Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Удельная прочность при растяжении некоторых строительных материалов ⇐ ПредыдущаяСтр 43 из 82Следующая ⇒ Материалы Предел прочности при растяжении RP, МПа Относительная плотность d Удельная прочность RP Id, МПа, Древесина (сосна с 12%-ной влажностью)   0, 53   Высокопрочная сталь   7, 85   Стеклопластик   2, 0

Статическая твердость численно равна нагрузке, которая не­обходима для вдавливания в образец древесины половины метал­лического шарика радиусом 5, 64 мм (при этом площадь отпечатка равна I см²). Твердость древесины по торцу на 15-50% выше, чем в радиатьном и тангенциальном направлениях. Мягкие породы (сосна, ель, пихта, ольха) имеют торцовую твердость 35-50 МПа, твердые породы (дуб, граб, береза, ясень, лиственница и др.) - 50-100 МПа, очень твердые (кизил, самшит) - более 100 МПа. Твердые породы труднее обрабатываются, но зато они обладают повышенной износо­стойкостью и лучше удерживают шурупы.

Твердость древесины понижается при увлажнении.

Ударную твердость (Дж/см²) вычисляют по формуле

Нц/ = 4mgh/ (red²) (12.5)

где т - масса стального шарика диаметром 2, 5 мм, падающего на об­разец древесины; g - ускорение земного притяжения; h - высота паде­ния шарика (по стандарту равна 50 см); d - средний геометрический диаметр отпечатка, вычисляемый по формуле d = yjd]d₂, где d, -

диаметр отпечатка поперек волокон; di - то же вдоль волокон.

Ударную и статическую твердость пересчитывают к влажности

12%

Модуль упругости при статическом изгибе ^древесины с влаж­ностью W определяют, нагружая образец, покоящийся на двух опо­рах, двумя сосредоточенными силами.

Модуль упругости вычисляют по формуле

E_w = 5Pl³/(64bh³J), (12.6)

где Р - нагрузка; / - расстояние между опорами (0, 24 м); b и h - шири­на и толщина образца; /- прогиб образца в зоне чистого изгиба.

Модуль упругости Ew образца с влажностью 8-20% пересчи­тывают к влажности 12% по формуле

En = Ew/[l-ao(W-12)]. (12.7)

Пересчетный коэффициент а = 0, 01 на 1% влажности.

Модуль упругости образцов с влажностью, равной или большей предела гигроскопичности, пересчитывают к влажности 12% по фор­муле

Е12 - E_wk_l2.

Пересчетный коэффициент k_t2 равен 1, 25 для хвойных пород; для различных лиственных пород он колеблется от 1, 12 до 1, 3.

Модуль упругости воздушно-сухой сосны и ели - 10000-15000 МПа, он возрастает с увеличением плотности древесины, а увлажне­ние его снижается. Известно, что гнуть сырую древесину легче, чем сухую. Еще больше облегчает гнутье древесины пропаривание - это удобный способ нагрева древесины без ее высушивания.

Особенностью древесины является ползучесть, проявляющаяся особенно во влажных условиях. Следствием ползучести является по­степенное увеличение деформаций (прогибов балок, провисание те­совых крыш и т.д.) при длительном действии нагрузки.

Факторы, влияющие на механические свойства древесины. В табл. 12.2 сопоставлены плотность и показатели прочности древесины хвойных и лиственных пород, произрастающих в России.

Общая тенденция состоит в том, что, чем плотнее древесина, тем большую прочность она имеет. Плотность и прочность древесины возрастает, если лес растет на возвышенных местах и песчаных поч­вах.

Прочностные характеристики древесины несколько снижаются с повышением температуры.

Стандартные методы определения механических свойств на малых " чистых" образцах позволяют сравнивать между собой прочность древесины одной породы или разных пород и оценивать общее каче­ство древесины из данного лесонасаждения. Вместе с тем фактиче­ская прочность строительной древесины в элементах стандартных размеров (досок, брусьев, бревен), в которых имеются те или другие дефекты строения и другие особенности, может быть значительно ниже. Поэтому при нормировании допускаемых напряжений (расчет­ных сопротивлений) устанавливаются относительно большие коэф­фициенты запаса прочности.

По этой причине в отличие от других строительных материалов сорта лесоматериалов устанавливают не по прочности образцов, а на основании тщательного осмотра материала и оценки имеющихся в нем пороков.

§ 4. Пороки древесины

Сучки и трещины

Сучки - части ветвей, заключенные в древесине, они нарушают од­нородность строения древесины, вызывают искривление волокон и затрудняют механическую обработку. По состоянию древесины раз­личают сучки здоровые, загнившие, гнилые и табачные. По степени срастания сучки могут быть сросшиеся, частично сросшиеся, не- сросшиеся и выпадающие несросшиеся. По взаимному расположе­нию выделяют три разновидности сучков: разбросанные, групповые и разветвленные (рис. 12.10). Кроме того, сучки классифицируют по положению в сортименте, форме разреза и степени зарастания. Стан­дарт устанавливают правила измерения сучков и других пороков дре­весины.

Трещины представляют собой разрывы древесины вдоль волокон. Они нарушают целостность лесоматериалов, снижают их механиче­скую прочность и долговечность. Метиковые трещины - это радиаль- но направленные трещины в ядре или заболони, отходящие от серд­цевины (рис. 12.11). Они возникают в растущем дереве и увеличива­ются в срубленном дереве при его высыхании. Простые метиковые трещины состоят из одной или двух трещин, расположенных на обо­их торцах бревна в одной плоскости. Сложные метиковые трещины состоят из одной или нескольких трещин, расположенных на торцах бревна в разных плоскостях.

Морозные трещины, образующиеся в растущем дереве, направ­лены радиально, проходят из заболони r ядро и имеют значительную протяженность по длине ствола дерева. Трещины усушки, возни­кающие в срубленном дереве по мере его высыхания, тоже направле­ны по радиусу торцового среза. Они отличаются от метиковых и мо­розных трещин меньшей глубиной и протяженностью (не более 1 м). Отлупные трещины проходят между годичными слоями, возникая в растущем дереве, увеличиваются в срубленном дереве при его высу­шивании.

В зависимости от глубины различают трещины: неглубокие (глу­биной не более 1/10 толщины изделия); глубокие (более 1/10 толщи­ны), но не имеющие второго выхода на боковую поверхность изде­лия; сквозные (имеющие два выхода на. поверхность). Сомкнутые трещины имеют ширину не более 0, 2 мм, а разошедшиеся трещины - более 0, 2 мм. По расположению в изделии трещины могут быть бо­ковыми, пластовыми, кромочными, торцовыми.

Рис. 11.10. Разновидности сучков по срастанию с древесиной и по форме: а) сросшийся здоровый; б) несросшийся (выпадающий); в)сшивной; г)разветвленный (лапчатый)

Рис. 11.11. Виды трещин;

а) метик простой; б), в) метик несогласный и крестовый; г) отлуп; д) морозобоина открытая; е) морозобоина закрытая

Пороки формы ствола

Сбежистостъ - это уменьшение диаметра круглых лесомате­риалов от толстого к тонкому концу, превышающие нормальный сбег, равный 1 см на 1 м длины бревна. Этот же порок наблюдается у необрезанных пиломатериалов в виде ненормального уменьшения ширины досок по длине, превышающего допустимый предел. Сбежи- стость увеличивает отходы при распиловке и лущении бревен, обу­славливает появление радиального наклона волокон в пиломатериа­лах и шпоне, а следовательно, и снижение прочности этих материа­лов.

Рис. 12.12. Пороки формы ствола: а) закомелистость; б) кривизна; 1, 2- простая; 3 - сложная

а)

Закомелистость проявляется в виде резкого увеличения комлевой (нижней) части ствола дерева. Различают округлую и ребристую за­комелистость со звездчато-лопастной формой поперечного сечения бревна (рис. 12.12, а). Нарост - резкое местное утолщение ствола, имеющее различную форму и размеры.

Кривизна - искривление продольной оси бревен, обусловленное кривизной ствола дерева. Бывает простая и сложная кривизна (рис. 12.12, б), характеризующаяся несколькими изгибами.

Пороки строения древесины

Наклон волокон - непараллельность волокон древесины (рис. 12.13, а) продольной оси изделий (бревен, досок, брусьев и т.п.). На­клон увеличивает прочность древесины при раскалывании, но за­трудняет ее механическую обработку и снижает прочность пиломате­
риалов при растяжении и изгибе вследствие перерезания волокон древесины.

Крепь - ненормальное утолщение поздней древесины в годовых слоях; свойственно наклонно стоящим и искривленным деревьям (рис. 12.13, 6).

Свилеватость - волокнистое или беспорядочное расположение волокон древесины, чаще встре­чающееся у лиственных пород, преимущественно в комлевой части ствола (рис. 12.12, в).

Сердцевина - узкая централь­ная часть ствола, состоящая из рыхлой древесной ткани; попадая в деревянные изделия, усиливает их растрескивание. Двойная серд­цевина в виде двух сердцевин со своими системами годовых слоев увеличивает отходы при обработ­ке древесины, усиливает ее рас­трескивание (рис. 12.13).

Завиток - местное резкое ис­кривление годовых слоев под влиянием сучков и проростей.

Пасынок - отмершая вторая вершина или толстый сук, пронизы­вающие ствол под острым углом к его продольной оси. Ухудшает однородность и механические свойства древесины.

Водослой - это участки ядра или заболони с ненормальной темной окраской, возникающие в растущем дереве вследствие повышенной влажности этих участков. Этот порок нередко является причиной растрескивания и гниения древесины, снижения ударной вязкости при изгибе.

Прорость в виде обросшего древесиной участка поверхности ствола с омертвевшими тканями и отходящая от него радиальная трещина возникает в растущем дереве при зарастании повреждений.

Рак - рана., возникающая на поверхности ствола растущего дерева вследствие жизнедеятельности грибков и бактерий.

а) в) Рис. 12.13. Пороки строениядревесины а)наклон волокон; б)крень; в)сви­леватость; г)двойная сердцевина

Сухобокость возникает в местах повреждений (заруба, ожога, ушиба и т.п.); представляет собой омертвевший участок ствола.

Засмолок - участок древесины, обильно пропитанный смолой; присущ только хвойным породам. Он снижает ударную вязкость и водопроницаемость, затрудняет отделку - лакировку, окраску. Смо­ляной кармашек в виде полости, заполненной смолой встречается у хвойных пород, чаще всего у ели. Препятствует лицевой отделке и склейке древесины.

Химические окраски и грибные поражения

Неестественные окраски возникают в срубленном дереве в ре­зультате химических и биохимических процессов, в большинстве случаев, вызывающих окисление дубильных веществ. Бывают свет­лые и темные химические окраски, они не влияют на физико- механические свойства древесины, но могут портить внешний вид облицовочных материалов.

Рис. 12.14. Древесина, пораженная домовыми и дереворазрушающими грибами: а) настоящим; 6) белым; в) пленчатым

Ядровая гниль, развивающаяся в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов, существенно снижает механические свойства и сортность древесины. Наружная трухлявая гниль возника­ет вследствие поражения древесины дереворазрушающими грибами;

на поверхности пораженной древесины наблюдаются тяжи грибницы и плодовые тела, при этом пораженная древесина распадается на час­ти и растирается в порошок (рис. 12.14). Процесс разрушения может развиваться не только в сырой, но и в относительно сухой древесине. Этот вид гнили резко снижает механические свойства древесины вплоть до полной ее непригодности. Такие пороки, как плесень, грибные окраски (побурение заболони), мало изменяют прочность древесины.

Прочие пороки

Червоточиной называют ходы и отверстия, проделанные в древе­сине насекомыми. Различают черво­точину: поверхностную, проникаю­щую в древесину не более чем на 3 мм (рис. 12.15); неглубокую, прони­кающую в древесину не более чем на 15 мм в круглых материалах и не бо­лее чем на 5 мм в пиломатериалах; сквозную, выходящую на две проти­воположные стороны материала.

Инородные включения - это при­сутствующие в древесине посторон­ние тела недревесного происхож­дения (песок, камни, гвозди и т.п.). Подобные включения затрудняют обработку древесины и могут быть причиной аварий.

Механические повреждения (за­руб, запил, скол, вырыв и т.п.) явля­ются следствием небрежного или неумелого применения механизмов и инструментов при обработке древесины. Они не только снижают механическую прочность, но и затрудняют использование лесоматериалов по назначению.

Рис. 12.15. Древесина с по­верхностной червоточиной, причиненной короедами (я), и глубокой, причиненной усачами (б)

Покоробленность - это искривление пиломатериала, возникающее при распиловке, сушке и хранении. Различают простую, сложную покоробленность и крыловатость (см. рис. 12.6). Поскольку покороб­ленность изменяет форму пиломатериалов, то она затрудняет их об­работку и использование по назначению.

§ 5. Защита древесины от гниения, поражения насекомыми и возгорания

К числу способов защиты древесины от гниения, поражения насе­комыми и возгорания относят сушку древесины, конструктивные ме­ры по предотвращению увлажнения конструкций в процессе эксплуа­тации, пропитку древесины антисептиками или антипиренами.

Сушка древесины может быть естественной и искусственной.

Разрушение древесины изделий и конструкций из нее грибковыми заболеваниями и насекомыми в большинстве случаев вызывается ув­лажнением конструкции, вызванным повышенной влажностью сре­ды, нарушениями тепловлажностного режима при эксплуатации де­ревянных конструкций из-за отсутствия или недостаточной вентиля­ции и образования замкнутых пространств.

Для предупреждения разрушения древесины принимают ряд кон­структивных мер: изолируют ее от грунта, камня и бетона, устраива­ют специальные каналы для проветривания, защищают деревянные конструкции от атмосферных осадков и т.п. Однако только мерами конструктивного характера нельзя полностью предохранить древеси­ну от увлажнения и загнивания.

Защита древесины от гниения

Древесину защищают от гниения, предварительно обрабатывая ее различными химическими веществами - антисептиками. При выборе вида антисептика необходимо принимать во внимание следующие требования: антисептики должны обладать высокой токсичностью по отношению к грибам, быть стойкими, должны хорошо проникать в древесину, не иметь неприятного запаха, быть безвредными для че­ловека и домашних животных, не ухудшать физико-механические свойства древесины и не вызывать коррозии металлических соедине­ний и креплений деревянных элементов.

Для антисептирования древесины используют водорастворимые, органикорастворимые и масляные антисептики, а также антисептиче­ские пасты.

Водорастворимыми антисептиками пропитывают древесину, которая в процессе эксплуатации будет защищена от непосред­ственного увлажнения и вымывающего действия воды. Ниже дана краткая характеристика наиболее распространенных антисептиков этой группы.

Фторид натрия - белый порошок без запаха, в растворе древесину не окрашивает и не снижает ее прочность, не вызывает коррозии ме­талла. При взаимодействии с известью, мелом, цементом, гипсом об­разует малорастворимый токсичный фтористый кальций. Антисептик сильный, хорошо проникает в древесину, но легко вымывается водой. Применяют в растворах 3-4% концентрации для антисептирования элементов жилых, общественных и производственных зданий, а так­же изделий из древесины, стружек, опилок, камыша и торфа.

Кремнефторид натрия - белый и светло-серый порошок, по дей­ствию сходный с фтористым натрием. Применяют вместе с кальци­нированной содой, фтористым натрием.

Кремнефторид аммония - порошок белого цвета без запаха, в рас­творе древесины не окрашивает, прочность ее не понижает, повыша­ет огнестойкость древесины, но вызывает слабую коррозию металла. По токсичности кремнефтористый аммоний превосходит фтористый натрий. Обычно применяют водные растворы 5-10% концентрации. Легко вымывается водой. Водные растворы этих антисептиков бес­цветны, в связи с чем для контроля тщательности нанесения в них добавляют краситель.

Препарат ББК-3 - смесь борной кислоты и буры. Хорошо раство­рим, практически безвреден для людей.

Препараты ХХЦ (смесь хлористого цинка и натриевого или ка­лиевого хромпика) и МХХЦ (смесь хлористого цинка, хромпика и медного купороса) трудно вымываются водой, но окрашивают древе­сину в желто-зеленый цвет и вызывают коррозию черных металлов. Применяют 3-5%-ные растворы. Относятся к токсичным веществам.

Препарат ГР-48 - антисептик на основе пснтахлорфснола, без за­паха, хорошо растворяется в воде. Его применяют в растворе 1-1, 5%- ной концентрации для поверхностной защиты пиломатериалов, в ча­стности, от синевы и плесени.

Органорастворимые препараты типа ПЛ (растворы пента- хлорфенола в легких нефтепродуктах) и типа НМЛ (растворы нафте- ната меди в легких нефтепродуктах) являются высокотоксичными антисептиками, хорошо проникающими в древесину. Эти растворы следует применять в случаях необходимости введения в древесину трудновыщелачиваемых антисептиков без последующей сушки эле­ментов конструкций и изделий.

Препараты НМЛ окрашивают древесину в зеленый цвет и затруд­няют ее склеивание. В качестве растворителей применяют зеленое масло, мазут, керосин и сольвентнафту. Препараты ПЛ применяют также для усиления токсичности масляных антисептиков.

Масляные антисептики - каменноугольное масло, антраценовое масло, сланцевое масло и др. Перечисленные продукты представляют собой жидкости темно-коричневого цвета с резким запахом и силь­ными антисептическими свойствами. Они не выщелачиваются водой, металл не корродируют, но окрашивают древесину в темно-бурый цвет. Применяют для глубокой пропитки деревянных элементов, на­ходящихся на открытом воздухе, в земле или воде (шпалы, части мостов, сваи, подводные сооружения и др.).

Антисептические пасты приготовляют из водорастворимого ан­тисептика (фторид или кремнефторид натрия), связующего вещества (битума, глины, жидкого стекла и др.) и наполнителя (торфяного по­рошка). Пасты применяют для зашиты деревянных элементов зданий, увлажнение которых происходит в процессе эксплуатации (концы балок, столбов и др.). Элементы открытых сооружений, обработан­ные пастой, защищают гидроизоляционным покрытием.

Деревянные строительные конструкции и изделия антисептируют различными способами: поверхностной обработкой антисептиками и последовательной пропиткой в горячей и холодных ваннах; пропит­кой под давлением в автоклавах и обмазкой антисептическими паста­ми. В зависимости от назначения древесины и ее влажности приме­няют тот или иной способ антисептирования, причем глубина про­питки зависит как от способа антисептирования, так и от строения древесины.

Защита древесины от поражения насекомыми

Основной способ борьбы с насекомыми, разрушающими дре­весину на складах лесоматериалов, - содержание склада в соответ­ствии с санитарными требованиями, а также своевременная окорка круглых лесоматериалов. Однако насекомые поражают деревянные конструкции и в сооружениях. В этом случае борьба с ними ведется путем обработки древесины конструкций ядовитыми веществами - инсектицидами, в качестве которых используют рассмотренные выше масляные антисептики и препараты - на органических растворителях, а также порошок и пасту ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), раствор хлорофоса (диметилтрихлороксиэтилфосфоната), хлородан в виде дуста и эмульсии и другие вещества, а также некоторые газы (хлор­пикрин).

Защита деревянных конструкций от возгорания

Для защиты деревянных конструкций от возгорания строители должны принимать специальные меры. Конструктивные огнеза­щитные мероприятия сводятся к отдалению деревянных частей со­оружений от источников нагревания и покрытию деревянных конст­рукций штукатуркой, асбестовым картоном и асбестоцементными листами. Кроме того, на деревянные конструкции наносят огнеза­щитные составы или пропитывают древесину химическими вещест­вами - ангипиренами. В качестве антипиренов применяют буру, хлористый аммоний, фосфорнокислые натрий и аммоний, сернокис­лый аммоний.

Огнезащитные составы в виде красок или паст, приготовляемые из связующего вещества, наполнителя и антипирена, наносят на поверх­ность деревянных конструкций кистями, а также путем двукратного опрыскивания поверхности конструкций жидкими составами.

Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что одни из них при нагревании древесины создают оплавленную пленку, закры­вая доступ кислорода к древесине, другие при высокой температуре выделяют газы, которые препятствуют горению древесины.

Можно осуществлять комбинированную защиту древесины от воз­горания и гниения путем добавления в огнезащитные составы анти­септиков (фторид натрия и др.), не снижающие огнезащитных свойств составов.

§ 6. Материалы и изделии из древесины

Строганые и шпунтовые доски и бруски имеют на одной кром­ке шпунт, а на другой - гребень для плотного соединения элементов. Фрезерованные изделия: плинтусы и галтели применяют для заделки углов между стенами и полом; поручни и наличники для обшивки дверных и оконных коробок.

Паркет бывает обыкновенный (планочный) и щитовой. Пар­кетные планки (дощечки) изготовляют из твердых пород - дуба, бука, ясеня и др. Щитовой паркет имеет основание из досок или брусьев, на которые наклеен паркет, набранный из отдельных планок. Паркет­ные доски состоят из реечного основания (которое позволяет избе­жать коробления), на которое наклеены паркетные планки. На кром­
ках паркетных досок имеется паз и гребень для плотного соединения при настилке пола. Применение паркетных досок дает большие пре­имущества по сравнению с штучным паркетом. Их изготовляют заво­дским механизированным способом; устройство чистого пола из пар­кетных досок производится значительно быстрее.

Столярные изделия - оконные и дверные блоки с вмонтиро­ванными в них оконными переплетами и дверными полотнами, сто­лярные перегородки и панели для жилых и гражданских зданий. Оконные и дверные блоки поступают на строительство в полной го­товности с навешенными полотнами и створками, окрашенными и застекленными. Столярные перегородки собирают на месте строи­тельных работ и скрепляют при помощи плинтусов и карнизов.

Щитовые двери для жилых и общественных зданий представляют собой деревянную раму, заполненную сплошным или пустотным за­полнением и облицованную с обеих сторон шпоном, твердой древес- но-волокнистой плитой или фанерой. Сплошное заполнение дверей выполняют из деревянных брусков, древесно-стружечных плит, а пустотное заполнение образуют из полосок фанеры, твердой древес- но-волокнистой плиты, бумажных сот и т.п. Полотна дверей окраши­вают масляной краской, эмалями или имитируют под древесину цен­ных пород пленкой или текстурной бумагой.

фанеры: а) лущение шпона: / - нож; 2 - шпон; 3 - прижим; б) склеивание шпонов

Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из грех и более слоев лущенного шпона. Наружные слои шпона в фанере называют " рубашками", а внутренние " серединками". Лицевая " рубашка" имеет меньше пороков древесины (сучков и др.) и дефектов обра­ботки, чем оборотная " рубашка" и " серединки". При нечетном числе слоев шпона уменьшается коробление фанеры. Обычно фанеру склеивают из листов шпона, расположенных так, чтобы волокна смежных листов шпона были взаимно перпендикулярны (рис. 12.16). Однако в диагональной фане­ре волокна " рубашек" направлены под углом 45° к волокнам " середи­нок". Выпускают также фанеру с направлением волокон шпона в со­седних слоях под углом 30° или 60°.

Лущеный шпон. Короткие (до 2 м) бревна пропаривают или вы­держивают в бассейнах с горячей водой, чтобы придать древесине пластичность. Затем на лущильных станках с поверхности бревна, вращающегося вокруг своей оси, снимается тонкая непрерывная стружка - шпон; строганый шпон применяют только для производст­ва декоративной фанеры. Клеевую фанеру изготовляют из березы, бука, ольхи, клена, ясеня, дуба, сосны, ели, кедра, лиственницы. Па­кеты шпона, набранные по заданной схеме из определенным образом промазанных клеем листов, поступают в гидравлический пресс, пли­ты которого обогреваются паром. Отверждение полимерного клея происходит при температуре 120-160°С и удельном давлении прессо­вания 1, 4-2 МПа в течение 20-30 мин.

В зависимости от вида примененного клея и его водостойкости различают фанеру повышенной водостойкости (марка ФСФ на фено- формальдегидном клее), средней водостойкости (марки ФК и ФБА соответственно на карбамидном и альбумин-казеиновом клеях) и ог­раниченной водостойкости (марка ФБ на казеиновом клее).

По виду обработки поверхности фанера может быть нешлифо­ванной или ишифованной с одной или двух сторон. По числу слоев шпона различают трехслойную, пятислойную и многослойную фане­ру толщиной 1, 5-18 мм и размером листа до 240051525 мм. Фанеру марки ФСФ применяют для обшивки наружных стен, кровельных работ, изготовления несущих и ограждающих конструкций, а других марок - для устройства внутренних перегородок и обшивки стен и потолков внутри помещений.

Бакелизированную фанеру получают из березового лущеного шпо­на, пропитанного и склссного фенолоформальдегидными клеями. Ба­келизированную фанера имеет высокие конструктивные качества: ее предел прочности при растяжении 60-80 МПа, при этом она почти так же легка, как и древесина. Эта фанера обладает повышенной водо­стойкостью, атмосферостойкостью и прочностью. Ее применяют для изготовления легких конструктивных элементов. Декоративную клееную фанеру изготовляют из березового, ольхового или липового шпона и облицовывают с одной или двух сторон строганым шпоном из ценных пород дерева (дуба, груши и т.п.) с красивой текстурой либо полимерными пленками. Декоративную фанеру (марки ДФ) применяют для внутренней отделки стен, перегородок, дверных по­лотен, встроенной мебели и т.п.

Фанерные плиты представляют собой многослойные изделия из шпона, склеенного полимерными клеями; их толщина 8-30 мм и 35- 78 мм. Столярные плиты - это реечные щиты, оклеенные с обеих сторон березовым или другим шпоном. Толщина плит 16-50 мм. Их применяют для дверей, перегородок, встроенной мебели.

Кровельные материалы для временных зданий выпускают сле­дующих видов: стружку, дрань, плитки деревянные и гонт (от поль­ского gout). Материалы для кровель изготовляют из осины, сосны, ели, пихты. Стружку производят длиной (вдоль волокон) 40-50 см, шириной 7-12 см и толщиной 0, 3 см; дрань длиной 40-100 см, шири­ной 9-13 см и толщиной 0, 3-0, 5 см; гонт длиной 50-70 см, шириной 7- 12 см и толщиной 1, 5 см.

Древесностружечные плиты изготовляют путем горячего прес­сования специально приготовленных древесных стружек с термо­реактивными жидкими полимерами (карбамидными или фенолофор- мальдегидными). Расход полимера составляет 8-12% (по массе). Стружку получают на специальных стружечных станках, используя сырье в виде отходов деревообработки, фанерного и мебельного про­изводства, а также неделовую древесину. Средний слой трехслойных плит состоит из относительно толстых стружек (толщина до 1 мм), наружные слои выполняются из тонких стружек (толщиной до 0, 2 мм), которые повышают прочность изделий. В качестве декоративной отделки, защищающей плиты от увлажнения и истирания, применяют полимерные пленочные материалы, бумагу, пропитанную смолами. Нередко поверхность плит (предварительно отшлифованную) покры­вают водостойкими фенольными или эпоксидными лаками.

Выпускают древесностружечные плиты различной плотностью (г/см¹): очень высокой 0, 81-1, 0, высокой 0, 66-0, 8, средней 0, 51-0, 65, малой 0, 36-0, 5, очень малой 0, 35. Плиты Средней и высокой плотно­стью применяют как конструкционный и отделочный материал. Пли­ты малой плотностью служат тепло- и звукоизоляционным материа­лом. Для придания плитам биостойкости в полимерно-стружечную массу добавляют антисептики (фторид и кремнефторид натрия, буру и др.). В качестве антипиренов используют добавку сульфата аммо­ния и диаммонийфосфат. С целью уменьшения набухания плит во влажном воздухе в исходную массу вводят гидрофобизующие веще­ства (парафиновую эмульсию, раствор кремнийорганического поли­мера и др.). Размеры плит: длина 1800-3500 мм, ширина 1220-1750 мм, толщина 4-100 мм.

Древесноволокнистые плиты изготовляют путем горячего прес­сования волокнистой массы, состоящей из древесных волокон, воды, наполнителей, полимера и специальных добавок (антисептиков, ан­типиренов, гидрофобизующих веществ). Древесные волокна получа­ют из отходов деревообрабатывающих производств и неделовой дре­весины. Древесину на рубильных машинах перерабатывают в щепу, которую проваривают в 1-2%-ном растворе едкого натра для нейтра­лизации смолистых и сахаристых веществ. Затем щепу размельчают в дефибраторах и других машинах до состояния тонких волокон. После дополнительной обработки паром (при температуре 150°С и давле­нии 0, 6-1 МПа) волокна смешивают с водой и указанными добавка­ми. При изготовлении сверхтвердых плит в смесь вводят фенолофор- мальдегидный полимер. Приготовленная масса передается на отли­вочную машину, имеющую бесконечную металлическую сетку и ва­куумную установку. Здесь масса обезвоживается, уплотняется, разре­зается на плиты, которые и направляются в роликовую сушилку, если формуются высокопористые изоляционные плиты. Для получения твердых плит необходимо прессование массы, которое осуществляет­ся на гидравлических многоэтажных прессах при температуре 150- 165°С под давлением 1-5 МПа. Горячее прессование ускоряет отвер­дение термореактивного полимерного связующего; изменяя давление прессования, можно получить плиты разной плотностью и с различ­ными физико-механическими свойствами.

Выпускают плиты пяти видов; сверхтвердые плотностью более 950 кг/м³ с пределом прочности при изгибе R > 50 МПа; твердые > 850 кг/м³, R > 40 МПа; полутвердые > 400 кг/м³, R > 15 МПа; изо­ляционно-отделочные = 250-350 кг/м³, /? > 2МПа; изоляционные до 250 кг/м³, R > 1, 2 МПа.

Плиты имеют длину 1200-3600 мм и ширину 1000-1800 мм. Твер­дые плиты имеют толщину 3-8 мм, а изоляционные 8-25 мм.

Твердые плиты применяют для устройства перегородок, под­шивки потолков, настилки полов, для изготовления дверных полотен и встроенной мебели.

Отделочные плиты облицовывают синтетической пленкой с про­кладкой текстурной бумаги под цвет и текстуру древесины ценных пород. Их также выпускают с матовой поверхностью, окрашенными водоэмульсионными поливинилацетатными красками. Такие плиты служат облицовкой стен и потолков. Плиты, окрашенные эмалями, имеют глянцевую поверхность и они более водостойки. Эти плиты применяют для облицовки стен в медицинских учреждениях, продук­товых магазинах и т.п.

Крупноразмерность, красивый внешний вид и невысокая стои­мость предопределяют высокую технико-экономическую эффектив­ность плит.

Изоляционные древесноволокнистые плиты находят широкое применение в виде тепло- и звукоизоляционного материала. Произ­водство древесноволокнистых и древесностружечных плит быстро увеличивается, чему способствуют обширные ресурсы разнообразно­го органического сырья в виде отходов деревообработки, бумажной макулатуры, неделовой древесины; сырьем могут служить также стебли тростника, солома, льняная костра и т.п.

Столярные плиты - это реечные щиты, оклеенные с обеих сторон березовым или другим шпоном. Толщина плит 16-50 мм. Их приме­няют для дверей, перегородок и встроенной мебели.

Древесно-слоистые пластики - это листы или плиты, изготов­ленные из лущенного шпона, пропитанного и склеенного резольным фенолоформальдегидным полимером. Отличаются от фанеры боль- шеи плотностью (1, 25-1, 33 г/см³) и обладают высокими меха­ническими свойствами: предел прочности при растяжении вдоль во­локон " рубашки" 140-260 МПа, при изгибе 150-280 МПа, удельная ударная вязкость 3-8 МПа. Эти пластики стойки к действию масел, растворителей, моющих средств. Применяют в строительных конст­рукциях, от которых требуется химическая стойкость, немагнитность, высокое сопротивление истиранию.

§ 7. Биокомпозиты

С начала 90-х г. при производстве строительных древесных пла­стиков - биокомпозитов, применяется биотехнология, основанная на интегрированном использовании биохимии, микробиологии и инже­нерных наук.

Биотехнологические процессы известны с древнейших времен - при получении сыра, пива, улучшения вкуса хлеба. При производстве глиняного кирпича глина длительное время выдерживалась в глино- запасниках, где содержащиеся в ней микроорганизмы делали ее бо­лее пластичной.

Связующим в биокомпозитах служат выделяемые из древесного или другого растительного сырья природные клеящие вещества.

Основными компонентами, присутствующими в древесине, явля­ются три основных структурных полимера - целлюлоза, гемицеллю- лоза и лигнин. Конструкционно лигнин в древесине выполняет функ­ции клея (матрица), а целлюлоза - армирующего вещества (упрочни- тель).

Сущность получения биокомпозитов заключается в том, что под влиянием давления и температуры измельченное растительное сырье приобретает способность образовывать монолитный материал. Для эффективности технологии используют микробиологический процесс - ферментацию. Это дает освобождение лигнина посредством разры­ва лигнин-углеводных связей, происходящих при гидролизе гемицел- люлозы. Для этих целей наиболее подходят дереворазрушающие гри­бы, вызывающие белую гниль, - ксилотрофы. Микроорганизмы об­ладают уникальной способностью распознавать и воздействовать только на определенные соединения и осуществлять химические ре­акции.

Технологический процесс производства биокомпозитов состоит в следующем: подготовка растительного сырья, ферментация его лиг- нин-разрушающими грибами, сушка и дозирование древесных час­тиц, формирование пакета, его холодная подпрессовка, горячее прес­сование, кондиционированная обработка готовых плит.

Наиболее высокие показатели прочности и водостойкости имеют биокомпозиты с плотностью более 1000 кг/м³. Плиты имеют толщину 8-20 мм, пластики получают одно- трехслойными. Они экологически чистые по сравнению с древесными пластиками на синтетической связке.

Биотехнология применяется также при производстве природных клеев, поверхностно-активных веществ (БиоПАВ) для бетона, син­тезируемых микроорганизмами, и др.

Вопросы для самоконтроля

1. Положительные и отрицательные свойства древесины как строительного материала.

2. Назовите основные элементы макро- и микроструктуры древе­сины.

3. Формы связи воды в древесине, равновесная влажность, влия­ние влажности на свойства древесины.

4. Объясните особенности механических свойств древесины с по­зиций теории композиционных материалов.

5. Основные пороки древесины и их влияние на прочность древе­сины.

6. Методы зашиты древесины от гниения и горения.

7. Что же такое биокомпозиты?

Дополнительная литература

1. Уголев Б.Н Древесиноведение и лесное товароведение. - М: Экология, 1991.

2. Буглай Б.М., Гончаров Н.А. Технология изделий из древесины. - М.: Стройиздат, 1985.

3. Деревянные конструкции и детали /Под ред. В.М.Хрулева. - М: Стройиздат, 1983.

4. Соломатов В.И. и др. Строительные биотехнологии и биоком­позиты. М.: МИИТ, 1998.

Глава XIII. БИТУМНЫЕ И ДЕГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И БЕТОНЫ (РАСТВОРЫ) НА ИХ ОСНОВЕ

§ 1. Общие сведении

Битумы применялись в качестве строительного материала еще в глубокой древности в качестве вяжущего и водоизолирующего мате­риала.

К битумным материалам относятся следующие.

Природные битумы - вязкие жидкости или твердообразные ве­щества, состоящие из смеси углеводородов и их неметаллических производных: серы, азота, кислорода и др. Природные битумы полу­чились в результате естественного процесса окислительной полиме­ризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Од­нако природные битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.

Асфальтовые породы - пористые горные породы (известняки, до­ломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают и применяют в виде ас­фальтового порошка.

Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего глубо­кого отбора из него масел; окисленные, получаемые окислением гуд­рона в специальных аппаратах (продувка воздухом); крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти.

Гудрон - остаток после отгонки из мазута масляных фракций; он является основным сырьем для получения нефтяных битумов, ис­пользуется в виде связующего вещества в дорожном строительстве.

К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пеки, получаемые в результате сухой перегонки каменного угля, древесины и др.

Все эти материалы относятся к органическим вяжущим ве­ществам. Наиболее широкое применение они получили в промыш- ленно-гражданском, гидротехническом, дорожном строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных и уплотняющих материалов (гл. XIV) - асфальтобетона, асфальтораствора. Органические вяжу­щие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.

§ 2. Битумные вяжущие вещества

Состав и строение битумов

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам.

Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода 70-80%, водорода 10-15%, серы 2-9%, кислорода 1-5%, азота 0-2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соеди­нений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма сложен. Так, в них могут находиться смеси углеводородов метанового и нафтенового рядов и их кислородных, сернистых и азо­тистых производных. Все многообразие соединений, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.

Твердая часть битума - это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000-5000, плотностью более 1, объединенные общим названием " асфальтены". В асфальте- нах содержатся карбены, растворимые только в СС1₄ и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды-парафины.

Смолы представляют собой аморфные вещества темно- коричневого цвета с молекулярной массой 500-1000, плотностью около 1.

Масляные фракции битумов состоят из различных углево­дородов с молекулярной массой 100-500, плотностью менее 1.

По своему строению битум представляет коллоидную систему, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой явля­ются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в виде частиц размером 18-20 мкм, являются ядрами, каждое из них окруже­но оболочкой убывающей плотности - от тяжелых смол к маслам.

Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соот­ношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфаль- тенов. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости биту­ма. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.

Группы углеводородов, входя в состав битумов в различных соот­ношениях и образуя сложную а) дисперсную систему, предопре­деляют их структуру и свойства (рис. 13.1). Если в дисперсной системе имеется избыток дис­персной среды, то комплексные частицы - мицеллы не контак­тируют между собой свободно _Рис. 13.1. Схема структуры битума: перемещаясь. Эта структура ха- _{а) жидкого; б) твер}дого; / - мицелла; рактерна для жидких битумов 2 - раствор смол в маслах; 3 - асфаль- при нормальной температуре и тены (ядро мицеллы размером 18...28 для вязких битумов при повы- мкм); 4 - смолы (оболочка мицеллы) шейных температурах (рис. 13.1, а). При большом количестве мицелл они контактируют между собой, образуя мицеллярную пространст­венную сетку. Такая структура характеризуется высокой вязкостью и твердостью при высокой температуре (рис. 13.1, б).

Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухудшает их свой­ства, повышает хрупкость при пониженных температурах. Поэтому стремятся к тому, чтобы содержание парафина в битуме не превы­шало 5%.

Состав определил практические способы перевода твердых би­тумов в рабочее состояние: нагревание до 140-170°С, размягчающие смолы и увеличивающие их растворимость в маслах; растворение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное масло, ла- койль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (хо­лодные мастики и т.п.); эмульгирование и получение битумных эмульсий и паст.

Свойства битумов

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготавливаемых на их основе, различны. Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размяг­чаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойст­ва обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Плотность битумов в зависимости от группового состава колеб­лется в пределах от 0, 8 до 1, 3 t/cm^j. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0, 5-0, 6 Вт/(м-°С); теплоемкость -1, 8-1, 97 кДж/кг-°С. Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5■ 10" ⁴ до 8Ю" ⁴⁰С" ', причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения. Устойчи­вость при нагревании характеризуется: потерей массы при нагрева­нии пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более 1%) и темпера­турой вспышки (230-240°С в зависимости от марки).

Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0, 2-0, 3% по массе). Электроизоляци­онные свойства используют при устройстве изоляции электро­кабелей.

Физико-химические свойства. Поверхностное натяжение биту­мов при температуре 20-25°С составляет 25-35 эрг/см². От содер­жания поверхностно-активных полярных компонентов в орга- иическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами (порошкообразными на­полнителями, мелким и крупным заполнителем). Прочные хемосорб- ционные связи битум образует с наполнителем из известняка, доло­мита с большим количеством адсорбционных центров в виде катио­нов Са²⁺ и Mg²⁺.

Старение - процесс медленного изменения состава и свойств би­тума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гид- рофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких состав­ляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.

Реологические свойства битума зависят от группового состава, строения. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твер­дые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязко- упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одно­временно возникает упругая (обратимая) и пластическая (не­обратимая) составляющие деформации. Для описания процесса де­формирования вязко-упругих тел используют реологическую модель Максвелла и др. (см. гл. I).

Химические свойства. Наиболее важным свойством является хи­мическая стойкость битумов и битумных материалов к действию аг­рессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, ме­таллов и других строительных материалов. Битумные материалы хо­рошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%), а также серной (с концентрацией до 50%), соляной (до 25%) и уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, а также при дейст­вии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широ­ко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Физико-механические свойства. Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.

Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в деся­тых долях миллиметра) прибора - пенетрометра.

Температуру размягчения определяют на приборе " кольцо и шар", помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре на­греваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым битумом.

Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) об­разца битума (" восьмерки") при температуре 25^йС, определяемым на приборе - дуктилометре.

Марку битума выбирают в зависимости от назначения. По на­значению различают битумы строительные, кровельные и дорожные. Основные требования, предъявляемые к строительным и кровельным битумам, приведены в табл. 13.1.

Таблица 13, 1

Строительные битумы применяют для изготовления асфальтовых бетонов и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик, по­крытия и восстановления рулонных кровель.

Кровельные битумы используют для изготовления кровельных ру­лонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон); а туго­плавкие битумы служат для покровного слоя. Битумом пропитывали железобетонные конструкции, работающие в грунте, в частности, сваи для антикоррозионной защиты.

§ 3. Дегтевые вяжущие вещества

Деготь представляет собой густую вязкую массу черно-корич­невого цвета, образующуюся при нагревании без доступа воздуха твердых видов топлива (каменного и бурого углей, горючего сланца, торфа, древесины). В строительстве применяют главным образом ка­менноугольные дегги, получаемые в коксохимическом производстве. При переработке 1 т угля получают 700-750 кг кокса, 300-350 м³ кок­сового газа, 12-15 л бензола, до 3 кг аммиака и 30-40 кг сырой камен­ноугольной смолы (сырого дегтя).

Дегтевые вяжущие вещества подразделяются на следующие ви­ды:

сырой каменноугольный деготь: а) низкотемпературный пер­вичный, получаемый при полукоксовании, заканчивающемся при 500-600°С; представляет собой вязкую темно-бурую жидкость плот­ностью 0, 85-1 г/см³, состоящую из насыщенных и ненасыщенных уг­леводородов и фенола: часто служит для получения отогнанного уг­ля; б) высокотемпературный деготь, получаемый при коксовании (ко­торое заканчивается при 1000-1300°С) в виде черной вязкой жидко­сти, либо вязкотвердого продукта плотностью 1, 12-1, 23 г/см³ и тем­пературой размягчения до 40-70°С;

отогнанный деготь (каменноугольная'смола), получаемый в ре­зультате фракцирования сырой низкотемпературной смолы с вы­делением из нее лигроиновой и керосиновой фракций (до 30% от массы смолы); по своей вязкости и свойствам близок к высоко­температурному дегтю;

пек, являющийся твердым остаточным продуктом перегонки сы­рой каменноугольной смолы с выделением из нее: легких масел (ки­пящих до 180°С), фенольной фракции (180-210°С) нафталиновой фракции (210-230°С), антраценового масла (до 360°С); пек - аморф­ная хрупкая масса черного цвета с характерным раковистым изломом плотностью 1, 25-1, 28 г/см³; состоит из высокомолекулярных углево­дородов и их производных, а также свободного углерода от 8 до 30%;

составленные дегти, получаемые сплавлением песков с дегтевы­ми маслами (антраценовым или др.) или обезвоженными сырыми дегтями; широко применяются в строительстве, так как, изменяя со­отношение между пеком и растворителем (антраценовым маслом), можно получать составленные дегти требуемой вязкости и темпера­туры размягчения.

В состав дегтевых вяжущих веществ входят в основном углево­дороды ароматического ряда - производные бензола и их соединения с кислородом, азотом и серой.

Состав каменноугольного дегтя характеризуется содержанием следующих групп веществ: твердые (углистые и неплавкие веще­ства), нерастворимые в органических растворителях, называемые свободным углеродом; дегтевые смолы твердые неплавкие (подоб­ные асфальтенам в битуме) и вязко-пластичные плавкие смолы, рас­творимые в бензоле и хлороформе; жидкие дегтевые'масла, состоя­щие в основном из жидких углеводородов.

Следовательно, дегтевые вяжущие представляют собой сложные дисперсные системы, свойства которых будут определяться соотно­шением между твердой составляющей, смолами и маслами.

Свойства дегтей

Средняя плотность каменноугольных дегтей - 1, 25 г/см³.

Вязкость дегтей повышается с увеличением количества свободно­го углерода и твердых смол за счет уменьшения масляной части дег­тя.

Температура размягчения дегтей высоких марок обычно ниже, чем тугоплавких битумов.

Атмосферостойкость дегтевых материалов (толя, толь-кожи и др.) ниже по сравнению с битумными материалами (рубероидом, пер­гаментом и др.). Это объясняется тем, что дегти стареют быстрее, чем нефтяные битумы. В дегтях содержится большое количество непре­дельных углеводородов, которые подвергаются окислительной поли­меризации при контакте с кислородом и водой, воздействии ультра­фиолетовых лучей солнечного света. Испарение масел и частичное вымывание водой фенолов ускоряет старение, - дегтевые материалы становятся хрупкими и теряют водоотталкивающие свойства.

Биостойкость материалов на основе дегтевых вяжущих выше по сравнению с битумными материалами. Стойкость против гниения объясняется высокой токсичностью содержащегося в дегтях фенола (карболовой кислоты).

§ 4. Асфальтовые бетоны и растворы

Для приготовления асфальтовых растворов и бетонов применяют асфальтовое вяжущее, представляющее смесь нефтяного битума с тонкомолотыми минеральными порошками (известняка, доломита, мела, асбеста, шлака). Минеральный наполнитель не только умень­шает расход битума, но и повышает температуру размягчения бетона.

Прочность асфальтового вяжущего обусловлена соотношением компонентов Б/Н и пористостью после уплотнения и отвердевания. При оптимальном соотношении Б/Н весь битум адсорбирован в виде тонких непрерывных пленок на поверхности частиц тонкомолотого наполнителя, поэтому асфальтовое вяжущее имеет наибольшую прочность.

Мелким заполнителем в растворе и бетоне служат чистые при­родные и искусственные пески с содержанием пылевато-глинистых частиц не более 3% по массе.

Щебень изготовляют из прочных и морозостойких изверженных, осадочных и метаморфических горных пород, а также из металлурги­ческих шлаков. Из осадочных предпочитают карбонатные породы (известняки, доломиты), хорошо сцепляющиеся с битумом. Щебень должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов поперемен­ного замораживания и оттаивания.

Асфальтовые бетоны подразделяют по назначению на гидро­технические, дорожные и аэродромные, для устройства полов в про­мышленных цехах и складских помещениях, плоской кровли, стяжек. Гидротехнические асфальтовые бетоны используют для устройства экранов и в уплотняющих конструкциях швов сооружений, в качестве гидроизоляционных слоев при строительстве каналов, шлюзов, ирри­гационных сооружений. Специальные виды плотного бетона, изго­товленные на химически стойких заполнителях применяют для соз­дания кислотно- и щелочностойких покрытий. Имеются декоратив­ные асфальтовые бетоны (цветные и офактуренные), из которых вы­полняются разделительные полосы на дорогах, переходы, полы вес­тибюлей гражданских зданий.

Основные свойства асфальтового бетона зависят от примененного асфальтового вяжущего, состава и пористости.

Пористость асфальтового бетона обычно колеблется от 5 до 7%. Плотные бетоны (с пористостью не более 5%) практически водо­непроницаемы. Пористость ухудшает долговечность асфальтового бетона в связи с возрастанием водопоглощения, снижением морозо-

12 - 9453

стойкости и увеличением химической коррозии. Наиболее агрес­сивными слоями по отношению к битуму, которые могут содер­жаться в воде, являются сульфаты натрия и магния.

Биохимическая стойкость характеризует сопротивление " орга­ническому выветриванию" под влиянием бактерий, вызывающих раз­ложение сложных органических веществ, составляющих битум. Для повышения биостойкости в состав битумного вяжущего вводят анти­септики.

Состав асфальтового раствора должен быть такой, чтобы пустоты в песке были полностью заполнены асфальтовым вяжущим с избыт­ком (10-15%) для обволакивания песчинок.

Асфальтовый бетон можно представить как смесь асфальтового раствора и крупного заполнителя - щебня. Количество асфальтового раствора берут с расчетом заполнения пустот в щебне и небольшого избытка (10-15%) для плотного бетона. Примерные составы асфаль­товых растворов и бетонов приведены в табл. 13.2.

Асфальтовые бетоны укладывают в горячем или холодном со­стоянии. Наиболее распространены горячие асфальтобетонные смеси, имеющие при укладке температуру 140-170°С. Для их приготовления предварительно высушенные и подогретые до 180-200°С минераль­ные составляющие бетона (тонкомолотый наполнитель, песок и ще­бень) загружают в смеситель, в котором их перемешивают с расплав­ленным битумом (температурой 150-170°С). Готовые горячие смеси привозят на специальных машинах и после укладки уплотняют кат­ками. После остывания, через 1-2 ч, асфальтобетон отвердевает, при­обретая плотность и прочность.

Асфальтовые бетоны, укладываемые в холодном состоянии, при­готовляют на жидких битумах и битумной эмульсии. Жидкий битум подогревают до 110-120°С и смешивают с высушенными и подогре­тыми до той же температуры заполнителями. Асфальтобетонную смесь охлаждают до 60°С, развозят на места и укладывают при тем­пературе окружающей среды не ниже 5°С: Бетон готовят и на битум­ной эмульсии, смешивая вяжущие и заполнители без подогрева. В дегтебетон в качестве вяжущего вещества входит деготь (или пек). Водостойкость, износ и долговечность дегтебетона ниже, чем ас­фальтового бетона.

Вопросы для самоконтроля

1. Как получают битумы и дегти?

2. По каким показателям определяют марку битума?

3. Назовите составы асфальтобетона и асфальтораствора.

4. В результате чего идет процесс твердения асфальтобетонов?

5. Где применяются органические вяжущие?

Дополнительная литература

1. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. - М., 1973.

2. Грудников И.П. Производство нефтяных битумов. - М., 1983.

3. Рыбьев И.А. Асфальтовые бетоны, - М., 1969.

4. Гезенцвей Л.Б. Производство нефтяных битумов. - М., 1985.

Глава XIV. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ § I. Общие сведения

Пластическими массами называют материалы, содержащие в качестве важнейшей составной части высокомолекулярные соеди­нения - полимеры и обладающие пластичностью на определенном этапе производства, которая полностью или частично теряется после отверждения полимера.

Молекулы высокомолекулярных соединений состоят из не­скольких тысяч или даже сотен тысяч атомов. Чаще всего макро­молекулы таких соединений построены путем многократного пов­торения определенных структурных единиц. Степенью полимери­зации называют число структурных единиц, содержащихся в одной макромолекуле.

Молекулярная масса низкомолекулярных соединений обычно не превышает 500. Вещества, имеющие промежуточные значения моле­кулярной массы, называют олигомерами.

Высокомолекулярные соединения встречаются в природе. К ним принадлежит натуральный каучук, целлюлоза, шелк, шерсть, янтарь и

др.

Во второй половине XIX века был открыт процесс вулканизации природного каучука путем нагревания с серой - получение резины. В 1872 г. путем обработки нитроцеллюлозы камфарой был получен целлулоид, который явился первым видом пластической массы на основе производных целлюлозы. В 1887 г. был получен галалит - первая пластмасса на основе белка (казеина).

С начала XX века искусственным путем стали получать новые вы­сокомолекулярные вещества, полученные реакциями синтеза из срав­нительно простых по химическому составу веществ - мономеров.

В двадцатых и тридцатых годах получили промышленное приме­нение мочевино-формальдегидные полиэфирные и другие полимеры. Начиная с тридцатых годов широко начали применяться методы по­лимеризации и были получены полистирол, поливинилацетат, поли- винилхлорид, полиметилметакрилат, синтетический каучук и др. Позднее появились также новые виды поликонденсационных пласти­ков: полиамидные, полиуретановые и др.