Коагуляционные и неорганические поликонденсационные вяжущие

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Н. Н. Башкатов

КОАГУЛЯЦИОННЫЕ 
И НЕОРГАНИЧЕСКИЕ 
ПОЛИКОНДЕНСАЦИОННЫЕ
ВЯЖУЩИЕ

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
08.03.01 — Строительство

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2018

УДК 666.96(075.8)
ББК 38.332я73
         Б33
Рецензенты:
кафедра строительных материалов Южно-Уральского государственного университета (завкафедрой д-р техн. наук, проф. Б. Я. Трофимов);
Л. Я. Крамар, проф., д-р техн. наук (ЮУрГУ (НИУ));
В. А. Голубев декан строительного факультета, доц., канд. техн. наук 
(Пермский национальный исследовательский политехнический 
университет).

Научный редактор — проф., д-р техн. наук Ф. Л. Капустин

 
Башкатов, Н. Н.
Б33    Коагуляционные и неорганические поликонденсационные вяжущие : учеб. пособие / Н. Н. Башкатов. — Екатеринбург : Изд-во 
Урал. ун-та, 2018. — 136 с.

ISBN 978-5-7996-2268-8

В пособии рассмотрены основные закономерности, проявляющиеся 
в технологии и способах получения вяжущих веществ, их свойства. Приведены характеристики при-родного и техногенного сырья для производства 
вяжущих, дано основное оборудование. Предназначено для изучения курса «Вяжущие вещества» для студентов всех форм обучения, обучающихся 
по направлению подготовки бакалавров 08.03.01 «Строительство».

Библиогр: 39 назв. Табл. 30. Рис. 29.
УДК 666.96(075.8)
ББК 38.332я73

ISBN 978-5-7996-2268-8 
© Уральский федеральный

 
     университет, 2018



ВВЕДЕНИЕ

П

о классификации А. А. Пащенко коагуляционные вяжущие вещества делятся на две группы: неорганические и органические [1]. К первой относят глину, 
которая применяется в качестве вяжущего при изготовлении 
саманных кирпичей, известных также под названиями кирпич-сырец, глинобетон, глинофибробетон и глиносырцовый 
материал. Технология производства таких кирпичей широко 
распространена в странах с сухим, жарким климатом: Иран, 
Ирак, Чили. В Советском Союзе этот строительный материал 
был популярен в республиках средней Азии: Киргизии, Туркменистане, Узбекистане. Применение самана в жарких регионах связано с его низкой водостойкостью, то есть глина может 
считаться воздушным вяжущим веществом. Для современной 
России использование глины не является актуальным, так как 
дома, возведенные из самана, требуют в наших условиях длительной сушки, чего непросто добиться, учитывая продолжительность теплого времени года. Это приводит еще к одной 
проблеме — ограниченности по времени строительных работ. 
Поэтому в настоящем учебном пособии глина как вяжущее вещество не рассматривается. Однако такие плюсы самана, как 
дешевизна, простота производства, экологичность, приводят 
к тому, что в нашей стране предпринимаются попытки строительства малоэтажных зданий, а также производятся опыты 
по использованию гидрофобных добавок при его производстве. 
Так что возможно в ближайшем будущем именно глина станет 
основным воздушным вяжущим веществом в нашей стране.

ВВЕДЕНИЕ

Ко второй группе относят битум и деготь. Битум является одним из самых древних строительных материалов, история которого начинается тысячи лет назад. Известно, что уже древние 
строители Междуречья использовали его в качестве гидроизоляции. Понятно, что в те времена не могло быть и речи о переработке нефти, поэтому использовался природный битум или, 
как его сейчас называют, жидкий асфальт. Такое вещество получалось в местах выхода на поверхность битумных озер. Со временем из них улетучивались легкие фракции, а остаток подвергался естественному окислению, превращаясь в асфальт. 
Существуют свидетельства, что еще 2000 лет назад на поверхности Мертвого моря (во времена Иосифа Флавия его называли 
Асфальтовым озером) можно было найти большие куски битума. Кроме того, район Междуречья на сегодняшний день — это 
частично территория современного Ирака — государства, богатого нефтью. Выход битуминозных озер на поверхность для 
региона в те времена не был редкостью, поэтому понятно, что 
для строительства древние шумеры использовали все, что могла предоставить природа — саман, песок, битум, а первые кирпичи состояли из смеси этих материалов, причем битум являлся одновременно вяжущим, скрепляющим сыпучие материалы, 
и гидроизоляцией, придающей водоотталкивающие свойства. 
Знаменитое чудо света — висячие сады Семирамиды (Вавилонское царство) невозможно было бы построить без его использования, так как сады требовали полива, а почва в условиях окружающей пустыни всегда должна была быть влажной. Создать 
все это без хорошей гидроизоляции и герметизации нельзя.
Сегодня битум остается популярным строительным материалом, применяемым в дорожном строительстве и в качестве гидроизоляции труб, фундаментов, обустройства кровли.
Деготь не такой древний материал, как битум. Он был известен в Древней Греции, считается, что, начиная с железного 
века, о нем стало известно и в Скандинавии, однако в течение 
долгого времени его использовали только для просмолки ко

ВВЕДЕНИЕ

раблей. С развитием человечества и началом крупных военных 
конфликтов обнаружилось еще одно свойство дегтя — обеззараживать раны, а затем и лечить некоторые кожные заболевания, так он начал применяться в медицине. До конца XIX века 
в строительстве его применяли ограниченно, как гидроизоляционный материал для кровли, в основном в приморских городах. Связано это было с тем, что основным потребителем считались флот и медицина, однако техническая революция привела 
к замене деревянных кораблей металлическими и производители дегтя вынуждены были искать новые рынки сбыта своей 
продукции.
Сегодня деготь имеет широкий спектр применения:
· в косметической промышленности: в качестве противоперхотной добавки в шампунях, при производстве дегтярного мыла, ароматической добавки для саун, в качестве компонента для некоторых видов косметики;
· пищевой промышленности некоторых стран: как пряность, добавка в кондитерские изделия и алкоголь;
· лакокрасочной промышленности для производства красок;
· медицине в качестве антисептика, противопаразитного, 
сосудосужающего, обезболивающего вещества;
· строительстве: кровельные материалы, дегтебетоны, мастики.
Поликонденсационные, они же полимеризационные вяжущие, подразделяются на три группы: неорганические, органические и элементоорганические. Из них в данном учебном пособии будут рассмотрены только представители первой 
группы: растворимое стекло и вяжущие на его основе, а также 
серный цемент.
Растворимое или жидкое стекло, в быту известное как канцелярский клей, впервые было получено в 1818 году немецким 
химиком Яном Непомуком фон Фуксом. Находит широкую область применения:

ВВЕДЕНИЕ

· в сталелитейном производстве;
· лакокрасочной промышленности: изготовление долговечных силикатных красок;
· строительстве: в качестве гидроизолятора, для изготовления кислотоупорных или жаростойких конструкций;
· как гидроизолятор для ткани и деревянных изделий;
· автомобильной промышленности для производства полиролей;
· в быту как обычный клей для бумаги.
Серные цементы известны с XVII века. В строительстве 
и на флоте широко использовали способность серобетонов соединять металл с камнем при сооружении мостов и производстве якорей. Наиболее серьезно исследованиями серных цементов занимались в основном в США в 70-х годах прошлого века, 
после того как была доказана их безопасность.
На сегодняшний день серные цементы мало применяются 
в строительстве, хотя на их основе возможно производство серобетонов, отличающихся рядом преимуществ, по сравнению 
с обычным бетоном, а также довольно интересных декоративных изделий. Применяют его для заливки швов, в качестве вяжущего для метлахской и стеклянной половой плитки. Кроме 
того, его используют в металлообрабатывающей промышленности при изготовлении гальванических ванн, в качестве замазки при футеровочных работах.
Кроме двух вышеперечисленных веществ, в группу поликонденсационных неорганических вяжущих входит фосфатный 
цемент, он используется в стоматологии. Применения в строительстве не находит, поэтому в данном пособии не рассматривается.
Пособие предназначено для студентов-строителей, изучающих курс «Вяжущие вещества». Понимание данной дисциплины основано на знаниях, которые студенты приобретают в результате освоения таких дисциплин, как «Органическая химия», 
«Физическая химия строительных материалов».



1. БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Б

итумы относятся к органическим коагуляционным вяжущим, то есть к веществам, способным твердеть под 
воздействием процессов коагуляционного структурообразования. По химическому составу такие вяжущие являются смесью высокомолекулярных углеводородов и подразделяются на:
· битумные — углеводороды нафтенового и ароматического ряда с их азото-, серо- или кислородосодержащие производные;
· дегтевые — углеводороды ароматического ряда и их серо-, 
азото- или кислородосодержащими производные;
· дегтебитумные — каменноугольные или сланцевые дегти с нефтяными битумами;
· гудрокомовые — продукт совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона;
· дегтебитумно-полимерные — смесь нефтяных битумов или 
каменноугольных дегтей и полимеров.
Основным свойством органических коагуляционных вяжущих является вязкость, исходя из которой материалы подразделяют на:
· твердые — упругие и хрупкие при температуре 20–25 °C, 
становятся подвижными при 180–200 °C;
· вязкие — мягкие, пластичные при 20–25, подвижные при 
120 –180 °C;
· жидкие — вещества с высоким содержанием летучих углеводородов, применяют при температуре до 120 °C;

1.БИТУМНЫЕВЯЖУЩИЕВЕЩЕСТВА

· эмульсии и суспензии — дисперсные системы, обычно 
из вяжущего в водной среде. Для увеличения устойчивости, как правило, добавляют эмульгатор.
Непосредственно битумы по способу производства подразделяют на:
· остаточные — получаемые концентрированием тяжелых 
нефтяных остатков;
· окисленные — окисление остатков кислородом при высокой температуре;
· компаундированные — смешивание двух первых видов друг 
с другом или с кипящими нефтяными фракциями;
· осажденные — получаемые при деасфальтизации сырья.
По области применения делят на:
· строительные;
· кровельные;
· изоляционные нефтяные;
· дорожные вязкие;
· дорожные жидкие;
· для лакокрасочных продуктов.

1.1. Сырьевые материалы для получения битумов

Битумы можно получать, используя как природные материалы — битуминозные породы, так и искусственные — переработкой нефти. Месторождения природного битума делят на три вида:
· пластовые — битуминозные породы, пропитанные битумом на 5–20 %, температура размягчения до 100 °C;
· жильные — твердый, фактически чистый битум с температурой размягчения более 100 °C;
· поверхностные (битуминозные озера) — результат выхода битума на поверхность. Содержание вяжущего может 
достигать 80–90 % [1].

1.1.Сырьевыематериалыдляполучениябитумов

Как отмечалось выше, летучие углеводороды такого озера 
со временем испаряются, а оставшаяся часть окисляется, в результате чего образуется природный асфальт. Самое известное 
битумное озеро — Ранчо Ла-Брея в Лос-Анджелесе. По сути 
это группа нескольких озер, вокруг которых был образован 
городской парк Хенкок. Его виды с фигурами полуутонувших доисторических зверей можно видеть во многих голливудских фильмах. Самое большое — озеро Бермудес на северо-востоке Венесуэлы. Его площадь 440 га, глубина 1,8 м, при 
этом оно постоянно пополняется за счет притока свежей нефти. Самое большое промышленно разрабатываемое асфальтовое озеро — Пич-Лейк в Тринидаде площадью 40 га и глубиной 80 м. Запасы битума в нем оцениваются в 6–10 млн т, что 
при современном уровне добычи хватит примерно на 400 лет. 
Именно асфальтом из этого озера покрыта улица Пелл-Мэл, 
ведущая к Букингемскому дворцу. Кроме вышеперечисленных государств битумные озера встречаются в Перу, Иране, 
Азербайджане, России, но промышленно не разрабатываются ввиду незначительности запасов и соответственно дороговизны получаемого продукта.
Природный битум относится к каустобиолитам — осадочная 
горная порода органического происхождения с изначальной 
углеводородной основой. Окраска — черная. Подразделяются 
на антраксолиты (нерастворимые) и растворимые (в хлороформе). По содержанию масел различают, мас. %: 5–25 асфальтиты; 25–40 асфальты; 40–65 мальты. По температуре размягчения: жидкие — мальты; неплавкие — кериты, антраксолиты. 
По консистенции подразделяют на жидкие и рыхлые — гуминокериты. Образуется в результате миграции нефти к поверхности за счет биохимического или химического окисления, 
а также при термальной обработке. На сегодняшний день природный битум может использоваться не только в качестве готового вяжущего, но и быть сырьем для получения ряда металлов, в частности ванадия, никеля, урана.

1.БИТУМНЫЕВЯЖУЩИЕВЕЩЕСТВА

Битуминозные породы, как правило, представляют собой различные осадочные породы, в порах, трещинах и пустотах которых может находиться природный битум. Таким путем образуются битуминозные известняки и доломиты (рис. 1, а).
Битум так же может равномерно пропитывать рыхлые породы, скрепляя отдельные частички. Так получаются битуминозные глины, песчаники, пески. Битуминозная глиняно-песчаная смесь получила название кир (рис. 1, б).

а

б

Рис. 1. Битуминозные породы: 

а — известняк; б — кир

(рис. 1, а с сайта http://www историческая самара.рф/самарская природа/недра; 
рис. 1, б с сайта http://www.ecosystema.ru)