СМ Черных. Тема 1 Материалы из стеклянных и других минеральных расплавов Определение, краткие исторические сведения

• Название: Тема 1 Материалы из стеклянных и других минеральных расплавов Определение, краткие исторические сведения
• Анкор: СМ Черных.doc
• Дата: 19.08.2018
• Размер: 3.77 Mb.
• Имя файла: СМ Черных.doc
• Тип: Документы; #23204
• страница: 11 из 19

ГЛАВА 8 Органические вяжущие вещества

8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Органические вяжущие вещества — это высокомолекулярные при­родные или синтетические вещества, способные:

• приобретать жидковязкую консистенцию при нагревании или при действии растворителей или же имеющие жидковязкую конси­стенцию в исходном состоянии;

• с течением времени самопроизвольно или под действием опре­деленных факторов (температуры, УФ-облучения, веществ-отверди-телей и др.) переходить в твердое состояние.

При этом как в жидком, так и в твердом состоянии большинстве этих веществ имеют хорошую адгезию к другим материалам.

В зависимости от происхождения, химического и вещественного состава органические вяжущие делят на следующие группы:

• черные вяжущие (битумы и дегти);

• природные смолы, клеи и полимеры;

• синтетические полимерные продукты.

Природные высокомолекулярные вещества применяют как в и:

естественном состоянии, так и после химической модификации придающей им необходимые свойства. Например, целлюлозу приме няют в виде эфиров (нитроцеллюлоза, метил целлюлоза и т. п.). Биту мы также часто подвергают модификации.

Самая обширная группа органических вяжущих — синтетиче ские полимеры. Их получают из низкомолекулярных продуктов (монс меров) полимеризацией и поликонденсацией. Специфическая групп полимеров — каучуки и каучукоподобные полимеры, обладающи высокоэластичными свойствами — способностью к большим yпp^ гим деформациям; их также называют эластомерами.

В зависимости от отношения к нагреванию и растворителям орга­нические вяжущие делят на термопластичные и термореактивные.

Термопластичными называют вещества, которые при нагревании переходят из твердого состояния в жидкое (плавятся), а при охлажде­нии вновь затвердевают; причем такие переходы могут повторяться много раз. Термопластичность объясняется линейным строением молекул и невысоким межмолекулярным взаимодействием. По этой же причине большинство термопластов способно растворяться в со­ответствующих растворителях. К термопластам относятся битумы, смолы, многие широко распространенные полимеры — полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др.

Термореактив ными называют вещества, у которых переход из жидкого состояния в твердое происходит необратимо. При этом у них меняется молекулярная структура: линейные молекулы соединяются в пространственные сетки — гигантские макромолекулы. Такое не­обратимое твердение (этот процесс называют также отверждением, сшивкой, вулканизацией) происходит не только под действием нагрева (отсюда пошел термин «термореактивные вещества»), но и под дейст­вием веществ отвердителей, УФ и у-излучения и других факторов. От-вержденные термореактивные полимеры, как правило, более теплостойки, чем термопластичные.

Термореактивные вяжущие поступают на строительство часто в виде вязких жидкостей, называемых не совсем правильно «смолами». В химической технологии такие продукты частичной полимеризации (с молекулярной массой менее 1000), имеющие линейное строение молекул и способные к дальнейшему укрупнению и образованию пространственных молекул, называют олигомерами.

К термореактивным органическим вяжущим относятся, напри­мер, эпоксидные и полиэфирные олигомеры (смолы), олифы, каучу-ки в смеси с вулканизаторами и др.

Органические вяжущие существенно отличаются от неорганиче­ских (минеральных). Адгезионные свойства многих органических вяжущих значительно выше, чем минеральных. Прочность на сжа­тие у них сопоставима с прочностью минеральных, а при изгибе и растяжении во много раз выше. У термопластичных вяжущих проч­ность быстро падает при повышении температуры из-за размягче­ния полимера. Органические вяжущие характеризуются низкой термостойкостью. В зависимости от состава и строения температура их размягчения составляет 80.,.250 °С. Все органические вяжущие — горючие вещества.

Большинство органических вяжущих водо- и химически стойки (они хорошо противостоят действию кислот, щелочей и солевых рас­творов). Стоимость органических вяжущих значительно выше, чем минеральных, а объемы их производства — намного ниже.

Из сказанного видно, что отличия органических вяжущих от ми­неральных носят как положительный, так и отрицательный характер, поэтому каждый вид вяжущих имеет свои рациональные области применения, выбираемые с учетом всех его свойств. В последние го­ды широко используют модификацию минеральных вяжущих орга­ническими с целью получения композиционных материалов с принци­пиально новым набором свойств (см. п. 2.1 и 11.9).

Органические вяжущие (В технологии лакокрасочных материалов и пластмасс вместо термина «вяжущие» используют термин «связующие»). используют в строительстве для получе­ния клеев, мастик, лакокрасочных материалов (см. гл. 18), полимер­ных и полимерцементных растворов и бетонов (см. п. 12.8). Большая же часть синтетических полимеров используется при производстве пластмасс, в состав которых, как правило, входят наполнители и дру­гие компоненты, снижающие стоимость и придающие пластмассам специальные свойства.

Высокая стоимость полимерных вяжущих выдвигает на первый план при их использовании задачу снижения полимероемкости, т. е. получения требуемого результата при минимальном расходе полиме­ра. Поэтому полимерные вяжущие применяют в основном для полу­чения тонких облицовочных изделий (плиток, пленок, погонажных изделий), окрасочных и клеящих составов, гидроизоляционных и за­щитных химически стойких покрытий, а также для изготовления га­зонаполненных пластмасс — теплоизоляционных материалов с уни­кально низкой плотностью (10...50 кг/м³).

8.2. БИТУМЫ И ДЕГТИ

Первыми органическими вяжущими, которые начали применять в строительстве, были битумы и дегти. Имеются свидетельства при­менения битумных материалов в I тыс. до н. э. в Месопотамии при строительстве «висячих» садов Семирамиды, тоннеля под Евфратом и асфальтированных мостовых. Известно применение битумных ма­териалов и в Древнем Риме. Средневековые строители, в том числе и наши предки, применяли смолы и дегти для защиты древесины от гниения.

Хотя битумы и дегти имеют различное происхождение и несколь­ко отличаются составом, оба обладают общими характерными свой­ствами. При нагревании они обратимо разжижаются и в таком состоянии хорошо смачивают другие материалы, а при охлаждении отвердевают, прочно склеивая смоченные ими материалы. Кроме то­го, битумы и дегти водостойки и водонепроницаемы, и если ими про­питать или покрыть другие материалы, то приобретают гидрофобные (водоотталкивающие) свойства. Битумы и дегти хорошо растворяют­ся в органических растворителях. Перечисленные свойства предоп­ределили использование битумов и дегтей для получения клеящих и гидроизоляционных материалов, а также для получения специальных дорожных бетонов — асфальтобетонов.

Битумы (от лат. bitumen — смола) — при комнатной температуре вязкопластичные или твердые вещества черного или темно-коричне­вого цвета, представляющие собой сложную смесь высокомолеку­лярных углеводородов и их неметаллических производных. В зависимости от происхождения битумы могут быть природные и ис­кусственные (техногенные); источником образования или получения битумов и в том и в другом случае является нефть.

Природные битумы встречаются в виде асфальтовых пород, например, песка, пористого известняка, пропитанных битумом (со­держание битума от 5 до 20 %). Такие породы встречаются в Венесуэле, Канаде, на острове Тринидад и др. Есть месторождения практически чистых битумов, например битумные озера на Сахалине. Природные битумы образовались при разливе нефти в результате испарения из нее легких фракций и частичного окисления кислородом воздуха. Миро­вые запасы природного битума — более 500 млрд т.

Искусственные битумы получают как остаток при пере­работке нефти на нефтеперегонных заводах при получении топлива и смазочных масел. После переработки (перегонке или крекинге) неф­ти остается густой смолистый остаток, содержащий твердые части­цы,— гудрон. Выход гудрона из тяжелой нефти 7...8 %, а из легкой — до 1 %. Гудрон подвергается специальной обработке (например, на­греву и продувке воздухом) для получения твердого или полутвердого материала — нефтяного битума.

Элементарный состав битумов находится в следующих пределах:

углерод С - 70...87 %, водород Н — 8...12 %, сера S — 0,5...7 %. Эти элементы образуют в битуме четыре группы веществ:

нефтяные масла — (молекулярная масса 300...600); алифатиче-ские углеводороды (строение молекул линейное); содержание в биту­ме 30...60 %; придают битуму вязкость и термопластичность;

смолы — (молекулярная масса 600...1000), содержание в битуме 20...40 %; состоят из кислороде- и серосодержащих полярных соеди­нений, придают битуму высокие адгезионные свойства;

твердые высокомолекулярные вещества — (молекулярная масса 1000...5000); содержание в битуме 10...40 %; к ним относятся асфаль-тены, карбены и карбоиды; придают битуму твердость и тугоплав­кость;

асфальтогеновые кислоты — содержание до 3 %; выполняют функцию поверхностно-активных веществ и повышают адгезионные свойства битума.

Вещества, составляющие битум, образуют коллоидную систему, в которой масла с растворенными в них смолами являются дисперси­онной средой. В ней равномерно распределены мельчайшие частицы (дисперсная фаза). Устойчивость такой системе придают ПАВ — смо­лы и асфальтогеновые кислоты (рис. 8.1). При нагреве масла разжижа­ются и битум переходит в жидковязкое состояние; при охлаждении масла густеют и битум затвердевает, а при дальнейшем охлаждении де­лается хрупким. Эти превращения битума обратимы, т. е. битум — тер­мопластичный материал.

Битумы делят на три типа по области их применения: дорожные (для асфальтобетонов), кровельные (для мягких кровельных материа­лов) и строительные (для изготовления мастик, гидроизоляции и др.). Каждый тип битумов в зависимости от состава может иметь различ­ные марки .

Марки битумов определяют по комплексу показателей, основные из которых: температура размягчения, твердость и растяжимость.

Р и с. 8.1. Схема коллоид­но-дисперсного строения битума:

1 — асфальтены; 2 — смолы; 3— масла

Температуру размягчения определяют на стандартном приборе «Кольцо и шар». Температурой размягчения считается температура, при которой шарик провалива­ется сквозь битум, заплавленный в кольцо. Обратите внимание: у битума, как у сложной коллоидной системы, нет определенной тем­пературы плавления: он размягчается посте­пенно.

Твердость (вязкость) битума определяют на приборе пенетрометр по погру­жению иглы в образец битума (единица шка­лы прибора 0,1 мм) при температуре 25 °С.




Растяжимость битума определяют по абсолютному удлинению (в см) стандартного образца битума, растягиваемого в воде при 25 °С со скоростью 5 см/мин (рис. 8.2).

Транспортируют битумы в фанерных барабанах или бумажных мешках. Хранят в закрытых складах или под навесом таким образом, чтобы на битум не попадали прямые солнечные лучи. Битум — горю­чее вещество, поэтому при работе с ним, особенно при разогреве биту­ма, следует соблюдать требования пожарной безопасности.

Деготь — продукт сухой (без доступа воздуха) перегонки твердых видов топлива (древесины, угля, горючих сланцев, торфа и т. п.), представляющих собой вязкую темно-бурую жидкость с характерным «дегтярным» запахом.

Деготь, вероятно, один из старейших химических продуктов, по­лучаемых человеком. С древнейших времен на Руси было развито «дегтекурение» — получение дегтя из бересты (тонкой березовой ко­ры). Бересту нагревали без доступа воздуха до 200...300 °С. При этом образовывалась темная вязкая жидкость с сильным запахом. Позже стали вырабатывать деготь из древесины березы и других лиственных пород.

Деготь использовали для пропитки деревянных сооружений, ло­док, рыбацких сетей, смазки сапог и т. п. Такая обработка защищала от гниения, благодаря антисептирующему и гидрофобизирующему действию дегтя. Антисептирующие свойства дегтя используют и в ме­дицине (мазь Вишневского, дегтярное мыло и т. п.). Копчение про­дуктов (рыбы, мяса) также основано на обработке их продуктами сухой перегонки древесины.

В больших масштабах деготь стали производить с конца XIX в., когда стала развиваться металлургия. Деготь является побочным про­дуктом при коксовании углей (высокотемпературной (1000 + 50 °С) обработки каменных углей без доступа воздуха с целью получения кокса).


Рис. 8.2. Определение растяжимости битума:

а — дуктилометр; б — разборная форма: / — ящик из оцинкованной стали; 2 — винт; 3 — салазки; 4— гайка; 5— образец битума; 6 — неподвижная опора; 7—редуктор; 8—электродвигатель; 9 — стрелка; 10 — линейка (по ней фиксируется удлинение в момент разрыва)

Дегти, как и битумы,— сложная дисперсная система, состоящая из большого числа (несколько тысяч) различных углеводородов (жидких и твердых) и их неметаллических производных. Но в отличие от битума, где преобладают парафиновые углеводороды, в дегте мно­го ароматических углеводородов и их производных (бензола, толуола, нафталина, фенола и др.). Именно они придают дегтю антисептиче­ские свойства.

Сырой деготь практически не применяется. Его разгоняют, полу­чая растворители, различные масла (антраценовое, креозотовое и др.) и твердообразное вещество — пек.

Пек (от голл. pek — смола) — аморфный хрупкий при обычных температурах остаток от перегонки сырого дегтя при температуре бо­лее 360 °С. Он состоит из смолистых веществ, «свободного углерода», антрацена, масел и других слаболетучих соединений. Пеки применя­ют для получения составного дегтя, сплавлением его с маслами, и ис­кового лака, растворением его в ароматических растворителях. Составные дегти используют для гидроизоляции и антисептирования древесины.

Дегти менее атмосферостойки, чем битумы. Под действием солнечного излучения и кислорода они окисляются, превраща­ясь в твердые хрупкие продукты; это объясняется наличием в дегте, в отличие от битума, активных реакционноспособных со­единений. Дегти и продукты на их основе — канцерогены, поэто­му их использование в местах, где возможен их длительный контакт с человеком, запрещено.

При работе с дегтями и пеком следует помнить, что они и их пары могут вызвать воспаление или аллергические реакции при контакте с кожей и в особенности — слизистыми оболочками.

Общий недостаток битумов и дегтей — узкий интервал температур, при которых материалы на их основе обладают прочностью и эла­стичностью. Так, битумы при понижении температуры до О... —10 °С становятся хрупкими, а при повышении до 40...60 °С начинают течь. Для расширения интервала эксплуатационных температур битумы и дегти модифицируют, добавляя термопластичные полимеры и каучуки.

Кровельные,гидроизоляционные и герметизирующие битумные и полимерные материалы

8.3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основная задача, решаемая с помощью как кровельных, так и гидроизоляционных материалов,— создание водонепроницаемого покрытия, защищающего конструкцию и здание в целом от воздейст­вия влаги. Однако условия, в которых работают кровельные материа­лы, существенно отличаются от условий, в которых работают гидро­изоляционные материалы.

Кровельные материалы подвергаются периодическому увлажне­нию и высушиванию, воздействию прямого солнечного излучения (особенно опасно действие его УФ-составляющей), нагреву, замора­живанию, снеговым и ветровым нагрузкам.

Чтобы длительно и успешно работать в таких условиях, кровель­ные материалы должны быть атмосферостойкими, светостойкими, водо- и морозостойкими и достаточно прочными. В тех же случаях, когда крыша является видимым элементом сооружения (мансард­ные, двухскатные, вальмовые кровли и т. п.), материал должен отве­чать и определенным архитектурно-декоративньш требованиям. И наконец, технологичность и экономичность — общее требование ко всем кровельным материалам.

Гидроизоляционные материалы в отличие от кровельных работают в условиях постоянного воздействия влаги или агрессивных водных растворов (часто под давлением); температурные условия их работы более стабильны, солнечное облучение отсутствует, но возможно раз­витие гнилостных процессов.

От гидроизоляционных материалов требуются полная водонепро­ницаемость, долговечность, базирующаяся на гнилостойкости и кор­розионной стойкости, и свойства, обеспечивающие сохранениесплошности материала при различных внешних механических воз­действиях. Технологичность и экономичность остаются также непре­менными требованиями.

Герметизирующие материалы — специфический вид материалов, назначение которых — обеспечить герметичность (водонепроницае­мость и непродуваемость) стыков конструктивных элементов зданий и сооружений (например, уплотнение стыков между панелями или между оконными блоками и стеной).

Для получения кровельных и гидроизоляционных материалов и изделий используют разнообразные материалы: металлы, керамику (черепицу), асбестоцемент, битумы, полимеры и др. В этой главе рас­сматриваются самые распространенные кровельные, гидроизоляци­онные и герметизирующие материалы, получаемые на основе чер­ных вяжущих (битумов и дегтей) и синтетических полимеров.

8.4. КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Материалы на основе битумных, полимербитумных и полимер­ных связующих — главнейший вид кровельных материалов. К ним относятся самые разные по форме, размерам и физическому состоя­нию материалы:

• штучные и листовые — мелкоразмерные полосы и листы (пло­щадью менее 1 и 2 м соответственно);

•рулонные— полотнища шириной около 1 м и длиной 7...20 м, поставляемые на строительную площадку в рулонах;

• мембранные — большеразмерные полотнища (площадью 100... ...500 м²);

• мастичные — вязкие жидкости, образующие сплошную водонеп­роницаемую пленку после нанесения на изолируемую конструкцию. Выбор того или иного типа материала зависит от многих факторов:

• конструктивных (угол наклона крыши, материал основания и др.);

• технологических (простота устройства покрытия);

• архитектурно-декоративных (желаемый цвет и фактура поверх­ности кровли);

• экономических (стоимость и долговечность).

Рулонные материалы. Этот вид кровельных материалов находит наибольшее применение. Площадь кровель, выполненных из рулон­ных материалов, составляет 45...47 % от общей площади кровель в России. Объясняется это, с одной стороны, невысокой стоимостью самих материалов и простотой устройства кровельного покрытия, а с другой — тем, что рулонные материалы — наиболее удобный вид кровельного материала для плоских (угол наклона 3...6⁰), в особенно­сти с уклоном вовнутрь кровель, характерных для типовых много­этажных панельных и кирпичных зданий. Популярны рулонные ма­териалы и для индивидуального строительства в сельских районах.

Первые рулонные материалы, появившиеся в конце Х1Хв.,— это толь, пергамин и рубероид. В основе этих материалов лежит кровель­ный картон, пропитанный черными вяжущими.

Кровельный картон получают из вторичного текстиля, макулатуры и древесного сырья. Картон имеет рыхлую структуру и хорошо впи­тывает влагу и другие жидкости (в частности, расплавленный битум). При увлажнении под действием солнечного излучения и в результате гниения картон теряет свои свойства. Пропитка битумом и дегтем за­медляет эти процессы.

Марка картона устанавливается по его поверхностной плотности (масса 1 м² картона в г); она может быть от 300 до 500. Ширина кро­вельного картона — 1000; 1025 и 1050 мм.

Толь (от франц. tole — листовое железо) — картон, пропитанный и покрытый с двух сторон дегтем. Изобретателем толя считается швед Факс (1791), предложивший в качестве кровельного материала пря­моугольные листы картона, пропитанные горячей смолой. Заводское производство толя началось в Германии в конце XVIII в, В современ­ном виде толь появился только в конце Х1Хв., когда началось произ­водство картона в рулонах, а пропитывать его стали каменноуголь­ным дегтем.

В настоящее время толь в качестве кровельного материала приме­няют лишь для временных сооружений, так как деготь быстро стареет на солнце, и материал разрушается через 2...3 года. Более целесообра­зен толь для целей гидроизоляции, где важную роль играют антисеп­тические свойства дегтя. Марки толя: ТКП-350; ТКК-400 (Т — толь;

К — кровельный; П и К — тип посыпки; песчаная или крупнозерни­стая; 350; 400 — марка картона) и ТГ-300; ТГ-350 (Г — гидроизоляци­онный).

Пергамин — простейший рулонный материал, получаемый про­питкой кровельного картона расплавленным легкоплавким битумом (например, БНК. 45/180). Применяют пергамин для нижних слоев кровельного ковра и для устройства пароизоляционных прокладок в строительных конструкциях. Марки пергамина П-300; П-350ит.п. (П — пергамин; 300 — марка картона).

Рубероид — многослойный материал, получаемый, как и перга­мин, пропиткой кровельного картона легкоплавким битумом и последующего нанесения с обеих сторон слоя тугоплавкого битума, на­полненного минеральным порошком. Лицевая сторона рубероида по­крывается «бронирующей» посыпкой (песком, слюдой, сланцевой мелочью и т. п.), защищающей материал от УФ-излучения; нижняя сторона — порошком из известняка или талька, для защиты от слипа-ния слоев в рулоне. Длина рулона 10... 20 м.

Марки рубероида — РКК-420; РКЧ-350 и т. п. (Р — рубероид;

К — кровельный; К и Ч — вид посыпки, соответственно крупнозер­нистая или чешуйчатая). Для нижних слоев кровельного ковра выпу­скается рубероид подкладочный с пылеватой посыпкой (П) с обеих сторон (например, РПП-300).

Качество рулонных кровельных материалов оценивается в соот­ветствии со стандартом комплексом показателей:

• прочностью, характеризуемой си­лой, необходимой для разрыва образца материала шириной 5 см, Н;

• деформативностью, характеризуе­мой относительным удлинением мате­риала при разрыве, %;

• гибкостью на холоде, характеризуе­мой минимальной температурой, при которой образец материала не трескается при загибе его вокруг бруса радиусом 25 мм (для материалов с основой) и 5 мм (для безосновных), °С (рис. 16.1);

• теплостойкостью, характеризуемой максимальной температурой, при кото­рой у вертикально подвешенного образ­ца не наблюдается сползания покровной массы, °С;

• водопоглощением, %;

• водонепроницаемостью, характе­ризуемой временем, в течение которого образец не пропускает воду при опреде­ленном давлении.

Так, рубероиды марок РКК-400; РКК-350 и РПП-300 в соответствии с техническими условиями должны иметь следующие показатели:


Технические характеристики материала

Показатели	РКК-400	РКК.-350	РПП-300
Разрывная сила при растяжении, Н, не менее	340	320	220
Теплостойкость, "С, не менее	80	80	80
Гибкость на брусе R = 25 мм, "С	+5	+5	+5
Водопоглощение, %	2,0	2,0	2,0
Водонепроницаемость при давлении Р= 0,001 МПа в течение, ч	72	72	72

Кровля из рубероида и пергамина многодельна, так как представ­ляет собой многослойный (3...5 слоев) кровельный ковер, выклеивае­мый на крыше с помощью битумных мастик. Из-за хрупкости битум­ного связующего на холоде устройство кровли из рубероида невозможно в зимний период.

Помимо этого кровли из обычного рубероида и пергамина имеют невысокую долговечность — 5...6лет. Последнее объясняется низкой прочностью и водо- и биостойкостью картонной основы, а также уз­ким интервалом рабочих температур битумного вяжущего: на холоде (около О °С) оно становится хрупким, а при нагреве до 60...80 °С раз­мягчается и течет. Кроме того, и битум, и картонная основа быстро стареют под действием солнечного излучения и кислорода воздуха.

Через несколько лет эксплуатации на крыше рубероид становится жестким;

кровельный ковер при небольших деформациях (температурных, усадочных и др.) трескается и кровля начинает протекать.

Современные рулонные материалы прошли длинный путь совер­шенствования свойств и мало напоминают традиционный рубероид. Модификация рубероида происходила в несколько этапов .

Первым этапом было упрощение технологии устройства кровель­ного ковра благодаря внедрению наплавляемого рубероида. Он отлича­ется от обычного рубероида более толстым слоем битума (в особенно­сти на нижней стороне материала, где в соответствии со стандартом слой битума должен быть не менее 1500г/м ). Из наплавляемого рубе­роида кровельный ковер получают без клеящих мастик путем под-плавления нижней поверхности рубероида газовой горелкой с после­дующей его прикаткой .

Следующим шагом была замена основы непрочной и подвержен­ной гниению картонной основы на более прочную и гнилостойкую. Были опробованы асбестокартон и основы на базе стекловолокна и синтетического волокна «полиэстр» в виде тканей, холста и нетканого полотна . В настоящее время предпочтение отдают нетканым основам из полиэс-тра и стеклохолсту (Стеклохолст — простейший вид стеклоткани, выполненный полотняным пере­плетением (через раз) из нескрученных прядей стеклянного волокна (ровницы). Не­тканое полотно — полотно, в котором волокна расположены хаотически (например, сукно или войлок) и скрепляются между собой силой трения, клеевым составом или термической сваркой).

. Стекловолокнистые основы отличаются малым удлинением при разрыве (е = 1,5...3 %); у синтетиче­ских — оно выше (е = 35...40 %).

Производят материалы на основе алю­миниевой и медной фольги (например, материал фольгоизол). Фольга, находяща­яся на лицевой стороне материала, при­дает ему декоративные свойства и защи­щает от солнечного излучения.

Применение новых прочных и долго­вечных основ, в свою очередь, потребо­вало модификации битумного связую­щего в сторону повышения его долговеч­ности и расширения диапазона рабочих температур. Эта задача была решена пу­тем модификации битума полимерами. Полимерные добавки позволяют расширить интервал рабочих темпе­ратур битума (снижая температуру хрупкости и повышая температуру размягчения) и обеспечивают сохранение эластичности вяжущего длительное время (т. е. повышают долговечность материала). В на­стоящее время для модификации битума используют в основном термоэластопласты, в частности, атактический полипропилен (АПП) — побочный продукт при производстве полипропилена, по внешнему виду и свойствам напоминающий невулканизированный каучук, и синтетические каучуки, например стирол-бутадиен-сти-рольный (СБС).

Битумы, модифицированные АПП, по сравнению с обычным окисленным битумом характеризуются высокой теплостойкостью, хорошей гибкостью на холоде (до —20 °С) и высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям. Битумы, модифицированные СБС, ха­рактеризуются еще более высокой гибкостью на холоде (до —30 °С), но они более чувствительны к УФ-облучению, в связи с чем требуют применения эффективной защиты от солнечного света. Материалы на основе битумов, модифицированных полимерами, имеют расши­ренный диапазон эксплуатационных температур, повышенную дол­говечность и позволяют производить работы по устройству кровли из рулонных материалов при отрицательных температурах (т. е. практи­чески круглый год).

У современных рулонных битумно-полимерных материалов для защиты от солнечного излучения используют бронирующие посыпки из цветной минеральной (сланцевой, керамической) или полимер­ной крошки. Такие посыпки более надежны, чем традиционные (пе­сок, слюда), и придают повышенную декоративность материалу.

Промышленность рулонных кровельных материалов выпускает большое количество материалов на различных основах и с различны­ми модификаторами, при этом каждое предприятие дает свое собст­венное название материалу. Так, завод «Филикровля» (Москва) про­изводит материал филизол, завод «Изофлекс» (Кириши, Санкт-Петербург) выпускает материалы под названием изопласт; крупней­шая отечественная фирма «Техно Николь» производит широкий ассортимент рулонных кровельных материалов: битумных на не­гниющих основах — линкром, бикрост и битумно-полимерных — унифлекс и техноэласт.

Однако все эти материалы в принципе имеют одно и то же строение: многослойный композиционный материал на проч­ной не гниющей основе, на которую с обеих сторон нанесен тол­стый слой битумно-полимерного или битумного связующего с декоративной посыпкой на верхней стороне и пленочной защи­той от слипания на нижней

Толщина современных рулонных материалов 3..5 мм, что позво­ляет делать кровельный ковер двухслойным (а не 3...5-слойным) и ук­ладывать его методом наплавления.

Штучные материалы. Рулонные материалы в основном применя­ют для крыш с малым уклоном. Зрительно они образуют монотон­ную, лишенную декоративности поверхность. Для плоских «невиди­мых» для людских глаз крыш это не имеет значения. Однако в современном строительстве входят в моду крыши с большим уклоном (15... 60°), поверхность которых уже является декоративным элемен­том здания. В этом случае желательно использовать материалы, при­дающие кровле цвет и фактуру. Традиционно такими материалами были черепица, натуральный шифер (плитки из сланца) и дранка. Ка­ждый из них имеет свои положительные и отрицательные стороны. Как альтернативный вариант промышленность предлагает мягкую черепицу — штучный материал, получаемый на основе традиционных рулонных материалов, путем вырубки из полотна фигурных полос, которые при укладке напоминают кровлю из натурального шифера или дранки . Мягкая штучная кровля не нова: еще в 30-е го­ды в СССР использовались плитки из «рубероидного срыва», а в США — плитки «шинглс» (от англ. shingle — дранка, плоская плит­ка), ставшие там одним из самых любимых материалов.

Сейчас подобные плитки улучшенного качества выпускают под различными названиями. Как правило, это листы размером (900... ...1000) х (350...400) мм, имитирующие 3...4 штуки плоской черепицы различной формы. Листы крепят к обрешетке гвоздями, а соединение листов друг с другом по вертикали обеспечивают самоклеящие участки на их нижней поверхности. Основанием под мягкую черепицу служит сплошная (дощатая или фанерная) обрешетка. Минимальный угол на­клона кровли 9...10°, максимальный не ограничивается и этим материа­лом можно облицовывать и примыкающие к крышам участки стен. Тру­доемкость устройства кровельного покрытия не велика, а вес 1 м покрытия не превышает 10...12 кг.

Цвет и шероховатая фактура лицевой поверхности достигаются минеральной посыпкой. Фирмы выпускают плитки практически лю­бого цвета: одноцветные или имитирующие «объемность» материала. Кровли из таких материалов удивительно декоративны. Мягкая чере­пица более долговечна, чем аналогичные по строению рулонные ма­териалы, из-за того, что она не образует сплошного покрытия, и де­формации материала при старении локализуются в каждой плитке в отдельности, что исключает нарушение сплошности покрытия от внутренних напряжений. У мягкой черепицы долговечность кровли будет определяться потерей декоративности из-за потери цветной по­сыпки плиток.

Волнистые битумно-картонные листы (ондулин) — листовой ма­териал для кровель, представляющий собой гибкие листы размером 2000 х 1000 мм и толщиной около 2,5...5 мм (вес листа 6...10 кг). Лис­ты — гофрированный картон, отформованный из волокон, пропи­танных битумом и с лицевой стороны окрашенный атмосферостойкой полимерной краской. Окраска создает декоративный эффект и защищает картон и битум от действия солнечного излучения. Этот материал был предложен французской фирмой «Ондулин» в 40-х го­дах XX в. Название «ондулин» стало нарицательным. В настоящее время подобные волнистые листы на самых разных основах (целлю­лозной, стекловолокнистой, нетканой синтетической) производят многие фирмы.

Ондулин чрезвычайно легкий материал (вес 1 м² = 3 кг), декора­тивный и стойкий к воздействию солнца, влаги и мороза. Материал может эксплуатироваться при температурах от +80 до —60 °С. Про­гнозируемая долговечность таких материалов не менее 30 лет.

Ондулин рекомендуется для кровель с уклоном не менее 6°. При уклонах от 6 до 10° его надо укладывать на сплошное основание. При больших уклонах — на брусчатую обрешетку с шагом от 450 до 600 мм в зависимости от уклона. Укладку производят так же, как асбестоцементные листы (шифер): нахлестом в одну волну. Крепят ондулин с помощью гвоздей и шурупов. Благодаря малому весу листов возмож­на их укладка по старому кровельному покрытию.

Мембранные покрытия. Для кровель промышленных, обществен­ных и других зданий с малыми уклонами, прочными и плотными (на­пример, бетонными) основаниями интерес представляют мембран­ные покрытия. Такие покрытия — как бы развитие идеи кровельного ковра из рулонных материалов, отличающегося тем, что мембрана сделана из сополимера этиленпропилендиеновых мономеров (ЭПД М) — т. е. из каучука, модифицированного термопластами. ЭПДМ — вы­сокоэластичный полимерный материал с относительным удлинени­ем 200...400 % и высокой прочностью на растяжение и на прокол. Ма­териал мембраны сохраняет свои свойства при температуре от -60 до + 100 °С. Размеры полотнищ таких материалов до 15 х 60 м (т. е. их площадь достигает 900 м²).

Одним из главных преимуществ мембранных покрытий является быстрота устройства кровель больших площадей. Полотнища подают на крышу в сложенном виде, разворачивают и укладывают на основание. Стыкуют полотнища друг с другом самовулканизирующимися лентами; ими же выполняют примыкания. Возможна укладка мемб­ран по старому кровельному ковру. Обязательным условием является тщательная очистка основания от твердых частиц (камушков и т. п.). Сверху мембрана пригружается и защищается от УФ-излучения за­сыпкой гравием или укладкой бетонных плиток. При этом крыша мо­жет быть «эксплуатируемой».

Мастичные кровельные покрытия получают при нанесении на ос­нование (обычно бетонное) жидковязких олигомерных продуктов, которые, отверждаясь, образуют сплошную эластичную пленку. Мас­тики имеют хорошую адгезию к бетону, металлам и битумным мате­риалам. По сути мастичные кровельные покрытия — это полимер­ные мембраны, формируемые прямо на поверхности крыши. Особенно удобны мастичные материалы при выполнении узлов при­мыкания.

Мастики могут применяться как самостоятельно, так и совместно с армирующей основой (например, стеклотканью).

Как правило, мастики представляют собой наполненные систе­мы, пленкообразующим компонентом в которых служит жидкий кау­чук, например тиоколовый, или другой реакционноспособный эла-стомер, например хлорсульфированный полиэтилен. Непосредственно перед нанесением в основную часть мастики вво­дится отверждающий (вулканизирующий) компонент. После этого мастика наносится на основание валиком, кистью или распылите­лем. Используются и однокомпонентные мастики, отверждающиеся кислородом или влагой воздуха.

Большинство мастик позволяет работать даже при отрицательных температурах (до минус 5...10 °С). Полное отверждение мастики, как правило, наступает не позже 1 сут после нанесения. Обычно мастика наносится в 2...3 слоя, в результате чего образуется пленка толщиной 2...3 мм.

Эластичность образующихся пленок очень велика (относитель­ное удлинение при разрыве 300...500 %). В случае использования стеклоткани в качестве армирующего элемента относительное удли­нение будет определяться уже стеклотканью, т. е. не превысит 2...4 %. Таким образом, увеличение прочности покрытия достигается ценой потери эластичности.

Мастичные покрытия могут устраиваться и по старой рулонной кровле без ее снятия; также возможен ремонт старого мастичного по­крытия путем нанесения нового тонкого слоя мастики.

8.3. ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Влага, контактирующая с материалом и проникающая в него, мо­жет пагубно влиять на эксплуатационные показатели материала (прочность, теплоизолирующую способность) или вызывать корро­зию материала вплоть до его полного разрушения. Гидроизоляцион­ные материалы предназначены для предохранения строительных конструкций от контакта с водой, поглощения воды или от фильтра­ции воды через них. В зависимости от физического состояния и соот­ветственно технологии их применения гидроизоляционные материа­лы можно разделить на жидкие, пастообразные пластично-вязкие, твердые упругопластичные.

Жидкие гидроизоляционные материалы могут быть пропиточные и пленкообразующие.

Пропиточные материалы — жидкости, проникающие в поры по­верхностных слоев материала либо кольматирующие (заполняющие) их, создавая водонепроницаемый барьер, либо гидрофобизирующие поверхность пор, т. е. снимающие эффект капиллярного подсоса вла­ги материалом.

Битумы и дегти, переведенные в жидкое состояние,— простей­шие пропиточные материалы. Битумы придают пропитанному слою материала водонепроницаемость, а дегти, кроме того, антисептируют материал. Для перевода в жидкое состояние дегти и битумы можно расплавить, растворить в органических растворителях или пригото­вить из них эмульсию.

Пропитка мономерами с последующей их полимеризацией в порах материала обеспечивает их стабильную водонепроницаемость. Наи­более перспективны для этой цели акриловые мономеры. Их полиме­ризация возможна с помощью инициаторов, введенных в пропиты­вающую жидкость.

Кремнийорганические жидкости — эффективный пропиточный материал, гидрофобизирующий (придающий водоотталкивающие свойства) пористые материалы. Эти вещества имеют высокую прони­кающую способность, они атмосферостойки и термостойки. Жидко­сти не имеют цвета и запаха и не изменяют внешний вид пропитывае­мого материала.

Самая распространенная гидрофобизирующая кремнийоргани-ческая жидкость (ГКЖ), применяемая в строительстве,— ГКЖ-94. Для обработки каменных строительных материалов используют 1...10 %-ный раствор ГКЖ-94 в органических растворителях или 0,5...3 %-ю водную эмульсию. После высыхания на стенках пор и са­мом материале образуется тончайшая гидрофобная пленка, прочно скрепленная с материалом. Она не позволяет воде входить в поры ма­териала, но при этом материал сохраняет паропроницаемость. Более эффективны гидрофобизирующие пропитки на основе фторсодержа-щих полимеров (типа «тефлон»).

Инъекционные материалы нагнетают в поры изолируемого мате­риала под давлением. В качестве инъекционных могут использовать­ся не только все пропиточные, но и более вязкие жидкости (напри­мер, эпоксидные смолы, полимерные дисперсии). Принудительное нагнетание гидроизоляционного материала в конструкцию обеспе­чивает более высокую водонепроницаемость образующегося защит­ного слоя, чем свободная пропитка, но его выполнение значительно сложнее и дороже пропитки.

Пленкообразующие материалы — вязкожидкие составы, которые после нанесения на поверхность изолируемой конструкции образуют на ней водонепроницаемую пленку. Образование пленки происходит либо в результате улетучивания растворителя, либо в результате по­лимеризации. Среди пленкообразующих веществ наибольшее рас­пространение получили разжиженные битумы и битумные эмульсии, лаки и эмали.

Битумные эмульсии готовят в гомогенизаторах (высокоскорост­ных смесителях). В них расплавленный битум диспергируют в горя­чей воде (85...90 °С), в которой предварительно растворяют поверх­ностно-активные вещества — эмульгаторы, обеспечивающие ста­бильность эмульсии. Эмульсии могут модифицироваться полимера­ми и латексами каучуков. Пропитка эмульсиями целесообразна для влажных материалов.

Пастообразные гидроизоляционные материалы используют как об­мазочные и приклеивающие. Обмазочные материалы после нанесе­ния образуют на изолируемой поверхности достаточно толстый гид­роизоляционный слой. К обмазочным материалам относят мастики и пасты — пластично-вязкие системы с ярко выраженными тиксо-тропными свойствами. Это означает, что они при нанесении на по­верхность тем или иным инструментом разжижаются, а затем перехо­дят в твердообразное состояние.

Мастики получают смешиванием органических вяжущих с мине­ральными наполнителями и специальными добавками (пластифици­рующими, структурирующими и др.). По виду вяжущего различают мастики битумные, битумно-полимерные и полимерные; реже ис­пользуются дегтевые.

Самые распространенные мастики — битумные. Они относи­тельно дешевы и имеют хорошую адгезию к большинству материалов. Выпускают такие мастики в двух вариантах: холодные, готовые к употреблению (они содержат растворитель), и горячие, нуждающиеся для перевода в рабочее состояние в нагреве до 160...180 °С.

Последние годы все более широкое распространение получают полимербитумные и полимерные мастики с использованием в каче­стве связующего синтетических каучуков (бутилового, стирол-бута-диен-стирольного, тиоколового и др.) и эластомеров (полиизобути-лена, хлорсульфополиэтилена и др.).

Мастики в качестве приклеивающего материала (например, для наклейки рулонной гидроизоляции) и в качестве материала, образу­ющего гидроизоляционный слой на обрабатываемой конструкции (например, для обмазки наружных поверхностей стен подвалов и фундаментов). Полимерные мастики применяют также для устройст­ва антикоррозионных покрытий на бетонных и металлических конст­рукциях, работающих в агрессивных средах.

Пасты получают на основе битумов и дегтей путем их дисперги-рования в присутствии твердого эмульгатора (глины, извести и т. п.). Примерный состав битумной пасты, % по массе:

Битум легкоплавкий ............ 45...55

Глина (известь) ............... 10...15

Вода ....................... 35...45

В обычных битумно-глиняных пастах размер частиц битума 0,1...0,15 мм.

Пасты хорошо смешиваются с наполнителями (песком) и легко наносятся даже на влажные поверхности; после высыхания пасты ка­пли битума сливаются, образуя сплошное покрытие.

Упругопластичные гидроизоляционные материалы представлены рулонными материалами (безосновными и на различных основах), аналогичными кровельным. Как уже говорилось, в отличие от кро­вельных гидроизоляционные материалы не подвергаются солнечно­му излучению, но постоянно находятся во влажных условиях, где на первое место выходит гнилостойкость.

Первыми рулонными гидроизоляционными материалами были толь и рубероид (без бронирующей посыпки). Долговечность этих материалов ограничена низкой гнилостойкостью кровельного карто­на. При этом толь за счет пропитки дегтем более долговечен в роли гидроизоляционного материала.

Современные рулонные гидроизоляционные материалы для по­вышения долговечности и надежности изготовляют на негниющих основах, покрытых битумными или полимербитумными составами .

Гидростеклоизол — битумный гидроизоляционный материал, со­стоящий из стекловолокнистой основы, на которую с двух сторон на­несен слой битумного вяжущего, состоящего из битума, минерально­го наполнителя (20 % от массы вяжущего) и пластификатора-мягчителя. Масса битумного вяжущего 3000 ±300 г/м². Материал ук­репляется на изолируемой поверхности путем оплавления пламенем газо воздушных горелок (см. рис. 16.2); рекомендуемая температура работ при укладке гидростеклоизола — не ниже 10 °С.

Значительно эффективнее битумно-полимерные материалы Мос-топласт и Техноэласто-Мост, имеющие основу из полиэфирного во­локна. Эти материалы могут эксплуатироваться в интервале темпера­тур от +100 до -25 °С (последний показатель определяется загибом на брусе R = 10 мм); относительное удлинение при разрыве 35...40 %. Материалы обеспечивают водонепроницаемость при давлении 0,2 МПа. Они используются для гидроизоляции тоннелей метрополите­на, пролетных строений мостов и путепроводов, подвалов, бассейнов и т. п. Для кровельных работ они не рекомендуются.

8.4. ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Герметизирующие материалы (герметики) применяют для уплот­нения швов между элементами строительных конструкций для обес-печивания водо- и воздухонепроницаемости шва. Герметики, ис­пользуемые для заделки швов в сборном домостроении, должны быть эластичными, так как такие швы меняют свои размеры в результате температурных и усадочных деформаций. Это не позволяет использо­вать для этих целей жесткие цементные растворы. Другой тип герме-тиков — монтажные герметики, — используемые для заделки швов между дверными и оконными коробками и стеной, укрепления сте­кол в рамах и т. п.

В зависимости от вида герметики могут быть в виде паст, мастик, вспенивающихся составов и в виде упругих и эластичных прокладок.

Герметизирующие мастики получают на основе пластично-вязких полимерных продуктов. Основное требование к мастичным гермети-кам — высокая деформативность и адгезия к материалу шва (напри­мер, к бетону). Различают герметики неотверждающиеся, отвержда-ющиеся и высыхающие.

Неотверждающиеся герметики получают в основном на основе полиизобутилена — термоэластопласта, сохраняющего эластичность при температурах от + 80 до —60 °С. Для этой цели используют также синтетические каучуки: бутиловый, акриловый и др.

Полиизобутиленовые мастики кроме полимера содержат тонко-дисперсный наполнитель (мел, тальк и др.) и мягчитель (масло). Мастика обладает водо- и атмосферостойкостью и отличной адгези-ей к большинству материалов. Для нагнетания мастики в швы ис­пользуют шприцы со сменными патронами, наполненными соста­вом (рис. 16.6).

Отверждающиеся герметики получают из реакционноспособных олигомеров (главным образом жидких каучуков). Наибольшее рас­пространение в строительстве получили тиоколовые герметики; в меньшей степени — полиуретановые и силиконовые. Отверждение мастик может происходить за счет введения отвердителей (вулкани­заторов) или влагой и кислородом воздуха.

Тиоколовая мастика — двухкомпонентный состав, включающий в себя жидкий тиоколовый каучук, наполненный сажей или светлы­ми порошкообразными наполнителями, и вулканизирующую пасту. Компоненты смешиваются перед заполнением шва. Через 1...3 сут паста непосредственно в шве превращается в резину, не теряя при этом адгезии к бетону. Этот герметик можно использовать для уплот­нения стекол, установленных в металлические рамы в витринах, те­плицах и т. п.

Силиконовые герметики отличаются высокой теплостойкостью и химической стойкостью.

Высыхающие герметики — вязкопластичные материалы, полу­чаемые растворением в органических растворителях битумных, по­лимерных и других связующих в смеси с наполнителями. Эти мате­риалы аналогичны холодным битумным и битумно-полимерныммастикам. Такие герметики выпускают в готовом виде. Их можно применять при низких температурах. Недостаток таких гермети-ков — токсичность и пожароопасность во время проведения работ.

Монтажные пены — новый вид герметиков, представляющий со­бой жидкие полимерные составы, отверждающиеся на воздухе, насы­щенные под давлением газом. Они расфасованы в баллончики вме­стимостью до 1 дм . При нажатии на клапан баллончика из него выходит струя вязкой жидкости, моментально вспучивающаяся и за­твердевающая в виде пены через несколько часов. Такой герметик обеспечивает не только гидроизоляцию, но и теплоизоляцию в герме­тизируемом шве. Их с успехом используют для уплотнения швов при установке дверных и оконных блоков.

Штучные герметики — жгуты и ленты. Жгуты обычно имеют круг­лое поперечное сечение и пористую структуру. Они эластичны и уста­навливаются в шов в обжатом состоянии, что позволяет им обеспечи­вать герметичность шва при изменении его ширины. Ленточные герметики получают, нанося на волокнистую основу слой нетвердею­щего мастичного герметика; такими лентами заклеивают шов.

Гернит — пористый эластичный жгут коричневого цвета (D= =20...60 мм и длиной до 3 м), имеющий плотную пленку на поверхно­сти (рис. 8.2, а). Его получают на основе атмосферостойкого него­рючего полихлоропренового каучука. В шов гернит рекомендуется устанавливать с использованием клеящей мастики.

Вилатерм — жгут белого цвета, полый внутри, получаемый из вспененного полиэтилена (рис. 8.2, б). По свойствам вилатерм ана­логичен герниту, но сохраняет эластичность при более низких темпе­ратурах. Используют его также для тепловой изоляции труб (в осо­бенности в холодильных установках).



Рис. 8.2. Пористые герметизирующие прокладки:

а — прокладка «Гернит»; б — прокладка из пенополистрила «Вилатерм»

Герлен — герметизирующая самоклеящаяся лента, представляю­щая собой нетвердеющую мастику из синтетического каучука, мягчи­телен и наполнителей, нанесенную на подложку из нетканого синте­тического полотна. С другой стороны, мастика защищена от слипания разделительной лентой из парафинированной или силиконизиро-ванной бумаги. Герлен сохраняет эластичность при температурах от —50 до + 60 °С. Толщина ленты 3 мм; ширина — 100 мм.

Ленту наклеивают на изолируемый шов, подложкой наружу. Ад-гезия мастики к бетону и металлу высокая. Герлен используют для герметизации швов в панельном домостроении, в тоннельных обдел­ках и стыках водопропускных труб. Выпускают специальную марку герлена для герметизации кузовов автомобилей.