Битумные и дегтевые вяжущие. Классификация. Основные свойства.

Битумные и дегтевые вяжущие вещества наряду с полимерами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ. На основе этих вяжущих производят большое количество материалов и изделий для строительства: асфальтовые бетоны и растворы, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, мастики, пасты, эмульсии и некоторые лаки.

Битумные материалы могут быть как природные, встречающиеся в виде отдельных скоплений или чаще пропитывающие горные породы, так и икс у ест венные, получаемые при переработке нефти. Дегтевые — искусственные материалы, получаемые в заводских условиях при сухой перегонке твердых видов топлива.

Различают следующие группы битумных и дегтевых вяжущих веществ: битумные, состоящие из нефтяных битумов или из сплавов нефтяных и природных битумов; дегтевые — каменноугольные или сланцевые или сплавы дегтевых масел с пеками; смешанного вида — гудрокамовые (продукты совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона); дегте- и битумополимерные, содержащие нефтяные битумы или каменноугольные дегтевые вещества и полимеры. Битумные и дегтевые вяжущие имеют темно-коричневый или черный цвет, поэтому их часто называют «черными вяжущими».

Наиболее широкое применение в строительстве и производстве строительных материалов получили битумные вяжущие и особенно нефтяные битумы, которые в СССР по объему выпуска среди остальных органических вяжущих занимают первое место. Дегтевые материалы применяют ограниченно, так как большинство их служит сырьем для получения разных ценных 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.

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 (например, на о. Сахалин), чаще они содержатся в осадочных горных породах: песках, песчаниках, карбонатных породах (известняках, доломитах), глинистых грунтах. Такие породы называют асфальтовыми или битуминозными.

В СССР асфальтовые породы имеются на Кавказе, в Крыму, Сибири, Поволжье, на Дальнем Востоке и др. Из этих пород извлекают битум при помощи растворителей или вываркой в горячей воде. При содержании битума менее 2...3 %, когда извлечение битума экономически нецелесообразно, асфальтовые породы размалывают и применяют в виде асфальтового порошка как компонент в асфальтовых бетонах или асфальтовых мастиках.

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

Нефтяные битумы получают из нефти путем обработки остатков, образующихся при ее фракционной перегонке на нефтеперерабатывающих заводах. В зависимости от способа производства различают остаточные, окисленные и крекинговые нефтяные битумы.

Остаточные битумы получают путем глубокого отбора масел из гудронов. При нормальной температуре это твердые или полутвердые продукты относительно малой вязкости. Для повышения вязкости остаточные битумы или гудрон подвергают окислению, продувая через них воздух. При продувке под воздействием кислорода воздуха нефтяные остатки окисляются и уплотняются за счет образования высокомолекулярных компонентов, их вязкость повышается, в результате чего получаются окисленные битумы. Окисленные битумы более погодостойки, чем остаточные, и по долговечности не уступают природным битумам. Смешивая битум, полученный как остаточный продукт после обработки гудрона жидким пропаном, с масляными дистиллятами, получают смешанные (компаундированные) битумы.

Крекинговые битумы получают окислением (продувка воздухом) крекинг-остатков, образующихся при переработке мазута, с целью увеличения выхода бензина, крекинг-процессом, т.е. расщеплением углеводородов при высоких температурах и больших давлениях.

По консистенции (при температуре 18 °С) битумы могут быть твердыми, обладающими упругими, а иногда хрупкими свойствами, полутвердыми (вязкопластичны-ми) и жидкими (легкотекучими). Твердые и полутвердые битумы транспортируют в железнодорожных цистернах, оборудованных подогревательными устройствами, или в бумажной таре; жидкие битумы — в нефтяных и мазутных цистернах. Хранить битумы следует в специальных хранилищах.

В процессе сухой перегону (без доступа воздуха) каменного или бурого угля, сланца, дерева, торфа и других органических веществ с Целью получения кокса, полукокса, газа и т. п. образуются летучие вещества, которые после конденсации (сгущения) образуют вязкие жидкости, называемые соответственно каменноугольными, буроугольными, сланцевыми, торфяными, древесными, дегтями.

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

Различают сырые и отогнанные каменноугольные.

Сырые дегти — низко- и высокотемпературные получают при полукоксовании ц коксовании каменных углей соответственно при 500...700 и 900...1100 °С. Они представляют собой маслянистые жидкости темного цвета с характерным запахом, обусловленным содержанием в них фенолов и нафталина. Сырые дегти содержат значительное количество летучих веществ, а также соединений, растворимых и вымываемых водой, которые понижают их погодоустойчивость. Поэтому сырые дегти непосредственно для производства строительных материалов не применяют.

Отогнанный деготь получают из сырого при отгонке воды, всех легких масел, частично средних масел и используют его как сырье в производстве строительных материалов. При фракционной разгонке сырого дегтя сначала удаляется вода (при Ю0°С), а затем отгоняются жидкие фракции: легкце масла (до 170°С), средние (17О...27О°С), тяжелые (270...300°С) и антраценовые масла (300...360°С).

Пеком называют твердый остаток от фракционной разгонки. Он представляет собой аморфное вещество черного цвета, состоящее из высокомолекулярных углеводородов и их производных и свободного углерода в виде тонкодисперсных частиц (8...30 %).

Составленные дегти получают сплавлением пека с антраценовым маслом или отогнанным дегтем. Составленные дегти наиболее пригодны для строительных целей.

Наполненные дегти получают, вводя в составленные дегти тонкоизмельченные материалы (известняк, доломит). Это делают для повышения вязкости, погодо-и температуростойкости дегтей.

Как и у битумов, качество дегтей определяют их химическим и групповым составом.