Коагуляционные и неорганические поликонденсационные вяжущие

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

Н. Н. Башкатов

КОАГУЛЯЦИОННЫЕ 
И НЕОРГАНИЧЕСКИЕ 
ПОЛИКОНДЕНСАЦИОННЫЕ
ВЯЖУЩИЕ

Учебное пособие

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

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2018

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

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

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

ISBN 978-5-7996-2268-8

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

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

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

 
     университет, 2018



ВВЕДЕНИЕ

П

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

ВВЕДЕНИЕ

Ко второй группе относят битум и деготь. Битум является од-
ним из самых древних строительных материалов, история ко-
торого начинается тысячи лет назад. Известно, что уже древние 
строители Междуречья использовали его в качестве гидроизо-
ляции. Понятно, что в те времена не могло быть и речи о пере-
работке нефти, поэтому использовался природный битум или, 
как его сейчас называют, жидкий асфальт. Такое вещество по-
лучалось в местах выхода на поверхность битумных озер. Со вре-
менем из них улетучивались легкие фракции, а остаток под-
вергался естественному окислению, превращаясь в асфальт. 
Существуют свидетельства, что еще 2000 лет назад на поверх-
ности Мертвого моря (во времена Иосифа Флавия его называли 
Асфальтовым озером) можно было найти большие куски биту-
ма. Кроме того, район Междуречья на сегодняшний день — это 
частично территория современного Ирака — государства, бо-
гатого нефтью. Выход битуминозных озер на поверхность для 
региона в те времена не был редкостью, поэтому понятно, что 
для строительства древние шумеры использовали все, что мог-
ла предоставить природа — саман, песок, битум, а первые кир-
пичи состояли из смеси этих материалов, причем битум являл-
ся одновременно вяжущим, скрепляющим сыпучие материалы, 
и гидроизоляцией, придающей водоотталкивающие свойства. 
Знаменитое чудо света — висячие сады Семирамиды (Вавилон-
ское царство) невозможно было бы построить без его использо-
вания, так как сады требовали полива, а почва в условиях окру-
жающей пустыни всегда должна была быть влажной. Создать 
все это без хорошей гидроизоляции и герметизации нельзя.
Сегодня битум остается популярным строительным матери-
алом, применяемым в дорожном строительстве и в качестве ги-
дроизоляции труб, фундаментов, обустройства кровли.
Деготь не такой древний материал, как битум. Он был из-
вестен в Древней Греции, считается, что, начиная с железного 
века, о нем стало известно и в Скандинавии, однако в течение 
долгого времени его использовали только для просмолки ко-

ВВЕДЕНИЕ

раблей. С развитием человечества и началом крупных военных 
конфликтов обнаружилось еще одно свойство дегтя — обезза-
раживать раны, а затем и лечить некоторые кожные заболева-
ния, так он начал применяться в медицине. До конца XIX века 
в строительстве его применяли ограниченно, как гидроизоля-
ционный материал для кровли, в основном в приморских горо-
дах. Связано это было с тем, что основным потребителем счита-
лись флот и медицина, однако техническая революция привела 
к замене деревянных кораблей металлическими и производи-
тели дегтя вынуждены были искать новые рынки сбыта своей 
продукции.
Сегодня деготь имеет широкий спектр применения:
· в косметической промышленности: в качестве противо-
перхотной добавки в шампунях, при производстве дег-
тярного мыла, ароматической добавки для саун, в каче-
стве компонента для некоторых видов косметики;
· пищевой промышленности некоторых стран: как пря-
ность, добавка в кондитерские изделия и алкоголь;
· лакокрасочной промышленности для производства кра-
сок;
· медицине в качестве антисептика, противопаразитного, 
сосудосужающего, обезболивающего вещества;
· строительстве: кровельные материалы, дегтебетоны, ма-
стики.
Поликонденсационные, они же полимеризационные вя-
жущие, подразделяются на три группы: неорганические, ор-
ганические и элементоорганические. Из них в данном учеб-
ном пособии будут рассмотрены только представители первой 
группы: растворимое стекло и вяжущие на его основе, а также 
серный цемент.
Растворимое или жидкое стекло, в быту известное как кан-
целярский клей, впервые было получено в 1818 году немецким 
химиком Яном Непомуком фон Фуксом. Находит широкую область 
применения:

ВВЕДЕНИЕ

· в сталелитейном производстве;
· лакокрасочной промышленности: изготовление долговечных 
силикатных красок;
· строительстве: в качестве гидроизолятора, для изготовления 
кислотоупорных или жаростойких конструкций;
· как гидроизолятор для ткани и деревянных изделий;
· автомобильной промышленности для производства по-
лиролей;
· в быту как обычный клей для бумаги.
Серные цементы известны с XVII века. В строительстве 
и на флоте широко использовали способность серобетонов соединять 
металл с камнем при сооружении мостов и производстве 
якорей. Наиболее серьезно исследованиями серных цементов 
занимались в основном в США в 70-х годах прошлого века, 
после того как была доказана их безопасность.
На сегодняшний день серные цементы мало применяются 
в строительстве, хотя на их основе возможно производство се-
робетонов, отличающихся рядом преимуществ, по сравнению 
с обычным бетоном, а также довольно интересных декоративных 
изделий. Применяют его для заливки швов, в качестве вя-
жущего для метлахской и стеклянной половой плитки. Кроме 
того, его используют в металлообрабатывающей промышленности 
при изготовлении гальванических ванн, в качестве замазки 
при футеровочных работах.
Кроме двух вышеперечисленных веществ, в группу поликонденсационных 
неорганических вяжущих входит фосфатный 
цемент, он используется в стоматологии. Применения в строительстве 
не находит, поэтому в данном пособии не рассматривается.

Пособие предназначено для студентов-строителей, изучающих 
курс «Вяжущие вещества». Понимание данной дисциплины 
основано на знаниях, которые студенты приобретают в результате 
освоения таких дисциплин, как «Органическая химия», 
«Физическая химия строительных материалов».



1. БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Б

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

1.БИТУМНЫЕВЯЖУЩИЕВЕЩЕСТВА

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

1.1. Сырьевые материалы для получения битумов

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

1.1.Сырьевыематериалыдляполучениябитумов

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

1.БИТУМНЫЕВЯЖУЩИЕВЕЩЕСТВА

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

а

б

Рис. 1. Битуминозные породы: 

а — известняк; б — кир

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