8.2.5 Полімерні бетони

Використання цементних бетонів у деяких випадках може бути обмежено притаманними їм недоліками:

– пористість робить цементні бетони проникними для рідин, тобто зменшує морозостійкість;

– свіжий бетон погано зчеплюється з тим, що укладався раніше;

– недостатня міцність при розтягненні та вигині;

– руйнування під дією кислот і деяких солей.

Уникнути цих недоліків удається за допомогою використання у складі бетонів полімерних речовин. За способом їх застосування розрізняють полімерцементні матеріали, бетонополімери та полімербетони.

Полімерцементний матеріал (розчин або бетон) утворюють додаванням у відповідну суміш в невеликих кількостях (5...10 %мас) полімерної речовини (наприклад, водорозчинного фенолформальдегіду або диспергованого полівінілацетату). Отримана таким чином суміш має гарну адгезію до інших матеріалів, зносостійкість і ударну міцність. Вона використовується для покриттів підлог, улаштування резервуарів.

Бетонополімер – бетон, який після твердіння просочується мономерами, що полімеризуються після спеціальної обробки. Така операція підвищує міцність бетону на стиск до 100 МПа, а також морозо- та зносостійкість. В якості мономерів використовують стирол та метілметакрилат.

Полімербетон – бетон, у якому в якості в‘яжучого застосовують термореактивні полімери (епоксидні, поліефірні або фенолформальдегідні) разом з отверджувачем і тонкомолотим мінеральним наповнювачем. Твердіння такої суміші в нормальних умовах завершується за 12...24 години. Такі матеріали мають велику міцність на стиск (R_ст = 60...100 МПа) і вигин (R_виг = 20...40 МПа), високу адгезію, зносо- та морозостійкість, хімічну стійкість. Але в них є й недоліки: недостатня термостійкість, підвищена деформативність, вони дуже коштовні. Полімербетони використовують для проведення ремонтних робіт та улаштування захисних покриттів.

Глава 9. Будівельні матеріали на основі органічних в‘яжучих

9.1 Основні властивості бітумних та дьогтьових в‘яжучих

Групу органічних в‘яжучих речовин поряд з полімерами й органічними клеями утворюють бітумні і дьогтьові в‘яжучі речовини, до складу яких входять бітуми або дьогті. Цінними властивостями бітумних і дьогтьових матеріалів є:

– водостійкість;

– водонепроникність;

– стійкість до дії кислот, лугів, агресивних середовищ рідин і газів;

– здатність міцно зчеплюватись з деревиною, камінням, металами.

Бітумні в‘яжучі мають найбільш широке застосування у будівництві і виробництві будівельних матеріалів. Вони можуть бути як природними, що зустрічаються у вигляді окремих скопищ або просочують гірські породи, так і штучними, які одержують при переробці нафти. В основному у промисловості використовуються штучні нафтові бітуми. Їх одержують з нафти шляхом обробки залишків, що утворилися при її фракційній перегонці на нафтопереробних заводах.

Бітуми складаються з масел, смол, асфальтенів, карбенів та карбоїдів, або, іншими словами, з суміші високомолекулярних вуглеводнів, головним чином, метанового (C_nH_2n+2) і нафтенового (C_nH_2n) рядів та їх кисневих, сіркових і азотистих похідних. Їх щільність близька до 1 гсм^-3. Елементарний хімічний склад усіх бітумів достатньо схожий. В них 70…87 % вуглецю, до 15 % водню, до 10 % кисню, до 1.5 % сірки і невелика кількість азоту. За консистенцією при нормальних умовах бітуми можуть бути твердими, напівтвердими і рідкими. Температура розм‘якшення твердих бітумів у залежності від складу вагається у межах 30…130 ^оС. Бітуми не втрачають властивостей при нагріванні до 165 ^оС. Їх температура спалаху у закритому тиглі 212…270 ^оС, температура займання t_з = 300…351 ^оС, а самозаймання – t_с/з = 380…397 ^оС.

Найважливішими властивостями бітумів для їх використання у будівництві є здатність:

1) при нагріванні до 8…170^оС або додаванні розріджувачів переходити у в‘язкорідкий стан і об‘єднуватися з камінням, деревиною, металами;

2) при зниженні температури до 20…25^оС і нижче або випаровуванні розріджувача знову густіти, твердіти до каменеподібного стану і утворювати з введеними в них твердими компонентами єдиний матеріал;

3) додавати гідрофобні (водовідштовхуючі) властивості матеріалам, які були оброблені бітумами.

За призначенням нафтові бітуми розподіляють на будівельні, покрівельні і дорожні. 60 % бітумів використовують у дорожньому будівництві, 40 % – для виготовлення покрівельних і гідроізоляційних матеріалів. Якість твердих і напівтвердих бітумів (та розподіл їх на марки) визначають за такими показниками:

– в‘язкість;

– температура розм‘якшення;

– розтяжність (пластичність);

– температура спалаху;

– температура крихкості;

– ступінь зчеплення.

В‘язкість бітумів визначають на стандартному приладі – пенетрометрі за проникненням голки у зразок під навантаженням 100 г за 5 с при 25 ^оС або під навантаженням 200 г за 30 с при 0 ^оС. Температура розм‘якшення фіксується на стандартному приладі "кільце і куля" за станом, коли шар бітуму у кільці при поступовому нагріванні в‘язко деформується під вагою вільно лежачої сталевої кульки. Пластичність бітуму характеризується за розтяжністю зразків спеціальної форми (у вигляді вісімки) у стандартному приладі дуктилометрі при температурах 25 ^оС та 0 ^оС.

При маркуванні бітумів позначається: їх походження ("Н" – нафтовий бітум); призначення ("К" – покрівельні, "Д" – шляхові); для будівельних та покрівельних – температура розм‘якшення і в‘язкість, а для дорожніх – тільки в‘язкість (табл. 9.1).

Дьогтьові в‘яжучі – штучні матеріали, що одержують при переробці твердих видів палива – коксу, вугілля, деревини. Дьоготь – це чорна масляниста рідина, вельми багатоскладова, щільністю 1.12–1.28 гсм^-3. У неї температура спалаху t_сп = 76…81 ^оС, займання t_з = 99 ^оС, самозаймання t_с/з = 357…399 ^оС.

У будівництві використовують не сирий дьоготь, а матеріали, виділені з нього при фракційній розгонці: дистильований дьоготь, антраценове масло і твердий залишок – пек. Сплавленням антраценового масла та пеку отримують так званий складений дьоготь, який найчастіше застосовують для виробництва дьогтьових будівельних матеріалів.

Властивості дьогтьових в‘яжучих, в основному, ті ж, що й у бітумів, але вони відрізняються меншою теплостійкістю і стабільністю властивостей у часі, крихкістю за низьких температур, значною токсичністю, більшою пожежною небезпекою. Тому дьогтьові матеріали зараз застосовують значно рідше бітумних і, в основному, в дорожньому будівництві для нижніх шарів двошарових покриттів.

Таблиця 9.1 – Основні властивості нафтових бітумів

Марка бітуму	Глибина проникнення голки при 25 ^оС, h10 мм	Розтяжність при 25 ^оС, см, не менше	Температура, ^оС, не нижче
			розм‘якшення	спалаху
Бітуми нафтові будівельні
БН-50/50	41-60	40	50	220
БН-70/30	21-10	3	70	230
БН-90/10	5-20	1	90	240
Бітуми нафтові покрівельні
БНК-45/180	140-220	не нормують	40-50	240
БНК-90/40	35-45	"	85-95	240
БНК-90/30	25-35	"	85-95	240
Бітуми нафтові дорожні
БНД 40/60	40-60	40	13	220
БНД 60/90	61-91	50	47	220
БНД 90/30	91-130	60	43	220
БНД 130/200	131-200	65	39	220
БНД 200/300	201-300	–	35	200