы на его основе. Температура хрупкости битума понижается при увеличении в нем содержания смол.

Температурный интервал между температурой хрупкости и температурой размягчения называют интервалом пластичности. Чем он шире, тем лучше эксплуатационные качества битумных материалов. Чтобы увеличить интервал пластичности, битумы модифицируют добавками полимеров и резин.

58

Температура вспышки – условный показатель огнеопасности битума. Это температура, при которой пары летучих масел, образующиеся при подогреве битума в открытом тигле, воспламеняются от поднесенного к ним пламени. Для вязких и твердых битумов температура вспышки составляет 200…240 оС, для жидких битумов она значительно ниже.

В зависимости от основных строительно-технических свойств в вязкие и твердые битумы подразделяют на марки (см. приложение 6).

Битумы нефтяные дорожные, предназначенные, главным образом, для производства асфальтобетона, вырабатывают следующих марок: БНД 40/60; БНД 60/90; БНД 90/130; БНД

130/200; БНД 200/300; БН 60/90; БН 90/130; БН 130/200; БН 200/300.

Цифры дроби указывают пределы глубины проникания иглы (выраженные в угловых градусах) при 25 оС. Дорожные битумы отличаются хорошим сцеплением с каменными материалами, имеют высокую пластичность даже при отрицательных температурах, стойки к климатическим воздействиям.

Битумы нефтяные кровельные, предназначенные, в основ-

ном, для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов, вырабатывают следующих марок: БНК 45/180; БНК 45/190; БНК 90/40; БНК 90/30. В отличие от дорожных, в этих битумах числитель дроби указывает среднее значение температуры размягчения в оС, а знаменатель – среднее значение глубины проникания иглы в битум при 25 оС, выраженное в десятых долях миллиметра.

Битумы нефтяные строительные, предназначенные для изоляции нефте- и газопроводов, вырабатывают следующих марок: БН 50/50; БН/70/30; БН 90/10. Подобно кровельным, в этих битумах числитель дроби указывает среднее значение температуры размягчения в оС, а знаменатель – среднее значение глубины проникания иглы в битум при 25 оС, выраженное в десятых долях миллиметра.

59

Битумы нефтяные изоляционные, предназначенные для защиты трубопроводов от коррозии, вырабатывают марок БНИ- IV-3, БНИ-IV и БНИ-V.

Жидкие нефтяные битумы приготовляют разжижением вязких дорожных битумов бензином, керосином, лигроином и другими жидкими нефтепродуктами. Важнейшими показателями качества жидких битумов являются вязкость, скорость загустевания и свойства остатка после испарения летучих фракций, температура вспышки, адгезия к каменным материалам.

Жидкие битумы используют, в основном, для приготовления асфальтобетонов.

Строительно - технические свойства

имарки дегтей

Всравнении с битумами дегти обладают более высокими адгезионными свойствами и большей биостойкостью благодаря высокому содержанию полярных химических соединений – фенолов. Однако дегти нашли меньшее применение в строительстве, чем битумы по следующим причинам. Во-первых, их свойства менее стабильны: вязкость снижается даже при незначительном повышении температуры, в процессе эксплуатации дегти довольно быстро стареют из-за испарения дегтевых масел и вымывания фенолов водой. Во-вторых, дегти более токсичны, чем битумы: содержащиеся в них фенолы могут вызвать сильные химические ожоги кожи и слизистых оболочек. Кроме того, дегти обладают сильным канцерогенным действием при длительной работе с ними.

Основным строительно-техническим свойством дегтей является условная вязкость, которая характеризуется временем

истечения в секундах пробы дегтя через стандартное отверстие диаметром 5 или 10 мм при температуре 30 или 50 оС. В зависимости от вязкости дегти делят на шесть марок: от Д-1 до Д-6. Чем выше вязкость, тем выше марка.

60