10.3. Производство гипса и извести
Гипсовые вяжущие вещества (гипс) получают в результате тепловой обработки сырья и его помола, в основном состоящего из полуводного гипса или ангидрида. Сырьем для производства гипса служит природный гипсовый камень CaSO4·2H2O и природный ангидрид CaSO4, а также отходы химической промышленности, содержащие соединения кальция.
Как и цемент, гипс обжигается в печах, затем размалывается в мельницах. Различают гипс строительный, формовочный, высокопрочный. Гипс – быстросхватывающее и быстротвердеющее вяжущее вещество. Сроки схватывания – до 15 мин (марка А), до 30 мин (марки Б) и свыше 30 мин (марки В).
Строительный гипс применяют для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий и материалов для внутренних элементов зданий и сооружений (панелей и плит для перегородок, сухой штукатурки, для декоративных и отделочных материалов).
Строительной известью называется вяжущее вещество, получаемое в результате умеренного обжига (не до спекания) и последующего помола кальциево-магниевых карбонатных горных пород – известняка, мела, доломита.
Технологический процесс производства строительной извести состоит из подготовки сырья (дробления, сортировки), обжига, помола или гашения комовой извести.
Обжиг извести ведут во вращающихся шахтных печах диаметром до 4 и высотой до 20 м. Средняя зона – зона обжига, куда подается топливо (газ) и где развивается температура 1000-1200°С. В результате обжига получают негашеную комовую известь, которая поступает на помол или гашение. Молотая негашеная известь получается путем тонкого измельчения комовой извести на мельницах, куда и вводят минеральные добавки. Наиболее важные показатели качества извести: активность (зависящая от процентного содержания отходов магния, способных гаситься), продолжительность гашения.
Гидратная (гашеная известь) представляет собой тонкодисперсный порошок белого цвета и получается путем добавления в негашеную известь воды 70-100% от массы извести. При взаимодействии оксидов кальция и магния с водой образуются их гидрооксиды, процесс сопровождается выделением большого количества тепла.
Твердение извести может происходить только в воздушно-сухой среде в результате испарения воды и кристаллизации гидрооксидов кальция и магния. Твердеет гашеная известь медленно, и прочность ее камня невысока.
Строительная известь применяется для изготовления искусственных каменных материалов – силикатных бетонов и кирпичей, приготовления строительных растворов, в производстве гидравлических вяжущих – известково-шлаковых цементов, в качестве покрасочных составов.
10.4. Производство безобжиговых каменных материалов
Искусственные безобжиговые каменные строительные материалы и изделия получают из растворных или бетонных смесей путем их формования с последующим твердением. В качестве вяжущих применяют цемент, известь, гипс, магнезит. Заполнителями служат кварцевый песок, шлак, пемза, древесные опилки и др. Для повышения прочности при изгибе изделия армируют волокнистыми материалами (асбестом, древесиной, стальной арматурой и др.).
В зависимости от вида вяжущего вещества искусственные безобжиговые материалы и изделия разделяют на 4 группы.
1. Силикатные материалы и изделия, получаемые на основе извести: силикатный кирпич, известково-шлаковые, известково-зольные блоки внутренних несущих стен зданий, панели перекрытий и несущих перегородок, лестничные ступени, плиты, балки и др.
2. Гипсовые и гипсобетонные изделия, получаемые на основе строительного гипса: панели и плиты перегородочные, листы обшивочные, плиты теплоизоляционные, камни для кладки наружных стен, изделия для перекрытий, облицовочные плиты, вентиляционные блоки, огнезащитные изделия и др.
3. Материалы и изделия на основе магнезиальных вяжущих: теплоизоляционный фибронит для утепления стен, полов и перекрытий и конструктивный для заполнения стен, перегородок и перекрытий каркасных зданий, фибролитовая фанера, используемая в качестве штукатурки, ксилолит для устройства сплошных бесшовных и плиточных полов и др.
4. Асбоцементные изделия, получаемые на основе портландцемента с добавлением асбеста: кровельные панели и плиты, покрытия и подвесные потолки, стеновые панели и плиты, перегородки, электротехнические дугостойкие панели и др.
При автоклавной обработке известково-песчаных смесей при давлении пара 0,8 МПа и температуре 170°С и выше могут быть получены очень прочные, водостойкие и долговечные материалы. Это объясняется тем, что в среде насыщенного пара при указанной температуре кремнезем химически взаимодействует с известью, образуя гидросиликаты кальция – прочное и водостойкое вещество. Этим способом изготавливают силикатный кирпич, камни для кладки стен, крупноразмерные сборные железобетонные изделия.
10.5. Производство бетона, железобетона и изделий из них
Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и заполнителей. Затворенное водой вяжущее вещество (цемент, портландцемент и др.) образует клеющее тесто, которое обволакивает тонким слоем зерна песка и щебня, а затем со временем затвердевает, связывая при этом заполнитель в монолитный прочный камень – бетон.
Строительные бетоны классифицируют:
а) по виду вяжущего вещества – цементные, силикатные, гипсобетоны, асфальтобетоны, полуцементные бетоны;
б) по плотности в сухом состоянии – особо тяжелые (плотность более 2500 кг/м3), тяжелые (1800-2500 кг/м3), легкие (500-1800 кг/м3) и особо легкие (до 500 кг/м3);
в) по назначению тяжелые бетоны разделяют на обычный тяжелый для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий, гидротехнический, дорожный, декоративный; специального назначения – кислотоупорный, жаростойкий, химически стойкий, для защиты от радиации и др.
Легкие бетоны по назначению делят на конструктивные, воспринимающие внешние нагрузки; конструктивно-теплоизоляционные для ограждающих конструкций; теплоизоляционные. Заполнителем для легких бетонов служат природные и искусственные сыпучие пористые материалы (например, щебень и песок из пемзы и вулканического туфа, пористых известняков и др.), шлаковая пемза (из металлургических шлаков), керамзит и др.
Заполнителем для цементных бетонов служит песок с крупностью зерен 0,14-5 мм, гравий или щебень (5-70 мм). Выбор соответствующей фракции заполнителя зависит от назначения бетона и вида конструкции, в которую ее укладывают.
Железобетон представляет собой строительный материал, в котором соединены в монолитное целое затвердевший бетон и стальная арматура. Бетон воспринимает сжимающие усилия, а арматура – растягивающие. Оба материала работают совместно, так как имеют близкие коэффициенты температурного расширения в интервале температур до 100°С. Железобетон как строительный материал обладает высокой прочностью, огнестойкостью и долговечностью. Железобетонным конструкциям при изготовлении могут быть приданы любые конструктивные и архитектурные формы. К недостаткам железобетона относят большую массу конструкций, повышенные тепло- и звукопроводность, низкую трещиностойкость. Железобетонные конструкции в зависимости от методов возведения сооружений и назначения бывают трех видов: монолитные, сборные и сборно-монолитные.
Монолитные конструкции получают непосредственно на строительной площадке с выполнением операций по установке опалубки, монтажу арматурных каркасов и укладке бетонной смеси. После приобретения бетоном достаточной прочности (обычно через 7 суток) опалубку разбирают или в случае необходимости наращивают. Из монолитного железобетона обычно выполняют массивные фундаменты и возводят специальные сооружения (плотины, дымовые трубы и др.).
Сборные железобетонные конструкции изготовляют на заводах, а на строительной площадке готовые конструкции монтируют. Сборный железобетон широко применяется практически во всех видах промышленного и гражданского строительства.
Сборно-монолитные конструкции – сочетание сборных конструкций, выполняющих в процессе возведения роль опалубки, и монолитного бетона, укладываемого на месте строительства для придания конструкциям проектных размеров. Применяют обычно при возведении массивных конструкций, изготовление которых на заводах невозможно.
По назначению сборные бетонные и железобетонные изделия условно разделяют на 4 группы:
1) для жилых и гражданских зданий – изделия для фундаментов и подземных частей зданий, конструкции для каркасов зданий, стеновые блоки и панели, плиты и панели для перекрытий и покрытий, сборные лестничные марши, балконы и др.;
2) для промышленных зданий – изделия для фундаментов и подземных частей зданий, для каркасов, плиты и панели перекрытий и покрытий, стеновые панели, конструкции специального назначения и др.;
3) для инженерных сооружений – опорные конструкции мостов, опоры контактных сетей, трубы, дорожные и аэродромные плиты, шпалы, оболочки для резервуаров и др.;
4) изделия общего назначения.
Сборные бетонные и железобетонные изделия выпускают механизированные заводы железобетонных изделий, цехи крупнопанельного домостроения.