3.1. Органический синтез и производство полимеров

1) органический синтез (получение органических продуктов на основе окиси углерода, метановых, этиленовых, ацетиленовых и ароматических углеводородов);

2) производство полимеров и материалов на их основе (целлюлоза, волокна, каучуки, лаки, краски, клеи, пластмассы, резинотехнические изделия);

Отходы органического синтеза не имеют такого значения, как отходы других органических производств. Причина проста: несмотря на то, что в отдельных случаях они достигают значительных объемов, выброс их за пределы предприятия остается минимальным, поскольку они подвергаются практически 100%-ной рекуперации и утилизации. Но это относится только к «штатным» предприятиям. Те же заводы и цеха, которые не производят, а только используют органические вещества, имеют намного меньший уровень использования органических отходов. К сожалению, до сих пор их обезвреживание сводится к сжиганию в неприспособленных для этого печах, т.е. в печах, не снабженных системами гарантированного дожига любой органики до CO 2 и H 2 O (заметим, что даже и в таких приборах не исключено образование исключительно устойчивых диоксинов).

Отходы производства полимерных материалов - это чаще всего мономеры, которые стараются в максимальной степени рекуперировать. Что же касается переработки указанных материалов, то она связана с образованием как химических, так и механических отходов, которые необходимо утилизировать.

3.1.1. Отходы производства хлорированных углеводородов

Подавляющую часть производимого Cl 2 (около 80%) потребляет промышленность хлорорганического синтеза, причем из-за специфики реакций хлорирования органических соединений (RH + Cl 2 = RCl + HCl), коэффициент использования хлора на хлорирование органики не превышает 50% , остальной поступает в отходы в виде абгазной соляной кислоты. Последняя получается в таких количествах, что ее улавливание составляет не менее 10% от общего производства.

3.1.1.1. Утилизация абгазной соляной кислоты

Абгазная соляная кислота – это газообразный отход, содержащий, помимо HCl, также Cl 2 , CO, CO 2 , O 2 , N 2 , H 2 и пары летучих органических соединений.

Наиболее распространенными способами утилизации абгазной HCl являются:

1) абсорбция HCl водой или концентрированной кислотой;

2) абсорбция органики подходящими раствориталями

Особое место в технологии утилизации абгазной HCl занимают методы ее окисления с целью рекуперации Cl 2 . Это наиболее грамотный и экономичный подход, особенно в случае окисления в газовой фазе кислородом в присутствии катализатора (смесь FeCl 3 и KCl):

4HCl + O 2 ® 2H 2 O + 2Cl 2

Можно использовать и пиролюзит по реакции

4HCl + MnO 2 = MnCl 2 + 2H 2 O + Cl 2

при условии регенерации марганца и соляной кислоты:

2MnCl 2 + 0,5 O 2 + 2H 2 O = Mn 2 O 3 + 4HCl .

Регенерированная абгазная кислота полностью соответствует требованиям ГОСТа на техническую HCl , но для целей электролиза она не годится из-за повышенного содержания органики и применяется только для получения хлорорганических соединений, в основном, хлоралканов, для разложения фосфоритов и для обработки бедных руд и шламов.

3.1.1.2. Обезвреживание сточных вод производства поливинилацетата

Исходным сырьем служит винилацетат СН 3 СООСНСН 2 , полимеризацию которого ведут в растворах метанола, этанола и ацетона

в присутствии инициатора (перекиси бензоила). При этом развивается высокая температура, и для охлаждения полученного полимера и его промывки используется вода. В результате промывная вода аккумулирует исходный мономер, растворители и некоторое количество продукта (поливинилацетата). Это так называемая. технологическая вода. Частично её можно использовать для получения водных дисперсий ПВА, используемых для получения клеящих веществ, -в производстве красителей.

Но большую часть СВ необходимо рекуперировать и вернуть промежуточные продукты в производство. И здесь возникает проблема улавливания ценных продуктов, связанная с необходимостью разделения полимера и воды. Последнее представляет весьма сложную задачу, связанную с наобходимостю преодоления противоречия между стремлением технологов получить максимально устойчивые дисперсии и стремлением экологов их разделить. Эту задачу решают путем нагревания СВ и добавления электролитов. После отделения полимера в воде остаются спирты, растворители, мономеры, уксусная кислота. Все эти соединения обезвреживаются в проточных аэротенках, комбинированных с вторичными отстойниками. В результате аэробного окисления образуются многочисленные органические кислоты – конечные продукты жидкофазного окисления органических примесей. Их нейтрализуют известью при рН=11, полученные соли коагулируют и отделяют от раствора. Иногда СВ подвергают прямой дистилляции или ректификации, но кубовые остатки при этом приходится растворять, разбавлять и затем очищать биохимически.

При получении поливинилацетатных дисперсий (ПВАД) часто используют поливиниловый спирт (ПВС, СН 2 СНОН n). Он делает дисперсии настолько устойчивыми, что они не разделяются даже при многократном разбавлении. В этом случае в СВ добавляют коагулянты (FeCl 2 , Al 2 (SO 4) 3) в количестве 100 – 200 мг/л, доводят рН до 7, отделяют коагулят, определяют величину химического поглощения кислорода (ХПК), которая не должна быть выше 500 мг/л, и направляют воду на биологические очистные сооружения.В настоящее время выпускаются суперустойчивые ПВАД, полученные с помощью стабилизаторов типа С-10. В этом случаях схема утилизации полимеров и рекуперации воды оказывается сложнее:

Исх.СВ ® усреднение ® нейтрализация ®(СВ)*® нагрев ® добавление коагулянтов ® коррекция рН ® добавление полиакриламида (ПАА) ® флокуляция ® отстаивание ® верхний слив ® активированный уголь ® регенерация угля ® выделение органической фазы. Нижний продукт отстойников направляют на шламовое поле, а очищенную воду – на БОС.

3.1.1.3. Отходы производства поливинилового спирта

Поливиниловый спирт – продукт омыления ПВА в спиртовых растворах в присутствии щелочных или кислотных катализаторов. Получаемые при этом СВ содержат от 500 до 3000 мг ПВС /л, в то время, как на БОС можно направлять растворы с концентрацией не более 50 – 70 мг/л, а ПДК пвс для открытых водоемов составляет 0,5 мг/л.

Лучший способ обезвреживания подобных СВ – высаливание какой-либо неорганической, например, глауберовой солью Na 2 SO 4. 10H 2 O или бишофитом MgCl 2 ..6H 2 O и последующая коагуляция боратами щелочных и щелочноземельных металлов. При этом достигается практически 100% -ная очистка, и воду можно использовать повторно. Однако возникает проблема существенных потерь ПВС, извлечь который из шлама весьма сложно. Поэтому иногда выгодно ограничиться высаливанием, собрать органическую фазу и направить ее на получение ПВАД.

Пенный способ извлечения ПВС из СВ. Технология сводится к продувке СВ подходящим газом и удалению пены, в которую переходит до 90% всего ПВС. Образующаяся в результате такой «самофлотации» пена довольно устойчива, и для ее разрушения необходимо добавлять небольшое количество исходной воды и коагулянт. Очищенная по этому способу СВ даже в одгоступенчатом варианте содержит не более 50 – 70 мг/л ПВС и может направляться непосредственно на БОС или в заводскую систему локальных очистных сооружений, включающую аэротенки, работающие на базе соответствующих бактериальных штаммов при температуре 20 – 37 0 , рН 6 – 8 и очищающие единичный объем СВ за 3 – 7 суток.

3.1.1.4. Отходы производства полистирола

Процесс полимеризации стирола протекает в водной среде, и готовый полимер подвергается водной промывке, поэтому основными отходами-загрязнителями являются маточные растворы и промывные воды. Суммарные СВ представляют собой молочно-белые коллоидные растворы, содержащие, помимо частиц полимера, также смешанный реагент 3Ca 3 (PO 4) 3 .2Ca(OH) 2 – стабилизатор суспензии ПС. Технология очистки и обезвреживания подобных СВ сравнительно проста:

Исх.СВ ® усреднение ® нейтрализация до рН 10 - 11® добавление 0,1% ПАА ® отстаивание (осадок нейтрализуют до рН 7 и направляют в отвал)® верхний слив ® нейтрализация® флокуляция ® фильтрация (осадок в отвал)® фильтрат на БОС.

Время аэрации СВ для аэротенков-смесителей до 50, для вытеснителей – до 5 часов.

Более сложные технологии предполагают использование методов флотации, электрофлотации и электрокоагуляции, что позволяет организовать водооборот до кратности, равной 10. Последняя ограничена накоплением в СВ неорганических ионов, главным образом, натрия и хлора. При этом отмечено, что накапливающиеся Ca 2+ и SO 4 2- не только не вредят, но и полезны для протекания основного технологического процесса. Кстати, и удалить их намного проще, чем Na + и Cl - . Последние можно эффективно удалить только с помощью мембранных технологий.

3.1.1.5. Обеезвреживание атмосферных выбросов производства пластмасс

Наиболее уязвимой перед возжействием атмосферных загрязнителей является тропосфера, которая простирается на 20 км над поверхностью Земли и составляет 85% всей массы атмосферы. Лишь немногие, в основном, наиболее легкие элементы и соединения попадают в более высокие слои, подвергаясь в них различным превращениям, связанным с воздействием космического излучения. В табл. 4 приводятся данные о макросоставе тропосферы, который изменяется медленно и незначительно.

Таблица 4

Макросостав тропосферы, %об.

Компонент N 2 O 2 Ar CO 2 Ne He Kr Xe

В отличие от макросостава тропосферы, ее микросостав, во-первых отличается огромным разнообразием, во-вторых, изменяется с заметной скоростью и, в-третьих, не столь стабилен и зависит от региональных техногенных условий (табл 5).

Таблица 5

Компонент CH 4 H 2 N 2 O CO O 3 NO + NO 2 NH 3 Др. углеводороды

Причинами загрязнения атмосферы выбросами газовыделяющих про-

изводств являются:

Неполный выход основного продукта;

Образование побочных газообразных веществ;

Выброс части сырья, содержащего газообразные компоненты;

Потери вспомогательных газообразных и легколетучих веществ (чаще всего растворителей);

Выделение продуктов горения, окисления, гниения, разложения;

Малое и большое дыхание неполногерметичной аппаратуты (малое – потери за счет разности давлений внутри и снаружи реактора, большое – выбросы во время опорожнения и заполнения реактора жидкими летучими компонентами);

Потери при протекании периодических процессов или отдельных стадий;

Потери за счет переналадки, переоснащения, профилактики и ремонта аппаратуры;

По степени токсичности, выражаемой уровнем ПДК в рабочей зоне (ПДК р.з.) газовые выбросы делятся на 4 категории:

· чрезвычайно токсичные – ПДК р.з < 1 мг/м 3 ;

· высоко токсичные - 1 < ПДК р.з. < 10;

· умеренно токсичные - 10 < ПДК р.з. < 100;

· малотоксичные - ПДК р.з. > 100;

В промышленности пластмасс наиболее токсичными являются выбросы фтористых соединений, стирола, нитрила акриловой кислоты, бензола, этилбензола, винилхлорида, фенола, формальдегида, метанола, винилацетата и др.

3.1.1.5.1. Методы утилизации газовых выбросов

Исходным набором данных, определяющим применимость того или иного метода улавливания, являются физические и химические свойства газа, его токсичность, роль в данном технологическом процессе, а также дефицитность, стоимость и некоторые другие показатели.

1. Рассеяние. Это метод пассивного обезвреживания, преследующий цель снижения средней концентрации газа до безопасного уровня, определяемого величиной его ПДК. Основной прибор, обеспечивающий рассеяние – труба с естественным или принудительным газопотоком. Высота трубы, позволяющая осуществить рассеяние, определяется расчетом на основе соответствующих исходных данных и условий (постоянство агрегатного состояния, химическая инертность, постоянная входная концентрация, постоянная фоновая концентрация, двумерность зоны рассеяния и др.). К сожалению, рассеяние часто применяют, не считаясь с необходимостью выполнения всех этих условий, и это дискредитирует простой, надежный и дешевый метод..

2. Обеспыливание . Сухое производится в пылевых камерах, акустических пылеуловителях (частота 3 – 5 кГц), мокрое – в полых и насадочных скрубберах и в циклонах с пристеночной водяной пленкой. Применимость этого метода определяется в основном теми же условиями, что и в случае использования метода рассеяния. Олнако, поскольку метод предполагает наличие достаточно сложной и дорогой аппаратуры, то обеспыливание стремятся совместить с операциями очистки и обезвреживания газа.

3. Абсорбция . Ее применяют на заключительных стадиях очистки, используя абсорбенты, заряженные подходящими активными группировками.

4. Адсорбция . Применяется для финишной очистки обеспыленных и очищенных от наиболее активных компонентов газовых выбросов. Речь идет об удалении таких относительно менее реакционноспособных молекулах, как низшие оксиды азота, СО, метановые углеводороды и т.п. Для этого применяют большой набор регенерируемых и нерегенерируемых адсорбентов, таких, как уголь, силикагели, алюмогели, цеолиты, кокс, глины, торф, бокситы, пеностекло, пеношлакоситаллы, смолы, а также синтетические неорганические сорбенты на основе оксидов кремния, алюминия и циркония.

В наиболее развитом варианте технологическая схема процесса адсорбционной очистки газа включает узел адсорции и десорбции (могут осуществляться как в одном и том же, так и в разных аппаратах) и узел переработки десорбата, включающий аппаратуру для отстаивания, вакуумной отгонки, дистилляции, ректификации и экстракции.

Если адсорбент и адсорбат недефицитны, то их подвергают огневому рафинированию, которое, однако, имеет известные ограничения. Если же они являются ценными компонентами, то десорбцию совмещают с регенерацией адсорбента и ведут либо с помощью водяного пара, парообразного или жидкого органического растворителя, либо даже в токе инертного газа.

3.1.1.6. Некоторые особенности абсорбционной очистки газов

Улавливание растворимых газов и паров жидкостями подчиняется известному закону Генри:

с г = к. Р г,

где с г - концентрация газа в смеси, кг/м 3 ; к - постоянная, зависящая от температуры, а также от свойств газа и жидкости; Р г - парциальное давление газа, МПа.

От растворимости данного газа зависит расход поглотительной жидкости.

В основе расчета технологического процесса абсорбции лежит уравнение материального баланса газа:

Q (Y* н - Y* в) = L (X* н - X в *),

где Q - расход поглощаемого газа, кг/с;

Y* н и Y* в - концентрации поглощаемого газа в газовом потоке в нижней и верхней точках аппарата, кг/м 3 ;

Х* н и Х* в - концентрации поглощаемого газа в поглощающей жидкости в нижней и верхней точках аппарата, кг/м 3 .

В качестве абсорбента может быть использована любая жидкость, в которой данный газ достаточно хорошо растворим. Но для эффективного использования в конкретном технологическом процессе поглотитель должен обладать следующим набором качеств:

· высокая поглотительная способность;

· селективность действия по отношению к данному газу (абсорбтиву);

· устойчивость к термическому разложению;

· химическая устойчивость;

· низкая летучесть при данных технологических условиях;

· низкая вязкость;

· низкая коррозионная активность;

· хорошая способность к регенерации;

· низкая стоимость по сравнению с извлекаемым компонентом;

· низкая токсичность, а по возможности – безвредность.

Этим условиям в оптимальной степени соответствуют вода и водные растворы кислот, солей, щелочей, окислителей, восстановителей, комплексообразователей, а также некоторых органических водорастворимых жидкостей, таких, как спирты, ацетон, диметилсульфоксид и др.

Основной недостаток абсобционных методов – образование шламов, забивающих аппаратуру и обвязку. Чтобы этого избежать, абсорбции должны предшествовать более дешевые методы очистки газа.

3.1.1.7. Твердые отходы производства пластмасс

Производство пластиков в мире удваивается каждые 5 лет, в то время, как период удвоения производства других материалов составляет 10, 15 и даже 20 лет. Отсюда катастрофический рост объема твердых отходов в развитых странах, который, несмотря на все усилия, не снижается за пределы 1% от объема производства и составляет в США - 6, в Японии - 4, в Германии - 1,5, в Англии - 1 и в остальных странах 0,5 млн. тн.

В целом отходы пластмасс четко подразделяются на 4 вида:

1) отходы производства;

2) отходы переработки;

3) отходы промышленного потребления;

4) отходы бытового потребления.

Доля каждого вида в общем объеме возрастает от 1 к 4, например, в Японии первая позиция составляет 5, вторая - 10, третья - 20, четвертая - 65%. Парадоксально, но объемы утилизации в большинстве стран-производителей пластиков возрастают, наоборот, от 4 к 1, что еще больше усиливает крутизну кривой роста в прямом направлении. Основная проблема здесь состоит в том, что чем глубже степень переработки, тем сложнее процессы утилизации. Здесь правомерно говорить о качестве отходов с точки зрения их способности к утилизации и признать, что отходы пластмасс с этой точки зрения самые сложные. Поэтому в настоящее время развиваются два технологических направления, призванных разрешить проблему отходов пластмасс:

Совершенствование технологии производства и переработки пластмасс, обеспечивающее минимизацию отходов;

Совершенствование технологии переработки отходов полимерных материалов.

Эти направления развиваются в основном в применении пластмасс производственного назначения, которые в меньшей степени подвергаются рассеянию. Степень рассеяния отходов пластмасс бытового потребления обратно пропорционально числу людей в данной местности, сконцентрировать их намного труднее. К тому же и качественные показатели их сильно различаются из-за стремления фирм повысить их декоративность, привлекательность, что связано с введением добавок, затрудняющих утилизацию.

Поэтому в отношении пластмасс бытового назначения развиваются методы производства фото-, хемо-, био- и радиоразрушаемых пластмасс, срок службы которых ограничивается сроком их использования.

3.1.1.7.1. Измельчение отходов пластмасс

В технологии утилизации отходов пластмасс есть один сложный аспект, связанный с операцией, которая предшествует любому последующему процессу их переработки. Речь идет об их измельчении, и сложность здесь в том, пластмассы в большинстве своем – вязкие, вязко-упругие, пластичные, мягкие, часто пеноподобные, волокнистые или пленочные материалы.

Для их измельчения чаще всего используют ножевые дробилки, снабженные устройствами для охлаждения материала и деталей аппарата и позволяющие получить минимальный размер до 2 мм.

По измельчаемости полимеры располагаются в следующий ряд:

Полистирол(ПС)>Полиэтилен низкого давления(ПЭн.д.) >Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)> Полипропилен (ПП)> Полиамид (ПА)>Полиэтилен высокого давления (ПЭв.д.)>Полиуретан (ПУ)>Политетрафторэтилен (ПТФЭ) .

Особое место среди способов измельчения пластмасс занимают криогенные технологии, применяемые для дробленияи и измельчения трудноизмельчаемых пластиков – ПУ и ПТФЭ в среде жидкого азота (Т кип =77 К).

В отдельных случаях измельчение удается исключить. Например, индивидуальные (однородные) отходы термопластичных полимеров перерабатывают на типовом оборудовании в изделия менее ответственного назначения. Коллективные отходы подвергают гидроэкструзии (выдавливанию через узкие отверстия), при которой наблюдается саморегулирование вязкостных характеристик отдельных типов полимеров. Используется также двухканальная гидроэкструзия, при которой внутренние слои полимера представляют собой отходы, а тонкий наружный слой формируется из первичного высококачественного пластика.

Значительную часть отходов пластмасс перерабатывают в пеноизделия, используя для вспенивания смеси карбонатов с лимонной кислотой. Часто совмещают литье и вспенивание расплавов с диамидом азодикарбоновой кислоты, который получают по следующей схеме:

­­ ­­ ­­ ­­ ­­ ­­

С - С Þ С - С Þ C - N = N - C Þ N 2 ­

¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯

НО ОН Н 2 N NН 2 H 2 N NH 2

Дикарбо- Диамид ди- Диамид азодикарбоновой

новая к-та карбоновой к-ты к-ты

В целом необходимо учитывать, что механические характеристики вторичных изделий, как правило, хуже, чем первичных, но все же экономичность вторичной переработки остается достаточно высокой из-за улучшения экологических показателей среды, дешевизны сырья, простоты технологии и экономии энергии. Кроме того благодаря дешевизне вторичных материалов из них можно изготавливать малые архитектурные и строительные формы, герметичные емкости и контейнеры для захоронения ядовитых веществ.

Наименее квалифицированное применение твердые отходы пластмасс находят в строительстве в качестве заменителей битумов, но их можно также использовать для производства плит, погонажа и других полимердревесных изделий.

Совершенно иное направление утилизации твердых отходов пластмасс складывается на основе процессов термодеструкции полимеров, позволяющих получить низкомолекулярные полимеры, а также газообразные и жидкие продукты глубокого пиролиза.

3.2. Отходы резинотехнических изделий

В зависимости от количества введенной при вулканизации серы резины можно разделить на мягкие (2 – 8% S), полумягкие (8 – 12%), полутвердые (12 – 20%) и твердые (25 – 30%).

Отходы резинотехнических изделий (РТИ) , как и пластмасс, образуются в 4 основных сферах: первичное производство полимеров; производство РТИ; промышленное потребление; бытовое использование.

Основная масса РТИ потребляется в сфере промышленного производства. Важнейшие виды РТИ – это автомобильные покрышки и другие формовые изделия, конвейерные ленты, приводные ремни, шестерни, различные детали трения, половые и кровельные покрытия, сырая резина, прорезиненные ткани, техническая пластина, футеровочные и гидроизоляционные материалы.

Отходы РТИ делятся на невулканизированные и вулканизированные. Первые могут быть возвращены в первичное производство, вторые подвергают механической или химической переработке. Вторичная механическая переработка позволяет получить ряд ценных изделий и материалов: плиты, шифер, антивибрационные, гидро- и электроизоляционные прокладки, блоки для окантовки дамб, причалов, волнорезов, противооползневых ограждений. Кроме того, во всех случаях из отходов вулканизированных резин могут быть получены наполнители для изготовления многих видов первичных изделий.

3.2.1. Отходы шинной промышленности

Шины – один из самых многообразных и многочисленных видов РТИ. Масса 1 покрышки колеблется от 1 до 1000 кг. Эффективная переработка покрышек – дело будущего. А пока что это один из самых крупномасштабных видов твердых отходов мирового производства искусственных материалов.

Механическая переработка шин мало чем отличается от переработки других вулканизированных материалов и связана с решением ряда проблем сбора, сортировки, измельчения, хранения, транспортировки – проблем, которые в ряде случаев делают механическую переработку нерентабельной. Некоторые страны в этом вопросе пошли по пути так называемого отложенного спроса, предоставив потомкам решать эту сложную технологическую задачу. В результате возникли хранилища и склады, в которых скопились миллионы покрышек.

Химическая переработка шин включает следующие методы:

1) водная термохимическая автоклавная девулканизация, которая включает измельчение, обработку водой при температуре180 0 и давлении 0,5 Мпа в течение 6 – 8 часов и последующее использование образовавшегося девулканизата для получения вторичных РТИ;

2) щелочная эмульгационная девулканизация с получением водных дисперсий, пригодных для изготовления пленок, пропиток, покрытий, кровельных и футеровочных материалов и др.

3) высоко- и низкотемператйрный пиролиз.

Способы 1 и 2 – это скорее рекуперация, нежели утилизация, поскольку они предусматривают получение девулканизатов – латексов и сырых резин, которые возвращаются в первичное производство. Третий способ представляет классический пример утилизации, т.е. совокупности технологий, позволяющих получить на базе отходов новые продукты, в данном случае целую гамму новых ценных веществ.

3.2.1.1.Технология высокотемпературного пиролиза покрышек

Пиролиз, или сухая перегонка органических веществ, возник как один из методов переработки природных жидких и твердых топлив. . Он осуществляется путем нагревания продуктов в закрытых аппаратах без доступа или с ограниченным поступлением воздуха. При этом могут протекать: а) физические и б) физико-химические процессы разделения компонентов по температурам плавления и кипения и в) химические процессы деструкции сложных веществ с образованием более простых, низкомолекулярных жидких и газообразных продуктов.

Реакционный аппарат представляет вертикальную печь с верхней загрузкой, отапливаемую горючими газами самого процесса пиролиза и продуваемую горячим воздухом. Покрышки через шлюзовой затвор загружаются в верхнюю часть аппарата, подвергаются первоначальному нагреву, подсушиваются отходящими газами и продвигаются в зону нагрева и далее в реакционную зону, в которой и происходит основной процесс пиролиза. Летучие продукты пиролиза и пиролизные газы, содержащие 50% H 2 , 25% СН 4 и 25% высококипящих веществ, поступают в аппарат для отделения сажи и далее в ректификационную колонну, в которой происходит окончательное разделение продуктов на горючие газы, а также на легкую, среднюю и тяжелую фракции, представляющие собой смеси жидких и твердых при обычной температуре продуктов. При этом на 100 тонн покрышек получают 40 тонн дефицитной зажи, возвращаемой на шинные заводы и на производство пластмасс, 25 тонн масел высокого качества, 25 тонн горючих газов и 10 тонн стали. Производительность аппарата может достигать 10 тыс. тонн покрышек в год.

Для пиролиза смесей более мелких фракций РТИ, а также органических составляющих мусора применяют барабанные вращающиеся печи типа цементных, недостатком которых являются значительные выбросы газзообразных веществ в атмосферу из-за невозможности надежной герметизации загрузочных и разгрузочных узлов.

3.3. Утилизация нефтеотходов

В 2000 году добыча нефти составила около 5 млрд. тонн. Ее уровень определяется не техничекими возможностями, а экономическими интересами основных стран-производителей. По пути к местам переработки часть ее неизбежно теряется, попадая в разряд транспортных потерь (испарение, утечки, проливы, неполносливы, обводнение, аварийные сбросы и т.п.). Эти отходы трудно даже учесть, не говоря об утилизации.

Прочие нефтеотходы (НО) подразделяются на 2 группы – отходы переработки и отходы потребления. Первые – топлива, масла, смазки, растворители – обычно относят к механическим отходам, подвергают механической рекуперации и присоединяют к соответствующим видам продукции напосредственно в ходе технологических процессов. Вторые – отходы и выбросы соответствующих отработанных нефтепродуктов – теряются или утилизируются в ходе эксплуатации соответствующих машин и агрегатов. Их можно назвать эксплуатационными отходами. Отношение масс транспортных, механических и эксплуатационных отходов в США равно 1: 1: 15. Можно полагать, что и среднемировой баланс нефтеотходов мало отличается от этого соотношения.

Соответственно распределяются и резервы повышения коэффициента использования НО: он определяется, в основном. уровнем утилизации эксплуатационных отходов. При этом необходимо разделить все виды эксплуатационных потерь на неизбежные при данном уровне развития технологии и на те, которых можно избежать за счет ее усовершенствования. Например, угар топлива и масел в двигателях внутреннего сгорания неизбежны, хотя и могут быть минимизированы, но мойка и обезжирка замасленных деталей растворителями должны быть категорически запрещены. Только за счет замены этих жидкостей эффективными и пожаробезопасными моющими средствами можно сохранить для более квалифицированного использования около 1 млн. тн. нефтепродуктов, что составляет, однако, не более 10% от возможной экономии этих материалов только по России.

Нефтеотходы загрязняют все три агрегатных составляющих биосферы, но все же большая часть их попадает в водную среду, уровень загрязнения которой непрерывно растет и для индустриальных зон может колебаться от 0,1 до 100 мг/л. Это не удивительно, если учесть, что до 25% чистой водопроводной воды в России пиратски используется на технические нужды, а на большинстве предприятий сети технического водопровода вообще отсутствуют.

Расчетные исходные нормы загрязнения нефтеотходами воды, поступающей на очистные сооружения, составляет для производственных СВ 800, а для ливневых – 200 мг/л (СНиП - II – 93 – 74).

Следует, однако, отметить, что небольшие количества НО довольно легко поглощаются естественной гидробиологической средой (ЕГБС), не загрязненной другими отходами, подавляющими развитие бактерий.

ЕГБС очень своеобразно усваивает нефтеотходы:

® Г ® ® Ж - верхние слои водоема

НО ЕГБС ¯

® Ж ® ® Т - донные отложения

На схеме показано, что все виды газообразных и жидких НО в конечном итоге образуют донные отложения водоемов, биопревращения которых протекают намного медленнее из-за уменьшения концентрации кислорода. В результате накопления донных отложений фон загрязнения воды может достигать 2 мг/л. Особенно страдают северные водоемы, в которых дополнительными аккумуляторами нефтезагрязнений являются снег и лед (содержание НО в них составляет 0,3 – 0,6 кг/м 3), при таянии которых наблюдаются пики содержания НО в воде.

3.3.1. Классификация отходов нефтепереработки

Основную часть НО составляют токсичные промышленные отходы органического типа с минеральными и дисперсными металлическими примесями. Номенклатура НО включает 5 типов:

· автомобильные и энергетические топлива;

· смазочные и охлаждающие масла;

· топливные и смазочные присадки;

· растворители и разжижители;

· смазочно-охлаждающие жидкости.

В среднем отходы всех этих пяти типов НО составляют около 10% от объема продукции нефтепереработки. Утилизация их, как правило, не вызывает затруднений, Некоторые виды НО принимаются на переработку заводами-изготовителями. Однако, существует проблема, ограничивающая масштабы развития квалифицированных технологий утилизации, - смешивание различных видов НО. Поэтому необходимо различать виды и группы НО, их фазовые состояния и способы переработки (табл. 5, принятые сокращения: НССВ – нефтесодержащие сточные воды; Т – твердое; Ж – жидкое, ПЖ – полужидкое, П – пастообразное, ВЛ – влажность, М – маслообразное, С – суспензия, Э – эмульсия, ОС – осадки, ШЛ – шламы, СЛ – сливы, ЛОС – локальные очистные сооружения, КОС – кустовые очистные сооружения, КОК – крупные очистные комплексы, НПЗ – нефтеперерабатывающие заводы, СОЖ – смазочно-охлаждающие жидкости, Р – растворители, ПРЖ – промывочные жидкости, ФК – флотоконцентраты, КГ – кислые гудроны, ПАВ – поверхностно-активные вещества).

3.3.2.1. Пассивное и активное обезвоживание нефтеотходов

Пассивное обезвоживание осуществляют в прудах-испарителях, в полях-шламонакопителях и в резервуарах-уплотнителях, активное – в сгустителях, фильтрах, циклонах и центрифугах. Пассивные, без механического воздействия, методы обезвоживания требуют для своей реализации значительные площади и затраты на поддержание режима подачи разделяемых материалов. Обезвоженные этими методами шламы направляют на окончательную обработку с целью выделения и очистки нефтяных фракций.

Более эффективными разделителями фаз являются отстойники. Но скорости отстаивания отдельных категорий НССВ резко различаются, и в целом остаются весьма невысокими. При этом конечные продукты отстаивания (ШЛ) содержат значительны количества воды. Остаточная влага составляет, 60 - 80% (сказывется отрицательное влияние нефтеглинистых фракций). Поэтому для их разделения необходимо применять интенсивные методы обезвоживания, прежде всего фильтрацию с предшествующей коагуляцией. Нефтепесковые смеси отстаиваются хорошо, и осадки содержат не более 30% остаточной влаги.

Таблица 5

Происхождение и способы переработки нефтеотходов

Каждая наука насыщена понятиями, при не усвоении которых основанные на этих понятиях или косвенные темы могут даваться очень трудно. Одними из понятий, которые должны быть хорошо усвоены каждым человеком, который считает себя более-менее образованным, есть разделение материалов на органические и неорганические. Не важно, сколько человеку лет, эти понятия в списке тех, с помощью которых определяют общий уровень развития на любом этапе человеческой жизни. Для того чтобы понять, в чем отличия этих двух терминов, сначала нужно выяснить, что собой являет каждый из них.

Органические соединения – что это

Органические вещества – группа химических соединений с неоднородной структурой, в состав которых входят элементы углерода , ковалентно связанных между собой. Исключение составляют карбиды, угольные, карбоновые кислоты. Также одними из составляющих веществ, кроме углерода, есть элементы водорода, кислорода, азота, серы, фосфора, галогена.

Такие соединения формируются благодаря способности атомов углерода перебывать в одинарных, двойных и тройных связях.

Сферой обитания органических соединений являются живые существа. Они могут быть как в составе живых существ, так и появится в результате их жизненной деятельности (молоко, сахар).

Продуктами синтеза органических веществ являются продукты питания, лекарства, элементы одежды, материалы для строения, различное оборудование, взрывчатки, различные виды минеральных удобрений, полимеры, добавки для пищи, косметика и другое.

Неорганические вещества – что это

Неорганические вещества – группа химических соединений, которые в своем составе не имеют элементов углерода, водорода или химических соединений, составляющим элементом которых является углерод. Как органические, так и неорганические являются составляющими клеток. Первые в виде дающих жизнь элементов, другие в составе воды, минеральных веществ и кислот, а также газов.

Что общего между органическими и неорганическими веществами

Что может быть общего между двумя, казалось бы, такими понятиями-антонимами? Оказывается, общее и у них имеется, а именно:

1. Вещества как органичного, так неорганического происхождения состоят из молекул.
2. Органические и неорганические вещества можно получить в результате проведения определенной химической реакции.

Органические и неорганические вещества – в чем разница

1. Органические более известны и исследованы в науке.
2. Органических веществ в мире числится намного больше. Количество известных науке органических – около миллиона, неорганических – сотни тысяч.
3. Большинство органических соединений связаны между собой с помощью ковалентного характера соединения, связь неорганических между собой возможна с помощью ионного соединения.
4. Присутствует отличие и по составу входящих элементов. Органические вещества составляют углеродные, водородные, кислородные, реже – азотные, фосфорные, серные и галогенные элементы. Неорганические – состоят из всех элементов таблицы Менделеева, кроме углерода и водорода.
5. Органические вещества намного значительнее поддаются влиянию горячих температур, могут разрушаться даже при незначительных температурах. Большинство неорганических менее предрасположены к воздействию сильного нагревания из-за особенностей типа молекулярного соединения.
6. Органические вещества являются составляющими элементами живой части мира (биосферы), неорганические – неживой (гидросферы, литосферы и атмосферы).
7. Состав органических веществ является по своему строению сложнее, чем состав неорганических.
8. Органические вещества отличаются большим разнообразием возможностей химических превращений и реакций.
9. Из-за ковалентного типа связи между органическими соединениями химические реакции по времени продолжаются несколько дольше, чем химические реакции в неорганических соединениях.
10. Неорганические вещества не могут быть продуктом питания живых существ, даже более того – некоторые из этого типа сочетаний могут быть смертельно опасны для живого организма. Органические вещества являются продуктом, произведенным живой природой, а также элементом строения живых организмов.

ГЛАВА 2.

ОРГАНИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В зависимости от химического состава все строительные материалы можно условно разделить на органические и неорганические. К органическим материалам относятся: древесина, органические вяжущие, которые могут встречаться как в природе, так и быть полученными путем глубокого окисления нефти, а также синтезированные полимеры.

2.1. Древесина

Древесину применяют издавна в строительстве благодаря ряду присущих ей положительных свойств: высокой прочности при небольшой средней плотности (ККК = 0,7 – 0,8), малой теплопроводности, легкости обработки и декоративности. В строительстве применяют как хвойные, так и лиственные породы. Область их рационального использования представлена в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Применение хвойных и лиственных пород в строительстве

Применение в строительстве	Древесные породы
			лиственные
	сосна,	листвен-ница			береза, осина	бук, граб
Производство фанеры
Мостостроение
Гидротехническое
строительство
Изготовление шпал
Изготовление паркета
Стеновые отделочные материалы

Дерево состоит из ствола, кроны и корней. Ствол является основной и наиболее ценной частью, из него получают от 60 до 90 % деловой древесины.

По своему строению древесина является волокнистым пористым материалом, состоящим из живых и мертвых клеток. По назначению клетки подразделяют на проводящие питательные вещества, запасающие и механические. Макроструктуру древесины изучают в поперечном и двух продольных сечениях: радиальном и тангенциальном (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Разрезы ствола дерева:

а – торцевой; б – тангенциальный; в – радиальный;

Элементы древесины: 1 – сердцевина; 2 – ядро; 3 – заболонь; 4 – кора

На поперечном сечении у хвойных пород имеются годовые кольца. Каждое кольцо состоит в свою очередь из светлого кольца ранней древесины и более темного – поздней. Ранняя древесина образовалась весной или в начале лета, она состоит из крупных тонкостенных клеток, склонна к загниванию, имеет большую пористость и низкую прочность. Древесина, образовавшаяся летом и в начале осени (поздняя), имеет темный цвет вследствие насыщения смолянистыми веществами, большую плотность и прочность. Следовательно, чем больше образовалось поздней древесины, тем выше ее общая прочность и стойкость по отношению к воде.

Вследствие волокнистого строения древесина относится к анизотропным материалам, т. е. все ее физические и механические свойства в разных направлениях различны.

2.1.1. Общие свойства

Каждая порода дерева имеет характерный цвет и текстуру (рисунок). Хвойные породы в основном обладают простым и однообразным рисунком, древесина лиственных пород – сложным. Благодаря богатству и разнообразию текстуры ряд пород – дуб, бук, орех, каштан – высоко ценятся в столярно-отделочных работах.

Истинная плотность древесины, состоящей в основном из целлюлозы, составляет 1540 кг/м3 и практически не зависит от породы дерева. Средняя плотность колеблется от 450 кг/м3 (кедр, пихта) до 900 кг/м3 и более (граб, железное дерево, самшит, кизил) и зависит от общей пористости, которая для хвойных пород равняется 46 – 81 %, лиственных – 32 – 80 %.

Вследствие гидрофильной природы и волокнистой пористой структуры древесина при изменении температурно-влажностных условий эксплуатации легко впитывает и отдает влагу. В зависимости от влажности (степень насыщения водой в %) древесину подразделяют на мокрую – свежесрубленную (более 35 %), воздушно-сухую (15 – 20 %) и комнатно-сухую (8 – 12 %). Влажность, приобретенную древесиной при длительном нахождении в условиях постоянного температурно-влажностного режима, называют равновесной. Полная влажность (при погружении в воду) может доходить до 200 %. Так как влажность влияет на все физические и механические свойства древесины (увеличиваются размеры, повышается электро- и теплопроводность, снижается прочность), то с целью анализа области применения вводят показатель стандартной влажности – 12 % и все свойства пересчитывают с его учетом по специальным формулам. Влага в древесине находится в трех видах: химическая , входящая в состав основного вещества целлюлозы, гигроскопическая , адсорбированная на стенках клеток, и свободная , заполняющая клетки и межклеточные пространства.

Колебания влажности влекут изменения размеров и форм изделий. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает в различных направлениях неодинаково. Вдоль волокон усушка составляет 1 см на 1 м
(1 %), в радиальном направлении 3 – 6 см на 1 м (3 – 6 %), в тангенциальном 6 – 12 см на 1 м (6 – 12 %). Неравномерность усушки и, как следствие, коробление приводят к появлению внутренних напряжений и растрескиванию пиломатериалов и бревен. Для предотвращения коробления и растрескивания деревянных изделий их изготавливают из древесины, предварительно высушенной до той равновесной влажности, которая будет при эксплуатации. Для столярных изделий, эксплуатируемых внутри помещения, влажность 8 – 10 %, для наружных конструкций 15 – 18 %. Чтобы защитить древесину от последующего увлажнения, ее покрывают водостойкими красками, полимерными пленками. В круглом лесе и пиломатериалах трещины усушки образуются в первую очередь на торцах. Для уменьшения растрескивания торцы бревен, брусьев обмазывают смесью из извести, соли и клея или другими защитными составами.

При влажных условиях эксплуатации древесина подвергается разрушающему действию микроорганизмов – загнивает. Предохраняют древесину от разрушения и продлевают срок службы конструкций и изделий в зданиях и сооружениях за счет обеспечения вентиляции, предварительной естественной или искусственной сушки, окраски водостойкими красочными и пастовыми составами и антисептированием. Сушку проводят или в хорошо вентилируемом складе под навесом в течение от 2 – 3 месяцев до полутора лет, или с использованием специального оборудования. Для искусственной сушки применяют специальные камеры-сушила непрерывного и периодического действия с естественной и принудительной циркуляцией воздуха. Теплоносителем является сначала водяной пар с температурой 70 – 80 °С, а затем нагретый до 50 – 60 °С воздух. Продолжительность сушки – 3 – 6 сут.

Для ускорения процесса сушки до 8 – 12 ч пакет деревянных изделий погружают в ванну с нагретым до 130 °С петролатумом, представляющим собой гидрофобный продукт переработки нефти. Сушку особо ценной древесины проводят в поле токов высокой частоты. Метод основан на превращении энергии переменного электрического тока в тепловую энергию, вызывающую нагрев древесины и испарение воды.

Антисептирование проводят с использованием специальных веществ – антисептиков, которые подразделяют на водорастворимые (фтористый и кремнефтористый натрий, хлористый цинк, медный купорос), применяемые для условий эксплуатации в помещении, и маслянистые (антраценовое, каменноугольное, сланцевое масло), используемые для древесины, находящейся на открытом воздухе, в земле или в воде. Аналогичное назначение имеют антисептические пасты для обмазки на основе битума и жидкого стекла. Последние не водостойки и поэтому сверху их защищают такими гидроизоляционными рулонными материалами, как толь, рубероид.

К антисептикам предъявляют следующие требования: возможно большая токсичность по отношению к дереворазрушающим микроорганизмам; длительное сохранение токсичных свойств; отсутствие вредного влияния на прочность древесины и металла крепления (болты, гвозди); способность как можно глубже проникать в толщу древесины; безвредность для людей.

Пропитка древесины антисептиками может проводиться несколькими методами: поверхностная обработка кистями на глубину 1 – 2 мм; поочередное погружение изделий в горяче-холодные ванны с температурой 90 – 20 °С соответственно; под давлением 0,6 – 0,8 МПа в автоклавах; насыщением в высокотемпературной ванне при 160 – 170 °С.

Теплопроводность и электропроводность древесины зависят от ее пористости, влажности и направления потока тепла или электрического тока. В сухом состоянии древесина является теплоизоляционным материалом и хорошим диэлектриком.

По огнестойкости древесина относится к сгораемым материалам, ее возгорание происходит при температуре 250 – 300 °С. Нормами допускается использование древесины для изготовления балок, колонн, арок, ферм, рам при условии пропитки материала специальными огнезащитными веществами – антипиренами. Наиболее эффективен метод обработки под давлением. Традиционными средствами огнезащиты деревянных конструкций являются покрытия на основе цементно-песчаных, глиняных и других штукатурок. Для огнезащиты древесины широко применяют также разнообразные краски – невспучивающиеся и вспучивающиеся, неорганические и органические. Покрытия и краски защищают материал от воспламенения, выделяя при нагревании газы, препятствующие процессу горения и поглощающие выделяющуюся теплоту, или воду, поддерживающую температуру на уровне 100 °С. Для огнезащиты деревянных конструкций применяют также плитные и листовые материалы. Наиболее широкое распространение нашли гипсокартонные и асбестоцементные листы. Их применение позволяет увеличить предел огнестойкости деревянных конструкций на 20 – 30 мин при толщине 10 мм.

Химическая стойкость древесины зависит от концентрации и длительности воздействия растворов кислот и щелочей. Органические кислоты (уксусная, молочная и т.п.) не разрушают этот материал, в равной мере как и слабощелочные растворы. Неорганические кислоты (серная, фосфорная) обезвоживают древесину, вызывая ее обугливание.

Механические свойства древесины зависят от направления прилагаемой нагрузки по отношению к древесным волокнам, средней плотности и влажности.

Предел прочности при сжатииопределяют вдоль и поперек волокон на образцах в виде прямоугольной призмы размером 20x20x30 мм. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 4 – 6 раз больше, чем поперек. Например, для сосны вдоль волокон – 100 МПа, поперек – 20 – 25 МПа. Древесина вследствие своего органического происхождения и волокнистого строения оказывает большое сопротивление изгибу, поэтому ее применяют при изготовлении балок, стропил, ферм. Прочность, которая колеблется от 50 до 100 МПа, определяют на образцах-балочках 20x20x300 мм. Испытания проводят по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах с пролетом 240 мм и нагруженной двумя сосредоточенными грузами на расстоянии 80 мм.

На скалывание древесина работает в стропильных фермах. Эта прочность составляет 6 – 13 МПа при скалывании вдоль волокон и 24 –
40 МПа поперек волокон.

Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в поверхность образца половины металлического шарика определенной массы и диаметра. В зависимости от этого показателя все древесные породы подразделяют на мягкие (сосна, ель, ольха) –
35 – 50 МПа, твердые (дуб, граб, береза) – 50 – 100 МПа, очень твердые (кизил, самшит) – больше 100 МПа. Твердость древесины понижается с увеличением ее влажности.

Наряду со статической твердостью определяют динамическую твердость по диаметру отпечатка, полученного в результате падения с заданной высоты металлического шарика определенной массы и диаметра. Этот показатель является важным для оценки качества материалов, применяемых для покрытия пола.

При работе балок, арок, ферм очень важно такое свойство, как динамический модуль упругости материала, который рассчитывают по величине прогиба образца-балочки. Например, для сосны и ели динамический модуль упругости составляет 1000 – 15000 МПа. Показатель этот возрастает с увеличением плотности и снижается при увлажнении.

Один из перспективных способов значительного улучшения свойств древесины – модификация ее синтетическими полимерами. Сущность модификации состоит в том, что натуральную древесину пропитывают жидким мономером, который затем отверждают под действием тепла, химических реагентов или ионизирующего излучения. Особенность модификации состоит в том, что синтетический полимер не просто заполняет свободное пространство между волокнами, а взаимодействует с компонентами древесины. В результате исключаются такие недостатки, как набухание и усушка, коробление и растрескивание, загнивание и возгорание. При этом древесина сохраняет свои положительные качества: низкую плотность, высокую прочность, тепло- и звукоизолирующую способность, химическую стойкость. Наибольший эффект от модификации получают в том случае, если в качестве исходного материала используют древесину с низкими физико-механическими показателями, т.е. древесину малоценных пород, не имеющую пока достаточно широкого технического применения, например, осину.

2.1.2. Материалы и изделия из древесины

Материалы из древесины применяют в строительстве в качестве конструкционных, отделочных, теплоизоляционных, акустических и столярных изделий.

К конструкционным материалам относят круглые лесоматериалы, пиломатериалы, фанеру, древесные слоистые пластики, фибролит, арболит, цементно-стружечные плиты.

Круглые лесоматериалы получают путем очистки от коры и распиловки стволов деревьев. В зависимости от диаметра верхнего торца их подразделяют на бревна (не менее 14 см), подтоварник (8 – 13 см) и жерди
(3 см). Толстые короткие лесоматериалы диаметром более 200 мм называют кряжами , их используют для изготовления древесного шпона, фанеры; бревна – для выработки пиломатериалов, возведения бревенчатых домов, изготовления свай, гидротехнических сооружений, элементов мостов, опор линий связи, радио- и электропередачи; подтоварник и жерди – для вспомогательных и временных сооружений.

При раскрое бревен получают пиломатериалы различного вида и размеров (брусья, шпалы, доски) (рис. 2.2). Из бревен, досок и брусьев изготавливают клееные конструкции: рамы, арки, фермы, балки, сваи, прочность, жесткость и несущую способность которых повышают путем армирования стальными стержнями, проволокой, сеткой или стеклопластиковой арматурой.

Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона таким образом, чтобы направление волокон в смежных слоях было взаимно перпендикулярным. Такое строение повышает однородность изделия по свойствам, исключает усадочные деформации и коробление.

Шпон – тонкий листовой материал, полученный лущением или строганием на специальных станках распаренных кряжей.

Рис. 2.2. Пиломатериалы:

а – пластины; б – четвертины; в – горбыль; г, е – доска обрезная; д – доска

полуобрезная; ж – брус четырехкатный; з – брус чистообрезной

В строительстве фанеру применяют для выполнения обшивки внутренних перегородок на деревянной раме, пространственных конструкций в виде сводов и куполов, а также клееных балок, арок и ферм. С целью повышения прочности, твердости и жесткости при изготовлении фанеры между ее слоями прокладывают металлическую сетку. В этом случае фанера называется армированной и может применяться в особо ответственных конструкциях. В производстве изделий из фанеры важное место занимают трубы. В зависимости от технологии фанерные трубы могут быть прессованными или полученными методом рулонной навивки – витые. Эти изделия обладают повышенной противокоррозионной стойкостью и предназначены для транспортировки сточных вод, нефти, масел, а также слабоагрессивных производственных растворов. В качестве конструкционного материала фанерные трубы используют для колонн, мачт, опор, ферм.

Древесные слоистые пластики представляют собой листовой материал, полученный методом прессовки нескольких слоев шпона, пропитанного при высокой температуре высокомолекулярными смолами. Технология производства пластика включает подготовку древесного шпона, пропитку его полимерами, сушку пропитанного шпона, сборку в пакеты, прессование, обрезку по заданным размерам. Из пластиков выполняют обшивку градирен, конструкции жестких пространственных оболочек для покрытия помещений больших пролетов (крытые стадионы, цирки, рынки), наружную и внутреннюю отделку производственных помещений.

Фибролитом называют плитный материал из тонких длинных древесных стружек и минерального вяжущего (чаще портландцемента). Технология получения включает химическую обработку древесных отходов, смешивание их с водой и цементом до получения однородной массы, заполнение формы и твердение изделий. Плиты фибролита можно пилить и сверлить обычными деревообрабатывающими инструментами, в них легко забивать гвозди и ввертывать шурупы; они хорошо оштукатуриваются и окрашиваются; прочно сцепляются с незатвердевшим бетоном и надежно крепятся к поверхности бетонных и каменных конструкций. Фибролит морозостоек, не загнивает, не поражается грызунами. По огнестойкости материал относится к трудносгораемым. Физико-механические свойства материала зависят от его плотности, которую регулируют количеством минерального вяжущего и степенью уплотнения. В зависимости от плотности выпускают конструкционный, теплоизоляционный и акустический фибролит. Конструкционные фибролитовые плиты применяют в качестве перекрытий, перегородок и покрытий сельскохозяйственных и складских зданий, а также стен деревянных стандартных домов, теплоизоляционный и акустический – для обеспечения комфортных условий проживания и работы в жилых и общественных зданиях.

Арболит представляет собой легкий деревобетон на минеральном вяжущем. Для изготовления арболита используют дробленые отходы лесопиления и переработки древесины различных пород, а также измельченные сучья, ветви, вершины, горбыли, рейки. В качестве минерального вяжущего чаще применяют портландцемент, реже – известь с гидравлическими добавками, в отдельных случаях – магнезиальные вяжущие и гипс. Технология изготовления аналогична фибролиту. Из арболита делают навесные и самонесущие панели наружных и внутренних стен, плиты покрытий. Поверхность панелей защищают асбестоцементными листами на шурупах, цементным раствором, керамической плиткой. Не разрешается использовать изделия из арболита для цоколей, стен подвалов.

Перспективным материалом для деревянного домостроения являются цементно-стружечные плиты. В отличие от фибролита и арболита эти плиты прессуют при повышенном давлении, поэтому они имеют большую плотность и прочность. Цементно-стружечные плиты применяют для наружной обшивки стеновых панелей жилых домов, изготовления санитарно-техниче-ских кабин.

Выбор материалов для внутренней отделки зависит от назначения помещений, условий эксплуатации и капитальности зданий. При этом учитывают не только декоративность, долговечность самого материала, но и удобство его эксплуатации, условия санитарно-гигиенического содержания. Так, для отделки стен в жилых комнатах применяют вагонку, в помещениях общественного назначения – цементно-стружечные, древесностружечные, твердые древесноволокнистые плиты с отделкой лицевой поверхности декоративными лакокрасочными составами, полимерными пленками, пластиком или шпоном ценных древесных пород.

Древесностружечные (ДСП) и древесноволокнистые (ДВП) плиты получают методом плоского прессования отходов древесины (стружек, опилок), смешанных с горячими синтетическими смолами или клеевым связующим. Аналогичные по свойствам плитные материалы отходов производят на основе переработки льна (костры) или костры в сочетании с древесными волокнами.

Для облицовки внутренних стен общественных административных и производственных зданий применяют декоративную фанеру с отделкой лицевой поверхности специальной бумагой, имитирующей текстуру ценных пород древесины или ткани, пленочным покрытием, строганым шпоном. Если проектом предусмотрена улучшенная или высококачественная отделка, используют древесные слоистые пластики. При производстве отделочных работ широкое применение нашли обои, которые применяют для оклейки стен и потолков. Это рулонный материал на бумажной основе с печатным или рельефным рисунком. При защите бумажной поверхности прозрачными пленочными составами (моющиеся, влагостойкие) их можно использовать в комнатах, требующих влажной уборки (кухни, туалеты, ванные).

Для покрытия полов в жилых и общественных помещениях применяют половые доски, паркет, паркетные доски, древесностружечные и твердые древесноволокнистые плиты. Эти материалы нельзя использовать в помещениях с влажным режимом работы (влажность более 60 %) и большими пешеходными нагрузками (полы в вестибюлях, торговых залах, столовых).

Такие материалы, как теплоизоляционный фибролит, арболит, мягкие древесноволокнистые плиты средней плотностью 175 – 500 кг/м3, применяют для утепления тонких кирпичных и бетонных стен в сельскохозяйственных постройках, ограждающих стеновых конструкций жилых, общественных и промышленных зданий с сухим режимом эксплуатации.

Акустические фибролитовые и мягкие древесноволокнистые плиты применяют при строительстве зданий аэропортов, фойе театров, кафе, ресторанов, используя их для выполнения звукопоглощающих подвесных потолков. Для улучшения акустических свойств на их поверхность наносят специальные объемные штукатурки или выполняют перфорацию.

К столярным изделиям относятся оконные и дверные блоки, подоконные доски, ворота деревянные. Номенклатура погонажных изделий приведена на рис. 2.3. Материалы и изделия, применяемые в строительстве, представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Применение материалов и изделий из древесины

Материалы и изделия	Область применения
1
Круглые лесоматериалы: длинномерные (бревна)	Получение пиломатериалов, возведение бревенчатых домов, изготовление свай, элементов мостов, опор линий связи, радио- и электропередачи
короткие диаметром более 200 мм (кряжи)	Получение древесного тонколистового шпона для изготовления фанеры пластиков и декоративной отделки ДСП и ДВП

Окончание табл. 2.2
Длинномерные пиломатериалы (брусья, шпалы, доски)	Изготовление клееных конструкций (рам, арок, балок, ферм). Обшивка стен при возведении сборно-каркасных индивидуальных домов, выполнение кровельной обрешетки, покрытие полов (доски)
	Внутренняя и наружная отделка
Листовые крупноразмерные изделия:	Выполнение каркасных внутренних перегородок; возведение жестких оболочек сводов; производство клееных конструкций; изготовление труб
древесный пластик	Каркасные внутренние перегородки, жесткие оболочки, внутренняя и наружная отделка стен
Плитные крупноразмерные материалы: фибролит, арболит	Выполнение ограждающих конструкций стен и внутренних перегородок. Плиты пониженной плотности применяют в качестве теплоизоляционных и акустических материалов
цементно-стружечные (ЦСП)	Наружная облицовка стеновых панелей; изготовление санитарно-технических кабин; внутренняя отделка стен при условии дополнительного использования декоративного покрытия: пленочного, лакокрасочного
древесностружечные (ДСП), древесноволокнистые (ДВП)	Покрытие полов, отделка стен при использовании декоративных покрытий; выполнение каркасных перегородок (ДВП-твердые). Мягкие древесноволокнистые плиты применяют в качестве теплоизоляционных и акустических при выполнении подвесных потолков
Мелкоштучные изделия (паркет)	Выполнение покрытия пола в помещениях с влажностью не более 60 %
Столярные изделия	Оконные и дверные блоки, подоконные доски, ворота

Рис. 2.3. Погонажные изделия:

а – шпунтованные доски; б – фальцовые доски; в – плинтус;

г – наличник; д – поручень

2.2. Полимерные материалы и изделия

Еще в древнейшие времена были известны такие природные полимерные материалы, как битумы (асфальты). За 700 лет до н. э. в Вавилоне природный полимер-битум применяли как цементирующий и водостойкий материал при строительстве канала под рекой Евфрат. Впоследствии эти материалы получили дальнейшее развитие только со второй половины XIX века. Именно в этот период проводят работы, посвященные химической переработке таких природных материалов, как целлюлоза, каучук и белок. В начале XX века были искусственно синтезированы новые высокомолекулярные вещества уже не на основе существующих природных полимеров, а на основе простых по химическому составу веществ. Громадное значение при этом имели работы основателя теории строения органических веществ русского химика Бутлерова, в частности, синтез изобутилена и исследования процесса его полимеризации.

Начиная с 30-х годов прошлого века, большое значение приобрели полимеризационные пластики (полистирол, поливинилхлорид, полиметилмет-акрилат). Появились новые виды поликонденсационных полимеров: полиамидные, полиуретановые, кремнийорганические.

2.2.1. Получение и свойства полимерных материалов

В настоящее время высокомолекулярные смолы, основу всех полимерных материалов, получают химическим путем в результате полимеризации простых молекул или поликонденсацией разных органических соединений.

Процесс полимеризации осуществляется без выделения побочных продуктов путем разрыва двойных, тройных химических связей и соединения молекул в длинные линейные или разветвленные структуры. Например, этилен (СН2=СН2)n при полимеризации образует линейный полиэтилен (-СН2-СН2-)n. Для повышения скорости реакции используют нагревание или давление, а также ультрафиолетовые лучи, катализаторы, инициаторы. К полимеризационным полимерам, которые нашли широкое применение в строительстве, относятся: поливинилхлорид, полистирол, полиизобутилен, полиэтилен высокого и низкого давления. В результате реакции поликонденсации, в которой участвуют несколько веществ, образуются сложные по составу полимеры с линейным (полиамиды, поликарбонаты) или пространственным строением (фенолоформальдегидные, эпоксидные). При поликонденсации наряду с образующимся полимером выделяются такие побочные продукты, как газ или вода. В зависимости от применяемого исходного сырья полимерные материалы подразделяют на искусственные и синтетические . Искусственные получают путем химической модификации природных высокомолекулярных соединений (целлюлозы), синтетические – из различных мономеров. Сырьем для получения строительных материалов служат сложные пластические массы , которые состоят из смеси нескольких компонентов: связующего полимера , предназначенного для обеспечения пластичности смеси в нагретом состоянии и твердости в охлажденном (синтетические смолы, каучуки, целлюлоза); наполнителя (тонкомолотый асбест, песок, отходы резины) для снижения стоимости, повышения трещиностойкости, теплостойкости, твердости; пластификатора – для повышения эластичности готового изделия; отвердителя – для ускорения набора прочности; пигмента – для придания цвета.

Свойства полимерных материалов и изделий, как и любых других, зависят от их состава и структуры. Микроструктура определяется в большей степени самим веществом, а макроструктура – способом получения.

Изделия из пластических масс получают несколькими методами : прямого прессования пропитанной горячими смолами основы (ткани, древесного шпона, бумаги) в несколько слоев (листовые пластики) или полимерного пресс-порошка (плитки для облицовки полов); литьевого прессования вязкотекучей расплавленной смеси (плиточный и листовой материал с объемным рисунком для отделки стен и потолка); экструзии или продавливания пластичной массы через насадку определенного размера и формы (плинтусы, поручни для лестниц, рейки, герметизирующие и уплотняющие прокладки для окон и дверей, рулонное полотно для отделки полов и стен); промазки верхней поверхности полотна основы (бумаги, ткани, стеклоткани) пастообразной полимерной массой с последующим глубоким нанесением рельефного рисунка; вальцево-каландровым методом, который состоит из тщательного перемешивания компонентов на вальцах, последующей прокатки пластичной массы между двумя вращающимися в разные стороны валками с зазором, определяющим толщину будущего рулонного изделия, и нанесения объемного или плоского рисунка на поверхность. Последними двумя способами получают рулонные материалы для отделки вертикальных и горизонтальных поверхностей в помещениях различного назначения.

Теплоизоляционные полимерные материалы получают несколькими способами. Первый – путем предварительного вспенивания пластичной полимерной массы за счет интенсивного механического перемешивания в сочетании с действием перегретого пара (110 °С) или введения пенообразующих добавок , последующей заливки смеси в форму, быстрого охлаждения ее для фиксации пористой структуры и резки по размерам (пенопласты ).

Второй – предусматривает использование в составе полимерной массы газообразующих компонентов , заполнение формы, подогрев для улучшения газообразования, быстрое охлаждение для фиксации структуры и при необходимости – резка по размерам (поропласты ).

Третий – за счет склеивания по контактам гофрированных листов бумаги, ткани или древесного шпона, пропитанных горячей смолой (сотопласты ).

Четвертый – снижение средней плотности за счет введения в поли-мерную массу высокопористых заполнителей (перлита) или волокнистых компонентов.

Широкое распространение полимерных материалов (пластмасс) в строительстве основано на их положительных свойствах : низкой истинной плотности, высокой водостойкости, гидрофобности. Это материалы, которые успешно работают в условиях действия истирающих нагрузок. Механическая прочность хорошо сочетается в них с пластичностью и упругостью. Высокая коррозионная стойкость обеспечила их применение в качестве антикоррозионных материалов для защиты бетонных и металлических конструкций. Имея неисчерпаемую цветовую палитру, пластмассы могут с успехом имитировать такие материалы, как древесина, природный камень, черные и цветные металлы. Важным положительным свойством пластмасс является хорошая технологическая обрабатываемость. Их можно легко резать, сваривать, шлифовать и полировать. Способность пластмасс соединяться с другими органическими и неорганическими материалами позволяет создавать на их основе новые прогрессивные композиционные материалы и конструкции различного назначения.

Пластмассы имеют также ряд недостатков . Большинство из них обладают высоким коэффициентом термического расширения, повышенной ползучестью, неогнестойки. Под воздействием атмосферных факторов и особенно солнечных лучей полимеры стареют. Этот процесс сопровождается снижением прочности и эластичности. Материалы имеют сравнительно невысокую твердость и теплостойкость. По отношению к нагреванию полимеры подразделяют на термопластичные (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид) и термореактивные (на основе эпоксидных и полиэфирных смол). Для термопластичныхпереход из пластичного состояния (при нагревании) в твердое (при охлаждении) не сопровождается изменением состава и структуры изделия и, как следствие, физико-механических свойств. Нагрев же термореактивных полимеров приводит к структурным изменениям на микроуровне, что оказывает значительное влияние на их свойства, они становятся жесткими и хрупкими.

2.2.2. Применение полимерных материалов и изделий

Анализ всех свойств полимерных материалов показал, что в строительстве экономически целесообразно использовать их при изготовлении несущих конструкций высокой коррозионной стойкости, покрытии полов, отделке стен, теплоизоляции ограждающих конструкций и технологического оборудования, герметизации стыков и швов в крупнопанельных зданиях, гидроизоляции кровель и фундаментов, изготовлении санитарно-технического оборудования и труб, а также для антикоррозионных работ.

К несущим конструкциям можно отнести стены, оболочки и плиты покрытий, колонны, балки, дорожные плиты, покрытия пола промышленных зданий. Примером могут служить многослойные панели, которые применяют в качестве ограждающих конструкций для стен и покрытий. Они представляют собой деревянный или алюминиевый каркас, обшитый с двух сторон твердыми древесноволокнистыми и древесностружечными плитами с водостойким полимерным покрытием или листовым пластиком, промежуток между обшивками заполняют теплоизоляционными плитами из пено- или поропласта. Такие конструкции широко применяют в промышленном строительстве.

Большой интерес представляют пневматические конструкции (мягкие оболочки), которые выполняют ограждающие функции свода. Заданную форму купола и несущую способность ему обеспечивает нагнетаемый воздух под давлением 0,1 – 1,0 кПа. Материалом для пневматических конструкций служат неармированные и армированные сеткой (капроновой, лавсановой, металлической) полимерные пленки, ткани, покрытые или пропитанные полимерами, высокопрочные стальные канаты. Мягкие оболочки применяют для покрытия рынков, спортивных залов. При заполнении водой или водой в сочетании с воздухом эти конструкции используют в качестве плотин.

Преимущества жестких оболочек состоят в том, что они могут иметь как положительную, так и отрицательную кривизну поверхности. Пролеты, перекрываемые оболочками, могут достигать 90 – 110 м, масса 1 м2 покрытия составляет 7 – 20 кг. Материалом для жестких оболочек служат листовые стеклопластики, алюминиевые и стальные профили, клееные деревянные брусья и для обеспечения теплоизоляции – пенопласт.

При строительстве цехов химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности встает вопрос обеспечения коррозионной стойкости несущих и самонесущих конструкций. Единственный материал, который отвечает комплексу заданных свойств, – полимербетон. Его получают путем интенсивного перемешивания в бетоносмесителе подогретых заполнителей (песка, щебня), полимерной смолы и добавок. Полученную массу помещают в форму, уплотняют и выдерживают при температуре до 100 °С. Полимербетоны обладают высокой механической прочностью (Rсж = 90 – 110 МПа, Rрас = 9 – 11 МПа), химической стойкостью, беспыльностью, гигиеничностью, водостойкостью. Все эти свойства предопределяют применение этих материалов для изготовления колонн, плит перекрытия, штучных материалов для покрытия пола. При производстве полимеррастворов в составе отсутствует крупный заполнитель (щебень).

В зависимости от вида полимерного связующего полимербетоны могут быть фурановые, полиэфирные, эпоксидные; содержащие арматуру называют армополимербетонами. В зависимости от материала арматуры различают сталеполимербетон (стальная арматура) и стеклополимербетон (стеклопластиковая арматура). Арматура может быть в виде стержней, проволоки или отдельных волокон, равномерно распределенных по всему объему, – дисперсная арматура. В качестве дисперсной арматуры применяют короткие тонкие нити и волокна (фибры) из металла, стекла, горных пород и полимеров. Если в полимербетоне использовано дисперсное армирование, то бетон называют фиброполимербетоном.

Стеклопластиковую арматуру получают путем скручивания пропитанных смолами стеклонитей в жгут и нанесения на поверхность полученных стержней специального защитного полимерного пленочного покрытия. Стеклопластиковая арматура обладает высокой прочностью, химической стойкостью, поэтому ее используют в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых в условиях действия растворов кислот и солей.

Повысить стойкость готовых железобетонных конструкций можно за счет их пропитки мономером, который, полимеризуясь в порах бетона, обеспечивает высокую плотность и коррозионную стойкость конструкций. Пропитка проводится в специальных герметичных камерах под давлением на глубину до 3 см. Такой материал называют бетонополимером, а конструкции и изделия – бетонополимерными.

К конструкциям, испытывающим в процессе эксплуатации действие нагрузки, относится также опалубка. Опалубку применяют для получения на строительной площадке бетонных и железобетонных элементов и конструкций. Для ее изготовления используют древесностружечные плиты, водостойкую фанеру, пластики. Вследствие своей гидрофобности поверхность пластиковой опалубки обладает малым сцеплением с бетоном и не требует специальной смазки. Формы для производства сборного железобетона на заводе могут быть цельнополимерными или комбинированными. Последние получают путем облицовки деревянных поверхностей листами пластиков. Кроме вышеперечисленных имеется еще один вариант изготовления стеклопластиковой опалубки (форм) – методом напыления смеси стекловолокна со смолой на ограждающую поверхность, выполненную из ДВП, ДСП или фанеры. Кроме стеклопластиков для опалубки применяют листовой жесткий поливинилхлорид, бумажно-слоистые пластики, полиэтилен, резину.

Для покрытия полов в строительстве используют полимерные растворы, рулонные (линолеумы), плиточные материалы и ворсовые ковровые изделия, которые используют как вторичное покрытие. Бесшовные монолитные покрытия из полимерных мастик, растворов и бетонов применяют в промышленных зданиях, где необходима коррозионная стойкость или имеются повышенные требования к полам по гигиеничности и беспыльности покрытий. Покрытие выполняют в два слоя: нижний из полимербетона, верхний из полимерраствора. Выравнивание и уплотнение проводят специальными вибраторами или катками.

Самым распространенным материалом для покрытия полов является рулонный линолеум . Полы из линолеума удобны, так как упруги, заглушают шум шагов, малотеплопроводны, декоративны, легко моются, хорошо сопротивляются износу, долговечны. Качество линолеума оценивают по трем основным показателям: упругости, твердости и истираемости. По виду используемого основного сырья линолеумы можно разделить на поливинилхлоридные, резиновые и алкидные. Основной объем составляют поливинилхлоридные (ПВХ)линолеумы, которые выпускают безосновными, (методами экструзии, вальцево-каландровым) и основными (промазной способ) с гладкой или тисненой фактурой лицевой поверхности. В качестве основы используют джутовые ткани, стеклоткань и стеклосетку, а также нетканый иглопробивной материал, который придает линолеуму теплозвукоизолирующие свойства. Аналогичные изделия получают при нанесении вспененной полимерной массы на подоснову. Эти материалы применяют для покрытия пола в жилых, общественных и промышленных зданиях при средней интенсивности движения.

Резиновые линолеумы (релины) изготавливают на основе синтетических каучуков, наполнителей (тонкомолотые резиновые отходы, горные породы) и добавок. По конструкции они могут быть однослойными или многослойными на теплозвукоизолирующей подоснове. Этот вид материала хорошо зарекомендовал себя для покрытия полов животноводческих, медицинских помещений, в массовом жилищном строительстве используется ограниченно. Не рекомендуется воздействие кислот, щелочей, жиров, растворителей и нефтепродуктов.

Алкидные линолеумы применяют в жилых помещениях, общественных, лечебно-профилактических и производственных зданиях.

Полотна линолеума сваривают в цехах токами высокой частоты, горячим воздухом или инфракрасными лучами для получения ковра размером на комнату, что снижает трудоемкость отделочных работ на строительной площадке. Линолеум укладывают по тщательно выполненному ровному, сухому и чистому основанию и приклеивают специальными полимерными составами.

К рулонным материалам можно отнести также ковровые ворсовые тепло- и звукоизолирующие покрытия, которые применяют в жилых и общественных зданиях. Их получают из синтетического ворсового материала на подоснове. Ворсово-прошивные (тафтинговые), иглопробивные войлочные ковры и ворсовые линолеумы – ворсолин применяют для устройства полов в гостиницах, театрах, библиотеках и т.д.

Второе место по объему выпускаемой продукции для покрытия полов занимают плиточные полимерные материалы . В зависимости от применяемого связующего их можно разделить на кумароновые , поливинилхлоридные, резиновые . Плитки получают методом прессования или вырубкой по размерам из полотна безосновного линолеума. Основное назначение – покрытие полов кухонь, коридоров, лестничных площадок.

Достоинства плиточных покрытий: повышенная экономичность производства за счет снижения расхода полимерного связующего, высокая долговечность изделий и ремонтоспособность покрытия. Недостатки : малая декоративность, большое количество швов, снижающих монолитность покрытия, повышенная трудоемкость при устройстве полов. По сравнению с плиточными материалами преимущества линолеумов – в их индустриальности, технологичности и большей монолитности, а также в низкой трудоемкости при укладке.

Для отделки стен применяют пленочные безосновные и основные материалы , а также крупноразмерные листы и мелкоштучные плитки. Они могут быть окрашены в разные цвета с гладкой, тисненой или рельефной поверхностью. Отделку кухонь, прихожих, торговых залов, кафе выполняют с применением ПВХ-пленки на бумажной подоснове с различным печатным и тисненым цветным рисунком (полиплен, изоплен). Высокой декоративностью обладает девилон, имитирующий кожу, тексоплен – ткань с набивным рисунком, пропитанная специальным кремнийорганическим составом.

В отделке жилых (коридоры, прихожие) и общественных помещений все чаще находит применение рулонный вспененный на бумажной подоснове пеноплен. Этот материал запрещают использовать в детских учреждениях, больницах, так как он относится к группе сгораемых материалов. Возможность применения полимерных рулонных материалов оценивают по их поверхностному водопоглощению, гибкости и прочности на разрыв.

Облицовку плитками санитарно-технических помещений, холлов, торговых залов выполняют с использованием специальных приклеивающих полимерных составов (мастик). Плитки выпускают полистирольные декоративные и ПВХ рельефные, имитирующие текстуру ценных пород древесины, лепные узоры. Вследствие низкой огнестойкости эти материалы запрещают применять в помещениях с нагревательными приборами открытого огня, в детских учреждениях и на лестничных клетках. Качество изделий оценивают по соответствию ГОСТу внешнего вида и термостойкости.

Для отделки стен широкое распространение нашел листовой бумажно-слоистый пластик, который выпускают одноцветным и многоцветным с имитацией ценных пород дерева, камня. Облицовочные рельефные поливинилхлоридные панели полидекор применяют для отделки стен и потолков общественных и производственных зданий. Листы изготавливают с рельефным рисунком, одноцветными и многоцветными, с печатным рисунком, гладкой или тисненной лицевой поверхностью.

К материалам специального назначения относятся акустические, теплоизоляционные, кровельные, гидроизоляционные, герметизирующие и антикоррозионные.

Акустические звукоизоляционные материалы используют в конструкциях между перекрытиями и стенами в виде гибких, упругих прокладок из пенополиуретана или губчатой резины. По этому же назначению применяют упругие минераловатные маты и плиты, представляющие собой крупноразмерные изделия, в состав которых входят каменные, шлаковые или стеклянные волокна, скрепленные полимерными смолами, а также пенополиуретановые и пеновинилхлоридные плиты, располагаемые под покрытием пола.

Звукопоглощающие материалы необходимы для снижения шума в промышленных цехах, зрительных залах, учебных аудиториях, теле- и радиостудиях. Эффект звукопоглощения обеспечивает высокая сквозная пористость материала (минераловатные, стекловатные плиты на фенолоформальдегидном, битумном или крахмальном связующем) или искусственно выполненная перфорация. В качестве перфорированного покрытия можно использовать слоистый пластик. Основу полимерных изделий (плит) составляют вспененные или газонаполненные пластмассы с открытой пористостью.

Теплоизоляционные материалы на основе пластмасс изготавливают из различных полимеров: полистирола, полиуретана, полихлорвинила, полиэтилена и др. Поропласты характеризуются высокими теплоизоляционными свойствами в сочетании с хорошими прочностными показателями. Одним из высокоэффективных теплоизоляционных материалов является мипора, полученная вспениванием мочевиноформальдегидной смолы. Ее применяют в виде блоков плотностью 10 – 20 кг/м3 для теплоизоляции кирпичных стен и трехслойных каркасных панелей.

По строению теплоизоляционные поропласты имеют преимущественно замкнутые поры. Свойства материалов в зависимости от вида полимера и способа производства колеблются в широких пределах: плотность 10 – 150 кг/м3; теплопроводность при температуре 20 ± 5 °С – 0,023 –
0,052 Вт/(м·К), прочность 0,05 – 4 МПа, объемное водопоглощение – 2 – 70 %. По огнестойкости изделия относятся к трудносгораемым и сгораемым материалам.

Поропласты широко применяют для теплоизоляции трубопроводов и оборудования, для утепления строительных ограждающих конструкций и защиты холодильных агрегатов. Температура применения пенопластов в зависимости от вида смолы находится в пределах от –180 до +100 °С.

Проблема улучшения теплотехнических свойств ограждающих конструкций решается за счет применения многослойных стеновых и кровельных панелей, средний слой которых выполняют из эффективного плитного утеплителя или применяют способ вспенивания полимера непосредственно в полости строительных конструкций. По этой технологии гранулы полимера нагревают паром или токами высокой частоты, заливают между слоями панели и охлаждают до определенной температуры.

В связи с высокими водостойкостью, водонепроницаемостью, часто сочетающимися с гидрофобными свойствами, полимеры нашли широкое применение при выполнении кровельных работ и гидроизоляции строительныхконструкций. В качестве кровельных используют листовые и рулонные изделия, мастичные составы.

Наибольшее распространение среди листовых кровельныхматериалов получили плоские и волнистые полиэфирные стеклопластики. Эти материалы обладают высокой прочностью, стойкостью к атмосферным воздействиям, повышенным светопропусканием (до 85 %). Основным назначением кровельных стеклопластиков является устройство крыш для неотапливаемых построек – павильонов, веранд, складов, а также теплиц и оранжерей.

Рулонные материалы одновременно выполняют роль кровельных и гидроизоляционных. К ним относятся армированные стеклосеткой и неармированные полимерные пленки, безосновные материалы, в состав которых входят резиновые смеси в сочетании с наполнителями и специальными добавками (гидробутил, бутизол, бутерол) или полученные на основе стеклосетки и стеклоткани с пропиткой и покрытием их с двух сторон полимерными мастичными составами (армобитэп, эластостеклобит и др.).

Интересно применение нового полимерного материала кровелит, который представляет собой мастичную композицию на основе хлорсульфированного полиэтилена. Для получения прочного водостойкого верхнего покрытия состав с помощью валиков наносят на поверхность железобетонной или асбестоцементной плиты в несколько слоев, где он подсыхает и превращается в упругий эластичный резиновый ковер, успешно работающий при температуре от –45 до +120 °С.

Для производства новых рулонных гидроизоляционных материалов используют синтетические полиамидные, полиэтиленовые волокна, соединенные синтетическими смолами, латексами. Иногда в массу добавляют легкоплавкие волокна, которые при плавлении и прокатке образуют непрерывное полотно. Широкое применение находят синтетические волокна с добавлением минеральных волокон (стеклянных, шлаковых) и связующего вещества для производства нетканых синтетических полотен. Существуют различные комбинации органических волокон с неорганическими (металлическими, шлаковыми, стеклянными, базальтовыми), повышающими прочность, долговечность рулонных материалов. В качестве связующего используют винилацетат, фенольные смолы, эфиры полиакриловой кислоты, органосиликаты и латексы.

Важная задача в строительстве – герметизация стыков между строительными блоками и панелями, так как стыки являются наиболее уязвимым местом в зданиях. Герметизирующие материалы для долговечного и надежного обеспечения монолитности сооружения должны быть атмосферо- и влагостойкими, устойчивыми к многократным сезонным и суточным температурным изменениям, иметь хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства. Применяемые материалы представляют собой мастичные составы, эластичные прокладки в виде пористых или плотных резиноподобных полимерных жгутов (пороизол, гернит и др.).

Мастичные составы получают путем смешивания органических связующих с тонкомолотыми наполнителями и специальными добавками, повышающими стойкость материала к действию ультрафиолетовых лучей, замедляющими процесс старения и т.д. В качестве наполнителей, снижающих расход связующего и повышающих эксплуатационные свойства, используют порошкообразные или тонкомолотые волокнистые неорганические материалы (песок, шлак, асбест). При их введении снижаются усадочные деформации при отверждении композиций, повышаются теплостойкость и механическая прочность. Тонкодисперсные отходы резины применяют для увеличения упругости и эластичности. По виду используемого связующего мастики классифицируют на полимерные, битумно-полимерные и битумные. По технологии применения – на горячие, требующие разогрева перед нанесением на поверхность, и холодные, пластичность которых обеспечивают вода (эмульсионные) или растворитель. Кроме герметизирующего назначения мастики используют для приклеивания рулонных материалов при устройстве кровли, паро- и гидроизоляции трубопроводов и строительных конструкций, а также с целью защиты их от коррозии.

Антикоррозионные полимерные материалы выпускают в виде лакокрасочных составов, замазок, мастик, растворов и бетонов, а также таких изделий, как плитки и листы. Основное их назначение – защита строительных конструкций и технологического оборудования от разрушения.

Полимеррастворы и полимербетоны на основе фурановых смол применяют для устройства полов при действии кислот, щелочей и органических растворителей. На основе термопластичных смол (полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена, полиизобутена) для оклеечной антикоррозионной защиты строительных конструкций производят изделия и материалы в виде листов, плиток и пленок. В качестве фиксирующих композиций используют специальные клеи, замазки, мастики на основе химически стойких высокомолекулярных смол.

Красочные составы применяют для защиты поверхности строительных конструкций от коррозии, загнивания, поглощения влаги, а также для придания им декоративности. В зависимости от назначения в покрытии различают следующие виды малярных составов: грунтовки, обеспечивающие сцепление покрытия с поверхностью; шпатлевки, предназначенные для заполнения пор, раковин и выравнивания окрашиваемой поверхности; окрасочные составы, придающие декоративность и выполняющие защитные функции по отношению к поверхности изделия и конструкции.

Выбор лакокрасочных материалов, применяемых для защиты бетонных, железобетонных и металлических конструкций, проводят с учетом условий эксплуатации, вида и степени агрессивности среды, требуемой долговечности покрытия. В марку лаков, эмалей, красок входят цифры , обозначающие условно их назначение, буквы – вид полимерного связующего. Например, эмаль ЭП-225 – ограниченно-атмосферостойкая, на основе эпоксидной смолы.

Окрасочные составы представляют собой вязкотекучие композиции, которые образуют при нанесении на поверхность изделий и отверждении пленочные плотные эластичные защитные покрытия.

Основным компонентом этих материалов являются связующие (пленкообразующие вещества), обеспечивающие пластичность смеси, прочность и стойкость покрытия. В полимерных красочных составах в качестве связующего используют высокомолекулярные смолы, в масляных – олифы. Олифы могут быть получены путем переработки растительных масел (льняного, конопляного и др.) – натуральные и на основе полимерных смол.

В зависимости от пластичности масляные краски подразделяют на густотертые и готовые к употреблению (при увеличении расхода олифы). Для ускорения отверждения пленки в масляные краски вводят сиккативы.

Качество связующего оценивают по вязкости, цвету и скорости высыхания . При растворении полимерного связующего органическим растворителем (бензином, уайт-спиритом, толуолом, скипидаром) получают лак, образующий при нанесении на поверхность прозрачное защитное покрытие, путем введения в лак пигмента – эмаль .

Пигмент представляет собой тонкомолотый окрашенный порошок, не растворимый в воде, связующем и растворителе. По происхождению пигменты могут быть органическими , обладающими высокой интенсивностью цвета, но пониженной долговечностью, и минеральными – атмосферостойкими. Качество пигментов оценивают по степени их измельчения – тонкости помола (дисперсности), укрывистости (интенсивности окрашивания) и маслоемкости (минимальному расходу связующего, необходимого для получения однородной пластичной массы определенной молярной консистенции).

Красочный состав включает связующее, пигмент, растворитель (или разбавитель) и наполнитель.

Наполнитель применяют в виде слабоокрашенного тонкомолотого минерального материала (кварцевого песка, мела, талька, доломита, каолина). Основное назначение этого компонента – повышение вязкости состава, прочности, плотности, температуроустойчивости и снижение деформативности защитного пленочного покрытия, а также сокращение расхода дорогостоящего пигмента.

Разбавители используют для уменьшения вязкости красочного состава, в отличие от растворителя они не растворяют связующее. Разбавителем может быть вода в водоэмульсионных красках, олифа – в масляных красках.

При испытании красочных составов определяют их вязкость , твердость пленки, прочность при ударе и изгибе .

Материалы, применяемые в строительстве, представлены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Применение полимерных материалов

Материалы и изделия	Область применения
Полимербетоны, бетонополимеры	Колонны, балки, плиты перекрытия, полы в химических цехах с агрессивными средами
Листовые пластики	Обшивка навесных панелей; устройство светопрозрачных кровель (стеклопластики), жестких оболочек; отделка фасадов и внутренних стен; выполнение подвесных потолков; изготовление форм при производстве железобетонных изделий и конструкций
Плиты крупноразмерные высокопористые:	Звукоизоляция междуэтажных перекрытий

Окончание табл. 2.3

	Теплоизоляция ограждающих конструкций (стеновых панелей, плит покрытия). При наличии перфорации – звукопоглощающие материалы для выполнения подвесных потолков
Стержни стеклопластиковые	В качестве арматуры при получении бетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях действия кислото- и солесодержащих сред
Плиточные – мелкоштучные (вырубленные и прессованные) (ПВХ, кумароновые, резиновые полистирольные и др.)	Покрытие полов, стен в помещениях с влажным режимом эксплуатации
Рулонные основные и безосновные:	Выполнение мягких кровель
линолеумы (ПВХ, алкидные, резиновые и др.)	покрытие полов в жилых, общественных помещениях
пленки гладкие и рельефные	Выполнение мягких оболочек, защита кровельных и гидроизоляционных рулонных материалов, внутренняя отделка стен
Длинномерные жгуты, шнуры, прокладки из полиуретана, каучуков и мягких поропластов	Герметизация швов, звукоизоляция строительных конструкций
Вязкопластичные мастичные составы на битумно-полимерных и полимерных связующих	Выполнение мастичных кровель, герметизация швов, антикоррозионная защита строительных конструкций, приклеивание рулонных, плиточных и крупноразмерных материалов к основанию
Вязкотекучие красочные	Придание декоративности и защита поверхности от разрушения

2.3. Битумные и дегтевые вяжущие, материалы на их основе

Битумы и дегти представляют собой органические материалы аморфной структуры, в состав которых входят высокомолекулярные углеводороды и их производные. К битумным материалам относятся природные битумы – продукт естественного окисления нефти и искусственные, полученные путем заводской переработки нефти. Дегти получают в результате сухой перегонки твердых видов топлива: каменного угля, торфа или горючих сланцев.

Применение битумов было известно давно, однако литература длительное время почти не упоминала о битумах или асфальтах. В 1300 году итальянский путешественник Марко Поло впервые указывает на залежи «жидкого асфальта» в Баку. В 1601 году делается попытка классифицировать битуминозные материалы и только в 1777 году Ле Сазе дает более или менее полную классификацию асфальтов (битумов), включая в них и нефть. В России асфальты начали применять в сороковых годах XIX столетия вначале в дорожном строительстве, затем при производстве лаков, красок и гидроизоляционных материалов. Битумы и дегти объединяет близость состава и структуры и, как следствие, – сходство основных свойств.

2.3.1. Свойства органических вяжущих

Все органические вяжущие вещества имеют черный или темно-бурый цвет, поэтому их также называют черными вяжущими .

Обладая аморфным строением, битумы в отличие от кристаллических материалов не имеют определенной температуры плавления. Постепенный переход из твердого состояния в вязкотекучее обратим и происходит без изменения основных свойств, следовательно, битумы относятся к термопластичным органическим материалам. Деготь – темноокрашенный жидкий продукт, обладающий низкой атмосферостойкостью. Для повышения вязкости, атмосферо- и температуростойкости в состав дегтей вводят наполнители (известняк, песок). Так как органические вяжущие материалы абсолютно плотные, то их средняя и истинная плотность численно равны и колеблются в зависимости от состава от 800 до 1300 кг/м3.

В практике строительства наибольшее применение нашли битумы . Они гидрофобны (не смачиваются водой), водостойки, пористость их практически равна нулю, поэтому они водонепроницаемы и морозостойки. Эти свойства позволяют широко использовать битумы при получении гидроизоляционных и кровельных материалов. Срок эксплуатации битумных изделий на воздухе невелик, так как под действием солнечного света и кислорода воздуха происходит старение битумов, сопровождающееся повышением твердости и хрупкости. В связи с этим нефтяные битумы перевозят в закрытых емкостях или бумажных мешках и хранят в специальных закрытых складах, защищенных от действия солнечных лучей и атмосферных осадков.

В связи с тем, что технология получения материалов и изделий с использованием битумов основана на его свойстве перехода при нагревании из твердого в пластичное состояние, а также учитывая условия работы кровельных материалов, для битумов согласно ГОСТу предусмотрено определение следующих теплотехнических показателей: температуры размягчения на приборе «кольцо-шар», которая характеризует теплостойкость и степень размягчения битумов при нагревании; температуры вспышки газообразных продуктов, выделяющихся из битума при нагревании. Последний показатель необходим для отработки безопасной технологии получения материалов и изделий с использованием битумов.

Качество битумов оценивают также по вязкости и растяжимости. Вязкость определяют по глубине проникновения в битум иглы в течение определенного времени под действием фиксированной нагрузки при температуре испытания 25 °С (пенетрация). Вязкость выражают в градусах, причем 1° соответствует глубине проникновения иглы на 0,1 мм. Растяжимость (дуктильность) – способность битумов вытягиваться в тонкие нити, разрывающиеся под действием приложенной растягивающей нагрузки. Растяжимость измеряют в сантиметрах. Эти три основных свойства битума находятся во взаимосвязи. Твердые битумы имеют высокую температуру размягчения, но малую растяжимость, т.е. относительно хрупки. Мягкие битумы размягчаются при невысокой температуре, могут сильно растягиваться – обладают большой пластичностью. По вышеперечисленным свойствам для битума определяют марку, условное обозначение которой включает буквы, определяющие применение битума, и цифры, характеризующие его основные свойства. Например, марки БН-90/10, БНК-90/40 – битумы нефтяной строительный и кровельный, температура размягчения которых 90 °С, вязкость 10 и 40° соответственно, БНД-130/220 – битум нефтяной дорожный вязкостью 131 – 220°.

Битумы коррозионностойки по отношению к водным растворам многих кислот, щелочей, солей и большинства агрессивных газов, но растворяются частично или полностью в различных органических растворителях (спирте, ацетоне, скипидаре). Это свойство позволяет применять их для приготовления антикоррозионных мастик, лаков и красок.

Механические свойства битумов зависят от температуры окружающего воздуха. При нормальной (20 °С) температуре – это, как правило, твердые, относительно пластичные материалы, при понижении температуры до отрицательной – хрупкие. С целью повышения эластичности, теплостойкости, механической прочности в органические вяжущие вводят полимерные и минеральные добавки. Материалы на основе битума нельзя применять при действии горячей воды и жидких органических сред (масла, растворителей, нефтепродуктов).

2.3.2. Материалы и изделия на основе органических вяжущих

Учитывая специфические свойства органических вяжущих, битумы и дегти используют для получения материалов и изделий специального назначения: гидроизоляционных, герметизирующих, антикоррозионных и дорожных.

В зависимости от условий работы строительной конструкции применяют различные виды гидроизоляции, а, следовательно, и материалы, используемые для ее выполнения.

Так, для защиты от разрушения кровли, подземных конструкций, фундаментов под оборудование, железобетонных причалов и свай применяют окрасочную гидроизоляцию. Ее выполняют в несколько слоев с использованием битумных, дегтевых и битумно-полимерных мастик.

Мастики представляют собой пластичные или вязкотекучие композиции, в состав которых входит само органическое вяжущее: кровельный, дорожный битумы или их смеси, высокомолекулярные смолы для увеличения пластичности и тонкомолотый минеральный наполнитель (песок, известняк, асбест, тальк) для повышения долговечности, прочности, температуростойкости покрытия и экономии битума. С целью облегчения нанесения состава на защищаемую поверхность мастику либо разогревают (горячая мастика ), либо вводят органический растворитель (холодная мастика).

К недостаткам горячих мастик относятся нестабильность свойств, большой расход энергии на производство, возможность получения ожогов при их применении, тяжелые условия труда, относительно низкие эксплуатационные свойства при атмосферных воздействиях. При работе с холодными мастиками испаряется вредный для здоровья человека растворитель.

В последние годы все большее применение находят битумно-эмульсионные мастики, представляющие собой равномерно распределенные в воде мелкие частицы битума, покрытые слоем твердого (цемент, глина, известь) или жидкого (мыло, сульфитно-спиртовая барда) эмульгатора и наполнителя. Эмульгатор обеспечивает однородность и стабильность эмульсии, срок хранения которой не превышает нескольких месяцев. Эти мастики не содержат токсичных растворителей, гигиеничны, взрыво- и пожаробезопасны, легко наносятся на защищаемую поверхность, в том числе влажную, методом напыления сжатым воздухом. Защитное покрытие образуется за счет испарения воды. Битумно-эмульсионные мастики предназначены для устройства и ремонта кровли, наружной гидроизоляции подземных частей зданий и сооружений, стен, полов при температуре не ниже 5 °С. Качество мастик оценивают по тем же показателям, что и битумов.

Наибольшее применение в строительстве для выполнения кровли и гидроизоляции строительных конструкций нашли следующие мастичные составы: МБК-Г-55(65, 75, 85, 100) – мастика битумная, кровельная горячая теплостойкостью 55 – 100 °С; МБР-Г-55(65, 75, 85, 100) – битумная с наполнителем из резиновой крошки; МББГ-90(80) – горячая битумно-бутил-каучуковая; ВК-Х-60 – битумно-кукерсольная холодная. С этой же целью используют резинобитумную мастику изол, которая может быть как горячей, так и холодной (МРБ-Х).

Оклеечную гидроизоляцию применяют для защиты кровли, трубопроводов, сборных и монолитных железобетонных фундаментов. Для выполнения этого вида гидроизоляции используют рулонные основные (рубероид, стеклорубероид, фольгорубероид, гидроизол) и безосновные (изол) битумные и битумнополимерные материалы.

Согласно СТБ 1107-98 основные рулонные кровельные (К) и гидроизоляционные (Г) материалы получают на стеклохолсте (СХ), стеклоткани (СТ), полиэфирном холсте (ПХ), полиэфирной ткани (ПТ) и фольге (фольгорубероид, фольгоизол). В качестве вяжущего для пропитки основы и получения мастичного покровного состава, наносимого на поверхности с обеих сторон, используют битум (Б) и битумно-полимерные композиции: эластомерные (БЭ) или пластомерные (БП), обладающие повышенной эластичностью, химической стойкостью и атмосферостойкостью. Для исключения склеивания материла в рулонах, а также с целью упрочнения и защиты его поверхности от действия температуры, ультрафиолетовых лучей и механических повреждений применяют посыпки: крупнозернистую (цветную) – К (Ц), мелкозернистую – М, пылевидную – П, металлическую фольгу – МФ и полимерную пленку – ПП. Марку материала обозначают следующим образом: К-СТ-Б-К/ПП-3,0 СТБ 1107-98 – материал кровельный на стеклоткани с использованием битумного вяжущего и крупнозернистой посыпки (или пленочного покрытия) с массой покровного состава 3001-3500 г/м2. В зависимости от технологии укладки рулонных материалов они могут быть приклеиваемые к основанию с помощью специальных мастик и наплавляемые . Последние имеют утолщенный слой покровного состава с нижней стороны рулона, который для приклеивания разогревают, придавая клеящую способность, газопламенной горелкой. При использовании в качестве основы пропитанного битумом картона и битумного мастичного покровного состава материал называют рубероидом, если основой являлась стеклоткань – стеклорубероидом. Качество рулонных материалов оценивают по гибкости на брусе определенного радиуса при нулевой или отрицательной температурах, теплостойкости, разрывной силе при растяжении и водопоглощению . Мягкая рулонная кровля представляет собой многослойное покрытие, поэтому в качестве подслоя применяют покровные материалы защищенные полимерной пленкой или пылевидной посыпкой, а также беспокровные, представляющие собой картонную основу, пропитанную битумом – пергамин. Кроме рулонных материалов для защиты крыши и всего здания в целом применяют листовые материалы – «Ондулин» и плитки «Шинглс» (битумную черепицу). Первый представляет собой волнистые упругие листы, отформованные из целлюлозных волокон, пропитанных битумом. С лицевой стороны листы покрыты защитно-декоративным красочным слоем на основе термореактивного полимера и светостойких пигментов. Второй материал получают на основе стеклохолста или асбестового картона, пропитанного битумом. На нижнюю поверхность нанесен самоклеющийся слой из резинобитумного состава, обеспечивающий абсолютную герметичность кровли за счет его разогрева и частичного расплавления солнечной энергией. Верхнее мастичное покрытие защищено каменными высевками определенного размера и цвета.

Обмазочную гидроизоляцию выполняют из асфальтовых штукатурок. Рекомендуется она для жестких, недеформируемых горизонтальных и вертикальных бетонных поверхностей. В состав асфальтовых штукатурок, которые могут быть холодными и горячими, входят соответственно: битумная эмульсионная паста или разогретый битум, наполнитель и кварцевый песок. Битумная паста представляет собой густую сметанообразную массу, получаемую интенсивным механическим измельчением битума в воде в присутствии неорганического эмульгатора (извести), повышающего ее однородность и стабильность.

Для заполнения различных по конструкции и назначению швов с целью придания монолитности конструкции, защиты от промокания и промерзания применяют эластичные герметизирующие битумные и битумно-полимерные мастики (герметики) с добавлением резиновой крошки. Примером герметизирующих мастик могут служить битумно-резиновая – резопласт (марки РК и РГ), состоящая из резиновой крошки, битума, полимерного компонента, пластификатора, и битумно-бутилкаучуковая, включающая битум в сочетании с бутилкаучуком, тальком и пластификатором – МББП-65. Герметизирующие битумные материалы должны удовлетворять следующим требованиям: быть гибкими и упругими; влаго- и газонепроницаемыми; обладать атмосферостойкостью и антикоррозионными свойствами; сохранять физико-химические и физико-механические свойства в процессе эксплуатации; иметь прочное сцепление с материалом конструкции; не выделять токсичных веществ.

Коррозионная стойкость металлических, бетонных, железобетонных конструкций обеспечивается средствами первичной и вторичной защиты . К первичным мерам относятся все те технологические мероприятия, которые обеспечивают стойкость самого материала (подбор состава). Вторичную защиту применяют в том случае, если при использовании первичной не достигается требуемая долговечность конструкции.

К мерам вторичной защиты относятся: лакокрасочные покрытия, оклеечные и штукатурные (обмазочные) покрытия на основе битумов. Кроме битумов красочные составы содержат модифицирующие полимерные добавки и органические растворители, при испарении которых и образуется стойкое покрытие. К недостаткам покрытий относится их пористость, медленное отверждение, низкая тепло-, морозо- и радиационная стойкость. Однако доступность и относительно низкая стоимость битумов обеспечили им широкое применение в строительстве.

Асфальтобетоны и растворы являются важнейшими материалами для устройства дорожных и аэродромных покрытий, полов на промышленных предприятиях, ирригационных каналов, плоских кровель.

Асфальтобетон – искусственный строительный материал, получаемый в результате отвердевания уплотненной асфальтобетонной массы, состоящей из тщательно перемешанных компонентов: щебня (гравия), песка, минерального порошка-наполнителя и битума. Асфальтобетон без крупного заполнителя называют асфальтовым раствором.

По виду крупного заполнителя асфальтобетоны разделяют на щебеночные и гравийные . В зависимости от марки применяемого битума и температуры укладки – на горячие (120°), теплые (70°) и холодные , приготовленные на жидких битумах или битумных эмульсиях, которые используют при температуре окружающего воздуха не ниже 5 °С.

По наибольшему размеру зерен щебня или гравия горячие и теплые асфальтобетоны разделяют на крупнозернистые – наибольший размер зерен до 40 мм; мелкозернистые – до 20 мм, песчаные – с наибольшим размером зерен до 5 мм. Холодные асфальтобетоны могут быть только мелкозернистыми или песчаными . Кроме того, горячие и теплые асфальтобетоны в зависимости от использования их в дорожной конструкции разделяют на плотные – для верхних слоев покрытия дорог с остаточной пористостью от 2 до 7 % по массе, пористые (7 – 12 %) – для верхнего слоя и оснований дорожных покрытий, высокопористые (12 – 18 %). Технология приготовления асфальтобетонной смеси предусматривает подогрев заполнителей и битума до заданной температуры, тщательное перемешивание их в смесителе. По технологическим признакам асфальтобетонную массу подразделяют на жесткую , пластичную и литую . Для уплотнения жестких и пластичных масс применяют тяжелые и средние катки. Литую асфальтобетонную массу уплотняют специальными валиками, легким катком или вовсе не уплотняют.

Качество асфальтобетонного покрытия оценивают по прочности , износостойкости и водостойкости . Технические свойства асфальтобетона значительно изменяются в зависимости от температуры. При обычной температуре (20.. – 25 °С) он имеет упруго-пластичные свойства, при повышенных – вязкопластичные, а при пониженных температурах становится хрупким. В связи с этим испытания механической прочности проводят при температурах 0, 20, 50 °С при постоянной скорости подачи нагрузки. В зависимости от температуры прочность на изгиб соответственно равна 1,0 – 1,2; 2,5 – 3 и 10 – 15 МПа.

Отличительной особенностью асфальтобетона является его способность к вязкому сопротивлению ударным воздействиям и износу. Установлено, что в условиях движения городского транспорта износ составляет от 0,2 до 1,5 мм в год. Так как асфальтобетон чувствителен к колебаниям температуры внешней среды, то в нем постоянно происходят структурные изменения, приводящие к разрушению покрытия. Особенно интенсивно деструктивные процессы происходят при резкой смене температур. Процесс этот ускоряется действием воды и старением самого органического вяжущего. Применение материалов на основе битума представлено в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Применение материалов на основе битумов

Область применения	Используемые материалы и изделия
Гидроизоляция строи-тельных конструкций: окрасочная	Мастики (горячие, холодные) битумные, битумно-полимерные, битумно-эмульсионные
оклеечная	Рулонные основные (на картоне, стеклохолсте и ткани) и безосновные наплавляемые и приклеиваемые
обмазочная	Асфальтовые штукатурки холодные и горячие
Кровельные покрытия	Листовой – «Ондулин», плиточный – битумная черепица («Шинглс»), рулонные и мастичные материалы
Герметизация швов	Мастики битумно-резиновые, битумно-каучуковые
Антикоррозионная защита строительных конструкций	Красочные и мастичные битумные и битумно-полимерные составы, рулонные изделия
Покрытия дорог, полов, плоских кровель	Асфальтобетоны и асфальторастворы

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ НОРМАТИВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 11047-90. Изделия деревянные.

2. СТБ 4.208-95. Система показателей качества продукции. Строительство. Конструкции и детали деревянные клееные. Номенклатура показателей.

3. СТБ 4.223-96. Система показателей качества продукции. Строительство. Изделия паркетные. Номенклатура показателей.

4. СТБ 1074-97. Детали профильные из деревянных и древесных материалов для строительства. Технические условия.

5. СТБ 1105-98. Блоки стеновые из арболита для малоэтажного строительства. Технические условия.

6. СТБ 1116-98. Плиты костровые и древеснокостровые. Технические условия.

7. СНБ 5.05.01-2000. Деревянные конструкции.

8. СН 549-82. Изготовление и применение конструкций и изделий из арболита.

9. ГОСТ 4598-86. Древесноволокнистые плиты.

10. ГОСТ 19222-84. Фибролит.

11. СН 525-80. Инструкция по технологии изготовления полимербетона и изделий из него.

12. СТБ 4.230-98. Материалы и изделия отделочные полимерные. Номенклатура показателей.

13. СТБ 1064-97. Плитки из термопласткомпозитов для полов. Технические условия.

14. СТБ 1092-97. Мастика герметизирующая битумно-эластомерная. Технические условия.

15. СТБ 1103-98. Арматура стеклопластиковая. Технические условия.

16. СТБ 1161-99. Плиты теплоизоляционные из синтетических волокон. Технические условия.

17. СТБ 1240-2000. Стеклопластик рулонный. Технические условия.

18. СТБ 1246-2000. Пенопласт теплоизоляционный на основе карбамидоформальдегидной смолы. Технические условия.

19. ГОСТ 7251-77. Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе. Технические условия.

20. ГОСТ 11529-86. Материалы поливинилхлоридные для полов. Методы контроля.

21. ГОСТ 18108-80. Линолеум поливинилхлоридный на теплозвукоизолирующей подоснове. Технические условия.

22. ГОСТ 26149-84. Покрытие для полов рулонное на основе химических волокон. Технические условия.

23. ГОСТ 30307-95. Мастики строительные полимерные клеящие латексные. Технические условия.

24. ГОСТ 22950-95. Плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем. Технические условия.

25. СТБ 4.224-95. Материалы и изделия полимерные строительные герметизирующие и уплотняющие. Номенклатура показателей.

26. СТБ 1033-96. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.

27. СТБ 1062-97. Битумы нефтяные для верхнего слоя дорожного покрытия.

28. СТБ 1093-97. Пергамин кровельный. Технические условия.

29. СТБ 1107-98. Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные на битумном и битумно-полимерном вяжущем. Технические условия.

30. СТБ 1220-2000. Битумы модифицированные дорожные. Технические условия.

31. СТБ 1245-2000. Эмульсии битумные катионные. Технические условия.

32. ГОСТ 7415-86. Гидроизол. Технические условия.

33. ГОСТ 10296-79. Изол. Технические условия.

34. ГОСТ 10923-93. Рубероид. Технические условия.

35. ГОСТ 15879-70. Стеклорубероид. Технические условия.

36. ГОСТ 20429-84. Фольгоизол. Технические условия.

37. ГОСТ 30547-97. Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные. Общие технические условия.

Теперь рассмотрим условия сохранения. При некоторых обстоятельствах археологический материал доходит до нас в исключительном состоянии. При очень благоприятных условиях сохраняются очень многие артефакты, включая непрочные, такие как кожаные коробочки, корзинки, деревянные наконечники стрел и мебель. Но при обычных условиях сохраняются самые прочные предметы. Обычно объекты, найденные на памятниках, можно разделить на две обширные категории: неорганические и органические материалы.

К неорганическим материалам относятся камень, металлы и глина. Доисторические каменные инструменты, такие как ножи, изготовленные человеком 2,5 миллиона лет назад, сохранились в превосходном состоянии. Режущие кромки столь же остры, как и тогда, когда их потеряли изготовители. Глиняные горшки относятся к самым прочным артефактам, особенно если они были правильно обожжены. Это не просто совпадение, что большая часть доисторических эпох реконструируется по хронологическим последовательностям гончарных стилей. Фрагменты (осколки) хорошо обожженных глиняных сосудов практически неразрушимы, в некоторых японских памятниках они пролежали приблизительно 10 000 лет.

ПРАКТИКА АРХЕОЛОГИИ
АРФА ИЗ УРЫ, ИРАК

Раскопки царского кладбища в Уре, на юге Ирака, в 1931 году проводил британский археолог Леонард Вулли, за несколько лет до этого он обнаружил в этом царском могильнике золотые артефакты. Почти пять лет он умышленно ждал, пока не овладеет нужными навыками и не подготовит специалистов для раскрытия могильника и его ритуальных артефактов. В ходе раскопок выявились замечательно полные детали царского захоронения 2900 года до н. э., но величайшим триумфом Вулли было открытие деревянной арфы, несмотря на то, что ее деревянные части сгнили в земле.

Проводя раскопки могилы принца Пу-аби, Вулли заметил небольшое вертикальное отверстие и фрагменты мозаики из слоновой кости. Подозревая, что это ценный артефакт, он приготовил смесь гипса и воды и залил в отверстие, так, чтобы раствор заполнил все отверстия под землей. После того как раствор затвердел, он вытащил пласт почвы вокруг таинственного артефакта для тщательного изучения в лаборатории. В Лондоне, в Британском музее, Вулли осторожно снял почву со слепка, регистрируя положение каждого самого маленького фрагмента мозаики. Этот гипсовый слепок воспроизвел деревянные части роскошной арфы с деревянной декой, украшенной слоновой костью и выложенной полудрагоценными камнями. Она лежала на телах трех женщин, возможно, музыкантов, уложенной на них после их смерти. В итоге вдохновенной археологически-детективной работы Вулли смог в точности восстановить один из самых древних музыкальных инструментов в мире (рис. 4.1).

Царский могильник в Уре, как и гробница египетского фараона Тутанхамона, дал редкую возможность изучить ритуальные артефакты, некоторые из которых, возможно, передавались по наследству, так как они лежали в первичной гробнице. В случае с Пу-аби Вулли восстановил весь процесс похорон, начиная с выкапывания глубокой погребальной траншеи и совершения там массового самоубийства царского двора. К сожалению, сохранившиеся материалы раскопок в Уре не позволяют нам проверить точность замечательной истории Вулли о царских похоронах 5000 лет назад.

Органические материалы - это предметы, сделанные из веществ растительного или животного происхождения - дерева, кожи, кости, хлопка. В археологическом материале они редко сохраняются. Но если сохраняются, то тогда можно получить намного более полную картину доисторической жизни, чем та, что дают неорганические находки.

Органические вещества и археологический материал

В большинстве археологических памятников по всему миру неорганических остатков сохраняется чуть больше, чем остальных. Иногда, однако, при особенно благоприятных условиях «выживают» чрезвычайно информативные органические материалы. Влага и экстремальные температуры способствовали сохранению многих памятников.

Подтопленная среда и заболоченные почвы

Условия подтопленной среды или торфяных болот особенно хороши для сохранения дерева или растительных остатков, будь климат субтропический или умеренный. Тропические ливни, такие как в бассейне Амазонки или Конго, далеко не благоприятны для деревянных артефактов. В противоположность этому, значительное количество археологических памятников встречаются возле родников или болот, там, где уровень подводных вод достаточно высок и затопление культурного слоя произошло сразу после того, как памятник был покинут обитателями (Коулс и Коулс - Coles and Coles, 1986, 1989; Парди - Purdy, 1988). При кораблекрушениях сохраняется много источников информации, так как под водой сохраняются даже незначительные артефакты. Корабль «Мария Роза» английского короля Генриха VIII дал бесценную информацию о конструкции и вооружении кораблей времен Тюдоров, так же как и скелеты стрелков, их оружие, различные повседневные предметы, большие и маленькие. Корабль времен бронзового века, погибший у Улубуруна на юге Турции, позволил получить уникальную картину торговли на востоке Средиземноморья 3000 лет назад, а деревянные детали корабля многое скажут о древнем кораблестроении (см. рис. 1.11 и главу 16).

Заболоченные ландшафты - однообразные и покрытые водой - далеки от привлекательности. В древние времена такие земли часто использовались только для охоты или через них просто приходилось прокладывать тропы. Реже они использовались для земледелия, в качестве пастбищ, для заготовки соломы, еще реже - там жили. Чрезмерно увлажненные почвы отличаются бесконечным многообразием, каждый тип таких земель формировался посредством уникального процесса отложения осадков, и они сохраняют чрезвычайно разнообразный археологический материал. Такие почвы были хорошо защищены от разрушительных действий животных и людей и от мощных естественных процессов, которым подвергаются более открытые местности. В некоторых случаях, как, например, в Сомерсетской долине на юго-западе Англии, археологам удалось реконструировать целые ландшафты, пересеченные деревянными путями; при реконструкции использовались аэрофотосъемка, радары и бурение (Коулс и Коулс - Coles and Coles, 1986).

Сомерсетская долина, Англия . Между 6000 и 1500 лет назад Сомерсетская долина была заливом рядом с рекой Северн, заполненным толстыми слоями торфа (Coles and Coles, 1986). Условия в долине постоянно менялись, поэтому местные жители построили деревянные тропы вдоль своих привычных маршрутов (рис. 4.2). Строителям эпохи неолита нужно было соединить приподнятой над поверхностью дорожкой два острова на болотах. Эта тропа получила название Свит Трэк - Добрая тропа. Строители рубили лес на сухих местах, подготавливали его и перетаскивали к краю болота. Затем они укладывали длинные столбы конец к концу вдоль предполагаемого пути по болоту. Обычно использовались стволы ольхи и лещины, крепившиеся к грунту с помощью кольшков крепкими стеблями через каждый метр. Кольшки вбивались наискосок через бревна в форме буквы V. Затем поверх бревен укладывали доски или бруски, образовывавшие дорожку длиной 1,6 километра и шириной 40 сантиметров и приблизительно на такой же высоте над бревнами.

Раскопки Свит Трэк дали уникальную возможность создания реконструкции древней окружающей среды и условия для дендрохронологического анализа. Хронология по древесным остаткам показала, что все деревья были срублены в одно время и тропа использовалась в течение 10 лет. Исследования были столь тщательными, что было показано, что часть тропы над самым влажным участком несколько раз ремонтировалась. Строители пользовались деревянными клиньями и деревянными молотками, доски вырубались каменными топорами. В щелях дорожки нашли и другие артефакты - каменные наконечники для стрел со следами крепления древка, луки из орешника и привезенные из других местностей каменные топоры.

Толлундский человек, Дания . В датских озерах было найдено много оружия с деревянными ручками, одежды, украшений, ловушек и даже целые тела людей. Например, толлундский человек (Глоб - Glob, 1969). Тело этого несчастного было найдено в 1950 году двумя добытчиками торфа. Он лежал в своем коричневом торфяном ложе с безмятежным выражением лица и крепко закрытыми глазами (рис. 4.3). На нем была остроконечная кожаная шапочка и пояс, больше ничего. Нам известно, что он был повешен, так как на шее у него была затянута веревка. Телу толлундского человека около 2000 лет, и оно относится в датскому железному веку. Целая группа медицинских экспертов изучала это тело. Входивший в группу палеоботаник установил, что последней пищей толлундского человека была каша из ячменя, льняных семян, смеси нескольких диких трав и семян, которую он съел за 12–24 часа до смерти. Причина его казни или принесения в жертву неизвестна.

Озетт, штат Вашингтон . Ричард Доэрти из Государственного университета штата Вашингтон работал на памятнике Озетт на полуострове Олимпия на северо-западном побережье Тихого океана более 10 лет (Кирк - Kirk, 1974). Впервые этот памятник привлек его внимание в 1947 году, когда он изучал прибрежные поселения. Озетт был заселен индейцами мака еще 20 или 30 лет назад, обвалившиеся дома можно было увидеть на вершине большой мусорной кучи. Но только в 1966 году Доэрти смог начать раскопки памятника, которому угрожало уничтожение из-за действия волн и грязевых оползней. При пробном раскопе обнаружилось большое количество китовых костей, радиоуглеродным методом датировки определили их возраст - 2500 лет. И самое главное - слои грязи сохранили следы деревянных домов и органические остатки в них. В 1970 году звонок из Совета племени мака оповестил Доэрти о новых открытиях. Высокие волны дошли до мусорной кучи и вызвали оползание почв, при этом открылись деревянные дома, погребенные под древним обвалом.

Доэрти со своими коллегами более десяти лет работали над вскрытием остатков четырех домов из кедра и того, что там было (рис. 4.4). Во время раскопок было много трудностей. Для удаления грязи с хрупких деревянных предметов использовались распылители высокого давления. Затем все находки обрабатывались специальными химикатами для сохранности и только потом подвергались окончательному анализу. Влажная грязь, накрывшая дома, окутала дома плотным покрывалом, под которым сохранилось все, кроме плоти, перьев и кожи. Дома сохранились превосходно. Один, раскрытый в 1972 году, был размером 21 метр на 14 метров. Там имелось несколько очагов и платформ для приготовления пищи, свешивающиеся циновки и низкие стенки разделяли помещения на части. Во время раскопок нашли 40 000 артефактов, включая конические головные уборы из корней ели для защиты от дождя, корзины, деревянные чаши с тюленьим жиром, циновки, рыболовные крючки, гарпуны, гребни, стрелы и луки, даже фрагменты тканых изделий, листья папоротника и кедра. Среди находок был также плавник кита, вырезанный из красного кедра и инкрустированный семьюстами зубами морской выдры (см. рис. 11.17).

Памятник Озетт является классическим примером того, как много может быть раскрыто на затопленном памятнике. Но Озетт важен еще и с другой стороны. Потому, что у индейцев мака, живших здесь, была материальная история, уходившая вглубь веков на, по крайней мере, 2000 лет до прихода европейцев. Устные традиции и письменные документы мака датируются не далее чем 1876 годом н. э. Народ мака покинул Озетт только в современные времена, в 1920-х годах, чтобы быть поближе к школе. Археологические раскопки позволили проследить непрерывность этого селения охотников на китов и рыболовов на протяжении длительного времени, уходящего далеко в прошлое, что дает сегодня народу мака новое чувство исторической идентичности.

Очень сухие условия, как, например, на американском юго-западе или в долине Нила, даже более благоприятны для сохранности артефактов, чем подтопленные местности. В пещерах североамериканского Большого бассейна при сухом климате сохранились такие органические находки, как мокасины (рис. 4.5).

Гробница Тутанхамона, Египет . Одним из самых знаменитых археологических открытий является гробница Тутанхамона (приблизительно 1323 год до н. э.), раскопки которой произвели лорд Карнарвон и Говард Картер в 1922 году (Г. Картер и другие - H. Carter and others, 1923–1933; Ривз - Reeves, 1990). Когда двери ранее не открывавшейся гробницы распахнулись, то вся обстановка в ней находилась точно в том состоянии, в котором ее оставили присутствовавшие на похоронах царя. Позолоченные деревянные сундуки, одежды, шкатулки из слоновой кости, копии колесниц и кораблей, сама мумия - все замечательно сохранилось, как и изумительные украшения и картины, сияющие так же ярко, как в тот день, когда они были написаны, в них даже чувствуется некоторая поспешность художника. Гробница Тутанхамона дает нам такой живой взгляд на прошлое, какой мы еще вряд ли когда-нибудь сможем получить (см. фото на заглавной странице первой главы и рис. 4.6).

Мумии чинчорро, Чили . Культура чинчорро процветала в Южной Америке на южном побережье Перу и Чили еще в 7000 году до н. э. Это сообщество охотников-собирателей существовало за счет прибрежной рыбной ловли и сбора диких растений (Ариацца - Arriazza, 1995). Они оседло жили в поселениях и своих усопших хоронили на кладбищах, подобных памятнику Эль Моро возле Арика. Свыше 280 удивительно хорошо сохранившихся мумий было раскрыто на прибрежных кладбищах в этом одном из самых сухих мест на земле. Начиная с 5000 года до н. э. в этом племени расчленяли умерших, снимали кожу и извлекали внутренности, затем тела набивали растительным материалом и укрепляли палочками. Затем части тела сшивали с помощью человеческих волос и иголок кактуса. На черепа, подобно шлемам, посредством красной клейкой массы прикрепляли парики из человеческих волос, лица мумий часто окрашивали в черный цвет. Иногда на тело и ноги, как бинты, наносили куски кожи. Мумифицированные тела выставляли напоказ и заботились о них, в конце концов, их заворачивали в саваны, сплетенные из тростника, и хоронили в неглубоких могилах, иногда семьями по шесть человек и более. Практика мумификации в народе чинчорро прекратилась приблизительно в 1500 году до н. э., то есть за века до того времени, когда Тутанхамон правил Египтом. Химический анализ костей и кишечников мумий чинчарро показал, что при жизни у этих людей преобладала пища морского происхождения, имелись следы заражений ленточным червем и что они болели экзостозом слухового канала, вызванным нырянием на большие глубины.

Чрезвычайно холодные условия на арктических памятниках также превосходно сохраняются остатки прошлого. Приполярные районы Сибири и Америки являются гигантскими холодильниками, в которых процесс разрушения останавливается на тысячи лет. Вблизи Северного Ледовитого океана сохранились десятки замороженных тел мамонтов. Самым известным из них является Березовский мамонт, который завяз в трясине у берегов сибирской реки 10 000 лет назад. Ученые российской экспедиции, обнаружившие мамонта, сочли его мясо настолько хорошо сохранившимся, что накормили им своих собак. Прекрасно сохранилась шерсть мамонта, а остатки его последней пищи были найдены на языке и в желудке (Дигби - Digby, 1926).

«Ледяной человек», итальянские Альпы . Благодаря сочетанию сухого ветра и чрезвычайного холода сохранилось тело человека эпохи бронзового века возрастом 5300 лет, найденное в 1991 году на леднике Симилаун в европейских Альпах (Барфилд - Barfield, 1994; Шпиндлер - Spindler, 1994). Тело сорокалетнего мужчины сначала засушил холодный ветер, а затем его засыпало снегом и льдами. В наше время в теплую погоду ледник подтаял, и тело было найдено. У мужчины при себе имелся медный топор с деревянной ручкой, колчан с 14 стрелами с деревянными и костяными наконечниками, запасные наконечники и воскообразное вещество для их крепления. На нем были кожаные башмаки, обвязанные сеном для утепления, каменное ожерелье, кожаные и меховые предметы одежды. На колене и спине оказались небольшие татуировки. Причина смерти стала предметом многих размышлений. Недавно глубоко в правом плече обнаружился наконечник стрелы, а левая рука была искалечена колотой раной, полученной, возможно, во время рукопашной схватки. Вполне вероятно, что, тяжело раненный, он смог уйти от врага или врагов, но потерял силы и умер в небольшом овраге, где и был впоследствии найден. Международная группа специалистов изучает тело, расшифровывает ДНК, анализирует состояние соединительных тканей. Радиоуглеродная датировка показала, что Симилаунское тело относится к 3350–3300 годам до н. э.

Жертвоприношения инков в горах Перу и Аргентины . Инки приносили человеческие жертвы высоко в Андах, так как считали эти горы священными. К счастью для науки, жестокий холод горных высот сохранил мумии мальчиков и девочек в почти совершенном состоянии. Антрополог Йохан Райнхард (Johan Reinhard) (1996) и его коллега из Перу Мигель Зарате нашли мумию девочки на высоте 6210 метров в южной части перуанских Анд. Четырнадцатилетнюю девочку из племени инков принесли в жертву 500 лет назад и похоронили на вершине священной горы Невадо Ампато (рис. 4.8). Ее хорошо сохранившееся тело было завернуто в грубую верхнюю ткань - поверх ткани из белой и коричневой полосок. Под ними на ней были тонко сотканное платье и шаль, скрепленная серебряной брошью. Ноги обуты в кожаные мокасины, но голова была непокрытой. Возможно, первоначально на ней был убор из перьев, который мог упасть во время обвала в горах, когда сама мумия скатилась с горы. Компьютерная томография черепа показала наличие переломов над правым глазом. Она умерла из-за обширного кровоизлияния, полученного в результате сильного удара по голове. Кровь из раны сместила мозг к одной из сторон черепа.

Позднее Райнхард (1999) нашел еще три мумии - двух девочек и мальчика - в аргентинских Андах в таком хорошем состоянии, что их внутренние органы были невредимыми. Исследователи видели даже тоненькие волосы на руках жертв. Замерзшая кровь еще была в сердце одной из мумий. В момент смерти детям было от 8 до 14 лет, хотя причина смерти не установлена. Жертвы были в одежде, вместе с ними положили почти 40 золотых, серебряных и перламутровых ритуальных фигурок, половина из них в одежде. Кроме того, с детьми были украшенные ткани, мокасины, глиняные сосуды, некоторые из них с пищей. Этих детей принесли в жертву на вершине вулкана в 200 км от ближайшего селения.

Трагедия в Утгиагвик, Аляска . Еще одно эффектное открытие, на этот раз на берегу Северного Ледовитого океана возле города Бэрроу, штат Аляска. Здесь тоже произошла трагедия, но не так давно. Две женщины из племени Инупиат, одной - за сорок, а другой - примерно двадцать лет, спали в маленьком доме, сделанном из сплавного леса и дерна и стоявшем на берегу океана. В ту ночь приблизительно в 1540-х годах океан штормило (Холл и другие - Hall et al., 1990). Рядом с женщинами спали мальчик и две девочки. Высокие волны крошили лед о берег. Неожиданно огромную глыбу выбросило на берег, и тонны льда обрушились на дом. Крыша рухнула, и все обитатели дома мгновенно погибли. На рассвете соседи обнаружили следы трагедии и оставили дом покоиться подо льдом. Позднее родственники достали оттуда кое-какие вещи, остатки пищи, торчащие бревна, все остальное в том же виде находилось подо льдом 400 лет, этакое замороженное свидетельство доисторической трагедии.

Четыре века назад Утгиагвик был немаленьким поселением, в нем было, по крайней мере, 60 домов-землянок (house mounds). Но сейчас он покоится под разросшимся Бэрроу. В 1982 году обнаружились остатки дома и тела двух женщин народа инупиат, все еще замороженные. Как пол, так и стены дома были сделаны из отесанного сплавного леса, дерево крепилось замерзшей землей, крышу соорудили из дерна. Хорошо сохранившиеся тела женщин подверглись аутопсии, и выяснилось, что у обеих было сравнительно хорошее здоровье, хотя в легких имелись затемнения из-за антракоза, вызванного вдыханием дыма и копоти масляных ламп в плотно закрытом на зиму помещении. Они питались в основном жирной пищей - китовым и тюленьим мясом, что вызвало атеросклероз и сузило сосуды. За два месяца до трагедии старшая из женщин рожала и еще кормила грудью своего ребенка. Обе иногда страдали от недоедания и болезней. Старшая недавно болела пневмонией и только что избавилась от болезненной мускульной инфекции, называемой трихинозом, возможно полученной из-за потребления сырого мяса белого медведя. На женщинах ничего не было, кроме ночных рубашек, возможно, для того, чтобы избежать конденсации влаги на другой одежде, которая замерзла бы на открытом воздухе.

На улице они носили парки из меха северного оленя карибу, защитные очки, рукавицы, влагонепроницаемые башмаки из кожи тюленя. Все это было найдено во входном туннеле в дом. Большую часть своего времени они занимались изготовлением и ремонтом одежды, охотничьих приспособлений, которые хорошо сохранились в развалинах дома. Там также нашли костяные наконечники для гарпунов, применявшихся при охоте на тюленей и других морских млекопитающих, остатки бола - метательного приспособления из сухожилий, утяжеленного костями для ловли птиц. Рядом с домом нашли деревянное ведро, части которого крепились китовым усом, и нечто вроде кирки из костей и дерева для расчистки снега.

Вулканический пепел

Все слышали о римских городах Геркуланум и Помпеи, полностью погибших во время извержения Везувия в 79 году н. э. Вулканическая лава и пепел погребли под собой оба города. При этом сохранились «слепки» тел пытавшихся спастись людей (см. рис. 2.1). Такие случаи редки, но когда делаются подобные открытия, то обнаруживаются замечательные находки. Приблизительно в 580 году н. э. извержение вулкана в Сан-Сальвадоре погубило небольшую деревню народа майя в местечке Серен (Шитс - Sheets, 1992). Ее обитатели уже поужинали, но еще не легли спать. При начале извержения они, спасаясь бегством, бросили дома и все пожитки. Пепел покрыл не только селение, но и близлежащие поля с урожаями кукурузы и агавы. Пейсон Шитс и его многодисциплинарная исследовательская группа раскрыли жилые помещения и надворные постройки, множество артефактов в них. Все осталось в том виде, в каком их бросили, потому что слой пепла был слишком толстым и ничего из под него достать было невозможно.

В каждом хозяйстве в Серене имелось строение для приема пищи, сна, склад, кухня, а также помещения для других видов деятельности (см. рис. 4.9). Большие соломенные крыши, выступающие за пределы стен, создавали не только крытые переходы из одного строения в другое, но и пространства для обработки зерна и его хранения. В каждом хозяйстве рядом с домом выращивались маис, какао, агава и другие культуры, высеваемые аккуратными рядами. Зерновые хранились в глиняных сосудах с плотно притертыми крышками. Небольшое количество кукурузы и перца подвешивали к крышам, инструменты держали в стропилах. Во время раскопок раскрыли три общественных здания, одно из которых было, вероятно, общинным центром. Также были обнаружены поля маиса, на которых растения были согнуты - колосья пригибались к стеблю. Такая техника «хранения» до сих пор применяется в некоторых частях Центральной Америки. Созревший маис указывает на то, что извержение произошло в конце вегетационного периода, то есть в августе.

Археологические раскопки в Серене позволили получить необычайно полную картину жизни в скромном поселении майя, расположенном далеко от больших церемониальных центров, в которых жила элита. Это место замечательно своим полным набором инструментов, запасов пищи. Сохранились даже самые мелкие детали архитектуры поселения. Мы даже знаем, где эти люди прятали свои острые ножи от любопытных детей - в стропилах своих домов.

Заключение

Процессы формирования памятников или трансформационные процессы - это факторы, создающие исторические или археологические материалы, естественные или культурные составляющие, изменяющие археологический материал с того момента, как памятник был заброшен.

Существует два основных типа процесса формирования памятников. Культурные трансформации - трансформации, при которых действия человека изменили археологический материал посредством перестройки домов или повторного использования артефактов. Естественные процессы - это события или процессы в природной окружающей среде, воздействующие на археологический материал, такие как химические свойства почвы и природные явления вроде землетрясений или ветров.

В дальнейшем действия человека могут радикально повлиять на археологическую сохранность. Человек может выборочно отбросить какой-то артефакт или выборочно же сохранять другие, многие переменные (составляющие) могут повлиять на планировку поселений и т. д. Некоторые народы, такие как индейцы юго-запада, повторно использовали бревна и другие материалы, искажая археологический материал. Повторно используются сами памятники, часто нарушаются нижние слои. Но последующие поколения могут и сохранять важные строения, например храмы, в течение многих веков. Современные войны, промышленная активность, интенсивное земледелие и выращивание скота могут повлиять на сохранность археологических остатков.

Условия сохранения главным образом зависят от почвы и климата в районе нахождения памятника. Неорганические объекты, такие как камень и обожженная глина, могут сохраняться почти бесконечно. Но органические материалы - кость, дерево, кожа - сохраняются только в исключительных условиях, при сухом климате, в зонах вечной мерзлоты, в затопляемых регионах.

Подтопленные и заболоченные места создают условия, благоприятные для сохранения дерева и растительных остатков. В этом контексте мы рассматривали Сомерсетскую долину, датские болота и поселение Озетт в штате Вашингтон.

При сухих условиях могут сохраняться почти любые артефакты, лучшими примерами этого являются замечательно сохранившаяся древняя египетская культура и находки, обнаруженные в пещерах пустынь запада США и Южной Америки.

При арктическом холоде органические остатки могут заморозиться в почве. Мы описывали «Ледяного человека», найденного в Альпах; жертвы религиозных обрядов инков в горах Южной Америки; захороненную подо льдом семью эскимосов на Аляске и современные находки, сделанные при выяснении судьбы экспедиции Франклина. В вулканическом пепле сохранилась деревня майя Серен в Сан-Сальвадоре. При внезапном извержении селение покрыл такой толстый слой пепла, что совершенно неповрежденными сохранились дома со всей утварью, сады и огороды.

Ключевые термины и понятия

Археологические данные
Археологический материал
Естественные процессы
Культурные трансформации
Матрица
Неорганические материалы
Органические материалы
Процессы формирование памятников
Трансформационные процессы

BEATTIE, O., and J. GEIGER. 1986. Frozen in Time: The Fate of the Franklin Expedition. London: Bloomsbury. The fascinating story of the Franklin burials told for a popular audience. An excellent case study of the difficulties of working in a cold environment.
COLES, BRYONY, and JOHN M. COLES. 1986. Sweet Track to Glastonbury. New York: Thames and Hudson. An exemplary account of the Coles’s excavations in England’s Somerset Levels. Excellent illustrations.
REEVES, NICHOLAS. 1990. The Complete Tut-ankhamun. London: Thames and Hudson. All you need to know about this most famous of archaeological discoveries, superbly illustrated.
SCHIFFER, MICHAEL B. 1987. Site Formation Processes of the Archaeological Record. Tucson: University of Arizona Press. A synthesis of site-formation processes in archaeology and some of the research problems associated with them. Comprehensive bibliography.
SHEETS, PAYSON D. 1992. The Ceren Site: A Prehistoric Village Buried by Volcanic Ash. New York: Holt, Rinehart & Winston. A short case study of this Maya village buried by volcanic ash. Ideal for readers unfamiliar with archaeological methods.

Органическое вещество - это химическое соединение, в составе которого присутствует углерод. Исключения составляют только угольная кислота, карбиды, карбонаты, цианиды и оксиды углерода.

История

Сам термин «органические вещества» появился в обиходе ученых на этапе раннего развития химии. В то время господствовали виталистические мировоззрения. Это было продолжение традиций Аристотеля и Плиния. В этот период ученые мужи были заняты разделением мира на живое и неживое. При этом все без исключения вещества четко подразделялись на минеральные и органические. Считалось, что для синтеза соединений «живых» веществ необходима особая «сила». Она присуща всем живым существам, и без нее образовываться органические элементы не могут.

Это смешное для современной науки утверждение господствовало очень долго, пока в 1828 году Фридрих Велер опытным путем его не опроверг. Он смог из неорганического цианата аммония получить органическую мочевину. Это подтолкнуло химию вперед. Однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось и в настоящем времени. Оно лежит в основе классификации. Известно почти 27 миллионов органических соединений.

Почему так много органических соединений?

Органическое вещество - это, за некоторым исключением, углеродное соединение. В действительности это очень любопытный элемент. Углерод способен образовывать из своих атомов цепочки. При этом очень важно, что связь между ними стабильна.

Кроме того, углерод в органических веществах проявляет валентность - IV. Из этого следует, что этот элемент способен образовывать с другими веществами связи не только одинарные, но и двойные и тройные. По мере возрастания их кратности, цепочка, состоящая из атомов, станет короче. При этом стабильность связи только увеличивается.

Также углерод имеет способность образовывать плоские, линейные и объемные структуры. Именно поэтому в природе так много разнообразных органических веществ.

Состав

Как было сказано выше, органическое вещество - это соединения углерода. И это очень важно. возникают при его связи практически с любым элементом периодической таблицы. В природе чаще всего в их состав (помимо углерода) входят кислород, водород, сера, азот и фосфор. Остальные элементы встречаются намного реже.

Свойства

Итак, органическим веществом является углеродное соединение. При этом существуют несколько важных критериев, которым оно должно соответствовать. Все вещества органического происхождения обладают общими свойствами:

1. Существующая между атомами различная типология связей непременно приводит к появлению изомеров. Прежде всего они образуются при соединении молекул углерода. Изомеры - это различные вещества, имеющие одну молекулярную массу и состав, но разные химико-физические свойства. Это явление называется изомерией.

2. Еще один критерий - явление гомологии. Это ряды органических соединений, в них формула соседних веществ отличается от предыдущих на одну группу СН 2 . Это важное свойство применяется в материаловедении.

Какие существуют классы органических веществ?

К органическим соединениям относят несколько классов. Они известны всем. липиды и углеводы. Эти группы можно назвать биологическими полимерами. Они участвуют в метаболизме на клеточном уровне в любом организме. Также в эту группу включают нуклеиновые кислоты. Так что можно сказать, что органическое вещество - это то, что мы ежедневно потребляем в пищу, то, из чего состоим.

Белки

Белки состоят из структурных компонентов - аминокислот. Это их мономеры. Белки также называют протеинами. Известно около 200 видов аминокислот. Все они встречаются в живых организмах. Но лишь двадцать из них являются составляющими белков. Их называют основными. Но в литературе также можно встретить и менее популярные термины - протеиногенные и белокобразующие аминокислоты. Формула органического вещества этого класса содержит аминные (-NH 2) и карбоксильные (-СООН) составляющие. Между собой они связанны все теми же углеродными связями.

Функции белков

Белки в организме растений и животных выполняют множество важных функций. Но главная из них - структурная. Белки являются основными компонентами клеточной мембраны и матрикса органелл в клетках. В нашем организме все стенки артерий, вен и капилляров, сухожилий и хрящей, ногтей и волос состоят преимущественно из разных белков.

Следующая функция - ферментативная. Белки выступают в качестве ферментов. Они катализируют протекание в организме химических реакций. Именно они отвечают за распад питательных компонентов в пищеварительном тракте. У растений ферменты фиксируют положение углерода во время фотосинтеза.

Некоторые переносят в организме различные вещества, например, кислород. Органическое вещество также способно присоединяться к ним. Так осуществляется транспортная функция. Белки разносят по кровеносным сосудам ионы металлов, жирные кислоты, гормоны и, конечно же, углекислый газ и гемоглобин. Транспорт происходит и на межклеточном уровне.

Белковые соединения - иммуноглобулины - отвечают за выполнение защитной функции. Это антитела крови. Например, тромбин и фибриноген активно участвуют в процессе свертываемости. Таким образом, они предотвращают большую кровопотерю.

Белки отвечают и за выполнение сократительной функции. Благодаря тому, что миозиновые и актиновые протофибриллы постоянно выполняют скользящие движения относительно друг друга, происходит сокращение мышечных волокон. Но и у одноклеточных организмов происходят подобные процессы. Движение жгутиков бактерий также напрямую связано со скольжением микротрубочек, которые имеют белковую природу.

Окисление органических веществ высвобождает большое количество энергии. Но, как правило, белки расходуются на энергетические нужды очень редко. Это происходит, когда исчерпаны все запасы. Лучше всего для этого подходят липиды и углеводы. Поэтому белки могут выполнять энергетическую функцию, но только при определенных условиях.

Липиды

Органическим веществом является и жироподобное соединение. Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам. Они нерастворимы в воде, но при этом распадаются в неполярных растворах, таких как бензин, эфир и хлороформ. Они входят в состав всех живых клеток. В химическом отношении липиды - это спиртов и карбоновых кислот. Самые известные из них - жиры. В организме животных и растений эти вещества выполняют множество важных функций. Многие липиды используются в медицине и промышленности.

Функции липидов

Эти органические химические вещества вместе с белками в клетках образуют биологические мембраны. Но главная их функция - энергетическая. При окислении молекул жиров высвобождается огромное количество энергии. Она идет на образование в клетках АТФ. В форме липидов в организме может накапливаться значительное количество энергетических запасов. Порою их даже больше, чем нужно для осуществления нормальной жизнедеятельности. При патологических изменениях метаболизма «жирных» клеток становится больше. Хотя справедливости ради нужно заметить, что такие чрезмерные запасы просто необходимы животным, впадающим в спячку, и растениям. Многие полагают, что деревья и кустарники в холодный период питаются за счет почв. В действительности же они расходуют запасы масел и жиров, которые сделали за летний период.

В организме человека и животных жиры могут выполнять и защитную функцию. Они откладываются в подкожной клетчатке и вокруг таких органов, как почки и кишечник. Таким образом, они служат хорошей защитой от механических повреждений, то есть ударов.

Кроме этого, жиры обладают низким уровнем теплопроводности, что помогает сохранить тепло. Это очень важно, особенно в условиях холодного климата. У морских животных подкожный жировой слой еще и способствует хорошей плавучести. А вот у птиц липиды выполняют еще и водоотталкивающую и смазывающую функции. Воск покрывает их перья и делает их более эластичными. Такой же налет имеют на листьях некоторые виды растений.

Углеводы

Формула органического вещества C n (H 2 O) m указывает на принадлежность соединения к классу углеводов. Название этих молекул указывает на тот факт, что в них присутствует кислород и водород в том же количестве, что и вода. Кроме этих химических элементов, в соединениях может присутствовать, например, азот.

Углеводы в клетке являются основной группой органических соединений. Это первичные продукты Они представляют собой и исходные продукты синтеза в растениях других веществ, например, спиртов, органических кислот и аминокислот. Также углеводы входят в состав клеток животных и грибов. Обнаруживаются они и среди основных компонентов бактерий и простейших. Так, в животной клетке их от 1 до 2 %, а в растительной их количество может достигать 90 %.

На сегодняшний день выделяют всего три группы углеводов:

Простые сахара (моносахариды);

Олигосахариды, состоящие из нескольких молекул последовательно соединенных простых сахаров;

Полисахариды, в их состав входит более 10 молекул моносахаридов и их производных.

Функции углеводов

Все органические вещества в клетке выполняют определенные функции. Так, например, глюкоза - это основной энергетический источник. Она расщепляется в клетках всех происходит во время клеточного дыхания. Гликоген и крахмал составляют основной запас энергии, причем первое вещество у животных, а второе - у растений.

Углеводы выполняют и структурную функцию. Целлюлоза является основным компонентом клеточной стенки растений. А у членистоногих эту же функцию выполняет хитин. Также он обнаруживается в клетках высших грибов. Если брать в пример олигосахариды, то они входят в состав цитоплазматической мембраны - в виде гликолипидов и гликопротеинов. Также в клетках нередко выявляется гликокаликс. В синтезе нуклеиновых кислот участвуют пентозы. При включена в состав ДНК, а рибоза - в РНК. Также эти компоненты обнаруживаются и в коферментах, например, в ФАД, НАДФ и НАД.

Углеводы также способны выполнять в организме и защитную функцию. У животных вещество гепарин активно препятствует быстрому свертыванию крови. Он образуется во время повреждения ткани и блокирует образование тромбов в сосудах. Гепарин в большом количестве обнаруживается в тучных клетках в гранулах.

Нуклеиновые кислоты

Белки, углеводы и липиды - это не все известные классы органических веществ. Химия относит сюда еще и нуклеиновые кислоты. Это фосфорсодержащие биополимеры. Они, находясь в клеточном ядре и цитоплазме всех живых существ, обеспечивают передачу и хранение генетических данных. Эти вещества были открыты благодаря биохимику Ф. Мишеру, который занимался изучением сперматозоидов лосося. Это было «случайное» открытие. Немного позднее РНК и ДНК были обнаружены и во всех растительных и животных организмах. Также были выделены нуклеиновые кислоты в клетках грибов и бактерий, а также вирусов.

Всего в природе обнаружено два вида нуклеокислот - рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). Различие понятно из названия. дезоксирибоза - пятиуглеродный сахар. А в молекуле РНК обнаруживается рибоза.

Изучением нуклеиновых кислот занимается органическая химия. Темы для исследования диктует также медицина. В кодах ДНК скрывается множество генетических болезней, обнаружить которые ученым еще только предстоит.