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.

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/м^З;4

. тяжелые - 1800 - 2500 кг/м^З;

. легкие -500 - 1800 кг/м^З;I

. особо легкие (теплоизоляционные) - менее 500 кг/м^З.

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 бетона	М100	М150	М200	МЗОО	М400	М500	М600
Марка цемента	300	300	400	400	500	500-600	600

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.