Строительные материалы

 

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ: ФИЗИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ

Физические свойства

Эти свойства характеризуют его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды. К ним относят массу, истинную и среднюю плотность, пористость, водопоглощение и водоотдачу, влажность, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, воздухо-, газо- и паропроницаемость, теплопроводность и теплоемкость, огнестойкость и огнеупорность.

Масса - это совокупность материальных частиц (атомов, молекул, ионов), содержащихся в данном теле. Масса обладает определенным объемом, т.е. занимает часть пространства. Она постоянна для данного вещества и не зависит от скорости его движения и положения в пространстве. Тела одинакового объема, состоящие из различных веществ, имеют неодинаковую массу. Для характеристики различий в массе веществ, имеющих одинаковый объем, введено понятие плотности. Последняя подразделяется на истинную и среднюю.

Истинная плотность - отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор и пустот. Чтобы определить истинную плотность r (кг/м3, г/см3), необходимо массу материала (образца) m (кг, г) разделить на абсолютный объем V (м 3, см3), занимаемый самим материалом (без пор):

Зачастую истинную плотность материала относят к истинной плотности воды при 4о С, которая равна 1г/см3, тогда определяемая истинная плотность становится как бы безразмерной величиной.

Однако большинство материалов имеют поры, поэтому у них средняя плотность всегда ниже истинной плотности:

Таблица

МатериалПлотность, кг/м3истиннаясредняяСталь7850-79007800-7850Гранит2700-28002600-2700Известняк (плотный)2400-26001800-2400Песок2500-26001450-1700Цемент3000-3100900-1300Керамический кирпич2600-27001600-1900Бетон тяжелый2600-29001800-2500Сосна1500-1550450-600Пенопласты1000-120020-100

Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и некоторых других) истинная и средняя плотности равны, т.к. объем внутренних пор у них весьма мал.

Средняя плотность - это физическая величина, определяемая отношением массы образца материала ко всему, занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Среднюю плотность r (кг/м3, г/см3) вычисляют по формуле:

r = m / V,

где m - масса материала в естественном состоянии; V - объем материала в естественном состоянии.

Средняя плотность не является величиной постоянной - она изменяется в зависимости от пористости материала. Например, искусственные материалы можно получит с различной пористостью (тяжелый бетон имеет плотность до 2900 кг/м3, а легкий - до 1800 кг/м3). На плотность оказывает влияние влажность материала.

Для сыпучих материалов важной характеристикой является насыпная плотность - сюда включается не только пористость самого материала, но и пустоты между зернами или кусками материала.

Пористость материала - это степень заполнения его порами. Пористость дополняет плотность до 1 или до 100%. Пористость различных материалов:

·стекло, металл 0%;

·тяжелый бетон 5 - 10%;

·кирпич 25 - 35%;

·газобетон 55 - 85%;

·пенопласт 95%,

т.е. она колеблется в значительных пределах.

На свойства материала оказывают влияние также величина пор и их характер (мелкие или крупные, замкнутые или сообщающиеся).

Плотность и пористость прямо влияют на такие характеристики материалов как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

Водопоглощение - способность материала впитывать воду и удерживать ее. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и в абсолютно сухом состоянии. Различают объемное водопоглощение, когда разность относят к объему образца и массовое водопоглощение - при отнесении разности к массе сухого образца. Массовое водопоглощение для некоторых материалов:

·гранит 0,5 - 0,8%

·тяжелый бетон 2 - 3%

·керамический кирпич 8 - 20%

·пористые теплоизоляционные материалы, например, торфоплиты >100%.

Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивает плотность и теплопроводность, снижает прочность.

Влажность - содержание влаги, отнесенное к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала зависит как от свойств впитывать влагу самого материала, так и от среды, в которой находится материал.

Влагоотдача - свойство материала отдавать влагу окружающей атмосфере. Определяется по количеству воды (в процентах по массе или объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при влажности окружающего воздуха 60% и температуре 200 С. Вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала и влажностью окружающего воздуха.

Гигроскопичность - свойство материалов поглощать определенное количество воды при повышении влажности окружающего воздуха. Это свойство характерно, например, для древесины - чтобы избежать этого, применяют защитные покрытия.

Водопроницаемость - свойство материала пропускать воду под давлением. Характеризуется количеством воды, прошедшей в 1 час через 1 см2 площади испытуемого материала при постоянном давлении. Водонепроницаемыми являются особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).

Морозостойкость - свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

Вода, замерзая, увеличивается в объеме на 9%, при этом, если она заполнила полностью поры - лед разрушит стенки пор, но обычно поры заполняются не полностью, поэтому разрушение может произойти при многократном замораживании и размораживании.

Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5%, обладают высокой морозостойкостью. Морозостойкость имеет большое значение для стеновых, фундаментных и кровельных материалов, систематически подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию.

Материалы на морозостойкость испытывают в морозильных камерах. Насыщенные водой образцы охлаждают до температуры - 15-170С и, после чего, их оттаивают при температуре +200 С. Материал считается морозостойким если после заданного числа циклов потеря в массе образцов в результате выкрашивания и расслоения не превышает 5%, а прочность снижается не более чем на 25%. По числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания (степени морозостойкости) материалы подразделяют на марки Ммрз 10, 15 ,25 , 35, 50, 100, 150, 200 и более.

Если образцы в процессе испытаний не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости устанавливается определением коэффициента морозостойкости:

Кмрз = Rмрз / Rнас,

где Rмрз - предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость, МПа; Rнас - предел прочности при сжатии насыщенного водой материала, МПа. Для морозостойких материалов Кмрз должен быть не менее 0,75.

Паро- и газопроницаемость - свойство материала пропускать через свою толщу под давлением водяной пар или газы, в том числе воздух. Все пористые материалы при наличии незамкнутых пор способны пропускать пар или газ.

Паро- и газопроницаемость характеризуется коэффициентом, который определяется количеством пара или газа в литрах, проходящего через слой материала толщиной 1м и площадью в 1 м2 в течение одного часа при разности парциальных давлений на противоположных стенках 133,3 Па.

Теплопроводность - свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. теплопроводность материала оценивается количеством теплоты, проходящей через стену из испытываемого материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 за 1 час при разности температур противоположных поверхностей стены 10С. Теплопроводность измеряется в Вт/(м·К).

Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его строения, пористости, влажности, от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен, чем материал аморфного строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое строение, то теплопроводность его зависти от направления потока теплоты по отношению к волокнам, например, теплопроводность древесины вдоль волокон в два раза больше, чем поперек волокон.

Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами.

Теплопроводность однородного материала зависит от величины его средней плотности. Так, с уменьшением плотности материала теплопроводность уменьшается и наоборот.

На теплопроводность материала значительное влияние оказывает его влажность: влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как теплопроводность воды в 25 раз больше теплопроводности воздуха.

При повышении температуры теплопроводность увеличивается.

Теплоемкость - свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении. Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты (Дж), необходимому для нагревания 1 кг материала на 10С.

Удельная теплоемкость, КДж/(кг·0С):

·искусственные каменные материалы 0,75 - 0,92;

·древесина 2,4 - 2,7;

·сталь 0,48;

·вода 4,187.

Теплоемкость учитывается при расчетах теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при расчете печей.

Огнестойкость - способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости материалы делят на: несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (сталь, бетон, кирпич).

Трудно сгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (древесно-цементный материал фибролит, асфальтовый бетон, некоторые виды полимерных материалов).

Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (дерево, войлок, толь, рубероид).

Огнеупорность - свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные (длительное время выдерживают температуру свыше 15800С), тугоплавкие (1350 - 15800С) и легкоплавкие, размягчающиеся при температуре ниже 13500С (к ним относят и обыкновенный глиняный кирпич).

Механические свойства

Они характеризуют способность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил.

Прочность - свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Прочность является основным свойством большинства материалов, используемых в горной промышленности, от ее значения зависит величина нагрузки, которую может воспринять данный элемент при заданном сечении.

Материалы, в зависимости от происхождения и структуры, по- разному противостоят различным напряжениям. Материалы минерального происхождения (природные камни, кирпич, бетон и др.) хорошо сопротивляются сжатию, значительно хуже срезу и еще хуже растяжению. Другие материалы (металл, древесина) хорошо работают на сжатие, изгиб и растяжение, поэтому их используют значительно чаще в конструкциях, работающих на изгиб.

Прочность материала характеризуется пределом прочности (при сжатии, изгибе и растяжении). Предел прочности - напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии и растяжении Rраст, МПа, вычисляют по формуле

сж(Rраст) = P/F,

где P - разрушающая нагрузка, Н; F - площадь поперечного сечения образца, мм2.

Предел прочности при изгибе Rизг:

.при одном сосредоточенном грузе и образце-балке прямоугольного сечения

Rизг = 3Pl / 2bh2;

.при двух равных грузах, расположенных симметрично оси балки

Rизг = P(l - a) / bh2,

где l - пролет между опорами, мм; а - расстояние между грузами, мм; b и h - ширина и высота поперечного сечения балки, мм.

Предел прочности материала определяют опытным путем, испытывая в лаборатории на гидравлических прессах или разрывных машинах специально изготовленные образцы. Для испытания материалов на сжатие образцы изготавливают в виде куба или цилиндра, на растяжение - в виде круглых стержней или полос, а на изгиб - в виде балок. Форма и размеры образцов должны строго соответствовать требованиям ГОСТа или технических условий на каждый вид материала.

Пределы прочности некоторых материалов, МПа

сжатиеизгибрастяжениеГранит150 - 2503 - 5Тяжелый бетон10 - 502 - 81 - 4Керамический кирпич7,5 - 301,8 - 4,4Сталь210 - 600380 - 900Древесина30 - 6570 - 12055 - 150Стеклопластик90 - 150130 - 25060 - 120

Прочность материалов, применяемых в строительной промышленности, обычно характеризуют маркой, которая соответствует по величине пределу прочности при сжатии, полученному при испытании образцов заданной формы и размеров. Например, для каменных материалов установлены следующие марки: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000. Материалы с пределом прочности при сжатии, например, от 20 до 29,9МПа относят к марке 200.

Упругость - свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Наибольшее напряжение, при котором материал ее обладает упругостью, называется пределом упругости. Упругость является в подавляющем большинстве случаев положительным свойством материалов.

Пластичность - способность материала изменять под действием нагрузки форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Это свойство противоположно упругости.

Хрупкость - свойство материала мгновенно разрушаться под действием внешних сил без предварительной деформации. Хрупкими являются природные камни, керамические материалы, стекло, чугун, бетон и др.

Сопротивление удару - свойство материала сопротивляться разрушению под действием ударных нагрузок. Этого вида нагрузки возникают, например, в бункерах. Хрупкие материалы обычно плохо сопротивляются ударным нагрузкам.

Твердость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого материала, более твердого. Твердость материала влияет на трудоемкость его обработки.

Существует несколько способов определения твердости материалов. Твердость древесины, бетона, стали определяют, вдавливая в образцы стальной шарик (метод определения твердости по Бринелю), алмазную пирамиду (по Виккерсу) или то и другое (по Роквеллу). О величине твердости судят по глубине вдавливания шарика, диаметру полученного отпечатка или по величине отношения нагрузки к площади поверхности полученного сферического отпечатка.

Твердость природных каменных материалов определяют по шкале твердости ( метод Мооса), в которой десять специально подобранных минералов расположены в такой последовательности, когда следующий по порядку минерал оставляет черту (царапину), на предыдущем, а сам им не прочерчивается:

.Тальк или мел.

.Каменная соль или гипс.

.Кальцит или ангидрид.

.Плавиковый шпат.

.Апатит.

.Ортоклаз (полевой шпат).

.Кварц.

.Топаз.

.Корунд.

.Алмаз.

Например, если испытуемый материал чертится апатитом, а сам оставляет черту (царапину) на плавиковом шпате, то его твердость составляет 4,5.

Истираемость - свойство материала изменяться в объеме и массе под воздействием истирающих усилий. От истираемости зависит возможность применения материала для устройства настилов, футеровки бункеров, исполнительных органов погрузочных машин. Истираемость материалов определяют в лабораториях на специальных машинах - кругах истирания.

Износом называют разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Подобное воздействие на материал происходит при эксплуатации бункеров. На износ материалы испытывают в специальных вращающихся барабанах.

Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность материала к химическим превращениям под воздействием веществ, с которыми он находится в соприкосновении. Химические свойства материалов весьма разнообразны, основные из них - химическая и коррозионная стойкость.

Химическая стойкость - способность материалов противостоять разрушающему влиянию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и газов.

Коррозионная стойкость - свойство материалов сопротивляться коррозионному воздействию среды.

Многие материалы, применяемые в строительной промышленности, не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы плохо сопротивляются действию кислот, древесина не стойка к воздействию как кислот, так и щелочей, практически все изделия из металлов подвержены в той или иной степени воздействию коррозии. Лучше сопротивляются воздействию кислот и щелочей материалы из пластмасс или стекловолокна.

МЕТАЛЛЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Металлы и их классификация

Металлы широко применяют во всех отраслях народного хозяйства. Этому способствует ряд ценных технических свойств металлов, которые выгодно отличают их от других материалов: высокие прочность и пластичность обработки давлением (прокатка, штамповка и др.). Наряду с этим металлы обладают и существенными недостатками: имеют большую плотность, при действии различных газов и влаги сильно корродируют, а при высоких температурах значительно деформируются.

Металлы разделяют на две основные группы: черные и цветные.

Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме того, в них могут содержаться в большем или меньшем количестве и другие химические элементы (кремний, марганец, сера, фосфор). С целью придать черным металлам специфические свойства в их состав вводят улучшающие или легирующие добавки (никель, хром, медь и др.). Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.

Чугун - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2-4,3%. В зависимости от назначения различают чугуны литейные, передельные и специальные. Литейные чугуны применяют для отливки различных изделий, в том числе строительных деталей. Передельные чугуны используются для производства стали, а специальные чугуны - в качестве добавок при производстве стали и чугунного литья специального назначения. Наличие в чугуне марганца, кремния, фосфора, а также легирующих добавок - никеля, хрома, магния и др. - придает ему высокие механические свойства и обеспечивает высокие жаростойкость и коррозионную стойкость. Чугуны с добавками никеля, хрома, магния и других элементов называют легированными. Высокопрочные чугуны получают модифицированием жидкого чугуна присадками Si, Са и др.

Сталь - ковкий железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2 %. Стали, в зависимости от способа получения, разделяют на: мартеновские, конвертерные и электростали. По химическому составу, в зависимости от входящих в сплав химических элементов, стали бывают углеродистые и легированные. К углеродистым сталям относят сплавы железа с углеродом и примесями марганца, кремния, серы и фосфора. Углеродистую сталь, полученную различными способами, по характеру застывания принято разделять на: спокойную, полуспокойную и кипящую. Легированными называются стали, в состав которых входят легирующие добавки (никель, хром, вольфрам, молибден, медь, алюминий и др.). В зависимости от введенной легирующей добавки сталь называют хромомарганцевой, марганцевоникелемедистой и т.д. Кроме того, по суммарному содержанию добавок стали разделяют на: низколегированные (с содержанием легирующих добавок до 2,5%), среднелегированные (с содержанием легирующих добавок от 2,5% до 10%) и высоколегированные (с содержанием легирующих добавок более 10%).

По назначению сталь может быть: конструкционная, применяемая для изготовления различных строительных конструкций и деталей машин, специальная, характеризующаяся высокой жаро- и износостойкостью, а также коррозионной стойкостью, и инструментальная.

По качеству сталь подразделяют на: обыкновенную (рядовую), качественную, высококачественную и особо высококачественную.

Цветные металлы в чистом виде используют весьма редко. Значительно чаще находят применение сплавы цветных металлов, которые по истинной плотности разделяют на легкие и тяжелые.

Легкие сплавы получают на основе алюминия или магния. Наиболее распространенными легкими являются алюминиево-марганцевые, алюминиево-кремнеземистые, алюминиево-магниевые и сплавы дюралюминия. Их используют для несущих (фермы и др.) и ограждающих (оконные переплеты и др.) конструкций зданий и сооружений.

Тяжелые сплавы получают на основе меди, олова, цинка, свинца. Среди тяжелых сплавов применяют бронзу (сплав меди с оловом или сплав меди с алюминием, железом и марганцем) и латунь (сплав меди с цинком).

Основы производства чугуна и стали

Производство черных металлов из железной руды - сложный технологический процесс, который может быть условно разделен на две стадии. На первой стадии получают чугун, а на второй - его перерабатывают в сталь.

Чугун выплавляют в доменных печах (рис.1). Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Железные руды - горные породы содержащие железо в виде химических соединений с кислородом и другими элементами. В состав железных руд, кроме того, входят и другие соединения в виде кремнезема, глинозема, известняка и т. п. (объединяемые общим понятием - "пустая порода"). Обычно для производства чугуна используют магнитный железняк (Fe3O4) с содержанием железа до 70%, красный железняк (Fe2О3 ), содержащий до 65 % железа, и бурый железняк (2Fe2О3 2H2О), содержащий до 60 % железа. Топливом в доменном процессе служит кокс, получаемый при сухой перегонке (сжигание без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) - известняки, доломиты, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак.

Доменная печь представляет собой шахту, снаружи покрытую металлическим кожухом и изнутри футерованную огнеупорным кирпичом. Печь через верхнюю часть, называемую колошником непрерывно загружают шихтой, чередуя слои руды, флюса и топлива. Для поддержания горения топлива в нижнюю часть печи - горн через фурмы подают под давлением нагретый воздух.

Рис.1. Схема доменной печи

- шахта; 2 - колошник; 3 - загрузочное устройство; 4 - металлический кожух; 5 - футеровка;6 - цилиндрическая часть печи; 7 - заплечики; 8 - горн; 9 - шлаковая летка; 10 - чугун;11 - летка для выпуска чугуна; 12 - воздухоподающая труба

Горение топлива - кокса происходит в верхней части горна за счет кислорода воздуха по реакции С + О2 = СО2. Образующийся при этом углекислый газ поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода СО2 + С = 2СО. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа, а сам переходит в углекислый газ. Восстановление железа происходит по схеме: Fe 2O3 Fe 3O4 FeO Fe.

Процесс этот может быть представлен следующими химическими уравнениями:

3 Fe 2O3 + CO = 2Fe 3O4+ CO2

2Fe 3O4+ 2CO = 6FeO + 2CO2

6FeO + 6CO = 6Fe + 6CO

Восстановление железа из его оксидов происходит во время движения шихты под действием собственной массы от верхней части печи к нижней. В нижней части печи при 900-1100°С часть восстановленного железа соединяется с углеродом, в результате чего получается карбид железа Fe3C. Этот процесс называют: науглероживанием. При температуре около 1150°С начинается плавление науглероженного железа, и образовавшийся жидкий чугун стекает в горн печи. Сюда же стекает расплавленный шлак, который как более легкий материал всплывает над чугуном. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают через специальные отверстия - чугунную и шлаковую летки, причем сначала выпускают шлак, а затем - чугун.

Чугун в расплавленном состоянии подают к разливочным машинам для отливки в "чушки" или в специальных ковшах доставляют в сталеплавильные цехи, где его перерабатывают в сталь. Жидкий шлак из доменной печи используют для производства шлаковой пемзы, гранулированного шлака, каменного литья или сливают в отвал. Побочным продуктом доменного производства является колошниковый газ, который применяют для нужд металлургической промышленности.

Процесс производства стали состоит в уменьшении содержания имеющихся в передельном чугуне примесей (углерода, кремния, марганца, серы, фосфора). Указанные примеси при выплавке стали выгорают либо переходят в шлак. Исходными материалами для выплавки стали являются: передельный чугун, стальной лом, ферросплавы, железная руда и флюсы.

Современными способами производства стали являются конвертерный, мартеновский и электроплавильный (в электропечах).

По конвертерному способу сталь получают в печах - конвертерах. Конвертер - стальной футерованный сосуд грушевидной формы, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси на двух цапфах. В нижней части конвертера имеются фурменные отверстия для подачи воздуха под давлением 0,2-0,25 МПа (изб.). Жидкий передельный чугун заливают из ковша в конвертер, после чего через фурменные отверстия пропускают воздух, обогащенный кислородом. Под воздействием воздуха в расплавленном чугуне образуется закись железа FeO, которая реагирует с примесями (кремнием, марганцем, фосфором), образуя оксиды, которые переходят в шлак или выгорают, а закись железа при этом восстанавливается до чистого железа. Этот процесс продолжается всего 15-30 мин, что является большим преимуществом данного способа. Емкость современных конвертеров достигает 600 т. Этот способ отливки стали высокопроизводителен и наиболее экономичен.

Конвертерную сталь используют для изготовления строительных профилей, сортовой и листовой стали, проволоки и т.д.

Рис.2. Схема конвертера

- вращающийся грушевидный сосуд; 2 - футеровка; 3 - фурменные отверстия для подачи воздуха;4 - поворотный механизм

Мартеновский способ получения стали в настоящее время наиболее распространен. Мартеновская печь представляет собой агрегат, рабочее пространство которого имеет форму вытянутой в горизонтальном направлении камеры. Нижнюю часть камеры, имеющей вид ванны, называют подом. Его делают набивным из огнеупорных материалов, а стенки и свод печи выкладывают из огнеупорного кирпича. В верхней части имеются каналы, соединяющие рабочую камеру с газовыми и воздушными регенераторами. Емкость современных мартеновских печей до 1000 т.

Твердый или расплавленный чугун с добавкой скрапа (металлолома) или руды плавится в мартене за счет сжигания топлива - смеси колошникового газа или генераторного газа с воздухом. Для повышения теплового эффекта газ и воздух предварительно нагревают в регенераторах, применяют кислородное дутье. Примеси - кремний, марганец и фосфор окисляются закисью железа FeO, образовавшейся в расплаве, переходят в оксиды и удаляются в виде шлака, а закись железа переходит в чистое железо. Серу из расплава удаляют при помощи известняка, вводимого в качестве флюса. Углерод при высоких температурах выгорает. Образующийся в процессе выплавки стали шлак скапливается на поверхности жидкого металла и его периодически удаляют.

Рис.3. Схема мартеновской печи 1 - под; 2 - свод; 3 - регенераторы

Во время выплавки стали, продолжающейся 4 - 8 ч, в ее состав вводят различные добавки - ферросплавы, например феррохром, феррованадий, получая тем самым легированную сталь. Химический состав расплава контролируют путем систематического отбора проб для анализа. После получения стали заданного химического состава ее выпускают в ковш, а из него разливают по изложницам - чугунным или стальным формам.

Мартеновская сталь отличается от конвертерной более высоким качеством. Ее широко применяют для изготовления строительных конструкций (ферм, подкрановых балок, мостов, рельсов и др.), а также для высокопрочной арматуры.

Электроплавка - наиболее совершенный способ производства специальных и высококачественных сталей. Сталь выплавляют в дуговых или индукционных электропечах. Наиболее распространены дуговые электропечи емкостью до 200 т.

В качестве сырьевой шихты для электроплавки стали используют как стальной скрап и железную руду, так и жидкие стали, поступающие из мартеновской печи или конвертера. Кроме того, в состав шихты вводят флюсы и легирующие добавки. Источником тепла является электродуга, образующаяся между вертикально установленными угольными электродами и расплавленным металлом. По существу протекающих процессов электроплавка не отличается от мартеновского способа производства стали. Однако существенным недостатком электроплавки является низкая производительность и высокая себестоимость стали.

В последние годы начинают применять комбинированные способы производства стали с использованием последовательной выплавки стали в кислородных конвертерах, а затем в основных мартеновских печах, где происходит получение стали заданного химического состава. Для сокращения расхода электроэнергии при производстве стали вначале используют для нагрева и расплавления мартеновскую печь, а затем для окончательной доводки стали до заданных свойств - электропечь.

Перспективна технология получения губчатого железа непосредственно из руд путем продувки их под давлением водородом или смесью водорода с оксидом углерода с последующим выделением железа.

Чугунное литье

Свойства и марки чугуна. В зависимости от содержания примесей и скорости охлаждения получают два основных вида чугуна: белый и серый. Эти наименования соответствуют цвету чугуна. Белый чугун имеет высокую твердость, но он весьма хрупок; его применяют для получения ковкого чугуна и стали. Серый чугун в расплавленном состоянии обладает хорошей текучестью и легко заполняет формы, дает малую усадку при затвердевании, а также легко поддается механической обработке. Серый чугун используют для литья разнообразных строительных изделий. Разновидность серого чугуна - модифицированный черный чугун. Его получают за счет введения в жидкий чугун добавок (модификаторов). Этот чугун обладает повышенными механическими свойствами.

Серый, а также модифицированный чугун, маркируют буквами СЧ, например, СЧ12-28, СЧ18-36, СЧ28-48 и СЧ32-52. Первая цифра марки чугуна показывает допустимый предел прочности при растяжении, а вторая - при изгибе (в кгс/мм°). Серый чугун, используемый для отливки изделий, работающих главным способом на сжатие (колонны, опорные подушки, канализационные трубы, тюбинги и др.) характеризуется пределом прочности при растяжении 120 - 210 и при изгибе 280 - 400 МПа. Значительно реже в строительстве используют высокопрочные и легированные чугуны.

Чугунные изделия. Чугунные литые изделия изготовляют различными способами, среди которых наиболее простым является литье в формы. Прогрессивные формы литья чугуна - под давлением и центробежный. Путем отливки из серого чугуна получают элементы строительных конструкций, работающих на сжатие (колонны, опорные подушки, арки, своды, тюбинги метрополитена, плиты для полов промышленных зданий и т. п.). Серый чугун используют для литья печных приборов (топочные дверцы, задвижки, колосники, решетки), а также архитектурно-художественных изделий.

Виды и свойства сталей

Стали для строительных конструкций разделяют на виды и маркируют условными обозначениями, в которых отражается состав и назначение стали, механические и химические свойства, способы изготовления и раскисления.

Маркировка сталей. По стандарту марку углеродистой стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 7. Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами, показывающими содержание углерода в сотых долях процента (0,8; 25 и т.д.). В обозначение марок кипящей стали добавляют <кп>, полуспокойной - <пс>, спокойной - <сп>, например Ст3сп, Ст5пс, Ст2кп.

В отличие от маркировки углеродистых сталей буквы в марке низколегированных сталей показывают наличие в стали легирующих примесей, а цифры - их среднее содержание в процентах. Предшествующие буквам цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Для маркировки стали каждому легирующему элементу присвоена определенная буква:

С - кремний, В - вольфрам, Г - марганец, Ю - алюминий, Х - хром, Д - медь, Н - никель, К - кобальт, М - молибден.

Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода (в сотых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей. Буквой указан легирующий элемент и последующими цифрами - его среднее содержание, например, сталь 3Х13 содержит 0,3% С и 13% Сr, марки 2Х17Н2 - 0,2 % С, 17 % Сг и 2 % Ni. При содержании легирующего элемента менее 1,5 % цифры за соответствующей буквой не ставятся: 1Г2С, 12ХН3А. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной, буква Ш - особо высококачественной. Например, легированная конструкционная сталь марки 1Г2С содержит 0,1 % углерода, 2 % марганца и 1 % кремния.

Углеродистые стали. Сталь углеродистая обыкновенного качества - сплав железа с углеродом. В ее составе также присутствуют в небольшом количестве примеси: кремний, марганец, фосфор и сера, каждая из которых оказывает определенное влияние на механические свойства сталей. В сталях обыкновенного качества, применяемых в строительстве, углерода содержится 0,06-0,62 %. Стали с низким содержанием углерода характеризуются высокой пластичностью и ударной вязкостью. Повышенное содержание углерода придает стали хрупкость и твердость.

Для повышения качества строительных сталей в сплавы добавляют примеси - марганец и кремний. Содержание марганца обычно 0,25 - 0,9%; он повышает прочность стали без значительного снижения ее пластичности. Кремний, содержание которого в обыкновенных сталях не превышает 0,35%, не оказывает существенного влияния на свойства стали. Фосфор и сера являются вредными примесями. Фосфор делает сталь хрупкой (хладноломкой), в связи с этим содержание его в строительных сталях не должно превышать 0,05%. Присутствие серы в количестве более 0,07 % вызывает красноломкость стали, а также снижает ее прочность и коррозионную стойкость. Основные характеристики качества углеродистой стали - пределы текучести и прочности при растяжении, а также величина относительного удлинения. Все эти показатели (кроме относительного удлинения) с возрастанием марки стали увеличиваются.

Наиболее широко в строительстве используют сталь марки СтЗ, которая идет на изготовление металлических конструкций гражданских и промышленных зданий и сооружений, опор линий электропередач, резервуаров и трубопроводов, а также арматуры железобетона. Качественные конструкционные углеродистые стали применяют, как правило, в машиностроении, а инструментальные углеродистые стали для изготовления различных режущих инструментов.

Легированные стали. Низколегированные стали наиболее часто применяют в строительстве. Содержание углерода в них не должно превышать 0,2 %, так как с его возрастанием понижаются пластичность и коррозионная стойкость, а также ухудшается свариваемость стали. Легирующие добавки влияют на свойства стали следующим образом:

·марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу;

·кремний и хром повышают прочность и жаростойкость;

·медь повышает стойкость стали к атмосферной коррозии;

·никель способствует улучшению вязкости без снижения прочности.

Низколегированные стали имеют более высокие механические свойства, чем малоуглеродистые. Стали, содержащие никель, хром и медь, высокопластичны, хорошо свариваются, их с успехом используют для сварных и клепаных конструкций промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, нефтерезервуаров, труб и др.

Наибольшее применение в строительстве для изготовления металлических конструкций получили низколегированные стали марок 10ХСНД, 15ХСНД, 10Г2СД и др.

Средне- и высоколегированные стали используют в строительстве только тогда, когда нужно обеспечить конструкциям высокую коррозионную стойкость. Для этого конструкции изготовляют из специальной нержавеющей стали, например, хромоникелевой и хромоникелемарганцевой.

Свойства сталей. Среди физических свойств сталей наибольшее значение имеют истинная плотность, температура плавления, теплоемкость, теплопроводность, коэффициент температурного расширения (некоторые из перечисленных свойств уже рассматривались).

Температура плавления - температура, при которой сталь из твердого состояния переходит в жидкое. Температура плавления железа 1535°С, но при введении в его состав углерода и других элементов она изменяется. Например, чугун с содержанием 4,3 % углерода плавится около 1130°С.

Коэффициент температурного расширения - показатель относительного удлинения стального образца при повышении температуры на 1° равен (11 - 11,9) 10-6°С. Механические свойства сталей характеризуются пределом прочности при растяжении, пределом текучести, относительным удлинением, твердостью и ударной вязкостью.

Испытание стали на растяжение, с одновременной оценкой ее упругости, производят на образцах в форме стержня круглого или прямоугольного сечения. Для этого используют разрывные машины, снабженные приспособлением для записи диаграммы растяжения образца (рис.4). По вертикальной оси диаграммы откладывают растягивающую нагрузку, а по горизонтальной - соответствующее приращение длины образца. На диаграмме растяжения прямой участок (от начала координат до точки 1) показывает, что удлинение l испытуемого образца прямо пропорционально приложенной нагрузке Р1. Максимальное напряжение, при котором сохраняется прямая пропорциональность между удлинением образца и приложенной нагрузкой, называется пределом пропорциональности пр. Деформации образца, в котором напряжения не превышают предел пропорциональности, являются упругими, и при снятии нагрузки восстанавливается первоначальная длина образца. При незначительном повышении нагрузки до Р2 (точка 2) образец начинает вытягиваться (сталь <течет>), хотя нагрузка остается постоянной, что соответствует горизонтальной площадке на диаграмме. Напряжение, при котором появляется текучесть стали, называется пределом текучести т. Образец приобретает остаточные деформации, т. е. деформации, остающиеся в образце после снятия нагрузки.

Рис.4. Диаграмма растяжения стали

При дальнейшем увеличении нагрузки до Р наступает разрыв образца (точка 3). Максимально достигнутое при этом напряжение в образце называется пределом прочности стали р, МПа, который вычисляют по формуле

р = P/Fo,

где Р - наибольшая нагрузка, Н; Fo - первоначальная площадь поперечного сечения образца, мм2.

Относительное удлинение образца при испытании на разрыв характеризует пластичность стали, т. е. способность приобретать значительные остаточные деформации без разрывов и трещин. Относительное удлинение б,.%, определяют по формуле

б = (l1 - l0)/l0,

где l0 - расчетная (начальная) длина образца, мм; l1 - длина образца после разрыва, мм.

Испытание на растяжение является основным при оценке механических свойств сталей, применяемых в строительстве.

Твердость - способность стали сопротивляться вдавливанию в нее других, более твердых тел, например алмазного конуса или стального шарика.

Ударная вязкость - свойство стали противостоять динамическим (ударным) нагрузкам. Ее величина определяется количеством работы, необходимой для разрушения стального образца на маятниковом копре.

Среди химических свойств стали наиболее важным является коррозионная стойкость, которая характеризует способность сталей сопротивляться разрушающему действию окружающей среды.

Технологические свойства показывают способность сталей к обработке давлением, резанием, литьем, сваркой и др.

Основное технологическое испытание стали - испытание ее образцов на загиб в холодном состоянии под воздействием равномерно возрастающей нагрузки. Различают следующие виды испытаний: загиб до определенного угла, загиб вокруг оправки до параллельности сторон, загиб до полного соприкосновения сторон (вплотную). Признаком того, что образец выдержал испытание, служит отсутствие в нем после загиба трещин, расслоений или излома.

Термическая обработка улучшает физико-механические свойства стали. Различают следующие виды термической обработки: закалку, отпуск, отжиг, нормализацию.

Закалка заключается в нагреве стали до 800-900°С и небыстром охлаждении ее в воде или масле. Закалка увеличивает прочность и твердость стали, но снижает ударную вязкость. Отпуск закаленной стали - медленный ее нагрев до 200 - 350°С, выдержка при этой температуре с последующим медленным охлаждением на воздухе. При отпуске стали снижается твердость, но повышается вязкость. Отжиг - нагрев стали до определенной температуры, выдержка и медленное охлаждение в печи. Отжигают сталь для снижения твердости и повышения ее вязкости. Нормализация стали - разновидность отжига, состоящая из нагрева ее до температуры ниже температуры закалки, выдержки при этой температуре и охлаждения на воздухе. Нормализация повышает твердость, прочность и ударную вязкость стали. Для увеличения прочности и твердости поверхностных слоев стальных изделий производят поверхностную закалку токами высокой частоты, а также цементацию стали, т. е. насыщение углеродом ее поверхностного слоя при нагреве в углеродистой среде.

Изделия из стали

Изготовление стальных изделий. При изготовлении стальных изделий расплавленную сталь разливают по изложницам. Вынутые из них стальные слитки подвергают обработке давлением. Обработка давлением основана на высоких пластических свойствах стали. При этом изменяется не только форма стального слитка, но и его свойства. Существуют следующие способы обработки стальных слитков давлением: прокатка, волочение, ковка, штамповка, прессование.

Прокатка - наиболее распространенный способ изготовления профилированных стальных изделий. При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и в зависимости от профиля прокатных валков приобретает заданную форму (профиль). Прокатывают сталь в холодном состоянии. Сортамент стали горячего проката - сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь периодического профиля и др.

При волочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, при этом получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка - обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т.д.).

Штамповка - разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.

Прессование - процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получить профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.

Холодное профилирование - процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания - упрочненную холодносплющенную арматуру.

Виды стальных изделий. Металлообрабатывающая промышленность выпускает обширную номенклатуру различных стальных изделий.

Прокатную угловую сталь выпускают в виде равнобоких и неравнобоких уголков с шириной полок 20- 250 мм; швеллеры - высотой 50-400 мм при ширине полки 32 - 115 мм; двутавры - как обыкновенные, так и широкополочные. Высота обыкновенных двутавров 100- 700 мм, широкополочных - до 1000 мм. Отношение ширины полок к высоте колеблется от 1:2 (при малой высоте) до 1:3 (при большой высоте).

Профильную сталь применяют для изготовления при помощи сварки или клепки разнообразных стальных строительных конструкций (каркасы и фермы промышленных и гражданских зданий, пролетные строения мостов, балки перекрытий, опоры линий электропередач, фонари освещения зданий и т, д.). Кроме того, из прокатной и штампованной стали специальных профилей выполняют оконные переплеты промышленных и общественных зданий.

Прокатную сталь квадратного сечения, а также полосовую сталь используют для различных целей. Круглую сталь в основном употребляют в качестве арматуры для железобетона.

Прокатная листовая сталь имеет ряд разновидностей: прокатная толстолистовая шириной 600 - 3800 и толщиной 4 - 160 мм; прокатная тонколистовая шириной 600 - 1400 и толщиной 0,5 - 4 мм; листовая кровельная, в том числе оцинкованная; шириной 510 - 1500 и толщиной 0,5 - 2 мм, а также листовая волнистая и рифленая.

Прокатную сталь для шпунтованных свай выпускают разнообразных профилей; ее применяют для гидротехнического строительства.

Рис. 5. Сортамент прокатных сталей

а - равнобокий уголок; б- неравнобокий уголок; в - швеллер; г - двутавр; д - подкрановый рельс; е - круглая; ж - квадратная; з - полосовая; и - шпунтовая свая; к - листовая; л - рифленая; м - волнистая

Стальные трубы цельнотянутые и сварные диаметром 50 - 1620 мм используют для магистральных газо- и нефтепроводов, водоснабжения, отопления и других целей.

Мелкие стальные изделия в виде болтов, гаек, шайб, заклепок широко применяют при изготовлении из прокатных стальных профилей разнообразных конструкций.

Стальная арматура является важнейшей составной частью железобетона и призвана надежно работать вместе с бетоном в течение всего срока службы изделия или конструкции. Арматуру располагают главным образом в тех местах изделия или конструкции, которые подвергаются растягивающим усилиям, и она должна воспринимать эти усилия.

Арматурную сталь классифицируют по способу изготовления, профилю стержней и области применения. По способу изготовления арматурную сталь разделяют на горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную. В зависимости от профиля стержней (характера их поверхности) стержневая и проволочная арматура бывает гладкой и периодического профиля. В зависимости от условий применения арматурную сталь подразделяют на ненапрягаемую и напрягаемую, т. е. применяемую соответственно для обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Рис. 6. Виды арматурной стали

а - гладкая стержневая; б - горячекатаная периодического профиля, класса А-II;в - то же, класса А-III; г - холодносплющенная с четырех сторон; д - то же, с двух сторон; е - витая)

Стержневую арматуру выпускают горячекатаной обычной, упрочненной вытяжкой в холодном состоянии и термически упрочненной.

В зависимости от механических свойств стержневую арматуру разделяют на классы с условным обозначением А. Условные обозначения классов горячекатаной арматурной стали: А-I, А-II, А-III, А-IV и др. При обозначении класса термически упрочненной арматурной стали к индексу А добавляют индекс "т", например Aт-III. Сталь, упрочненную вытяжкой, обозначают по классу исходной горячекатаной стали, но при этом добавляют еще индекс "в", например Ав-III.

Арматурную сталь класса А-I изготовляют из углеродистой стали марок Ст3, Ст3пс и Ст3кп, класса А-II диаметром 10 - 40 мм - из углеродистой стали марки Ст5, диаметром 40 - 90 мм - из низколегированной стали марки 18Г2С; класса А-III диаметром 6 - 40 мм - из низколегированной стали марки 25Г2С, диаметром 6 - 8 мм - из низколегированной стали марки 18Г2С; класca A-IV - из низколегированной стали марки 20ХГ2Ц (для конструкций с напрягаемой арматурой). Стержни арматурной стали класса А-1 поставляют круглыми, стержни класса А-II, А-III, А-IV - периодического профиля.

Проволочную арматуру разделяют на арматурную проволоку и арматурные проволочные изделия. Арматурная проволока может быть холоднотянутой класса В-I (низкоуглеродистой) для ненапрягаемой арматуры и класса B-II (углеродистой) для напрягаемой арматуры. Ее выпускают гладкой и периодического профиля диаметром 3 - 8 мм.

Арматурные проволочные изделия можно применять в строительстве и производстве железобетонных изделий в виде нераскручивающихся стальных арматурных прядей, стальных арматурных канатов, сварных арматурных сеток, а также тканых и сварных проволочных сеток, предназначенных для армоцементных конструкций.

Арматурную сталь диаметром менее 10 мм выпускают в мотках (бухтах), диаметром 10 мм и более - в прутках длиной 6 - 12 м.

Цветные металлы и их сплавы

В современном строительстве цветные металлы в чистом виде применяют довольно редко. В основном используют сплавы некоторых цветных металлов, например алюминия, меди, цинка, свинца, олова, марганца, характеризующиеся малой плотностью, высокими пластичностью и коррозионной стойкостью, а также хорошими декоративными качествами.

Алюминий и его сплавы. Алюминий представляет собой легкий металл серебристо-белого цвета, плотностью 2,7 г/см3. Он пластичен, хорошо прокатывается и отливается, температура плавления 657°C. Алюминий имеет высокую коррозионную стойкость на воздухе за счет образования на поверхности защитной оксидной пленки. Алюминий в чистом виде применяют для отливки деталей, изготовления фольги, в виде тончайшего порошка, используемого в алюминиевой краске, а также в качестве газообразователя ячеистых бетонов.

Алюминиевые сплавы получают добавлением к алюминию меди, марганца, магния, кремния, Эти сплавы обладают повышенной по сравнению с алюминием прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Среди алюминиевых сплавов чаще всего употребляют алюминиево-марганцевые, алюминиево-магниевые, дюралюминиевые [сплав алюминия с медью (до 5,5%), магнием (до 0,8%), кремнием (0,8%) и марганцем (до 0,8%)] и альвиль, который имеет те же компоненты, что и дюралюминиевые сплавы, но в несколько иных соотношениях.

Из алюминиевых сплавов изготовляют различные виды проката: уголки, швеллеры, двутавры, плоские и волнистые листы, трубы и т. д. В настоящее время область применения алюминиевых сплавов значительно расширена. Сплавы рекомендуется использовать при возведении конструкций большепролетных сооружений, конструкций химических предприятий с агрессивными средами, в сборно-разборных легких конструкциях, для витрин и оконных переплетов, а также для ограждающих конструкций, например, трехслойных навесных панелей с обшивками из алюминиевых сплавов и средним слоем из теплоизоляционного материала, кровельных панелей, подвесных потолков, ограждений балконов и т. д.

Элементы конструкций из алюминиевых сплавов соединяют заклепками, болтами, а также при помощи сварки или склеивания.

Медь и ее сплавы. Медь - мягкий, пластичный металл красноватого цвета, имеющий плотность 8,9 г/см3, температуру плавления 1083°C и предел прочности при растяжении 200 МПа. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью. В чистом виде ее практически не применяют, однако в различных сплавах она является основным компонентом.

Сплав меди с цинком (до 40 %) называют латунью. Этот сплав обладает высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью, хорошо поддается горячей и холодной обработке. Латунь используют в виде листов, прутьев, проволоки, труб, а также изделий для архитектурной отделки интерьеров зданий.

Сплав меди с оловом, алюминием, марганцем или никелем называют бронзой. Она обладает высокими механическими, антифрикционными, литейными, декоративными свойствами, а также коррозионной стойкостью. Бронзу употребляют в виде разнообразных изделий для внутреннего оборудования зданий (санитарно-техническая арматура, фурнитура и др.).

Цинк - металл синевато-белого цвета. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, поэтому служит для оцинковки стальных изделий (кровельной стали, закладных деталей, болтов и др.).

Свинец - тяжелый металл серовато-синего цвета. Он хорошо льется и прокатывается, устойчив к воздействию серной и соляной кислот, обладает высокими защитными свойствами от воздействия рентгеновских лучей. В строительстве из свинца изготовляют специальные трубы, коррозионностойкие покрытия, особые виды гидроизоляции (свинцом чеканят швы между тюбингами в стволах) и т. д.

В последние годы некоторые цветные металлы и их сплавы с успехом заменяют пластмассами, стеклом, химически обработанной древесиной и другими дешевыми и менее дефицитными материалами.

Защита металлов от коррозии и огня

Коррозией называют разрушение металла под воздействием окружающей среды. В результате коррозии безвозвратно теряется около 10 - 12% ежегодного производства черных металлов.

Виды коррозии. В зависимости от механизма процесса разрушения металла коррозия может быть химической и электрохимической.

Химическая коррозия возникает при действии на металл сухих газов или жидкостей органического происхождения, которые не являются электролитами. Примером химической коррозии служит окисление металла при высоких температурах, в результате чего на его поверхности возникает продукт окисления - окалина. Данный вид коррозии встречается редко.

Электрохимическая коррозия образуется в результате воздействия на металл электролитов (растворов кислот, щелочей и солей). Ионы металла переходят в раствор, при этом металл постепенно разрушается. Этот вид коррозии может также возникать при контакте двух разнородных металлов в присутствии электролита, когда между этими металлами проходит гальванический ток. В гальванической паре любых двух металлов будет разрушаться тот металл, который стоит ниже в ряду электрохимических напряжений. Например, железо в ряду напряжений расположено выше цинка, но ниже меди, следовательно, при контакте железа с цинком будет разрушаться цинк, а при контакте железа с медью - железо. В металлах из-за наличия неоднородных структурных составляющих может возникнуть микрокоррозия. Распространяясь по границам зерен металла, она вызывает межкристаллическую коррозию.

В зависимости от характера окружающей среды электрохимическая коррозия может быть атмосферной подводной и почвенной, а также вызванной блуждающими токами. Стальные конструкции часто подвергаются атмосферной коррозии. Находящиеся в атмосфере углекислый и сернистый газы образуют с влагой воздуха электролит, воздействующий на сталь. При этом степень разрушения стали зависит от вида и концентрации электролита. Подводная коррозия возможна в металле, погруженном в воду. Почвенная коррозия протекает при взаимодействии металла конструкций с почвой. Довольно распространена коррозия металла труб, металлического каркаса подземных сооружений от воздействия блуждающих токов, возникающих при близком расположении подземных кабелей, и рельсов трамвайных или железнодорожных путей.

Защита металла от коррозии. Существуют различные методы защиты металлов от коррозии, среди которых защита основного металла лакокрасочными, неметаллическими и металлическими пленками, а также введение в состав металла легирующих элементов.

Лакокрасочное покрытие - наиболее распространенный вид антикоррозионной защиты металла. В качестве пленкообразующих материалов используют нитроэмали, нефтяные, каменноугольные и синтетические лаки, краски на основе растительных масел и др. Образующаяся при покрытии на поверхностях конструкций плотная пленка изолирует металл от воздействия окружающей его влажной среды.

Неметаллические покрытия довольно разнообразны. К ним относят эмалирование, покрытие стеклом, цементно-казеиновым составом, листовым пластиком и плитками, напыление пластмасс и др. Эти покрытия довольно стойки к внешним агрессивным средам и надежно защищают металл от коррозии.

Металлические покрытия наносят на металлы гальваническим, химическим, горячим, металлизацией и другими способами. При гальваническом способе защиты на поверхности металла путем электролитического осаждения из раствора солей металлов создается тонкий защитный слой какого-либо металла. Покрываемое изделие при этом служит катодом, а осаждаемый металл - анодом. В качестве примера можно привести оцинковку закладных деталей для железобетонных конструкций. Химическая обработка металлических изделий обеспечивает создание на поверхности металла защитной пленки. При горячем способе покрытия изделия погружают в ванну с расплавленным защитным металлом (цинк, олово, свинец) .

Металлизация - распространенный способ защиты металлов. Он состоит в нанесении сжатым воздухом тончайшего слоя распыленного расплавленного металла на поверхность защищаемого от коррозии металлического изделия. Для этой цели применяют аппараты - металлизаторы.

При защите легированием в металл вводят легирующие элементы, повышающие сопротивление сплава коррозии. Например, введение меди значительно повышает коррозионную стойкость стали. Большой стойкостью к коррозии отличаются высоколегированные нержавеющие стали.

Защита от огня. Для защиты металлоконструкций наиболее перспективны так называемые вспучивающиеся покрытия или краски на основе полимерных связующих, которые при воздействии огня образуют закоксовавшийся вспененный расплав, препятствующий нагреву металла.

Для повышения предела огнестойкости (600°C) металлических, в том числе алюминиевых конструкций применяют также асбестоцементные, асбестоперлитовые, асбестовермикулитовые покрытия, наносимые пневмонапылением. Новый вид огнезащиты - фосфатное покрытие толщиной 20 - 30 мм, представляющее собой стойкую при 1000°С монолитную легкую массу. Традиционные способы увеличения предела огнестойкости - использование облицовок и штукатурок из несгораемых огнезащитных материалов (кирпича, пустотелой керамики, гипсовых плит, растворов и др.).

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Основные сведения о минеральных вяжущих и их классификация

Минеральными вяжущими веществами называют искусственно получаемые порошкообразные тонкодисперсные материалы, которые при затворении водой (водными растворами) образуют пластичное тесто, способное в результате физико-химических процессов затвердевать, т. е. переходить в камневидное состояние. Это свойство минеральных вяжущих веществ позволяет широко использовать их для приготовления строительных растворов и бетонов, а также для производства различных безобжиговых искусственных каменных материалов, изделий и деталей, клеящих и красочных составов. Это самая большая по номенклатуре, наиболее распространенная и значимая по применению группа строительных материалов.

Минеральные вяжущие вещества разделяют на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие - вещества, которые способны твердеть, длительное время сохранять и повышать свою прочность только на воздухе. K воздушным вяжущим относятся воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие, жидкое стекло и др.

Гидравлическими вяжущими называют вещества, которые способны твердеть, длительное время сохранять и повышать свою прочность не только на воздухе, но и в воде. K гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент, водонепроницаемые расширяющиеся и безусадочные цементы и др.

Строительная воздушная известь

Строительная воздушная известь представляет собой вяжущее вещество, получаемое умеренным обжигом (не до спекания) известняков, содержащих не более 6 % глинистых примесей. В результате обжига образуется продукт в виде кусков белого цвета, называемый негашеной комовой известью ( кипелкой). В зависимости от характера последующей обработки различают следующие виды воздушной извести: негашеная молотая, гашеная гидратная (пушонка), известковое тесто, известковое молоко.

Производство воздушной извести. В качестве сырья для производства воздушной извести используют известняки, мел, доломитизированные известняки и др., состоящие в основном из углекислого кальция CaCO3, а также небольшого количества примесей - доломита, гипса, кварца и глины.

Технологический процесс производства воздушной извести состоит из добычи в карьере карбонатной породы (известняка или мела), дробления и сортировки ее и последующего обжига в шахтных или вращающихся печах, где за счет горения топлива температура повышается до 1000 - 1200оC и происходит разложение (диссоциация) известняка: СаСО3 = СаО+СО2. Присутствующий в известняках углекислый магний МgСО3 в процессе обжига также разлагается: MgCO3 = МgO+CO2.

При дальнейшем опускании в зону охлаждения обожженная известь охлаждается воздухом, а затем выгружается в нижней печи специальным механизмом.

Применяя вращающиеся печи, можно получать известь из любых карбонатных пород, в том числе мелкой известковой щебенки и рыхлого влажного мела, которые не могут быть обожжены в шахтных печах.

Комовую известь высокого качества можно получить при равномерном обжиге известняка до полного удаления из него СО2. Оставшиеся после обжига оксиды кальция и магния (CaO+MgO) являются активными составляющими извести; их количество определяет качество полученного материала как вяжущего вещества. Кроме того, в комовой извести обычно содержится некоторое количество недожога и пережога. Недожог - неразложившийся углекислый кальций получается при загрузке в печь слишком больших кусков известняка или недостаточно высокой температуры обжига. Недожог почти не обладает вяжущими свойствами и поэтому является балластом. Пережог получается в результате сплавления оксида кальция с примесями - кремнеземом, глиноземом и оксидом железа - под действием слишком высокой температуры. Зерна пережога гасятся очень медленно. Наличие в извести пережога опасно, так как непогасившиеся частицы могут начать гаситься в затвердевшем известковом растворе и вызвать трещины в штукатурке, силикатных изделиях и т. д.

Негашеная комовая известь состоит из пористых кусков плотностью 900 - 1100 кг/м3 и является полупродуктом, который затем измельчают или гасят для превращения в товарную продукцию.

При помоле в шаровых мельницах предварительно дробленых кусков комовой извести-кипелки получат негашеную молотую известь, которая в отличие от гашеной извести обладает способностью быстро схватываться и твердеть. В процессе помола комовой извести-кипелки можно вводить различные добавки: шлаки, золы, песок, пемзу, известняк, которые улучшают ее свойства и снижают стоимость. Таким способом, например, получают карбонатную известь, состоящую из 30 - 40% негашеной извести и 70 - 60% необожженного известняка. Эту известь используют для приготовления саморазогревающихся строительных растворов, применяемых в зимних условиях.

Гашение извести. При обработке негашеной комовой извести водой оксид кальция превращается в гидрат по следующей формуле: CaO+H2O = Ca(ОН)2. Этот процесс носит название "гашение извести" и сопровождается выделением большого количества теплоты и интенсивным парообразованием (именно в связи с этим негашеную комовую известь обычно называют кипелкой).

В зависимости от количества воды, взятой при гашении, получают гидратную известь (пушонку), известковое тесто или известковое молоко.

Гидратную известь (пушонку) получают в том случае, когда для гашения извести-кипелки берут 6О - 70 % воды. При этом 32% воды участвует в химической реакции, а остальная вода испаряется в процессе гашения. В результате гашения объем полученной извести увеличивается в 2 - 3 раза по сравнению с исходным. Получившаяся гидратная известь представляет собой белый порошок, состоящий из мельчайщих частиц гидроксида кальция.

Известковое тесто представляет собой пластическую массу белого цвета плотностью до 1400 кг/м3. При гашении извести - кипелки в известковое тесто расход воды увеличивают до 2 - 3 частей по массе на 1 часть извести. Используя большее количество воды получают известковое молоко. Объем получившегося известкового теста в 2 - 3,5 раза превышает объем исходной извести- кипелки.

В зависимости от скорости гашения комовую известь разделяют на быстрогасящуюся со сроком гашения до 20 мин и медленногасящуюся - свыше 20 мин. Чем выше активность извести, тем быстрее происходит ее гашение и тем больше выход известкового теста.

Твердение извести. Известь, как правило, применяют в строительстве в виде раствора, т. е. в смеси с песком. Известковый раствор на воздухе постепенно затвердевает, превращаясь в искусственный камень. При твердении известкового раствора, приготовленного на гашеной извести, одновременно протекает несколько процессов. В результате испарения из известкового раствора избытка влаги мельчайшие частицы Са(ОН)2 сближаются между собой, кристаллизуются, а затем образуют прочные кристаллические сростки, которые связывают зерна песка в монолитное тело. Наряду с этим вследствие взаимодействия гидроксида кальция с углекислым газом воздуха происходит процесс карбонизации с выделением воды:

Са(ОН)2 + CO2+ nH2O = CaCO3 + (n+1)Н2О.

В результате этой реакции образуется углекислый кальций, обладающий высокой прочностью. Однако процесс карбонизации происходит очень медленно, так как на поверхности слоя известкового раствора образуется плотная корка из углекислого кальция, затрудняющая проникание углекислого газа внутрь. Этим объясняется исключительно медленное нарастание прочности известковых растворов.

Области применения, транспортирование и хранение. Воздушную известь используют для приготовления известково-песчаных и смешанных строительных растворов, применяемых для каменной кладки и штукатурки, в производстве силикатных изделий, а также в качестве связующего вещества для малярных красочных составов. Кроме того, воздушную известь молотую и пушонку употребляют при производстве известково-пуццолановых и известково-шлаковых цементов, которые обладают гидравлическими свойствами.

Растворы и изделия, изготовленные на воздушной извести, не следует применять во влажных помещениях и кладке фундаментов, так как они неводостойки. Штукатурные растворы на молотой негашеной извести рекомендуется использовать как при положительной, так и при отрицательной температуре наружного воздуха. В данном случае благодаря тому, что во время приготовления и нанесения раствора выделяется большое количество теплоты, излишки влаги испаряются, а сам раствор быстро набирает прочность.

Негашеную комовую известь перевозят навалом в железнодорожных вагонах или автосамосвалах, закрывая кузова брезентом для защиты извести от увлажнения. Тарой для перевозки извести пушонки и молотой извести служат плотно закрывающиеся металлические контейнеры и бумажные битуминизированные мешки. Известковое тесто перевозят в автосамосвалах со специально приспособленными кузовами, а известковое молоко - в автоцистернах.

Из извести-кипелки, поступающей на строительную площадку, следует приготовлять известковое тесто, которое при малых объемах работ длительное время может находиться в творильных ямах. Известь пушонку можно хранить непродолжительное время в мешках в сухих складских помещениях. Молотую известь не следует хранить более месяца, так как она постепенно гасится влагой воздуха и теряет активность.

При транспортировании, хранении и применении воздушной извести необходимо соблюдать меры предосторожности, так как известковая пыль раздражающе действует на органы дыхания и влажную кожу.

Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, состоящие из полуводного гипса или ангидрита и получаемые путем тепловой обработки тонко измельченного исходного сырья.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат: природный двуводный гипс CaSO4 Н2О, называемый, гипсовым камнем, природный ангидрит CаSO4 и некоторые отходы промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций (фосфогипс, борогипс и др.).

Гипсовые вяжущие вещества в зависимости oт температуры обработки сырья разделяют на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают тепловой обработкой двуводного гипса при 110 - 180оС. Они состоят главным образом из тонкоизмельченного полуводного гипса CaSO40,5Н2О и характеризуются быстрым твердением. Высокообжиговые гипсовые вяжущие обжигают при 600 - 1000оС. В них преимущественно входит безводный гипс - ангидрит CaSО4, они отличаются медленным твердением. К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относят: формовочный, строительный и высокопрочный гипс, а также гипсовые вяжущие из материалов содержащих гипс. К высокообжиговым вяжущим веществам относят: ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент) и высокообжиговый гипс (экстрих-гипс),

Производство строительного гипса. При обжиге кускового гипсового камня в сушильном барабане (вращающейся печи) происходит непосредственное соприкосновение раскаленных дымовых газов с медленно движущимся дробленым гипсовым камнем. После обжига гипс измельчают в шаровой мельнице.

Совместный обжиг гипсового камня и его помол производят в шаровых мельницах. В них гипсовый камень измельчается, мелкие частицы его подхватываются потоком поступающих в мельницу горячих дымовых газов. Находясь во взвешенном состоянии, частицы гипсового камня обезвоживаются до превращения в полуводный гипс и выносятся дымовыми газами из мельницы в пылеосадочные устройства.

Твердение строительного гипса. При затворении полуводного гипса водой образуется пластичное тесто, которое быстро загустевает и переходит в камневидное состояние. Процесс твердения полуводного гипса происходит в результате гидратации полуводного гипса, т.е. присоединения к нему воды и перехода его в двуводный гипс: CaSO4 0,5H2O + 1,5Н2О = CaSO4 2H2O.

Дальнейшее высыхание твердеющей массы приводит к значительному повышению прочности гипса. Для ускорения твердения применяют искусственную сушку гипсовых изделий при температуре не выше 60-65оС. При более высокой температуре может начаться процесс разложения двуводного гипса, сопровождаемый резким снижением прочности. При твердении гипс увеличивается в объеме до 1%, хорошо заполняя формы при отливке гипсовых изделий.

Свойства строительного гипса. Строительный гипс представляет собой порошок белого цвета. Плотность его в рыхлом состоянии колеблется в пределах 800 - 1100 кг/м3, а в уплотненном - 1250- 1450 кг/м3, истинная плотность - 2,6 - 2,75 г/cм3. Он является быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом, к основным свойствам которого относят водопотребность, сроки схватывания, тонкость помола и предел прочности при сжатии и изгибе.

Нормальная густота гипсового теста характеризуется количеством воды (в %), при котором получается тесто заданной подвижности. Строительный гипс обладает большой водопотребностью. Для получения теста нормальной густоты необходимо 50 -70% воды по массе гипса.

Сроки схватывания гипсового теста (т.е. такой густоты теста, при которой механическое перемешивание его затруднено или невозможно) определяются на приборе Вика по глубине погружения иглы в гипсовое тесто. По срокам схватывания гипсовое тесто делят на три группы: А - быстросхватывающееся (начало схватывания 2 мин и конец схватывания 15 мин); Б - нормально схватывающееся (соответственно 6 мин и 30 мин); В - медленносхватывающееся (начало схватывания не ранее 20 мин с момента затворения гипсового теста).

Быстрое схватывание гипса затрудняет работу, поэтому в случае необходимости к гипсовому тесту добавляют замедлители схватывания (животный клей, сульфитно-дрожжевую бражку - СДБ) в количестве 0,1 - 0,3% по массе гипса. При производстве гипсобетонных изделий может возникнуть необходимость в ускорении схватывания гипса, тогда к нему добавляют в небольшом количестве двуводный гипс и поваренную соль.

Прочность гипса характеризуется пределом прочности при сжатии образцов-балочек размером 40х40х160 мм из гипсового теста нормальной густоты, испытанных через 1,5 ч после изготовления.

По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок гипса: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25, при этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.

Вследствие сравнительно высокой растворимости двуводного гипса прочность гипсовых изделий при увлажнении резко снижается (на 40 - 70 %) и обнаруживаются пластические деформации. Водостойкость гипса повышают добавлением молотого гранулированного доменного шлака. Кроме того, водостойкость гипсовых изделий увеличивают, покрывая их поверхности различными составами, образующими водонепроницаемые пленки.

Применение строительного гипса. Строительный гипс применяют для изделий и деталей, используемых в конструкциях зданий и сооружений при относительной влажности воздуха не более 60 %. Из строительного гипса изготовляют гипсовые и известково-гипсовые штукатурные растворы, декоративные, теплоизоляционные и отделочные материалы, а также различные архитектурные детали методом отливки.

Гипс не рекомендуется долго хранить, даже при хранении в сухих условиях активность его постепенно снижается.

Высокопрочным гипсом называют вяжущее, состоящее в основном из полуводного сульфата кальция, получаемое термической обработкой двуводного гипса в автоклаве под давлением пара или кипячением в водных растворах некоторых солей с последующими сушкой и измельчением в тонкий порошок. Он обладает меньшей водопотребностью (около 45 %), что позволяет получать гипсовые изделия с большой плотностью и прочностью.

Предел прочности при сжатии высокопрочного гипса не менее 25 - 30 МПа. Сроки схватывания высокопрочного гипса примерно такие же, как и у строительного.

Высокопрочный гипс применяют для изготовления архитектурных деталей и строительных изделий с повышенными требованиями по прочности.

Магнезиальные вяжущие вещества

Магнезиальные вяжущие вещества представляют собой тонкомолотые порошки, содержащие оксид магния и твердеющие при затворении водными растворами хлористого или сернокислого магния. Магнезиальные вяжущие вещества в зависимости от применяемого сырья разделяют на два вида: каустический магнезит и каустический доломит.

Каустический магнезит - порошок, состоящий в основном из оксида магния. Его получают обжигом горной породы магнезита MgCO3 - в шахтных или вращающихся печах при 700 - 800оС с последующим измельчением продукта обжига в тонкий порошок. При обжиге магнезит разлагается по реакции

О3 = MgO+СО2.

Готовое вяжущее упаковывают в стальные барабаны или бумажные мешки и направляют к месту применения. Из-за высокой гигроскопичности каустический магнезит не подлежит длительному хранению.

Каустический магнезит затворяют не водой, а водными растворами хлористого или сернокислого магния. Каустический магнезит твердеет сравнительно быстро. Схватывание его должно наступать не ранее 20 мин, а конец - не позднее 6 ч с момента затворения. Марки каустического магнезита - 400, 500 и 600.

Каустический доломит - порошок, состоящий из оксида магния и углекислого кальция, получаемый обжигом природного доломита СаMg(CО3)2 с последующим измельчением в порошок. В связи с содержанием инертного CaCO3 каустический доломит по качеству уступает каустическому магнезиту. Марки каустического доломита - 100, 150, 200 и 300.

Магнезиальные вяжущие вещества обладают способностью прочно сцепляться с древесными опилками, стружками и другими органическими заполнителями, которые в изделиях не подвергаются разложению и загниванию. Эти вяжущие применяют для изготовления теплоизоляционных материалов (фибролита и др.), устройства теплых и износостойких ксилолитовых полов, ступеней, плиток.

Жидкое стекло и кислотоупорный цемент

К воздушным вяжущим веществам относятся жидкое стекло и затворяемый им кислотоупорный цемент.

Жидкое стекло представляет собой натриевый Na2nSiO2 или калиевый силикат К2ОnSiO2 желтого цвета, который получают сплавлением в стекловаренных печах при температуре 1300 - 1400оC измельченного чистого кварцевого песка с содой Na2CO3 или поташем К2СО3. Образовавшиеся после быстрого охлаждения расплава прозрачные куски и глыбы синеватого, зеленоватого и желтоватого цвета под действием пара (в автоклаве) под давлением 0,4 - 0,6 МПа растворяются, превращаясь в вязкий раствор, обычно называемый жидким стеклом. На строительства жидкое стекло (преимущественно натриевое, как более дешевое) поступает с истинной плотностью 1,32 - 1,50 г/см3. Оно твердеет только на воздухе. Процесс твердения жидкого стекла значительно ускоряется за счет введения катализатора - кремнефтористого натрия Na2SiF6.

Жидкое стекло применяют для получения силикатных огнезащитных красок, предохранения естественных каменных материалов от выветривания, уплотнения (силикатизации) грунтов, а также для получения кислотоупорного цемента и жаростойкого бетона.

Кислотоупорный цемент - тонко измельченная смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворенная жидким стеклом. Схватывание и твердение кислотоупорного цемента происходит при температуре не ниже 10оС, при этом начало схватывания должно наступать не ранее 30 мин, а конец - не позднее 6 ч с момента затворения. Кислотоупорный цемент неводостоек и сравнительно быстро разрушается от действия воды и слабых растворов кислот.

Растворы и бетоны, приготовленные на кислотоупорном цементе, обладают высокой стойкостью против действия ряда минеральных и органических кислот, но разрушаются в щелочах, а также в фосфорной, фтористоводородной и кремнефтористоводородной кислотах. Их применяют для футеровки химической аппаратуры, возведения резервуаров и других сооружений химической промышленности.

Гидравлическая известь

Гидравлическая известь - продукт умеренного обжига мергелистых известняков, содержащих 6 - 20% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Обжигают эти известняки в шахтных печах при 900 - 1100оС. При этой температуре углекислый кальций разлагается и часть оксида кальция соединяется с оксидами кремния и алюминия, которые содержатся в глине. В результате образуются силикаты и алюминаты кальция, придающие гидравлической извести способность твердеть в воде.

Гидравлическая известь, немного смоченная водой, полностью или частично гасится и рассыпается в порошок, а залитая достаточным количеством воды образует тесто, которое начав твердеть на воздухе, продолжает твердеть в воде, при этом физико-химические процессы воздушного твердения сочетаются с гидравлическими.

Негашенная гидравлическая известь представляет собой порошок. Прочность при сжатии гидравлической извести через 28 сут от 1,7 до 10 МПа.

Гидравлическую известь применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов, эксплуатируемых как в сухих, так и во влажных средах, а также для бетонов низких марок. Растворы и бетоны на гидравлической извести в первые сутки твердения необходимо защищать от воздействия воды, так как они легко размываются.

Гидравлическую известь следует хранить в сухих закрытых помещениях, а при перевозке предохранять от увлажнения.

Портландцемент

Портландцемент и его разновидности являются основными вяжущими веществами в современном строительстве. В Украине его производство составляет свыше 65% выпуска всех цементов.

Портландцементом называют гидравлическое вяжуее вещество, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками.

Портландцементный клинкер - продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины и некоторых других материалов (мергеля, доменного шлака и пр.). При обжиге обеспечивается преимущественное содержание в клинкере высокоосновных силикатов кальция.

Для регулирования сроков схватывания портландцемента в клинкер при помоле вводят двуводный гипс в количестве 1,5 - 3,5% (по массе цемента в пересчете на SO3).

По составу различают портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент и др.

Исходным сырьем для производства портландцемента служат горные породы - мергели, известняковые (известняки, мел, ракушечник, известковый туф и др.) и глинистые горные породы. С известняком в состав цемента. вносится основной оксид CaO; с глиной - оксиды кремния, алюминия, железа; с мергелем - все необходимые оксиды.

В природе редко встречаются горные породы, химический состав которых обеспечивал бы получение после обжига портландцементного клинкера необходимого качества, поэтому сырьевую смесь составляют из двух или нескольких компонентов. Соотношение компонентов сырьевой смеси выбирают с таким расчетом, чтобы полученный при обжиге портландцементный клинкер имел следующий химический состав; 63 - 68% СаО; 4 - 8 % Al2О3; 19 - 24 %SiO2, 2 - 6% Fe2О3. Обычно сырьевая смесь состоит из 75 - 78% известняка и 25 - 22% глины.

Производство портландцемента состоит из следующих основных процессов: добычи сырья и подготовки сырьевой смеси, обжига смеси до спекания с получением клинкера, помола клинкера в тонкий порошок совместно с добавками.

В зависимости от свойства сырья и типа обжигательных печей сырье к производству готовят мокрым или сухим способом. При мокром способе компоненты измельчают и смешивают в присутствии воды, и смесь в виде жидкой массы (шлама) обжигают; при сухом способе сырьевые компоненты измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде.

Производство портландцемента мокрым способом. Мягкие горные породы (глину и мел), применяемые в качестве сырьевых компонентов, предварительно дробят в валковых дробилках и измельчают в специальных бассейнах-болтушках в присутствии 36 - 42 % воды по массе. Суспензии глины и мела в заданных соотношениях поступают в шаровые мельницы для тонкого измельчения. Если в качестве известкового компонента применяют твердый известняк, то его подвергают двухстадийному дроблению на щековой и молотковой дробилках, а затем измельчают в шаровых мельницах совместно с глиняной суспензией, получаемой в болтушках.

Рис.1. Технологическая схема производства портландцемента мокрым способом

- приемный бункер для известняка; 1- дробилка для известняка;3 - вагонетка с глиной; 4 - дозатор для воды; 5 - бассейн-болтушка;6 - сырьевая мельница; 7 - шламбассейны; 8 - вращающаяся печь;9 - форсунка подачи топлива; 10 - склад клинкера; 11 - складгипсового камня; 12 - дробилка для гипсового камня; 13 - шароваямельница; 14 - силосы для цемента; 15 - вагоны с цементом)

Шаровая многокамерная мельница - стальной цилиндр длиной 8 - 15 и диаметром 1,8 - 3,5 м, внутренняя поверхность которого облицована стальными плитами. Мельница вращается на полых цапфах, через которые, с одной стороны, ее загружают, а с другой - разгружают. Смесь известняка, глины и воды проходит через все камеры мельницы и, измельчаясь под ударами стальных шаров и цилиндров, выходит из нее в виде сметанообразной массы - шлама.

Шлам перекачивают насосами в цилиндрические щламбассейны для корректировки его состава. При корректировке устанавливают химический состав шлама (в основном определяют содержание углекислого кальция) и в соответствии с полученными данными добавляют к нему строго определенное количество шлама другого состава (обогащенного или обедненного известняком). Скорректированный таким образом шлам перекачивают в шламбассейны для хранения. В этих бассейнах шлам постоянно перемешивают. По мере необходимости шлам насосами подают на обжиг.

Сырьевую смесь обжигают во вращающихся печах (рис.2), представляющих собой сварной цилиндр диаметром 4 - 5 и длиной 150 - 185 м, футерованный изнутри огнеупорным материалом. Печь расположена под небольшим уклоном к горизонту и медленно вращается вокруг своей оси. Питатели-дозаторы подают шлам в верхний конец печи. Вследствие вращения печи и наклона ее к горизонту обжигаемый материал перемещается к нижнему концу печи. Навстречу ему движутся горячие топочные газы, образовавшиеся при сгорании топлива (пылевидный уголь, мазут, газ), подаваемого через форсунку в нижней части печи.

Рис.2. Вращающаяся печь для обжига цементного клинкера

- дымосос; 2 - питатель для подачи шлама; 3 - барабан; 4 - привод;5 - форсунка подачи топлива; 6 - холодильник)

Шлам омывается горячими газами и подсушивается, образуя комья. По мере продвижения материала при 500 - 750оС выгорают органические вещества и начинается дегидратация - выделение химически связанной воды из глинистой составляющей, сопровождаемая потерей пластичности и связующих свойств. Комья материала распадаются в подвижный порошок. При 750 - 800оС и выше в материале начинаются реакции в твердом состоянии между его составляющими. Их интенсивность возрастает с повышением температуры. Происходит сцепление отдельных частичек порошка и образование гранул разного размера. При прохождении зоны с температурой 900 - 1000оС происходит диссоциация карбонатов кальция с выделением оксида кальция и углекислого газа, который уносится с продуктами горения. Оксид кальция СаО вступает в химическое взаимодействие с глиноземом, оксидом железа и кремнеземом. Реакции химического связывания СаО протекают в твердом состоянии достаточно интенсивно при 1200 - 1250оС, при этом образуются следующие химические соединения: 2CaОSiO2 (двухкальциевый силикат), 3CaOAl2О3 (трехкальциевый алюминат) и 4СаОAl2О3Fе2О3 (четырехкальциевый алюмоферрит) . При температуре свыше 1300оС 3CaOАl2О3 и 4СаОAl2О3Fе2О3 переходят в расплав, в котором частично растворяются СаО и 2CaO SiO2 до насыщения раствора; в растворенном состоянии они реагируют между собой, образуя трехкальциевый силикат ЗСаО SiO2 - основной минерал портландцемента. Процесс образования трехкальциевого силиката, выделяющегося из жидкой фазы в виде кристаллов, способных расти, обычно происходит около 1450оC. При понижении температуры до 1300оС жидкая фаза застывает, процесс спекания заканчивается.

Клинкер - гранулы серовато-зеленого цвета размером 15 - 25 мм для охлаждения до 80 - 100оC направляют в холодильник, откуда он поступает на склад, где его выдерживают в течение 1 - 2 недель. В результате вылеживания содержащийся в клинкере в небольшом количестве свободный оксид кальция гасится влагой воздуха, а также уменьшается твердость зерен клинкера, что, в свою очередь, облегчает его помол и обеспечивает равномерность изменения объема цемента при твердении.

Клинкер измельчают в многокамерных шаровых мельницах. В процессе помола к нему добавляют 2 - 5 % гипсового камня для регулирования сроков схватывания портландцемента и различные, предусмотренные технологическим процессом, добавки. Из шаровых мельниц портландцемент пневмотранспортом подают в силосы - железобетонные башни цилиндрической формы емкостью до 6000 т каждая, где цемент перед отправкой потребителю выдерживается в течение 10 - 14 сут. За это время нагретый при помоле цемент охлаждается и оставшаяся в нем свободная известь гасится, что улучшает свойства цемента. Из силосов цемент поступает в упаковочные машины для расфасовки в многослойные бумажные мешки по 50 кг или направляется в специально оборудованные средства железнодорожного, автомобильного или водного транспорта.

Сухой способ производства портландцемента применяют в том случае, когда сырьевыми материалами являются мергели или смеси твердых известняков и глин влажностью 8 - 10 %. По этому способу сырьевые материалы после предварительного дробления и сушки совместно измельчают в шаровых мельницах. Сухую сырьевую муку с остаточной влажностью 1 - 2% гранулируют в зерна размером 20 - 40 мм или формуют, добавляя молотый на механических прессах уголь в брикеты.

Гранулы обжигают в циклонных теплообменниках, конвейерных кальцинаторах, вращающихся печах, а брикеты - в шахтных. Дальнейшие производственные операции осуществляют в той же последовательности, что и при мокром способе.

При сухом способе на обжиг клинкера расходуется значительно меньше топлива, чем при мокром.

Наряду с рассмотренными выше основными способами производства в последнее время применяют комбинированный способ, совмещающий достоинства мокрого и сухого способов. Сущность его заключается в том, что сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, после чего шлам обезвоживают на специальных установках и в виде гранул, как и при сухом способе, обжигают во вращающихся печах.

Минералогический состав клинкера. Клинкер состоит из следующих основных клинкерных минералов: трехкальциевого силиката ЗСаОSiO2 (алит), двухкальциевого силиката 2СаО . SiO2 (белит), трехкальциевого алюмината 3СаО. Аl2О3, четырехкальциевого алюмоферрита 4CaOАl2О3 Fe2O3. Часто используют их сокращенное обозначение: соответственно C3S, C2S, С3А и C4AF. Содержание этих минералов в портландцементном клинкере обычно колеблется в следующих пределах: 40 - 65% C3S; 15 - 40 % C2S; 2 - 15 % C3A и 10 - 20% С4АF. При увеличении содержания указанных выше минералов портландцемент получает специальное название. Так, при большом содержании C3S (более 56%) его называют алитовым; C2S (более 38% ) - белитовым; С3А (более 12%) - алюминатным и пр. Если в клинкере содержится повышенное количество двух минералов, его соответственно называют алитоалюминатным и пр. Каждый из клинкерных минералов имеет свои специфические свойства.

Трехкальциевый силикат (алит) является химически активным минералом, он оказывает решающее влияние на прочность и скорость твердения цемента. Взаимодействие его с водой происходит с большим тепловыделением. Алит обладает способностью быстро твердеть и набирать высокую прочность, поэтому повышенное содержание трехкальциевого силиката обеспечивает получение из данного клинкера высокомарочного портландцемента.

Двухкальциевый силикат (белит), затворенный водой, в начальный период твердеет медленно, при этом выделяется очень мало теплоты. Продукт твердения в течение первого месяца обладает невысокой прочностью, но затем на протяжении нескольких лет при благоприятных условиях прочность его неуклонно возрастает.

Трехкальциевый алюминат характеризуется высокой химической активностью, в первые сутки твердения он выделяет наибольшее количество теплоты гидратаци и быстро твердеет. Однако продукт его твердения имеет низкую долговечность и малую стойкость против воздействия сернокислых соединений.

Четырехкальциевый алюмоферрит характеризуется умеренным тепловыделением, твердеет он значительно медленнее, чем алит, но быстрее, чем белит. Прочность продуктов его гидратации несколько ниже, чем у алита.

Располагая данными о минералогическом составе портландцементного клинкера и зная свойства клинкерных минералов, можно заранее составить представленге об основных свойствах портландцемента и особенностях его твердения в различных условиях.

Твердение портландцемента. При затворении портландцемента водой сначала образуется пластичное клейкое цементное тесто, которое затем постепенно густеет, переходя в камневидное состояние. Твердение и есть процесс превращения цементного теста в цементный камень.

При смешивании портландцемента с водой в начальный период происходит растворение клинкерных минералов с поверхности цементных зерен, взаимодействие минералов с водой и образование насыщенного по отношению к клинкерным минералам раствора. По достижении насыщения растворение клинкерных минералов прекращается, но реакции между ними и водой продолжаются. Реакции присоединения воды к клинкерным минералам называют реакциями гидратации, а реакции разложения клинкерных минералов под действием воды на другие соединения - реакциями гидролиза.

Во втором периоде в насыщенном растворе идут реакции гидратации клинкерных минералов в твердом состоянии, т. е. происходит прямое присоединение воды к твердой фазе вяжущего без предварительного его растворения. Продуктами этих реакций являются гидратные новообразования в коллоидном виде. Период коллоидации сопровождается повышением вязкости цементного теста, обусловливающим схватывание цемента.

В третьем периоде протекают процессы перекристаллизации мельчайших коллоидных частиц новообразований, т.е. растворение мельчайших частиц и образований крупных кристаллов. Кристаллизация сопровождается твердением цементного теста и ростом прочности образовавшегося цементного камня.

Взаимодействие клинкерных минералов с водой протекает по следующим реакциям:

CaO . SiO2 + (n+1)Н2О = 2CaO . SiО2 . пН2О + Са(ОН)2;

2СаО . SiO2 + nH2O = 2CaO . SiO2 . nH2O;

СаО . Аl2О3 + 6H2O = 3CaO . Аl2О3 . 6H2O;

CaO . Аl2О3 . Fe2O3 + nH2O = 3CaO . Аl2О3 . 6H2O + CaO . Fe2O3(n - 6)Н2О

Приведенные химические реакции показывают, что в результате взаимодействия клинкерных минералов с водой образуются новые соединения - гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Минералы C3S и C4AF, взаимодействуя с водой, подвергаются гидролизу, т.е. разложению, и минералы C2S и С3А гидратируются, т. е. присоединяют воду.

По скорости взаимодействия с водой клинкерные минералы располагаются в следующей последовательности: С3А, C4AF, C3S и C2S. Скорость гидратации клинкерных минералов в значительной мере определяет и скорость их твердения. Чем быстрее гидратирует минерал, тем быстрее происходит его схватывание и твердение.

В случае твердения цемента на воздухе рассмотренные выше процессы дополняются карбонизацией гидроксида кальция: Са(ОН)2 + СО2 = CaCO3 + H2O. Она происходит главным образом на поверхности цементного камня с образованием тонкой корки из углекислого кальция, способствующей повышению стойкости и прочности цементного камня.

В результате процессов коллоидации, кристаллизации, уплотнения гидратных новообразований и карбонизации образуется прочный цементный камень. Прочность цементного камня нарастает довольно быстро в течение первых 3 - 7 сут, затем в интервале 7 - 28 сут рост прочности замедляется. В дальнейшем повышение прочности относительно невелико, но может продолжаться в течение многих лет, особенно во влажной и теплой среде. В сухой среде или при отрицательных температурах процессы твердения цементного камня приостанавливаются и рост прочности прекращается. Замерзший цементный камень обладает способностью после оттаивания продолжать набирать прочность.

Твердение портландцемента можно ускорить за счет повышения температуры окружающей среды и введения химических веществ - ускорителей твердения (хлористого кальция, хлористого натрия и др.) в количестве 1 - 2% по массе цемента.

Твердение портландцемента сопровождается выделением теплоты. Это свойство портландцемента является положительным при бетонировании монолитных конструкций в зимних условиях и отрицательным в тех случаях, когда разогрев массивных бетонных конструкций (плотины, массивные фундаменты и т. п.) может привести к появлению в них трещин от температурного расширения.

Свойства портландцемента. К основным свойствам портландцемента относятся средняя плотность, истинная плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, равномерность изменения объема и прочность.

Средняя плотность портландцемента в рыхлом состоянии равна 1000 - 1100 кг/м3, а в уплотненном - 1400 - 1700 кг/м3. Истинная плотность портландцемента 3,05 - 3,15 г/см3.

Тонкость помола цемента характеризуется остатком на сите №008 (размер ячейки в свету 0,08 мм) не более 15% или удельной поверхностью - величиной поверхности зерен (в см) в 1 г цемента. Удельная поверхность портландцемента должна быть 2500 - 3000 см2/г. С увеличением тонкости помола цемента до 4000 - 4500 см2/г возрастает скорость твердения и повышается прочность цементного камня.

Водопотребность портландцемента определяется количеством воды (в %), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т. е. заданной стандартной пластичности.

Нормальной густотой цементного теста считается его консистенция, при которой игла прибора Вика, погружаясь, не доходит до дна (стекла) кольца на 5 - 7 мм. Водопотребность портландцемента обычно колеблется в пределах 22 - 26% и зависит от минералогического состава и тонкости помола.

Сроки схватывания цементного теста нормальной густоты определяют на приборе Вика по глубине проникания иглы. Начало схватывания должно наступить не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания - не позднее 10 ч от начала затворения. У портландцемента обычно начало схватывания наступает через 1- 2 ч, а конец - через 4 - 6 ч. На сроки схватывания портландцемента влияют его минералогический состав, тонкость помола и другие факторы. Равномерность изменения объема цемента устанавливают на образцах-лепешках, изготовленных из цементного теста нормальной густоты, при кипячении их в воде и выдерживании над паром. Цемент считают доброкачественным, если на лицевой стороне лепешек, подвергнутых испытаниям, нет радиальных, доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, видимых в лупу или невооруженным глазом, а также каких-либо искривлений. Одной из причин неравномерного изменения объема цементного камня при твердении является наличие в цементе свободных СаО и MgО, которые гидратируются с увеличением объема в уже затвердевшем цементном камне, разрушая его.

Прочность портландцемента характеризуется его маркой. Марку цемента устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов призм размером 40х40х х160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 (по массе) на стандартном вольском песке при водоцементном отношении В/Ц=0,4 и испытанных через 28 сут. Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут называют активностью цемента, по ее величине устанавливают марку цемента. Например, если при испытании цемента установлена активность 43 МПа, то его относят к марке 400.

Портландцементы разделяют на марки 400, 500, 550 и б00.

Коррозия цементного камня. Возведенные с применением портландцемента бетонные сооружения могут подвергнуться разрушению (коррозии) под действием природных вод и агрессивных жидкостей. Разрушение обычно начинается с цементного камня, как наиболее подверженного коррозии.

Различают три основных вида коррозии цементного камня. Коррозия первого вида возникает при действии на цементный камень бетона проточных пресных вод (с малой временной жесткостью). Эти воды растворяют и вымывают гидроксид кальция, выделяющийся при гидролизе трехкальциевого силиката. В результате такого выщелачивающего действия воды повышается пористость цементного камня и снижается его прочность, что, в свою очередь, приводит к постепенному разрушению бетона.

Для повышения стойкости цементного камня в пресных водах рекомендуется вводить в портландцемент гидравлические добавки, которые связывают гидроксид кальция в малорастворимые соединения - гидросиликаты кальция.

Коррозия второго вида происходит при действии на цементный камень бетона минерализованных вод, содержащих химические соединения, которые вступают в обменные реакции с составляющими цементного камня. Образующиеся при этом продукты реакции либо легко растворяются и уносятся водой, либо выделяются в виде аморфной массы, не обладающей связующими свойствами.

Морская вода, вода соленых озер и лиманов, а также некоторые грунтовые воды, содержащие MgCl2, MgSO4, NaCI и другие соли, разрушающе действуют на цементный камень. Так, при воздействии на цементный камень вод, содержащих хлористый магний, последний взаимодействует с гидроксидом кальция цементного камня:

Са(ОН)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2.

Образовавшийся в результате реакции хлористый кальций обладает хорошей растворимостью и быстро вымывается из бетона; остающийся гидроксид магния представляет собой аморфное вещество, не обладающее связующими свойствами.

Природные грунтовые воды обычно содержат свободную углекислоту СО2 и ее соли, главным образом Са(НСО3)2. Эти соли не опасны для цементного камня, но свободная (агрессивная) угпекислота разрушает его. Вначале растворенная углекислота взаимодействует с гидроксидом кальция, образуя труднорастворимый углекислый кальций, который уплотняет поверхность цементного камня. Однако при высоком содержании в воде свободная углекислота вступает в реакцию с углекислым кальцием: СаСО3 + СО2 + Н2О = Ca(НСО3)2. В результате образуется легкорастворимый в воде бикарбонат кальция, который вымывается из бетона.

Таким образом, основной причиной данного вида коррозии является присутствие в цементном камне свободного гидроксида кальция. Поэтому в состав цемента необходимо вводить активные минеральные добавки, которые связывают его в труднорастворимые соединения.

В качестве активных минеральных добавок к цементу чаще всего применяют трепелы, опоки, диатомиты, а также доменный гранулированный шлак, тоже способный связывать гидроксид кальция.

Коррозия третьего вида возникает при действии на цементный камень бетона сульфатных вод. Сульфаты CaSO4, МgSO4, Na2SO4 и др. входят в состав большинства природных грунтовых, а также сточных вод. В результате обменной реакции сульфатов с гидроксидом кальция в порах цементного камня образуется двуводный сернокислый кальций (гипс), который взаимодействует с гидроалюминатом кальция:

2(СаSО4 2H2О) + 3CaO Аl2О3 6H2O + 19Н2О = ЗСаО Аl2О3 3CaSО4 31Н2О.

Образующийся при этом труднорастворимый гидросульфоалюминат кальция, кристаллизуясь с большим количеством воды, увеличивается в объеме в 2,5 раза, что влечет за собой растрескивание бетона. Для предотвращения сульфатной коррозии бетона при его приготовлении следует применять сульфатостойкий портландцемент.

Безвредны для цементного камня соли кремниевой, кремнефтористоводородной и угольной кислот, слабые растворы щелочей, а также нефть, бензин, керосин и другие нефтепродукты, если в них нет остатков серной кислоты и значительного количества нафтеновых кислот.

Защиту цементного камня от коррозии осуществляют за счет применения цементов определенного минералогического состава, введения необходимого количества активных минеральных добавок, создания плотных бетонов, а также применения защитных покрытий и облицовок. Битумная изоляция, покрытие полимерными пленками, облицовка из стекла и керамики должны исключать воздействие агрессивной среды на бетон.

Применение портландцемента. Портландцемент используют в качестве вяжущего при изготовлении монолитного и сборного бетона и железобетона. Изделия и конструкции, изготовленные на портландцементе, можно применять в надземных, подземных и подводных условиях, а также в случае попеременного воздействия воды и отрицательных температур.

Портландцемент невысоких марок используют для приготовления кладочных и штукатурных растворов. Не следует изготовлять из портландцемента конструкции, подвергающиеся воздействию морской, минерализованной или даже пресной воды,- проточной или под сильным напором. В этих случаях рекомендуется применять цемент сиециальных видов - сульфатостойкий, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент и др.

Портландцемент - высококачественное и дефицитное вяжущее, его необходимо расходовать экономно, заменяя, где это технически возможно, другими, более дешевыми, вяжущими веществами - известью, смешанными цементами и др.

Разновидности портландцемента

В настоящее время наряду с обыкновенным портландцементом выпускают большое количество его разновидностей - быстротвердеющий, пластифицированный, гидрофобный и сульфатостойкий портландцементы. Эти цементы рекомендуются только в тех случаях, когда их специальные свойства могут быть использованы с максимальной эффективностью.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) характеризуется более интенсивным нарастанием прочности в первые 3 сут твердения. Быстрое твердение цемента достигается за счет содержания в клинкере активных минералов (C3S+C3A = 60 - 65%), а также за счет повышения тонкости помола клинкера до удельной поверхности 3500 - 4000 см2/г. При помоле БТЦ допускается введение активных минеральных добавок (не более 15%) или доменных гранулированных шлаков (до 20 % по массе цемента).

Разновидность БТЦ - особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ), изготовляемый тонким измельчением клинкера, содержащего C3S до 60 - 65 % и С3А не более 8 %, совместно с добавкой гипса до удельной поверхности 4000 - 4500 см2/г и более. Введение минеральных добавок не допускается. ОБТЦ характеризуется большой скоростью твердения и высокими марками 600 и 700.

Быстротвердеющие портландцементы марок 400 и 500 целесообразно применять при изготовлении сборных высокопрочных, обычных и предварительно напряженных железобетонных изделий и конструкций. Их применение сокращает длительность тепловлажностной обработки, ускоряет оборачиваемость металлических форм, а в отдельных случаях даже позволяет отказаться от тепло-влажностной обработки изделий. Употребляя быстротвердеющий портландцемент для возведения сооружений из монолитного бетона, можно значительно сократить сроки выдержки конструкций в опалубке. Кроме того, его следует использовать при ремонтных и восстановительных работах, где требуется быстрое нарастание прочности бетона и раствора.

Пластифицированный портландцемент (ППЦ) получают помолом портландцементного клинкера совместно с гипсом и пластифицирующими добавками СДБ в количестве 0,15 - 0,25% по массе цемента. Марки этого цемента 400 и 500. Пластифицированный портландцемент по сравнению с обыкновенным портландцементом придает растворным и бетонным смесям повышенную пластичность, морозостойкость и водонепроницаемость.

Применение пластифицированного портландцемента дает возможность вследствие увеличения подвижности бетонных смесей и понижения их водопотребности снизить расход цемента в среднем на 5 - 8%. Пластифицированный портландцемент рекомендуется для приготовления бетонов, используемых в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.

Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают введением при помоле портландцементного клинкера гидрофобизирующей добавки в количестве 0,1 - 0,3% по массе цемента. В качестве гидрофобизирующей (водоотталкивающей) добавки применяют поверхностно-активные органические вещества: мылонафт, асидол, синтетические жирные кислоты и др. Эти вещества образуют на зернах цемента тончайшие водоотталкивающие пленки, препятствующие прониканию влаги к зерну, поэтому гидрофобный портландцемент даже при длительном хранении сохраняет сыпучесть и не теряет активности. Гидрофобные пленки цементных зерен в процессе перемешивания растворных и цементных смесей легко удаляются, что обеспечивает нормальное схватывание и твердение цемента.

Гидрофобный портландцемент повышает подвижность бетонных смесей, что, в свою очередь приводит к увеличению водостойкости, водонепроницаемости и морозостойкости бетонов. Применяют гидрофобный портландцемент в гидротехническом, дорожном и аэродромном строительстве, а также при перевозке бетонных и растворных смесей на большие расстояния.

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) изготовляют тонким помолом из клинкера следующего минерального состава: C3S - не более 50 %, С3А - не более 5%, С3А+C4AF - не более 22 %, MgO - 5%. Введение в цемент инертных и активных минеральных добавок не допускается. При таком минералогическом составе цемента уменьшается возможность образования в цементном камне (бетоне) под действием сульфатных вод гидросульфоалюмината кальция - цементной бациллы.

Сульфатостойкий портландцемент характеризуется повышенной сульфато-, морозо- и водостойкостью, пониженным тепловыделением в процессе схватывания и твердения, а также замедленной интенсивностью твердения в начальные сроки. Выпускают его марки 400. Остальные требования к этому цементу такие же, как и обыкновенному портландцементу.

Сульфатостойкий портландцемент применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических массивных сооружений, работающих в условиях многократного замораживания и оттаивания в пресной или слабоминерализованной воде.

Белый и цветные портландцементы изготовляют из сырьевых материалов, характеризующихся малым содержанием окрашивающих оксидов (железа, марганца, хрома), из чистых известняков, мраморов и белых каолиновых глин.

Белый портландцемент выпускают марок 400 и 500 и по степени белизны разделяют на три сорта: БЦ-1, БЦ-2 и БЦ-З.

Цветные портландцементы получают совместным помолом клинкера белого портландцемента со свето- и щелочестойкими пигментами (суриком, охрой, ультрамарином и др).

Белый и цветные цементы используют при архитектурно-отделочных работах, для получения фактурного слоя стеновых панелей, а также для изготовления искусственного мрамора и облицовочных плиток.

Портландцементы с активными минеральными добавками

К этой группе гидравлических вяжущих веществ относят цементы, получаемые совместным помолом портландцементного клинкера и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием указанных компонентов после раздельного измельчения каждого из них.

Активные минеральные добавки представляют собой вещества, содержащие в основном аморфный активный кремнезем, легко вступающий в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием труднорастворимых гидросиликатов кальция. Поскольку портландцемент в процессе твердения выделяет гидроксид кальция, который растворим в воде и поэтому может вымываться из цементного камня, то наличие в составе портландцемента минеральной добавки повышает его водостойкость.

Активные минеральные добавки известны с давних времен, Еще в древнем Риме для придания гидравлических свойств воздушной извести добавляли вулканический пепел - пуццолану (названный по месту залежей вблизи г. Поццуоли в Италии). Отсюда и назвали активные добавки вулканического происхождения "пуццоланическими", а цементы с этими добавками "пуццолановыми".

Активные минеральные добавки разделяют на природные (диатомит, трепел, опока, вулканический пепел, пемза, трассы, туф) и искусственные (доменные гранулированные шлаки, золы от сжигания бурых углей, торфа, горючих сланцев, слабообожженные глины, глиежи, отходы керамического производства и др.).

Среди цементов этой группы различают цемент с минеральными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Портландцемент с минеральными добавками получают путем совместного измельчения портландцементного клинкера, минеральных добавок и гипса. В качестве добавок вводят доменные гранулированные шлаки или активные минеральные добавки осадочного происхождения, но не более 20% массы цемента. Допускается введение в цемент при его помоле пластифицирующих или гидрофобизующих поверхностноактивных добавок не более 0,3% массы цемента. Схватывание цемента протекает несколько замедленно. В ранние сроки твердения немного замедляется набор прочности. Портландцемент с минеральными добавками выпускают марок 400, 500, 550 и 600.

Этот цемент успешно применяют при приготовлении бетонов вместо портландцемента за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость бетона.

Пуццолановым портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким помолом цементного клинкера, гипса и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием этих материалов, измельченных раздельно.

Содержание активных минеральных добавок в пуццолановом портландцементе должно составлять в % по массе цемента: добавок вулканического происхождения (пемза, пепел, туфы, трассы), обожженных глин, глиежа или топливной золы не менее 25 и не более 40, добавок осадочпого происхождения {диатомит, трепел, опока) - не менее 20 и не более 30.

Пуццолановый портландцемент выпускают марок З00 и 400. Цвет цемента светлый; плотность в рыхлом состоянии 800 - 1000, в уплотненном - 1200 - 1600 кг/м3, водопотребность 30 - 38%. Сроки схватывания, тонкость помола и равномерность изменения объема пуццоланового портландцемента такие же, как и у обыкновенного портландцемента.

Пуццолановый портландцемент характеризуется замедленным нарастанием прочности в начальный период твердения по сравнению с портландцементом, изготовленным из того же клинкера. Однако после 3 - 6 мес твердения во влажной среде бетоны на пуццолановом пор-ландцементе достигают той же прочности, что и бетоны на портландцементе.

Пуццолановый портландцемент при твердении выделяет меньше теплоты, чем портландцемент. Это обстоятельство позволяет широко использовать пуццолановый портландцемент при бетонировании больших массивов, например гидротехнических сооружений, где очень опасны температурные деформации конструкций. Однако при температуре ниже 10оC твердение его резко замедляется и даже совсем прекращается. Наоборот, при повышенных температурах пуццолановый портландцемент твердеет более интенсивно, чем портландцемент. Поэтому изделия из бетона на этом цементе целесообразно подвергать тепловлажностной обработке в пропарочных камерах и автоклавах.

Бетоны на пуццолановых портландцементах имеют более высокую водостойкость и водонепроницаемость, чем на портландцементах. Однако пуццолановый портландцемент не морозостоек, поэтому не рекомендуется его применять при возведении конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию.

Пуццолановый портландцемент используют наряду с портландцементом для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций (как сборных, так и монолитных). Вследствие повышенной сульфатостойкости его употребляют для бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений, подвергающихся воздействию мягких и сульфатных вод. Следует учитывать, что в сухих условиях эксплуатации твердение бетона на этом цементе практически прекращается, поэтому в течение первых двух недель бетоны необходимо систематически увлажнять и предохранять от высыхания.

Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным измельчением портландцементного клинкера и доменного гранулированного шлака с добавлением небольшого количества гипса, вводимого для регулирования сроков схватывания и активизации твердения шлака. Шлакопортландцемент можно изготовлять и путем смешивания тех же исходных материалов, но измельченных раздельно. Содержание доменного гранулированного шлака в шлакопортландцементе должно составлять не менее 21 и не более 60% по массе цемента.

Шлакопортландцемент выпускают марок З00, 400 и 500. Он сероватого цвета с голубоватым оттенком, отличается от других видов цемента тем, что содержит большое количество металлических частиц, выявляемых магнитом. Плотность его в рыхлом состоянии 1000 - 1300, а в уплотненном - 1400 - 1800 кг/м3, нормальная густота цементного теста 26 - 30%; тонкость помола и равномерность изменения объема такие же, как и у портландцемента.

Тепловыделение шлакопортландцемента при твердении меньше, чем у портландцемента, но он обладает большей жаро-, водо- и сульфатостойкостью. Морозостойкость шлакопортландцемента несколько ниже.

У шлакопортландцемента по сравнению с портландцементом несколько замедлено нарастание прочности в начальные сроки твердения. В более отдаленные сроки твердения прочность возрастает и через 2 - 3 мес превосходит прочность портландцемента той же марки. Замедление твердения особенно ярко проявляется при пониженных температурах, однако это не является препятствием к широкому применению шлакопортландцемента, а повышение температуры при достаточной влажности окружающей среды резко ускоряет твердение. Бетоны на шлакопортландцементе, подвергаемые тепловлажностной обработке при 80 - 95оС, набирают более высокую прочность, чем бетоны на портландцементе той же марки, твердеющие в тех же условиях.

Разновидность шлакопортландцемента - быстротвердеющий шлакопортландцемент, который отличается от обычного меньшим содержанием гранулированного доменного шлака (не более 50%) и более высокой тонкостью помола. Быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400 характеризуется интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения, которое особенно ускоряется в условиях тепловлажностной обработки.

Шлакопортландцемент с успехом можно применять для изготовления сборных железобетонных изделий и конструкций, твердеющих в пропарочных камерах. Целесообразно использовать шлакопортландцемент в конструкциях горячих цехов и в гидротехнических сооружениях, подвергающихся сульфатной агрессии. Из него, как и из пуццоланового портландцемента приготовляют строительные кладочные и штукатурные растворы. Не рекомендуется шлакопортландцемент для конструкций, которые находятся под систематическим воздействием попеременного замораживания и оттаивания или увлажнения и высушивания.

Массовый выпуск и широкое применение пуццолановых цементов и шлакопортландцементов можно объяснить не только наличием ряда положительных свойств по сравнению с портландцементом, но и меньшей стоимостью (примерно на 15 - 20%).

Среди сульфатостойких цементов кроме сульфатостойкого портландцемента по вещественному составу различают еще сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками получают измельчением портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, активных минеральных добавок и гипса. В цементе допускается содержание гранулированного доменного шлака не менее 10 - 20% массы цемента и активных минеральных добавок осадочного происхожения (кроме глиежа) не менее 5 - 10%.

Сульфатостойкий шлакопортландцемент - продукт, получаемый тонким помолом портландцементного клинкера нормированного минералогического состава, шлака нормированного химического состава (не менее 21 - 60 % по массе цемента) и гипса.

Морозостойкость сульфатостойких цементов ниже, чем у сульфатостойкого портландцемента, но области применения те же.

Специальные цементы

Эта группа гидравлических вяжущих веществ резко отличается от цементов, изготовленных на основе портландцементного клинкера, видом исходного сырья, технологией производства, химическим и минералогическим составом, свойствами, а также областями применения. В нее входят - глиноземистый, расширяющийся и безусадочный цементы, а также гипсоцементнопуццолановое вяжущее.

Глиноземистый цемент - быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания или сплавления сырьевой смеси, богатой глиноземом. В качестве сырьевых материалов для получения глиноземистого цемента используют известняк или известь и породы с высоким содержанием глинозема Аl2О3, например, бокситы. Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных алюминатов кальция, главным из которых является однокальциевый алюминат СаО Аl2О3 .

Глиноземистый цемент имеет вид тонкого порошка серо-зеленого, коричневого или черного цвета. Плотность его в рыхлом состоянии - 1000 - 1300, а в уплотненном - 1600 - 1800 кг/м3, нормальная густота обычно 23 - 28%. Тонкость помола несколько выше тонкости помола портландцемента; при просеивании глиноземистого цемента через сито № 008 должно проходить не менее 90% пробы (по массе). Сроки схватывания глиноземистого цемента: начало - не ранее чем через 30 мин, конец - не позднее 12 ч с момента затворения цемента водой.

Процесс твердения глиноземистого цемента сопровождается значительным тепловыделением, что ограничивает его применение в массивных бетонных конструкциях, но является весьма полезным при производстве строительных работ в зимнее время.

Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600. Марку цемента устанавливают по пределу прочности при сжатии образцов-кубов в возрасте 3 сут после твердения в нормальных условиях. Цемент характеризуется интенсивным набором прочности в начальные сроки твердения: через 24 ч он набирает 80 - 90% марочной прочности.

Бетоны на глиноземистом цементе водонепроницаемы, стойки в условиях пресных и сульфатных вод, а также морозостойки. Они хорошо твердеют во влажной среде при 15 - 20%. При повышении температуры выше 25оC прочность бетона значительно снижается, поэтому бетоны на глиноземистом цементе нельзя подвергать пропариванию и другим методам искусственного нагрева, Нельзя смешивать глиноземистый цемент с портландцементом, так как при этом снижается его прочность.

Применение глиноземистого цемента ограничено его высокой стоимостью (он в 3 - 4 раза дороже портландцемента). Его используют при срочных ремонтных и аварийных работах, производстве работ в зимних условиях, для бетонных и железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию сильно минерализованных вод, получения жаростойких бетонов, а также изготовления расширяющегося и безусадочного цементов.

Расширяющиеся и безусадочные цементы отличаются способностью при твердении во влажных условиях несколько увеличиваться в обьеме или не давать усадки. Промышленность выпускает водонепроницаемый расширяющийся цемент, гипсоглиноземистый расширяющийся цемент, а также водонепроницаемый безусадочный цемент.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного помола и тщательного смешивания измельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало - ранее 4 мин, конец - не позднее 10 мин с момента затворения. Линейное расширение образцов из цементного теста, твердеющих в воде в течение 1 сут, должно быть в пределах 0,3 - 1%. Физико-химическая сущность процесса расширения цемента заключается в том, что в результате взаимодействия алюминатов кальция и гипса происходит образование гидросульфатоалюмината кальция, сопровождающееся увеличением объема.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбных соединений, создания гидроизоляционных покрытий, заделки стыков и трещин в железобетонных конструкциях и т.д. Его нельзя применять в конструкциях, эксплуатируемых при температуре выше 80оС.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) - быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тщательного смешивания глиноземистого цемента, полуводного гипса и гашеной извести. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 1 мин, а конец - не позднее 5 мин с момента затворения. Величина относительного линейного расширения образцов из цементного теста через 1 сут их твердения в воде должно находиться в пределах 0,01 - 0,1%.

Цемент применяют для устройства гидроизолирующей торкретной оболочки бетонных и железобетонных подземных сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности (туннели, фундаменты и т. п).

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ) получают смешением 50 - 75% полуводного (строительного или высокопрочного) гипса, 15 - 25% портландцемента и 10 - 25% пуццоланической (гидравлической) добавки. Вместо портландцемента целесообразно применять пуццолановый портландцемент с необходимым количеством активной добавки, а также шлакопортландцемент.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее выпускают марок 100 и 150. Оно характеризуется быстрым твердением и повышенной водостойкостью. Прочность бетонов на ГЦПВ 15 - 30 МПа, причем уже через 2 - 3 ч после их приготовления прочность достигает 30 - 40% марочной, коэффициент размягчения - 0,6 - 0,8; морозостойкость - 25 - 50 циклов. Для ускорения твердения бетонов на ГЦПВ их пропаривают при 70 - 80оC, при этом через 5 - 8 ч прочность бетона достигает 70 - 90% конечной.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее применяют для изготовления панелей основания пола, санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков и других изделий.

Транспортирование и хранение цементов

В бумажных мешках обычно перевозят белый и цветные портландцементы, а также глиноземистые, водонепроницаемые, расширяющиеся и безусадочные цементы.

Цементы, поступающие навалом, хранят в силосных или бункерных складах раздельно по видам, маркам и партиям от различных заводов. Запрещается при хранении смешивать цементы различных видов и марок. Цемент в бумажных мешках хранят в закрытых складах-сараях с плотными водонепроницаемыми крышей, стенами и деревянным полом, приподнятым над поверхностнью земли не менее чем на 30 см. В процессе транспортирования и хранения необходимо оберегать цемент от воздействия влаги и засорения посторонними примесями.

При длительном хранении цемента на складе обычно за счет поглощения влаги из воздуха и преждевременной гидратации происходит его комкование и снижение активности. Активность портландцемента снижается через 3 мес в среднем на 15 - 20 %, через 6 мес - на 20 - 30 %, а тонкомолотые быстротвердеющие портландцементы теряют активность значительно быстрее, поэтому большие запасы цемента на складах строек и предприятий строительной индустрии нежелательны.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Основные сведения

Древесина - это важный материал, широко применяемый в строительной промышленности, так как он обладает высокой прочностью при небольшой плотности, малой теплопроводностью, легкостью механической обработки. Вместе с тем в древесине присутствуют и недостатки: неравнозначность ряда свойств в различных направлениях, легкая загниваемость и возгораемость, высокая гигроскопичность, наличие ряда пороков.

Так как древесина в последнее время значительно подорожала, то необходимо ее экономно и рационально расходовать. Из отходов древесины - опилок, стружек, щепы и горбыля изготавливают арболит, фибролит, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, изделия из древесных пластиков.

Дерево состоит из ствола, кроны и корней, причем ствол - главная и наиболее ценная часть дерева. От строения ствола зависит качество древесины как материала. Древесина ствола имеет неоднородное строение в различных направлениях. При изучении ствола в поперечном разрезе различают следующие части ствола: кору, камбий, древесину и сердцевину.

Рис.1. Торцовый разрез ствола дерева

1 - кора, 2 - камбий, 3 - заболонь, 4 - ядро, 5 - сердцевина)

Кора имеет наружную часть - кожицу, среднюю часть - пробковый слой и внутреннюю часть - луб.

Древесина - основная масса ствола. На поперечном разрезе древесины можно различить годичные кольца прироста, которые светлее к поверхности ствола и темнее у центра. Каждый годичный слой состоит из двух зон: внутренней светлой - ранней, образовавшейся весной, и наружной темной - поздней, образовавшейся к концу лета, называемых соответственно ранней и поздней древесиной. Ранняя древесина более пористая и слабая, чем летняя. Чем больше в слоях поздней древесины тем прочнее материал. На поперечных разрезах дуба, бука, клена и др. пород заметны узкие радиальные линии, так называемые сердцевинные лучи, направленные от коры к древесине. В древесине хвойных пород имеются смоляные ходы, расположенные в продольном и поперечном направлениях, в них сосредотачивается смола. Светлая часть древесины называется заболонью, а темная - ядром. Ядро, в отличие от заболони состоит из мертвых клеток, оно не принимает участия в физиологических процессах, а обеспечивает прочность дереву. Некоторые породы деревьев не имеют ядра (береза, осина, ольха, липа) - это заболонные породы. Остальные, например, - сосна, дуб, лиственница, кедр - ядровые породы.

Камбий расположен однорядным цилиндрическим слоем (в виде кольца на поперечном разрезе), образует с наружной стороны луб, внутри - древесину.

Сердцевина находится в центре ствола и проходит по всей его длине - это слабая ткань первичного образования, легко поддающаяся гниению.

Древесные породы

Хвойные породы наиболее часто применяются в строительстве. Чаще всего применяются: сосна, лиственница, ель, пихта и кедр.

Сосна - имеет розовое или буро-красное ядро и желтовато белую заболонь, обладает повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, хорошо поддается обработке.

Лиственница - древесине ее по внешнему виду напоминает древесину сосны, но обладает большей плотностью и прочностью. Весьма устойчива против загнивания в условиях переменной влажности, поэтому ее часто применяют в гидротехнических, подземных сооружениях и для изготовления шпал.

Ель - древесина ее мало смолиста, поэтому при использовании в сырых местах она быстро загнивает, поэтому применять ее следует в сухих условиях.

Пихта имеет древесину белого цвета, по внешнему виду напоминающую древесину ели, но отличается отсутствием смоляных ходов. Она еще менее стойка к загниванию, чем ель.

Кедр имеет прочную и хорошо обрабатываемую древесину, поэтому его чаще всего применяют в столярном и мебельном производстве.

Лиственные породы используются в значительно реже, чем хвойные. Из них наиболее часто: дуб, ясень, бук и береза.

Дуб имеет плотную, твердую и очень прочную древесину желтоватого цвета и красивой текстуры, она хорошо сохраняется на воздухе и под водой.

Ясень имеет тяжелую, вязкую, твердую и прочную древесину по строению напоминающую древесину дуба, но более светлую.

Бук - у него древесина плотная и прочная с красноватым оттенком. Применяется в основном для изготовления высококачественных столярных изделий и мебели.

Береза имеет твердую, прочную и вязкую белую с желтоватым или красноватым оттенком древесину, но она недолговечна в условиях переменной влажности и высушивания.

Физические и механические свойства

Древесина - анизотропный материал, обладающий весьма разнообразными физическими и механическими свойствами.

Цвет и текстура (рисунок) древесины являются характерными для той или иной породы. Цвет зависит от многих факторов, с увеличением возраста дерева интенсивность окраски древесины увеличивается. Потускнение древесины, появление серой, зеленой, синей окрасок является признаком заболеваний.

Истинная плотность древесины всех пород примерно одинакова - 1,55 г/см3.

Средняя плотность зависит от породы дерева, условий произрастания, влажности и др. факторов и колеблется в пределах 0,37 - 0,7 г/см3.

Влажность. По степени влажности различают древесину: мокрую (сплавную), свежесрубленную (влажностью 35% и более), воздушно-сухую (влажностью 15 - 20%), комнатно-сухую (влажностью 8 - 12%) и абсолютно сухую, высушенную в лаборатории до постоянной массы при температуре 100 - 1050С. Условно стандартной считают влажность 12%, поэтому, показатели полученные при определении прочности и плотности должны быть приведены к стандартной влажности. Повышенная влажность древесины приводит к короблению, усушке и растрескиванию деревянных конструкций и деталей и способствует поражению древесины различными грибками.

Гигроскопичность - в результате изменения влажности окружающей среды все время меняется влажность древесины. Максимальное количество влаги в древесине при отсутствии свободной влаги называют точкой насыщения волокон или пределом гигроскопичности. Ее величина для разных пород колеблется в пределах 25 - 35%.

Величина усушки и разбухания древесины неодинакова в разных направлениях. Линейная усушка вдоль волокон составляет 0,1 - 0,3%, в радиальном направлении - 3 - 6%, а в тангенциальном - 6 - 12%.

Теплопроводность сухой древесины незначительна - 0,171 - 0,28 Вт/(м·0С), но с повышением ее влажности, теплопроводность повышается.

Сопротивление древесины механическим воздействиям неодинаково в различных направлениях, кроме того, оно зависит от породы древесины, ее влажности, наличия пороков.

Средние значения механических свойств древесины при влажности 12%:

Породы дереваСредняя плотность, кг/м3Пределы прочности ( МПа ) вдоль волокон при:растяжениисжатииизгибесосна5001104885лиственница66012562105ель4501204480пихта370704070дуб70013058106бук67013056105береза63012555110

Древесина хорошо воспринимает сжатие поперек волокон, при изгибе и растяжении она хорошо работает вдоль волокон.

С увеличением влажности древесины ее прочность снижается, особенно при статическом изгибе и сжатии.

Наличие пороков в древесине (сучки, косослой и др.) также значительно ухудшает ее механические свойства.

При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. Интенсивность разрушения зависит от концентрации растворов. В морской воде древесина хуже сохраняется, чем в речной воде.

мартеновский сталь чугун коррозия

Пороки древесины

Пороками древесины называют как отклонения в древесине, связанные с нарушением внешней формы ствола дерева, так и различные повреждения оказывающие влияние на ее технические свойства и др. Пороки древесины снижают ее сортность и ограничивают области применения. Выделяют следующие группы пороков: сучки, трещины, неправильности формы ствола и строения древесины, ненормальная окраска, гниль, повреждения насекомыми.

Сучки - это основания ветвей, заключенные в древесине ствола. Они нарушают однородность древесины, затрудняют обработку и ухудшают механические свойства древесины.

Сучки могут быть сросшиеся (полностью или частично) и несросшиеся (выпадающие твердые, рыхлые и табачные).

Рис.2. Виды сучков по степени срастания с окружающей древесиной(а - сросшийся здоровый, б - сросшийся роговой, в - выпадающий)

Трещины могут быть как на растущем, так и на срубленном дереве в результате неравномерного сжатия древесины при высыхании, резкого колебания температур в зимнее время и др. причин. Трещины, кроме снижения сортности и механических свойств, способствуют образованию гнили. Трещины бывают следующих видов: метик, отлуп, морозобоина и трещины усушки.

Рис.3. Виды трещин(а - крестовый метик, б - дугообразный отлуп, в - морозобоина, г - трещины усушки_

Метик - одна или несколько продольных трещин, проходящих через сердцевину и суживающихся от центра к периферии ствола. Метик бывает простой - одна или две трещины, расположенные по диаметру, и крестовый - трещины расположены под углом одна к другой, а также согласный (с трещиной в одной плоскости) и несогласный, когда трещина идет винтообразно.

Отлуп - это кольцевая трещина (полный отлуп) или дугообразная трещина (частичный отлуп).

Морозобоина - наружная продольная трещина, широкая с внешней стороны ствола и суживающаяся к центру его.

Трещины усушки часто имеют радиальную направленность и резко снижают сортность древесины.

Отклонения от нормальной формы ствола

·кривизна (односторонняя и разносторонняя);

·сбежимость (резкое уменьшение толщины ствола от комля к вершине);

·закомелистость (резкое утолщение комля);

·косослой (винтообразное расположение волокон в стволе) - сильно ухудшает механические свойства древесины и способствует ее усушке и короблению;

·свилеватость - сильно волнистое или спутанное расположение волокон.

Поражение древесины грибами происходит как на растущем дереве, так и на складе и в деревянных конструкциях. Грибы хорошо развиваются при повышенной влажности древесины (20 - 60%), отсутствии вентиляции и температуре 0 - 600С. При отрицательной температуре грибы не развиваются, но и не погибают - погибают только при температуре свыше 600С и при нахождении древесины под водой.

Некоторые грибы не разрушают древесину, а только окрашивают ее в синий, красный или пятнистый цвет. Не разрушают древесину и пушистые налеты плесени на поверхности.

Наиболее опасными являются домовый, домовый белый, домовый пленчатый, шахтный, которые в короткий срок разрушают древесину как хвойных, так и лиственных пород. Шахтный гриб поражает древесину, находящуюся в темных и сырых местах, признак его появления - возникновение на древесине хвойных пород пленки золотисто-белого оттенка, переходящего в дальнейшем в бурый цвет, древесина при этом разрыхляется.

Зараженную грибами древесину следует сжигать, следя при этом, чтобы другая древесина не заразилась.

Повреждения насекомыми могут быть как у растущих, так и у срубленных деревьев (жуками-короедами, жуками-усачами, мебельными или домовыми точильщиками, шашнем и др.). Червоточины могут быть поверхностными, неглубокими и сквозными, а также некрупными (диаметром не более 3 мм) и крупными. Древесину со сквозными червоточинами не разрешается применять в несущих деревянных конструкциях.

Повышение долговечности деревянных конструкций

Существуют следующие способы защиты древесины: сушка, антисептирование, нанесение на поверхность стойких огнезащитных составов, меры по предотвращению увлажнения конструкций в процессе эксплуатации.

Сушка может быть естественная и искусственная (горячим воздухом, газом, паром или токами высокой частоты, а также за счет погружения в нагретый петролатум). Искусственная сушка - более быстрая, чем естественная. При искусственной сушке достигается малая конечная влажность (6 - 8%), уничтожаются грибковые заболевания и споры.

Защита от гниения и поражения насекомыми - за счет изоляции от грунта, камня и бетона, проветривания, защиты от осадков.

Также защищают древесину антисептиками. Антисептики бывают как водорастворимыми - фтористый натрий, кремнефтористый натрий и аммоний, препараты ББК-3, ХХЦ, ГР-48 и др., так и маслянистыми (они токсичны, с резким запахом, поэтому их применяют для конструкций эксплуатируемых на воздухе) - каменноугольное, креозотовое, антраценовое, сланцевое масло. Применяют также антисептические пасты из водорастворимого антисептика с добавлением связующего вещества-битума, экстракта сульфитного щелока, глины и др.

Древесину антисептируют различными способами: опрыскиванием, последовательной пропиткой в горячей и холодной ваннах, пропиткой под давлением в автоклавах, обмазкой антисептичными пастами. Глубина пропитки зависит от ее влажности, способа антисептирования и строения древесины.

От поражения насекомыми древесину защищают химическими инсектицидами: каменноугольным маслом с растворителями, хлорофосом и др. в виде дустов, суспензий, эмульсий, аэрозолей и в газообразном состоянии.

Защита от возгорания - прежде всего отдалением деревянных элементов от источников нагревания, покрытию древесины штукатуркой, асбестовым картоном и асбоцементными листами. Кроме того, наносят огнезащитные составы (краски или пасты на основе жидкого стекла), которые при повышенной температуре сплавляются и образуют плотный стекловидный слой предотвращающий доступ кислорода или пропитывают древесину химическими веществами - антипиренами (растворами фосфорнокислого аммония, буры, борной кислоты и др.). При нагревании пропитанной антипиреном древесины соли разлагаются с образованием химических веществ, препятствующих горению.

Лесоматериалы и изделия из древесины

Лесоматериалы подразделяют на необработанные (круглые) и обработанные (пиломатериалы, колотые лесоматериалы, шпон и др.)

Круглые лесоматериалы - очищенные от сучьев отрезки древесных стволов:

·бревна строительные и пиловочные должны иметь диаметр верхнего торца не менее 14 см и длину 4 - 6,5 м, должны быть ошкурены и опилены под прямым углом к продольной оси. По качеству бревна подразделяют на три сорта:

·подтоварник - часть ствола дерева с диаметром верхнего торца 8 - 13 см и длиной 3 - 9 м;

·жерди имеют диаметр верхнего торца 3 см и длину 3 - 9 м;

·рудничные стойки - круглый лесоматериал длиной 0,5 - 5 м и толщиной в верхнем торце 7 - 30 см. Отклонения длины стоек допускаются в размере ±2 см, диаметра ±0,5 см для стоек толщиной до 11 см (включительно) и ±1 см для стоек толщиной 12 см и более.

Пиломатериалы изготавливают путем продольной распиловки пиловочных бревен:

·пластины или распилы - распиловкой бревна на две половины;

·четвертины - распиловкой по двум взаимно перпендикулярным диаметрам;

·горбыль или обапол - срезанная наружная часть бревна. Обапол может быть горбыльным, когда пропил имеется только с одной стороны или дощатым - с пропилом с двух сторон;

·доски - пиломатериал, ширина которого более двойной толщины. Толщина досок 13 -100 мм, ширина - 80 - 250 мм. Доски хвойных пород имеют длину до 6,5 м, лиственных - до 5 м с градацией через 0,25 м. Доски бывают необрезные (с неопиленными кромками на всю длину или на половину доски) и обрезные (пропил должен быть более чем на половину длины доски). По качеству древесины и обработке доски подразделяют на пять сортов - отборный, 1, 2, 3 и 4;

·брусья имеют толщину или ширину 100 - 250 мм при отношении ширины к толщине менее двух. Брусья, опиленные с двух сторон, называют двухкантными или шпальным брусом, а пропиленные с четырех сторон - четырехкантными;

·бруски - пиломатериал типа бруса толщиной до 100 мм, длина его та же что и у досок.

Рис.4. Пиломатериалы

а - пластины, б - четвертины, в - горбыль, г - доска необрезная, д - доска полуобрезная,е - доска обрезная, ж - брус четырехкантный, з - брус чистообрезной)

Изделия из древесины

·строганые погонажные изделия - доски для полов, шпунтованные доски, фальцевые доски; профильные погонажные изделия - плинтусы и галтели, поручни для перил, наличники для оконных и дверных коробок, а также доски подоконников;

·изделия для паркетных полов - штучный, наборный и щитовой паркет, а также паркетные доски;

·столярные плиты - реечные щиты, оклеенные с одной или двух сторон строганой фанерой или шпоном (для дверей, перегородок, полов и щитовой мебели;

·строительная фанера - плоский лист, состоящий из трех, пяти и более слоев шпона. Шпон получают на лущильных станках путем срезания слоя древесины (березы, ели, сосны и т.д.) в виде непрерывной широкой ленты с вращающегося предварительно распаренного кряжа и последующего раскраивания на форматные листы. Листы шпона склеивают таким образом, чтобы волокна двух смежных слоев были взаимно перпендикулярны, что придает фанере прочность большую, чем у древесины. Фанеру выпускают толщиной до 15 мм. Фанера бывает повышенной, средней и ограниченной водостойкости.

Рис. 5. Погонажные изделия а - шпунтованные доски, б - фальцовые доски, в - плинтус, г - наличник, д - поручень

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Горные породы и их классификация

Природными каменными материалами называют строительные материалы, получаемые из горных пород за счет применения лишь механической обработки (дробления, раскалывания, распиливания, шлифования, полирования и др.). В результате такой обработки природные каменные материалы почти полностью сохраняют физико-механические свойства горной породы, из которой они были получены.

Горные породы представляют собой природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. Горные породы, состоящие из одного минерала, называют простыми, или мономинеральными, а породы из нескольких минералов называют сложными, или полиминеральными. Минерал (от латинского mineга - руда) - природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образовавшееся в результате различных физико-химических процессов, происходящих в земной коре. Каждый минерал характеризуется определенными химическим составом и физико-механическими свойствами.

Природные каменные материалы начали применять несколько тысячелетий назад. Украина располагает богатыми запасами разнообразных природных каменных материалов.

Природные каменные материалы широко применяют в строительстве, они являются также основным сырьем для получения минеральных вяжущих веществ и искусственных каменных материалов.

По происхождению горные породы разделяют на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические.

Магматические. Глубинные горные породы (граниты, сиениты, диориты и др.) образовались в результате медленного остывания магмы в толще земной коры под значительным давлением верхних слоев. В таких условиях горные породы приобрели равномерную кристаллическую структуру в результате того, что крупные зерна различных минералов прочно срослись между собой.

Излившиеся горные породы (базальты, андезиты, диабазы и др.) образовались при быстром остывании магмы на поверхности земли. В таких условиях не происходила полная кристаллизация остывающей магмы. В зависимости от условий образования излившиеся горные породы имеют мелкозернистое, скрытокристаллическое или аморфное строение. Если же из вязкой магмы медленно выделялись газообразные продукты, образовывались пористая или пемзообразная структуры. Кроме того, к изверженным горным породам относятся обломочные породы, которые образовались из мельчайших частиц раздробленной лавы, выброшенной на поверхность земли при извержении вулканов. Эти отложения остались в рыхлом состоянии (вулканический пепел, пемза) либо при наличии природных цементирующих веществ и под давлением вышележащих слоев превратились в плотные цементированные породы (вулканический туф).

Осадочные горные породы. По характеру образования и составу осадочные горные породы делят на : обломочные (механические отложения - брекчии, конгломераты, пески и др.), глинистые, хемогенные (доломит, магнезит) и органогенные (известняки, мел).

Метаморфические или видоизмененные горные породы. При их образовании происходила перекристаллизация минералов без их плавления, способствовавшая повышению плотности образовавшихся пород по сравнению с исходными. Как правило метаморфические горные породы имеют сланцевое строение, но могут сохранять структуру первичных пород.

Горные породы, применяемые в строительстве

Условия образования горных пород в значительной мере предопределяют характер их строения. В то же время от строения зависят основные свойства, следовательно, и область применения горных пород в строительстве.

Глубинные магматические горные породы характеризуются высокой плотностью, морозостойкостью и малым водопоглощением. Основные виды глубинных горных пород - гранит, диорит, габбро, лабрадорит.

Гранит - плотность в среднем 2700 кг/м3, пористость всего 0,5-1,5%, предел прочности при сжатии - 100 - 250 МПа. Гранит характеризуется высокой морозостойкостью и малым водопоглощением, большим сопротивлением выветриванию, хорошо обтесывается, шлифуется и полируется, однако отличается хрупкостью и невысокой огнестойкостью.

Гранит применяют для облицовки зданий и сооружений, из него изготовляют бортовые камни, ступени и другие изделия, а также щебень для высокопрочного бетона. Месторождения гранита имеются во многих районах Украины и граниты считаются одними из лучших в мире.

Диорит имеет цвет от темно- до черно-зеленого, плотность - 2700-2900 кг/м3, предел прочности при сжатии - 150-300 МПа. Диорит характеризуется высокой вязкостью, хорошей сопротивляемостью удару и истиранию, а также стойкостью против выветривания. Он хорошо поддается полировке. Применяют диорит для дорожных покрытий и облицовок. Диорит добывается в нескольких районах Украины.

Габбро - темно-серая, черная или темно-зеленая с оттенками порода, плотностью 2800-3100 кг/м3, предел прочности при сжатии - 200-350 МПа. Габбро имеет высокие вязкость и стойкость против выветривания. Изделия из габбро применяют в дорожном строительстве.

Лабрадорит - разновидность габбро. Особенно ценны те лабрадориты, которые при полировке дают декоративные поверхности с переливами синего, зеленого, золотистого и других цветов. Лабрадорит применяют в качестве декоративного облицовочного камня. Основные месторождения габбровых пород находятся на Украине.

Излившиеся магматические горные породы

Порфиры характеризуются порфировой структурой, т.е. наличием "вкрапленников" в основной мелкозернистой массе. Цвет порфиров изменяется от красно-бурого до серого с разнообразными оттенками, плотность - 2400- 2500 кг/м,3 предел прочности при сжатии - 120-180 МПа. Порфиры применяют в дорожном строительстве и для изготовления облицовочных плит. Месторождения порфиров имеются в Крыму.

Диабаз - цвет его темно-серый, часто с зеленоватым оттенком, плотность - 2800 - 3000 кг/м3, предел прочности при сжатии - 200 - 300 МПа. Диабаз отличается высокой твердостью, вязкостью и долговечностью. Он является хорошим материалом для устройства дорожных покрытий, получения щебня. Диабазы добываются в Украине.

Базальт по химическому составу так же, как и диабаз - аналог габбро, он имеет темно-серый цвет, высокие плотность и долговечность. Плотность базальта доходит до 3300 кг/м3, предел прочности при сжатии иногда достигает 400 МПа и более. Базальт с трудом поддается обработке, но хорошо полируется. Из него изготовляют разнообразные дорожные материалы. Добывают базальт в Украине, на Кавказе и Дальнем Востоке.

В качестве примера обломочных рыхлых магматических пород можно назвать вулканический пепел и пемзу, а цементированных пород - вулканический туф.

Вулканический пепел представляет собой порошкообразные частицы вулканической лавы, состоящие в основном из аморфного кремнезема. Частицы крупностью до 5 мм называют вулканическим песком. Вулканический пепел и песок применяют в качестве добавок к цементам.

Пемза - пористая порода светло-серого цвета, по внешнему виду похожая на застывшую пену. Плотность ее 400-600 кг/м3, предел прочности при сжатии - 2-4 МПа. Пемза залегает в виде частиц размером от 5 до 30 мм. Применяют ее как заполнитель для легких бетонов.

Вулканический пепел, пемза и другие пористые вулканические породы в Украине не встречаются .

Вулканический туф - пористая горная порода, состоящая из вулканического пепла, уплотненного и сцементированного. Туфы имеют разнообразную окраску: розовую, оранжевую, красную, коричневую и др. Они характеризуются значительной пористостью, малой плотностью и теплопроводностью, достаточной прочностью и долговечностью, хорошо обрабатываются. Эти качества туфов позволяют успешно применять их для облицовки стен зданий; отходы добычи и обработки туфов после дробления и фракционирования используют в качестве заполнителей легких бетонов. Залежи вулканических туфов имеется в Армении, Грузии и на Дальнем Востоке.

Обломочные осадочные горные породы как рыхлые (песок и гравий), так и сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии) находят широкое применение в строительстве.

Песок представляет собой рыхлую смесь зерен различных пород крупностью 0,14-5 мм. По составу песок может быть кварцевым, полевошпатовым, известняковым, пемзовым и др., а по происхождению - горным, овражным, речным, морским, дюнным и др. Используют песок в качестве заполнителя в растворах и бетонах.

Гравий - смесь окатанных обломков горных пород размером от 5 до 150мм служит заполнителем для бетона.

К глинистым осадочным горным породам относят тонкообломочные отложения, состоящие из мельчайших частиц каолинита, кварца, слюды, полевого шпата и др. Применяют их как сырье для керамической и цементной промышленности.

Песчаники - плотная горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных различными природными растворами. В зависимости от вида связующего различают песчаники глинистые, известняковые и кремнистые. Физико-механические свойства песчаников зависят от вида цементирующего вещества, крупности и формы сцементированных зерен. Цвет песчаников желтый, серый и даже бурый. Наибольшими плотностью и прочностью обладают кремнистые песчаники, их плотность 2500-2600 кг/м3, предел прочности при сжатии - 150- 250 МПа, они отличаются также высокими твердостью и стойкостью к истиранию.

Из песчаников выполняют бутовые камни, плиты для устройства полов промышленных зданий и тротуаров, щебень для бетонов и другие изделия. Песчаник наряду с песком, гравием и глиной имеется во многих районах нашей страны.

Конгломерат и брекчия - обломочные горные породы, состоящие из сцементированных зерен гравия (конгломераты) или природного щебня (брекчия). Прочность их зависит от прочности входящих в них пород и цементирующих веществ. Эти породы применяют в виде бутового камня и щебня. Месторождения конгломератов и брекчии имеются в Крыму.

К осадочным хемогенным породам относят доломит, магнезит, гипс, ангидрит.

Доломит - плотная горная порода. По внешнему виду и физико-механическим свойствам доломит очень похож на плотный известняк. Из него изготовляют облицовочные плиты щебень для бетона, огнеупоров и минеральных вяжущих веществ. Месторождения доломита имеются в Донецкой области.

Магнезит применяют для производства вяжущих веществ и огнеупорных материалов.

Гипсовый камень является плотной горной породой, состоящей в основном из минерала того же названия. Гипсовый камень является сырьем для производства строительного гипса и гипсовых вяжущих.

Из органогенных осадочных пород в строительстве используют плотный известняк, известняк-ракушечник, мел, трепел, диатомит.

Известняк является широко распространенной горной породой, состоящей в основном из минерала кальцита. Цвет известняка и многие его свойства зависят от наличия в нем примесей (глины, кремнезема, оксидов железа и др.). Так, чистый известняк имеет белый цвет, а глинистые примеси придают ему желтоватый оттенок. Порода, состоящая из примеси известняка и глины, называется мергелем. Известняки бывают плотными и пористыми.

Плотные известняки состоят из мелких сцементированных зерен кальцита. Плотность их колеблется от 1800 до 2600 кг/м3, предел прочности при сжатии до 180 МПа. Плотные известняки морозостойки, из них изготовляют плиты и камни для наружной облицовки стен, щебень для бетона, их используют также в качестве сырья для получения извести и портландцемента.

Известняк-ракушечник - пористая горная порода, состоящая из раковин и их обломков, сцементированных известняковым вяжущим. Ракушечники характеризуются большой пористостью, низкой прочностью и малой теплопроводностью; они хорошо поддаются распиловке. Известняк-ракушечник плотностью 800-1500 кг/м3 и прочностью при сжатии 1-3 МПа с успехом употребляют в виде камней и блоков правильной формы для кладки стен жилых зданий, а отходы ракушечника - в виде щебня, для легких бетонов.

Мел является слабосцементированной горной породой, состоящей из микроскопических раковин. Мел белого цвета, его используют в качестве белого пигмента для приготовления красок, замазок, а также при производстве извести и портландцемента.

Диатомит и трепел представляют собой легкие рыхлые горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема в виде панцирей диатомовых водорослей или скелетов окаменелых организмов. Цвет этих горных пород белый, желтый и черный, плотность 400-1200 кг/м3, Диатомиты и трепелы служат для изготовления теплоизоляционных материалов, в качестве активных минеральных добавок к цементам.

Из метаморфических горных пород в строительстве наиболее часто применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы и кварциты. Все они, кроме кварцитов, добываются в Украине.

Гнейсы по минералогическому составу сходны с гранитами, из которых они образовались, но отличаются от них сланцеватым строением. Окраска гнейсов светлая или пестрая. Физико-механические свойства их близки к свойствам гранитов. В строительстве гнейсы используют для тех же целей, что и граниты.

Глинистые сланцы получились из глин в результате сильного уплотнения и действия высоких температур. Цвет их серый или сине-черный. Глинистые сланцы не размокают в воде, легко раскалываются на пластинки толщиной 4-10 мм. Такие пластинки из плотных глинистых сланцев являются долговечным кровельным материалом (природный шифер).

Мрамор представляет собой зернисто-кристаллическую горную породу, образовавшуюся в результате перекристаллизации известняков и доломитов под воздействием высоких температур и давлений. Чистый мрамор имеет белый цвет, но в зависимости от примесей цвет его может быть розовым, красным, серым и даже черным. При неравномерном распределении примесей мраморы имеют пеструю окраску с различными узорами, придающими камню декоративность.

Мрамор характеризуется высокой плотностью и прочностью. Плотность его достигает 2800 кг/м3, водопоглощение не превышает 0,7 %, а предел прочности при сжатии колеблется от 100 до 300 МПа. Мрамор, в связи с его невысокой твердостью (3-4), можно сравнительно легко распиливать на тонкие плиты, шлифовать и полировать. Применяют его для внутренней облицовки стен, изготовления лестничных ступеней, подоконных досок и других изделий, которые, как правило, используют в общественных зданиях и сооружениях. Из отходов обработки мрамора - мраморной крошки изготовляют мозаичные бетонные изделия. Для наружной облицовки зданий мрамор не рекомендуется, так как под действием содержащихся в воздухе газов и влаги он быстро теряет свои декоративные качества.

Кварцит имеет цвет белый, красный и темно-вишневый. Кварцит характеризуется большой плотностью, хрупкостью и твердостью, а также высокой стойкостью к выветриванию. Плотность его 2500-2700 кг/м3 предел прочности при сжатии достигает 400 МПа. Применяют кварцит в виде тесаного камня и плит для наружной облицовки зданий и сооружений, а также в виде щебня для бетона. Большие залежи кварцита имеются в Карелии.

Добыча и обработка природных каменных материалов

Производство каменных материалов и изделий включает добычу горной породы и ее обработку.

Добыча камня. В тех случаях, когда горные породы залегают неглубоко или выходят на поверхность земли, добыча их ведется открытым способом в карьерах. Горные породы, залегающие на большой глубине, добывают подземным способом в каменоломнях или шахтах.

Плотные горные породы, предназначенные для получения щебня или бутового камня, обычно разрабатывают взрывным способом, однако для получения из горной породы плит и блоков больших размеров взрывной способ не применяют, так как в породе могут образовываться трещины. Отдельные блоки выпиливают или выламывают из массива камнерезными и врубовыми машинами, а также специальным инструментом.

Легкообрабатываемые горные породы, например туф и известняк-ракушечник, добывают механизированным способом при помощи камнерезных машин, режущими элементами которых являются горизонтальные и вертикальные дисковые пилы со вставными резцами. Камнерезную машину устанавливают на тележке, которая передвигается по рельсовому пути вдоль забоя. При помощи дисковых плит, располагаемых в трех взаимноперпендикулярных плоскостях, камнерезной машиной из массива выпиливают блоки определенных размеров и правильной геометрической формы. На открытых разработках хорошо служит камнерезная машина конструкции Галанина. Существуют также камнерезные машины, выпиливающие крупные блоки, которые затем другими машинами разрезают на плиты.

Рыхлые горные породы (песок, гравий, глину) добывают открытым способом, применяя одно- и многоковшовые экскаваторы и другие машины.

Обработка камня. Отделенные от горного массива камни крупных размеров подвергают обработке, в результате которой камню придают заданные форму и размеры, а лицевой его поверхности - необходимую фактуру. Камень, как правило, обрабатывают механизированным способом на камнеобрабатывающих заводах. Особой трудоемкостью и сложностью отличается обработка облицовочного камня, которая включает следующие основные операции: распиливание каменных блоков на плиты и бруски требуемой толщины, обрезку плит и брусков по заданным размерам, профилирование и фактурную отделку. Для обработки камня используют стационарные станки различной конструкции, а также портативный пневматический инструмент. Этим инструментом на строительных площадках пришлифовывают детали при выполнении облицовочных работ.

Свойства и виды природных каменных материалов и изделий

Свойства природных каменных материалов. Среди многообразия физико-механических свойств природных каменных материалов обычно выделяют плотность, предел прочности при сжатии, морозостойкость, по величине которых оценивают их качество и делят на марки.

По плотности в сухом состоянии каменные материалы разделяют на тяжелые (более 1800 кг/м3) и легкие (менее 1800 кг/м3).

По пределу прочности при сжатии установлены следующие марки: для тяжелых каменных материалов - от 10 до 100, а для легких - от 1 до 20.

По степени морозостойкости в циклах замораживания (Мрз) для каменных материалов установлены марки от 10 до 500.

По степени водостойкости (коэффициенту размягчения) материалы разделяют на группы с величиной данного показателя 0,6; 0,75; 0,9 и 1.

К каменным материалам, предназначенным для дорожных покрытий, полов промышленных зданий, предъявляют дополнительные требования (высокая стойкость к истиранию, износу и др.). Для природного камня, из которого изготовляют облицовочные плиты, большое значение имеют внешний вид, цвет и текстура.

Выбирают горные породы для тех или иных каменных материалов и изделий на основании результатов испытаний образцов, оценки внешнего вида, а также с учетом эксплуатационных условий.

Виды природных каменных материалов и изделий. В строительстве используют различные виды природных каменных материалов и изделий: бутовый камень, стеновые камни и блоки, облицовочные камни и плиты, кровельные плитки и др.

Бутовый камень применяют в строительстве в виде кусков горной породы неправильной формы (рваный бут) или неправильных плит. Рваный бут получают из осадочных горных пород (известняков, доломитов, песчаников) взрывным способом, а плиты (постелистый бут и плитняк) добывают из слоистых горных пород при помощи клиньев, ударных механизмов и др. Масса отдельных бутовых камней колеблется в пределах 20-40 кг. Бутовый камень должен иметь предел прочности при сжатии не менее 10 МПа, а коэффициент размягчения не ниже 0,75. В нем не должно быть трещин, расслоений и рыхлых прослоек, снижающих его строительные свойства.

Бутовый камень служит материалом для кладки фундаментов, стен не отапливаемых зданий и сооружений, подпорных стенок и др. Отходы при заготовке бутового камня дробят и используют в виде щебня для бетонов.

Стеновые камни и блоки изготовляют из известняков, вулканических туфов и других горных пород плотностью до 2200 кг/м3. Размеры камней для ручной кладки 390х190х190 мм, размеры укрупненных блоков для механизированной кладки устанавливают исходя из прочности породы и грузоподъемности кранов. Правильную геометрическую форму и требуемые размеры камней и блоков получают, как правило, выпиливая их из массива при помощи камнерезных машин; значительно реже выпускают колотые штучные камни. Лицевая поверхность стеновых камней и блоков должна отвечать требованиям декоративности.

Горные породы, применяемые для изготовления стеновых камней и блоков, должны иметь предел прочности при сжатии не ниже 25 МПа, морозостойкость не ниже Мрз 15, коэффициент размягчения не ниже 0,6.

Камни и блоки из легких горных пород являются в ряде районов нашей страны местными материалами. Стены жилых и общественных зданий из легких природных камней и блоков значительно дешевле кирпичных и имеют красивый внешний вид.

Облицовочные камни и плиты изготовляют из блоков природного камня путем их распиливания или раскалывания с последующей механической обработкой. Горные породы для получения блоков-полуфабрикатов следует выбирать с учетом эксплуатационных условий, в которых будут находиться изготовленные из них облицовочные изделия. Так, горные породы, предназначенные для наружной облицовки, должны быть атмосферостойкими, без трещин и следов выветривания, иметь красивую и неизменную окраску. Для этой цели применяют : граниты, сиениты, диориты, габбро, лабрадориты, кварциты, плотные известняки, туфы, песчаники. Горные породы, используемые для внутренней облицовки, должны иметь красивую окраску и легко полироваться. Чаще всего для внутренней облицовки применяют мрамор.

Облицовочные камни и плиты бывают пилеными и тесаными. Пиленые изделия, как правило, дешевле и долговечнее тесаных, так как при распиловке горных пород удается получать сравнительно тонкие изделия без микротрещин, которые возникают при теске камня.

Плиты для облицовки стен и настилки полов должны иметь прямоугольную форму и заданные размеры. Кроме того, лицевой поверхности плит придают различную декоративную фактуру. В зависимости от способа выполнения фактуры делят на : ударные, получаемые скалыванием частиц камня (фактура "скалы", бугристая, бороздчатая, точечная, рифленая), и абразивные, получаемые путем истирания поверхности различными абразивами (пиленая, шлифованная, лощеная, зеркальная).

Плиты и камни из изверженных горных пород (граниты, лабрадориты, габбро и др.) применяют для наружных облицовок цоколей и фасадов монументальных зданий, долговечных и декоративных полов в помещениях общественных зданий с интенсивными людскими потоками, например, на станциях метрополитена, вокзалах и в универмагах, а также для облицовки набережных, гидротехнических сооружений и др. В последние годы внутреннюю облицовку монументальных зданий довольно часто выполняют из экономичных малоразмерных мраморных плиток толщиной 8-12 мм, лицевая поверхность которых имеет зеркальную фактуру.

При производстве мраморных плит получают большое количество отходов в виде обрезков, которые используют для устройства мозаичных полов.

Из природного камня, кроме облицовочных плит, изготовляют профильные детали, например плинтусы, угловые детали и детали граненых и каннелированных облицовок, а также ступени, подоконники и др.

Кровельные плитки из глинистого (кровельного) сланца весьма долговечный кровельный материал для сельского строительства. Раскалывая и отрубая материал, ему придают прямоугольную или ромбическую форму.

В дорожном строительстве широко применяют разнообразные изделия из природного камня, например брусчатку, колотый или булыжный камень, бортовые камни. Эти изделия изготовляют из изверженных или осадочных горных пород, которые должны иметь высокую прочность, низкое водопоглощение, хорошо сопротивляться ударным и истирающим нагрузкам, быть морозостойкими, а также не должны быть затронуты выветриванием. Такие же требования предъявляют к каменным материалам (граниту, диориту, диабазу, габбро), предназначенным для защитных плит-оболочек гидротехнических сооружений. Материалы и изделия из природного камня (базальта, диабаза и др.) используют также для конструкций, работающих при высоких температурах. Кроме того, материалы и изделия из гранита, диорита, кварцита, базальта, диабаза и кремнистого песчаника в виде облицовочных камней и плит правильной формы применяют для защиты конструкций зданий и аппаратов от воздействия кислот.

При транспортировании и хранении пиленые и тесаные облицовочные плиты устанавливают на ребро с прокладками, а полированные укладывают в специальные контейнеры лицевой стороной внутрь, прокладывая между ними бумагу. Архитектурные детали и подоконники перевозят в решетчатой таре.

Способы защиты природных каменных материалов от разрушения

В процессе эксплуатации каменные материалы в конструкциях и сооружениях могут подвергаться медленному разрушению в результате физико-химических процессов их взаимодействия с окружающей средой (в основном вода и газы), а также под воздействием различных растительных и микроорганизмов. Этот процесс по аналогии с разрушением горных пород на земной поверхности называется выветриванием.

Скорость разрушения природного каменного материала зависит от структуры, плотности, качества поверхности, химического состава породообразующих минералов и других характеристик камня, а также от интенсивности внешних воздействий на материал.

Для предохранения природных каменных материалов в конструкциях зданий и сооружений от выветривания следует выполнять определенные мероприятия - конструктивные или химические. Конструктивные мероприятия обеспечивают правильный и быстрый сток воды с поверхности камня, а также получение за счет шлифования и полирования плотной и гладкой лицевой поверхности.

Химические мероприятия предусматривают пропитку поверхности пористого камня специальными составами, которые уплотняют поверхность и предохраняют ее от проникания влаги. Среди существующих способов химической защиты каменных материалов наиболее эффективно флюатирование, т. е. пропитка поверхностного слоя пористых известняков флюатами - растворами солей кремнефтористоводородной кислоты. Флюаты реагируют с кальцитом СаСОз, образуя на поверхности камня нерастворимые соединения, которые заполняют все поры поверхностного слоя, препятствуя прониканию влаги в материал, и тем самым повышают стойкость его к воздействию внешней среды.

С целью повысить долговечность облицовок из природных каменных материалов рекомендуется покрывать и пропитывать их гидрофобизирующими (водоотталкивающими) составами, например раствором ГКЖ-94 или ГКЖ-10, а также применять пленкообразующие полимерные материалы, препятствующие проникновению влаги в поры каменной облицовки.

КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Основные сведения о керамических материалах и изделиях и их классификация

Керамическими называют изделия и материалы, получаемые из глиняных масс или из их смесей с минеральными добавками путем формования и обжига.

Производство керамических изделий (в основном бытового назначения - посуда, вазы и т. п.) зародилось в глубокой древности, несколько тысяч лет до нашей эры. Значительно позднее стали изготовлять керамические строительные материалы - черепицу, облицовочные плиты и кирпич.

Сегодня керамические материалы и изделия используют для возведения стен и покрытий зданий, облицовки полов, стен, фасадов, кладки печей и дымовых труб, устройства канализации и дренажа и для других целей. Материал (тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком.

Строительные керамические изделия классифицируют по структуре керамического черепка, по их конструктивному назначению, состоянию поверхности и т.д.

По конструктивному назначению керамические материалы и изделия разделяют на следующие группы:

1.стеновые (кирпич, камни керамические, стеновые блоки и панели из кирпича);

.для перекрытий (пустотелые камни, балки, панели перекрытия и покрытия из керамических камней);

.для облицовки фасадов зданий (кирпич и керамические лицевые камни, фасадные плитки, ковровая керамика и др.);

.для внутренней облицовки (глазурованные плитки и фасонные детали к ним, плитки для полов);

.кровельные (глиняная черепица, пазовая штампованная и ленточная, плоская и волнистая ленточная и др.);

.трубы канализационные и дренажные;

.санитарно-технические (раковины, унитазы, смывные бачки и др.);

.кислотоупорные (кирпич, плитки, трубы);

.дорожные (кирпич, камни);

.теплоизоляционные (пористо-пустотелые кирпичи и камни, перлитокерамика и др.);

.заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит);

.огнеупорные (кирпич и фасонные изделия).

По структуре черепка различают пористые и плотные керамические материалы. У пористых материалов черепок в изломе тусклого землистого вида, легко впитывает воду, пористость его более 5%. К пористым керамическим изделиям относят: кирпич, пустотелые камни, черепицу и др. Плотные материалы - белые или равномерно окрашенные, имеют спекшийся в изломе блестящий раковистый черепок, пористость которого не превышает 5 %, не пропускают жидкости и газы. Среди плотных керамических изделий следует назвать плитки для полов, кислотостойкий кирпич и др.

Керамические изделия могут быть также глазурованными и неглазурованными. Глазурь - стекловидное покрытие, закрепленное обжигом, придает изделиям стойкость к внешним воздействиям, водонепроницаемость и высокие декоративные качества.

Сырье для производства керамических материалов

Основным сырьем для производства керамических материалов и изделий являются глины. Для улучшения технологических свойств глин, а также придания готовым изделиям определённых физико-механических свойств применяют отощающие, выгорающие и пластифицирующие добавки.

Глина - тонкодисперсная фракция горных пород, способная образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему форму и приобретающее после обжига твердость камня.

Глина является продуктом механического разрушения (выветривания) и химического разложения некоторых магматических и метаморфических горных пород, содержащих в своем составе полевой шпат (граниты, сиениты, гнейсы и т.д.). В результате разложения полевого шпата образовался минерал каолинит Аl2O3- 2SiO22H2O. Однако горные породы, кроме полевого шпата, содержат и другие минералы (кварц, слюду и т. д.), поэтому при разрушении их получается сложная смесь, состоящая из частиц глины, кварца, слюды и других неразложившихся минералов.

В составе глин могут присутствовать неразложившиеся зерна полевого шпата, известняка, а также железистые, органические и другие вещества. Крупные зерна известняка в составе глин являются вредными примесями, так как при обжиге они превращаются в известь, которая затем на воздухе гасится и, увеличиваясь в объеме, разрушает керамические изделия.

Зерновой состав глин весьма разнообразен. Наличие в составе глин частиц того или иного размера существенно влияет на их свойства. Обычно глины содержат в значительном количестве частицы размером менее 0,005 мм, состоящие в большинстве случаев из каолинита. Такие частицы называют глинистыми. Они придают глине высокие пластические свойства. Более крупные частицы размером 0,005-0,15 мм именуют пылевидными, а частицы размером 0,15-5мм-песчаными. Пылевидная и песчаная фракции свойством пластичности не обладают. Однако песок в определенных пределах можно считать полезной примесью, так как он создает в глиняной массе своеобразный скелет и снижает усадку при сушке и обжиге глины. В зависимости от содержания глинистых частиц различают тяжелые глины (более 60 % глинистых частиц), глины (30-60%), суглинки (10-30%) и супеси (5-10%).

К важнейшим свойствам глин, которые учитывают при производстве керамических материалов, относят пластичность, воздушную и огневую усадку, огнеупорность и цвет глиняного черепка.

Пластичностью называют способность глиняного теста под действием внешних сил принимать заданную форму без образования трещин и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Пластичность повышается с увеличением содержания в глине глинистых частиц. Чем глина пластичней, тем больше требуется воды для получения хорошо формуемого глиняного теста, а это, в свою очередь, увеличивает усадку изделий при сушке и обжиге.

Различают глины высокопластичные (жирные), глины средней пластичности и малопластичные (тощие) глины. Жирные глины обладают хорошей пластичностью, связностью и легко поддаются формованию, однако сформованные из них изделия при высыхании значительно уменьшаются в объеме и дают трещины. Тощие глины трудно поддаются формованию. Для повышения пластичности формовочной массы и улучшения качества кирпича и других материалов применяют поверхностно-активные вещества - сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ) и др.

При применении для производства керамических материалов высокопластичных глин в сырьевую смесь вводят отощающие добавки или определенное количество малопластичной глины.

Усилие, необходимое для разъединения частиц глин, характеризует ее связность. Высокой связностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций.

Связующая способность глины выражается в том, что глина может связывать частицы непластичных материалов: песка, шамота (дробленная обожженная огнеупорная глина) и др. и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие - сырец.

Воздушной усадкой глин называют изменение линейных размеров свежесформованного образца в процессе сушки при 110°С; ее выражают в процентах от первоначального размера образца-сырца. Высокопластичные глины имеют линейную воздушную усадку более 10%, глины средней пластичности - 6-10% и малопластичные глины - менее 6 %.

Огневой усадкой глин называют изменение линейных размеров воздушно-сухого образца в процессе обжига. Огневая усадка глин в зависимости от их вида обычно находится в пределах 1-4 %.

Полная усадка - арифметическая сумма величин воздушной и огневой усадок. Величина полной усадки, как правило, 5-18 %, наибольшее значение усадки у высокопластичных глин. Большая усадка глины считается отрицательным свойством, так как неравномерное изменение объема вызывает деформации изделия (искривления, трещины). Полную усадку следует учитывать при формовании изделий.

Огнеупорность - свойство глины выдерживать действие высокой температуры без деформации. По огнеупорности глины разделяют на три группы: огнеупорные с температурой размягчения выше 15800С, тугоплавкие с температурой размягчения 1580-13500С, легкоплавкие с температурой размягчения ниже 13500С.

Огнеупорные глины состоят из глинистых частиц, содержат небольшое количество примесей и поэтому обладают высокой пластичностью. Применяют эти глины для изготовления огнеупорных, фарфоровых и фаянсовых изделий. Тугоплавкие глины используют в производстве плиток для полов, канализационных труб и других видов строительной керамики. Из легкоплавких глин изготовляют красный глиняный кирпич, пустотелые керамические камни, черепицу и другие изделия.

Цвет глиняного черепка после обжига зависит от состава и количества примесей в глине. Каолины, являясь наиболее чистым глиняным сырьем, дают черепок белого цвета. Оксиды железа придают керамическим изделиям окраску от светло-желтой до темно-красной и бурой. Вводя в глину минеральные красители можно получать керамические изделия различных цветов и оттенков.

Добавки. Пластичные жирные глины в чистом виде редко применяют в производстве керамических материалов, так как в процессе сушки и обжига они дают большую усадку, сопровождающуюся короблением и растрескиванием изделий. Для ее уменьшения в состав сырьевой смеси вводят отощающие материалы (песок, шлак, золу от сжигания твердого топлива, измельченный керамический бой, шамот и др.).

Для получения облегченных керамических материалов и изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью в состав сырьевой смеси вводят порообразующие добавки, которые выгорают в процесс обжига (опилки, угольный порошок, торф и др.).

При изготовлении некоторых изделий для понижения температуры обжига улучшения спекания, повышения плотности изделий в глину вводят специальные добавки - плавни (молотый полевой шпат, доломит, магнезит, стеклобой).

Обогащающие и пластифицирующие добавки (высокопластичные глины, отходы при добыче угля, сульфитно-спиртовую барду - отход целлюлозного производства и др.) вводят в глиняную смесь для обогащения малоглиноземистого сырья, увеличения его пластичности, улучшения формовочных и сушильных свойств глин.

Производство керамических материалов и изделий

Керамические материалы и изделия имеют разнообразные размеры, форму, физико-механические свойства и различное назначение, но основные этапы технологического процесса производства их примерно одинаковы и складываются из добычи сырьевых материалов, подготовки сырьевой массы, формования изделия (сырца), сушки, обжига, сортировки обожженных изделий, упаковки и хранения их на складе.

Добыча глины. Глину для производства керамических материалов и изделий добывают в карьерах, расположенных обычно в непосредственной близости от завода, одно- или многоковшовыми экскаваторами и другими машинами и механизмами.

Подготовка сырьевой массы. В естественном состоянии глина обычно непригодна для формования изделий. Нужно разрушить природную структуру глины, удалить из нее вредные примеси, измельчить крупные включения, смешать глину с добавками, а также увлажнить ее, чтобы получить удобоформуемую массу.

Сырьевую смесь готовят полусухим, пластическим или мокрым (шликерным) способами. Выбор того или иного способа зависит от свойств сырьевых материалов, состава керамических масс и способа формования изделий, а также от их размеров и назначения.

При полусухом способе сырьевые материалы высушивают, дробят, размалывают и тщательно перемешивают. Сушат глину обычно в сушильных барабанах, дробят и размалывают в бегунах сухого помола, дезинтеграторах или шаровых мельницах, а смешивают в лопастных мешалках. Влажность пресс-порошка - 9-11 %. Увлажняют пресс-порошок водой или паром до приобретения необходимой влажности.

Полусухой способ подготовки сырьевой смеси применяют в производстве строительного кирпича полусухого прессования, плиток для полов, облицовочных плиток и др.

При пластическом способе сырьевые материалы смешивают при естественной влажности или с добавлением воды до получения глиняного теста влажностью 18-23 %. Для измельчения и переработки сырьевых материалов используют вальцы и бегуны различных типов, а для перемешивания - глиномешалки.

Пластическим способом готовят сырьевую смесь для производства керамического кирпича пластического формования, керамических камней, черепицы, труб и др.

При шликерном способе сырьевые материалы предварительно измельчают в порошок, а затем тщательно смешивают в присутствии большого количества воды, получая однородную суспензию (шликер). Этот способ применяют при производстве фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток и др.

Формование изделий. Формуют керамические изделия различными способами: пластическим, полусухим и литья. Выбор способа формования зависит от вида изделий, а также от состава и физико-механических свойств сырья.

Пластический способ формования - изготовление изделий из пластических глиняных масс на прессах - наиболее распространен в производстве строительных керамических изделий.

Подготовленную глиняную массу влажностью 18-23 % направляют в приемный бункер ленточного пресса. При помощи шнека масса дополнительно перемешивается, уплотняется и выдавливается в виде бруса через выходное отверстие пресса, снабженного сменным мундштуком. Меняя мундштук, можно получать брус различных формы и размеров. Непрерывно выходящий из пресса брус автоматическое резательное устройство разрезает на отдельные части в соответствии с размерами изготовляемых изделий.

Современные ленточные прессы снабжены вакуум-камерами, в которых из глиняной массы частично удаляется воздух. Вакуумирование массы повышает ее пластичность и уменьшает формовочную влажность, сокращает длительность сушки сырца и одновременно повышает его прочность.

Полусухим способом формуют облицовочные плитки, плитки для полов и другие тонкостенные керамические изделия. Этим способом можно изготовлять кирпич и другие изделия из малопластичных, тощих глин, что расширяет сырьевую базу производства изделий строительной керамики. Существенное преимущество полусухого способа формования по сравнению с пластическим - применение глиняной массы с меньшей влажностью (8-12 %), что значительно сокращает или даже исключает сушку сырца.

При полусухом способе каждое изделие формуют отдельно на высокопроизводительных прессах, обеспечивающих двустороннее прессование пресс-порошка в формах под давлением до 15 МПа. Сырец полусухого прессования имеет четкую форму, точные размеры, прочные углы и ребра.

Способ литья применяют для изготовления санитарно-технического фаянса и облицовочных плиток. При этом способе предварительно измельченную глиняную массу влажностью более 45 % (шликер) заливают в специальные формы или используют при формовании плиток.

Сушка изделий. Сформованные изделия (сырец) необходимо сушить, чтобы снизить их влажность, например, кирпич-сырец сушат до влажности 8-10 %. За счет сушки повышается прочность сырца, предотвращаются растрескивание и деформация его в процессе обжига. Сушка может быть естественной и искусственной.

Естественная сушка в сушильных сараях не требует затрат топлива, но продолжается очень долго (10-15 сут) и зависит от температуры и влажности окружающей среды (воздуха). Кроме того, для естественной сушки требуются помещения с большой площадью.

В настоящее время на крупных заводах, как правило, производят искусственную сушку сырца в камерных сушилках периодического действия и туннельных непрерывного действия.

Режим сушки выбирают в соответствии с видом изделия. В качестве теплоносителя в сушилках применяют дымовые газы обжигательных печей, а также газы, получаемые в специальных топках.

Длительность искусственной сушки сырца составляет от 1 до 3 сут, а для тонкостенных изделий - несколько часов.

Обжиг изделий - завершающий этап технологического процесса производства керамических изделий. Процесс обжига можно условно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение. При прогреве сырца медленно поднимают температуру до 100-1200С, при этом из него удаляется свободная вода. Дальнейшее повышение температуры до 7500С приводит к выгоранию органических примесей и удалению химически связанной воды, находящейся в глинистых минералах и других соединениях сырьевой смеси.

В процессе собственно обжига при 800-9000С легкоплавкие соединения расплавляются и обволакивают нерасплавившиеся частицы, при этом уменьшаются линейные размеры изделия и оно уплотняется. При дальнейшем повышении температуры глиняная масса спекается. Максимальная температура обжига зависит от свойств используемых глин и вида обжигаемого изделия. В результате обжига керамическое изделие приобретает камневидное состояние, высокие прочность, водостойкость, морозостойкость и другие строительные свойства.

Обжигают керамические изделия в кольцевых, туннельных, щелевых, роликовых и других печах.

Кольцевая печь представляет собой эллипсообразный замкнутый обжигательный канал, условно разделенный на камеры. Количество камер кольцевой печи в зависимости от ее производительности колеблется от 16 до 36. Условные камеры объединяются в группы - зоны, расположенные в следующей последовательности: загрузка, подогрев, собственно обжиг, охлаждение и выгрузка. В кольцевой печи очаг горения, как и другие зоны, непрерывно перемещается по обжигательному каналу, а обжигаемая продукция находится на месте.

В кольцевых печах обжигают в основном кирпич и черепицу. Температура обжига 900-11000С. Весь цикл обжига в кольцевой печи длится 3-4 сут.

При обжиге изделий в кольцевых печах наблюдается неравномерное распределение температуры по сечению канала, что приводит к пережогу некоторого количества изделий. Основной недостаток кольцевых печей - тяжелые условия труда обслуживающего персонала и трудности механизации производственного процесса.

Туннельная печь - сквозной канал длиной до 100 м, в котором по рельсам движутся вагонетки с обжигаемыми изделиями. В туннельной печи имеются те же зоны, что и в кольцевой, и совершаются те же операции загрузки, подогрева, обжига, охлаждения и выгрузки. Однако в туннельной печи передвигаются по зонам изделия, а сами зоны остаются на месте.

Высушенный кирпич или другие изделия загружают на вагонетки с подом из огнеупорного кирпича. Толкатель подает загруженную вагонетку в печь, выталкивая при этом с противоположного конца вагонетку с обожженным и охлажденным кирпичом. Туннельные печи работают на газе или тонкомолотом угле. В этих печах легко механизировать процессы загрузки и выгрузки продукции, а также автоматизировать процесс обжига и его регулирование. Длительность процесса обжига 18-36 ч. Туннельные печи значительно производительнее и экономичнее кольцевых печей, кроме того, в них брак кирпича значительно ниже. Керамические материалы, в частности облицовочные глазурованные фаянсовые плитки, обжигают дважды. При первом (утельном) обжиге плитки, помещаемые в специальные капсели, обжигают в туннельных печах при 1240-12500С. Затем после охлаждения их сортируют, наносят слой глазури, укладывают в капсель и обжигают вторично в другой туннельной печи при 11400С.

Для получения глазури служит смесь легкоплавкой глины, кварцевого песка, полевого шпата, оксида свинца, цинка и др. В состав цветных глазурей входят красящие оксиды или соли металлов. Тонкоизмельченную сырьевую смесь глазури в виде водной суспензии наносят тонким слоем на лицевую поверхность плитки. При обжиге составные части глазури расплавляются и создают на поверхности плитки тонкий стекловидный слой, обеспечивающий наряду с высокими декоративными качествами и водонепроницаемость плиток. Глазуруют также канализационные трубы, облицовочный кирпич и фасадные облицовочные плитки. Эти изделия покрывают глазурью после сушки и обжигают один раз.

Сортировка и хранение керамических изделий. При выгрузке из печи керамические изделия сортируют. Качество изделий устанавливают по степени обжига, внешнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различных дефектов. По степени обжига они могут быть разделены на изделия нормального обжига, недожог и пережог. Сортность изделий устанавливают по внешнему виду, форме, размерам и наличию дефектов в соответствии с требованиями ГОСТа.

После сортировки изделия направляют на склад, где хранят до отправки на строительство. Кирпич и керамические камни укладывают в елочные пакеты или на поддоны и хранят на открытых площадках. Облицовочные плитки рассортировывают по цветам и размерам, упаковывают в ящики и хранят в закрытых складах. Санитарно-технические изделия, прошедшие сортировку и комплектование арматурой, упаковывают в специальные ящики и хранят в закрытых складах.

Стеновые керамические материалы и изделия

Среди большой группы стеновых керамических материалов и изделий в настоящее время наиболее распространены керамический кирпич, различные виды эффективных керамических материалов, а также стеновые кирпичные панели.

Кирпич керамический полнотелый имеет форму прямоугольного параллелепипеда размером 250х120х65 мм или 250х120х88 мм. Для модульного кирпича толщиной 88 мм обязательно наличие технологических пустот. Допускаемые отклонения от указанных размеров не должны превышать: по длине +5, по ширине +4, по толщине +3 мм.

Кирпич должен быть нормально обожжен. Кирпич-недожог алого цвета, пониженной плотности и морозостойкости, кирпич-пережог отличается большой плотностью, прочностью и сравнительно высокой теплопроводностью.

Плотность кирпича в сухом состоянии колеблется в пределах 1600-1900 кг/м3 а теплопроводность - 0,71-0,82 Вт/(м 0С). Эти свойства кирпича зависят от способа его изготовления. Большую плотность, следовательно, и большую теплопроводность имеет кирпич полусухого прессования.

По пределу прочности при сжатии и изгибе кирпич подразделяют на следующие марки: 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 300.

Водопоглощение кирпича, высушенного до постоянной массы, должно быть не менее 8%. Меньшая величина водопоглощения свидетельствует о повышенной теплопроводности кирпича, что нежелательно.

По морозостойкости насыщенный водой кирпич должен выдерживать без каких-либо признаков видимых повреждений (расслоения, выкрашивания и т. д.) не менее 15 циклов попеременного замораживания при -150С и ниже с последующим оттаиванием в воде при +150С.

Керамический кирпич применяют для кладки внутренних и наружных стен, столбов, сводов и других частей зданий. Кроме того, из него изготовляют кирпичные панели.

Для уменьшения массы и толщины наружных стен взамен обычного кирпича широко применяют эффективные керамические материалы, которые характеризуются меньшей плотностью, более низкой теплопроводностью, чем обычный кирпич, но обладают достаточной прочностью.

По теплотехническим свойствам и плотности кирпич и камни (все керамические изделия конструктивного назначения, имеющие размеры больше кирпича, называют керамическими камнями), в высушенном до постоянной массы состоянии, подразделяют на: эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен зданий и позволяющие уменьшить их толщину по сравнению с толщиной стен из обыкновенного кирпича (кирпич плотностью не более 1400 кг/м3 и камни плотностью не более 1450 кг/м3) и условно эффективные, улучшающие теплотехнические свойства ограждающих конструкций (кирпич плотностью свыше 1400 кг/м3 и камни плотностью 1450-1600 кг/м3).

К эффективным стеновым керамическим материалам относят пустотелые керамические кирпич и камни. Они имеют форму прямоугольного параллелепипеда с ровными гранями на лицевых поверхностях. Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными. Диаметр цилиндрических сквозных пустот не более 16 мм, ширина щелевидных пустот не более 12 мм. Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. Водопоглощение пустотелых изделий не менее 6%. По прочности кирпич и камни подразделяют на марки: 300, 250, 200, 175, 150, 125,100, 75, а по морозостойкости на марки: 15, 25, 35 и 50.

Пустотелый кирпич применяют для кладки наружных и внутренних стен зданий и для заполнения стен каркасных зданий. Не разрешается использовать этот кирпич для кладки стен зданий бань, прачечных и т. п. Из пустотелых камней возводят несущие стены и перегородки, стены каркасных зданий, изготовляют кирпичные панели. Применяя пустотелые керамические камни, удается снизить толщину и массу стен, снизить трудоемкость кладки и ее стоимость.

К эффективным керамическим материалам относят также сплошные и пустотелые кирпичи и камни, которые изготовляют из смеси глины и диатомитов или трепелов путем пластического или полусухого формования и последующего обжига. Плотность их от 700 до 1500 кг/м3. Кирпич и камни выпускают пяти марок: 200, 150, 125, 100 и 75. Применяют их для кладки наружных и внутренних стен зданий и сооружений.

Стеновые кирпичные панели представляют собой индустриальные изделия заданных размеров, в которых отдельные кирпичи или керамические камни сцементированы в монолит цементно-песчаным раствором. По назначению различают панели для наружных и внутренних стен, а также специальные панели (цокольные, вентиляционные и др.).

Кирпичные панели наружных стен изготовляют двухслойными и однослойными толщиной 260 мм. Перспективны однослойные панели из укрупненных крупнопустотных или щелевых камней. Панели внутренних несущих стен выполняют однослойными из обыкновенного кирпича и армируют металлическими каркасами. Общая толщина панелей 140 мм, включая толщину кирпича 120 мм и два слоя раствора с каждой стороны по 10 мм.

Технологический процесс изготовления кирпичных панелей состоит из следующих основных операций: приготовления цементно-песчаного раствора, изготовления арматурного каркаса, формования панели, ее тепловлажностной обработки и отделки.

Готовые панели хранят на открытых складах в вертикальном положении, в таком же положении их транспортируют панелевозами на строительную площадку.

Основные преимущества применения кирпичных панелей по сравнению с кладкой стен из штучного кирпича или керамических камней - возможность изготовления крупноразмерных элементов в заводских условиях, монтаж их на строительной площадке при помощи современных средств механизации, а также возможность значительной экономии стеновых материалов.

Керамические облицовочные материалы

Керамические материалы для облицовки фасадных поверхностей, внутренних стен и полов зданий могут быть с лицевой поверхностью натурального цвета, окрашенной в различные цвета, гладкой, рельефной, глазурованной. Поверхности, облицованные керамическими материалами, отличаются высокими декоративными свойствами, они долговечны, относительно экономичны.

Материалы для облицовки фасадов зданий. Для облицовки фасадов зданий применяют лицевые кирпич и камни, фасадные малогабаритные плитки и ковровую керамику.

Лицевые кирпич и камни характеризуются правильной формой, четкими гранями и однородностью окраски. Лицевая поверхность их может быть гладкой, рельефной и офактуренной. Цвет лицевого кирпича и камней изменяется от темно-красного до кремового. Материалы кремового цвёта изготовляют из светложгущихся глин, в настоящее время они наиболее распространены. Кирпич и камни выполняют сплошными и пустотелыми. Технология их аналогична технологии керамического кирпича, изготовляемого пластическим или полусухим способом.

Выпускают также кирпич и камни с различной фактурной поверхностью (зернистой, бороздчатой и пр.). Фактурный слой из беложгущихся глин наносят на две взаимно перпендикулярные поверхности изделий в процессе их формования.

Лицевые кирпич и камни в зависимости от формы и назначения разделяют на рядовые и профильные. Рядовые используют для гладкой части стен, а профильные- для карнизов, тяг, поясов и т. д.

Лицевые кирпич и камни применяют для кладки наружных рядов фасадов и внутренних стен вестибюлей, лестничных клеток, переходов и других помещений. Их укладывают одновременно и вперевязку с обыкновенным кирпичом или камнем, с которыми они воспринимают одинаковую нагрузку. Такой способ облицовки обеспечивает надежное ее крепление, повышает долговечность и снижает трудоемкость и стоимость отделки зданий.

Керамические фасадные плитки изготовляют способом полусухого прессования. Основной размер фасадных плиток 250х140х10, цокольных- 150х75х7, типа <кабанчик> - 125х60х7 мм. Кроме того, выпускают фасадные архитектурно-художественные плитки типа <ромб>, <лепесток> <диагональная>, <пирамидка>, <волна>, <шары>.

Лицевая поверхность фасадных плиток может быть гладкой и фактурной, неглазурованной и глазурованной, окрашенной в различные цвета. На тыльной их стороне имеются углубления для лучшего сцепления с цементным раствором. Водопоглощение фасадных плиток 2 - 8 %, морозостойкость не менее 35 циклов. Фасадные плитки используют как изделия прислонного крепления для наружной облицовки плоскостей готовых стен и отделки отдельных архитектурных элементов, а также для внутренней облицовки вестибюлей и лестничных клеток жилых и общественных зданий.

Ковровая керамика представляет собой мелкоразмерные плитки различного цвета, глазурованные и неглазурованные. Плитки одного или нескольких цветов набирают в <ковры>, наклеивая их лицевой поверхностью на крафт-бумагу. Тыльную сторону плиток для лучшего сцепления с раствором делают рифленой. Размеры коврово-мозаичных плиток 48х48 и 22х22 мм при толщине 4 мм. Размеры ковров из них 724х464 и 672х424 мм. Водопоглощение плиток не должно превышать 12 %,а их морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.

Коврово-мозаичные плитки в настоящее время - наиболее массовые изделия для облицовки стеновых наружных, панелей в процессе их формования, стен транспортных и спортивных сооружений, торговых и других зданий.

Материалы для внутренней облицовки стен. Для придания отдельным помещениям жилых, общественных и промышленных зданий санитарно-гигиенических и художественно-декоративных качеств, а также для защиты конструкций от действия влаги и огня стены облицовывают керамическими плитками. Для облицовки стен служат глазурованные облицовочные (фаянсовые), а также коврово-мозаичные плитки.

Глазурованные облицовочные (фаянсовые) плитки изготовляют способом полусухого прессования на прессах-автоматах из огнеупорных глин с добавкой кварцевого песка и плавней. После сушки плитки глазуруют и обжигают. Плитки имеют пористый черепок белого или желтоватого цвета. Покрытие лицевой поверхности белой или цветной глазурью улучшает внешний вид плиток, придает им водонепроницаемость и стойкость против воздействия слабых растворов щелочей и кислот. Лицевая поверхность плиток может быть плоской, рельефной, офактуренной с многоцветным рисунком, наносимым сериографическим или шелкографическим методами. Тыльная сторона плиток должна быть рифленой.

Плитки для внутренней облицовки выпускают различной формы - квадратные, прямоугольные и фасонные. Размер квадратных плиток 150х150 мм, прямоугольных- 150х100 и 150х75 мм, толщина их - 4-6 мм.

К качеству плиток для внутренней облицовки стен предъявляют высокие требования. Плитки должны иметь правильную геометрическую форму, четкие грани и углы, гладкую и ровную поверхность, глазурованную без выпуклостей, выбоин, трещин, недоливов, натеков и пузырьков. Плитки должны быть термически стойкими, водопоглощение их не должно превышать 16 %.

Плитки сортируют по типам, сортам, размерам, цвету и хранят в закрытых помещениях.

Коврово-мозаичные облицовочные плитки изготовляют методом литья. По ленте конвейера движутся керамические пористые подставки (формы), в которые поочередно заливаются три слоя шликера: разделительный, основной и глазурный. Пористые подставки впитывают воду из шликера. Окрепшую массу разрезают на плитки заданной величины роликовыми ножами, затем сушат и обжигают в совмещенной щелевой печи-сушилке.

Коврово-мозаичные литые плитки выпускают 20 типоразмеров: квадратные со сторонами 25, 35, 50, 75, 100 и 125 мм и прямоугольные 25х100 мм и т. д., толщина их 2,5 мм. Их лицевая поверхность различных цвета и фактуры.

Наборные ковры из плиток применяют для облицовки панелей одновременно с их изготовлением, а также для отделки интерьера и т. д.

Керамические плитки для полов изготовляют из глиняной массы с отощающими добавками и окрашивающими примесями или без них путем прессования и последующего обжига до спекания. Полы из керамических плиток водонепроницаемы, хорошо сопротивляются истирающим усилиям, легко моются, долговечны, кислото- и щелочестойки. Недостатками полов из керамических плиток являются большая теплоусваеваемость, низкая сопротивляемость ударам и высокая трудоемкость настила.

Полы из керамических плиток устраивают в вестибюлях общественных зданий, в банях, прачечных, санитарных узлах, производственных помещениях некоторых предприятий и др.

Керамические плитки для полов выпускают двух видов: керамические крупные плитки и мозаичные плитки. Керамические крупные плитки по форме бывают квадратные, прямоугольные, треугольные, шестигранные, четырехгранные (половинки шестигранных), пятигранные и восьмигранные. Размер плиток (длина граней) 50-150, толщина 10-13 мм. По виду лицевой поверхности различают плитки гладкие, шероховатые и тисненые. Обратную (тыльную) сторону плиток делают рифленой. Плитки бывают одноцветные и многоцветные. Водопоглощение плиток не должно превышать 4 %, а потеря в массе при истирании должна быть не более 0,1-0,25 г/см3.

Керамические плитки упаковывают в пачки и хранят в закрытых складских помещениях.

При устройстве пола плитки крепят к основанию цементным раствором или битумными мастиками.

В последние годы новый вид керамических плиток - крупноразмерные плитки (200х200х11 мм) с сериографическим нанесением рисунка широко применяют для настилки полов в различных помещениях общественных зданий.

Мозаичные плитки квадратные и прямоугольные со сторонами 23 и 48 мм изготовляют толщиной 6 и 8 мм. Цвет плиток может быть белым, желтым, красным, серым и др. Водопоглощение их до 4%. Мозаичные плитки на заводе наклеивают водорастворимыми клеями на квадратные листы крафт-бумаги с раскладкой по определенному рисунку. Листы с наклеенными плитками упаковывают в пачки до 10 шт. в каждой и хранят в закрытых помещениях, не допуская пересыхания или размягчения клея. Различные варианты рисунков пола можно получать путем резки листов на части и соединения этих частей в различных комбинациях.

Применение ковров из мозаичных плиток дает возможность значительно снизить трудоемкость настилки полов, а частые швы делают полы менее скользкими по сравнению с полами из крупных керамических плиток.

Керамические материалы и изделия специального назначения

Глиняная черепица представляет собой кровельный материал, получаемый из легкоплавких глин путем формования сырца, сушки его и последующего обжига. В настоящее время керамические заводы выпускают черепицу нескольких видов: пазовую штампованную, пазовую ленточную, плоскую ленточную и коньковую.

Черепица как кровельный материал прочна, долговечна и огнестойка. Кровля из нее не требует частых ремонтов. Недостатки черепичной кровли - большая масса, необходимость устройства значительных уклонов для стока воды, а также большая трудоемкость возведения. Черепицу применяют обычно в малоэтажном строительстве.

Канализационные и дренажные трубы. Канализационные трубы изготовляют из огнеупорных или тугоплавких глин. Формуют трубы вместе с раструбом на трубных прессах. После сушки на внутреннюю и наружную поверхности труб наносят глазурь и обжигают. Наличие тонкого слоя глазури предопределяет водонепроницаемость и высокую стойкость труб к воздействию кислот и щелочей. Канализационные трубы выпускают внутренним диаметром 150-600 и длиной 800-1200 мм. Высокая химическая стойкость керамических труб позволяет широко применять их для отвода промышленных вод, содержащих щелочи и кислоты.

Дренажные трубы - керамические неглазурованные изделия с гладкой поверхностью и сквозными канавками или прорезями для повышения водопроницаемости. Длина их до 500, внутренний диаметр 25-250 мм. Трубы должны иметь правильную цилиндрическую форму, гладкую внутреннюю поверхность, обладать достаточной механической прочностью. Сырьем для их производства служат легкоплавкие глины и суглинки. Дренажные трубы используют для осушения заболоченных земель, а также для понижения уровня грунтовых вод.

Кислотоупорные изделия в отличие от обычных керамических изделий имеют черепок повышенной плотности, а также высокие механическую прочность и термостойкость. Они способны выдерживать длительное воздействие концентрированных кислот и щелочей. К этой группе керамических изделий относят кислотоупорный кирпич, кислотоупорные и термокислотоупорные плитки и кислотоупорные трубы.

Кислотоупорный кирпич изготовляют в виде прямоугольного параллелепипеда размером 230х113х65 мм и клиновидным. Применяют его для кладки фундаментов химических аппаратов, футеровки аппаратов и газоходов, настилки полов и сточных желобов предприятий химической и целлюлозно-бумажной промышленности.

Кислотоупорные и термокислотоупорные плитки могут быть квадратными, прямоугольными и клиновидными со стороной размером от 50 до 200 мм и толщиной от 10 до 50 мм. Кислотоупорные плитки употребляют для футеровки аппаратов, газоходов и сточных желобов, для устройства полов в цехах с агрессивными средами, а термокислотоупорные, кроме того, - для футеровки варочных котлов.

Кислотоупорные трубы имеют плотный спекшийся черепок; наружную и внутреннюю стороны труб покрывают кислотостойкой глазурью. Применяют их на предприятиях химической промышленности.

Санитарно-технические изделия. Санитарно-технические изделия - раковины, умывальники, унитазы, смывные бачки и т. д. изготовляют в основном из беложгущихся фаянсовых или полуфарфоровых масс, в состав которых входят каолин, огнеупорная глина, кварц, шамот. Формуют изделия методом литья в гипсовые формы. После извлечения из форм изделия сушат, глазуруют и обжигают. Санитарно-технические изделия должны иметь правильную форму, ровную, гладкую и чистую поверхность, равномерно покрытую глазурью. Их применяют для оборудования кухонь, санитарных узлов и специальных помещений (лабораторий, парикмахерских и др.).

Пористые керамические заполнители. Основными видами искусственных пористых керамических заполнителей для легких бетонов являются керамзит и аглопорит.

Керамзит - легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге глинистых легкоплавких пород, способных вспучиваться при быстром нагревании до 1050-13000С. Вспучивающими агентами являются газы, которые выделяются при разложении различных веществ, содержащихся в исходном сырье. Вспучиваемость глинистого сырья можно повысить добавлением в сырьевую шихту тонкомолотого угля, опилок, рыхлой железной руды, пиритовых огарков и др.

Процесс изготовления керамзита состоит из следующих основных операций: добычи глинистого сырья, его складирования и доставки к месту производства; переработки сырья и приготовления исходного полуфабриката в виде гранул, обжига гранул; охлаждения керамзита; сортировки и (при необходимости) дробления заполнителя; складирования и выдачи готового продукта. В качестве формующих машин для изготовления гранул используют дырчатые вальцы и барабанные грануляторы, а также ленточные прессы, у которых выходное отверстие мундштука перекрыто перфорированной перегородкой и имеется специальное устройство для резки выходящих жгутов. Подсушивают сырец в сушильном барабане. Обжигают керамзит в большинстве случаев во вращающихся печах длиной 12-40 и диаметром 1,2-2,5 м. Длительность обжига керамзита во вращающейся печи 25-45 мин.

Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, плотностью и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят наследующие фракции: 5-10, 10-20 и 20-40 мм. Зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от насыпной плотности гравий делят на марки 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800. Предел прочности при сжатии керамзитового гравия в зависимости от его марки 0,3 - 5,5 МПа. Водопоглощение керамзитового гравия 15 - 25%, морозостойкость должна быть не менее 15 циклов.

Керамзит применяют также в качестве теплоизоляционного материала (в виде засыпок).

Аглопорит представляет собой пористый кусковой материал, получаемый спеканием (агломерацией) гранул из смеси глинистого сырья с углем. Спекание гранул происходит за счет сгорания угля, содержащегося в сырьевой шихте. Одновременно с выгоранием угля вся масса частично вспучивается. При изготовлении аглопорита влажное глинистое сырье смешивают с молотым углем, гранулируют и подают в агломерационную установку. Продолжительность агломерации 25 - 45 мин. Пористую легкую глыбу аглопорита после охлаждения дробят на щебень с последующей сортировкой на фракции.

Насыпная плотность аглопоритового щебня 300 - 1000 кг/м3, прочность 0,3 - 3 МПа. Содержание в аглопорите несгоревшего угля обычно не превышает 3%, что вполне допустимо для применения его в качестве заполнителя для легких бетонов.

Огнеупорные материалы характеризуются способностью при эксплуатации в промышленных тепловых установках длительное время выдерживать различные механические и химические воздействия при температуре выше 15000С. По степени огнеупорности эти материалы разделяют на : огнеупорные (1580-17700С), высокоогнеупорные (1770-20000С), высшей огнеупорности (выше 20000С). Огнеупорные материалы изготовляют в виде кирпича, блоков, плит и различных фасонных элементов путем прессования, сушки и обжига.

В зависимости от химико-минералогического состава огнеупорные материалы разделяют на : кремнеземистые, алюмосиликатные, магнезитовые, хромистые и углеродистые. Наиболее распространены в строительстве кремнеземистые и алюмосиликатные огнеупоры.

Кремнеземистые (динасовые) огнеупоры изготовляют из кварцитов или кварцевого песка с добавкой глины. Огнеупорность динасовых материалов 1710 - 17500С, предел прочности при сжатии 15 - 35МПа. Динасовые огнеупоры широко применяют для кладки и футеровки наиболее ответственных частей различных промышленных печей (мартеновских, коксовых, электроплавильных, стекловаренных и др.), которые подвергаются одновременному воздействию высоких температур и значительных нагрузок.

Алюмосиликатные огнеупоры получают из огнеупорных глин и каолинов, отощенных шамотом или различными кварцевыми добавками. В зависимости от содержания SiO2 и Al2O3 в обожженном продукте алюмосиликатные огнеупоры разделяют на : полукислые, шамотные и высокоглиноземистые.

Сырьем для полукислых огнеупоров служат в основном естественные отощенные глины. Огнеупорность их 1610 - 17100С, предел прочности при сжатии не менее 10 МПа. Полукислыми огнеупорами футеруют вагранки, коксовые печи, стеклоразливочные ковши и пр.

Для изготовления шамотных огнеупоров используют смесь огнеупорной глины и шамота. Огнеупорность их 1710 - 17300С, предел прочности при сжатии 10 - 12МПа. Шамотные огнеупоры, кроме того, щелочестойки. Используются они для кладки доменных печей, стен и пода керамических печей, футеровки топок паровых котлов и т.д.

Высокоглиноземистые огнеупоры изготовляют из сырья (боксита, корунда и др.) с содержанием Al2О3 более 45%. Огнеупорность их обычно 1770 - 20000С. Применяют высокоглиноземистые огнеупоры в стекольной промышленности для кладки печей.

БЕТОНЫ

Общие сведения о бетонах и их классификация

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате расширения рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего вещества, воды, заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок. Смесь указанных компонентов до начала ее затвердевания называют бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода - активные составляющие бетона, которые в смеси обволакивают тонким слоем зерна заполнителя. Со временем вяжущее вещество затвердевает и связывает их, превращая бетонную смесь в прочный монолитный камень - бетон.

Заполнители (песок, щебень или гравий) занимают до 80 - 85 % объема бетона и образуют его жесткий скелет препятствующий усадке. Применяя заполнители с различными свойствами, можно получать бетоны с разнообразными физико-механическими показателями, например, легкие, жароупорные и пр.

Классификация бетонов

По плотности бетоны подразделяют на:

.особо тяжелые - более 2500 кг/мЗ;4

.тяжелые - 1800 - 2500 кг/мЗ;

.легкие -500 - 1800 кг/мЗ;I

.особо легкие (теплоизоляционные) - менее 500 кг/мЗ.

По виду применяемого вяжущего вещества бетоны разделяют на:

.цементные (приготовляемые на клинкерных цементах - портландцементе, шлакопортландцементе, пуццолановом портландцементе и др.);

.силикатные автоклавного твердения (на известково-песчаном, известково-шлаковом и других вяжущих);

.гипсовые (на гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих);

.асфальтобетоны(на битумном вяжущем);

.полимерцементные бетоны и полимербетоны (на синтетических смолах).

В зависимости от структуры бетоны разделяют на:

.бетоны плотной структуры, у которых все пространство между зернами заполнителя занимают затвердевшее вяжущее и поры вовлеченного в него воздуха;

.бетоны поризованной структуры, пространство между зернами заполнителя которых заполнено затвердевшим вяжущим и поризованным пено- или газообразователем;

.ячеистые бетоны, состоящие из затвердевшего вяжущего и кремнеземистого компонента и пор равномерно распределенных и образованных газо- или пенообразователями;

.бетоны крупнопористой структуры, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими.

По назначению бетоны подразделяют на:

.конструкционные - для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаментные блоки, колонны, балки, плиты и др.);

.гидротехнические - для возведения плотин, шлюзов, облицовки каналов и др.;

.бетон для стен зданий и легких перекрытий,

.дорожный - для устройства дорожных и аэродромных покрытий;

.специальные - химически стойкие, жаростойкие, декоративные, особотяжелые для биологической защиты, бетонополимеры, полимербетоны и др.

Материалы для тяжелого бетона

Цемент. Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие марки цементов:

Марка бетонаМ100М150М200МЗООМ400М500М600Марка цемента300300400400500500-600600

В случаях когда марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, следует применять микронаполнители - измельченные горные породы (известняки, доломиты и др.) или промышленные отходы (доменные и топливные шлаки, золы и др.).

Вода. Применяют воду, не содержащую вредных примесей (сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар и др.), препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона. Использовать промышленные, сточные и болотные воды для затворения и поливки бетона не рекомендуется.

Песок. В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок крупностью от 0,14 до 5мм.

Природные пески разделяются наречные, морские и горные (овражные). Речные и морские пески имеют округлую форму зерен; горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.

Искусственные пески получают дроблением твердых и плотных горных пород, а также отвальных металлургических шлаков. Дробленые пески имеют высокую стоимость, и поэтому, их применяют для обогащения мелкого природного песка в бетоне.

По зерновому составу пески делят на крупные, средние, мелкие и очень мелкие

В песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен размером более 10 мм, а зерен размером 5-10 мм не должно быть более 5 % по массе. Количество мелких частиц, прошедших через сито с отверстиями 0,14 мм, не должно превышать 10%.

Глинистые и пылевидные частицы, органические примеси, сернистые и сернокислые соединения являются вредными примесями в песке.

Глинистые и пылевидные частицы увеличивают суммарную поверхность заполнителя, при этом повышается водопотребность бетонной смеси, вследствие чего снижается прочность бетона. Кроме того, глинистые примеси, обволакивая тонким слоем зерна песка, ухудшают сцепление их с цементным камнем и снижают прочность бетона. Органические примеси (остатки растений, перегной и т. п.) снижают прочность цементного камня и могут явиться источником его разрушения. Сернистые и сернокислые соединения (гипс, серный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона.

Крупный заполнитель: для тяжелого бетона это гравии или щебень.

Гравий - рыхлая смесь зерен округлой формы размером 5-70 мм, образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых , горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и морским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, пыли и органических веществ. Речной и морской гравий чище горного, но зато с гладкой поверхностью, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепления его можно дробить на щебень.

Щебень - рыхлая смесь, получаемая дроблением больших кусков различных твердых горных пород, а также кирпичного боя, шлаков и др. Полученную смесь зерен различных размеров (5 - 70 мм) подвергают рассеву на отдельные фракции.

В зависимости от размера зерен гравий и щебень подразделяют на фракции 5-10, 10 - 20, 20 - 40 и 40 -70мм. В каждой фракции гравия или щебня должны быть зерна всех размеров - от наибольшего до наименьшего для данной фракции.

Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как при этом снижается расход цемента. Но наибольший размер зерен крупного заполнителя должен быть не более 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции или не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается применение до 50 % зерен крупного заполнителя наибольшей крупности, равной половине толщины плиты. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера допускается не более 5% по массе гравия или щебня.

Содержание в гравии или щебне лещадных или игловидных зерен не должно превышать 15 % по массе.

Для тяжелых бетонов следует применять щебень, получаемый из горных пород, имеющих прочность в 1,5 - 2 раза выше заданной марки бетона. Содержание в щебне зерен слабых, выветрившихся пород не должно превышать 10%по массе. Проверяется также морозостойкость гравия и щебня.

Окончательно пригодность гравия или щебня для бетона требуемой марки устанавливают по результатам испытания бетона на данном заполнителе.

Свойства бетонной смеси

Бетонная смесь - это перемешанная смесь цемента, заполнителей, воды и в необходимых случаях добавок. Свойства бетонной смеси в значительной мере предопределяют качество и свойства полученного из нее бетона. Бетонная смесь должна быть удобоукладываемой, кроме того, она должна иметь связность.

Удобоукладываемостъ характеризует способность бетонной смеси заполнять форму бетонируемого изделия и уплотняться в ней под действием силы тяжести или в результате внешних механических воздействии. Это свойство бетонной смеси оценивают подвижностью или жесткостью.

Подвижность бетонной смеси - способность ее растекаться под действием собственной массы. Степень подвижности бетонной смеси оценивают величиной осадки (в см) стандартного конуса, сформованного из данной смеси. Чем больше осадка конуса, тем более подвижна бетонная смесь (рис 1).

Рис.1. Измерение осадки бетонного конуса

Жесткость бетонной смеси - способность ее растекаться и заполнять форму под действием вибрации. Величина жесткости бетонной смеси характеризуется временем вибрации (в секундах), необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис.2).

Рис.2. Прибор для определения жесткости бетонной смеси

Для определения жесткости бетонной смеси прибор собирают на виброплощадке в следующей последовательности: сначала жестко закрепляют цилиндрическое кольцо прибора 1, в которое вставляют конус 3, закрепляют его ручками 2, заводя их в пазы в пазы кольца и устанавливают воронку 4. Затем конус заполняют бетонной смесью через воронку в три слоя одинаковой высоты. Каждый слой уплотняют штыкованием металлическим стержнем, погружая его в каждый слой 25 раз. Затем поворотом штатива 5 диск 8 помещают над сформованным конусом бетонной смеси и плавно опускают на поверхность конуса. Зажимным винтом закрепляют штатив в фиксирующей втулке 7, после чего одновременно включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из любых двух отверстий диска 8. В этот момент выключают секундомер и вибратор. Полученное время и характеризует жесткость бетонной смеси.

Иногда для определения жесткости бетонной смеси допускается применение других приборов, например, технического вискозиметра (Рис. 3).

Рис. 3. Технический вискозиметр

а - общий вид; б - разрез; 1 - сосуд; 2 - внутреннее кольцо;3 - бетон; 4 - диск со штангой; 5 - штатив.)

С увеличением содержания воды подвижность бетонной смеси возрастает, однако прочность бетона снижается. Избыточная вода со временем испаряется и образует в цементном камне поры, что снижает плотность и прочность бетона.

С повышением содержания цементного теста увеличивается подвижность смеси, но прочность бетона остается практически неизменной.

С повышением содержания песка сверх оптимального, вследствие увеличения суммарной поверхности заполнителей, снижается подвижность бетонной смеси.

Подвижность бетонной смеси значительно возрастает за счет введения в нее органических пластифицирующих вдобавок - сульфитно-дрожжевой барды (СДБ) и химических добавок - суперпластификаторов (С-3, 10-03 и др.).

Жесткие смеси более экономичны по расходу цемента, чем пластичные. По - этому подвижность бетонной смеси назначают возможно более низкой, но в то же время она должна обеспечивать хорошую укладку и уплотнение смеси.

Связность (нерасслаиваемостъ) характеризует способность бетонной смеси не расслаиваться при транспортировании, выгрузке и укладке. При отсутствии связности подвижная бетонная смесь представляет собой лишь механическую смесь воды и твердых составляющих, которая легко расслаивается, теряет однородность и становится непригодной к укладке в форму. Связность бетонной смеси обеспечивают правильным выбором состава бетона, и в первую очередь необходимым количеством цементного теста.

Основные свойства бетона

Прочность при сжатии является основным показателем механических свойств бетона. Она определяется пределом прочности при сжатии стандартных образцов-кубов, изготовленных из данной бетонной смеси и выдержанных до испытания в течение 28 суток в нормальных условиях (при 1=15-20оС и относительной влажности воздуха не менее 90%).

По пределу прочности при сжатии для тяжелых бетонов установлены следующие марки: М200, М250, МЗОО, М350, М400, М450, М500, М600, М700, М800.

При бетонировании ряда конструкций, например, бетонных дорожных покрытий, важно знать прочность бетона при изгибе. Для этого испытывают образцы-балки.

Для обычных железобетонных конструкций широко применяют бетон марок М200 и М250, а для предварительно-напряженных железобетонных конструкций - МЗОО-М5ОО. Бетон марок М100 и М150 используют для оснований, фундаментов и других массивных монолитных конструкции.

Основные факторы, влияющие на прочность бетона - активность цемента и соотношение массы воды и цемента в составе бетонной смеси (водоцементное отношение В/Ц или обратное ему цементоводное отношение - Ц/В).

Зависимость прочности обычного бетона от Ц/В и марки цемента в общем виде выражают формулой:

б = А Rц (Ц/В - 0,5),

где Rб - прочность бетона в возрасте 28 сут. при твердении в нормальных условиях, МПа; Rц - активность цемента, МПа; А - коэффициент, учитывающий качество заполнителей и вяжущего (для высококачественных - 0,43, для рядовых - 0,4, для пониженного качества - 0,37).

На прочность бетона определенное влияние оказывает зерновой состав заполнителей, правильность перемешивания его составляющих в бетоносмесителе, когда все зерна заполнителя полностью покрыты слоем цементного теста.

Значительное влияние на прочность бетона оказывают степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Хорошо уплотненный бетон в благоприятных температурных и влажностных условиях непрерывно набирает прочность в течение ряда лет. При этом в первые 7 -10 сут. прочность бетона растет довольно быстро, затем рост прочности к 28 сут. замедляется и, наконец, в возрасте свыше 1 года постепенно затухает. Например, бетонные образцы при хранении в нормальных условиях в 7-суточном возрасте имеют среднюю прочность, равную 60 - 70% 28-суточной (марочной) прочности, в возрасте 180 сут., 1 года и 2 лет их прочность соответственно составляет 150, 175 и 200 % марочной прочности.

Фактическую прочность бетона в конструкциях определяют испытанием контрольных образцов, изготовленных из той же бетонной смеси и твердеющих в условиях аналогичных условиям эксплуатации конструкций. Большое влияние на скорость нарастания прочности бетона оказывает температура окружающей среды. При 70 - 85оС в атмосфере насыщенного пара бетоны через 10 -12 ч набирают прочность 60 - 70% марочной. При низких положительных температурах (5 - 7оС) окружающего воздуха скорость нарастания прочности бетона замедляется, а при температуре ниже 0оС твердение бетона прекращается и возобновляется вновь при установлении в окружающей среде устойчивой положительной температуры.

Плотность. Обычный тяжелый бетон не является плотным материалом.

Имеющиеся в бетоне поры образовались вследствие испарения излишней воды, а также неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Плотность бетона повышается при тщательном подборе зернового состава заполнителей, уменьшении водоцементного отношения и применении, пластификаторов, снижающих водопотребность смеси при той же подвижности, а также за счет тщательного уплотнения бетонной смеси. С возрастанием плотности бетона повышаются его свойства - прочность, водонепроницаемость, морозо- и коррозиестойкость и др.

Водонепроницаемость. Плотный бетон при толщине железобетонных конструкций более 200 мм, как правило, оказывается водонепроницаемым. Это свойство бетона характеризуется степенью водопроницаемости, т. е. величиной наименьшего давления воды, при котором она еще не просачивается через бетонный образец. По этому показателю бетоны разделяют на 12 марок: В2, В4, В6, В8, В10, В12, В14, В16, В18, В20, В25 и ВЗО, т. е. на бетоны, которые выдерживают давление соответственно не менее 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и т. д. до 3 МПа.

Для повышения водонепроницаемости бетона применяют специальные покрытия, например, пленки из пластмасс или уплотняющие добавки. Значительно возрастает водонепроницаемость бетона при применении расширяющихся цементов.

Морозостойкость. Тяжелые бетоны по степени морозостойкости делят на марки от Мрз 50 до Мрз 700. Морозостойкость бетона для жилых и промышленных зданий обычно характеризуется маркой Мрз 50.

Высокой морозостойкостью обладают бетоны с плотной структурой на низкоалюминатном портландцементе и высококачественном гранитном щебне.

Усадка и расширение. При твердении на воздухе бетон (если он не на безусадочном или расширяющемся цементах) дает усадку, а при твердении во влажных условиях он может незначительно разбухать. Величина усадки тяжелого бетона обычно около 0,15 мм на 1 м длины бетонного сооружения, что может повлечь за собой образование трещин в массивных и большеразмерных конструкциях. Для уменьшения усадки бетона следует избегать применения бетонов с большим расходом цемента, при этом необходимо использовать крупные заполнители хорошего зернового состава и обеспечивать влажный режим твердения бетона.

При бетонировании массивных конструкций в первый период твердения бетона возможно его расширение от нагревания теплотой, выделяющейся при взаимодействии цемента с водой. С целью уменьшить тепловыделение бетона необходимо применять цементы с малой экзотермией, а также устраивать температурные швы.

Коррозиестойкость. Коррозия бетона происходит в результате разрушения цементного камня и обычно сопровождается понижением прочности и водонепроницаемости, а также ухудшением его сцепления с арматурой.

Меры предотвращения: увеличение плотности бетона, применение специальных цементов (пуццоланового, кислотостойкого, глиноземистого), а также облицовка плотными керамическими плитками, обработка специальными веществами (жидким стеклом с кремнефтористым натрием), покрытие гидроизоляционными битуминозными и пленкообразующими полимерными материалами.

Огнестойкость. Бетон является огнестойким материалом. Однако продолжительное воздействие температур в интервале 160 - 200оС снижает прочность бетона на 25 - 30 %. При нагревании свыше 500оС бетон разрушается. Конструкции, подвергающиеся воздействию температур более 200оС, следует защищать теплоизоляционными материалами или выполнять их из жаростойкого бетона.

Подбор состава бетона

Подбор состава бетона заключается в установлении наиболее рационального соотношения между составляющими бетон материалами (цементом, водой, песком, гравием или щебнем) для обеспечения его удобоукладываемости, прочности и др. требуемых показателей. Состав бетонной смеси выражают в виде массового (реже

объемного) соотношения между количеством цемента, песка, гравия или щебня с обязательным указанием водоцементного отношения. При этом количество цемента принимают за единицу. В общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением 1:Х:У (цемент : песок : гравий) при В/Ц=Z, например 1: 2,5: 4,8 при В/Ц=0,5.

Состав бетона может быть выражен и в виде расхода материалов по массе на 1 мЗ уплотненной смеси, например, цемента 260, песка 660, гравия 1310 кг/мЗ, воды 165 л/мЗ.

Существует несколько методов подбора состава бетона. Наиболее простым и удобным когда состав бетона подбирается в два этапа. Вначале рассчитывается ориентировочный состав бетона, который затем проверяется и уточняется (с изменением соотношения некоторых его компонентов) по результатам пробных замесов и испытаний контрольных образцов.

Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси

Приготовление бетонной смеси. В современном строительстве приготовление бетонной смеси в основном сосредоточено на автоматизированных бетонных заводах и в бетоносмесительных узлах предприятий.

Процесс приготовления бетонной смеси состоит из автоматического дозирования всех компонентов бетонной смеси и перемешивания их в бетоносмесителях до получения однородной массы.

Применяемые бетоносмесители непрерывного действия состоят из цилиндрического барабана с лопастями на внутренней поверхности. За счет вращения барабана и винтообразного направления лопастей материалы перемещаются вдоль барабана и тщательно перемешиваются, а готовая бетонная смесь через разгрузочное устройство непрерывным потоком поступает на транспортные средства. Производительность бетоносмесителей непрерывного действия до 120 мЗ/ч, в то время как бетоносмеситель периодического действия емкостью 2400 л имеет производительность до 36 мЗ/ч.

Однородность и прочность бетона в значительной, мере определяются качеством перемешивания смеси. Для получения однородной бетонной смеси следует строго соблюдать оптимальное время перемешивания, которое зависит от емкости барабана бетоносмесителя, подвижности бетонной смеси и других факторов и устанавливается опытным путем.

Транспортирование бетонной смеси в большинстве случаев производится автосамосвалами, а на малые расстояния (в пределах строительной площадки) -ленточными транспортерами, бетононасосами, вагонетками, бадьями и др. Любой способ транспортирования должен исключать возможность расслоения и снижения степени подвижности бетонной смеси в результате испарения воды, вытекания цементного молока или начала схватывания цемента. Поэтому следует транспортировать бетонную смесь по кратчайшим расстояниям, с наименьшим числом перегрузок и ограничивать длительность перевозки (до 1 ч.).

В случае, когда строительная площадка находится на значительном расстоянии от бетонного завода для перевозки и приготовления бетонной смеси используются автобетоносмесители. Смесительный барабан автобетоносмесителя загружают на заводе исходными материалами, а бетонная смесь приготовляется в пути в непосредственной близости от места укладки бетона.

Укладка бетонной смеси. Качество бетонных и железобетонных конструкций в значительной мере зависит от способа укладки и уплотнения бетонных смесей.

В заранее подготовленную опалубку (форму) с установленной в ней арматурой бетонную смесь обычно укладывают горизонтальными слоями. При этом смесь должна плотно заполнять весь объем опалубки или формы, включая углы и суженные места. Для механизации этой довольно трудоемкой операции используют специальные механизмы: бетонораздатчики и бетоноукладчики.

Бетонную смесь, как правило, уплотняют вибрированием, после чего зерна крупного заполнителя укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным раствором, а пузырьки воздуха вытесняются наружу. При прекращении вибрирования уложенная в опалубку или форму бетонная смесь мгновенно загустевает.

Для уплотнения бетонной смеси применяют электромагнитные, пневматические, но чаще всего электромеханические вибраторы.

По конструкции различают вибраторы поверхностные, глубинные и площадочные. Выбирают вибратор в зависимости от вида, формы и размеров бетонируемой конструкции. Конструкции с большими открытыми поверхностями (полы, плиты и т. п.) бетонируют поверхностными вибраторами, которые обеспечивают распространение колебаний в толщу бетона на глубину 20 - 25 см. Перемещать поверхностный вибратор с одной позиции на другую рекомендуется так, чтобы он своей площадкой перекрывал на 10 - 20 см границу уже провибрированного участка.

При бетонировании массивных конструкций (фундаменты, колонны и др.) используют глубинные вибраторы - вибробулавы и вибраторы с гибким валом. Уплотняют бетонную смесь внутренними вибраторами по слоям, толщина которых не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора, а шаг перестановки не должен быть выше полуторного радиуса их действия.

Продолжительность вибрирования на каждой позиции должна обеспечивать достаточное уплотнение бетонной смеси, основными признаками которого являются прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молокана ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков. В зависимости от степени подвижности бетонной смеси продолжительность вибрирования на одной позиции 20 - 60 с. транспортировать бетонную смесь по кратчайшим расстояниям, с наименьшим числом перегрузок и ограничивать длительность перевозки (до 1 ч.).

В случае, когда строительная площадка находится на значительном расстоянии от бетонного завода для перевозки и приготовления бетонной смеси используются автобетоносмесители. Смесительный барабан автобетоносмесителя загружают на заводе исходными материалами, а бетонная смесь приготовляется в пути в непосредственной близости от места укладки бетона.

Укладка бетонной смеси. Качество бетонных и железобетонных конструкций в значительной мере зависит от способа укладки и уплотнения бетонных смесей.

В заранее подготовленную опалубку (форму) с установленной в ней арматурой бетонную смесь обычно укладывают горизонтальными слоями. При этом смесь должна плотно заполнять весь объем опалубки или формы, включая углы и суженные места. Для механизации этой довольно трудоемкой операции используют специальные механизмы: бетонораздатчики и бетоноукладчики.

Бетонную смесь, как правило, уплотняют вибрированием, после чего зерна крупного заполнителя укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным раствором, а пузырьки воздуха вытесняются наружу. При прекращении вибрирования уложенная в опалубку или форму бетонная смесь мгновенно загустевает.

Для уплотнения бетонной смеси применяют электромагнитные, пневматические, но чаще всего электромеханические вибраторы.

По конструкции различают вибраторы поверхностные, глубинные и площадочные. Выбирают вибратор в зависимости от вида, формы и размеров бетонируемой конструкции. Конструкции с большими открытыми поверхностями (полы, плиты и т. п.) бетонируют поверхностными вибраторами, которые обеспечивают распространение колебаний в толщу бетона на глубину 20 - 25 см. Перемещать поверхностный вибратор с одной позиции на другую рекомендуется так, чтобы он своей площадкой перекрывал на 10 - 20 см границу уже провибрированного участка.

При бетонировании массивных конструкций (фундаменты, колонны и др.) используют глубинные вибраторы - вибробулавы и вибраторы с гибким валом. Уплотняют бетонную смесь внутренними вибраторами по слоям, толщина которых не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора, а шаг перестановки не должен быть выше полуторного радиуса их действия.

Продолжительность вибрирования на каждой позиции должна обеспечивать достаточное уплотнение бетонной смеси, основными признаками которого являются прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молокана ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков. В зависимости от степени подвижности бетонной смеси продолжительность вибрирования на одной позиции 20 - 60 с.

На заводах сборного железобетона бетонную смесь уплотняют в формах на стационарных виброплощадках. Применяют, кроме того, и другие способы уплотнения бетонных смесей, например, центрифугирование, вибропрессование, виброштампование, вибровакуумирование, вибропрокат.

Твердение бетона и уход за ним. Рост прочности бетона возможен только при определенных температурных и влажностных условиях. В нормальных условиях твердения (температура окружающей среды 15 - 20оС и влажность 90 -100%) бетон в течение 28 сут набирает марочную прочность. Твердение бетона значительно ускоряется при повышении температуры среды до 60 - 85оС с обязательным сохранением в бетоне влаги. Во влажной среде бетон приобретает значительно большую прочность, чем на воздухе. В сухих условиях он быстро теряет влагу, и его дальнейшее твердение прекращается.

Для того чтобы уложенный и уплотненный бетон получил требуемую прочность в назначенный срок, за ним необходим правильный уход. Особенно важен уход за бетоном в первые дни после укладки, иначе можно настолько снизить качество бетона, что его нельзя будет исправить даже при последующем тщательном уходе.

Свежеуложенный бетон выдерживают во влажном состоянии и предохраняют от сотрясений, ударов, каких-либо повреждений, а также резких изменений температуры. В летнее время открытые поверхности свежеуложенного бетона следует укрывать мешковиной, рогожей, песком, опилками или другими материалами и периодически увлажнять. Поливать бетон начинают не позднее чем через 10 -12 ч после бетонирования, а в жаркую ветренную погоду через 2-З ч. Летом бетон обычно поливают в течение первых 3 сут не реже чем через каждые 4 ч днем и не менее 1 раза ночью, а в последующее время - не менее 3 раз в сутки. Бетон, приготовленный на портландцементе, следует поливать не менее 7 сут., на прочих цементах, в том числе на цементах с пластифицирующими добавками - не менее 14 сут. Особенно обильно надо поливать ночью. Вместо полива водой поверхности бетона можно покрывать битумной эмульсией, лаком этиноль, латексом и другими жидкими материалами, которые образуют непроницаемую пленку, надежно защищающую бетон от испарения влаги.

Распалубливать бетонные и железобетонные конструкции следует только после достижения бетоном определенной прочности, устанавливаемой путем испытания контрольных образцов-кубов.

Твердение бетона при температурах ниже 5 - 10оС значительно замедляется, а при температурах ниже нуля практически прекращается. Находящаяся в бетоне свободная вода, замерзая, увеличивается в объеме, что приводит к нарушению структуры еще не затвердевшего цементного камня, а это, в свою очередь, снижает конечную прочность бетона. Наиболее опасно замерзание бетона в период схватывания цемента. Поэтому основным условием ведения бетонных работ в зимнее время является обеспечение в уложенном бетоне определенной положительной температуры, исключающей замерзание бетона в раннем возрасте до достижения им к моменту замерзания 50% марочной прочности.

Для предупреждения раннего замерзания бетона и обеспечения твердения его при низких температурах применяются способ "термоса", паро- и электротермообработка бетона, а также применение бетона с химическими добавками - ускорителями твердения. Каждый способ можно применять самостоятельно или в сочетании.

Способ "термоса" применяется при бетонировании массивных конструкций и предусматривает обеспечение в бетоне во время его твердения положительной температуры за счет подогрева до 40оС составляющих бетонной смеси (воды, песка, крупного заполнителя) и теплоты, выделяемой цементом при твердении.

Для сохранения запаса теплоты в течение определенного срока конструкции из свежеуложенного бетона утепляют, покрывая их соломенными матами, опилками, шлаком и др.

При бетонировании в зимнее время немассивных конструкций (колонн, балок, перекрытий и т.п.) уложенную в опалубку бетонную смесь подвергают паро-и электротермообработке.

Применяя эти методы термообработки бетона, удается в течение 1 - 2 сут получать прочность, равную 50 -70% марочной.

Химические добавки применяют с целью снизить температуру замерзания воды в бетонной смеси и обеспечить возможность твердения бетона при отрицательной температуре. В качестве химических добавок вводят хлористый кальций и натрий, нитрит натрия, нитрит-нитрат кальция, мочевину, поташ, а также комплексные химические добавки на основе пластификатора и противоморозного компонента.

Контроль качества бетона. Качество бетонных работ контролируют на всех этапах производства: испытывают составляющие бетонной смеси, систематически проверяют правильность дозирования, перемешивания и уплотнения бетонной смеси, контролируют твердение бетона, определяют прочность затвердевшего бетона.

Прочность бетона контролируют путем отбора проб бетонной смеси и изготовления из нее контрольных образцов-кубов, которые должны твердеть в тех же условиях, что и бетон монолитных конструкций. Контрольные образцы испытывают в возрасте 7 и 28 сут. или в другие установленные сроки.

Разработаны неразрушающие механические и физические методы определения прочности и однородности бетона. Принцип действия их основан на зависимости величины заглубления в бетон бойка (шарика) при ударе от прочности испытуемого бетона или на изменении скорости распространения ультразвукового импульса или волн удара в бетон в зависимости от его плотности и прочности. Для выявления внутренних скрытых дефектов структуры бетона (трещин, раковин, пустот и т.д.) применяют специальные ультразвуковые дефектоскопы.

Специальные виды тяжелых бетонов

Гидротехнический бетон в отличие от обычного тяжелого бетона характеризуется повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением, стойкостью против воздействия агрессивных вод. Для придания бетону таких свойств применяют сульфатостойкий и пуццолановый портландцемент, высококачественные заполнители с хорошо подобранным зерновым составом, обеспечивают тщательное приготовление и укладку бетонной смеси, а также правильный уход за твердеющим бетоном.

Дорожный бетон применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются не только воздействию транспортных средств, но и влиянию атмосферных условий (многократное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание), поэтому к дорожному бетону предъявляют повышенные требования по прочности, плотности износо- и морозостойкости.

Дорожный бетон должен иметь достаточно высокую прочность на изгиб в пределах 4 - 5,5 МПа при марках МЗОО - М500, морозостойкость его обычно характеризуется марками МРЗ 150 и МРЗ 200.

Декоративные бетоны используются для повышения эстетической выразительности зданий и сооружений. Бетон данного вида получают за счет применения цветных составляющих - белого и цветного цементов, щелочестойких пигментов, заполнителей из цветных горных пород.

Декоративный бетон наряду с требованиями к его цвету и внешнему виду должен удовлетворять повышенным требованиям в отношении прочности, плотности и долговечности, так как он является наружным слоем железобетонных изделий и в первую очередь подвергается атмосферным воздействиям, а в ряде случаев и истиранию. Марка декоративного бетона обычно М150, а морозостойкость - МРЗ 50.

Жаростойкий бетон способен сохранять свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от степени огнеупорности жаростойкие бетоны разделяют на: высокоогнеупорные t > 1770оС, огнеупорные -1580 - 177ОоС и жароупорные - ниже 1580оС.

Для приготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия. Заполнителями и тонкомолотыми компонентами служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов, базальт, диабаз, андезит, артикский туф и др.

Жаростойкие бетоны в зависимости от вида исходных материалов имеют марки М100-М250.

Применяют их для футеровки промышленных печей, подов вагонеток туннельных печей, фундаментов доменных и мартеновских печей, дымовых труб и др.

Особо тяжелые бетоны применяют для защиты обслуживающего персонала атомных электростанций от радиоактивных излучений.

Установлено, что наиболее опасные для человеческого организма гамма-лучи и нейтронное излучение эффективно поглощает бетон, который имеет высокую плотность и содержит в своем составе компоненты с большим количеством химически связанной воды.

Особо тяжелые защитные бетоны приготовляют на заполнителях: магнетите, лимоните, барите, металлическом скрапе, чугунной дроби и т. п. Плотность таких бетонов зависит от вида заполнителя и достигает у бетона с магнетитовым заполнителем 4000, а с чугунной дробью 5000 кг/мЗ.

В качестве вяжущих используют портландцементы, шлако-портландцементы и глиноземистые цементы. С целью повысить защитные свойства гидратных бетонов (названных так в связи с большим содержанием химически связанной воды) в их состав вводят добавки: карбид бора, хлористый литий и др.

Прочность и долговечность особо тяжелых бетонов такие же, как у обычных тяжелых бетонов.

Бетонополимеры представляют собой бетоны, поры которых заполнены полимерами в результате специальной обработки. Бетон пропитывают петролатумом, разбавленными смолами, битумом, серой, жидкими мономерами (метилметакрилатом или стиролом), полимерами (эпоксидными и полиэфирными смолами) и различными композициями на их основе. При этом значительно повышаются механические, физические и химические свойства бетона. Например, прочность бетона при сжатии повышается до 200 МПа, а водонепроницаемоеть, морозостойкость и долговечность увеличиваются в несколько раз.

Пропитка полимерами повышает стоимость бетона, поэтому ее осуществляют, когда она экономически оправдана (бетонополимерные изделия, работающие в суровых климатических или агрессивных условиях).

Легкие бетоны на пористых заполнителях

Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 45 %) и сравнительно небольшой средней плотностью (до 1800 кг/мЗ) используют для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций.

Применение их взамен кирпича и тяжелого бетона дает возможность повысить теплозащитные качества ограждений, что, в свою очередь, позволяет уменьшить толщину и массу стен зданий, сократить транспортные расходы.

Разновидности легких бетонов

В зависимости от вида применяемого крупного пористого заполнители легкие бетоны разделяют на: керамзитобетон, аглапоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т. д

По структуре имеются следующие основные виды:

1.обыкновенные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей при полном заполнении раствором пустот между зернами крупного заполнителя;

.крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в которых зерна крупного заполнителя покрыты тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты остаются свободными;

.поризованные легкие бетоны на основе вяжущего вещества и порообразователя.

С помощью порообразователя в структуре бетона возникают воздушные ячейки. Это повышает пористость цементного раствора и тем самым снижает плотность бетона.

В зависимости от назначения легкие бетоны на пористых заполнителях разделяют на следующие виды:

.МРЗ 15 и выше), применяемые в несущих конструкциях.

.теплоизоляционные (средней плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/мЗ, теплопроводностью не более 0,25 Вт/(м-оС)), применяемые дляизготовления теплоизоляционных плит и других изделий;

.конструкционно-теплоизоляционные (со средней плотностью 500 -1400 кг/мЗ, прочностью не ниже М35, теплопроводностью не более 0,6 Вт/(м.оС)), используемые в несущих и самонесущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);

.конструкционные (средней плотностью 1400 -1800 кг/мЗ, прочностью не ниже М50, морозостойкостью

По виду вяжущего легкие бетоны разделяют на: цементные, известковые, гипсовые, на смешанном вяжущем и жидком стекле.

Заполнители для легких бетонов. Природные пористые заполнители: дробленые пемза, вулканический туф или лава, известняк-ракушечник и др. Наиболее эффективны пемза и вулканические туфы, имеющие высокую замкнутую пористость, имеющие небольшое водопоглощение. Применение их эффективно когда они являются местными материалами.

Искусственными заполнителями служат отходы промышленности (шлаки металлургические и топливные, шлаки химических производств, а также зола) и специальной переработки природных каменных материалов (вспученные при обжиге глин керамзит и аглопорит, вспученные перлит и вермикулит, шлаковая пемза, гранулированные шлаки, зольный гравий и пр.).

Свойства легких бетонов. Основными свойствами легких бетонов на пористых заполнителях являются плотность, теплопроводность, прочность и морозостойкость. Для того чтобы получить легкий бетон с заданными свойствами, необходимо не только выбрать исходные составляющие материалы, но и правильно подобрать состав бетона.

Средняя плотность бетона зависит главным образом от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды.

Плотность легкого бетона с увеличением расхода вяжущего возрастает. Поэтому для снижения плотности бетона необходимо за счет подбора оптимального зернового состава заполнителей добиваться наименьшего расхода вяжущего или образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Так называемые поризованные легкие бетоны целесообразно приготовлять при наличии утяжеленных пористых заполнителей насыпной плотностью более 600 кг/мЗ.

Теплопроводность легких бетонов колеблется в широких пределах - от 0,07 до 0,7 Вт/(м.оС). С увеличением плотности теплопроводность бетона повышается. Теплоизоляционные легкие бетоны теплопроводностью менее 0,2 Вт/(м.оС) получают при применении очень легких заполнителей, например, вспученного перлита.

Прочность. Чем больше в объеме бетона прочного цементного камня, тем выше прочность бетона. Однако при увеличении содержания цемента плотность бетона возрастает, а вместе с тем повышается его теплопроводность, что нежелательно.

Морозостойкость легкого бетона зависит от вида и количества израсходованного вяжущего, а также от морозостойкости заполнителя. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозостойкостью, которая возрастает с увеличением количества цемента. Морозостойкие легкие заполнители (пемза, керамзит, аглопорит) позволяют получать бетон морозостойкостью МРЗ 25 -100.

Ячеистые бетоны

Виды ячеистых бетонов. Ячеистый бетон - искусственный каменный материал, состоящий из затвердевшего вяжущего вещества с равномерно распределенными в нем замкнутыми порами в виде ячеек диаметром не более 1-2 мм, заполненных воздухом или газом. Ячеистые бетоны получают в результате твердения предварительно вспученной смеси минерального вяжущего, тонкодисперсного кремнеземистого компонента, порообразователя и воды. В объеме ячеистого бетона до 85% пор, они равномерно распределены в его теле и разделены одна от другой тонкими и прочными перегородками из цементного камня или иного вяжущего вещества.

Существует много разновидностей ячеистых бетонов:

В зависимости от способа образования пористой структуры ячеистые бетоны делят на газо- и пенобетоны.

По виду применяемого вяжущего различают газо- и пенобетоны на портландцементе, газо- и пеносиликаты на воздушной извести, газо- и пеношлакобетоны на шлаковых вяжущих с активизаторами твердения, газо- и пеногипсы на гипсовых вяжущих.

По виду кремнеземистого компонента подразделяют на две группы: газосиликаты, пенобетоны н другие, получаемые с применением молотого песка, и газозолосиликаты, газозолобетоны, пенозолобетоны и др., получаемые с применением золы-уноса ТЭС взамен песка.

По условиям твердения ячеистые бетоны бывают автоклавного и безавтоклавного твердения.

По назначению ячеистый бетон разделяют на следующие виды:

.теплоизоляционные плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/мЗ (для изготовления теплоизоляционных и акустических плит, скорлуп и других изделии);

.конструкционно-теплоизоляционные плотностью 500 - 900 кг/мЗ, прочностью 5 - 7,5 МПа (для ограждающих конструкций зданий);

.конструкционные плотностью 900 -1200 кг/мЗ (для изготовления несущих и одновременно теплоизоляционных строительных конструкций, панелей междуэтажных перекрытий и др.).

Пенобетон приготовляют смешиванием цементного теста или раствора с отдельно приготовленной устойчивой пеной. После затвердевания пенобетонной смеси образуется бетон ячеистой структуры. Пену приготовляют путем энергичного перемешивания пенообразователя с водой. В качестве пенообразователя применяют жидкие смеси канифольного мыла и животного клея или водного раствора сапонина (вытяжки из растительного мыльного корня), а также препарат ГК (гидролизованная кровь с боен). Полученная пена имеет устойчивую структуру и хорошо смешивается с цементным тестом или раствором.

Газобетон готовят из смеси цемента (иногда с добавкой извести), кремнеземистого компонента и воды с введением в уже перемешанную смесь газообразователя - алюминиевой пудры, пергидроля (водный раствор перекиси водорода Н2О2) и др. Наиболее распространенный газообразователь -тонкодисперсный алюминиевый порошок (пудра). Процесс газообразования происходит в результате химического взаимодействия алюминия с гидроксидом кальция:

А1+ЗСа (ОН)2 + 6Н2О =ЗСаО. А12ОЗ 6Н2О +ЗН2.

Выделяющийся водород вспучивает цементное тесто, которое, затвердевая, сохраняет ячеистую структуру.

Перемешанные исходные компоненты газобетона разливают в металлические формы, заполняя их с таким расчетом, чтобы после окончания вспучивания форма была заполнена доверху.

После вызревания в формах газобетон обычно подвергают ускоренному твердению в автоклавах. Применяя автоклавную обработку, можно не только обеспечить получение изделий с высокой прочностью, но и значительно снизить расход цемента путем частичной или полной замены его известью. В последнем случае получают газосиликаты.

Свойства ячеистых бетонов. Основные свойства ячеистых бетонов, определяющие область их применения - пористость, прочность, теплопроводность, водопоглощенне и морозостойкость.

Пористость ячеистых бетонов 50 - 85 %. Косвенно она может характеризоваться плотностью бетонов, которая колеблется от 500 до 1200 кг/мЗ.

Прочность ячеистых бетонов зависит от плотности, вида и свойств исходных материалов, а также от вида и режима тепловой обработки. Для ячеистых бетонов установлены следующие марки по прочности при сжатии: М15, М25, М35, М50, М75, М100 и М150. Теплопроводность ячеистых бетонов зависит от их плотности. Для конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов плотностью 700 - 900 кг/м3 теплопроводность равна 0,16 - 0,23 Вт/(м.оС).

Водопоглощение и морозостойкость ячеистых бетонов зависят от плотности и строения пор. При плотности ячеистых бетонов 700 - 900 кг/мЗ водопоглощение по массе колеблется в пределах 30 - 40%. Морозостойкость ячеистых бетонов несколько ниже, чем у легких бетонов. Для уменьшения водопоглощения и повышения морозостойкости рекомендуется получать ячеистые бетоны с равномерно распределенными мелкими замкнутыми порами.

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИБЕТОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Общие сведения о железобетоне

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором соединены в единое целое затвердевший бетон и стальная арматура, совместно работающие в конструкции. Как уже указывалось, бетон хорошо сопротивляется сжатию и плохо - растяжению; стальная же арматура хорошо работает на растяжение.

Балка лежащая на двух опорах и нагруженная сверху, испытывает в верхней зоне сжатие, а в нижней растяжение. Прочность балки, изготовленной только из бетона невелика, из-за малой сопротивляемости бетона растяжению. Разрушение балки наступает уже при небольшой нагрузке. При наличии же в нижней растянутой зоне стальной арматуры балка способна выдерживать значительную нагрузку. Совместная работа арматуры и бетона обусловлена большими силами сцепления между ними при равных величинах температурных деформаций. При этом стальная арматура в плотном бетоне хорошо защищена от коррозии.

Железобетонные конструкции по возведению конструкций. При этом строительная площадка превращается в монтажную, значительно сокращается трудоемкость бетонных и железобетонных работ, повышается их качество, а также резко ускоряются темпы строительства и снижается его стоимость.

Железобетонные изделия и конструкции изготовляют как с обычной, так и с предварительно напряженной арматурой. Обычный способ армирования (укладка стальных стержней, сеток или каркасов зону растяжения) не предохраняет изделие в процессе эксплуатации от появления в нем трещин. В эти трещины проникают влага и газы, которые вызывают способу изготовления разделяют на монолитные и сборные. Монолитные железобетонные конструкции возводят непосредственно на строительных площадках. Обычно их применяют в зданиях и сооружениях трудно поддающихся членению, при нестандартности и малой повторяемости элементов и при особенно больших нагрузках (фундаменты, каркасы и перекрытия многоэтажных промышленных зданий, гидротехнические, транспортные и другие сооружения).

Однако при их возведении затрачивается большое количество ручного труда и материалов на изготовление опалубки, подмостей и т.д. Значительные трудности возникают при бетонировании монолитных конструкций в зимнее время.

Сборные железобетонные конструкции значительно экономичнее монолитных, так как их выполняют на специализированных заводах и полигонах с рационально организованным высокомеханизированным технологическим процессом производства. Применение сборных железобетонных конструкций, по сравнению с монолитными, позволяет сократить расход стали , устранить нерациональное использование опалубки и поддерживающих лесов, перенести со строительной площадки на завод большую часть работ коррозию арматуры. Кроме того, с появлением трещин увеличивается прогиб изделия. Однако если до нагружения конструкции расчетными нагрузками предварительно сжать бетон, то опасность появления трещин в растянутой зоне конструкции резко снижается. Предварительное сжатие бетона осуществляют путем натяжения арматуры.

Различают два основных вида железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой: с натяжением арматуры до и после бетонирования. В первом случае арматуру предварительно растягивают и концы ее закрепляют на упорах фермы, затем укладывают бетонную смесь. После того как бетон приобретет определенную прочность, концы арматурных стержней освобождают от упоров, и арматура, стремясь вернуться в первоначальное ненапряженное состояние, сжимает бетон. Во втором случае изготовляют железобетонные конструкции с продольными каналами, куда затем пропускают арматурные стержни, которые растягивают, и их концы закрепляют анкерными устройствами на торцах конструкции. После этого каналы заполняют цементным раствором для защиты стальной арматуры от коррозии.

Применение железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой позволяет снизить массу конструкций, повысить их трещиностойкость и долговечность, а также сократить расход стали.

Виды бетонных и железобетонных изделий

Бетонные и железобетонные изделия в настоящее время применяют во всех областях строительства. Эти изделия классифицируют по назначению, виду бетона, строению, способу армирования и другим признакам.

По назначению сборные железобетонные изделия разделяют на четыре основные группы : для жилых и гражданских зданий, для промышленных зданий, для инженерных сооружений и различного назначения.

Изделия для жилых и гражданских зданий.

Изделия для фундаментов и подземных частей зданий: фундаментные блоки блоки стен подвала, сваи и другие изделия.

Фундаментные блоки (рис.1) изготовляют из тяжелого бетона и армируют их плоскими сварными сетками.

Блоки стен подвала сплошные и пустотелые (см. рис.1) прямоугольной формы и следующих размеров: длиной до 2,5 м, толщиной до 500 мм и высотой 700 мм.

Сваи, имеют квадратное поперечное сечение размером 300x300 мм и длину 6 - 12м.

Рис.1. Фундамент из сборных железобетонных элементов(1 - фундаментный блок; 2 - блок стен подвала)

Изделия для каркасов зданий. Каркасы зданий возводят из железобетонных колонн, ригелей и прогонов а также и других элементов. Длину колонн обычно принимают равной высоте двух этажей здания. Колонны соединяют между собой с ригелями и прогонами сваркой закладных деталей.

Стеновые блоки и панели. Стеновые блоки (рис. 2) изготовляют из легкого бетона.

Блоки наружных и внутренних стен делают сплошными и пустотелыми.

Стеновые панели наружных стен отапливаемых зданий изготовляют преимущественно однослойными из легкого или ячеистого бетона длиной 3600 и 7200 (на одну или две комнаты), высотой 2900 и толщиной 400 мм.

Рис.2. Крупные стеновые блоки.

Панели внутренних стен изготовляют из тяжелых бетонов толщиной от 120 до160 мм.

К изделиям для междуэтажных перекрытий относят настилы и панели перекрытий. Изделия шириной на всю комнату обычно называют панелями, а более узкие - плитами. Длина изделий междуэтажных перекрытий соответствует длине перекрываемого пролета, т, е. расстоянию между несущими стенами, и колеблется от 3,0 до 6,5 м.

Плиты перекрытий выпускают с круглыми и овальными пустотами. Пустоты снижают массу настилов, повышают звукоизоляцию и уменьшают расход бетона.

Изделия для покрытий. Чердачные крыши монтируют из железобетонных стропильных балок, панелей и плит покрытий. Стропильные балки покрытий изготовляют обычно односкатными длиной 6 м.

Панели (рис 3) и плиты покрытий выполняют ребристыми и плоскими из тяжелого бетона. Длина панелей и плит 6,0м, а ширина - 1,5 -З,0м. Панель совмещенной крыши комплектуют на заводе-изготовителе из двух ребристых железобётонных панелей-скорлуп, уложенных ребрами внутрь. Нижняя скорлупа служит потолком верхнего этажа дома, а верхняя -основанием гидроизоляционного слоя кровли. Между скорлупами укладывают утеплитель (полужесткие минераловатные плиты). Верхняя скорлупа по отношению к нижней имеет заданный уклон.

Изделия для сборных лестниц - лестничные марши, площадки, марши с полуплощадками и др.

Изделия различного назначения. В современном строительстве применяют санитарно-технические и вентиляционные блоки, отопительные панели, санитарно-технические кабины и другие изделия заводского изготовления из железобетона.

Изделия для промышленных зданий.

Изделия для фундаментов и подземны частей зданий: фундаментные блоки (рис.1), железобетонные сваи (рис. 5), специальные фундаменты под колонны (рис.4), фундаментные балки и др.

Изделия для каркасов зданий - колонны, подкрановые балки, фермы, балки покрытий (рис. 6) и арки.

Рис.3. Плиты перекрытий с круглыми (а) и овальными (б) пустотами.

Рис.4. Фундамент под колонну.

Рис.5. Железобетонные колонны сплошного сечения и двухветвевые

а - наружного ряда здания (одноконсольные); б - внутреннего ряда здания (двухконсольные).)

Изделия для инженерных сооружений

Сборные железобетонные изделия широко используют в горном деле, а также в транспортном, сельскохозяйственном, гидротехническом и других видах строительства.

В горном деле железобетонные конструкции применяют в качестве элементов крепи горизонтальных и наклонных выработок: затяжек, стоек и вёрхняков для трапециевидных и арочных крепей, а также сегментов и тюбингов кольцевых крепей. Для крепления вертикальных выработок применяют жёлезобетонные тюбинги.

Изделия для транспортного строительства: сборные железобетонные строения мостов, трубы больших диаметров, опоры контактной сети электрифицированных железных дорог, шпалы, тюбинги и др.

В дорожном строительстве применяют плиты покрытий дорог, тротуарные плиты и бордюрные камни.

Изделия для сельскохозяйственных сооружений - элементы сборных силосных ям, башен и траншей, а также детали каркаса теплиц и т. п.

Изделия для гидротехнического строительства имеют довольно широкую номенклатуру: плиты, оболочки и др.

К изделиям различного назначения относят железобетонные трубы, сборные колодцы и коллекторы, стойки под светильники, сборные отрады и пр. Железобетонные трубы разделяют на безнапорные и напорные. Безнапорные трубы применяют для устройства наружных сетей и водоводов. Диаметр труб 300 - 2500 мм. Их изготовляют из бетона марки не ниже МЗОО с особыми требованиями по водонепроницаемости и коррозионной стойкости.

Рис.6. Железобетонные балки(а - односкатная; б - двухскатная; в - сегментная)

Рис.7. Сегментная (а) и безраскосая (б) железобетонные фермы покрытий.

Производство железобетонных изделий

Технология железобетонных изделий. Производство железобетонных изделий включает следующие основные технологические процессы: приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры и армирование изделий, формование, тепловлажностная обработка и отделка поверхностей.

Изготовление арматуры. Обычную ненапрягаемую арматуру из сварных сеток и каркасов изготовляют в арматурном цехе заводов железобетонных изделий. Арматуру очищают от окалины и режут на стержни заданной длины. Затем стержням гнутьем на станках придают требуемую форму и сваривают точечной сваркой.

Формование изделий. Процесс формования железобетонных изделий состоит из следующих основных операций: очистки, сборки и смазки форм, укладки в форму арматуры, укладки в форму бетонной смеси и ее уплотнения.

Тепловлажностная обработка изделий. Для ускорения твердения бетона свежесформованные изделия подвергают тепловлажностной обработке: пропаривание при нормальном давлении и температуре 700-1000С в камерах непрерывного или периодического действия. При этом за 8 - 14 ч бетон изделий приобретает прочность, равную примерно 70 % марочной. Может применяться также контактный обогрев (от нагреваемых поверхностей форм) или запаривание в автоклаве, где создают давление насыщенного пара 0,8 - 1,2 МПа (изб.) - в течение 8 - 10 ч получают изделия с высокой прочностью и долговечностью.

Отделка лицевых поверхностей изделий: фактурная обработка поверхностного слоя конструктивного бетона, отделка цветными растворами и бетонами, отделка слоем песка, дробленого камня и стекла, облицовка керамическими и стеклянными плитками и др.

Способы производства железобетонных изделий

На современных предприятиях производства сборного железобетона применяют следующие способы производства: стендовый, поточно-агрегатный, конвейерный, кассетный и непрерывного вибропроката.

При стендовом способе производства крупногабаритные железобетонные изделия изготовляют в неподвижных формах на плоских стендах или матрицах, а технологические механизмы и агрегаты перемещаются от поста к посту и последовательно на каждом посту выполняют соответствующие операции. Этот способ требует больших производственных площадей.

При поточно-агрегатном способе производства формуемые железобетонные изделия перемещают по потоку от одного технологического поста к другому при помощи транспортных средств. На каждом посту установлено стационарное оборудование - агрегаты, выполняющие отдельные технологические операции. Для этого способа требуются наибольшие производственные площади, капитальные затраты и время.

При конвейерном способе производства формуемые на поддонах-тележках железобетонные изделия перемещаются по технологическому потоку с заданным принудительным ритмом. Этот способ характеризуется максимальным расчленением производственного процесса на отдельные операции и применяется только на заводах большой мощности, выпускающих небольшой ассортимент изделий.

Кассетный способ - качественно новая форма стендовой технологии, получившая широкое развитие в производстве железобетонных изделий для крупнопанельного домостроения. Основной особенностью кассетного способа производства является вертикальное формование изделий в стационарных кассетных установках, состоящих из нескольких вертикальных металлических форм - отсеков. В каждый отсек помещают арматурный каркас, после чего его заполняют бетонной смесью. Уплотняют смесь навесными или глубинными вибраторами

Этот способ обеспечивает более высокую производительность труда, требует меньших производственных площадей, расхода пара и электроэнергии.

Способ непрерывного вибропроката. Это полностью механизированный и автоматизированный процесс производства железобетонных изделий, выполняется на установке непрерывного действия - вибропрокатном стане. Вибропрокатный стан представляет собой движущийся конвейер, состоящий из формующей ленты , натяжной и приводной станций, формующей и калибрующей секции, а также секции тепловой обработки. На непрерывно движущуюся формующую ленту, выполненную из объемных или плоских пластин, распылителем наносят смазку, после чего укладывают арматурные каркасы и подается бетонная смесь. Бетоноукладчик равномерно распределяет ее по ширине формующей ленты. Уплотнение происходит за счет вибрации вибробалки, расположенной под формующей лентой.

Складирование железобетонных изделий

При разгрузке у заказчика осматривается каждое крупное изделие (несущие конструктивные элементы и детали): проверяют, нет ли трещин, искривлений и других дефектов. Мелкие (ненесущие) детали осматривают выборочно.

Железобетонные изделия на приобъектных складах укладывают в штабеля так, чтобы их заводскую маркировку можно было легко прочитать со стороны прохода или проезда, а монтажные петли обращены кверху. Особое внимание уделяют укладке железобетонных плит с односторонним армированием. На таких изделиях имеется треугольный значок, вершина которого указывает верх изделия в рабочем положении. Положение железобетонных изделий в штабеле, за исключением колонн, опор, свай и др., а также способы опирания изделий при хранении должны воспроизводить условия их работы в сооружении, не вызывать перенапряжений в бетоне и повреждений изделий.

Стеновые панели и крупнопанельные перегородки хранят в специальных металлических кассетах или пирамидах, которые устанавливают на опорные брусья в вертикальном или наклонном (в пределах 10 - 12о) положении.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

Виды строительных растворов

Строительным раствором называют искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания правильно подобранной смеси вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя (песка) и в необходимых случаях различных добавок (минеральных, поверхностно-активных, химических и др.). Смесь этих материалов до затвердевания называют растворной смесью.

По своему составу строительный раствор является мелкозернистым бетоном, и для него справедливы закономерности, присущие бетонам.

Строительные растворы начали применять еще несколько тысячелетий назад, например, при сооружении пирамид в Египте. Широко используют их и в настоящее время при возведении различных зданий и сооружений. Строительные растворы характеризуются большим разнообразием видов и могут быть классифицированы на группы в зависимости от плотности, вида вяжущего и назначения.

По плотности в сухом состоянии растворы разделяют на тяжелые плотностью 1500 кг/м3 и более (для их изготовления применяют тяжелые кварцевые или другие пески) и легкие плотностью менее 1500 кг/м3 (заполнителями в них являются легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и других легких мелких материалов).

По виду вяжущего вещества строительные растворы делят на : цементные (на портландцементе или его разновидностях); известковые (на воздушной или гидравлической извести); гипсовые (на основе гипсовых вяжущих веществ - строительного гипса, ангидритовых вяжущих); смешанные (на цементно-известковом, цементно-глиняном, известково-гипсовом вяжущем).

Растворы, приготовленные на одном вяжущем, называются простыми, а на нескольких вяжущих - смешанными, или сложными.

Вяжущее выбирают в зависимости от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации зданий и сооружений.

По назначению различают строительные растворы кладочные, применяемые для каменных кладок и монтажа стен из крупноразмерных элементов, отделочные, используемые для штукатурки, нанесения декоративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, обладающие особыми свойствами (гидроизоляционные, акустические, рентгенозащитные и т. д.).

Вяжущим для простых растворов служат портландцементы, пуццолановые портландцементы, шлакопортландцементы и специальные низкомарочные цементы, например песчаный портландцемент марки 200, а также известь и гипс. Для экономии гидравлических вяжущих и улучшения технологических свойств строительных растворов широко применяют смешанные вяжущие.

Известь в строительных растворах применяют в виде известкового теста или молока. Гипс используют главным образом в штукатурных растворах как добавку к извести.

Вода для затворения растворов не должна содержать примесей, оказывающих вредное влияние на твердение вяжущего вещества. Пригодной для затворения растворов является водопроводная вода.

В качестве мелкого заполнителя для тяжелых строительных растворов применяют кварцевые и полевошпатовые природные пески, а также пески, полученные дроблением плотных горных пород, для легких растворов - пемзовые, туфовые, шлаковые пески. Наибольший размер зерен песка не должен превышать 2,5 мм. Содержание в песке глинистых, илистых и пылевидных частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 10 %. В то же время песок признают пригодным для кладочных растворов, если в нем не содержится органических примесей.

С целью улучшить удобоукладываемость растворных смесей в их состав вводят пластифицирующие добавки. В качестве минеральной пластифицирующей добавки в цементные и известковые растворы используют глину в виде глиняного молока или тонкомолотого порошка. Кроме того, в растворы для той же цели вводят тонкомолотые гидравлические добавки - трепел, вулканический пепел и др. В качестве органических пластификаторов применяют СДБ, подмыльный щелок (ПМЩ), мылонафт и др.

В состав растворов, предназначенных для применения в зимних условиях, вводят ускорители твердения, а также добавки, снижающие температуру замерзания воды (хлористый кальций, хлористый натрий, поташ, нитрат натрия и др.).

Свойства растворных смесей и растворов

Строительные растворы по существу являются мелкозернистыми бетонами, поэтому по аналогии с бетонами перед изучением строительных растворов следует рассмотреть свойства свежеприготовленных растворных смесей.

Свойства растворных смесей. Основным свойством растворной смеси является удобоукладываемость, под которой понимают способность смеси укладываться на поверхности тонким однородным слоем. Удобоукладываемость смесей зависит от степени их подвижности и водоудерживающей способности.

Подвижностью растворной смеси называют ее способность легко растекаться по поверхности камня тонким слоем и заполнять все неровности до основания. Степень подвижности растворной смеси определяют при помощи стандартного конуса массой 300 г с углом вершины 30о и высотой 15 см (рис1). Конус погружают в растворную смесь вершиной. Чем больше глубина его погружения, тем большей подвижностью обладает растворная смесь. За показатель подвижности принимают глубину погружения конуса в сантиметрах.

Рис.1. Стандартный конус для определения подвижности растворной смеси

- подвижный стержень с конусом; 2 - линейка; 3 - штатив; 4 - сосуд с растворной смесью)

Степень подвижности смеси зависит от количества воды затворения, от состава и свойств исходных материалов. Для повышения подвижности растворных смесей в их состав вводят пластифицирующие минеральные добавки. Пластифицирующие добавки позволяют достигать требуемую подвижность растворной смеси при меньшем расходе воды и цемента, т. е. получать растворы большей прочности или экономить цемент.

Рабочую подвижность раствора в летних и зимних условиях принимают в зависимости от его назначения и вида стенового материала.

Водоудерживающей способностью называют свойство растворной смеси удерживать воду при укладке ее на пористое основание и не расслаиваться в процессе транспортирования. В том случае, когда растворная смесь обладает хорошей водоудерживающей способностью, частичное отсасывание воды уплотняет растворную смесь в кладке, что повышает прочность раствора. Водоудерживающая способность зависит от соотношения составных частей растворной смеси. Она повышается при увеличении расхода цемента, замене части цемента известью, введении высокодисперсных добавок (зол, глин и др.), а также некоторых поверхностно-активных веществ.

Свойства строительных растворов. Основные свойства строительных растворов - прочность и морозостойкость.

Прочность затвердевшего раствора зависит от активности вяжущего, водоцементного отношения, длительности и условий твердения (температуры и влажности окружающей среды). При укладке растворных смесей на пористое основание, способное интенсивно отсасывать воду, прочность затвердевших растворов значительно выше, чем тех же растворов, уложенных на плотное основание.

Прочность раствора характеризуется его маркой. Марку раствора устанавливают по пределу прочности при сжатии образцов в виде кубов размером 70,7х70,7х70,7мм или балочек размером 40х40х160мм, изготовленных из растворной смеси после 28-суточного твердения их при 15- 25оС. Для строительных растворов предусмотрены следующие марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 и 300.

Растворы, как и бетон, при нахождении в нормальных условиях способны твердеть и набирать прочность в течение длительного времени. Например, средняя прочность раствора в возрасте 7 сут. составляет 40 - 50 % марочной, 14 сут. - 60 - 75%, 60 сут. - 120 % и 90 сут. - 130%. Если твердение цементных и смешанных растворов происходит при температуре, отличной от 15оС, то величину относительной прочности этих растворов принимают по специальным таблицам.

При применении растворов на шлакопортландцементе и пуццолановом портландцементе следует учитывать резкое замедление нарастания прочности при температуре твердения ниже 10оС, а при температуре ниже 0оС их твердение практически прекращается.

Морозостойкость затвердевшего раствора характеризуется следующими марками: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300. Требуемую марку раствора получают расчетом и подбором состава. Проверяют морозостойкость раствора путем испытания образцов-кубов в морозильных камерах.

Растворы для каменной кладки и монтажа полносборных зданий

Прочность, монолитность и долговечность каменной кладки и полносборных зданий в значительной мере зависят от качества применяемого раствора. Марки, вид и составы растворов для различных видов каменных и монтажных работ устанавливают с учетом требований по прочности, характера конструкций и условий эксплуатации.

В современном гражданском и промышленном строительстве чаще всего применяют строительные растворы марок 10, 25, 50, 75 и 100.

Для каменной кладки наружных стен зданий используют преимущественно смешанные цементно-известковые и цементно-глинянные растворы с минимальными марками от 10 до 50 в зависимости от вида ограждений, влажностных характеристик грунтов и требуемой степени долговечности конструкций.

При монтаже стен из бетонных панелей горизонтальные швы заполняют растворами марок не ниже 100 для панелей из тяжелого бетона и не ниже 50 для панелей из легкого бетона. Горизонтальные и вертикальные швы в стенах из крупных блоков и панелей расшивают растворами марки 50. При возведении жилых каркасно-панельных зданий для замоноличивания швов и стыков применяют цементные растворы марки 200. Цементные растворы марок 50 и 75 используют для подземной кладки и кладки ниже гидроизоляционного слоя, когда грунт насыщен водой, т. е. в тех случаях, когда необходимо получить раствор высокой прочности и водостойкости.

Подвижность кладочных растворов, в зависимости от их назначения и способа укладки, принимают следующей: для кладки стен из сплошного кирпича, бетонных камней и камней из легких горных пород - 9-13 см, для кладки стен из пустотелого кирпича или керамических камней - 7-8 см, для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из бетонных блоков и панелей и для расшивки вертикальных и горизонтальных швов - 5-7 см, для бутовой кладки - 4-6 см, а для заливки пустот в ней - 13-15 см. Для кладки стен из сухих и пористых каменных материалов употребляют растворы с большей подвижностью, а для кладки из влажных и плотных материалов - с меньшей.

Составы строительных растворов, как правило, подбирают по готовым таблицам, а качество полученных растворов проверяют лабораторными испытаниями.

Для повышения пластичности цементных растворов в их состав обычно вводят органические пластификаторы в количестве 0,03 - 0,2% по массе цемента.

Стены из кирпича и других материалов в зимнее время кладут, как правило, способом замораживания, т. е. с применением подогретого раствора, при этом замерзание раствора допускается спустя некоторое время после обжатия его кирпичом.

При монтаже стен из панелей и крупных блоков, при кладке из обычного кирпича в зимних условиях марку раствора по прочности назначают в соответствии с рекомендацией проекта, а также с учетом температуры наружного воздуха. При среднесуточной температуре воздуха до -3оС марку раствора оставляют такой же, как и в летнее время, при температуре от -4 до -20оС ее повышают на одну ступень, при температуре ниже -20оС - на две ступени.

При кладке стен из кирпича выбор температуры раствора зависит от температуры наружного воздуха:

Температура наружного воздуха, оСдо -10от -11 до -20ниже -20температура раствора, оС101520

Растворы следует приготовлять в утепленных растворных узлах с применением горячей воды (не выше 80оС) и подогретого песка (не выше 60оС). Для снижения температуры замерзания раствора в его состав рекомендуется вводить добавку - нитрит натрия в количестве 5% по массе воды затворения.

У рабочего места раствор хранят в утепленных ящиках с крышками, а при температуре воздуха ниже -10оС обогревают через дно и стенки ящиков трубчатыми электронагревателями. Схватившийся или замерзший раствор отогревать горячей водой и пускать в дело запрещается.

При монтаже крупнопанельных зданий повышенной этажности как в летних, так и в зимних условиях с успехом применяют цементно-песчаную пасту, которую приготовляют непосредственно на строительной площадке из сухих готовых смесей состава 1:1 (портландцемент : мелкий песок). В качестве пластифицирующей противоморозной добавки при приготовлении цементно-песчаной пасты вводится раствор нитрита натрия. Тонкий шов цементно-песчаной пасты приобретает в 28-суточном возрасте прочность до 40 МПа и надежно соединяет панели. В зимних условиях при наружной температуре до -10оС нитрит натрия вводят в количестве 5%, по массе цемента, при температуре до -20оС - 10%. В последнем случае цементно-песчаная паста через 28 сут набирает прочность около 10 МПа.

Отделочные растворы

Отделочные растворы разделяют на два основных вида: растворы для обычных штукатурок и декоративные растворы.

Штукатурные растворы в зависимости от области применения разделяют на растворы для наружных и растворы для внутренних штукатурок. Штукатурные растворы приготовляют на цементах, цементно-известковых, известковых, известково-гипсовых и гипсовых вяжущих. Составы штукатурных растворов устанавливают с учетом их назначения и условий эксплуатации зданий. Штукатурные растворы должны обладать необходимой степенью подвижности, иметь хорошее сцепление с основанием и не вызывать образования трещин штукатурки.

Подвижность штукатурных растворов, определяемая глубиной погружения стандартного конуса, и предельная крупность применяемого песка для слоя штукатурки различны. Подвижность раствора для подготовительного слоя при механизированном нанесении составляет 6-16 см, а при ручном нанесении - 8-12 см. Наибольшая крупность песка при этом не должна превышать 2,5 мм. Растворы отделочного слоя обычно имеют подвижность 0-12 см. Их приготовляют на мелком песке с наибольшей крупностью зерен 1,25 мм.

Для внутренней штукатурки стен и перекрытий зданий при относительной влажности воздуха помещений до 66% используют известковые, гипсовые, известково-гипсовые и цементно-известковые растворы. Для штукатурки наружных стен зданий служат цементно-известковые растворы. Для наружной штукатурки цоколей, поясков, карнизов и других участков стен, подвергающихся систематическому увлажнению, применяют цементные и цементно-известковые растворы на портландцементах.

Декоративные цветные растворы предназначены для заводской отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и крупных блоков, а также для отделки фасадов зданий и внутренней отделки общественных зданий. В качестве вяжущего в декоративных растворах применяют белый, цветные и обычные портландцементы, а для цветных штукатурок внутри зданий - известь и гипс. Заполнителями в цветных декоративных растворах служат чистый кварцевый песок и песок, полученный дроблением гранита, мрамора, туфа, известняка и других белых и цветных горных пород. В состав раствора отделочного слоя вводят в небольшом количестве слюду, вермикулит или дробленое стекло. В качестве красителей употребляют щелочестойкие и светостойкие природные и искусственные пигменты (сурик железный, охра, мумия, ультрамарин, оксид хрома и др.).

Декоративные растворы, применяемые для отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и крупных стеновых блоков, а также для штукатурки фасадов зданий, должны иметь марки по прочности при сжатии не менее 150МПа для отделки железобетонных панелей и 50Мпа - для отделки панелей из легких бетонов и штукатурки фасадов зданий. Марка декоративных растворов по морозостойкости Мрз должна быть не менее 35. Водопоглощение растворов не должно превышать 8%.

Фактурную обработку панелей, имеющих слой декоративного раствора, производят на заводе в процессе формования изделий (рельефные матрицы и т. п.) или после затвердевания раствора (обработка поверхности абразивными дисками и др.).

Специальные растворы

К специальным растворам, применяемым в строительстве, относятся: гидроизоляционные, инъекционные, акустические и рентгенозащитные.

Гидроизоляционные растворы используют при отделке поверхностей различных емкостей для жидких продуктов, стен подвалов и др. Их готовят на портландцементе, сульфатостойком портландцементе и водонепроницаемом расширяющемся цементе. Ориентировочный состав растворов для гидроизоляционной штукатурки 1:2,5 или 1:3,5 (цемент : песок по массе). Для повышения водонепроницаемости этих растворов в их состав в процессе приготовления вводят различные уплотняющие добавки (алюминат натрия, хлорное железо, битумную эмульсию, латексы и др.).

Инъекционные растворы служат для заполнения каналов в предварительно напряженных конструкциях с целью защитить арматуру от коррозии. Они могут быть в виде цементно-песчаного раствора, приготовленного на мелком песке, или в виде цементного теста. В качестве вяжущего используют портландцемент марки 400 и выше, расход которого должен быть в пределах 1100-1400 кг на 1 м3 цементно-песчаного раствора и 1300-1600 кг на 1 м3 цементного теста. Марка инъекционного раствора должна быть не ниже 300. В состав растворной смеси для уменьшения ее вязкости добавляют поверхностно-активные вещества (СДБ или мылонафт) в количестве не более 0,2 % по массе цемента.

Акустические растворы применяют для получения звукопоглощающей штукатурки. В качестве вяжущих используют портландцемент, шлакопортландцемент, известь, гипс или их смеси. Заполнителями служат однофракционные пески крупностью 3-5 мм из легких пористых материалов: пемзы, перлита, керамзита и др. Количество вяжущего и зерновой состав заполнителя в акустических растворах должны обеспечивать открытую незамкнутую пористость раствора и плотность 600-1200 кг/м3.

Рентгенозащитными растворами оштукатуривают стены и потолки рентгеновских кабинетов. Их приготовляют из портландцемента или шлакопортландцемента и баритового песка с зернами не более 1,25 мм. Для повышения защитных свойств в их состав рекомендуется вводить вещества, содержащие легкие элементы: литий, кадмий и др. Плотность рентгенозащитных растворов обычно превышает 2200 кг/м3.

Приготовление и транспортирование растворов

Строительные растворы приготовляют в централизованном порядке на бетонно-растворных заводах или в растворосмесительных узлах. На механизированных приобъектных установках растворы готовят лишь при малых объемах работ и отдаленном расположении централизованного предприятия.

Процесс приготовления растворов включает подготовку исходных материалов, их дозирование и смешивание.

Материалы подготавливают для того, чтобы не допустить попадания в раствор вредных примесей. При содержании в песке крупных включений (гравия, комьев глины) его предварительно просеивают. Известковое и глиняное тесто доводят до необходимой консистенции, а органические пластификаторы и химические добавки растворяют в подогретой воде в количестве, необходимом для получения растворов рабочей концентрации. Дозируют вяжущие материалы при приготовлении растворов по массе, а песок и воду - по объему.

Растворы приготовляют в растворосмесителях периодического действия емкостью 150, 375 и 750 л или в растворосмесителях непрерывного действия. Продолжительность перемешивания тяжелых растворов с момента окончания загрузки материалов в растворосмеситель - 1-2 мин, легких растворов с органическими пластификаторами - до 4 мин.

В настоящее время кроме пластичных растворов приготовляют централизованно на специальных установках сухие растворные смеси различных составов (кладочные, штукатурные и др.). Их затворяют водой в растворосмесителях малой емкости, которые обычно устанавливают непосредственно на строительной площадке.

Строительные растворы транспортируют к месту потребления в специально оборудованных автоцистернах или автосамосвалах.

Каждая партия поступившего на стройку раствора должна быть снабжена паспортом, в котором указывают наименование и номер партии, ее объем и дату изготовления, марку, состав, подвижность и водоудерживающую способность раствора.

ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯНА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Силикатные материалы и изделия

Силикатными материалами и изделиями называются необожженные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих - асбестоцементные, гипсовые и гипсобетонные, силикатные (на основе извести) и магнезиальные с заполнителями (кварцевым песком, шлаком, золой, пемзой, опилками и т. д.). Области применения их чрезвычайно обширны - от несущих и ограждающих конструкций до отделки зданий и сооружений.

Силикатные изделия получают в результате формования и последующей автоклавной обработки смеси извести или других вяжущих веществ на ее основе, тонкодисперсных кремнеземистых добавок, песка и воды.

Силикатный кирпич - искусственный каменный материал, изготовляемый из смеси кварцевого песка и извести путем прессования под большим давлением и последующего твердения в автоклаве. Исходными материалами являются воздушная известь - 6-8% в расчете на СаО, кварцевый песок - 92-94% и вода - 7-8% по массе сухой смеси.

Существуют две схемы производства силикатного кирпича: силосная и барабанная. По силосной схеме известь, совместно с песком, гасят в силосах в течение 4-8 ч. По барабанной схеме известь, совместно с песком, гасят во вращающихся барабанах с подводом пара под избыточным давлением до 0,5 МПа благодаря чему процесс гашения длится 30-40 мин.

Погашенная смесь извести и песка увлажняется, перемешивается и прессуется под давлением 15-20 МПа, в результате получается сырец, который укладывают на вагонетки и направляют в автоклавы на 10-14 ч для запаривания под давлением насыщенного пара 0,8 МПа (изб.) при температуре около 175оС. Прочность силикатного кирпича растет в течение некоторого времени и после выгрузки из автоклава (на воздухе).

Силикатный кирпич выпускают двух видов: одинарный (размером 250х120х65 мм) и модульный (размером 250х120х88 мм). Модульный кирпич изготавливают с технологическими пустотами, замкнутыми с одной стороны. Цвет кирпича светло-серый, но он может быть и цветным за счет введения в состав смеси щелочестойких минеральных пигментов.

Благодаря прессованию под большим давлением и отсутствию усадочных явлений размеры силикатного кирпича выдержаны более точно, чем у глиняного. Плотность его несколько выше, чем у керамического кирпича - 1800-1900 кг/м3, теплопроводность - 0,82 - 0,87 Вт/(м оС). В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич изготавливают шести марок: 75, 100, 125, 150, 200 и 250. Морозостойкость силикатного кирпича не ниже Мрз 15, водопоглощение 8-16% по массе.

Области применения силикатного кирпича такие же, как и керамического кирпича. Однако он не рекомендуется для кладки фундаментов и стен в условиях высокой влажности, так как воздействие грунтовых и сточных вод вызывает его разрушение. Нельзя использовать силикатный кирпич в конструкциях, подверженных действию высоких температур (в печах, дымовых трубах и т. п.).

Силикатными бетонами называют большую группу бетонов автоклавного твердения, получаемых на основе известково-песчаного, известково-зольного или других известково-кремнеземистых вяжущих. Кроме того, в качестве вяжущего могут использовать молотые доменные шлаки.

Плотный мелкозернистый силикатный бетон, в отличие от тяжелого бетона, в своем составе не содержит крупного заполнителя (гравия или щебня). Структура силикатного бетона более однородна, а стоимость значительно ниже.

Прочность его при сжатии колеблется в довольно широких пределах (15-60 МПа) и зависит от состава смеси, режима автоклавной обработки и других факторов. Водостойкость силикатного бетона удовлетворительная. При полном водонасыщении снижение их прочности не превышает 25%. Морозостойкость - 25-50 циклов, а при добавке портландцемента она повышается до 100 циклов.

Из плотного силикатного бетона выполняют крупные стеновые блоки наружных стен с щелевыми пустотами и внутренних несущих стен, панели и плиты перекрытий, колонны, балки и прогоны, лестничные площадки и марши, цокольные блоки и другие армированные изделия.

В легких силикатных бетонах в качестве заполнителей используют керамзит, гранулированный шлак, шлаковую пемзу и другие пористые материалы в виде гравия и щебня. Из легких силикатных бетонов на пористых заполнителях изготовляют блоки и панели наружных стен жилых зданий.

Ячеистые силикатные бетоны, в зависимости от способа образования пористой структуры, разделяют на пено- и газосиликаты. Их получают при автоклавной обработке известково-песчаной пластичной смеси, в состав которой вводят устойчивую пену (пеносиликат) или алюминиевую пудру и другие газообразователи (газосиликат).

По назначению легкие и ячеистые силикатные бетоны делят на : теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные.

Изделия из силикатобетона не рекомендуются для конструкций, подверженных значительному увлажнению (фундаментов, цоколей, подоконников, карнизов и др.).

Гипсовые и гипсобетонные материалы и изделия

Гипсовые изделия получают из гипсового теста. Для улучшения свойств изделий в гипсовое тесто вводят в небольшом количестве тонкомолотые минеральные или органические наполнители.

Гипсобетоны - в них помимо гипса и воды применяют пористые заполнители - минеральные (топливные и доменные шлаки, ракушечник и др.) и органические (опилки, сечка из соломы, камыш и др.). Они обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью и высокими звукоизоляционными свойствами. Кроме того, они хорошо поддаются механической обработке и легко окрашиваются.

Имеется довольно широкая номенклатура гипсовых и гипсобетонных изделий: гипсокартонные листы, плиты и панели для перегородок, панели для основания пола и др.

Гипсокартонные листы представляют листовой отделочный материал, изготовляемый из строительного гипса с минеральными или органическими добавками (или без них) и оклеенный с обеих поверхностей картоном (в том числе декоративным).

Гипсокартонные листы выпускают шириной 1,2, длиной 2,5-3,3 м и толщиной 8-12 мм. Листы обладают большой плотностью, малой тепло- и звукопроводностью, не горят, их легко резать. Однако они плохо сопротивляются изгибу и разрушаются под действием влаги, поэтому влажность листов не должна превышать 2 %.

Применяют для внутренней отделки каменных и деревянных стен, перегородок и потолков в помещениях с относительной влажностью воздуха до 60%.

Гипсовые плиты для перегородок могут быть гипсовыми и гипсобетонными, их выпускают сплошными и пустотелыми шириной 400-800, толщиной 80-100 мм. Лицевые поверхности плит гладкие или рифленые. Плотность их 1000-1300 кг/м3, прочность при сжатии 3-4 МПа, влажность - не более 8% по массе. Они огнестойки, гигроскопичны, обладают хорошими теплозвукоизоляционными свойствами. Перегородочные плиты применяют для устройства не несущих перегородок гражданских и промышленных зданий при отсутствии систематического увлажнения.

Гипсобетонные панели широко используют в индустриальном строительстве для устройства самонесущих перегородок, а также для основания полов и других целей.

Перегородочные панели представляют собой плоские плиты длиной на комнату или на часть комнаты, шириной, равной высоте этажа, толщина панели обычно 80-100 мм. Они могут быть сплошными или с проемами для дверей.

Панели для основания пола выполняют из гипсобетона на гипсоцементно-пуццолановых вяжущих и армируют деревянным каркасом. Панели выпускают толщиной 50-60 мм и размером по длине и ширине на комнату или на часть комнаты при больших размерах помещений. Качество их поверхности должно быть таким, чтобы можно было без дополнительных затрат укладывать линолеум, плитки или выполнять покрытия мастичными материалами.

Асбестоцементные изделия

Асбестоцемент - строительный материал, представляющий собой затвердевший цементный камень, армированный волокнами асбеста. Асбестоцементные изделия получают формованием смеси асбеста (10-20%), портландцемента (80-90%) и воды. Волокна асбеста выполняют роль своеобразной арматуры асбестоцементных изделий, а портландцемент марки не ниже 400, без добавок (кроме гипса), затворенный водой, является связующим веществом.

Асбест в природе встречается в основном в виде минерала - хризолит-асбеста, характеризующегося волокнистостью строения и способностью расщепляться на тончайшие и прочные волокна. Длина волокон асбеста колеблется от долей миллиметра до 40 мм. Чем длиннее волокна асбеста, тем выше его сорт. Для производства асбестоцементных изделий используют коротковолокнистый асбест 3, 4, 5 и 6 сортов. Асбест не горит, имеет малую тепло- и электропроводность.

Технологический процесс получения асбестоцементных изделий состоит в следующем: обминании и распушивании асбеста; тщательном смешивании распушенного асбеста с цементом и разжижении полученной асбестоцементной смеси водой; формовании изделий в формовочных машинах; предварительном твердении, тепловой обработке сформованных изделий и механической обработке (обрезка, волнировка) асбестоцементных изделий.

Асбестоцементные изделия обладают высокой прочностью, морозостойкостью и малой водопроницаемостью. Они теплостойки, имеют пониженную теплопроводность, их сравнительно легко обрабатывать. Под влиянием влаги они не корродируют, со временем их прочность несколько увеличивается. Недостаток асбестоцементных изделий - малое сопротивление удару и коробление.

В современном строительстве широко применяют разнообразные асбестоцементные изделия: плитки и листы (профилированные и плоские) облицовочные и кровельные, панели с теплоизоляционным слоем, напорные и безнапорные трубы, муфты, короба, подоконные и электроизоляционные доски, изделия специального назначения, малые архитектурные формы (цветочницы, вазы и пр.).

Профилированные листы изготовляют из асбестоцемента волнистыми (обыкновенного и усиленного профиля) и полуволнистыми.

Листы волнистые имеют форму прямоугольника с шестью волнами, направление гребней которых совпадает с направлением большой стороны прямоугольника. Длина волнистых листов обыкновенного профиля (ВО) 1200, ширина около 700 и толщина 5,5 мм. Листы волнистые усиленного профиля (ВУ) несколько толще, что позволяет изготовлять их больших размеров. Длина их 2800, ширина около 1000 и толщина 8 мм. В последние годы разработан новый тип асбестоцементных волнистых листов - СВ-40-250 размером 2500х1150х6 мм. По сравнению с ранее выпускаемыми листами ВО эти листы имеют большую полезную площадь и меньший расход асбестоцемента на 1 м2 полезной площади.

Листы профилированные должны быть строго прямоугольной формы, без трещин и отколов. Профилированные асбестоцементные листы применяют для устройства кровель, облицовки стен, ограждений балконов и т. п.

Плоские облицовочные асбестоцементные плиты выпускают непрессованными и прессованными повышенной прочности толщиной 4-10, шириной до 1600 и длиной до 2800 мм. В процессе формования их лицевую поверхность отделывают в зависимости от назначения декоративным асбестоцементным слоем, окрашивают водостойкими эмалями, полируют, а также делают рельефной, имитирующей керамическую глазурованную плитку. Плиты, окрашенные водостойкими эмалями, в последнее время с успехом применяют для облицовки панелей, потолков, кухонь жилых и общественных зданий.

Кровельные и стеновые панели. Кровельная панель - слоистая конструкция, состоящая из двух асбестоцементных листов, склеенных между собой по контуру асбестоцементной мастикой и образующих замкнутую оболочку, внутри которой уложен минераловатный утеплитель. Масса панели не превышает 100 кг. Применяют эти панели для покрытия кровель производственных и культурно-бытовых зданий с уклоном не менее 5-7о. Размеры плит панелей покрытий позволяют перекрывать пролеты до 3 м.

Стеновая панель представляет собой трехслойную конструкцию: наружный и внутренний облицовочный слои ее состоят из прессованного асбестоцемента, а средний слой - из теплоизоляционного материала (пеностекло, минераловатные плиты, цементный фибролит, пенопласт и др.). Стеновые панели можно изготовлять с каркасом из металла, асбестоцемента, древесины или без каркаса. В зависимости от вида утеплителя толщина асбестоцементной панели колеблется в пределах 12-20см, 1м2 такой панели имеет массу 120-180 кг, что значительно меньше массы любой стеновой панели.

Стеновые асбестоцементные панели применяют при строительстве каркасно-панельных зданий.

Трубы и короба. Применяют для водопроводов (напорные трубы), канализации (безнапорные трубы), газопроводов и сетей механизированного орошения полей.

Трубы имеют длину 2950 - 3950, внутренний диаметр 50 - 500, толщину стенок 9 - 43,5 мм. Трубы должны быть прямыми, строго цилиндрической формы, с гладкой внутренней поверхностью и без трещин. Напорные трубы выпускают нескольких марок с рабочим давлением от 0,3 до 1,2 МПа. Длина канализационных труб 2500-4000, внутренний диаметр 50-600, толщина стенок 7-18 мм. Для соединения водопроводных и канализационных труб используют соединительные асбестоцементные муфты.

Вентиляционные короба изготавливают круглого и прямоугольного сечения, безраструбные или с раструбом на одном конце.

Изделия на основе магнезиальных вяжущих

Материалы на основе магнезиальных вяжущих получают, используя в качестве органических заполнителей древесные опилки, шерсть или стружки.

Магнезиальные вяжущие вещества (каустические магнезит или доломит), затворенные раствором хлористого магния, надежно соединяются с органическими заполнителями и защищают их от гниения. Их применяют для изготовления ксилолита и фибролита.

Ксилолит - искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания смеси древесных опилок и магнезиального вяжущего, затворенного раствором хлористого магния. В смесь вводят также добавки, улучшающие свойства материала - тальк, асбест, кварцевый песок и красители. Его применяют для устройства бесшовных полов. Ксилолитовые полы относят к теплым, бесшумным покрытиям, гладким, хорошо сопротивляющимся истиранию и динамическим нагрузкам. Однако они имеют низкую водостойкость. Из ксилолита можно изготовлять путем прессования квадратные или шестиугольные плитки для полов, подоконники и другие изделия. Поверхность ксилолитовых изделий окрашивают и отделывают под мрамор, малахит и т. п.

Фибролит представляет собой теплоизоляционный материал, изготовленный из древесной стружки или шерсти, связанной магнезиальным вяжущим. Фибролитовые плиты применяют для утепления стен, перекрытий или для заполнения стен, перекрытий и перегородок каркасных зданий.

ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯНА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Силикатные материалы и изделия

Силикатными материалами и изделиями называются необожженные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих - асбестоцементные, гипсовые и гипсобетонные, силикатные (на основе извести) и магнезиальные с заполнителями (кварцевым песком, шлаком, золой, пемзой, опилками и т. д.). Области применения их чрезвычайно обширны - от несущих и ограждающих конструкций до отделки зданий и сооружений.

Силикатные изделия получают в результате формования и последующей автоклавной обработки смеси извести или других вяжущих веществ на ее основе, тонкодисперсных кремнеземистых добавок, песка и воды.

Силикатный кирпич - искусственный каменный материал, изготовляемый из смеси кварцевого песка и извести путем прессования под большим давлением и последующего твердения в автоклаве. Исходными материалами являются воздушная известь - 6-8% в расчете на СаО, кварцевый песок - 92-94% и вода - 7-8% по массе сухой смеси.

Существуют две схемы производства силикатного кирпича: силосная и барабанная. По силосной схеме известь, совместно с песком, гасят в силосах в течение 4-8 ч. По барабанной схеме известь, совместно с песком, гасят во вращающихся барабанах с подводом пара под избыточным давлением до 0,5 МПа благодаря чему процесс гашения длится 30-40 мин.

Погашенная смесь извести и песка увлажняется, перемешивается и прессуется под давлением 15-20 МПа, в результате получается сырец, который укладывают на вагонетки и направляют в автоклавы на 10-14 ч для запаривания под давлением насыщенного пара 0,8 МПа (изб.) при температуре около 175оС. Прочность силикатного кирпича растет в течение некоторого времени и после выгрузки из автоклава (на воздухе).

Силикатный кирпич выпускают двух видов: одинарный (размером 250х120х65 мм) и модульный (размером 250х120х88 мм). Модульный кирпич изготавливают с технологическими пустотами, замкнутыми с одной стороны. Цвет кирпича светло-серый, но он может быть и цветным за счет введения в состав смеси щелочестойких минеральных пигментов.

Благодаря прессованию под большим давлением и отсутствию усадочных явлений размеры силикатного кирпича выдержаны более точно, чем у глиняного. Плотность его несколько выше, чем у керамического кирпича - 1800-1900 кг/м3, теплопроводность - 0,82 - 0,87 Вт/(м оС). В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич изготавливают шести марок: 75, 100, 125, 150, 200 и 250. Морозостойкость силикатного кирпича не ниже Мрз 15, водопоглощение 8-16% по массе.

Области применения силикатного кирпича такие же, как и керамического кирпича. Однако он не рекомендуется для кладки фундаментов и стен в условиях высокой влажности, так как воздействие грунтовых и сточных вод вызывает его разрушение. Нельзя использовать силикатный кирпич в конструкциях, подверженных действию высоких температур (в печах, дымовых трубах и т. п.).

Силикатными бетонами называют большую группу бетонов автоклавного твердения, получаемых на основе известково-песчаного, известково-зольного или других известково-кремнеземистых вяжущих. Кроме того, в качестве вяжущего могут использовать молотые доменные шлаки.

Плотный мелкозернистый силикатный бетон, в отличие от тяжелого бетона, в своем составе не содержит крупного заполнителя (гравия или щебня). Структура силикатного бетона более однородна, а стоимость значительно ниже.

Прочность его при сжатии колеблется в довольно широких пределах (15-60 МПа) и зависит от состава смеси, режима автоклавной обработки и других факторов. Водостойкость силикатного бетона удовлетворительная. При полном водонасыщении снижение их прочности не превышает 25%. Морозостойкость - 25-50 циклов, а при добавке портландцемента она повышается до 100 циклов.

Из плотного силикатного бетона выполняют крупные стеновые блоки наружных стен с щелевыми пустотами и внутренних несущих стен, панели и плиты перекрытий, колонны, балки и прогоны, лестничные площадки и марши, цокольные блоки и другие армированные изделия.

В легких силикатных бетонах в качестве заполнителей используют керамзит, гранулированный шлак, шлаковую пемзу и другие пористые материалы в виде гравия и щебня. Из легких силикатных бетонов на пористых заполнителях изготовляют блоки и панели наружных стен жилых зданий.

Ячеистые силикатные бетоны, в зависимости от способа образования пористой структуры, разделяют на пено- и газосиликаты. Их получают при автоклавной обработке известково-песчаной пластичной смеси, в состав которой вводят устойчивую пену (пеносиликат) или алюминиевую пудру и другие газообразователи (газосиликат).

По назначению легкие и ячеистые силикатные бетоны делят на : теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные.

Изделия из силикатобетона не рекомендуются для конструкций, подверженных значительному увлажнению (фундаментов, цоколей, подоконников, карнизов и др.).

Гипсовые и гипсобетонные материалы и изделия

Гипсовые изделия получают из гипсового теста. Для улучшения свойств изделий в гипсовое тесто вводят в небольшом количестве тонкомолотые минеральные или органические наполнители.

Гипсобетоны - в них помимо гипса и воды применяют пористые заполнители - минеральные (топливные и доменные шлаки, ракушечник и др.) и органические (опилки, сечка из соломы, камыш и др.). Они обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью и высокими звукоизоляционными свойствами. Кроме того, они хорошо поддаются механической обработке и легко окрашиваются.

Имеется довольно широкая номенклатура гипсовых и гипсобетонных изделий: гипсокартонные листы, плиты и панели для перегородок, панели для основания пола и др.

Гипсокартонные листы представляют листовой отделочный материал, изготовляемый из строительного гипса с минеральными или органическими добавками (или без них) и оклеенный с обеих поверхностей картоном (в том числе декоративным).

Гипсокартонные листы выпускают шириной 1,2, длиной 2,5-3,3 м и толщиной 8-12 мм. Листы обладают большой плотностью, малой тепло- и звукопроводностью, не горят, их легко резать. Однако они плохо сопротивляются изгибу и разрушаются под действием влаги, поэтому влажность листов не должна превышать 2 %.

Применяют для внутренней отделки каменных и деревянных стен, перегородок и потолков в помещениях с относительной влажностью воздуха до 60%.

Гипсовые плиты для перегородок могут быть гипсовыми и гипсобетонными, их выпускают сплошными и пустотелыми шириной 400-800, толщиной 80-100 мм. Лицевые поверхности плит гладкие или рифленые. Плотность их 1000-1300 кг/м3, прочность при сжатии 3-4 МПа, влажность - не более 8% по массе. Они огнестойки, гигроскопичны, обладают хорошими теплозвукоизоляционными свойствами. Перегородочные плиты применяют для устройства не несущих перегородок гражданских и промышленных зданий при отсутствии систематического увлажнения.

Гипсобетонные панели широко используют в индустриальном строительстве для устройства самонесущих перегородок, а также для основания полов и других целей.

Перегородочные панели представляют собой плоские плиты длиной на комнату или на часть комнаты, шириной, равной высоте этажа, толщина панели обычно 80-100 мм. Они могут быть сплошными или с проемами для дверей.

Панели для основания пола выполняют из гипсобетона на гипсоцементно-пуццолановых вяжущих и армируют деревянным каркасом. Панели выпускают толщиной 50-60 мм и размером по длине и ширине на комнату или на часть комнаты при больших размерах помещений. Качество их поверхности должно быть таким, чтобы можно было без дополнительных затрат укладывать линолеум, плитки или выполнять покрытия мастичными материалами.

Асбестоцементные изделия

Асбестоцемент - строительный материал, представляющий собой затвердевший цементный камень, армированный волокнами асбеста. Асбестоцементные изделия получают формованием смеси асбеста (10-20%), портландцемента (80-90%) и воды. Волокна асбеста выполняют роль своеобразной арматуры асбестоцементных изделий, а портландцемент марки не ниже 400, без добавок (кроме гипса), затворенный водой, является связующим веществом.

Асбест в природе встречается в основном в виде минерала - хризолит-асбеста, характеризующегося волокнистостью строения и способностью расщепляться на тончайшие и прочные волокна. Длина волокон асбеста колеблется от долей миллиметра до 40 мм. Чем длиннее волокна асбеста, тем выше его сорт. Для производства асбестоцементных изделий используют коротковолокнистый асбест 3, 4, 5 и 6 сортов. Асбест не горит, имеет малую тепло- и электропроводность.

Технологический процесс получения асбестоцементных изделий состоит в следующем: обминании и распушивании асбеста; тщательном смешивании распушенного асбеста с цементом и разжижении полученной асбестоцементной смеси водой; формовании изделий в формовочных машинах; предварительном твердении, тепловой обработке сформованных изделий и механической обработке (обрезка, волнировка) асбестоцементных изделий.

Асбестоцементные изделия обладают высокой прочностью, морозостойкостью и малой водопроницаемостью. Они теплостойки, имеют пониженную теплопроводность, их сравнительно легко обрабатывать. Под влиянием влаги они не корродируют, со временем их прочность несколько увеличивается. Недостаток асбестоцементных изделий - малое сопротивление удару и коробление.

В современном строительстве широко применяют разнообразные асбестоцементные изделия: плитки и листы (профилированные и плоские) облицовочные и кровельные, панели с теплоизоляционным слоем, напорные и безнапорные трубы, муфты, короба, подоконные и электроизоляционные доски, изделия специального назначения, малые архитектурные формы (цветочницы, вазы и пр.).

Профилированные листы изготовляют из асбестоцемента волнистыми (обыкновенного и усиленного профиля) и полуволнистыми.

Листы волнистые имеют форму прямоугольника с шестью волнами, направление гребней которых совпадает с направлением большой стороны прямоугольника. Длина волнистых листов обыкновенного профиля (ВО) 1200, ширина около 700 и толщина 5,5 мм. Листы волнистые усиленного профиля (ВУ) несколько толще, что позволяет изготовлять их больших размеров. Длина их 2800, ширина около 1000 и толщина 8 мм. В последние годы разработан новый тип асбестоцементных волнистых листов - СВ-40-250 размером 2500х1150х6 мм. По сравнению с ранее выпускаемыми листами ВО эти листы имеют большую полезную площадь и меньший расход асбестоцемента на 1 м2 полезной площади.

Листы профилированные должны быть строго прямоугольной формы, без трещин и отколов. Профилированные асбестоцементные листы применяют для устройства кровель, облицовки стен, ограждений балконов и т. п.

Плоские облицовочные асбестоцементные плиты выпускают непрессованными и прессованными повышенной прочности толщиной 4-10, шириной до 1600 и длиной до 2800 мм. В процессе формования их лицевую поверхность отделывают в зависимости от назначения декоративным асбестоцементным слоем, окрашивают водостойкими эмалями, полируют, а также делают рельефной, имитирующей керамическую глазурованную плитку. Плиты, окрашенные водостойкими эмалями, в последнее время с успехом применяют для облицовки панелей, потолков, кухонь жилых и общественных зданий.

Кровельные и стеновые панели. Кровельная панель - слоистая конструкция, состоящая из двух асбестоцементных листов, склеенных между собой по контуру асбестоцементной мастикой и образующих замкнутую оболочку, внутри которой уложен минераловатный утеплитель. Масса панели не превышает 100 кг. Применяют эти панели для покрытия кровель производственных и культурно-бытовых зданий с уклоном не менее 5-7о. Размеры плит панелей покрытий позволяют перекрывать пролеты до 3 м.

Стеновая панель представляет собой трехслойную конструкцию: наружный и внутренний облицовочный слои ее состоят из прессованного асбестоцемента, а средний слой - из теплоизоляционного материала (пеностекло, минераловатные плиты, цементный фибролит, пенопласт и др.). Стеновые панели можно изготовлять с каркасом из металла, асбестоцемента, древесины или без каркаса. В зависимости от вида утеплителя толщина асбестоцементной панели колеблется в пределах 12-20см, 1м2 такой панели имеет массу 120-180 кг, что значительно меньше массы любой стеновой панели.

Стеновые асбестоцементные панели применяют при строительстве каркасно-панельных зданий.

Трубы и короба. Применяют для водопроводов (напорные трубы), канализации (безнапорные трубы), газопроводов и сетей механизированного орошения полей.

Трубы имеют длину 2950 - 3950, внутренний диаметр 50 - 500, толщину стенок 9 - 43,5 мм. Трубы должны быть прямыми, строго цилиндрической формы, с гладкой внутренней поверхностью и без трещин. Напорные трубы выпускают нескольких марок с рабочим давлением от 0,3 до 1,2 МПа. Длина канализационных труб 2500-4000, внутренний диаметр 50-600, толщина стенок 7-18 мм. Для соединения водопроводных и канализационных труб используют соединительные асбестоцементные муфты.

Вентиляционные короба изготавливают круглого и прямоугольного сечения, безраструбные или с раструбом на одном конце.

Изделия на основе магнезиальных вяжущих

Материалы на основе магнезиальных вяжущих получают, используя в качестве органических заполнителей древесные опилки, шерсть или стружки.

Магнезиальные вяжущие вещества (каустические магнезит или доломит), затворенные раствором хлористого магния, надежно соединяются с органическими заполнителями и защищают их от гниения. Их применяют для изготовления ксилолита и фибролита.

Ксилолит - искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания смеси древесных опилок и магнезиального вяжущего, затворенного раствором хлористого магния. В смесь вводят также добавки, улучшающие свойства материала - тальк, асбест, кварцевый песок и красители. Его применяют для устройства бесшовных полов. Ксилолитовые полы относят к теплым, бесшумным покрытиям, гладким, хорошо сопротивляющимся истиранию и динамическим нагрузкам. Однако они имеют низкую водостойкость. Из ксилолита можно изготовлять путем прессования квадратные или шестиугольные плитки для полов, подоконники и другие изделия. Поверхность ксилолитовых изделий окрашивают и отделывают под мрамор, малахит и т. п.

Фибролит представляет собой теплоизоляционный материал, изготовленный из древесной стружки или шерсти, связанной магнезиальным вяжущим. Фибролитовые плиты применяют для утепления стен, перекрытий или для заполнения стен, перекрытий и перегородок каркасных зданий.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ: ФИЗИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ Физические свойства Эти свойства характеризуют его строение или отношение к физ

Больше работ по теме: