7. Способы защиты природных каменных материалов от разрушения

Основными причинами разрушения природных каменных материалов в облицовке зданий и сооружений, дорожных и мостовых конструкциях являются: действие атмосферных осадков, ветра, пыли; резкие изменения температур; замерзание воды в порах и трещинах материала; вредные выбросы в атмосферу от автомобилей и промышленных предприятий, определяющие высокую концентрацию вредных окислов SO₂, SO₃, NO₂, CO₂. Последние образуют с атмосферной влагой и грунтовыми водами кислоты, вызывающие коррозию в первую очередь карбонатных пород. Каменные материалы разрушаются также от воздействия органических кислот.

Скорость разрушения каменных материалов зависит от состава, структуры и текстуры горной породы, содержания размокших и растворимых веществ, размера и количества открытых пор, наличия микротрещин, которые могли образоваться в процессе добычи и обработки материала.

Для защиты каменных материалов от разрушения применяют конструктивные и физико-химические методы. Конструктивные методы заключаются в обеспечении защиты конструкций из каменных материалов от увлажнения: обеспечение отвода или хорошего стока воды; полировка поверхности.

Физико-механические методы заключаются в том, что коррозионную стойкость природных каменных материалов повышают путем создания водонерастворимого поверхностного слоя или придания поверхности водоотталкивающих свойств. Материалы из карбонатных пород защищают флюатированием, нанося на поверхность соли кремнефтористой кислоты, которые с карбонатами образуют нерастворимые вещества. Породы не содержащие углекислого кальция, предварительно пропитывают раствором хлористого кальция, а после сушки - раствором соды, что приводит к образованию СаСО₃. Затем производят флюатирование. Уплотнение поверхности некоторых пород производят методом силикатизации, пропитывая поверхности жидким стеклом и хлористым кальцием, в результате чего в порах и на поверхности материала образуются нерастворимые силикаты кальция и кремнекислоты.

Долговечность природных каменных материалов увеличивается при нанесении на поверхность пленкообразующих полимерных материалов или пропитке поверхностного слоя мономером с последующей полимеризацией. Для гидрофобизации природных каменных материалов применяют кремнийорганические жидкости (ГКЖ) и водоотталкивающие составы.

8. Транспортирование, приемка и хранение каменных материалов

Облицовочные плиты, камни и другие изделия после их изготовления маркируют. Для этого на тыльной стороне облицовочной плиты или на торцевой части камней несмываемой краской указывают тип камня, плиты или блока, основные размеры (длину, ширину). На блоке, предназначенном для распиловки, также указывают объем его и наименование (шифр) карьера-изготовителя.

Изделия при перевозке следует предохранить от загрязнения и повреждений. Бутовый и валунный камень, щебень, брусчатку и колотый камень необходимо перевозить навалом или в контейнерах. Бутовый камень хранят в штабелях по сортам и классам.

Блоки для распиливания, крупные стеновые блоки, бортовые стеновые блоки, бортовые камни разрешается перевозить на открытых платформах без тары с укладкой правильными рядами на подкладках и прокладках с учетом обеспечения предохранения от повреждений. Хранение из разрешается на открытых площадках, обеспечивающих отвод ливневых вод. Облицовочные плиты перевозят в прочной таре в вертикальном положении попарно, лицевыми поверхностями друг к другу с прокладкой бумаги между ними и закрепленными клиньями. Плиты из изверженных пород разрешается перевозить без тары, установленными на ребро и разделенными деревянными прокладками; хранить их можно на открытых складах. Плиты из мрамора, известняков и туфа хранят в закрытых складах.

4. СТРОИТЕЛЬНАЯ КЕРАМИКА

4.1. Общие сведения и классификация.

Керамическими называются материалы и изделия, полученные обжигом при высоких температурах специально подготовленных масс из минерального сырья (в основном глинистого). Керамика относится к самым древним искусственным каменным материалам. Первые керамические изделия были известны человеку более 10 тысяч лет тому назад, а керамический кирпич как строительный материал насчитывает более 5 тысяч лет. “Керамейя” – так у древних греков называли искусство изготовлений изделий из глины. “Каремикос” означает глиняный, т.е. полученный из глины обжигом.

В современном производстве керамических изделий используют не только глину, но и другие виды сырья, в том числе чистые оксиды (оксидная техническая керамика, используемая в радиотехнической, ракетной и др. отраслях промышленности). Сейчас известно более 60 разновидностей керамики, из них только третья часть падает на глиняную керамику. Для строительной керамики в качестве сырьевых материалов используют в основном глины.

Высокая прочность, водо- и морозостойкость, долговечность и широкий ассортимент керамики дают возможность использовать её во всех частях здания – от фундамента до кровли. В современном строительстве керамические изделия широко применяются.

Строительные керамические материалы в зависимости от степени спекания делятся на плотные и пористые. Плотные имеют водопоглощение менее 5%. К ним относятся плитки для полов, клинкерный кирпич, канализационные трубы. К пористым, водопоглощением более 5%, относятся керамический кирпич и камни, фасадные плитки, дренажные трубы, черепица.

По назначению керамические материалы и изделия делят на стеновые (кирпич керамический – полнотелый, пористый, пустотелый, камни керамические, керамические блоки и панели); для облицовки фасадов (лицевые кирпич и камни, крупно- и малогабаритные плитки, коврово-мозаичные плитки); для внутренней облицовки помещений (плитки для облицовки стен – майоликовые и фаянсовые, плитки для полов, фасонные детали – карнизы, уголки, пояски); изделия специального назначения (кровельные – черепица; керамические трубы – канализационные и дренажные; санитарно-технические изделия; кислотоупорные, огнеупорные, изделия для перекрытий и др.).

Кроме того, все керамические материалы делят на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

4.2. Сырьевые материалы.

4.2.1. Глинистые материалы.

Основной вид сырья для производства керамических материалов – глина, которая применяется как в чистом виде, так и с различными добавками.

Глина представляет собой осадочную (обломочную) горную породу, которая образовалась в результате выветривания магматических полевошпатовых пород. Пригодность глин для производства керамических материалов оценивается химическим, минералогическим, гранулометрическим составом и свойствами глин.

В состав входит кремнезем SiO₂ (от 40 до 70%), глинозём Al₂O₃ (от 15 до 35%), оксиды калия K₂O и натрия Na₂O (от 1 до 15%), химически связанная вода ( 5-15%). Часто присутствуют оксиды железа (до 7-8%), встречаются оксиды титана TiO₂, магния, карбонаты Ca и Mg, органические примеси. С увеличением Al₂O₃ повышается пластичность глины и огнеупорность. Большее количество кремнезема снижает пластичность, усадку и прочность обожженных изделий, увеличивает пористость. Оксиды железа уменьшают огнеупорность глин, повышают усадку изделий. Щелочи понижают огнеупорность и вызывают появление выцветов.

Оксиды образуют глинистые минералы, главным из которых являются каолинит (Al₂O₃ •2SiO₂ •2Н₂О), монтмориллонит (Al₂O₃ •4SiO₂ •11Н₂О) и гидрослюды. В зависимости от содержания преобладающего минерала глины делят на каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые. Для изделий строительной керамики чаще всего применяют полиминеральные глины, которые в своем составе содержат все три основных минерала. а также каолинитовые и гидрослюдистые глины. Например, для производства санитарных керамических изделий пригодны беложгущиеся (светложгущиеся) огнеупорные каолинитовые или каолинито-гидрослюдистые глины.

В глинах могут быть также примеси кварца, карбонатов, оксидов железа, полевых шпатов и др., не связанных в глинистые минералы, которые существенно влияют на свойства глин. Так, соединения железа, титана и марганца придают глинам определенный цвет. Наличие примесей карбонатов или полевых шпатов снижают температуру плавления и т.д.

В составе глин содержатся частички разных размеров, так называемые фракции. Обычно в глинистых породах выделяют несколько фракций: глинистые (размер зерен мене 0,005мм), пылевидные (0,005–0,05мм) и песчаные (размер зерен 0,05–0,5мм). Фракции более 0,5 мм относятся к крупнозернистым (грубым) включениям. В зависимости от соотношения фракций (или гранулометрического состава) глинистые породы делят на глины: тяжелые глины, суглинки – легкие, средние, тяжелые–и супеси, содержащие 5-10% глинистых частиц. Эти глинистые породы обладают различными свойствами. Чем больше содержание глинистых частичек, тем выше пластичность и формовочные свойства. Но при этом глины медленно высыхают, имеют повышенную усадку. Бентонитовые глины. например, состоящие в основном из минерала монтмориллонита. относятся к высокодисперсным пластичным глинистым породам, содержащим до 90% частиц размером менее 0,001 мм.

К основным сырьевым материалам для производства керамических изделий относятся также органогенные горные породы, состоящие из водного кремнезема, – трепелы и диатомиты. Эти породы используют в основном для производства теплоизоляционных керамических материалов.

4.2.2. Добавки, ангобы, глазури.

При необходимости в состав глиняных масс для снижения пластичности. для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для улучшения технологических процессов и физико-механических свойств изделий. Отощающими добавками могут быть неорганические вещества (кварцевый песок, шамот, молотые шлаки и др.) и органические (угольный порошок. торф, опилки и др.).

Породообразующие добавки вводят для увеличения пористости керамических изделий. Они делятся на выгорающие (угольный порошок. торфяная пыль, опилки) и газообразующие (молотые мел, известняки, доломиты).

Специальный добавки вводят для улучшения технологического процесса или придания керамическим изделиям специальных свойств. Например, для понижения температуры обжига применяют плавни (легкоплавкие стекла, нефелиновый концентрат, перлиты, шлаки и др.). Для повышения кислотостойкости вводят песчаные смеси (молотый кварц, кварцевый песок, затворенные жидким стеклом).

Глазури и ангобы применяют для снижения водопроницаемости, повышения стойкости к внешним воздействиям и повышения декоративных свойств керамических изделий. Глазурь – стеклоподобное тонкое покрытие толщиной 0,1-0,2 мм, которое наносят на сырое или обожженное изделие и закрепляют обжигом. Глазури бывают прозрачные и непрозрачные, разных цветов. Ангобы – покрытия из тонкого слоя беложгущейся или цветной глины, которые наносят на сырое изделие и закрепляют обжигом. Связь ангоба с изделием тем прочнее, чем более тонкий помол и чем ближе состав массы и ангоба. К глазурям и ангобам предъявляют такое требование: они должны иметь коэффициент теплового расширения, близкий к керамическому черепку, т.е. при сушке и обжиге должны быть одинаковыми усадка изделия и слоя покрытия.

4.3. Свойства глин.

К основным свойствам глин относятся пластичность, набухание, размокание, усадка (воздушная, огневая, общая), огнеупорность, спекаемость, коэффициент вспучивания и др.

Пластичность – способность увлажненной глины принимать требуемую форму при механических воздействиях и сохранять эту форму без разрывов сплошности при снятии нагрузки. Показателем пластичности является число пластичности, определяемое по формуле:

П_л = W_t – W_p , (4.1)

где W_t и W_p – значения влажности, соответствующие пределу текучести и пределу раскатывания глиняного жгута, % (рис. 4.1).

Предель-

ное напря-

ж ение

сдвига,

МПа

А Б В

W_p W_t

Влажность, %

Рис. 4.1. Изменение деформативных свойств глины в зависимости от её влажности.

область состояния: А–хрупкого, Б–пластического, В–вязкотекучего.

По числу пластичности глины делят на высокопластичные (П_л ›25), среднепластичные (П_л ›15-25), умереннопластичные (П_л =7-15) и малопластичные (П_л =3-7). Для производства строительных керамических материалов чаще всего применяют умереннопластичные глины, так как малопластичные плохо формуются, а высокопластичные растрескиваются при сушке и требуют введения отощающих добавок.

Пластичность зависит от гранулометрического состава, минерального типа, от запесоченности глин. Пластичность можно изменить введением добавок: уменьшить – при введении отощающих добавок, увеличить – при введении поверхностно-активных веществ.

Набухание – способность глины увеличивать свой объем при поглощении влаги из воздуха или при непосредственном соприкосновении с водой.

Размокание – распад в воде агрегированных глинистых частиц на более мелкие с образованием полидисперсной структуры (за счет утолщения водных оболочек и уменьшения сил притяжения между зернами глинистых минералов).

Воздушная усадка – уменьшение линейных размеров или объема при высушивании, выражается в % от начальных линейных размеров или объема. При удалении влаги в сырце возникают внутренние напряжения, что может привести к растрескиванию. Воздушная усадка – уменьшение размеров или объема после высушивания и обжига. Общая линейная усадка составляет 4-16 %. Назначая размеры сырца, следует учитывать воздушную, огневую и общую усадку.

К термическим свойствам глин относятся огнеупорность, спекаемость, температурный интервал, коэффициент вспучивания.

Огнеупорность обусловлена температурой плавления. По степени огнеупорности глины делят на легкоплавкие, огнеупорный и тугоплавкие. В зависимости от вида керамического изделия выбирают соответствующее сырьё (для канализационных труб, кислотоупорных изделий применяют тугоплавкие или огнеупорные глины; для кирпича и камней, черепицы, дренажных труб применяют легкоплавкие глины).

Спекаемостью называют способность глин уплотнятся при обжиге, образуя камнеподобный черепок. При обжиге происходят физико-химические процессы: испарение свободной воды, выгорание органических веществ, дегидратации глинистых минералов, полиморфные превращения кварца, образование новых минералов – муллита и т.д. В результате образуется прочный водо- и термостойкий черепок.

Температурный интервал ( интервал спекание, интервал плавкости) – это разница между температурой начала спекания и температурой начала плавления (рис. 4.2.). Для легкоплавких глин он колеблется от 50 до 150 °С, для огнеупорных может достигать 700 °С.

Для пористых керамических материалов (керамзит, аглопорит) определяется коэффициент вспучивания. т.е. отношение объема вспученной глинистой гранулы к объему той же гранулы до вспучивания. Например, глины. имеющей коэффициент вспучивания более 4.5, относятся к хорошо вспучивающимся и из них можно получать очень легкий высококачественный керамзитовый гравий.

4.4. Основы технологии производства керамических материалов и изделий

Основными этапами технологического процесса производства керамических материалов и изделий являются: добыча сырьевых материалов, подготовка сырьевой массы, формование изделия (сырца), сушка, обжиг, сортировка обожженных изделий, упаковка, хранение на складе.

Добычу сырья осуществляют открытым способом на карьерах, используя главным образом экскаваторы (одноковшовые, многоковшовые, роторные).

Подготовка сырья заключается в разрушении природной структуры глины, удалении или измельчении крупных включений, измельчении или просеивании непластичных материалов, смешивании глины с добавками, увлажнение.

Применяют три способа подготовки сырьевой смеси: пластически, мокрый и полусухой. Соответственно этому называют и способ производства: способ пластического формования, литьевой (шликерный), полусухого прессования. Иногда подготовку массы ведут мокрым способом, затем шликер высушивают и изделия прессуют из полусухих порошков. Такой метод называют комбинированным.

При пластическом способе глину и добавки дробят на машинах глубокого и тонкого измельчения (струкачи, камневыделительные вальцы, дезинтеграторные вальцы, корзинчатые дезинтеграторы, бегуны, ротационные, центробежные мельницы, конусные дробилки и др.) и подают в глиносмеситель, где смешивают с добавками и увлажняют (водой или паром) до влажности 18-25%. Для формования изделий применяют ленточные вакуумные и безвакуумные прессы (рис. 4.3.). В ленточном вакуум-прессе из глиняного теста удаляется воздух, масса проминается и выдавливается в виде непрерывного бруса. Далее брус (лента, труба) режется на заготовки заданных размеров и направляются в сушилки. Так получают кирпич, камни пустотелые, черепицу, трубы дренажные. Для кислотоупорных изделий полученный на резательных автоматах сырец допрессовывают на допрессовочных станках для придания изделиям четкой формы и дополнительного уплотнения массы заготовки. Керамические канализационные трубы формуют из глиняного теста на специальных трубных вертикальных прессах.

При полусухом способе глину дробят и подсушивают до влажности 6-8%, потом измельчают до порошкообразного состояния, просеивают, смешивают в одно- и двухвальных смесителях и увлажняют до влажности 6-13%. Подготовленный пресс-порошок подают в формы прессов различной конструкции, где под давлением 10-50 МПа отпрессовывают заданные изделия (кирпич из малопластичных глин, облицовочные плитки и др.). Полусухое прессование позволяет сократить расход топлива на сушку сырца.

Способ литья применяется в производстве облицовочных плиток, санитарно-технических изделий и др. Санитарные керамические изделия сложной формы изготовляют методом литья в гипсовых формах, облицовочные плитки – на пористых поддонах. При мокром способе исходные материалы измельчают и смешивают с большим количеством воды (40-60%) до получения однородной массы – шликера. В зависимости от способа формования шликер используют как непосредственно для изделий, получаемых методом литья, так и после его сушки в распылительных сушилках методом прессования (комбинированные метод). Процесс отливки изделий в разборных гипсовых формах может производиться на ручных стендах, литейно-подвялочных конвейерах и механизированных стендах. Наиболее прогрессивные механизированные стенды (рис. 4.4 и 4.5).

Для сушки керамических изделий применяют различные сушилки: туннельные, камерные, кареточные, люлечные. конвейерные (роликовые, иногда цепные) и др. В зависимости от вида изделия и типа сушилки время сушки колеблется от 10 мин (плитки) до 15-40 часов (кирпич, трубы, крупногабаритные фасонные кислотоупорные изделия). Сырой полуфабрикат содержит влагу, количество которой зависит в основном от способа производства. Влажные изделия обладают невысокой механической плотностью что затрудняет их садку на вагонетки обжиговых агрегатов. Кроме того значительное уменьшение объема изделий при удалении из них влаги, мажет привести к деформации, а при быстром нагреве и к их разрушению. Поэтому прежде чем обжигать изделия их предварительно сушат в сушильных устройствах.

Обжиг изделия является основной технологической операцией при производстве всех видов керамических изделий. В результате физико-химических процессов, протекающих в керамической массе при обжиге, она уплотняется, отдельные зерна сливаются в монолит благодаря цементирующим действию расплава, и обожженные изделия приобретают прочность, водо-, термо- и морозостойкость. Процесс обжига разделяют на три периода: нагрев до максимальной температуры, выдержка при максимальной температуре, охлаждения. Максимальная температура обжига зависит от вида исходного сырья и требований, предъявляемых к готовым изделиям и колеблется для большинства изделий строительной керамики от 900-1000°С (кирпич, камни, черепица) до 1200-1300°С (канализационные трубы, кислотоупорные изделия). Для огнеупорных материалов температура обжига значительно более высокая.

Обжиг производится в основном в туннельных печах (реже в кольцевых), представляющих собой длинный канал по которому движется вагонетки с изделиями. Конструкции туннельных печей непрерывно видоизменяются и совершенствуются, что позволяет сократить удельный расход топлива, увеличить производительность печей. сократить время монтажа и капитальных ремонтов и т.д.

На современных заводах облицовочные плитки производят на поточно-конвейерных линиях с обжигом в роликовых щелевых печах (рис. 4.6.) или в щелевых печах сетчатым конвейером (основной вариант–одноярусные печи).

Современные заводы-автоматы по производству эффективных керамических камней, плиток, санитарных и др. изделий оснащены специальными комплексами оборудования, технологический процесс полностью автоматизирован. Например, для завода по производству керамических камней производительностью 100 млн. штук условного кирпича ( за условный принимают одинарный кирпич размером 250×120×65 мм) в год основное оборудование: пресс, автомат, резательный многострунные, конвейерные сышала, садник, печь туннельная. Однако в последние годы разработаны проекты заводов и цехов малой производительности (до 10 млн. штук), что позволяет значительно сократить транспортные расходы, использовать местные сырьевые материалы и источники энергии.

Способы и методы упаковки, вид упаковочного материала, его количество необходимое для упаковки имеет большое значение в общем производственном процессе. Конечные операции являются важной статьей расходов себестоимостями. Кроме того, учитывая, что большую часть изделий, кроме кислотоупорных, упаковывают в решетчатые деревянные ящики, расход дефицитной древесины ставит эту проблему в разряд первостепенных.

Керамические облицовочные плитки, включая и ковры из них, упаковывают в контейнеры, на поддоны, деревянные ящики. Для механизированной сортировки и упаковки плиток в ящичный металлический (оборотный) поддон разработана поточно конвейерная установка благодаря которой все ручные операции на этом переделе механизированы. Наиболее перспективна, экономична и удобна для потребителей упаковка керамической плитки в пачке с перевязкой полипропиленовой лентой на упаковочной машине, укладка пачек и образование пакета манипулятором по заданной программе на возвратные поддон и скрепления пакета металлической лентой или термоусадочной пленкой (рис. 4.7.).

Керамические канализационные трубы упаковывают в виде скрепленного металлической лентой пакета труб (рис. 4.8.). Санитарные изделия (унитазы, умывальники и др.) вместо деревянных решетчатых ящиков рекомендуется упаковывать в оборотные металлические складные контейнеры или на поддоны, обтянутые термоусадочной пленкой (рис. 4.9.).

4.5. Стеновые керамические материалы и изделия

4.5.1. Классификация и свойства

Керамические стеновые материалы и изделия, изготовленные из глинистых и кремнеземистых пород, лессов и промышленных отходов с минеральными и органическими добавками или без них и обоженные, включают такие изделия как кирпич керамический, кирпич легкий или пористый, камни керамические пустотелые, керамические стеновые панели и вибро керамические блоки. Некоторые виды стеновых керамических материалов приведены на рис. 4.10.

Стеновую керамику классифицируют:

– по способу формования – на изделия пластического прессования, из масс пониженной влажности и полусухого прессования;

– по средней плотности (кг/м³) – на особо легкие до 600, легкие 600-1200, облегченные 13000-1600, тяжелые 1600-2200;

– по размерам – на кирпич рядовой 250×120×65 мм, кирпич утолщенный 250×120×88 мм, кирпич модульных размеров 288×138×63 мм, камень 250×120×138 мм, камень модульных размеров 288×138×138 мм, камень укрупненный 250×250×138 мм, а также камни с горизонтальным расположением пустот 250×250×120 мм и 250×200×80 мм.

-- кирпич изготавливают полнотелым или пустотелым, а камни – пустотелыми. Кирпич и камни модульных размеров с пустотами, расположенными горизонтально, изготавливают по согласованию с потребителями;

– по прочности – на марки 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 75 (что соответствует 30, 25, 20, 17.5, 15, 12.5, 10 и 7.5 МПа);

– по морозостойкости – на марки 15, 25. 35, 50 (выдерживающие соответствующее количество циклов попеременного замораживания и оттаивания);

– по технологическим показателям – на эффективные (средняя плотность кирпича не более 1400 и камней – на более 1450 кг/м³), условно эффективные (плотность кирпича более 1400 и камней 1450-1600 кг/м³) и обыкновенные (средняя плотность кирпича полнотелого и пустотелого свыше 1600 кг/м³);

– по назначению в конструкциях – на конструкционные (для рядовой кладки под штукатурку или последующую облицовку) и лицевые для лицевой кладки под расшивку. Лицевой кирпич можно отнести и к стеновым материалам и к облицовочным.

Кирпич и камни имеют форму прямоугольного параллелепипеда с прямыми ребрами, четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями. Поверхность граней может быть рифленой размер цилиндрических сквозных пустот должен быть не более 16 мм, ширина щелевидных – на более 12 мм. Диаметр несквозных и размер горизонтальных пустот стандартом не регламентируется.

По внешним признакам кирпича и камней регламентируется наличие, количество и длина трещин на различных поверхностях (постель, тычок, ложек), отбитости углов и граней, не прямолинейности ребер и граней, отклонения по размерам и др. дефекты. Недожог и пережег считается браком и потребителя не поставляется.

Марка кирпича или камня характеризуется пределом прочности при сжатии с учетом предела прочности при изгибе. Например, для кирпича марки 125 прочность при сжатии должна быть не менее 12,5 МПа, а при изгибе – не менее 2,5 МПа для кирпича пластического формования (для кирпича полусухого прессования или для утолщенного прочность при изгибе стандартом установлена меньше. чем для пластического способа),

Водопоглощение высушенного до постоянной массы полнотелого кирпича должно быть не менее 8%. а пустотелых изделий – не менее 6%.

Кирпич и камни керамические в насыщенном водой состоянии должны выдерживать 15, 25, 35, и 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания в зависимости от марки по морозостойкости.

Кирпич и камни керамические лицевые предназначаются для кладки и одновременной облицовки наружных и внутренних стен зданий и сооружений. Изготавливают их из глин, трепелов и диатомитов методами пластического формования и полусухого прессования с добавками или без них, с нанесением фактурного слоя (ангоб, глазурь) или без него. К лицевым изделиям предъявляются более жесткие требования по внешним признакам и морозостойкости.

На морозостойкость кирпич и керамические камни должны выдержать не менее 25 циклов, т.е. марки по морозостойкости должны быть 25, 35. 50. На лицевой, тычковой и ложковой поверхностях не допускаются трещины, а отколы, пятна. выцветы или др. дефекты не должны быть заметны на расстоянии 10 метров на открытой площадке при дневном освещении.

По прочности кирпич и камни лицевые подразделяются на марки 300. 250, 200. 150, 125. 100 и 75 (по согласованию с потребителями).

4.6. Керамические материалы для наружной и внутренней облицовки зданий.

4.6.1. Керамические изделия для облицовки фасадов.

Для облицовки фасадов применяют кирпич и камни лицевые (в том числе ангобированные, глазурованные – об этом шла речь в предыдущем параграфе), плитки и плиты керамические фасадные и ковры из них, плитки керамические литые и ковры из них.

Плиты керамические фасадные изготавливают из беложгущихся и окрашенных (легко–плавких) глин с добавками или без них методом полусухого прессования. Плиты крепят к стене, как правило, после окончания строительства и оседания зданий. Такие плиты называют прислонными. Иногда выпускают закладные плиты, которые с помощью выступов на тыльной поверхности закладывают в швы стены при строительстве здания. Максимальный размер фасадных плит до 400-500 мм. Однако из-за сложности изготовления их выпуск ограничен. Основные свойства фасадных плиток; внешний вид, форма и размеры (в соответствии со стандартом), морозостойкость – не менее 35 циклов, водопоглощение 6-12%, прочность при сжатии 100-150 кгс/см² (10-15 МПа).

Для облицовки фасадов применяют как крупноразмерные плитки (250×140×9 мм или 292×192×9 мм), так и мелкоштучные (размером 21×21, 46×46 или 120×65 мм толщиной от 3 до 7 мм). Выпускают плитки с разнообразной лицевой поверхностью: одноцветные или многоцветные, частично или полностью покрытые глазурью (белой, цветной, матовой или блестящей), гладкие или рельефные. На тыльной стороне имеются рифления или выпуклости, глубина и высота которых зависит от длины плитки, для лучшего сцепления со стеною. Морозостойкость плитки – не менее 35 циклов, водопоглощение – не более 12-14%.

Плитки поставляются потребителям не только отдельно россыпью или в пачках, но также в виде ковров (ковровая керамика). Для этого применяют глазурованные и неглазурованные плитки 150×75×7 мм и менее и плитки произвольной формы. Плитки наклеивают лицевой стороной костным, мездровым или другими клеями на оберточную или мешочную бумагу, высушивают. Клей после облицовки должен смываться и не оставлять пятен.

Ковры в зависимости от расположения плиток делятся на три группы: с прямолинейной ориентацией плиток, с неориентированным набором плиток и ковры типа “брекчия” из плиток произвольной формы (чаще всего из боя плиток). Цвет плиток, рисунок ковров должны соответствовать образцам-эталонам. Кроме качества плиток (показатели внешнего вида, водопоглощение, морозостойкость и др). проверяют также качество ковров – размеры, косоугольность, прочность наклеивания плиток на бумагу, плотность их укладки. Прочность наклеивания плиток в коврах проверяется трехкратным свертыванием ковра в рулон и развертыванием его. При этом не должна оторваться ни одна плитка. Для плиток больших размеров (от 48×48×4 до 150×75×7 мм) прочность наклейки на бумагу определяется приданием ковру вертикального положения не меньше, чем на 1 минуту. При этом ни одна плитка на должна упасть. Ковры типа “брекчия” трижды сбрасывают с высоты 0.25 метров на твердое основание. При этом ни одна плитка не должна отслоиться.

Фасадные керамические плитки применяют для облицовки наружных стен каменных зданий, наружных поверхностей стеновых панелей, крупных блоков, для облицовки подземных пешеходных переходов и проездов для движения транспорта, для оформления архитектурных элементов зданий и сооружений (обрамление оконных и дверных проёмов, лоджий, фризов и др.).

4.6.2. Плитки для внутренней облицовки стен.

Плитки керамические для внутренней облицовки стен классифицируются по характеру поверхности на плоские, рельефно-орнаментированные, фактурные; по виду глазурного покрытия – на покрытые глазурями прозрачными или глухими, блестящими или матовыми, одноцветными или декорированными многоцветными рисунками; по форме – на квадратные, прямоугольные и фасонные; по характеру кромок с прямыми и закругленными с одной или с нескольких смежных сторон ( с завалом) – рис. 4.11 и 4.12.

Всего в стандартах предусмотрено около 50 типов плиток. отличающихся формой, размерами и состоянием лицевой поверхности. Квадратные плитки выпускают размером 200×200, 150×150 и 100×100 мм, а прямоугольные имеют максимальный размер 200×150 мм (соответственно ширина и высота плиток). Фасонные плитки могут иметь и другие размеры (например, фигурные плитки бывают размером 187×205 мм).

Изготовляют плитки из глин с добавками способом полусухого прессования (реже применяется метод литья), а затем обжигаются на поточно-автоматизированных конвейерных линиях. В зависимости от вида исходного сырья плитки называют фаянсовыми (изгоовляют из тугоплавких глин с добавкой песка, черепок белого цвета, поверхность плиток глазуруют, толщина плиток до 6 мм, структура черепка достаточно плотная) или майоликовыми (изготовляют из легкоплавких глин с добавкой мела, черепок пористый, поверхность покрыта глазурью, толщина плиток до 12 мм).

К плиткам предъявляют повышенные требования к декоративным качествам и точности размеров. В зависимости от показателей внешнего вида плитки делятся на 3 сорта. Например, общее количество отклонений на одной плитке (а это разнотонность, пятна, трещины, цек глазури, отбитые углы, плещены, щербины, зазубрины и др.) для плиток I сорта допускается не более 2, для II сорта – не более 3, для III сорта – не более 4.

Водопоглощение плиток должно быть не более 16%. Плитки должны быть термически стойкими. без появления цека глазури (наколы) или разрушение черепка выдерживать перепады температур от 125 до 15-20°С. Твердость глазури по Моосу должна быть не менее 5. Предел прочности при изгибе должен быть не менее 12 МПа (а для отдельных образцов – не менее 8 МПа). Для высшей категории качества эти показатели еще выше. Химическая стойкость глазури определяется с помощью универсальных моющих средств.

Плитки укладываются в пачки. коробки или стопы. обернутые упаковочной бумагой и обвязанные шпагатом или пластмассовой лентой. Масса пачки – не более 7.5 кг, ящика 25 кг.

Плитки применяются для облицовки внутренних стен лечебных и торговых помещений, плавательных бассейнов и др. Эти плитки не предназначены для облицовки поверхностей, подверженных механическим воздействиям, влиянию мороза. высоких температур, кислот, щелочей и газов.

4.6.3. Плитки для полов.

Основным сырьем в производстве плиток служат огнеупорные и тугоплавкие глины, а также добавки (кварцевый песок, шамот, перлит, стеклобой, тальк, нефелиновый концентрат и др.). Применяют полусухой и шликерный способ приготовление пресс-порошка с обезвоживанием шликера в распылительных сушилках.

Основной способ – полусухое прессование. После прессования плитки сушат в туннельных или щелевых конвейерных сушилках. Наиболее эффективным является обжиг до спекания на поточно-механизированных конвейерных линиях с роликовыми печами.

По назначению керамические плитки для полов делятся на основные и доборные. По форме плитки бывают квадратные, прямоугольные, треугольные, шестигранные, четырехгранные (половинки шестигранных), пятигранные (половинки шестигранных), фигурные (рис. 4.13.), восьмигранные.

Размеры плиток: длина от 38 до 300 мм, ширина – от 22 до 320 мм. Лицевая поверхность плиток – глазурованная, неглазурованная, частично глазурованная, гладкая, рельефная, с рисунком. Глазурованные и частично глазурованные плитки покрывают блестящей или матовой, прозрачной или заглушенной глазурью. Цвет, рисунок и рельеф лицевой поверхности должны соответствовать образцам – эталонам.

К основным свойствам плиток для полов предъявляются следующие требования: внешний вид, форма и размеры должны соответствовать стандартам. Так, например, не допускаются отбитые углы, грани, трещины, расслоения и пузыри, мушки, вмятины и царапины, наплывы и волнистость глазури, наколы, плешины, видимые с расстояния 1.7 метров; для декорированных плиток – нечеткость рисунка, засорения цветными порошками, видимые с расстояния 1.7 м, недожог красок, шелушение красок. Водопоглощение плиток не должно быть более 3.7%, истираемость (износостойкость не более 0.21 г/см². Следует отметить, что плитки имеют большую химическую стойкость (кислотостойкость 97-98%), малую пористость, огнестойкие.

Ковры (мозаичная керамика) изготавливаются в основном из мелкоштучных плиток (48×48 и 48×22 мм) длиною до 1.5 м и шириною до 400 мм. Ковры, как и плитки, выпускаются одноцветными, многоцветными (узорчатыми, офактуренными, порфировидными, мраморовидными и т.д.). Для ковров, кроме вышеприведенных свойств, определяется прочность наклейки плиток на бумагу.

Плитки для полов упаковываются вертикально, вплотную друг к другу, в контейнеры, деревянные решетчатые или картонные ящики. Допускается упаковка в пачки, обернутые бумагой и перевязанные шпагатом; масса пачек не более 10 кг.

Керамические плитки для полов используют для настилки полов в зданиях, к чистоте которых предъявляются высокие требования (больницы, школы, баня, кухни и др.), где возможны воздействия жиров и других химических реагентов (как футеровочный материал в цехах химической промышленности), интенсивное движение (лестничные клетки, вокзалы, торговые залы и др.), а также в случаях, когда материал для полов служит и декоративным элементом в архитектурном оформлении помещения (вестибюли общественных зданий и др.).

4.7. Керамические изделия специального назначения.

4.7.1. Кровельные керамические материалы.

К кровельным керамическим материалам относятся черепица и элементы перекрытий (камни для армокерамических балок, камни для часторебристых перекрытий. керамические камни для накатов).

Черепица глиняная изготавливается из глиняных масс методом пластического прессования с последующей сушкой и обжигом. Изготавливается черепица следующих видов: пазовая штампованная, пазовая ленточная, плоская ленточная и коньковая (рис. 4.14.). Основные размеры: длина 365-400 мм, ширина 155-220 мм в зависимости от типа черепицы (но может, по согласованию с заказчиком, выпускаться и других размеров и типов).

Выпускается черепица неглазурованная и покрытая глазурью (блестящей или матовой, прозрачной или глухой). Глазурь должна быть равномерно расплавленной и прочно соединятся с черепком. Глазурью покрывается вся лицевая сторона черепицы, а у плоской ленточной – только кроющая часть поверхности. С тыльной сторона у черепицы есть несколько шипов и ушко для крепления проволокой к обрешетке.

Основные свойства черепицы: показатели внешнего вида, водонепроницаемость, морозостойкость, разрушающая нагрузка.

К внешнему виду черепицы стандартом предъявляются требования, не допускающие отбитостей и посечки на перекрывающей стороне, волнистость глазури. Допускаются незначительные отбитости и посечки на перекрываемых кромках, натеки глазури, не портящие внешнего вида, рассеянные мушки – не более 3 штук и др. Общее количество дефектов по показателям внешнего вида на отдельной черепицы должно быть не более 4.

Черепица должна быть водонепроницаема. Для определения этого свойства на лицевой поверхности черепицы устанавливается цилиндрическая прозрачная труба диаметром 25 мм и h=200 мм. Труба заполняется водой на 150 мм и этот уровень поддерживается постоянным. После 3 часов испытания осматривают нижнюю поверхность образца. Отсутствие капель воды свидетельствует о водонепроницаемости черепицы.

Черепица должна выдерживать на морозостойкость не менее 25 циклов замораживания и оттаивания. Черепица должна выдерживать разрушающую нагрузки в сухом состоянии не менее 900Н – для пазовой штампованной и 800Н – для остальных видов (испытание проводится сосредоточенным грузом, приложенным посередине, чтобы образец сломался).

Черепица – один из самых долговечных искусственных материалов, с нею может сравниться только природный шифер. Это огнестойкий и атмосферостойкий материал. Однако он имеет ряд недостатков: черепица – неиндустриальный (мелкоштучный) материал, в следствии чего повышается трудоемкость кровельных работ, имеет большую массу (1 м² покрытия весит 50-60 кг), поэтому нужна прочная конструкция кровли, густая обрешетка, угол наклона должен не менее 30°.

Наибольшее распространение черепица получила в малоэтажном строительстве.

4.7.2. Керамические трубы

Канализационные трубы. Трубы керамические канализационные изготовляют из огнеупорных или тугоплавких глин с оттощающими добавками (шамот, дегидратированная глина, иногда кварцевый песок). Основной способ изготовления – пластическое формование на вертикальных трубных прессах. Сушка производится в природных условия (цехах), в камерных, туннельных и конвейерных сушилках в вертикальном положении. Обжиг ведут до спекания при температуре 1250-1300°С.

Трубы бывают раструбные и безраструбные (рис. 4.15.). Для лучшей герметизации внутренняя сторона раструба и наружная сторона противоположного конца трубы имеют резьбу (не менее 5 канавок). Внутренняя и наружная поверхности труб покрыты химически стойкой глазурью, благодаря чему уменьшается всасывание воды и снижается гидравлическое сопротивление. Выпускают трубы длинной 1-1.5 м, диаметром 150-600мм.

Основные свойства труб: внешние признаки, водонепроницаемость, водопоглощение, кислотостойкость, механическая прочность.

По показателям внешнего вида трубы должны удовлетворять требованиям стандартов: по размерам и предельным отклонениям размеров, конусности раструба, по отклонениям от прямолинейности труб на один метр длины ствола и отклонения от перпендикулярности плоскости торцов труб к их осям.

Канализационные трубы должны быть водонепроницаемыми и выдерживать внутреннее гидравлическое давление не менее 0.15 МПа. Водопоглощение труб не должно превышать 8-9% (для высшей категории качества – 7.5%). Кислотостойкость труб должна быть не менее 98%. Трубы должны выдерживать внешнюю нагрузку на 1 м длины не менее 2000 кг.

Трубы керамические канализационные предназначаются для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые и дождевые, агрессивные и не агрессивные сточные воды.

Дренажные трубы. Трубы керамические дренажные изготовляют из пластичных легкоплавких глин с добавками или без них методом пластического формования. Формуют трубы на горизонтальных ленточных прессах, оборудованных специальным мундштуком (раздельные, пакетное, раздельно-пакетное формование), а трубы больших диаметров формуют на вертикальных прессах. После сушки трубы обжигают при температуре около 1000°С.

Изготовляют трубы двух типов: с цилиндрической и восьмигранной наружной поверхностью (рис. 4.16.).

Основные свойства дренажных труб: показатели внешнего вида (размеры, овальность, перекос, выплавки, пузыри, вмятины, отбитости и др. параметры), морозостойкость должна быть не ниже 15 циклов, водопоглощение черепка до 15%, трубы должны выдерживать внешнюю нагрузку не менее 3.5-5.0 кН в зависимости от диаметра трубы. Например, для труб минимальных диаметров 50-75 мм нагрузка должна быть не менее 3.5 кН, а для труб максимальных диаметров 250-300 мм – соответственно не менее 5.0 кН.

Дренажные трубы применяются для осушения строительных площадок, для мелиоративных работ в сельском хозяйстве при осушивании грунтов и торфяных болот.

4.7.3. Санитарно-строительные изделия.

К санитарно-строительным керамическим изделиям относятся умывальники, унитазы, смывные бачки, раковины, керамические чаши для стоматологических установок, керамические детали (рукоятка душевой стенки на гибком шланге, рукоятка смесителя для ванн и др.), предназначены для оборудования санитарных узлов жилых, общественных и промышленных здания, лабораторий, лечебных и учебных помещений.

Изготавливают эти изделия из фарфора, полуфарфора, фаянса и шамотированного фаянса, которые различаются по своим свойствам (например. у фарфора водопоглощение до1%, прочность при сжатии 400-500 МПа, а у шамотированного фаянса соответственно до 17% и 30-50 МПа).

Основной способ изготовления санитарно-строительных изделий шликерный (метод литья). Изделия полностью или частично покрываются глазурью (белой, цветной, блестящей, матовой) для повышения водонепроницаемости черепка.

Основные свойства санитарных изделий: показатели внешнего вида (например, умывальники в соответствии со стандартом должны быть определенной формы: полукруглые УмПк, овальные УмОв, прямоугольный УмПр; со спинкой или без нее и т.д., допустимые отклонения размеров, допустимые деформации (коробление), водопоглощение, механические показатели. Умывальники должны выдерживать нагрузку не менее 1.5 кН, а унитазы – не менее 2,0 кН.

4.7.4. Кислотоупорные керамические изделия.

По назначению кислотоупорные керамические изделия разделяют на три группы: футеровочные, насадочные и химическая аппаратура.

Изделия кислотоупорные футеровочные (кирпич, плитка, фасонные изделия) применяют для защиты реакционных аппаратов, отбельных башен, в гидролизной промышленности, целлюлозно-варочных котлов, а также для защиты строительных конструкций. Основные физико-механические свойства: кислотостойкость – не менее 96-99% (в зависимости от вида изделия), водопоглощение не более 0.5-8 (плитки) и 6-10% (кирпич), прочность при сжатии 30-55МПа (кирпич). Определяется также термическая стойкость по количеству выдерживаемых теплосмен (2-15), водонепроницаемость и др.

Изделия кислотоупорные насадочные предназначают для заполнения реакционных пространств в колоннах химических аппаратов работающих при t=0-120°С для кислых и 0-30°С – для щелочных сред. В зависимости от вида насадки (например, КК – кольцевая керамическая и др.) кислотостойкость должна быть не менее 97-99%, водопоглощение не более 0.5-5%, щелочестойкость не менее 45%, а термическая стойкость не менее 2-10 теплосмен.

К химической аппаратуре относят группу изделий сложной формы и различных размеров (трубы кислотоупорные, вентили фарфоровые, детали форсунок, детали насосов фарфоровые, колонные кислотоупорные, аппараты химически стойкие и др.). Они отличаются почти полной непроницаемостью жидкости и газов. Изделия этой группы изготовляют в основном из фарфоровой и полуфарфоровой масс, которые после обжига образуют химически стойкий и прочный материал.

4.7.5. Кирпич для дорожных одежд.

Дорожный кирпич (клинкерный) изготавливают методом пластического формования или полусухого прессования из тугоплавких глин с большим интервалом спекания (более 100°С). Обжиг сырца производится до полного спекания, но без остекления поверхности. Выпускают кирпич размером 220×110×65 и 220×110×75 мм. В зависимости от при сжатии кирпич изготавливают трех марок 1000, 600 и 400 (кгс/см²). Соответственно для указанных марок морозостойкость должна быть не менее 100, 50 и 30 циклов, водопоглощение – не более 2, 4 и 6%, сопротивление удару – не менее 16, 12 и 8 ударов, сопротивление истиранию – не менее 18,16 и 14%. Плотность дорожного кирпича должны быть не менее 1900 кг/м³. Применяется кирпич для устройства дорог и тротуаров, полов промышленных зданий, облицовки канализационных коллекторов, мостовых опор.

4.7.6. Огнеупорные изделия.

Огнеупорными называют материалы и изделия, способные в процессе их эксплуатации в промышленных тепловых установках длительно выдерживать различные механические и химические воздействия при высоких температурах.

Огнеупоры классифицируют по огнеупорности, химико-минералогическому составу, способу изготовления, пористости, форме, размерам и др. свойствам. По огнеупорности они делятся на огнеупорные (с огнеупорностью 1580-1770°С), высокоогнеупорные (t=1770-2000°С) и высшей огнеупорности (t>2000°С).

В зависимости от химико-минералогического состава огнеупоры подразделяют на группы и подгруппы: кремнеземистые (динасовые, кварцевые), алюмосиликатные (полукислы, шамотные, высокоглиноземистые), магнезиальные (периклазные, доломитовые, форстеритовые, шпинельные), хромистые (хромитовые, хромомагнезитовые), углеродсодержащие (графитовые, коксовые), циркониевые, карбидные и др.

Огнеупоры выпускают в виде штучных, порошкообразных и волокнистых материалов и изделий.

По плотности огнеупоры, подразделяют на особо плотные (пористость<3%), высокоплотные, обычные (П до 30%), легковесные.

Наибольшее применение получили кремнеземистые и алюмосиликатные, а также магнезиальные и хромистые огнеупоры.

Кварцевое стекло (содержит не менее 99% SiO₂) получают отливкой из расплавленного кварца, оно обладает хорошей термостойкостью. При t=1100°С оно расстекловывается и крошится. Применяется для производства химической аппаратуры, для футеровки котлов большой емкостью, при изготовлении штампов горячего прессования и для др. целей.

Динасовые (тридимито-кристобалитовые) огнеупоры изготовляют из размолотых кварцевых пород (кварца, кварцита и др.) на известковой или др. связке.

Динас содержит не менее 93% SiO₂. Изделия формуют только из полусухих масс, сушат, обжигают при t=1350-1430°С, а затем охлаждают по ступенчатому режиму (быстро до t=800°С, затем медленно). Динас в интервале температур 180-270°С имеет низкую термостойкость обусловленную кристобалитовым эффектом, с большим изменением объема. Однако при температурах выше 600°С его термостойкость резко возрастает, поэтому в сводах мартеновских печей, где t часто меняется от 1000 до 1650°С динас практически не разрушается. Динасовые изделия имеют огнеупорность более 1710-1730°С (а легковесный динас более 1620°С), обладают высокой стойкостью к действию кислых шлаков. Динасовые изделия широко применяются для кладки сводов металлургических и стекловаренных печей, сводов регенераторов, головок и арок, заправочных окон мартеновских печей, а также в печах цветной металлургии.

Алюмосиликатные огнеупоры представляют собой изделия состоящие из двух основных оксидов Al₂O₃ и SiO₂. В зависимости от их соотношения различают 3 нруппы изделий: полукислые (15-30% Al₂O₃), шамотные (30-45% Al₂O₃) и высокоглиноземистые (корундовые) с содержанием Al₂O₃ от 45 до 99%.

Полукислые огнеупорные изделия изготовляют из природных глин и каолинов, содержащих свободный кремнезем. При необходимости сырье отощают шамотом, кварцевым песком и др. Способ изготовления – полусухое прессование. После сушки и обжига изделия имеют огнеупорность более 1610-1710°С в зависимости от класса огнеупора (кл. А, Б, В).

Полукислые огнеупоры широко используются для футеровки вагранок, коксовых печей, сталеразливочных ковшей, насадок, регенераторов и др.

Шамотные огнеупорные изготовляют из спеченного или низкожженного огнеупорного шамота и огнеупорных глин или каолинов. Количество шамота в смеси колеблется от 20 (малошамотные изделия) до 75-85% (многошамотные). Способ формования – пластический (реже применяется) и полусухое прессование. Обжиг проводится при t=1430-1450°С. Шамотные изделия в зависимости от огнеупорности делятся на 3 класса (кл. А, Б, В), а по допускаемым отклонениям и внешнему виду на 3 сорта (I,II,III). Огнеупорность шамотных изделий 1610, 1670 и 1730 соответственно для классов В, Б, А, термостойкость (число водных теплосмен при t=1300°С) не менее 10-20, прочность при сжатии не менее 100-125 кгс/см².

Недефицитность сырья, высокая термическая стойкость, огнеупорность и шлакоустойчивость позволяют применять шамотные изделия для кладки многих промышленных тепловых агрегатов, для футеровки доменных, стекловаренных, цементных вращающихся, шахтных печей, дымоходов, ковшей и др.

Высокоглиноземистые огнеупорные изделия из технического глинозема, гидратов глинозема и минералов силиманитовой группы. В качестве связки применяют высокопластичные огнеупорные глины (неболее 15-20%). В зависимости от содержания Al₂O₃ и особенностей фазового состава высокоглиноземистые огнеупоры делят на 3 класса: А, Б, В. Огнеупорность изделий 1820-1860°С. Применяют для стекловаренных печей, кладки доменных печей, для производства абразивных материалов (электроплавленый корунд) и др.

Магнезиальные огнеупорные изделия состоят в основном из MgO 80-85%, их получают из природного магнезита (магнезитовые или периклазовые), из доломита (доломитовые огнеупоры), из оливинов, серпентинитов, дунитов, талька, талькомагнезитов (форстеритовые огнеупоры) способом полусухого прессования, обжиг производится при температурах 1550-1660°С. Огнеупорность этих изделий достигает 2000°С. Из магнезиальных огнеупоров изготавливают штучные изделия (кирпич, стаканы для разливки стали и др.) и порошки.

Хромистые изделия получают из хромитовых горных пород с добавками магнезита, глинозема и др. Огнеупорность изделий достигает 1800-2000°С, термостойкость 7-30 водных теплосмен (t=850°С). Их применяют в тех случаях, где требуется высокая шлакоустойчивость (кладка стен и сводов мартеновский печей, зон обжига вращающихся цементных печей, футеровка других высокотемпературных агрегатов).

Легковесные огнеупоры имеют среднюю плотность 600-1400 кг/м³ и пористость 45-85%. Чаще всего применяют легковесные шамотные (или полукислые) и динасовые изделия. Они имеют высокую огнеупорность, достаточную прочность и малую теплопроводность. Выпускают легковес в виде штучных изделий (кирпич), обмазок и порошков. Применяют для тепловой изоляции различных по назначению тепловых агрегатов.

4.8. Искусственные заполнители на основе глинистого сырья.

Из глинистого сырья и других кремнистых пород способом обжига изготавливают керамзит, аглопорит, термолитовый гравий и щебень и др. Наибольшее распространение получил керамзит.

Керамзит относится к теплоизоляционным керамическим материалам. Представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения с закрытыми порами. Выпускают его в виде песка, гравия, щебня (и редко штучного керамзита в виде блоков). Наибольшее применение получил керамзитовый гравий. Керамзитовый гравий получают из легкоплавких глин, имеющих заданный химический состав 6-12% оксидов железа, 2-3% щелочных оксидов и до 3% органических примесей). Коэффициент вспучивания керамзитовых глин должен быть не менее 2. Можно использовать любую легкоплавкую глину, но тогда необходимо вводить вспучивающие добавки.

Рис. 4.19. Технологическая схема получения керамзита

Изготовляют керамзитовый гравий тремя способами: сухим, пластическим (полусухим) и мокрым. При сухом способе плотные, камнеподобные, хорошо вспучивающие глины дробят, просеивают, а затем крошку (сырцовые гранулы) направляют в печь на обжиг. При мокром способе глину с добавками дробят и перемешивают с большим количеством воды. Образующийся шлам (или шликер) насосами подают в печь на обжиг. Наиболее распространенный пластический способ производства (рис. 4.19).

Глину с добавками тщательно перерабатывают, превращают в глиняное тесто и направляют на формующие машины: дырчатые вальцы, барабанные грануляторы или ленточные прессы, у которых выходное отверстие мундштука перекрыто перфорированной плитой. Из пресса выходят жгуты, которые разрезают на цилиндрики и направляют их на скатывание и при необходимости на сушку и опудривание. Полученные сырцовые гранулы подают в обжиговые печи (вращающиеся или печи “кипящего слоя”).

При обжиге (t=1050-1250°С) происходит размягчение глины и выделение газообразных веществ, которые вспучивают частично расплавленную (размягченную) массу, образуя в ней поры. Процесс обжига проходит в течение 30-60 мин. Затем зерна быстро охлаждают, разделяют на фракции и направляют в силосы для хранения.

Основные свойства керамзитового гравия: марка по насыпной плотности 250-600 кг/м³, зерновой состав – выпускают рядовым нефракционированным (размер зерен 5-40 мм) или чаще всего разделяют на фракции 5-10, 10-20, 20-40 мм; коэффициент формы зерен (отношение максимального размера зерна к минимальному) должен быть не более 1.5. Прочность зерен при сдавливании в цилиндре должна быть не менее 0.5-2.5 МПа (П25-П125) соответственно для марок 250 и 600 (кг/м³). Керамзитовый гравий применяется как самый распространенный высококачественный заполнитель для изготовления легкобетонных конструкций. Его можно использовать также для теплоизоляционных засыпок.

5. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ РАСПЛАВОВ

1. Общие сведения и классификация

Для изготовления строительных материалов и изделий применяются минеральные силикатные расплавы, т.е. расплавы, в составе которых преобладают силикаты. Силикатным расплавам присуща способность переходить при быстром охлаждении в стеклообразное (аморфное) состояние. Переход стекла из жидкого состояния в твердое является обратимым.

Минеральные расплавы в зависимости от вида исходного сырья можно разделить на следующие группы: стеклянные каменные и шлаковые. Наибольшее распространение получили изделия из стекла. В основу классификации стеклоизделий положены следующие признаки : назначение или область применения, характер поверхности, род обработки, химический состав, плотность и др. В зависимости от назначения все стекла разделяются на три больших группы: техническое, строительное и бытовое стекло. Каждая группа стекол подразделяется на виды изделий. В группу технического стекла входят оптическое и химико-лабораторное, электро- и свето- техническое, приборное, защитное и др. Группу бытового стекла составляют хозяйственная и сортовая посуда, тара, бытовые зеркала и украшения. К строительному стеклу относят различные виды листового стекла, строительные детали, стекло трубы, пеностекло и др.

В зависимости от химического состава изделия и материалы из стекла делятся на оксидные (силикатные, боратные, фосфатные и др.) и бес кислородные (галогенидные, нитратные и др.).

В зависимости от плотности стеклоизделия бывают плотные, ячеистые, волокнистые. В строительстве наибольшее распространение получили силикатные плотные стекла, хотя в последние годы значительно увеличился объем ячеистых и волокнистых и стеклоизделий.

2. Структура и свойства стекол

Стекло представляет собой твердое не закристализованное тело, образующееся в результате резкого переохлаждения расплава. При переходе расплава в стекло по мере охлаждения наблюдается интенсивное и непрерывное нарастание его вязкости, при этом также будут изменяться его свойства. Процесс перехода расплава в твердое стеклообразное состояние в отличие от кристаллизации называют стеклованием.

Д.И. Менделеев впервые сформулировал научное представление о химическом строении силикатов и стекла. Он считал, что стекло неопределенное химическое соединение, в котором образующие его оксиды (кремнезем) соединяются в любых соотношениях и представляют собой некристаллический (аморфный) сплав, полученный в результате резкого охлаждения расплава.

Благодаря своей структуре стекло обладает рядом специфических свойств, к которым относится прозрачность, хрупкость, высокая стойкость к атмосферным воздействиям и др.

Средняя плотность строительных стекол колеблется в пределах 2200-3000 кг/м³. Для листового стекла она приблизительно равна 2500 кг/м³, для армированного - 2600 кг/м³. Плотность стекла зависит от химического состава и для некоторых специальных стекол, содержащих оксиды бария, свинца и висмута, может доходить до 8000 кг/м³. Прочность при растяжении составляет фактически 30-90 МПа, при сжатии 300-1000 МПа, при изгибе 85-180 МПа.

Твердость стекла, определяемая по шкале твердости МООСа, равна 5-7.

Стекло относят к хрупким материалам, оно плохо сопротивляется ударным воздействиям. Сопротивление удару в значительной степени зависит от состояния поверхности стекла и наличия в нем дефектов. У закаленных стекол сопротивлению удару в 5-6 раз выше, чем у обычных, незакаленных. Стекло характеризуется упругостью, упругой деформацией, т.е. такой деформацией которая полностью исчезает после прекращения действия силы. Стекло имеет высокий модуль упругости, так как в нем при больших напряжениях отмечаются малые деформации. Значение модуля упругости колеблются для листового стекла от 65000 до 72000 МПа.

Стекло относится к прозрачным телам. Светопрозрачность - характерная особенность, благодаря которой оно широко применяется в строительстве, на транспорте, в оптике, светотехнике. При падении на поверхность стекла светового луча происходит его отражение, преломление и частичное поглощение. Так, обычное окрашенное листовое стекло отражает около 8%, поглощает около 1% и пропускает до 90-92 % падающего на него света. Светопропускание зависит от химического состава стекла, его окраски, толщины, состояния поверхности и угла падения света. Светопропускание оконного стекла может достигать 90%, стеклоблоков-85% и др. По оптическим свойствам различают прозрачное, окрашенное, бесцветное и рассеивающее свет стекло.

Теплопроводность стекол зависит от химического состава, температуры и плотности. Для плотных стекол коэффициент теплопроводности колеблется в пределах 0.5-0.9 Вт/(м^оС), для пеностекла 0.045-0.058 Вт/(м^оС). От коэффициента термического расширения (a) зависит термостойкость изделий, возможность получения накладного стекла и прочность спая стекла с металлом. Значения (a) для разных стекол различны: для кварцевого стекла оно минимально (5.6*10^-7оС^-1), для строительного - составляет 90*10^-7оС^-1.

Термическая стойкость характеризует способность стекла выдерживать без разрушения резкие изменения температуры. Она определяет стойкость стеклоизделий при нагревании и охлаждении. За меру термостойкости принимают максимальную разность температур, которую выдерживает изделие , не разрушаясь. Термостойкость можно рассчитать по формулам (ориентировочный расчет) или определить непосредственно на готовых изделиях или специально изготовленных образцах. Для этого образец нагревается, а затем быстрым сбрасыванием в сосуд с водой охлаждается. Разность температур, которую выдерживает образец без разрушения, и определяет термостойкость стекла, которая зависит от состава, свойств стекол, а также от формы и толщины стенок изделия. С увеличением толщины стенки изделия термостойкость ухудшается. Для оконного стекла толщиной 2мм термостойкость составляет 100^оС, а толщиной 5 мм - 80^оС.

Стекло проводит звук (самое слабое место конструкции и по отношению к действию внешней шумовой нагрузки). Для улучшения звукоизоляции используют стекло различной толщины, уделяют внимание уплотнению швов, изготавливают стеклопакеты. Стекло толщиной 1 см имеет такую же звукоизоляцию, как полкирпича, т.е. 12 см.

Силикатное стекло имеют высокую химическую стойкость к большинству реагентов (вода, растворы кислот, солей, щелочей и др.). Силикатные стекла более устойчивы к кислотам ( за исключением фосфорной и фтористоводородной), чем к щелочам. Химическая стойкость стекла зависит в основном от его состава и природы реагента.

Стекло поддается механической обработке: его можно пилить, обтачивать, резать, шлифовать и полировать. В пластичном состоянии при t=800-1000^оС его можно выдувать, вытягивать в листы, трубки, волокна, сваривать.

Кроме выше рассмотренных свойств важным являются свойства стекломассы (вязкость, кристаллизационная способность, поверхностное натяжение), которые зависят от химического состава стекол, температуры и оказывают существенное влияние на выбор способов и режима производства стеклоизделий.

3. Сырьевые материалы для производства стекла

Сырьевые материалы условно разделяются на основные и вспомогательные. К основным относят материалы для введения стеклообразующих оксидов, составляющих основу стекла. К вспомогательным относят окислители, восстановители, красители, глушители, обесцвечиватели и др., которые улучшают реологические характеристики стекломассы, ускоряют процесс ее варки и изменяют свойства стекол.

Основными материалами служат пески кварцевые (иногда молотый песчаник или кварцит), сода или сульфат натрия, известняки (мел), доломиты пегматиты (полевой шпат).

Качественная характеристика песка и его пригодность для стекольного производства определяется химическим, гранулометрическим и минералогическим составом. Пески должны содержать не менее 95-98% SiO₂ и не более 0.05% оксида железа для листового оконного стекла (для оптического - не более 0.01%). Количество зерен в песке размером менее 0.1 и более 0.5 мм должно быть минимальным и не превышать 5%. Пески с размером зерен 0.15-0.8 мм хорошо обеспечивают однородность шихты и улучшают ее провар. Если содержание железа, глинистых и других нежелательных примесей в песке больше допустимых, его обогащают различными методами.

Вводимые в шихту оксиды щелочноземельных и щелочных металлов (CaO, MgO, Na₂O, K₂O) не только снижают температуру варки стекла, но также снижают способность стекла к кристаллизации, улучшают его оттенок, придают прозрачность, повышают его основные свойства.

Окислители и восстановители вводятся в состав шихты для создания окислительной или восстановительной среды. Для варки большинства цветных стекол необходимы окислительные условия, чтобы предотвратить восстановление красящих оксидов и сохранить окраску стекол. В качестве окислителей применяют нитраты, мышьяк, перекись марганца и др. Как восстановители применяют вещества, в составе которых содержится углерод (уголь, кокс, опилки) и др.

Ускорители варки стекла уменьшают вязкость расплавов что облегчает процесс варки и увеличивает производительность печей. К ускорителям относят фтористые соединения, аммонийные соли, оксид бора и др.

Глушители вводятся в шихту для получения светорассеивающих стекол. Меняя содержание глушителей, можно получить молочные стекла от мутноватых до совершенно не прозрачных. В качестве глушителей используют фтористые и фосфатные соединения, соединения олова, сурьмы и др.

К осветлителям относят вещества, которые разлагаются и способствуют освобождению стекломассы от газовых включений. Как осветлители используют хлорид натрия, сульфат натрия, фтористые соединения и др.

Важнейшим требование6м, предъявляемых к качеству сырьевых материалов для получения стекла, является постоянство их химического состава, однородность основного и вспомогательного сырья, которые гарантируют необходимую однородность стекломассы, а также позволяют получать заданные эксплуатационные свойства стеклоизделий.

4. Технологические процессы изготовления стеклоизделий

Технология производства материалов из стекла состоит из таких основных последовательно выполняемых операций: обработка сырьевых материалов, приготовление шихты, варка стекла, формование изделий, отжиг и закалка, шлифовка и полировка, затаривание.

Обработка сырьевых материалов включает обогащения песка, промывку в гидроциклонах и гидроклассификаторах; измельчение и сушку материалов (мел, доломит, известняк и др.); просеивание. Сырьевые материалы после просеивания поступают в расходные бункера (силосы) смесительного отделения.

Приготовление шихты состоит из двух основных операций: взвешивания и смешивания.

Варка стекла производится в Горшковых печах периодического действия (позволяют варить одновременно стекла разного состава и разной окраски, но применяются ограниченно) и в ванных печах различных конструкций и различных (в основном больших) объемов. На рис. 5.1 и 5.2 приведены стекловаренные печи. Ванная стекловаренная печь представляет собой бассейн, выложенный из огнеупорных брусков, вместимостью до 2500 т стекломассы, размером длина 5-6 м, глубина 1.2-1.5 м. Максимальная температура варки зависит от состава стекла и колеблется от 1400^оС до 1600^оС. Важнейшими стадиями варки стекла являются: силикатообразование (t=900-1150^оС), остуда (на 400-500^оС ниже максимальной температуры).

Стекломасса (пластичный расплав шихты) образуется при t>900-1000^оС. При дальнейшем нагревании шихта превращается в стекломассу со значительным содержанием газовых включений (CO₂, SO₂ è др.). На стадии осветления происходит удаление газов из расплава. Интенсивность образования пузырей в процессе осветления (при t=1500^оС-1600^оС) непрерывно снижается. На стадии гомогенизации происходит выравнивание химического состава расплава. Гомогенизация осуществляется в печах периодического перемешиванием стекломассы, в печах непрерывного действия - длительным выдерживанием в зоне высоких (t=1500^оС-1600^оС) температур, а также бурлением стекломассы сжатым воздухом. Осветление и гомогенизация - самые длительные стадии варки стекла.

1 - зона загрузки

2 - стекловодяные горшки;

3 - кадневые горелки;

4.5 - регенераторы (для нагревания воздуха);

6 - под печи;

7 - боковые вертикальные ограждения (окружка);

8 - простенки;

9 - своды;

10 - свод с теплоизоляцией;

11 - заслонки;

12 - смотровые отверстия;

13 - камеры предварительного сгорания;

14 - колодец.

Рис. 5.1. План и разрез многогоршковой стекловаренной печи

На последнем этапе варки стекла происходит охлаждение или студка. Проводится она сравнительно быстро, что сопровождается быстрым нарастанием вязкости расплавленной массы. Молекулы и атомы вещества остаются закрепленными в тех случайных положениях, в которых их застало резкое повышение вязкости. Чем выше скорость охлаждения стекломассы, тем более высокой температуре соответствует "замороженное" состояние структуры и, следовательно, снижается микро неоднородность стекла.

1-бассейн;

2-стекломасса;

3-горелки;

4-свод;

5-загрузочный карман;

6-варочная часть печи;

7-студочная часть печи;

8-регенераторы.

Рис. 5.2. Стекловаренная печь для производства листового стекла

Разделение процесса варки стекла на отдельные стадии достаточно условно, поскольку некоторые из них протекают одновременно. Однако любой объем шихты проходит все пять стадий стекловарения.

Формирование стеклоизделий осуществляется различными способами: способ вытягивания, непрерывной прокатки, (для листовых стекол), прессование (стеклоблоки, смальта, ковровая мозаика), центрифугирование (трубы), выдувание (колбы) и др.

Листовое стекло вырабатывают несколькими методами: лодочный метод вертикального вытягивания; безлодочный вертикального вытягивания; безлодочный горизонтального вытягивания и др. (рис. 5.3). Наиболее совершенным и высокопроизводительным способом является горизонтальное формование на поверхности расплавленного металла.

Отжиг изделий производят в специальных отжигательных печах периодического или непрерывного действия.

Рис. 5.3. Стекловаренная печь для производства листового стекла методом вертикального вытягивания.

При формовании вследствие неравномерного охлаждения изделий в них возникают и располагаются несимметрично напряжения, которые снижают механическую прочность и термостойкость. Отжиг позволяет снять или значительно уменьшить остаточные напряжения. Качественную оценку отжига определяют с помощью специальных приборов по световой окраске: (фиолетово-красный цвет - хорошо отожженные изделия; синие и красновато-оранжевые - удовлетворительно; голубые, зеленые и желтые - плохой отжиг).

Закалка, шлифовка и полировка применяются не для всех стеклоизделий. Например, процессы шлифовки и полировки обязательны для полированных стекол. Процесс закалки применяется для изготовления закаленных стекол, у которых после закалки появляются равномерно распределенные на поверхности остаточные напряжения, которые предают стеклу повышенную прочность при изгибе и сопротивление удару. Высокопрочное стекло изготовляют методом химического и термохимического упрочнения поверхности.

Упаковка, условия транспортировки и хранения стекла имеют важное значение и регламентируются стандартами. Стекольная промышленность применяет контейнерные и пакетные перевозки (многооборотные пирамидальные контейнеры, многооборотные ящики для витринного стекла). Для транспортировки стеклоблоков, пакетирование продукции с перевозкой на поддонах.

5. Виды изделий из стекла

Стекло листовое

К основным видам листового стекла относятся оконное, витринное, армированное, узорчатое, теплопоглощающее, закаленное и др.

Стекло оконное представляет собой прозрачные листы толщиной 2; 2.5; 3; 4; 5 и 6 мм. Размеры в плане 400*500 мм (min) 1600*2200 мм (max). Листы должны быть бесцветными, допускается зеленоватый или голубоватый оттенок, если они не снижают коэффициента светопропускания. Основные свойства: прочность при сжатии 700-1000 МПа, при изгибе 50-70 МПа, светопропускание не менее 80-84% в зависимости от толщины листов. Оконное стекло хрупкое и недостаточно термостойкое. Применяется для остекления окон, витражей и дверей в зданиях различного назначения.

Витринное стекло выпускают толщиной 5-12 мм, полированное и неполированное, плоское и гнутое, бесцветное или с голубым или зеленоватым оттенком, который не снижает светопропускание. Светопропускание в зависимости от толщины стекла должно быть не менее 83-87% (соответственно для стекол толщины 10-12 мм и 5-6 мм). Применяется для остекления витрин, витражей, оконных проемов в магазинах, клубах, ресторанах, театрах, вокзалах и др.

Армированное стекло отличается от других видов листового стекла тем, что внутри листа параллельно поверхности расположена металлическая сетка. Способ производства стекла непрерывный прокат с закаткой внутрь стекломассы металлической сетки (сварная из стальной проволоки или с защитным алюминиевым покрытием). Армированное стекло имеет повышенную огнестойкость и безопасность. При разрушении механических и тепловых воздействий армирующая сетка удерживает образующиеся осколки. Выпускается бесцветным или цветным в виде гладких или волнистых листов толщиной 5.5-6 мм. Применяется для остекления оконных переплетов, дверей, устройства перегородок, кровли, светопрозрачных фонарей, ограждения лестничных маршей, балконов, лоджий.

Теплопоглощающее стекло вырабатывается из окрашенной стекломассы, в составе которой содержатся оксиды никеля, кобальта, железа, благодаря чему оно приобретает сине-зеленный оттенок. Оно задерживает около 70% тепловых лучей (рис. 5.4), но само при этом нагревается на несколько градусов выше, чем оконное, поэтому при его креплении по кромкам необходимо предусматривать компенсационные зазоры. Теплозащитное стекло можно получить также нанесением на стекло специальных покрытий в процессе изготовления. В зависимости от вида нанесенного покрытия стекло имеет голубой, бронзовый или серый оттенок.

а - оконное стекло;

б - теплопоглощающее стекло.

Рис. 5.4. Схема распределения солнечной энергии

Выпускают теплопо–глощающие стекла толщиной 3-6 мм ( оконные ) и 6,5 мм - витрин–ные. Светопропускание при тол–щине 6мм голубого стекла не ме–нее 75%, серого и бронзового-65%.

Применяется теплопогло–щающее стекло для свето–прозрачных конструкций в здани–ях, ориентировочных на юг, юго–восток и юго-запад, для поме–щений с повышенными требова–ниями к защите от инфракрасных лучей и др.

Узорчатое стекло на одной или обеих сторонах имеет четкий узор, может быть бесцветным и цветным, окрашенным в массе или посредством нанесения на его поверхность пленок оксидов различных металлов. Толщина листов в зависимости от характера узора колеблется от 3 до 8 мм. К этой же группе относится стекло "Метелица" и стекло "Мороз".

Стекло "Метелица" толщиной 3-8 мм имеет на поверхности волнообразный неповторяющийся узор с матовыми выступающими участками. Узор придает стеклу своеобразный декоративный эффект, создает частичное рассеивание света и огрничевает сквозную видимость. "Метелица" применяется для остекления дверей, устройства перегородок, а также для остекления мебели.

Стекло "Мороз" толщиной 3-6 мм имеет на одной поверхности не повторяющий узор, напоминающее заиндевевшее стекло. Узор создает декоративный и светорассеивающий эффект, исключает сквозную видимость.

Применяется для остекления двере и перегородок, требующих исключения сквозной видимости при высоком светопропускании.

Стекло закаленное изготавливается по той же технологии, что и оконное, но ко всем технологическим операциям прибавляется закалка стекла, т.е. дополнительная термическая обработка. Это может быть обдувка холодным воздухом горячего стекла, погружение стекла в масло и др. При этом значительно улучшаются механические свойства: прочность при изгибе достигает 230-270 МПа, сопротивление удару в 4-6 раз больше, чем у обычного стекла. При ударе стекло разбивается на мелкие осколки с тупыми не режущими ребрами. Применяется закаленное стекло для устройства дверей (в последнее время двери изготавливают без обвязки), перегородок, для остекления вагонов, автомобилей и др.

Многослойное стекло (триплекс) состоит из нескольких листов полированного или неполированного стекла, склеенных между собой прозрачной прокладкой, которая обладает высокой тепло- и светостойкостью, прозрачностью и адгезией к стеклу. Основное преимущество триплекса - оно не дает осколков при разрушении. Применяется для остекления всех видов транспортных средств, для устройства прозрачных стеклянных ограждений при проведении различных испытаний, контрольно-измерительной аппаратуры и т.д.

Стекло облицовочное. Характерные свойства облицовочных стеклоизделий твердость, прочность, светостойкость, водонепроницаемость, стойкость к действию агрессивных жидкостей и газов. Изготавливается стекло облицовочное в виде изделий различной формы (листы, плиты, мозаика, крошка), разнообразных расцветок и фактуры поверхности.

Стемалит представляет собой закаленное стекло (оконное, витринное, узорчатое), покрытое с одной стороны легкоплавкими керамическими красками. Процесс производства стемалита включает операции по нанесению на вырезанные по заданным размерам листы эмалевой краски в виде суспензии. После просушки в процессе термической обработки (закалки, когда стекло разогревают до температуры размягчения и быстро охлаждают в воздушной среде) происходит плавление эмали упрочнение стекла. Предел прочности стемалита при изгибе 150-180 МПа, он не разрушается от удара свободно падающего с высоты 80 см стального шара массой 800 г, термически устойчив, выдерживает резкий перепад температур 80-90 ^оС. По прочности и термостойкости стемалит превосходит необработанное (исходное) стекло в 2-3 раза. Поверхность листов может быть полированная, кованная, узорчатая. Материал выпускают разных цветов и оттенков. Окраска исключительно стойкая к атмосферным воздействиям и солнечному излучению. Стемалит излучает в себе неограниченные возможности цвета (выпускается 27 цветов), нарядность фактуры и долговечность. Применяется на наружной облицовки зданий и для внутренней облицовки стен и перегородок.

Плитка стеклянная облицовочная изготовляется способом непрерывного проката или прессования из неокрашенного или цветного глушенного стекла. Выпускают ее квадратной и прямоугольной формы размером от 50*50 до 150х150 мм толщиной 4, 5, 6 мм. Лицевая поверхность матовая или блестящая, гладкая или с рельефным рисунком. Тыльная сторона делается рифленой. Плитка применяется для внутренней облицовки душевых, санузлов и других помещений. Эмалированная плитка изготавливается из цветного, оконного или узорчатого стекла путем его резки, нанесения на одну из поверхностей непрозрачной эмали.

Коврово-мозаичные плитки изготавливают методом непрерывного проката цветной лущенной стекломассы. Форма плиток квадратная размером от 20*20 мм до 30*30 мм. Расплавленную массу парой гладких волков раскатывают в лист заданной толщины, а затем рифлеными валками формуют плитки двусторонним продавливанием листа в пластическом состоянии. После формования лента стекла при незначительном механическом воздействии разламывается на отдельные плитки. Готовые плитки подают в конвейеры для набора ковров. Плитки поставляются россыпью, но чаще в виде наклеенных на бумажную основу ковров. Применяются для наружной и внутренней облицовки стен зданий. Чаще всего применяют в виде ковров при индустриальной заводской отделке стеновых бетонных блоков и панелей, для отделки экранов лоджий и балконов, выполнения декоративных панно.

Декоративный марблит и плоские изделия из непрозрачного стекла (черного, зеленого, серого и др. цветов), содержащего блестящие зеленые кристаллические включения, которые создают декоративный эффект поделочного камня - авантюрина (авантюриновое стекло). Марблит изготавливается методом непрерывного проката ленты стекла, разрезаемой затем на отдельные изделия. Максимальный размер плит 500*500 мм, толщина 5-12 мм. Декоративный марблит используется для цоколей зданий, стен, колонн и оформлении интерьеров.

Стекло-мрамор (мрамор стекловидный искусственный) выпускается в виде плит квадратной или прямой конфигурации. Выпускаются плиты с однотонной (белые, голубые, синие, бежевые, зеленые) или мраморовидной окраской. Изготавливают из глушенного мало щелочного стекла методом проката. Стекло-мрамор применяется для декоративно-защитной облицовки стен внутри зданий, а также для покрытий полов в помещениях с повышенными санитарно-гигиеническими и эстетическими требованиями.

Смальта представляет собой плиты из глушенного разноцветного стекла с характерным цветом и фактурой излома. Изготавливается из расплавленной стекломассы прессованием или отливкой в формы, а также полусухим прессованием, стеклянных порошков с последующим спеканием и отжигом. Смальта отличается насыщенным цветом, матовой поверхностью излома, ее палитра превышает 200 цветов и оттенков. Водопоглащение смальты не более 0.07%, а морозостойкость более 25 циклов (после испытания на морозостойкость смальта не должна растрескиваться ). Смальта бывает также колотая или дробленая. Выпускают смальту в виде плиток толщиной 5-20 мм (длина 130-150, ширина 85-100 мм). Из смальты выкладываются мозаичные панно, картины, другие художественные и декоративные композиции на фасадах зданий или в интерьерах.

Стеклянная крошка представляет собой гранулы определенной фракции из глушенного окрашенного или неокрашенного стекла. Производится путем дробления и сортировки отходов стекольного производства. Выпускают крошку с размером зерен от 0.4 до 10 мм, содержание пылевидных частиц должно быть не более 3%, а инородных материалов не более 2%. Крошка рассортировывается по цвету и размеру зерен (фракциям ), упаковывается в бумажные и джутовые мешки (массой не более 50 кг), металлические контейнеры или другую тару. Стеклянная крошка применяется для декоративной отделки фасадных поверхностей стен зданий, а также оформления интерьеров общественных зданий, создания декоративных панно.

Изделия и конструкции из стекла. Стеклопакеты состоят из двух или нескольких листов стекла, соединенных по контуру так, что между листами образуются воздушные герметичные полости (рис.5.5.). Листы по периметру можно запаивать, сваривать или склеивать. Стеклопакеты изготавливают из оконного, витринного и других видов стекол толщиной не менее 3 мм. Толщина пакета зависит от количества камер, от требуемых коэффициентов тепло- и звукоизоляции и не превышает 46 мм. Стеклопакеты используют для одинарного остекления оконных проемов, витрин витражей, балконных дверей в зданиях различного назначения (рис. 5.6). Стеклопакеты очень удобны для остекления холодильников, вагонов и др. Они более прочны и экономичны по сравнению с обычными двойными переплетами, обеспечивают незапотеваемость в зимнее время.

1 - стекло;

2 - воздушная прослойка;

3 - распорная рамка;

4 - герметизирующие материалы;

5 - осушитель;

6 - окантовка.

Рис. 5.5. Конструкция однокамерных (б) и двухкамерных (в) стеклопакетов

1 - стеклопакет;

2 - переплет;

3 - опорная подкла–дка;

4 - боковая прокладка;

5 - прижимная раскладка;

6 - резиновый профиль;

7 - герметик

Рис. 5.6. Узлы крепления стеклопакетов в оконных переплетах

Стеклоблоки (блоки стеклянные пустотелые) изготавливаются методом прессования полу блоков и сваривание их в нагретом состоянии в пустотелый блок. Выпускают стеклоблоки квадратные (рис. 5.7) и прямоугольные из бесцветного и цветного стекла, различных размеров. Стеклоблоки отличаются повышенными тепло-, звукоизоляционными свойствами, прочностью и огнестойкостью, обеспечивают высокий уровень светопропускания и светорассеивания. Стеклоблоки используются для кладки светопрозрачных ненесущих вертикальных наружных и внутренних ограждений. Особенно эффективно их применение в производственных зданиях с кондиционированием воздуха, к которым предъявляют повышенные требования пожарной безопасности, на лестничных клетках, в наружных ограждениях торговых и спортивных помещений.

Рис. 5.6. Пустотелые стеклоблоки

Профильное стекло (стеклопрофилит) представляет собой изделия, имеющие различную форму (швеллерное, коробчатое, ребристое сечение) и изготовленные методом непрерывного проката. Это длиномерные изделия - длина 3-5 м, ширина- до 500 мм (толщина стекла 5-6 мм). Стеклопрофилит изготавливается из бесцветного с различными оттенками или цветного стекла, армированными и не армированными, с гладкой, рифленой или узорчатой поверхностью. Используется там же, где и стеклоблоки: для светопрозрачных ограждений и самонесущих стен, для устройства внутренних перегородок, прозрачных кровель, ограждений балконов и др.

Дверные полотна изготавливаются из утолщенного (10, 12, 15 мм) закаленного стекла, листы которого имеют обработанные кромки, отверстие и вырезы для крепления металлической фурнитуры. Они имеют повышенную прочность, выдерживают удар свободно падающего стального шара массой 800 г с высоты 1.5 м ( при толщине 10 мм) или 2.5 м (при толщине 15 мм). Термическая устойчивость стеклянных дверных полотен до 80-90 ^оС. Светопропускание полотна 89%. Стеклянные полотна используются для устройства одно- и двупольных качающихся дверей без обвязки.

Трубы стеклянные изготавливают диаметром 40-200 мм длиной 1.5-3 м. Трубы прозрачные, поэтому можно наблюдать за потоком жидкости, видеть чистоту поверхности; гигиеничные легко отчищаются от загрязнения; имеют высокую химическую стойкость, малый коэффициент трения и, следовательно, небольшие энергозатраты на транспортирование. Недостатком труб является их хрупкость и сравнительно невысокая для большинства термостойкость, которая колеблется от 40 до 80^оС. Стеклянные трубы предназначаются для напорных, безнапорных и вакуумных трубопроводов для транспортирования жидких, газообразных твердых веществ (за исключением плавиковой кислоты) при температуре от -50^оС до +120^оС. Используются стекло трубы в угольной, пищевой химической промышленности, в строительстве для отопительных и канализационных сетей. Но наиболее распространено применение труб в пищевой промышленности (молокозаводы, пивзаводы, винзаводы и т.д.)

К этой же группе относятся и фасонные части к остекленным трубам: отводы под углом 15-90 ^о, отводы двойные, тройники переходные, крестовины, переходы и др.

Тепло- и звукоизоляционные стеклянные материалы

Волокнистые и ячеистые стеклянные материалы обладают высокой атмосфероустойчивостью и химической стойкостью, не горят и биостойки. Они широко применяются в строительстве и различных отраслях техники как эффективные теплозвукоизоляционные материалы.

Стеклянная вата представляет собой материал, который состоит из тонких гибких нитей, получаемых способом механического вытягивания, центробежным и дутьевым способами. Стеклянную вату используют в качестве наполнителя (вместо асбеста) для асбестоцементных изделий, как заполнитель для штукатурных и отделочных растворов. Стекловатные изделия могут быть в виде матов строительных (МС) и технических (МТ), плит жестких и полужестких строительных (ПЖС, ППС) и полужестких технических (ППТ), стеклохолстов для производства рубероида, для защиты трубопроводов от коррозии, в виде стеклотканей для огнезащитных костюмов и др.

Плотность плит строительных 75-200 кг/м³, теплопроводность менее 0.052 Вт/(м*^оС).

Пеностекло строительно-ячеистый материал, получаемый спеканием смеси тонко измельченного стеклянного порошка (бой стекла) с газообразователем (уголь, мел). Свойство пеностекла зависят от состава стекла, вида возообразователя и способа производства. Выпускают штучные изделия из пеностекла (блоки и плиты) и зернистые материалы (пеностекло гранулированное, пеностекло сверхлегкое).

Балки из пеностекла имеют плотность не более 230 кг/м³, предел прочности при сжатии более 0.7 МПа, теплопроводность не более 0.09 ВТ/(м*^оС), водопоглощение не более 8% (по объему). Их можно пилить, резать, сверлить, обтачивать, склеивать и другими материалами. Используют блоки в ограждающих конструкциях (стенах, перегородках, перекрытиях) в качестве теплозвукоизоляционного материала.

Плиты из пеностекла акустические предназначены для акустической изоляции помещений и декоративного оформления стен и потолков общественных зданий. Предел прочности сжатии 1.0 МПа, коэффициент звукопоглощения 0.2-0.8. Размеры плит 400х400х40 мм.

Пеностекло гранулированное представляет собой рыхлую смесь гранул размером от 3 до 25 мм (обычно фракций 3-7, 7-5 и 15-25 мм) насыпной плотностью 100-200 кг/м³. Пеностекло сверхлегкое имеет насыпную плотность 100-130 кг/м³. Гранулы отличаются упорядоченной ячеистой структурой, низким водопоглощением. Применяют в виде теплоизоляционных засыпок в ограждающих конструкциях зданий.

6. Получение свойства в виде изделий из ситаллов и шлакоситаллов

Ситаллы представляют собой стеклокристаллические материалы, получаемые в результате направленной кристаллизации силикатных расплавов. В зависимости от исходного сырья различают три группы: стеклоситаллы, изготовленные из стеклянных масс, петроситаллы из расплавов горных пород (базальт, слюда), шлакоститаллы-из металлургических шлаков.

В результате контролируемой кристаллизации расплава образуются микрокристаллические частицы, которые равномерно распределены в стекле. И хотя отдельные кристаллы обладают неодинаковыми свойствами в разных направлениях, благодаря их беспорядочной ориентации в ситаллах анизотропия отсутствует.

Получают ситаллы из тех же исходных материалов, что и стекло (к чистоте сырья предъявляют особенно высокие требования), но обязательно в шихту вводят специальные добавки-катализаторы кристаллизации (соединения лития, титана, циркония, фтора и др.). Шихта расплавляется, при этом катализатор растворяется в расплавленном стекле. Формование ситалловых изделий производится теми методами, что и стеклоизделий. Особенности технологии является ступенчатый режим нагрева и нагрева в специальных печах - кристаллизаторах. На 1 стадии охлаждение проводится до температуры выше температуры отжига (для выделения микроскопических частиц катализатора) и выдержка для образования максимального количества таких частиц. На 2 стадии проводится нагрев и выдержка при температуре, соответствующей максимальной скорости образования кристаллов силиката вокруг центров кристаллизации (катализаторов). На последней стадии изделие охлаждают до комнатной температуры.

Подбором химического состава стекла, катализаторов и выбором оптимального режима кристаллизации можно получить микрокристаллические материалы с заданными свойствами. Ситаллы обладают высокими техническими свойствами: большой механической прочностью (примерно в 10 раз прочнее прокатного стекла), высокой твердостью (могут быть тверже высокоуглеродистой стали и в 25 раз тверже оконного стекла), низкой истираемостью, хорошей термостойкостью (300-700^оС), высокой температурой размягчения (до 1350^оС), химической стойкостью к действию щелочей и кислот (кроме плавиковой), хорошими диэлектрическими свойствами.

Сигран (синтетический гранит) - плоские изделия квадратной формы (размер плиток от 48*48 до 300*300 мм при толщине от 4 до 20 мм). Получают из расплава стекла или доменных шлаков с последующей направленной кристаллизацией. Изделия имеют декоративную текстуру, аналогичную текстуре гранита. Плиты из сиграна предназначены для наружной облицовки зданий, отделки интерьеров и устройства полов.

В последнее время освоен выпуск облицовочных двухслойных изделий-стеклокремнезита и стеклокерамика.

Стеклокремнезит состоит из двух слоев: нижний-спекшаяся смесь бесцветных стеклянных гранул и кварцевого песка, верхний из расплавленных гранул цветного стекла. Структура кремнезита аналогична структуре полированных плотных горных пород.

Стеклокерамит состоит из двух слоев: нижний (подкладочный) включает 75% дробленного стеклобоя, 5% кварцевого песка, 20% глины; верхний-цветной стеклогранулят. Подкладочный слой формуют на прессах или в виде непрерывной ленты методом экструзии, а затем посыпают цветной стеклогранулят на поверхность отформованной подкладки. Подготовленные плиты отжигают в роликовых туннелях печах, охлаждают и разрезают алмазными дисками на плитки заданных размеров. Технология стеклокерамика позволяет утилизировать стеклобой.

Ситаллы можно изготавливать из достаточно дешевых сырьевых материалов-расплавов шлаков металлургических заводов. Необходимо перед отливкой изделий сделать шлаки более однородными и скорректировать их состав. Шлакоситаллы прочные, износостойкие, напоминают мрамор и довольно дешевые. Изготавливают листовой и волнистый шлакоситалл, трубы, прессованные санитарно-технические изделия (унитазы, умывальники и др.), а также теплоизоляционный материал-шлакопеноситалл.

Листовой шлакоситалл (ЛШ) выпускают в виде листов и плит, которые применяются для облицовки стен, покрытия полов, лестничных маршей, балконов, а также для футеровки оборудования и конструкций, работающих в условиях химически агрессивных среди и абразивных воздействий.

Волнистый шлакоситалл (ВШ) имеет вид шифера. Применяется как кровельный материал в зданиях, которые эксплуатируются в агрессивной среде и при высоких температурах.

Шлакопеноситалл имеет среднюю плотность 250-600 кг/м³ и прочность до 10-13 МПа. Выпускают в виде блоков и панелей размером 3*6 м. Поверхность может быть окрашена керамическими красками в любой цвет.

Шлакоситалловые трубы (длина до 6 м, диаметр 75-600 мм, толщина стенок 6-30 мм) применяют для транспортирования обычных, абразивных, агрессивных суспензий и жидкостей (холодильных и горячих), а также сыпучих материалов.

5.7. Материалы и изделия из каменного литья

Эти материалы получают путем плавления горных пород, разлива в формы и охлаждения. В качестве исходного сырья применяют породы темноокрашенные магматические (базальты, диабаз), светлоокрашенные осадочные (доломит, мел, кварцевый песок). Можно использовать также отходы промышленности (золы, шлаки).

Из каменного литья изготавливают плотные, ячеистые и волокнистые изделия. Плотные изделия имеют высокую химическую стойкость (98-99%), плотность 2900-3000 кг/м³, прочность при сжатии до 250-400 МПа, повышенную твердость и морозостойкость, невысокую истираемость и водопоглащение. Применяются изделия из каменного литья в горно-обогатительной и металлургической промышленности, для футеровки внутренней поверхности течек, бункеров, шаровых мельниц, для покрытия полов, устройства сливных каналов на химических предприятиях.

Изделия из каменного литья выпускают в виде плоских и гнутых плиток, деталей желобов, труб и др. Литые изделия светлых тонов используют как облицовочный материал (плитки, цоколи, пояски и др.).

На основе минерального волокна изготавливают высококачественные теплоизоляционные и акустические материалы (см. разделы 13-14).

7. Материалы и изделия из шлаковых расплавов

Исходным сырьем для производства изделий из шлаков служат огненно-жидкие металлургические шлаки (в основном доменные, реже мартеновские), которые по химическому составу, т.е. по содержанию SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO делятся на кислые, основные и нейтральные.

Из шлаковых расплавов изготавливают плотные, пористые и волокнистые изделия. К плотным относятся шлаковые камни, облицовочные плитки, шашка, брусчатка, тюбинги, детали труб, шлакоситалловые плотные материалы, литой шлаковый щебень и др.

Облицовочные плитки, для полов, шлаковые камни и др. изготавливают при разливе расплавленных металлургических шлаков непосредственно в форме требуемых размеров. После охлаждения по заданному режиму образуются плотные изделия, которые применяются в основном как антикоррозионные покрытия в агрессивных условиях эксплуатации.

К волокнистым шлаковым материалам относится шлаковата и изделия на ее основе (маты, плиты, скорлупы, ткань). Шлаковая вата это материал, состоящий из тонких стеклоподобных волокон, образующих в результате раздува струей пара или воздуха (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Схема установки получения шлаковой ваты способом раздува.

Средняя плотность шлаковаты не превышает 300 кг/м³. Используется в основном как теплозвукоизоляционный материал в виде плит, матов, полуцилиндров, сегментов и др.

К ячеистым материалам на основе шлаков относят шлакопеноситаллы (штучные материалы), шлаковую пемзу и гранулированный шлак, пористые зернистые материалы.

Шлаковая пемза - пористый материал, который получают поризацией шлакового расплава при быстром охлаждении с последующим дроблением и рассевом на фракции. Применяют различные способы производства шлаковой пемзы: бассейновый, брызгально-траншейный, водотутьевой, гидроэкранный и др. Независимо от способа производства расплавленный шлак быстро охлаждают водой (воздухом), в результате чего образуется пористая масса, которую после охлаждения дробят и рассеивают на фракции.

К числу перспективных способов следует отнести производство гравиеподобной шлаковой пемзы (шлакопорита). Особенности технологии состоит в том, что в гравиеформовочной машине или во вращающемся барабане происходит дополнительное вспучивание, разрушение глыб на отдельные зерна и их окатывание, в результате чего они получают гравиеподобную форму.

Основные свойства шлакопемзового щебня: марка по насыпной плотности 400-800 (кг/м³), прочность при сдавливании в цилиндре не менее 0.3-0.8 МПа (П35-П100), стоек к различным распадам (железистому, силикатному, известковому), размер зерен 5-40 мм. Используется в качестве заполнителей для легких бетонов и растворов, реже как теплоизоляционная засыпка.

6. Неорганические вяжущие вещества

1. Общие сведения и классификация неорганических вяжущих веществ

Вяжущие вещества имеют различный химический состав. По составу их подразделяют на две группы: органические и неорганические. Неорганическими вяжущими веществами называют тонкомолотые порошки, которые при затворении их водой или водными растворами образуют пластично-вязкое тесто, со временем способное превращаться в камневидное тело. Они обладают способностью придавать свойства монолитности зернам песка, щебня, гравия и т. д.

Неорганические вяжущие вещества по способу твердения подразделяются на :

- воздушные;

- гидравлические;

- автоклавного твердения.

Воздушные вяжущие после затвердевания долго сохраняют свою прочность только в воздушной среде. К ним относятся гипсовые вяжущие, известь кальциевая и магнезиальная. Гидравлические вяжущие после затворения водой и предварительного твердения на воздухе продолжают твердеть в воде. К ним относятся портландцемент и его модификации, глиноземистый цемент, романцемент, гидравлическая известь.

Вяжущие вещества автоклавного твердения способны в условиях автоклава ( температура t=140-220 C, давление Р=0.6-1.2МПа, среда насыщенного пара) затвердевать с образованием прочного камня. В эту группу входят: известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые и нефелиновый цемент.

Вяжущие свойства характеризуются модулями. Модули - соотношения между окислами металлов из которых состоит вяжущее.

Гидравлический модуль m=СаО/(SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃)

Силикатный модуль n=SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃)

Глиноземистый p=Al₂O₃/Fe₂O₃

В зависимости от величины модуля различают: воздушную известь - m>9; гидравлическую m=1.7-9; романцемент m<1.7. По величине модулей судят о свойствах вяжущих, проводят расчеты сырьевых смесей, дают оценку сырьевым запасам.

По их соотношениям можно предвидеть технологические особенности процесса получения вяжущих и их смесей.

2. Известь строительная воздушная

Известь - минеральное вяжущее вещество , полученное обжигом кальциево-магниевых карбонатных горных пород - мела , известняка , доломитов и т.д. В зависимости от химического состава различают известь - кальциевую, доломитовую и магнезиальную. Кальциевая содержит активных CaO+MgO от 70 до 90%. В магнезиальной - 65-85%.

В зависимости от условий твердения различают твердение: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.

Наиболее распространена строительная воздушная известь получаемая обжигом при температуре t=1200-1300^оC известняковых пород содержащих глину в количестве не более 6%. При обжиге происходит две реакции:

CaCO₃=CaO+CO₂

MgCO₃=MgO+CO₂

Известняк обжигают в основном в шахтных печах, (рис 6.1.) требующих сырье размером зерен 40-180 мм. Известняковая мелочь является отходом производства. Ее можно обжигать в печах "кипящего слоя".

Гашение воздушной извести - заключается в гидратации CaO под воздействием воды: CaO+H₂O=Ca(OH)₂+65.5 кДж/моль

Из-за теплового эффекта реакции воды для гашения необходимо брать в 2-3 раза больше , чем следует по реакции. Скорость гашения зависит от размеров кусков и температуры в зоне реакции. Максимальный эффект получен при гашении паром в закрытых вращающихся барабанах.

В зависимости от скорости гашения различают:

• быстрогасящуюся (время гашения не более 8 мин),

• среднегасящуюся (8-25мин),

• медленногасящуюся (более 25 мин).

Если количество воды превышает количество гашеной извести - образуется известковое молоко , если равно - известковое тесто.

Молотая негашеная известь получается путем помола комовой извести.

В соответствии с требованиями ГОСТ 9179 она характеризуется следующими свойствами: остаток на сите 02 и 008 должен быть соответственно не более 1,5 и 15% , что примерно соответствует удельной поверхности 350 м²/кг.

Технические требования приведены в табл.6.1. Молотую негашеную известь применяют сразу же после помола, для приготовления бетонов, растворов, силикатного кирпича и получения силикатных вяжущих.

Для ускорения твердения растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести в их состав вводят хлористый кальций, а для замедления твердения гипс, серную кислоту.

При работе с известью следует избегать ее попадания в легкие и слизистые оболочки - это опасно.

Гидратная известь отличается от негашеной большим постоянством свойств во времени.

Твердение извести происходит в воздушно-сухих условиях. Отсос воды и ее испарение приводит к слипанию частиц Ca(ОH)₂ и их кристаллизации. Наряду с этим происходит карбонизация извести - за счет углекислоты воздуха по реакции:

Ca(OH)₂+CO₂+n*H₂O=CaCO3+(n+1)*H₂O (6.1)

Процесс твердения извести медленный. Это объясняется малым количеством СО₂ в воздухе, механизмом взаимодействия “газ-твердое”, образованием на поверхности корки СаСО₃.

Таблица 6.1. Технические требования к воздушной извести.

Наименование	нормы для извести , % по массе
показателей	кальциевая известь сортов			гидратная известь сортов			магнезиальная и доломитовая извести сортов
Активные CaO MgO, не менее	1	2	3	1	2		1		2		3
в негашеной извести без добавок	90	80	70	67	60		85		75		65
- // - с добавками	65	55	--	50	40		60		50		--
Активная MgO не более	5	5	5	-	-	20(40)*		20(40)*		20(40)*
СО2, не более:
без добавок	3	5	7	3	5		5		8		11
с добавками	4	6	-	2	4		6		9		-
Непогасившиеся зерна, не более	7	11	14	-	-		10		15		20

# В скобках указано содержание MgO для доломитовой извести.

Непогасившиеся зерна представляют собой CaCO₃; песок; глину.

Основные достоинства извести - температура обжига на 350^оK ниже температуры обжига портландцемента. Сроки хранения гашеной извести больше, чем у гипса и портландцемента. В процессе твердения известь связывает углекислый газ улучшая экологическую обстановку региона применения.

3. Гипсовые вяжущие вещества.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природный гипсовый камень и отходы химической промышленности, например фосфогипс, борогипс. Качество сырья зависит от химического состава, наличия примесей глины, известняка, песка и органических включений, а также от характера кристаллов CaSO₄*2H₂O. Чем мельче кристаллы гипса, тем ниже температура обжига. Цвет гипса зависит от наличия примесей, особенно окислов железа. Гипсовый камень используется не только для производства гипсовых вяжущих, но и в качестве сырья для получения серной кислоты, портландцемента, смешанных вяжущих и т.д.

Гипсовые вяжущие вещества по температуре получения делят на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Температура обработки низкообжиговых 150-160С. При этой температуре из горной породы гипс CaSO₄*2H₂O образуется полуводный гипс CaSO₄*0.5H₂O называемый гипсовым вяжущим.

Если обжиг гипса провести при температуре 700-1000C, то образуется высокообжиговое вяжущее - безводный сульфат кальция (ангидрид CaSO₄).

Рис.6.2. Технологическая схема производства строительного гипса с применением варочных котлов;

1 - мостовой грейферный кран; 2 - бункер гипсового камня; 3 - лотковый питатель; 4 - щековая дробилка; 5 - ленточные транспортеры; 6 - бункер гипсового щебня; 7 - тарельчатый питатель; 8 - шахтная мельница; 9 - сдвоенный циклон; 10 - батарея циклонов; 11 - вентилятор; 12 - рукавные фильтры; 13 - пылеосадительная камера; 14 - шнеки; 15 - бункер сырого молотого гипса; 16 - камера томления; 17 - гипсоварочный котел; 18 - элеватор; 19 - бункер готового гипса; 20 - скребковый транспортер.

Гипсовый камень при нагревании легко дегидратируется и в зависимости от параметров процесса (t , влажность, химсостав раствора) получаются различные продукты.

Производство наиболее массового продукта - строительного гипса CaSO₄*0.5H₂0 состоит из: дробления сырья, помола и тепловой обработки - дегидратации или обжига.

В различных технологических схемах используется следующее оборудование:

- дробление - щековые, конусные и молотковые дробилки;

- помол - сушильные барабаны, шаровые, шахтные и ролико-маятниковые мельницы;

- варка - варочные котлы малой (3 м³) и большой вместимости (15-25 м³);

- обжиг - вращающиеся печи (сушильные барабаны) длиной 8-14 м и более. Диаметр 1.6 и 2.2 м.

Строительный гипс можно получать, совмещая процессы помола и обжига. Двойная термическая обработка (сушка и варка) усложняет производственный процесс. При этом в шахтной и ролико-маятниковой мельницах гипс не только размалывается и сушится, но и в некоторой степени дегидратируется. Однако содержание гидратной воды остается еще весьма высоким, поэтому нужно доваривать гипс в варочном котле для полного превращения его в полугидрат. Из-за этого применяют схему производства строительного гипса, при которой он окончательно дегидратируется до полугидрата в самом помольном аппарате.

Совместный помол и обжиг гипса можно осуществить в шахтных, шаровых и ролико-маятниковых мельницах. Процесс характеризуется большой производительностью и малым временем пребывания частиц в зоне обжига, вследствие чего конечный продукт имеет малые сроки схватывания (2-5 минут).

Высокопрочный гипс, состоящий из -CaSO₄*0.5H₂O, получают в основном, путем варки гипсового порошка в насыщенных солевых растворах, кипящих выше температуры дегидратации CaSO₄*2H₂O используют растворы солей: MgSO₄, NaCl, Na₂CO₃, CaCl₂ или поверхностно-активные вещества в воде (СДБ, мылонафт, сульфанол). Жидкая среда характеризуется большей скоростью теплопередачи, равномерностью температур по объему. Это приводит к более быстрому протеканию химических реакций и структурно-кристаллических изменений гипса. Готовый продукт имеет большую однородность свойств и в нем отсутствуют CaSO₄*2H₂O и CaSO₄.

Этот способ наиболее эффективен при использовании в качестве сырья фосфогипса. Недостатком является необходимость сушки, либо использование вяжущего в течении небольшого времени.

Гипсовые вяжущие при затворении водой образуют пластичное тесто. Количество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты, составляет 50-65% для строительного гипса и 35-40% для высокопрочного.

Водопотребность гипсовых вяжущих зависит от способа их получения, формы и размеров кристаллов, тонкости помола, химической чистоты, наличия добавок, температуры воды затворения и т. д.

Для полного протекания реакции гидратации:

CaSO₄*0.5H₂O+1.5H₂O=CaSO₄*2H₂O необходимо 18.6% воды. Избыточное количество воды, в процессе твердения не участвует и при сушке испаряется, создавая поры. Пористость затвердевшего строительного гипса составляет от 40 до 60%. Пористость зависит от В/Г отношения условий формования и твердения (давление и температура).

Высокопрочный гипс отличается от обычного более крупными кристаллами не волокнистого строения и поэтому обладает меньшей водопотребностью.

Требования к различным гипсовым вяжущим в зависимости от марок приведены в табл.6.2.

Таблица 6.2. Требования к гипсовым вяжущим.

Вид вяжущего, сорт или марка	Предел прочности при сжатии, Rсж, МПа не менее		Предел прочности при изгибе, Rиз, МПа, не менее		Область использования		Рекомендуемая марка и вид при замене, особые требования
строительный гипс
Г-2	2		1.2		Г2-Г7 изделия		Г-2...Г-7 всех сроков твер-
Г-3	3		1.8		всех видов		дения и степеней помола
Г-4	4		2.0		Г2-Г7 изготовление		Г2-Г7 тонкого и среднего
Г-5	5		2.5		тонкостенных и де		помола, быстрого и нор-
Г-6	6		3.0		коративных изделий		мального твердения
Г-7	7		3.5		Г2-Г25 производство		Г2-Г25 нормального и
Г-10	10		4.5		штукатурных работ, за		медленного твердения,
Г-13	13		5.5		делки швов и спеццели		среднего и тонкого помола
Г-16	16		6.0		Г2-Г25 изготовление		Г2-Г25 тонкого помола с
Г-19	19		6.5		форм и моделей в кера		нормальными сроками
Г-22	22		7.0		мической, фарфорово-		твердения
Г-25	25		8.0		фаянсовой промышленности устройство бесшовных наливных подготовок под полы		Г7-Г25 медленного твердения, среднего и тонкого помола
Ангидритовые вяжущие вещества CaSO4 (известь, ДГЩ и др.)
М50	5	2.5		М50-100 приготовление кладоч-		отсутствие выцветов
М100	10	4.5		ных и отделочных растворов
М150	15	6.0		М150-200 бетоны, ТИМ, искусствен-		отсутствие выцветов
М200	20	7.0		ный мрамор и др. декорат. изд-лия

4. Магнезиальные вяжущие вещества

К магнезиальным вяжущим относят каустический магнезит и каустический доломит.

Каустический магнезит MgO получают обжигом магнезита MgCO₃ при температуре 650...850 C в шахтных или вращающихся печах с последующим помолом.

Каустический доломит CaCO₃+MgO получают путем обжига природного доломита CaCO₃*MgCO₃. Наличие в каустическом доломите CaCO₃ снижает вяжущие свойства.

Магнезиальные вяжущие затворяют водными растворами солей сернокислого или хлористого магния, причем раствор MgCl₂ придает большую прочность изделиям при прочих равных условиях.

Основная область применения: изготовление бетонов для полов (ксилолит-заполнитель древесные опилки). В настоящее время применение магнезиальных вяжущих ограничено по причине малых запасов сырья и увеличение применения магнезита в других областях промышленности (огнеупоры, флюсы, космос).

5. Жидкое стекло и кислотоупорный кварцевый цемент.

Жидкое стекло или растворимое стекло N₂O*n(SiO₂),где n-силикатный модуль стекла. Чаще всего n=2.5-3.5

Получают жидкое стекло при сплавлении при 1300-1400 C смеси молотого песка (SiO₂), кальцинированной соды (Na₂CO₃), или сульфата натрия (Na₂SO₄), или поташом (K₂CO₃). В первых двух случаях получают натриевое жидкое стекло, в последнем - калиевое. После обжига стекломассу ("силикат-глыбу") охлаждают и растворяют в автоклаве в среде насыщенного пара при давлении 0.5-0.6 МПа и температуре 150 C.

Твердеет жидкое стекло на воздухе по реакции:

Na₂SiO₃+CO₂+2H₂O=>Si(OH)₄+Na₂CO₃

Ускоряют процесс твердения жидкого стекла добавкой катализатора - кремнефтористого натрия Na₂0*SiF_6.

Смесь водного раствора силиката натрия, кислотоупорного наполнителя и ускорителя твердения - кремнефтористого натрия, называется кислотоупорным цементом.

Кислотоупорный цемент не водостоек; разрушается от воздействия воды и растворов слабых кислот. Для повышения водостойкости в состав цемента вводят 0.5% льняного масла или 2% гидрофобизирующей добавки (ГКИС). Полученный таким образом гидрофобизированный цемент называют кислотоупорным водостойким цементом (КВЦ). Оптимальный состав состоит из 15-30% тонкомолотого чистого кварцевого песка и 4-6% кремнефтористого натрия от массы наполнителя.

Кислотоупорные цементы применяют для приготовления бетонов и растворов при футеровке химической аппаратуры, изготовлении полов в химлабораториях.

6. Гидравлическая известь и романцемент

Гидравлическая известь - продукт получаемый при обжиге (t=900-1100 C) известняков, содержащих 6-20 % глинистых примесей. При этой температуре кроме большого количества свободной извести CaO, образуются минералы способные твердеть не только на воздухе, но и в воде 2CaO*SiO₂, CaO*Al₂O₃ и 2CaO*Fe2O₃.После обжига гидравлическую известь измельчают до остатка на сите 008 не более 15%.

Качество гидравлической извести характеризуется гидравлическим или основным модулем:

m=% CaO/{%(SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃)}

Различают гидравлическую известь двух видов: слабогидравлическую с модулем 4.5-9.0 и сильногидравлическую с модулем 1.7-4.5.

Гидравлическая известь затворенная водой, после предварительного твердения на воздухе продолжает твердеть в воде.

Гидрат окиси кальция Ca(OH)₂ при испарении влаги кристаллизуется, а под действием углекислого газа превращается в известняк CaCO₃. Гидравлическое твердение происходит в результате гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция с образованием нерастворимых минералов. Предел прочности образцов через 28 суток твердения должен быть не менее: при изгибе 0.4 и 1.0 МПа, при сжатии 0.5 и 1.7 МПа для слабогидравлической и сильногидравлической соответственно.

Гидравлическую известь применяют для приготовления строительных растворов, низкомарочных бетонов. По сравнению с воздушной гидравлическая известь дает менее пластичные растворы, быстрее и равномернее твердеет по всей толщине и обладает большей прочностью.

7. Портландцемент

Портландцемент - вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения цементного клинкера с гипсом и добавками. В настоящее время промышленность выпускает несколько десятков разновидностей портландцемента. Свойства портландцемента регламентируются ГОСТ 10178.

Рис.6.4. Технологическая схема производства портландцемента по мокрому способу:

1 - подача известняка из карьера; 2 - дробилка для известняка; 3 - подача глины из карьера; 4 - подача воды; 5 - бассейн для размешивания глины; 6 - сырьевая мельница; 7 - шлам-бассейн; 8 - вращающаяся печь; 9 - холодильник; 10 - подача топлива; 11 склад гипса; 12 - элеватор для подачи гипса из дробилки в бункер; 13 - склад клинкера; 14 - шаровая мельница; 15 - силосы для цемента; 16 - упаковка цемента.

Портландцементный клинкер получают путем обжига смеси, состоящей из известняка, глины и добавок, имеющей суммарный химсостав; в % по массе:

SiO₂ - 20-24; Al₂O₃ - 4-7; Fe₂O₃ - 0.5-0.6; CaO - 62-68; MgO - 0.3-4.5; SO₃ - 0.1-2.

Достаточно полно химсостав и свойства клинкера характеризуются следующими обобщающими показателями:

а) коэффициент насыщения известью КН;

KH=[(CaO_общ-CaO_св)-1.65Al₂O₃-0.35Fe₂O₃-0.7SO₃]/(2.8*(SiO_2общ-SiO_2св)

KH практически находится в пределах 0.85-0.95. КН - это доля CaO связанного с кремнекислотой к общему количеству CaO.

б) силикатным (кремнеземистым) модулем СМ или n:

n=%SiO₂/[%(Al₂O₃+Fe₂O₃)

рекомендуемое значение силикатного модуля (n=1.7-3.5)

в) глиноземным модулем ГМ или p:

p=% Al₂O₃/% Fe₂O₃

рекомендуемое значение глиноземного модуля (p=1-2.5)

При обжиге указанные выше окислы образуют ряд минералов. Наибольшее значения имеют 4 основных минерала клинкера, относительное содержание которых в портландцементе следующее, в % по массе:

- трехкальциевый силикат (алит) 3CaO*SiO₂ - 45...60;

- двухкальциевый силикат (белит) -2CaO*SiO₂ - 20...35;

- трехкальциевый алюминат 3CaO*Al₂O₃ - 4...12;

- четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃ - 10...18

Сокращенное обозначение этих минералов следующее: C₃S, -C₂S, C₃A, C₄AF.

Алит (C₃S) - основной минерал клинкера, обеспечивает быструю скорость твердения и нарастания прочности портландцемента.

Белит (-C₂S) - второй минерал по важности, обеспечивает высокую прочность при длительном твердении. При медленном охлаждении клинкера и КН<=0.88 переходит в -C₂S и рассыпается в порошок, не обладающий вяжущими свойствами.

C₃A - очень быстро гидратирует и твердеет. Продукты гидратации имеют высокую пористость и низкую прочность. C₃A - является причиной сульфатной коррозии цемента, поэтому его содержание в сульфатостойком портландцементе ограничено - не более 5%.

C₄AF - по скорости гидратации этот минерал занимает как бы промежуточное положение между алитом и белитом, и не оказывает определяющего влияния на скорость твердения и тепловыделение портландцемента.

Наряду с четырьмя основными минералами присутствуют и многие другие например, (периклаз - MgO; Na₂O*8CaO*3Al₂O₃; K₂O*23CaO*12SiO₂ и т. д.).

При помоле в портландцемент вводят 3-5% гипса (ГОСТ 4013), который при затворении цемента водой растворяется и в процессе гидратации цемента образует низкосульфатную форму - гидросульфоалюминат кальция 3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*31H₂O - эттрингит. Она метастабильна и с течением времени, при переходе в высокосульфатную форму, увеличивается в объеме, что может стать причиной разрушения цементного камня.

После затворения цемента водой происходит процесс гидратации. Гидратация цемента - процесс химического взаимодействия, характеризуемый минералогическими изменениями, выделением тепла, изменением плотности, подвижности и пластичности цементного теста. Скорость и степень гидратации зависит от тонкости помола цемента, температуры твердения, минералогического состава всех составляющих.

Степень гидратации цемента - отношение количества прореагировавшего с водой цемента к исходному его количеству в заданный срок твердения. Процесс гидратации и твердения цемента подчиняется закономерностям, характерным для гидратации и твердения вяжущих (гипс, известь), но имеет особенности связанные с многокомпонентным составом цемента.

Цементы заводского помола имеют тонкость помола 250-300 м²/кг и содержат 30-40% зерен с размером 30 мк, которые гидратируют только с поверхности и практически не участвуют в формировании прочности цементного камня. Скорость гидратации мономинералов по глубине оценивается в 3 мк через 7 суток и 10 мк через 6 месяцев (табл. 6.3).

Таблица 6.3. Глубина гидратации клинкерных минералов

Клинкерный	Глубина гидратации в мкм, через
минерал	3 сут	7 сут	28 сут	3 мес	6 мес
C3S	3.5	4.7	7.9	14.6	15.0
-C2S	0.6	0.9	1	2.6	2.7
C3A	10.7	10.7	11.2	13.5	14.5
C4AF	7.7	8	8.4	12.2	13.2

Механизм взаимодействия кристаллов минералов портландцемента обусловлен тем, что поверхностные слои минералов имеют различные дефекты, которые влияют на химическую активность минералов. При смачивании водой на поверхности кристаллов и в воде могут происходить следующие процессы:

а) адсорбция молекул H₂O на поверхности кристаллов, возможно и электролитическое разложение на H⁺ и OH^-;

б) взаимодействие ионов H⁺ и OH^- , и диполей H₂O с активными центрами в поверхностном слое кристалла;

в) развитие полного обмена типа Ca²⁺=2H⁺ с образованием первичных зародышей гидратированных соединений {Ca(OH)₂, эттрингита, гидросиликатов кальция};

г) интенсивный переход в раствор наряду с обмениваемыми ионами гидратированных ионов, то приводит к насыщению и пересыщению водного раствора соответствующими ионами;

д) кристаллизация пересыщенных водных растворов.

Процессы гидратации сопровождаются явлением контракции. Контрактация играет важную роль, так как заключается в изменении абсолютного объема в системе “цемент-вода” по сравнению с объемами исходных реагирующих веществ. Контрактация для обычных цементов составляет примерно 8 мк на 100 г цемента или 20 л на 1 м³ при расходе цемента 250 кг/м³.

Еще большее значение имеет происходящее при гидратации цемента увеличение объема твердой фазы и соответственно уменьшение объема жидкой. Так, для системы с В/Ц=0.7 в начальный момент твердая фаза имеет абсолютный объем 30%, а по окончании гидратации 70%. Такой большой рост возможен в результате заполнения пор, ранее занятых водой, твердым веществом гидратированного цемента. Эти явления обусловливают повышение плотности и водонепроницаемости цементного камня.

1. Свойства портландцемента

Истинная плотность _ц портландцемента составляет 3100-3300 кг/м³ и зависит от минералогического состава. Средняя плотность _онц=1050-1380 кг/м³, зависит от времени вылеживания, степени помола. Активность цемента, оцениваемая по прочности при сжатии R_сж половинок образцов-балочек 4*4*16 см, раствора состава 1:3:0.4 (соответственно, цемент, песок с Мк=2.5, вода по массе) в возрасте 28 суток водного хранения при t=20 C - зависит от минералогического состава клинкера, степени помола.

Скорость нарастания прочности зависит от температуры, влажности, минералогического состава и тонкости помола. С увеличением тонкости помола и температуры хранения в пределах 20-80 C прочность возрастает.

Морозостойкость и коррозионная стойкость портландцемента зависят от водоцементного отношения (В/Ц) и минералогического состава. Чем меньше В/Ц, тем стойкость выше, т. к. пористость меньше. Наименее морозостойки и коррозиеустойчивы цементы с повышенным содержанием алюмосиликатов кальция и щелочей. Морозостойкость увеличивают введением поверхностно-активных или воздухововлекающих добавок.

Технические требования к портландцементу см. в табл. 6.4.

Таблица 6.4. Типы и составы цементов (ДСТУ Б В.2.7-46-96)

Тип	Наимено-	Обозначе-	В процентах (по массе)1
цеме-	вание	ние	Основные компоненты					Дополни-
та			Клинкер	Доменный гранулированный шлак, Ш	Пуццолана2, П	Зола-уноса, З	Извест-няк3, В	тельные ко-мпоненты4
I	Портландцемент	ПЦ I	95-100	-	-	-	-	0-5
II	Портландцемент с добавками: портландцемент с добавкой шлака	ПЦ II/А-Ш ПЦ II/Б-Ш	80-94 65-79	6-20 21-35	- -	- -	- -	0-5 0-5
	портландце-мент с добавкой пуццоланы	ПЦ II-П	80-94	-	6-20	-	-	0-5
	портландцемент с добавкой золы-уноса	ПЦ II-З	80-94	-	-	6-20	-	0-5
	портландцемент с добавкой известняка	ПЦ II-В	80-94	-	-	-	6-20	0-5
	композиционный портландцемент5	ПЦ II/А-К ПЦ II/Б-К	80-94 65-79	суммарно 6-206 суммарно 21-356 7
III	Шлакопорт	ШПЦ III/А	35-64	36-65	-	-	-	0-5
	ландцемент	ШПЦ III/Б	20-34	66-80	-	-	-	0-5
IV	Пуццолано	ПЦЦ IV/А	65-79	-	21-35		-	0-5
	вый цемент	ПЦЦ IV/Б	45-64	-	36-55		-	0-5
V	Композиционный	КЦ V/А	40-64	18-40	10-20		-	0-5
	цемент5	КЦ V/Б	20-39	41-60	20-40		-	0-5

Коррозионная стойкость увеличивается при введении активных минеральных добавок (золы уноса ТЭС). Коррозия портландцементного камня происходит от нескольких причин:

а) растворение в воде составных частей затвердевшего цементного камня, например Ca(OH)₂;

б) взаимодействие составных частей цементного камня с растворенными в воде кислотами (например органическими продуктами жизнедеятельности микроорганизмов);

в) обменных реакций между Ca(OH)₂ и водными силикатами и алюминатами кальция и солями, содержащимися в воде, например при малой концентрации сернокислых солей их агрессивное действие проявляется в образовании гидросульфоалюмината кальция CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*31H₂O, при этом объем твердой фазы увеличивается в 2.86 раза.

Тонкость помола цемента по остатку на сите 008 не более 15%, что в абсолютных значениях соответствует - (250-300 м²/кг). Нормальная густота портландцемента 25-35.

2. Технология получения портландцемента

Сырье для производства портландцемента состоит из 70-78% CaCO₃ и 22-30% глинистого вещества. Горные породы такого состава (мергели) встречаются редко. Поэтому для приготовления сырьевой смеси (шихта) используют 2 и более компонента (известняк, мергель, глина, диатомит, глинозем, доменные шлаки, нефелиновый шлам).

Технологический процесс производства состоит из следующих основных операций: добыча компонентов, подготовка сырьевых материалов и корректирующих добавок, приготовление сырьевой смеси, сушка, обжиг, помол клинкера с гипсом, а иногда с добавками. На рис. 6.2 приведена типовая технологическая схема производства пуццоланового портландцемента по мокрому способу.

В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в воде, смесь в виде исходного шлама W=30-40% сушат и обжигают во вращающихся печах; при сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают при W=4-8%. В последнее время начали применять комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь приготавливают по мокрому способу, затем обезвоживают и приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.

Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки. В водной среде легче достичь однородности смеси, особенно многокомпонентной, но расход топлива на обжиг смеси в 2-3 раза больше, чем при сухом способе. Требуются большие производственные площади (длина печи обжига в 1.5 раза больше) при одинаковой производительности.

Развитию сухого способа препятствует низкое и неоднородное качество клинкера, проблемы пыли на всех стадиях переработки.

В настоящее время наиболее передовой и перспективной является способ получения портландцемента - путем обжига клинкера в солевом растворе хлоридов. При этом способе реакционная среда в печи обжига (силикатный расплав t =1500 С) замена солевым расплавом на основе CaCl₂ (t=1150С). Главное достоинство - существенное снижение энергозатрат при обжиге. Полученный клинкер содержит минерал алинит. Алинит - это высокоосновный Al-Cl-силикат кальция, содержащий до 2,5% хлорида. Наличие этого минерала снижает энергозатраты на 50% или увеличивает производительность мельниц. Недостатком является низкая коррозионная стойкость арматуры в бетоне на этом цементе.

8. Специальные виды портландцемента

К специальным относят следующие виды портландцемента:

• быстротвердеющий портландцемент;

• шлакопортландцемент;

• быстротвердеющий шлакопортландцемент;

• белые и цветные портландцементы;

• сульфатостойкий;

• дорожный;

• специальный;

• гидрофобный;

• пуццолановый и т.д.

Быстротвердеющий портландцемент получают из сырья, содержащего минимальное количество вредных примесей (MgO, SO₃, т.д.). В нем повышенное содержание C₃S и C₃A. Содержание активных минеральных добавок не превышает 10%. Тонкость помола не менее 3500 см²/г. Прочностные показатели для марок должны соответствовать следующим данным.

Предел прочности, в МПа, через 3 сут марки М400 при изгибе – 4, при сжатии – 25; марки М500 при изгибе 4,5, при сжатии 28.

Шлакопортландцемент содержит 20–80% гранулированного доменного или электротермофосфорного шлака, часть шлака до 10% может быть заменена на активные минеральные добавки или золы ТЭС.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент получают при более тонком помоле цемента и меньшем содержании шлака до 50%. Прочность марки М400 в возрасте 3 сут при изгибе – 3,5 МПа, на сжатие - 20 МПа.

По сравнению с портландцементом твердение шлакопортландцемента имеет свои особенности:

- пониженное содержание Ca(OH)₂ в цементном камне в результате связывания извести шлаковым компонентом;

- большая плотность гидратного геля;

- невысокое тепловыделение (до 35 кал/г в течение трех суток).

Шлакопортландцемент обладает более медленным нарастанием прочности в первые сроки твердения, сравнивается или набирает большую прочность в более длительные сроки по сравнению с соответствующим портландцементами. Оптимальные прочности достигаются при правильном соотношении “шлак-клинкер”, исходя из принципа: чем больше в шлаке глинозема, тем меньше надо вводить клинкера; чем ниже основность шлака, тем выше должна быть сумма C₃S и C₃A в клинкере. Рекомендуется при монолитном массивном бетонировании, а также при тепловлажностном и автоклавном способах изготовления железобетонных изделий. Обладает повышенной сульфато- и водостойкостью.

Сульфатостойкий портландцемент – обладает повышенной стойкостью к воздействию водной и сульфатной агрессии. Достигается нормированным минералогическим составом C₃S не более 50%; C₃A не более 5% и сумма C₃A+C₄AF не более 22%. Выпускается нескольких видов: сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий шлакопортландцемент. Требования в основном те же.

Пуццолановый портландцемент – выпускают марок М300 и М400. Его получают путем совместного помола клинкера 70-55% и 25-40% активных минеральных добавок и гипса. Клинкер не должен содержать более 8% C₃A.

Белый портландцемент получают из сырьевых материалов имеющих минимальное количество красящих оксидов (Fe, Mg, Cr). В качестве топлива используют газ или мазут. Помол цемента более тонкий. Остаток на сите 008 не более 12%.

Основное свойство белого цемента – степень белизны. По этому свойству белый цемент выпускают трех сортов I, II, III. Степень белизны определяют по коэффициенту отражения в % абсолютной шкалы с помощью фотометра ФМ-58. I сорт –80, II– 75, III- 68.

Цветные портландцементы получают, смешивая белый цемент с красящим пигментом.

Красный, желтый, коричневый цементы получают с использованием оксидов железа (охры, железного сурика, гематита), черный – диоксида марганца, углеродистых пигментов, зеленый – оксида хрома, флотационного пигмента, голубой - кобальта ультрамарина. Требования к пигментам: они должны быть щелоче- - и светостойкими, не должны содержать примесей, снижающих морозостойкость и прочность цементного камня.

Недостатками белого и цветных цементов является более дорогая технология помола, медленная скорость твердения, коррозионная стойкость и большая усадка.

Пластифицированный портландцемент – разновидность портландцемента, содержащего добавку – пластификатор (СДБ, ОСТ 81-79) в количестве 0,15-0,25% по массе. Введение избыточного количества добавки ухудшает качество цемента (расслаиваемость, очень медленное твердение, сброс прочности). Оптимальное количество добавки снижает водопотребность и расход цемента (10-15%), увеличивает морозостойкость.

Гидрофобный портландцемент – характеризуется пониженными микроскопичностью и капиллярным подсосом, что позволяет при длительном хранении во влажных условиях сохранять цементу активность и сыпучесть. В качестве гидрофобной добавки используется мылонафт (0,1-0,25%), асидол-мылонафт (0,08-0,12%). Вид добавки и оптимальное количество устанавливают экспериментально для каждого вида бетона. Бетоны и растворы, изготавливаемые на гидрофобном цементе, обладают повышенной пластичностью, удобоукладываемостью, водонепроницаемостью и морозостойкостью.

Свойства регламентируются ТУ 21-20-51-83. Тонкость помола характеризуется более 88% прохода сквозь сито 008.

Дорожный портландцемент – предназначен для изготовления плит и покрытий, автомобильных дорог и аэродромов. Он обладает повышенной прочностью при изгибе, на удар и высокой морозостойкостью. Это достигается высоким содержанием C₃S и C₄AF при C₃А8%. Допускается вводить до 15% доменного гранулированного шлака и пластифицирующие добавки.

Тампонажный портландцемент – предназначен для цементирования (бетонирования) скважин. Тампонажные цементы делятся на виды:

• по вещественному составу – бездобавочный, с минеральными добавками, со специальными добавками, регулирующими свойства цемента (например, утяжелители);

• по температуре применения – для низких, нормальных, умеренных и высоких температур (от 50С до 150С);

• по средней плотности цементного теста – облегченные, нормальные и утяжеленные.

Свойства тампонажных цементов регламентируются – ГОСТ 1581, ТУ 21-20-36-78, ОСТ 39-014-80, ОСТ 39-017-80.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий не должен содержать активных минеральных добавок. Минералогический состав: C₃S  52%; 3C₃А8%. Тонкость помола не менее 220 м²/кг и не более 320 м²/кг.

Большое количество специальных видов портландцемента, не считая смешанных и других вяжущих, требует оптимальной области применения вяжущих. ГОСТ 23464 регламентирует области применения цементов в соответствии с классификационными признаками: вещественным составом, прочностью при твердении, скоростью твердения и специальными свойствами (таблица 6.5).

9. Шлак и шлакощелочные цементы

Шлак (нем Schlacke – окалина) – побочный продукт металлургических плавильных процессов, а также процесса сжигания твердого топлива. Шлаки подразделяют на металлургические, топливные и синтетические. В свою очередь металлургические бывают доменные, мартеновские, бессемеровские, томасовские, электросталеплавильные и т.д. Их используют для производства шлакопортландцемента, шлакощелочных цементов и в качестве заполнителей в бетонах. Некоторые виды доменных и др. шлаков используют для изготовления шлакоситаллов.

Топливные шлаки применяют в качестве заполнителя для бетонов и растворов и шлакозолоцементов.

Химический состав шлаков приведен в таблице 6.6.

Шлакощелочные цементы представляют собой гидравлические вяжущие вещества, получаемые путем совместного помола гранулированного шлака со щелочным компонентом или затворения молотого шлака растворами соединений щелочных металлов: натрия и калия.

Таблица 6.6. Химический состав и основные показатели шлаков.

Вид шлака	Содержание окисла, в %					М0
	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	FeO
Доменный коксовой плавки	32-42	8-26	37-48	3-10	1-4	1,1-1,3
Мартеновский Основной (первичн.)	20-30	5-10	10-20	5-10	10-30	0,8-0,9
Медеплавильный	29-40	3-9,5	6-13	1-3	33-48	0,2-0,5
Топливный крупный	49-56	22-39	1-2	-	22-26	-
Топливный пылевидный	47-53	29-43	1-7	-	16-20	-

Для производства шлакощелочного цемента пригодны доменные и электротермофосфорные гранулированные шлаки, согласно требованиям ГОСТ 3467 с тонкостью помола не ниже 300 м²/кг. Допускается использование титанистых, никелевых, ваграночных, мартеновских и т.д., после их предварительного испытания.

В качестве щелочного компонента применяются соединения щелочных металлов, дающие в водных растворах щелочную реакцию (pH8), которые по характеру взаимодействия со шлаками подразделяются на три группы:

- I группа – едкие щелочи (NaOH, KOH, и их смесь)

- II группа – не силикатные соли слабых кислот –карбонаты (сода кальцинированная, содощелочной плав, поташ).

- III группа – силикатные соли и растворимые стекла с силикатным модулем

Кроме указанных продуктов в производстве шлакощелочного цемента могут использоваться щелочесодержащие побочные продукты и отходы производств после апробирования.

В шлакощелочных цементах соединения щелочных металлов являются самостоятельными компонентами вяжущих, формирующими в продуктах гидратации водостойкие щелочные новообразования {соединения типа (a₁R₂O*a₂SiO₂*a₃Al₂O₃*a₄H₂O)}.

Это достигается избытком этих соединений, их концентрацией, что исключает присутствие в его составе каких бы то ни было кальциевых вяжущих и отличает этот класс вяжущих от всех прочих.

Вещественный состав продуктов гидратации шлакощелочных цементов определяется минералогическим и химическим составом шлаков, природой щелочного компонента, параметрами процессов твердения (температура, давление, влажность среды).

Физико-химические свойства шлакощелочных цементов приведены в таблице 6.7.

Таблица 6.7. Физико-химические свойства шлакощелочных цементов.

Вид шлака	М0	Сроки схватывания СЩП*, 1180кг/м3		Активность, МПа
		(мин) начало	(мин) конец	в тесте Нг**	в растворе НК***
Азовсталь	1,03	14	40	55	45
Кривой Рог	1,10	25	90	62	57
Запорожье	1,02	30	110	70	60
Днепропетровск	1,06	45	150	58	75
Донецк	1,20	55	180	85	82
Макеевка	1.22	55	160	90	80

Примечание: СЩП – содощелочной плав, отход химического производства; НГ - нормальная густота; НК – нормальная концентрация.

Сроки схватывания этих цементов зависят от природы щелочного компонента, его концентрации, химического состава шлака и степени остеклованности.

При использовании в качестве щелочного компонента растворимого стекла (Мс3) активность цемента возрастает, а сроки схватывания уменьшаются.

Недостатком шлакощелочного вяжущего является “высолообразование”, как следствие избытка щелочи и образование на поверхности кристаллов Na₂SO₄. Для связывания щелочи вводят глины в естественном или обоженном состоянии.

В соответствии с техническими условиями шлакощелочной цемент выпускается марок 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000.

Выпускается декоративный шлакощелочной цемент марок 200, 300 и 400.

Используются шлакощелочные цементы для приготовления бетонов и растворов с заданными свойствами, способными работать в более агрессивных средах, чем бетоны на портландцементе.

10. Глиноземистые цементы

Глиноземистый цемент – быстротвердеющее высокопрочное вяжущее, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция (CA; CA₂; C₂AS). Получают клинкер спеканием сырьевой смеси известняка (СаСО₃) и боксита (Al₂O_{3 *} nH₂O) при температуре 1300С-1400С. Т.к. бокситы являются ценным сырьем для получения алюминия, то стоимость глиноземистого цемента высока, а его выпуск ограничен. Разработан способ выплавки чугуна и шлака, представляющего клинкер глиноземистого цемента, в доменной печи.

Из-за структурных переходов, температура твердения глиноземистого цемента не должна быть выше 25С. При температурах 15-20С глиноземистый цемент необычайно быстро набирает прочность. Марки глиноземистого цемента, в возрасте 3 суток: 400, 500, 600. Портландцемент имеет эту прочность в возрасте 28 суток.

При столь быстром твердении глиноземистый цемент имеет нормальные сроки схватывания: н.схв. – 30 мин., к.схв – 10 час. Он обладает большим тепловыделением (250-370 кДж/кг), имеет высокую коррозионную стойкость в сульфатной, морской и углекислой водах.

Глиноземистый цемент применяют в специальных сооружениях, спешных ремонтных и восстановительных работах, для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Он необходимый компонент расширяющихся напрягающихся цементов.

Расширяющиеся цементы обладают контролируемым расширением, которое в стесненных условиях, вызывает самоуплотнение цементного камня и бетона.

Эти цементы являются многокомпонентными, непроницаемы не только для воды, но и для нефтепродуктов.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент состоит из глиноземистого цемента 70%, гипса  20%, высокоосновного гидроалюмината кальция  10%.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент – высокоглиноземистый клинкер 70%, двуводный гипс  30%. Расширяется при твердении в воде.

Расширяющийся портландцемент – состоит из портландцементного клинкера (58-63%); глиноземистого шлака (5-7%); гипса (7-10%); доменного гранулированного шлака (23-28%). Расширяющийся портландцемент отличается быстрым твердением, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня.

11. Вяжущие вещества автоклавного твердения

Вяжущие вещества автоклавного твердения набирают прочность и водостойкость при выдержке 2-20 часов в автоклаве (среда насыщенного водяного пара при температуре 174,5-200С и давлении пара 0,9-1,3 МПа).

Это тонкомолотые порошки, содержащие две главные части: известь (СаО) и кремнеземистый компонент (SiO₂).

По составу исходных материалов их подразделяют, по П.И.Боженову; на следующие группы вяжущих автоклавного твердения:

а) силикатные – состоящие из извести и кварцевого песка;

б) шлаковые – состоящие из металлургических или топливных шлаков;

в) зольные – состоящие из зол различного происхождения:

• от сжигания твердого минерального топлива;

• зола горючих сланцев;

Подавляющее большинство заводов использует известково-песчаные смеси. Для условий Донбасса автоклавные материалы имеют огромное значение, т.к. позволяет утилизировать огромные количества промышленных отходов выпуская нужную высококачественную продукцию. Подробно в следующем разделе.

7. ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

7.1. Асбестоцементные материалы

7.1.1. Введение

Асбестоцемент - композиционный материал, состоящий из цементного камня, пронизанного тонкими волокнами асбеста, средний диаметр которых равен 30-40 мкм.

Основные виды асбестоцементных изделий - трубы и листы.

Асбестоцементная промышленность возникла в 1900 г., когда изобретатель Людвиг Гачек, подав в бумагоделательную машину - папмашину массу, состоящую из смеси асбеста, цемента и воды, получил на ней первый пластичный материал. Первоначально из этого материала делали плоские плитки для покрытия кровли. По аналогии с природным материалом их назвали шифером. Пластичность этих листов в сыром состоянии навела на мысль о возможности формования различных изделий. В 1906 г. из сырых асбестоцементных листов были изготовлены первые трубы со швом. В 1913 г. было начато производство бесшовных асбестоцементных труб. В этом же году был проложен первый напорный водопровод из асбестоцементных труб. Это было начало внедрения асбестоцемента в строительство.

В настоящее время производство асбестоцементных изделий имеется во всех промышленно-развитых странах, в том числе в США, Франции, Японии, Китае, Германии, Италии, Бельгии, Швеции и др.

На Украине, в России, Белоруссии и других государствах бывшего Союза и странах входивших в СЭВ имеется развитая промышленность асбестоцементных изделий.

Технический уровень технологических механизированных линий по производству асбестоцементных изделий во всех странах близок, хотя имеются отдельные конструктивные особенности. В последние 3-4 года конкурентная борьба на международном рынке США и отдельных стран Европы, не имеющих собственного асбеста, и чрезмерное и неконтролируемое насыщение общественных зданий асбестоцементными материалами создано некоторое негативное отношение к асбесту как опасному в экологическом аспекте материалу, причем только в строительстве. Это обстоятельство временно снизило потребность в асбестоцементных изделиях, имеющих уникальные физико-механические и эксплуатационные свойства (например, асбестоцемент стоек и не подвергается коррозии в щелочной среде.

Одновременно в ряде стран - потребителей асбеста были проведены серьезные экологическое исследования и проанализированы санитарные условий на предприятиях по переработке асбеста. В результате большинство ученых и специалистов считают, что применение асбеста в более чем 1000 видов изделий, в том числе и в производстве асбестоцементных изделий, при организации соответствующих условий труда и контроля вполне безопасным. Международная организация труда (МОТ) также выступает контролируемое использование асбеста.

7.1.2. Сырьевые материалы для асбестоцементных изделий

Основным сырьем для производства асбестоцементных изделий являются асбест и цемент. Если суммарное содержание асбеста и цемента в асбестоцементе по массе принять за 100 %, то асбеста в нем будет от 12 до 18-20 %, а цемента соответственно от 85 до 80-82.

Кроме того, в процессе изготовления используют воду, при производстве некоторых видов изделий применяют также красители, а иногда и химические добавки, интенсифицирующие технологический процесс и улучшающие свойства асбестоцемента.

Асбест и его свойства. Асбест представляет собой минерал , обладающий способностью расщепляться на тончайшие гибкие и прочные волокна. По растворимости в кислотах асбесты делятся на серпентинитовую и амфиболовую группы. В серпентинитовую группу асбестов, растворимых в кислотах, входят хризотил-асбест (хризотил - в переводе с греческого означает золотой волос) и пикролит. В амфиболовую группу асбестов, не растворимых в кислотах, входят крокидолит-асбест, антинолит-тремолит-асбест, амозит-асбест, антофиллит-асбест, рекижит-асбест. Основное значение для асбестоцементной промышленности имеют асбесты серпентинитовой группы и прежде всего хризотил-асбест.

Хризотил-асбест - минерал кристаллохимической группы серпентина-каолинита и представляет собой тонковолокнистую разновидность серпентина. Волоконца (фибриллы) имеют трубчатое строение.

Свойства волокон хризотил-асбеста

Плотность, кг/м3	2300-2600
Средняя толщина фибрилл, мкм	0,026-0,05
Предел прочности при разрыве, МПа
в недеформированном состоянии	2400-2500
в деформированном состоянии	1600-2100
после распушки	600-1000
Температура плавления, °С	1450-1500
Температура начала потери воды, °С	550-570
Температура обезвоживания, °С	800

Прочность волокон асбеста даже после распушки несколько выше прочности на разрыв стальной проволоки, равной 700 МПа.

На обогатительных фабриках из руд хризотил-асбеста получают товарный асбест. Асбестоцементная промышленность использует 3-6 сорта товарного хризотил-асбеста, вырабатываемого по ГОСТ 12871-80. Третий и четвертый сорта асбеста применяют в производстве асбестоцементных тpy6, а пятый и шестой сорта -листовых изделий. Из этих сортов составляют смески. Средняя длина волокон асбеста трубных смесок 2,0-2,5 мм, а смесок для листов - 1,1-1,9 мм.

Цементы. В производстве асбестоцементных изделий используют:

1. бездобавочный портландцемент марок 400 и 500, соответствующий требованиям ГОСТ 9835-85. Удельная поверхность цемента должна быть 220-250 м²/кг при производстве изделий из суспензий и 300-320 м²/кг при экструзионном способе изготовления асбестоцементных изделий.

2) песчанистый портландцемент, содержащий 38-45 % молотого кварцевого песка и готовится на портландцементном клинкере того же состава, что и портландцемент.

Удельная поверхность песчанистого цемента выше и равна 320-360 м²/кг.

3) белый и цветные цементы для изготовления декоративных, отделочных и облицовочных асбестоцементных изделий.

Вода. На заводы асбестоцементных изделий поступает вода из водопровода или артезианских скважин, которая по качеству близка к питьевой воде, но асбестоцементные смеси и суспензии готовят на оборотной технологической воде. Технические требования к технологической воде следующие:

температура	30-40°С
содержание уноса (цемента и асбеста)	не более 100 мг/л
содержание масел, смолообразных, гумусовых продуктов и пенообразующих веществ	не допускается
рН	не менее 8,5
общее содержание солей	не менее 4000, но не более 10 000 мг/л
содержание Са++	от 1500 до 700 мг/л
ПАВ (поверхностно-активных веществ)	не более 0.1 мг/л

Химические добавки

1) полиакриламид - вводится для улучшения фильтрационных свойств асбестоцементных суспензий и количестве 75-150 г на 1 т сухих компонентов. Он улучшает очистку воды в рекуператорах.

2) СДБ используется в водном растворе для увлажнения полуфабриката при его профилировании.

3) метилцеллюлоза марок МЦ-КО по ТУ 6-0,5-1857-78, МЦС по ТУ 6-01-20-43-86 и полиэтиленоксид применяются в качестве пластификаторов смесей для экструзионных изделий.

Волокнистые заменители асбеста

В странах работающих на импортном (привозном) асбесте, проблема заменителей нашла практическое решение.

1. сульфитные целлюлозные волокна и бумажная макулатура вводятся в обычный асбестоцемент от 3 до 5% в замен асбеста и до 40% в листы для внутренней облицовки.

2) базальтовое волокно и каолиновая вата являются щелочестойкими материалами и вводятся в количестве 2-3% от массы асбестоцемента как улучшающая фильтрацию суспензии добавка. Повышают ударную прочность асбестоцемента.

3) химические полимерные волокна, а именно, капрон, лавсан, полипропилен, анид вводят в состав асбестоцемента в количестве 0,5-1% для улучшения прочности и исключена из смески 3-4 сортов асбеста. Ударная вязкость изделий увеличивается в 1,5-2 раза.

7.1.3. Способы производства асбестоцементных изделий

Технологический процесс изготовления асбестоцементных изделий базируется на обработке товарного асбеста, с целью получения достаточно тонких волокон асбеста, перемешивании их с цементом и водой и формовании из полученной смеси изделий, подвергаемых твердению при тепловой обработке. При этом необходимо получить заданные физико-механические и эксплуатационные показатели асбестоцементных изделий.

Существует несколько технологических способов производства изделий, в которых каждая из указанных стадий технологического процесса имеет свои особенности. К ним относятся:

- круглосеточный из низкоконцентрированных асбестоцементных суспензий, содержащих 8-16% асбеста и цемента (вырабатывается до 95 % изделий от всего ассортимента);

- плоскосеточный и на профильном основании (машины "Маньяни" из концентрированных асбестоцементных суспензий, содержащих 30-40) асбеста и цемента (тенденция и снижению числа имеющихся технологических линий);

- экструзионный из полусухой асбестоцементной смеси, содержащей 12-25 % воды от массы асбеста и цемента;

- инжекционный из концентрированных асбестоцементных суспензий (применяется для изготовления комплектующих изделий);

- вакуум-силовой прокат (спроектированы опытно-промышленные технологические линии).

Производство асбестоцементных изделий на круглосеточных листо- и трубоформовочных машинах организовано при осуществлении следующих технологических операций.

На складе завода мешки с асбестом (1) складируют по группам и маркам на поддонах. По мере расходования асбеста поддоны мостовым краном или погрузчиком подают к месту растаривания (2). Мешки с асбестом растаривают вручную в приемный бункер транспортера (3), который направляет асбест по сортам и маркам в весовые дозаторы (4). Отдозированная смеска асбеста сборным транспортером доставляется в бегуны (6), где осуществляется первичная распушка. Для улучшения распушки асбест в бегунах увлажняется технологической водой при помощи дозатора (5). После обработки в бегунах смеска асбеста подается в гидропушитель (7), куда поступает также необходимое количество воды из рекуператора (II).

Суспензия распушенного асбеста перекачивается из гидропушителя в турбосмеситель (10), куда одновременно из расходного бункера (8) через весовой дозатор (9) подается порция цемента. Из турбосмесителя асбестоцементная суспензия поступает в ковшевой смеситель (13), который служит для запаса и усреднения суспензии. Из ковшевой мешалки суспензия поступает по желобу (14) в ванны, например, листоформовочной машины (ЛФМ) (15), (18), (21). Для достижения требуемой концентрации в желоб (14) по трубопроводу из нижней части рекуператора (12) подается вода на разжижение. Параметры суспензия в ковшевой мешалке (концентрация, температура, однородность и фильтрационные свойства) непрерывно меняются. Это усугубляется еще периодической подачей в нее суспензии из смесителя обрезков (29). Таким образом, питание ванн ЛФМ осуществляется суспензией с меняющимися свойствами.

Формование асбестоцементного слоя, его обезвоживание и уплотнение производятся на ЛФМ. Фильтрование суспензии и получение первичных слоев происходит на сетчатых цилиндрах (16), (19) и (22), при прямоточном параллельном (без перелива избытка суспензии) и последовательном (с переливом избытка суспензии) питании ванн. Снятые с сетчатых цилиндров при помощи сукна (24) влажные асбестоцементные слои подвергаются обезвоживанию и уплотнению на отжимных валах (17), (20) и (23), а затем трехслойная пленка -на вакуум-коробке (25) и форматном барабане (26) с пресс-валами.

При достижении заданной толщины (через 5-8 оборотов форматного барабана) накат разрезается механическим срезчиком по образующей барабана и отводящим транспортером подается к механизму резки (27), где происходит обрезание кромок и раскрой его на листы нужных размеров. Обрезки наката подаются транспортером в смеситель (29), где превращаются в асбестоцементную суспензию.

Фильтрат и вода для промывки сукна и сеток собираются в приямок под ЛФМ и перекачиваются насосом в рекуператор (II). Осветленная вода поступает в рекуператор второй ступени очистки (12). Из средней части рекуператора (12) осветленная вода подается на промывку сукон и сетчатых цилиндров, а из нижней части - самотеком в бегуны, гидропушители и турбосмесители.

Профилирование свежесформованных листов на поточно-механизированных линиях производится на конвейерах (28), которые укладывают листы на тележки конвейера предварительного твердения (30).

Затем листы снимают с тележек, увлажняют в увлажнителе (31), перебирают и стопируют (32). Окончательное твердение полуфабриката завершается на теплом складе (33).

Технологическая схема производства асбестоцементных труб аналогична, но формование их производится на трубоформовочной машине с форматными скалками вместо форматного барабана, а твердение труб осуществляется в роликовом конвейере.

7.1.4. Назначение и основные характеристики асбестоцементных изделий

Асбестоцементная промышленность вырабатывает широкий ассортимент изделий - асбестоцементные трубы, волнистые и плоские листы, электроизоляционные доски, стеновые и кровельные панели (плиты), подоконные доски, швеллеры и другие изделия.

Асбестоцементные трубы. Вырабатываются напорные (ВТ) и безнапорные (БНТ) трубы. Напорные трубы используют в водопроводных и мелиоративных системах, для газопроводов и обсадки буровых скважин, а безнапорные - в наружных трубопроводах безнапорной канализации, дренажных коллекторах, для прокладки кабелей телефонной связи и другому назначению.

В зависимости от рабочего давления напорные трубы разделяют на классы: Вт6, Вт9; Вт12; Вт15 и Вт18 (цифра означает давление в ати). Диаметр напорных труб от 100 до 500 мм (по отдельным заказам до 1000 мм), длина труб 3, 4, 5, и 6 м (трубы имеют обточенные концы на длину не менее 200 мм и наружные диаметры асбестоцементных напорных труб соответствуют диаметрам чугунных труб, что позволяет применять в трубопроводах чугунные фасонные детали (задвижки, тройники, отводы и пр.).

Для соединения труб применяют три вида соединительных муфт:

• простая муфта Симплекс состоит из асбестоцементного кольца с канавками для резиновых уплотняющих колец круглого сечения;

• чугунная муфта Жибо (рис. 7.2), которая обеспечивает как и муфта Симплекс давление в трубопроводе до 9 ати;

• самоуплотняющаяся асбестоцементная муфта САМ (рис. 7.3.) рассчитана на давление 6-12 ати и САМУ (удлиненная) на давление 15 и 18 ати.

Нормативные показатели асбестоцементных труб приведены в табл. 7.1.

Безнапорные трубы выпускают диаметром 100-400 мм и длиной 3 и 4 м. Трубы должны выдерживать испытание давлением 0,4 МПа.

Таблица 7.1 Техническая характеристика волнистых листов

Обозна-	Нормативный показатель, не менее, для труб
чение	условный диаметр, мм	Вт6	Вт9	Вт12	Вт15	Вт18
В’, МПа	100-500	1.2	1.8	2.4	3	3.6
В”, МПа	100	2.4	3.6	4.8	-	-
	150-200	2.1	3.1	4.2	5.2	6.0
	250-500	1.8	2.7	3.6	4.5	5.0
Fиз, кН	100	400	450	500	-	-
	150	920	1100	1220	-	-

Примечание: B’ - водонепроницаемость;

B” - гидравлическое давление на разрыв;

F_из - изгибающая нагрузка.

Волнистые листы. Асбестоцементные листы предназначены для устройства скатных кровель и стеновых ограждающих конструкций зданий и сооружений. В зависимости от вида листов они применяются для чердачных и бесчердачных кровель и укладываются на различные пролеты. Листы асбестоцементные волнистые различаются толщиной листа, высотой волны и шагом волн, длина листов 1750-3300 мм. Наибольшее применение нашли листы среднего профиля 40/150, унифицированного профиля 54/200, толщиной 6 и 7.5 мм, высокого профиля 51/177 и листы ВК профиля 135/350.

Физико-механические показатели волнистых листов в соответствии с требованиями нормативно-технической документации (НТД) приведены в табл.7.2.

Таблица 7.2 Техническая характеристика волнистых листов

Категория	Показатели				Мас-
листов, нор-	предел прочнос-	сосредоточенная	плотность,	ударная	са,
мативный	ти при изгибе,	нагрузка от штам-	кг/мЗ,	вязкость,	кг
документ	МПа, не менее	па, кН, не менее	не менее	кДж/м2
Листы 40/150 ГОСТ 20430
высший сорт, категория качества:
высшая	17.5	17.5	1650	1.7	26
первая	17.5	17.5	1630	1.6	26
первый сорт	16	15	1600	1.5	26
Листы 51/177 ГОСТ 24986
высший сорт, категория качества:
высшая	17.5	4.9*	1.65	1.8	42.3
первая	17.5	4.5*	1.63	1.6	42.3
первый сорт	16	4.2*	1.60	1.4	42.3
Листы 54/200 ГОСТ 16233
высший сорт высшей категории качества при толщине:
6 мм	18,5	16,5	1,7	1,6	26
7.5 мм	21	23.5	1.75	1.8	36
первой категории качества при толщине:
6 мм	18	15	1.7	1.5	26
7.5 мм	20	22	1.75	1.6	36
первого сорта первой категории качества при толщине:
6 мм	16	15	1.65	1.4	26
7.5 мм	19	22	1.7	1.5	36
Листы ВК 135/350 ТУ 21-24-49-73	24	48**	1.7	1.8	28

Плоские листы. Плоские асбестоцементные листы предназначены для изготовления стеновых панелей, плит покрытий, перегородок сантехкабин и др. строительных конструкций, а также для внутренней и наружной облицовки зданий.

Асбестоцементные плоские листы типоразмера 3,0*1,5 м и толщиной 8 и 10 мм выпускаются по ГОСТ 18124. Выпуск плоских асбестоцементных листов, окрашенных силикатными красками, осуществляется по ТУ 21-24-72-78.

Физико-механические показатели плоских листов приведены в табл. 7.3.

Таблица 7.3. Техническая характеристика плоских листов

Показатели	Норма для листов
	прессованных		непрессованных
	высший сорт (А)	первый сорт (Б)		высший сорт (А)	первый сорт (Б)
Предел прочности при изгибе, МПа не менее	25	23		20	18
Плотность, кг/м3, не менее	1800	1500		1700	1600
Ударная вязкость, кДж/м2, не менее	2,6	2,5		2,5	2,0
Коробление, мм, не более	0,6	0,6		0,6	0,6
Морозостойкость, циклов, не менее	50	50		25	25

Плоские плиты в зависимости от способа изготовления подразделяются на прессованные и непрессованные. Они могут выпускаться обычного серого цвета, с декоративной отделкой или окрашенными силикатными красками. Плоские листы могут быть калиброванными по длине и ширине путем дополнительной обработки в затвердевшем состоянии или некалиброванными разрезанными в пластическом состоянии.

Асбестоцементные экструзионные стеновые и кровельные панели предназначены для устройства покрытий под рулонную кровлю, стен и перегородок зданий и сооружений, за исключением детских лечебно-профилактических учреждений, панели изготавливают шириной 595 мм и длиной 3 и 6 м.

Стенки панелей всех типов имеют предел прочности при изгибе 18 МПа - (кровельная) и 16 МПа - (стеновые). Плотность не менее 1600кг/м³. Панели при испытании на изгиб выдерживают без признаков разрушения контрольные нагрузки в соответствии с техническими условиями ТУ 21-24-82-81 и ТУ 21-24-98-82, (табл. 7.4.).

Таблица 7.4.

Размеры панели, мм			Контрольная нагрузка, кН
длина		высота
по ТУ 21-24-82-84
3000	60		50
3000	120		130
6000	60		20
6000	120		40
по ТУ 21-24-98-82
3000	80		70
3000	140		160
3000	160, 180		210
6000	140		65
6000	180		100
6000	80		25

Электроизоляционные доски. Асбест обладает электроизоляционными свойствами, позволяющими использовать его как изолятор при напряжениях до 1000 В. Это позволяет использовать асбестоцементные листы как изолятор для монтажа электроаппаратуры - магнитных пускателей, контакторов, станций управления. По аналогии с мраморными досками, на которых ранее монтировали рубильники и другую аппаратуру, асбестоцементные листы называют асбестоцементными электроизоляционными досками АЦЭИД (ГОСТ 4248-68).

АЦЭИД выпускают размерами 1200х800 мм, а также и меньших размеров, толщина их от 6 до 40 мм. Для улучшения диэлектрических свойств часто пропитывают АЦЭИД битумом.

Плиты подоконные асбестоцементные

Выпускаются по экструзионной технологии в соответствии с ТУ 21-24-90-80 и ТУ 400-1-229-82.

Предел прочности при изгибе образцов, вырезанных из плиты, не менее 14 МПа, плотность - не менее 1550 кг/м³.

Швеллеры асбестоцементные экструзионные.

Предназначаются для изготовления сборных асбестоцементных панелей, выпускаются по ТУ 21-24-89-81 (табл. 7.5).

Таблица 7.5 Физико-механические показатели швеллеров

Показатели	Норма
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее	16
Плотность кг/м3, не менее	1650
Ударная вязкость, кДж/м3, не менее	2
Разрушающая нагрузка при изгибе швеллера, кН, не менее, для
АШЭ-6 5-9-35	1,6
АШЭ-100-9-35	2,0
АШЭ-120-10-42	3,0
АШЭ-140-11-42	4,0
АШЭ-170-12-45	5,5

7.1.5. Транспортирование и хранение асбестоцементных изделий

При погрузочно-разгрузочных операциях и других перемещениях не допускается сбрасывание изделий, а также удары по ним.

Асбестоцементные трубы в заводских условиях (на складе труб) и строительных площадках захватывают специальными траверсами и транспортируют на небольшие расстояния краном. Трубы малых диаметров укладывают в контейнеры или связывают в пакеты стальной лентой, трубы диаметром более 200 мм укладывают между стойками на складе, а при транспортировании - стойками платформ автомобиля или железнодорожного вагона.

Асбестоцементные волокнистые и плоские листы при хранении укладывают на специальные поддоны в стопы.

Отгрузке транспортными пакетами подлежат волнистые листы и плоские крупноразмерные листы.

Асбестоцементные волнистые листы профиля 40/150 и 54/200 перевозятся в пакетах с использованием многооборотных металлических кассет КВЛ-2,7 по ТУ 21-32-212-83.

Сформированные пакеты транспортируются на склад, где устанавливаются краном в штабели не более чем в три яруса по высоте.

Все погрузочно-разгрузочные и складские операции с кассетами и сформированными пакетами производятся краном, оборудованным специальной траверсой или четырехветвевым стропом.

Плоские асбестоцементные листы размером 3х1,5 м, собранные в пакеты, крепятся металлической лентой или мягкой проволокой.

Сформированные пакеты, уложенные на поддоны или бруски, должны храниться на складах.

Погрузка пакетов асбестоцементных плоских листов размером 3*1,5 м производится на платформы, оборудованные опорно-крепежными устройствами. Пакеты плоских листов размещаются в отсеках опорно-крепежных устройств в два яруса.

Панели асбестоцементные экструзионные на складе у потребителя (в том числе на строительной площадке) должны храниться горизонтально, в стопах по типам и размерам.

Каждая стопа укладывается на подкладки, устанавливаемые параллельно торцам и обеспечивающие устойчивое положение панелей, при хранении панелей высота стопы не должна быть более двойной ширины панелей (1,2 м).

Высота подкладок выбирается таким образом, чтобы предотвратить возможность подтекания воды в заполненные утеплителем пустоты, а стопы должны быть защищены от увлажнения.

Длина подкладок должна быть не менее 65 см. Поверхность их должна быть ровной, исключающей повреждение поверхности панелей.

Транспортирование асбестоцементных экструзионных панелей автомобильным и железнодорожным транспортом осуществляется пакетами в стропах, пакетирующих полужестких по ТУ 21-32-229-84.

2. Автоклавные силикатные материалы

1. Сырьевые материалы для силикатных изделий

Строительные материалы и изделия, получаемые из композиций на основе вяжущего, состоящего из смеси измельченной извести и кварцевого песка и обработанные паром в автоклаве (0,8-1,2 МПа, 170-200°С), называют силикатными.

Основной процесс набора прочности изделий происходит за счет химических реакций в автоклаве между известью Са(ОН)₂, песком SiO₂ и водой Н₂0. Установлено, что химическое взаимодействие между исходными компонентами силикатной смеси протекает по растворному и по топохимическому типу с образованием гидросиликатов кальция, в некоторых случаях тоберморита и очень редко ксенолита.

Известь. Для силикатных изделий применяют известь в виде молотой кипелки и пушонки. Известь должна быть равномерно обожженной, содержать не более 5% MgO.

Кварцевый песок. Применяют мелкие пески, в том числе немолотый и грубомолотый. Содержание примесей по сравнению с песками для бетонов и растворов значительное, но SiO₂ должно быть не менее 70%, а глинистых примесей не более 10%.

Вода. Требования к воде те же, что и к воде для цементных бетонов.

Песок в известково-песчаном вяжущем может быть заменен отвальными и гранулированными металлургическими шлаками, золой от сжигания сланцев и углей, горелыми породами, в том числе, шахтных терриконов.

7.2.2. Силикатный кирпич

Кирпич формуют прессованием силикатной массы, состоящей из смеси извести и кварцевого песка.

Различают два способа приготовления силикатной массы: силосный и барабанный.

При силосном способе молотую негашеную известь-кипелку перемешивают в лопастном смесителе с кварцевым песком, увлажняют, подают на вылеживание в силосы, где происходит гашение извести. Силикатная масса содержит 6-8% извести. После гашения массу из силоса подают в другие лопастные мешалки или бегуны, где её доувлажняют до 7-8% и подают на формование.

Барабанный способ заключается в том, что отдозированные песок и известь поступает во вращающийся гасильный барабан, который закрывается герметически. Перемешивают 3-5 мин сухие материалы, а затем подключают острый пар давлением от 1,5-2 до 3-4 атм. и перемешивают еще в течение примерно 40 мин. Далее массу выгружают в полостной смеситель или бегуны, доувлажняют до 7-8% и подают на формование.

Формование кирпича из полученной силикатной массы осуществляют на револьверных, прессах. Удельное давление прессования 15-20 МПа.

Отпрессованный кирпич (сырец) укладывают на вагонетки, формируют "поезд" и подают (заталкивают) в автоклав (=2 м, L=20 м). В автоклаве кирпич запаривают в течение 10-14 часов. Подъем температуры до 170С осуществляют по режиму 1,5+(8-10)+1,5 часа.

После тепловлажностной обработки автоклавы открывают и выталкивают "поезд" с кирпичом на вагонетках. Вагонетки разгружают, а кирпич укладывают на транспортные поддоны или в контейнеры.

Кирпич после автоклавирования становится прочным и приобретает требуемые физико-механические показатели. Однако в нем часть извести остается в свободном виде и обеспечивает некоторый добор прочности за счет реакции в воздухе. Са(ОН)₂+СО₂=CaCO₃+Н₂О

Силикатный кирпич и камни различаются по видам и размерам.

Изделие	Длина	Ширина	Толщина
Кирпич одинарный полнотелый или с пористым заполнителем, мм	250	120	65
Кирпич утолщенный пустотелый или полнотелый с пористыми заполнителями, мм	250	120	88
Камень пустотелый, мм	250	120	138

По пределу прочности при изгибе и сжатии вырабатывают кирпич и камни марок 75, 100, 125, 150, 200, 250 и 300. Водопоглощение силикатных изделий составляет 8-16%, средняя плотность _о=1800-1900 кг/м³, =0,71-0,75 Вт/м*°К.

Применяют силикатный кирпич там же, где керамический: для стен зданий, перегородок. Исключают (запрещают) применение его для фундаментов и цоколей зданий, а также для кладки печей и труб (при 575С -кварц переходит в -кварц и 500°С начинается дегидратация Са(ОН)₂.

При использовании шлака вырабатывают известково-шлаковый кирпич (расход извести 3-12%), а при использовании зол ТЭС - известково-зольный кирпич (расход извести 20-25%). Эти виды силикатного кирпича вырабатывают марок 25, 50 и 75.

7.2.3. Автоклавные силикатные бетоны

Силикатным бетоном называют затвердевшую в автоклаве отформованную смесь, состоящую, как правило, из 70-80 % кварцевого песка, 6-15 % молотого кварцевого песка и 6-10 % молотой негашеной извести.

По прочности при сжатия автоклавные силикатные бетоны делят на три группы:

• низкопрочные - М25, 50, 75, 100 и 150

• средней прочности - М200, 300, 400 и 500;

• высокопрочные - М600, 700, 800 и 1000.

По плотности имеют две группы:

• тяжелые бетоны - с _о1800 кг/м³;

• легкие бетоны - с _о=500-1800 кг/м³.

Получение силикатных бетонов складывается из следующих технологических процессов:

• перемешивание бетонных смесей,

• формование изделий;

• тепло-влажностной обработки (ТВО) в автоклавах при 8-12 атм.

Прочность автоклавных силикатных бетонов зависит от активности известково-кремнеземистого вяжущего, водовяжущего отношения, режима ТВО, качества перемешивания и уплотнения.

Для обеспечения качества изделий негашеную известь подвергают помолу до удельной поверхности 400-500 м²/кг, а кварцевый песок - 200-250 м²/кг.

Из силикатного бетона марок не ниже 150 изготавливают стеновые блоки, панели перекрытий и перегородок, ступени, балки, для жилых и промышленных зданий, вентиляционные блоки.

Для изделий, работающих в условиях повышенной влажности арматуру защищают специальными обмазками (цементно-казеиновыми или полимерцементными).

3. Гипсовые материалы и изделия

7.3.1. Основные сведения

Гипсовыми называют изделия, изготовляемые из гипсового теста. Для улучшения свойств изделий в гипсовое тесто вводят в небольшом количестве тонкомолотые минеральные или органические наполнители.

Гипсобетонные изделия изготовляют из растворов или бетонной смеси с применением пористых заполнителей - минеральных (топливные и доменные' шлаки, известняк ракушечник, шлаковая пемза); - органических (опилки, сечка из древесной шерсти, камыш, солома и др.).

Гипсовые и гипсобетонные изделия, в которых в процессе эксплуатации могут возникать растягивающие напряжения, армируют деревянной рейкой, камышом и другими подобными материалами.

Стальную арматуру не применяют, т.к. сталь в гипсовом камне коррозирует.

Гипсовые изделия имеют низкую теплопроводность и звукопроводность, хорошо обрабатываются, гвоздятся, легко окрашиваются и хорошо сохраняют окраску. К недостаткам относится их низкая водостойкость. Поэтому их можно применять в помещениях с относительной влажностью воздуха не более 60 %.

2. Гипсовые и гипсобетонные плиты и панели

Панели и плиты гипсовые и гипсобетонные применяют для перегородок, оснований под полы жилых комнат и для стен сантехкабин.

Панели изготавливают размером на комнату. Перегородочные панели имеют высоту, равную высоте этажа 2,8-3,3 м, толщина 8-10 см, _о=1250-1400 кг/м³, длиной до 6 м.

Плиты для перегородок изготавливают толщиной и шириной 40-80 см, разной длины, _о=1000-1400 кг/м³. Плиты сплошные и пустотные. Прочность при сжатии панелей не менее 5 МПа.

Панели армируют деревянными реечными каркасами, применяют для устройства несущих перегородок в жилых и общественных зданиях.

Панели из гипсобетона изготавливают методом непрерывного формования на прокатных станах или в кассетных установках.

Технология изготовления на прокатных станах заключается в непрерывном приготовлении литой массы, подачи ее в пространство между двумя параллельными прореженными лентами, схватывании массы в отформованном изделии, и сушке изделия до влажности 8%.

Гипсобетонные панели для устройства санитарно-технических кабин и вентиляционных блоков ( пустот - 140 мм, толщина стен 20 мм) в жилых зданиях делают на высоту этажа.

Для повышения водостойкости применяют гипсоцементнопуццолановое вяжущее, состоящее из гипса (50-70%), портландцемента (15-20%) и активной минеральной добавки (10-25%).

7.3.3. Листовые гипсовые изделия вырабатываются двух видов: трехслойных листов, состоящих из двух слоев бумажного картона, между которыми находится затвердевший гипс и гипсоволокнистых листов.

Листы первого вида изготовляют на конвейере. Вначале готовят гипсовое тесто, содержащее декстрин для увеличения сцепления гипсовой массы с картоном. Готовое гипсовое тесто в машинке перемешивают с минеральной пеной. Пеногипс выливают на нижний слой картона, который движется совместно с резиновой лентой, конвейера. На него накладывают верхний лист картона. Картон и слой гипса протягивается между калибровочными валками.

После схватывания гипса лента разрезается на листы требуемой длины, которые затем поступают в сушилку (сушат при температуре 70-80 С до влажности 5-7 %).

Гипсоволокнистые листы готовятся из гипсоволокнистой массы, содержащей бумажную макулатуру, отходы целлюлозы, измельченную костру, синтетические волокна (6-10 %).

Массу отливают на вакуумных насасывающих установках, а затем листы подпрессовывают.

Наиболее индустриальным способом изготовления гипсоволокнистых листов является формование их из гипсоволокнистых суспензий на круглосеточных машинах, на которых формуют и асбестоцементные изделия (см. раздел 7.1).

Листы вырабатывают толщиной 10 и 12 мм и их называют еще сухой штукатуркой. Ширина листов со слоями картона 1,2 м, длина 2,5-3,3 м. Гипсоволокнистые листы имеют ширину 1,5 м и длину не более 3,3 м. Прочность гипсовых листов на изгиб 2,5-3,2 МПа. Влажность листов после сушки должна быть не более 1%.

Применяют листовые гипсовые изделия в помещениях с влажностью не более 60% для обшивки стен и потолков, устройства перегородок по реечному каркасу из древесины или каркасу из асбестоцементных швеллеров.

Гипсоволокнистые листы могут быть офактурены (облицованы) шпоном и цветной фольгой. В этом случае их используют как декоративный отделочный материал внутри помещений. Крепление листов осуществляют с помощью пластмассовых, деревянных, алюминиевых или других раскладок, находящихся во швах между листами.

4. Материалы и изделия на основе магнезиальных вяжущих

7.4.1. Общие сведения

Материалы и изделия на основе магнезиальных вяжущих изготовляют из смеси каустического магнезита или доломита, заполнителя и водного раствора хлорида или сульфата магния. После формования изделия высушивают.

Органическими заполнителями являются отходы древесины: стружки, опилки или специально изготовленная древесная шерсть.

Эти заполнители имеют малую плотность и обеспечивают высокие тепло- и звукоизоляционные свойства изделий на магнезиальных вяжущих и легкость их механической обработки.

Наиболее распространенными материалами этой группы являются фибролит и ксилолит.

7.4.2. Фибролит - это малогабаритные блоки и плиты, изготовленные из древесной шерсти или стружки, склеенной магнезиальными вяжущим (каустическим магнезитом или доломитом). Готовую смесь загружают в металлические или деревянные формы и прессуют давлением 0,004-0,04 МПа. После формования изделия сушат при температуре 150-200°С. В зависимости от средней плотности фибролит имеет марки 300, 350, 400 и 500.

Фибролит в виде блоков используют для теплоизоляционных вкладышей стен, перегородок, а в виде плит - для перегородок и тепловой изоляции в покрытиях (крышах) зданий. Водостойкость фибролита низкая, он хорошо впитывает и удерживает воду, поэтому в строительных конструкциях слои фибролита требуется защищать от увлажнения паро- и гидроизоляцией. Теплопроводность фибролита в сухом состоянии - 0,1-0,15 Вт/ м*К.

3. Ксилолит.

В отличии от фибролита ксилолит вырабатывают на древесных опилках и тех же вяжущих, что применяют для фибролита. Для уменьшения гигроскопичности в состав массы вводят раствор хлористого магния. Готовую ксилолитовую массу используют для изготовления монолитных полов или для выработки плит.

Ксилолитовые полы имеют малую истираемость и могут успешно эксплуатироваться в промышленных, жилых и общественных зданиях:

- на текстильных и прядильных фабриках,

- винодельческих и консервных цехах, столовых, индивидуальных домах и т.п.

После твердения ксилолитовых полов их поверхность циклюют, шпаклюют магнезиальным раствором и пропитывают натуральной олифою, а затем наносят 2-3 покрывных слоя из масляной краски.

Состав массы (вяжущее: опилки) - 1:4 по объему. Плиты вырабатывают 2-х слойными: первый слой - более пористый, второй - более плотный.

Используют плиты для устройства теплых полов, а также для утепления и облагораживания поверхности стен внутри помещений.

Основные приведены в табл. 7.6.

Таблица 7.6. Физико-механические свойства ксилолита

Показатели	Значения показателей для
	прессованного ксилолита	монолитного ксилолита
Средняя плотность, кг/м3	1550	1000-1200
Предел прочности, МПа, при
сжатии	85,4	20-36
растяжении	25,4	3-5
изгибе	48,9	не нормируется
Коэффициент теплопроводности Вт/м°С	0,45-0,48	0,16-0,40
Водопоглощение за 12 час, %	2,1	не нормируется

7.4.4. Совелит - это теплоизоляционный материал на основе каустического доломита и асбеста. Доломит гасят горячей водой, а затем разводят, до консистенции доломитового молока холодной водой и обрабатывают углекислотой в карбонизаторах. Карбонизованное молоко перемешивают с асбестом и из приготовленной массы формуют прессованием (давлением 0,5-1,2 МПа) изделия. Изделия высушивают при температуре 450-600С.

Совелитовые изделия применяют для тепловой изоляции печей, труб с температурой отводящих газов не более 500°С. Средняя плотность совелита 350-400 кг/м³, =0,08-0,09 Вт/м*°К.

8. БЕТОНЫ

Бетон - искусственный камень, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной смеси вяжущего вещества, воды и заполнителей (песка и щебня или гравия). Смесь этих материалов до затвердения называют бетонной смесью.

Зерна песка и щебня составляют каменный остов в бетоне. Цементное тесто, образующееся после затворения бетонной смеси водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет роль смазки заполнителей, придающей бетонной смеси подвижность (текучесть). Цементное тесто, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень - бетон.

Бетон в сочетании со стальной арматурой называют железобетоном.

В бетон могут вводиться специальные добавки, улучшающие свойства бетонной смеси и бетона.

Бетон является одним из важнейших строительных материалов во всех областях современного строительства. Это объясняется изменением свойств бетона в широком диапазоне путем использования компонентов соответствующего качества, применения специальных методов механической и физико-химической обработки, возможностью изготовления самых разнообразных по форме и размерам долговечных строительных конструкций, возможностью полной механизации бетонных работ, экономичностью бетона, так как до 80-85% объема его составляют заполнители из местных каменных материалов.

1. Классификация бетонных смесей и бетонов

Бетоны классифицируют по следующим признакам: по назначению, виду вяжущего вещества и заполнителя и по структуре.

По назначению бетоны бывают следующих видов: конструктивные - для бетонных и железобетонных несущих конструкций. Зданий и сооружений (фундаменты, колонны, балки, плиты, панели перекрытий и др.); специальные - жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др., бетоны напрягающие, бетонополимеры, полимербетоны.

По виду вяжущего вещества бетоны бывают: цементные, изготовленные на гидравлических вяжущих веществах - портландцементах и его разновидностях; силикатные - на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами; гипсовые - с применением гипсоангидритовых вяжущих и бетоны на шлаковых и специальных вяжущих материалах.

Бетоны изготовляют на обычных плотных заполнителях, на естественных или искусственных пористых заполнителях; кроме того, разновидностью является ячеистый бетон, представляющий собой отвердевшую смесь вяжущего вещества, воды и тонкодисперсного кремнеземистого компонента. Он отличается высокой пористостью до 80-90% с равномерно распределенными порами размером 3 мм.

В связи с этим бетоны классифицируют также по структуре: плотная, поризованная, ячеистая и крупнопористая.

По виду заполнителя различают бетоны: на плотных заполнителях, пористых и специальных, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.).

По показателям прочности при сжатии тяжелые бетоны имеют марки от 100 до 800. Марка бетона - одно из нормируемых значений унифицированного рода данного показателя качества бетона, принимаемых по его среднему значению. К различным видам бетонов устанавливаются требования по показателям, характеризующим прочность, среднюю плотность, водонепроницаемость, стойкость к различным воздействиям, упругопластические, теплофизические, защитные, декоративные и другие свойства бетонов.

По показателям прочности бетона устанавливаются их гарантированные значения классы. Бетоны, предназначенные для зданий и сооружений, делят на классы В, основной контролируемой характеристикой которых является прочность при сжатии кубов размером 150*150*150 мм и соответственно цилиндров размером 150*300 мм. Для перехода от класса бетона (МПа) при нормативном коэффициенте вариации 13,5% применяют формулу:

R =В/0,778

Долговечность бетона оценивают степенью морозостойкости. По этому показателю бетоны делят на марки от F15 до F500.

Качество бетона оценивают по водонепроницаемости, которая определяется максимальной величиной давления воды, при котором не наблюдается ее просачивания через контрольные образцы, изготовленные и испытанные на водонепроницаемость согласно требованиям действующих стандартов.

2. Материалы для тяжелого бетона

Тяжелый бетон, применяемый для изготовления фундаментов, колонн, балок, пролетных строений мостов и других несущий элементов и конструкций промышленных и жилых зданий и инженерных сооружений, должен иметь определенную прочность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна иметь заданную удобоукладываемость.

Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент, шлакопортландцемент, или их разновидности. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (прочность, морозостойкость, химическая стойкость, водонепроницаемость и также технологичность изготовления изделий, их назначение и условия эксплуатации).

Марку цемента выбирают в зависимости от требуемой прочности бетона при сжатии:

Прочность бетона, МПа	100	150	200	250	300	400	500
Марка цемента	300	300	ЗОО...400	400	400...500	500...600	600

Для приготовления бетонной смеси применяется питьевая вода, а также любая вода, не содержащая вредных примесей (сульфатов, жиров, растительных масел, сахара), препятствующих нормальному твердению бетона.

Пригодность воды для устанавливают химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на воде и на чистой питьевой воде и испытанных в возрасте 28 сут при хранении в нормальных условиях.

К добавкам для бетонов относятся неорганические и органические вещества или их смеси, за счет введения которых регулируются свойства бетонных смесей и бетонов либо бетонам придаются специальные свойства. В основу классификации добавок для бетонов положен эффект их действия. По этому признаку добавки для бетонов делят на следующие группы:

1. Регулирующие реологические свойства бетонных смесей. К ним относятся пластифицирующие, увеличивающие подвижность бетонных смесей; стабилизирующие, предупреждающие расслоение, и водоудерживающие, уменьшающие водоотделение.

2. Регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов. К ним относятся добавки, замедляющие схватывание, ускоряющие схватывание и твердение, и противоморозные, т. е. обеспечивающие твердение бетона при отрицательных температурах.

3. Добавки, регулирующие пористость бетонной смеси и бетона. К ним относятся воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие добавки, а также уплотняющие (воздухоудаляющие или кольматирующие поры бетона).

4. Добавки, придающие бетону специальные свойства: гидрофобизующие, уменьшающие смачивание, повышающие противорадиационную защиту, жаростойкость; антикоррозионные.

5. Добавки полифункционального действия, одновременно регулирующие различные свойства бетонных смесей и бетонов: пластифицирующе-воздухововлекающие; пластифицирующие, повышающие прочность бетона, и газообразующе-пластифицирующие.

6. Минеральные порошки - заменители цемента. К этой группе относятся тонкомолотые материалы, вводимые в бетон в количестве 5-20%. Это золы, молотые шлаки, отходы камнедробления и др., придающие бетону специальные свойства (жаростойкость, электропроводимость, цвет и др.).

В качестве пластифицирующих добавок наибольшее распространение получили поверхностно-активные вещества (ПАВ). Введение которых в бетонные (растворные) смеси позволяет существенно улучшить их удобоукладываемость. Вместе с тем поверхностно-активные добавки позволяют уменьшить водоцементное отношение и соответственно сократить расход цемента без снижения прочности материалов и изделий. Использование поверхностно-активных добавок в малых дозах (0,05-0,2% от массы цемента) позволяет на 8-12% уменьшать удельный расход цемента в бетонах и растворах. Вместе с тем поверхностно-активные добавки повышают водонепроницаемость, морозостойкость, коррозионную стойкость и долговечность материалов в конструкциях. Этим самым применение поверхностно-активных добавок способствует повышению эффективности капиталовложений в строительство. По указанным причинам поверхностно-активные добавки в цементно-бетонной технологии приобретают все большее значение как у нас, так и за рубежом.

Гидрофобизующие добавки, как правило, существенно повышают нерасслаиваемость, связанность бетонной (растворной) смеси, находящейся в покое. При действии внешних механических факторов (при перемешивании, укладке и т. д.) бетонная или растворная смесь с добавкой отличается повышенной пластичностью.

Воздухововлекающие добавки позволяют получать бетонные (растворные) смеси с некоторым дополнительным количеством воздуха. Чтобы повысить пластичность смеси, обычно увеличивают объем вяжущего теста. Вовлекая воздух, увеличивается объем вяжущего теста без введения лишнего цемента. Поэтому удобоукладываемость такой системы повышается.

К ускорителям твердения цемента, увеличивающим нарастание прочности бетона, особенно в ранние сроки, относятся хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция и др.

Противоморозные добавки - поташ, хлорид натрия, хлор) кальция и др. - понижают точку замерзания воды, чем способствуют твердению бетона при отрицательных температурах.

Для замедления схватывания применяют сахарную патоку, добавки СДБ, ГКЖ-10.

Пено- и газообразователи применяют для изготовления ячеистых бетонов. К пенообразователям относятся клееканифольные, смолосапониновые и др.

Песок - рыхлая смесь зерен крупностью 0,16-5 мм, o6разовавшаяся в результате естественного разрушения массивов горных пород (природные пески). Природные пески по минералогическому составу подразделяются на кварцевые, известняковые, доломитовые и др. Из природных песков наибольшее применение для тяжелого бетона получили кварцевые пески.

На качество бетона большое влияние оказывают зерновой состав песка и содержание в нем различных примесей: пылевидных, илистых, глинистых частиц, в том числе содержание вредных примесей, включая органические. Наиболее вредной в песке является примесь глины, которая обволакивает отдельные зерна песка и препятствует сцеплению их с цементным камнем, понижая прочность бетона. Глина и пылевидные примеси в песке повышают водопотребность бетонных смесей и приводят к понижению прочности и морозостойкости бетона. Очищать песок от глинистых и пылевидных частиц можно промывая его водой в пескомойках.

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяют гравий и щебень из горных пород или щебень гравия размером зерен 5-70 мм.

Гравий - зерна окатанной формы и гладкой поверхности размером 5-70 мм, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород. Часто гравий залегает вместе с песком. При содержании в гравии песка 25-40% материал называют песчано-гравийной смесью. Гравий, подобно песку, может содержать вредные примеси пыли, ила, глины, органических кислот. Количество в гравии глинистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмучиванием, не должно превышать 1% по массе.

Щебень получают путем дробления массивных горных пород, гравия, валунов или искусственных камней на куски размером 5-120 мм. Для приготовления бетона обычно используют щебень; полученный дроблением плотных горных пород, гравия, доменных и мартеновских шлаков. Дробление производят в камнедробилках. При этом получают не только зерна щебня, но и мелкие фракции, относящиеся по крупности к песку и пыли. 3epна щебня имеют неправильную форму. Лучшей считается форма приближающаяся к кубу и тетраэдру. Вследствие шероховатости поверхности зерна щебня лучше сцепляются с цементным камнем в бетоне, чем гравий, но бетонная смесь со щебнем менее подвижна.

Прочность щебня характеризуется маркой, соответствуют пределу прочности горной породы при сжатии в водонасыщенном состоянии и определяемой по дробимости щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре. Щебень имеет следующие Mарки: 200, 300, 400, 600, 1000, 1200, 1400.

Щебень, гравий и щебень из гравия должны применяться, как правило, в виде фракций, раздельно дозируемых при приготовлении бетонной смеси.

Применяемые фракции в зависимости от наибольшей крупности зерен заполнителя указаны ниже:

Наибольшая крупность зерен, мм	10	20	40	70	120
Фракция крупного заполнителя, мм	5-10 или 3-10	5(3)-10 10-20	5(3)-10 10-20 20-40	5(3)-10 10-20 20-40 40...70	5(3)-10 10-20 20-40 40-70 70-120

Содержание различных фракций в крупном заполнителе при подборе состава бетона должно соответствовать указанному в табл. 8.1 и обеспечивать получение плотной смеси.

В качестве крупного заполнителя для всех видов тяжелого бетона сборных и монолитных конструкций, изделий и деталей должны использоваться щебень и гравий с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в количестве не более 35% по массе.

Таблица 8.1. Зерновой состав, %, крупного заполнителя

Наибольшая крупность за-	Размер фракций, мм
полнителя, мм	5-10	10-20	20-40	40-70	70-120
20	25-40	60-75	-	-	-
40	15-25	20-35	40-65	-	-
70	10-20	15-25	20-35	35-55	-
120	5-10	10-20	15-25	20-30	30-40

Морозостойкость крупных заполнителей должна обеспечить получение бетона требуемой марки по морозостойкости. Для бетона гидротехнических сооружений морозостойкость щебня гравия должна быть более 100-300 в зависимости от среднемесячной температуры наиболее холодного месяца.

Щебень высшей категории качества для бетона должен иметь марку по морозостойкости не ниже F 25.

Шлаковый щебень получают дроблением шлака, который образуется в процессе доменной плавки металлов (доменный шлак) или при сжигании минерального топлива (топливный шлак).

По морозостойкости щебень подразделяется на шесть классов от F15 до F200. Щебень марки Др15 используют для бетонов высокой прочности (40 МПа и выше), а щебень марок Др25 и менее используется для бетона прочности 30 МПа и менее. Шлаковый щебень используют в бетонных и железобетонных сооружениях гражданских и промышленных зданий, не рекомендуется его применение в конструкциях, эксплуатирующихся в проточных водах.

3. Приготовление и транспортирование бетонной смеси

Приготовление бетонной смеси включает две основные технологические операции: дозировку исходных материалов и их перемешивание.

Важнейшим условием приготовления бетонной смеси с заданными показателями свойств, является точность дозировки составляющих материалов. Дозирование материалов производят дозаторами периодического или непрерывного действия. Наиболее совершенны автоматические дозаторы по массе (рис. 8.2), обладающие высокой точностью дозирования, малой продолжительностью цикла взвешивания и легкостью управления.

По существующим нормам, допускаемое отклонение в дозировании должно быть не более ±1% по массе для цемента и воды и не более ±2% для заполнителей. Такая точность может быть обеспечена только при дозировании по массе.

Рис. 8.2. Автоматический дозатор по массе для заполнителей:

1 - автоматические весы; 2 - бункер; 3 - приемная воронка; 4 - выпускной затвор днища.

Перемешивание бетонной смеси производят в бетоносмесителях периодического и непрерывного действия. В бетоносмесителях периодического действия рабочие циклы машины протекают с перерывами, т. е. в них периодически загружаются отвешенные порции материалов, которые перемешиваются, а далее бетонная смесь выгружается (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Бетоносмеситель С-773а:

а - общий вид; б - конструктивная схема; 1 - чаша; 2 - рама; 3 - смесительное устройство; 4 - мотор-редуктор; 5 - электрооборудование; 6 - затвор.

В бетоносмесителях непрерывного действия все три операции производят непрерывно (рис. 8.4).

По способу перемешивания материалов бетоносмесители бывают с принудительным и гравитационным перемешиванием (при свободном падении).

Для приготовления жестких и особо жестких бетонных смесей созданы так называемые вибросмесители, в которых перемешивание составляющих материалов осуществляется в сочетании с вибрацией, а в некоторых конструкциях - только вибрацией.

Рис. 8.4. Бетоносмеситель непрерывного действия СМ-314:

1 - смесительный барабан; 2 - лопасти; 3 - воронка для подачи воды; 4 - воронки для загрузки компонентов; 5 - электродвигатель с редуктором.

В настоящее время ведутся работы по струйному перемешиванию бетонной смеси, заключающемуся в интенсивном взаимодействии ее составляющих в турбулентных потоках псевдокипящего слоя, создаваемых энергосмесителями. К ним относятся сжатый воздух с давлением 0,3 МПа и перегретый пар с температурой 85-95°С, подаваемые в специальный струйный смеситель.

В технологию приготовления бетонной смеси начинает внедряться перемешивание с нагреванием смеси. Суть этого метода состоит в том, что разогрев бетонной смеси до 60-65°С производят паром, подаваемым в смеситель в процессе ее перемешивания. Такое нагревание происходит равномерно, проще и во много раз быстрее, чем при предварительном нагреве вод и заполнителей, а также электроразогреве смеси.

6. Укладка бетонной смеси. Уход за бетоном и контроль качества

Укладка бетонной смеси и ее уплотнение являются одними из наиболее трудоемких и энергоемких операций. Эти операция в настоящее время выполняются с помощью бетоноукладчиков или более простых машин - бетонораздатчиков.

Наиболее распространенным видом уплотнения бетонной смеси является вибрирование. Степень уплотнения бетонной смеси с помощью вибраторов зависит в основном от частоты и амплитуды колебаний, а также продолжительности вибрирования.

Эффективность уплотнения бетонной смеси значительно возрастает при резонансных режимах виброуплотнения, при которых частота вынужденных колебаний частиц смеси совпадает с частотой собственных колебаний вибратора, при этих условиях плотная укладка бетонной смеси достигается в короткое время.

Глубинные вибраторы применяют при уплотнении бетонной смеси в массивных конструкциях большой глубины (толщины).

Для формования сборных железобетонных изделий используют стационарные виброплощадки различной грузоподъемности, собираемые из однотипных унифицированных виброблоков. Виброплощадки изготовляют с различными режимами работы; одночастотным с гармоническими вертикальными колебаниями, двухчастотным, виброударным и др.

На практике часто используют комбинированные способы уплотнения бетонной смеси. Так, при формовании железобетонных изделий из жестких и малоподвижных смесей применяют вибрирование под нагрузкой.

При центробежном способе формования для уплотнения бетонной смеси используют центробежную силу, возникающую при вращении формы. Частота вращения 400-900 об/мин, при этом бетонная смесь равномерно распределяется по стенкам формы и хорошо уплотняется; часть воды затворения (20-30%) отжимается к внутренней поверхности изделия, это способствует повышению плотности и водонепроницаемости. Такой способ формования применяют при изготовлении труб, полых колонн, опор и т.п.

Повысить качество бетона можно вакуумированием смеси, при этом из бетонной смеси извлекается часть избыточной воды и воздуха, одновременно под действием атмосферного давления бетонная смесь уплотняется, ускоряется твердение и повышается прочность бетона. Еще лучшие результаты дает повторное вибрирование после вакуумирования, при котором закрываются мелкие поры, образовавшиеся при вакуумировании

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях. Бетон при нормальных условиях постепенно набирает свою прочность и к 28 сут приобретает марочную прочность, причем в первые 3-7сут прочность бетона растет более интенсивно и на 7-е сутки составляет 70% марочной (проектной) прочности. Для заводской технологии такие условия твердения бетона неприемлемы.

В заводской технологии применяют ускоренные методы твердения - тепловую обработку при обязательном сохранении влажности изделий. На заводах сборного железобетона чаще всего применяют прогрев изделий при атмосферном давлении в паровоздушной среде с температурой 80-85^оС или выдерживание в среде насыщенного пара при 100°С. Стремятся применять насыщенный пар, чтобы исключить высыхание бетона и создать хорошие условия для гидратации цемента.

На заводах сборного железобетона применяют также и другие способы тепловой обработки изделий: электропрогрев, контактный обогрев, обогрев в газовоздушной среде и др.

Прочность и качество бетона в конструкции можно ориентировочно определить и без разрушения - с помощью акустических приборов. Сущность их действия основана на скорость распространения ультразвукового импульса или волны удара в материале и зависит от его плотности и прочности. Прочность бетона в конструкции без разрушения можно также определить и механическим способом, например прибором, действие которой основано на характеристике прочности, определяющейся глуби ной лунки в бетоне, образованной шариком при его вдавливании или величины отскока маятника от бетона.

4. Свойства бетонной смеси и структурообразование бетона

Тяжелый бетон должен приобрести проектную прочность к определенному сроку и обладать другими качествами, соответствующими назначению изготовляемой конструкции (морозостойкостью, плотностью и т. д.). Кроме того, требуется определенная степень подвижности бетонной смеси, которая соответствовала бы принятым способам укладки ее.

Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из новообразований, образовавшихся при взаимодействии вяжущего с водой, не прореагировавших частиц клинкера, заполнителя, воды, вводимых специальных добавок и вовлеченного воздуха. Ввиду наличия сил взаимодействия между дисперсными частицами твердой фазы и воды эта система приобретает связанность и может рассматриваться как единое физическое тело с определенными реологическими, физическими и механическими свойствами.

Определяющее влияние на эти свойства будут оказывать количество и качество цементного теста, которое, являясь дисперсной системой, имеет высокоразвитую поверхность раздела твердой и жидкой фаз, что способствует развитию сил молекулярного сцепления и повышению связности системы.

Подвижность бетонной смеси - способность ее растекаться под собственной силой тяжести. Классификация бетонных смесей по степени их жесткости (удобоукладываемости) приведена в табл. 6. 2.

На подвижность бетонной смеси влияет ряд факторов: вид цемента, содержание воды и цементного теста, крупность заполнителей, форма зерен, содержание песка. Бетонные смеси одного и того же состава, но на разных цементах обладают разной водопотребностью. Чем она выше, тем меньше подвижность или больше жесткость смеси. Бетонные смеси на портландцементах с гидравлическими добавками имеют подвижность меньшую, чем смеси на портландцементе при одном и том же количестве воды, взятой для приготовления смеси.

Таблица 6.2. Классификация бетонных смесей

Смесь	Подвижность, см	Жесткость, с
Особожесткая	0	Более 30
Жесткая	0	5-30
Малоподвижная	1-4	-
Подвижная	4-15	-
Литая	Более 15	-

С увеличением содержания воды при неизменном расходе цемента подвижность бетонной смеси возрастает, но прочность бетона уменьшается. С увеличением содержания цементного теста подвижность бетонной смеси также повышается при сохранении практически той же прочности после затвердевания. Это объясняется тем, что при более высоком содержании цементного теста оно не только заполняет пустоты и обволакивает зерна заполнителей, но и раздвигает их, создавая между ними обильные прослойки, уменьшающие трение между зернами, а это повышает подвижность смеси.

Уплотненная бетонная смесь в начальный период гидратации цемента сохраняет способность к пластическим деформациям. Со временем количество новообразований цементного камня увеличивается, система уплотняется и твердеет, образуется прочный камень определенной структуры. Время формирования структуры и свойств бетона зависит от состава и применяемых материалов. На формирование структуры оказывают влияние вид цемента, химические добавки, В/Ц, температура бетонной смеси, влажность среды и др.

Введение в бетон пластифицирующих добавок, например СДБ, замедляет схватывание цемента в начальный период; повышение температуры ускоряет процесс схватывания и твердения.

Структура затвердевшего тяжелого бетона представляет собой цементный камень с размещенными в нем зернами заполнителя, с множеством пор и пустот разных размеров и происхождения.

Макроструктура бетона может быть представлена системой щебень - цементно-песчаный раствор.

Макроструктура представляет строение системы песок - цементный камень, микроструктура - тонкое строение цементного камня. Микроструктура цементного камня в бетоне состоит из новообразований, не прореагировавших зерен цемента и микропор.

Прочность бетона растет неравномерно, в первые 7 сут после затворения она нарастает быстро, а в дальнейшем замедляется. Скорость нарастания прочности бетона зависит от вида цемента.

В первые дни твердения прочность бетона на быстротвердеющих цементах выше, чем, например, на белитовых цементах.

Для твердения бетона необходима теплая и влажная среда. При повышенной температуре и влажной среде (в горячей воде с температурой 80°С, во влажном паре с температурой до 100°С или в автоклаве при температуре 175°С и среде насыщенного водяного пара высокого давления) твердение протекает значительно быстрее, чем в нормальных условиях.

Твердение бетона при температуре ниже 15°С замедляется, а при температуре ниже 0°С практически прекращается. Изложенное выше имеет важное значение при изготовлении сборных железобетонных изделий на заводах, а также при бетонировании в зимнее время.

Кроме прогрева бетона паром или электрическим током для ускорения применяют химические добавки, например хлористый кальций и др.

Прочность бетона. В конструкциях зданий и сооружений бетон может находиться в различных условиях работы, испытывая сжатие, растяжение, изгиб, скалывание. Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения.

Основными факторами при этом оказываются активность цемента и водоцементное отношение. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности в зависимости от Ц/В. Эта зависимость была установлена в 1895 проф. И.Г.Малюгой.

0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Ц/В

Рис. 8.1. График зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения (Ц/В)

Наряду с активностью и качеством цемента, водоцементным отношением и качеством заполнителей на прочность бетона в значительной степени влияют степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона.

Прочность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона до тех пор, пока она больше проектируемой марки бетона. Применение низкопрочных заполнителей с прочностью ниже требуемой марки бетона может существенно снизить прочность последнего или потребует высокого расхода цемента.

На скорость твердения бетона влияют минералогический состав цемента (см. гл. 6) и начальное количество воды в бетонной смеси. .Последнее определяет подвижность (или жесткость) ее. Жесткие бетонные смеси (с низким содержанием воды) обеспечивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные.

Прочность тяжелого бетона в благоприятных условиях температуры и влажности непрерывно повышается. В первые 7-14сут прочность бетона растет быстро, затем к 28сут рост прочности замедляется и постепенно затухает; во влажной теплой среде прочность бетона может нарастать несколько лет. При нормальных условиях хранения средняя прочность бетонных образцов в 7-суточном возрасте составляет 60-70% прочности 28-суточных образцов, в 3-месячном возрасте - на 25%, а в 12-месячном - на 75% выше, чем у образцов в 28-суточном возрасте.

Прочность бетона со временем изменяется примерно по логарифмическому закону; исходя из этого при расчетах прочности бетона Для разных сроков пользуются формулой:

R_n=R₂₈lgn/lg28

где R_n - прочность бетона в возрасте суток, Па; R₂₈ - прочность бетона в возрасте 28 сут. Па.

Эта формула применима для ориентировочных расчетов прочности бетона на портландцементах средних марок в возрасте более 3 сут. Действительную прочность бетона в конструкциях устанавливают только испытанием контрольных образцов, приготовленных из рабочей бетонной смеси.

Качество бетона по прочности характеризуется его классом (маркой), который определяется величиной предела прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 150 мм, изготовленных из рабочей бетонной смеси после твердения их в течение 28 сут в нормальных условиях (МПа). Тяжелые бетоны подразделяв на классы (марки) В7,5(100); В12,5(150); В15(200); В25(300); В30(400); В40(500); В45(600). Превышение класса (марки бетона от заданной проектной прочности свыше 15% не допускается, так как это влечет перерасход цемента.

Качество бетона нельзя достаточно полно оценить по средней прочности или марке. На практике имеет место отклонение от этой величины. Колебания в активности цементу свойства заполнителей, дозировка материалов и другие фактор приводят к неоднородности структуры и к колебанию свойств бетона.

5. Физические, прочностные и деформативные свойства бетона

Высокая плотность бетона достигается рациональным подбором зернового состава заполнителей (с минимальной пустотностыо), применением бетонных смесей с низким водоцементным отношением, интенсивным уплотнением, введением в бетонную смесь добавок. Даже выполнение указанных мероприятий не дает возможности получить абсолютно плотный бетон. Поры в бетоне образуются в результате испарения воды не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, а также вследствие неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Поэтому бетон является материалом газопроницаемым.

Водопроницаемость бетона характеризуется небольшим давлением воды, при котором она еще не просачивается через образец. Плотный бетон при мелкопористой структуре и достаточной толщине конструкции оказывается практически водонепроницаемым. По водонепроницаемости бетон делят на шесть марок: В2, В4, В6, В8, В10 и В12, выдерживающих соответственно давление 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 МПа. В более тонких конструкциях добиваются высокой водонепроницаемости бетона использованием гидрофобного цемента, а также применением водоизоляционных покрытий, наносимых на поверхность пневматическим способом (торкретированием).

Плотный бетон может быть непроницаем не только для воды, но и для жидких нефтяных продуктов вязкой консистенции - мазута и тяжелой нефти. Легкие средние нефтяные фракции, например бензин и керосин, проникают через бетон легче, чем вода. С целью защиты бетонных и железобетонных сооружений, предназначенных для хранения тяжелых нефтепродуктов, поверхности сооружений покрывают жидким стеклом, а от проникания легких и жидких нефтяных продуктов (бензина, керосина и др.) применяют специальные бензинонепроницаемые мембраны, поверхностные покрытия - пленки из пластмасс - или изготовляют бетон на непроницаемом для указанных жидкостей расширяющемся цементе.

Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдерживать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25% и без потери в массе более 5%. Морозостойкость является одним из главных требований, предъявляемых к бетону гидротехнических сооружений, дорожных покрытий, опор мостов и других подобных конструкций. Морозостойкость бетона зависит от его структуры. Для конструкций, подверженных в увлажненном состоянии попеременному замораживанию и оттаиванию, установлены следующие марки по морозостойкости: F50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600. Марку бетона по морозостойкости выбирают в зависимости от климатических условий (числа перемен уровня воды на омываемой поверхности бетона или числа смен замораживания и оттаивания за зимний период). Морозостойкими оказываются, как правило, бетоны высокой плотности. Способы получения таких бетонов рассмотрены ранее. Не менее важную роль в морозостойкости бетона играет морозостойкость заполнителей. Марка заполнителей по морозостойкости должна быть не ниже этого показателя для бетона.

Бетон под нагрузкой ведет себя иначе, чем сталь и другие упругие материалы. Область упругой работы бетона идет от начала нагружения до напряжения сжатия при котором по границе сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины, при дальнейшем нагружении микротрещины образуются уже в цементном камне и возникают пластические неупругие деформации бетона. Развитию пластических деформаций способствует также reлевая составляющая цементного камня. Бетон ведет себя как упруговязкопластическое тело.

Опытами установлено, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружении для бетона характерна упругая деформация. Если напряжение превосходит 0,2 от предела прочности, то наблюдается заметная остаточная деформация.

Рис. 8.13. Кривая “напряжение-деформация” бетона

Начальный модуль упругости растет при увеличении прочности бетона и уменьшается с увеличением пористости бетона. При одинаковом классе бетона модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе в 1,7-2,5 раза меньше тяжелого бетона. Модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равные между собой.

Коэффициент Пуассона цементного бетона изменяется в довольно узких пределах 0,13-0,22 и в среднем равен 0,167. Модуль деформации легких бетонов на пористых заполнителях примерно в два раза меньше, чем у равнопрочных тяжелых бетонов.

Ползучесть - явление увеличения деформаций бетона времени при действии постоянной нагрузки. Полная относительная деформация бетона при длительном действии нагрузки слагается из его начальной упругой и пластической деформации ползучести. При растяжении бетона она в 1,5 раза выше, чем при сжатии.

В процессе твердения происходят объемные изменения бетона. Твердение бетона на воздухе, за исключением бетонов на безусадочном и расширяющемся цементах, сопровождается уменьшением объема, т. е. усадкой. При твердении бетона в воде вначале объем его несколько увеличивается и в воздушно-сухих условиях бетон дает усадку. Значительную усадку имеют бетоны из жидких смесей (с большим расходом цемента, а также водоцементным отношением). Наибольшая усадка в бетоне происходит в начальный период твердения - за первые сутки она составляет до 60-70% от месячной усадки. Объясняется это тем, что в результате обезвоживания частицы сближаются между собой и цементный камень дает усадку.

6. Коррозия бетона и способы защиты его от действия агрессивных сред

Агрессивная среда и меры защиты от нее. Практика эксплуатации водопроводно-канализационных бетонных сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушаться. Коррозия бетона вызывается главным образом разрушением цементного камня. Физико-химические процессы, происходящие при коррозии цемента, изложены в гл. 6. Коррозия бетона возникает в результате проникания агрессивного вещества в толщу бетона, и она особенно интенсивна при постоянной фильтрации такого вещества. Поэтому основной мерой предохранения бетона от коррозии является придание ему возможно большей плотности и правильное конструирование элементов сооружений, обеспечивающее равномерную (без образования трещин) деформацию бетона в процессе твердения.

Для предохранения бетона от коррозии следует применять цементы с минимальным выделением гидроксида кальция и малым содержанием трехкальциевого алюмината. К таким цементам относятся высокопрочный портландцемент, портландцементы с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент глиноземистый и расширяющийся цементы. С целью устранения пор в поверхностных слоях бетона применяют импрегнирование в бетон цементного раствора, силикатирование, флюатирование. Защитить бетон от проникания агрессивных веществ можно с помощью поверхностных покрытий, облицовки их плотными керамическими плитками или камнями, выложенными на кислотоупорном цементе, созданием водонепроницаемой оболочки вокруг бетона из слоя жирной утрамбованной глины, покрытия гидроизоляционными битуминозными материалами и др.

Отношение к действию высоких температур. Бетон - огнестойкий материал, выдерживающий высокие температуры время пожара. Огнестойкость бетона позволяет применять для устройства дымовых труб промышленных печей, их фундаментов.

Огнестойкость бетона зависит не только от вида цемента, но и природы заполнителей. Если в качестве заполните применяют горную породу, в состав которой входит кристаллический кварц, то при температуре около 600°С в бетоне мог появиться трещины вследствие значительного увеличения объема кварца.

При проектировании бетонных конструкций, подвергающимся длительному воздействию температур, необходимо учитывать, что при температуре 150-250°С прочность бетона на портландцементе снижается на 25%. При нагревании бетона выше 500°С и последующем увлажнении он разрушается. Вначале происходит дегидратация гидроксида кальция CA(OH)₂-CaO +Н₂0, а затем при последующем увлажнении образовавшая СаО гасится с увеличением в объеме, что приводит к разрушению цементного камня и бетона.

Для строительных конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких температур (свыше 200°С), применю специальный жаростойкий бетон.

Особенности бетонирования в зимнее время. Бетон, укладываемый зимой, необходимо предохранять от замерзания в течение срока твердения, необходимого для приобретения им 50%-ной проектной прочности. Обеспечения минимальных условий твердения бетона зимой достигают двумя способами: использованием внутреннего тепла бетона и дополнительной подачей тепла бетона извне.

Для сокращения сроков твердения до 3-5сут применяют высокопрочные и быстротвердеющие цементы (портландцементы М400, 500 и глиноземистый цемент), пониженное водоцементное отношение и интенсивное уплотнение бетонной смеси, а также вводят в бетонную смесь ускорители твердения (хлористый кальций и др.).

Внутренний запас тепла создают путем подогрева составляющих бетонной смеси (воды, песка и щебня или гравия) в такой мере, чтобы температура бетонной смеси по выходе из бетоносмесителя не превышала 30°С, так как при более высокой температуре она быстро густеет и теряет удобоукладываемость. Воду для затворения можно подогревать до 80°С, заполнители до 40°С. Кроме того, тепло, выделяющееся при химической реакции цемента с водой (экзотермия цемента), препятствует охлаждению конструкции.

Чтобы сохранить запас тепла в течение определенного срока, конструкции со свежеуложенной бетонной смесью покрывают теплоизоляционными материалами (опилками, шлаком, камышитом, шевелином); толщина покрытия определяется теплотехническим расчетом. Указанный способ носит название “термос”. Применяется он для бетонирования массивных конструкций, имеющих модуль поверхности (отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему) не более 6.

В тонких конструкциях, а иногда и в массивных свежеуложенную бетонную смесь подогревают снаружи паром или электрическим током (электропрогрев). Такой способ дает возможность получить через 1-2 сут прочность, равную 60-70% от 28-суточной.

Электропрогрев бетона производят переменным током. Ток передается электродами двух типов: поверхностными (в виде стальных пластинок, укладываемых на поверхность) и внутренними (в виде стальных стержней, уложенных в горизонтальном или вертикальном направлении). При изготовлении железобетонной конструкции в качестве одного из электродов используют арматуру. При прохождении через бетон электрического тока выделяется тепло, в результате чего бетон разогревается и быстро твердеет. Однако подогреваемый бетон должен иметь температуру не выше 60°С. Иначе возможна местная пересушка бетона.

7. Проектирование состава бетона

Проектирование состава имеет цель установить такой расход материалов на 1 м³ бетонной смеси, при котором наиболее экономично обеспечивается получение удобоукладываемой бетонной смеси и заданной прочности бетона, а в ряде случаев необходимой морозостойкости, водонепроницаемости и специальных свойств бетона.

Состав бетонной смеси выражают в виде соотношения по массе (реже по объему) между количествами цемента, песка и щебня (или гравия) с указанием водоцементного отношения. Количество цемента принимают за единицу. Поэтому в общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением цемент:песок:щебень==1:х:у при В/Ц=2 (например, 1:2,4:4,5 при В/Ц = 0,45).

К моменту расчета состава бетонной смеси нужно определить качество исходных материалов: цемента, воды, песка и щебня (гравия) - согласно требованиям ГОСТов.

Состав тяжелого бетона рассчитывают по методу “абсолютных объемов”, разработанному проф. Б.Г.Скрамтаевым и его школой. В основу этого метода положено условие, что тяжелый бетон, уплотненный в свежем состоянии, приближается к абсолютной плотности, т. е. сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м³ равна объему уплотненной бетонной смеси.

Исходными .данными для расчета состава бетона являются заданная прочность бетона R_б, характеристика бетонной смеси по степени подвижности или жесткости, а также характеристика исходных материалов - активность цемента Ra, плотности песка, щебня или гравия и пустотность щебня или гравия.

Состав бетонной смеси, т. е. количество цемента, воды, песка и щебня (гравия), вначале устанавливают ориентировочно методом расчета, а затем уточняют испытанием пробных замесов бетонной смеси.

Расчет состава бетона производят в следующем порядке определяют цементно-водное отношение, обеспечивающее получение бетона заданной прочности и расход воды; рассчитываю потребный расход цемента, а затем щебня (или гравия) и песка проверяют подвижность (жесткость) бетонной смеси при отклонениях этих показателей от проекта; производят корректирование состава бетонной смеси; приготовляют образцы для определения прочности и испытывают в заданные сроки; пересчитывают номинальный состав бетонной смеси на производственный.

Определение цементно-водного отношения производят по следующим формулам: для бетонов с Ц/В2,5;

R_б=AR_ц(Ц/B-0,5),

и для бетонов Ц/В2,5

R_б=A₁R_ц(Ц/B+0,5),

Определение расхода воды. Оптимальное количество воды бетонной смеси (водосодержание, л/м³) должно обеспечивать необходимую подвижность (или жесткость) бетонной смеси. Kоличество воды выбирают по таблице 1 в зависимости от максимальной крупности щебня и удобоукладываемости бетонной смеси.

Определение расхода цемента. При определенном из формул значении Ц/В и принятой водопотребности бетонной смеси В рассчитывают ориентировочный расход цемента, кг/м³ бетона:

Ц=(Ц/В)*В.

Расход цемента на 1 м³ бетона должен быть не менее минимального. Если расход цемента на 1 м³ бетона окажется ниже допустимого, то необходимо довести его до нормы или ввести тонкомолотую добавку.

Определение расхода заполнителей (песка и щебня или гравия) на 1 м³ бетона. Для определения расхода песка и щебня (гравия) задаются двумя условиями:

1) сумма абсолютных объемов всех составных частей бетона (л) равна 1м³ (1000 л) уплотненной бетонной смеси:

Ц/_ц+В/в+П/_п+Щ/_щ

где Ц, В, П, Щ - содержание цемента, воды, песка и щебня (гравия), кг/м³, _ц, _в, _п, _щ- плотности этих материале кг/м³;

2. цементно-песчаный раствор заполнит пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен:

Щ=1000/(V*/_онщ+1/_щ)

где V - пустотность щебня или гравия в стандартном рыхлом состоянии (в формулу подставляется в виде относительной величины);  - коэффициент раздвижки зерен щебня (или избытка раствора); для жестких смесей ==1,05-1,20, для подвижных смесей ==1,2-1,4 и более; _онщ - насыпная плотность щебня, кг/л; _щ - плотность щебня (гравия), кг/л.

После определения расхода щебня или гравия рассчитывают расход песка (кг/м³) как разность между проектным объемом бетонной смеси и суммой абсолютных объемов крупного заполнителя, цемента и воды:

П=[1000-(Ц/_ц+В/в+Щ/_щ)]* _п

Если гравий или щебень составляют из нескольких фракций, то необходимо заранее установить оптимальное -соотношение между ними, пользуясь графиком наилучшего зернового состава или подбирая смесь с минимальным количеством пустот.

Проверка подвижности бетонной смеси. После произведенного предварительного расчета состава бетона делают пробный замес и определяют осадку конуса или жесткость. Если бетонная смесь получилась менее подвижной, чем требуется, то увеличивают количество цемента и воды без изменения цементно-водного отношения. Если подвижность будет больше требуемой, то добавляют небольшими порциями песок и крупный заполнитель, сохраняя соотношения их постоянными. Таким путем добиваются заданной подвижности бетонной смеси.

8. Специальные виды тяжелых бетонов

Высокопрочный бетон прочностью 60-100 МПа получают на основе цемента высоких марок, промытого песка и щебня прочностью не ниже 100 МПа. Высокопрочный бетон приготовляют с низким В/Ц==0,3-0,35 (смеси жесткие или малоподвижные) в бетоносмесителях принудительного действия. Для укладке смесей и формования изделий используют интенсивное уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование и другие. Значительный эффект в производстве высокопрочных бетонов дают суперпластификаторы.

Высокопрочные бетоны бывают, как правило, и быстротвердеющими, однако для достижения отпускной прочности изделий в короткие сроки применяют тепловую обработку по сокращенному режиму. Новые особо быстротвердеющие цементы позволяют получать изделия из бетона без тепловой обработке Тяжелый бетон имеет высокую прочность на растяжение, изгиб и морозостойкость.

Для приготовления высокопрочного бетона используют средства, как-то: принимают предельно низкое водоцементное отношение, суперпластификаторы, высокопрочный цемент, тщательное перемешивание и уплотнение бетонной смеси и строги уход за бетоном.

Мелкозернистый бетон отличается большим содержанием цементного камня, поэтому его усадка и ползучесть несколько выше. Применяют его при изготовлении тонкостенных, в том числе армоцементных конструкций; а также в тех случаях, когда отсутствует крупный заполнитель. Свойства мелкозернистого бетона характеризуются такими же факторами, как и обычного бетона. Однако отсутствие крупного заполнителя влечет за собой увеличение водопотребности бетонной смеси, а для получения равнопрочного бетона и равноподвижной смеси возрастает расход цемента на 20-40% Для сокращения расхода цемента необходимо применять высококачественные пески, пластифицирующие добавки, суперпластификаторы, производить хорошее уплотнение смеси. Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью на изгиб, хорошей водонепроницаемостью и морозостойкостью.

Кислотоупорный бетон получают на кислотоупорном цементе и кислотоупорных заполнителях. Затворяют бетонную см растворимым стеклом в количестве, обеспечивающем необходимую подвижность бетонной смеси. Для изготовления кислотоупорного бетона, обладающего стойкостью при действии неорганических кислот (кроме плавиковой), применяют смесь растворимого стекла (силиката натрия) с 15% кремнефтористого натрия Na2SiFe, а также песок кварцевый, щебень из андезита или кварцита и пылевидную фракцию (мельче 0,15 мм) приготовляемую из кислотостойких материалов.

Кислотоупорный бетон характеризуется прочным сцеплением со стальной арматурой, стойкостью по отношению к действию серной, соляной, азотной кислот и др. (за исключением плавиковой).

Кислотоупорный бетон используют для различных конструкций и облицовки аппаратуры в химической промышленности, заменяя им дорогие материалы: листовой свинец, кислотоупорную , керамику, тесаный камень.

Жаростойкий бетон способен сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от применяемого вяжущего жаростойкие бетоны бывают следующих видов: бетоны на портландцементе, шлакопортландцемент, на глиноземистом цементе и жидком стекле. Для повышения стойкости бетона при нагревании в его состав вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, шамотного боя, магнезитового кирпича, андезита, гранулированного доменного шлака и др.

При правильно выбранных вяжущих и заполнителях бетон может длительное время выдерживать, не разрушаясь, действие температуры до 1200°С.

Выбор материалов производят в зависимости от условий и температуры его эксплуатации.

Жаростойкие бетоны на портландцементе и глиноземистом цементе производят класса (марки) не менее В20 (250), а на жидком стекле- В 12,5 (150). Бетоны на жидком стекле не применяют в условиях частого воздействия воды, а на портландцементе - в условиях кислой агрессивной среды.

Декоративные бетоны получают при введении в бетонную смесь щелоче- и светостойких пигментов в количестве 8-10% от массы цемента (охра, мумия, сурик и др.) или применении цветных цементов. В отдельных случаях используют заполнители обладающие необходимым цветом, например туфы, краев кварциты, мрамор и другие окрашенные горные породы. Цветные бетоны используют для декоративных целей в строительстве зданий и сооружений, при устройстве пешеходных переход разделительных полос на дорожных покрытиях, парковых дорожек, а также изготовлении элементов городского благоустройства. -

Бетон для дорожных и аэродромных покрытий. Условия работы дорожного бетона неблагоприятны. Он многократно подвергается увлажнению и высыханию, замораживанию и оттаиванию, а также воздействию транспортных средств. Основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба. В связи с этим к дорожному бетону предъявляют повышенные требования к прочности на растяжение при изгибе, морозостойкости, износостойкости и воздухостойкости. Долговечность дорожного бетона достигается не только выбором качественных материалов, но и правильной технологией производства. Для дорожного бетона применяют портландцемент высоких марок с ограниченным содержанием С₃А, высокопрочные качественные заполнители - щебень из гранита, известняка, кварцевый песок и др. Для увеличения подвижности бетонной смеси меняют пластифицирующие и воздухововлекающие доб1 иногда и ускорители твердения.

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия. В качестве заполнителей для такого бетона применяют материалы с высокой плотностью - барит, магнетит, лимонит, а также металлический скрап в виде чугунной дроби, обрезков арматурного полосового и профильного металла, металлической стружки и др. Плотность защитных особо тяжелых бетонов зависит от вида заполнителя и его плотности. Для использования атомной энергии требуется надежная защита обслуживающего персонала от радиоактивных воздействий ядерных реакторов, атомных электростанций, предприятий по выработке и переработке изотопов и др. Среди лучей ядерного распада наибольшую опасность для живых организмов представляют  и нейтронное излучение. Степень защиты от последних определяется толщиной ограждения и его плотности.

В качестве вяжущих для особо тяжелых защитных бетонов применяют портландцементы, шлакопортландцементы и глиноземистые цементы. В специальных бетонах наиболее эффективным вяжущим может быть такое вещество, которое в результате твердения присоединяет большое количество воды (с целью увеличения в бетоне водорода). Таким веществом является гидросульфоалюминат кальция, который образуется при взаимодействии трехкальциевого алюмината, содержащегося в портландцементе, с гипсом. Поэтому один из видов цемента специального назначения содержит повышенное количество трехкальциевого алюмината и гипса. Для предупреждения самопроизвольного разрушения к нему добавляют гидравлические добавки (трепел, диатомит и др.). Кроме портландцемента применяют также глиноземистые, расширяющиеся и безусадочные цементы.

Для улучшения защитных свойств гидратных бетонов (такое название эти бетоны получили за большое содержание в них воды) вводят добавки, повышающие содержание в бетоне водорода, карбида, бора, хлористого лития, сернокислого кадмия, и другие добавки, содержащие легкие элементы - водород, литий, кадмий и борсодержащие вещества.

9. Легкие бетоны

Легкими бетонами называют все виды бетонов, имеющие среднюю плотность в воздушно-сухом состоянии от 200 до 2000 кг/м³. Главные требования, предъявляемые к легкому бетону, - заданная средняя плотность, необходимая прочность к определенному сроку твердения и долговечность (стойкость). Характерными особенностями легкого бетона являются его пониженные средняя плотность и теплопроводность.

Легкие бетоны классифицируют по различным признакам: основному назначению, виду вяжущего, заполнителя, структуре.

По назначению легкие бетоны подразделяют на два вида: конструкционные, включая конструкционно-теплоизоляционные, и теплоизоляционные и др.

По виду вяжущего легкие бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых, полимерных и других вяжущих, обладающих специальными свойствами.

По виду крупного пористого заполнителя установлены следующие виды легких бетонов: керамзитобетон, шунгизитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлитобетон, бетон на щебне из пористых горных пород, вермикулитобетон, шлакобетон (бетон на топливном или пористом отвальном металлургическом шлаке), бетоны на аглопоритовом или зольном гравии.

По структуре легкие бетоны подразделяют на плотные, поризованные и крупнопористые.

Далее рассматриваются легкие бетоны на пористом заполнителе.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют принципиальные отличия от обычных тяжелых бетонов, обусловленных особенностями пористых заполнителей. Последние имеют меньшую плотность, чем плотные, небольшую прочность, обладают сильно развитой шероховатой поверхностью. Эти качества легкого заполнителя влияют как на свойства легкобетонных смесей, так и на свойства бетона.

В зависимости от заполнителя, плотного или пористого резко меняются водопотребность и водосодержание бетонной смеси, меняются и основные свойства легкого бетона. Одним решающих факторов, от которых зависит прочность бетона, является расход воды. При увеличении количества w до оптимального прочность бетона растет. Оптимальный расход воды в легких бетонах соответствует наибольшей плотности смеси, уложенной в заданных условиях, при наибольшей прочности бетона или же по наибольшей плотности уплотненной смеси.

Оптимальное количество воды для приготовления легких бетонов зависит главным образом от водопотребности заполнителя и вяжущего, интенсивности уплотнения смеси и др. Водопотребность заполнителя определяется зерновым составом, пористостью, и обычно чем она больше, тем больше суммарная поверхность и открытая пористость его зерен.

Плотность и прочность легкого бетона зависят главным образом: от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды, а также от метода уплотнения легкобетонной смеси. По качеству пористого заполнителя можно ориентировочно судить, какая прочность легкого бетона может быть получена.

В строительной практике ограждающие и несущие конструкции получают из относительно плотных легких .бетонов значительной прочности (2,5-10 МПа). Снижение плотности достигается тщательным подбором зернового состава пористого заполнителя, а также наименьшим расходом вяжущего для бетона заданной прочности, т. е. максимальным заполнением объема бетона пористым заполнителем, так как заполнитель легче цементного камня. Оптимальный зерновой состав заполнителя подбирают опытным путем.

Для снижения плотности бетона без уменьшения его прочности целесообразно применять высокоактивные вяжущие вещества.

Особенностью легких бетонов является то, что их прочность зависит не только от качества цемента, но и его количества. С увеличением расхода цемента растут прочность и плотность бетона. Это связано с тем, что с увеличением количества цементного теста легкобетонные смеси лучше уплотняются, а также возрастает содержание в бетоне наиболее прочного и тяжелого компонента - цементного камня.

Теплоизоляционные свойства легких бетонов зависят от степени их пористости и характера пор. В легком бетоне тепло передается через твердый остов и через воздушные поры.

Легкие бетоны в силу своей высокой пористости менее морозостойки, чем тяжелые, но достаточно морозостойки для применения в стеновых и других конструкциях зданий и сооружений. Хорошую морозостойкость легких бетонов можно получить, применяя искусственные пористые заполнители, обладающие низким водопоглощением, например, керамзит, а также путем поризации цементного камня. Повышают морозостойкость легких бетонов также введением гидрофобизующих добавок.

Легкие бетоны ввиду универсальности свойств применимы в различных строительных элементах зданий и сооружений. Так, из легких бетонов на пористых заполнителях, обладающих низкой теплопроводностью, изготовляют панели для стен и перекрытий отапливаемых зданий; из напряженного армированного бетона выполняют пролетные строения мостов, фермы, плиты для проезжей части мостов, из легкого бетона строят плавучие средства.

Для приготовления легких бетонов применяют портландцемент, быстротвердеющий портландцемент и шлакопортландцемент.

В качестве заполнителей для легких бетонов используют природные и искусственные сыпучие пористые материалы насыпной плотностью не более 1200 кг/м³ при крупности зерен до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/м³ при крупности зерен 5-40 мм (щебень, гравий).

По происхождению пористые неорганические заполнители делят на три группы: природные, искусственные (специально изготовляемые) и заполнители из отходов промышленности.

Природные пористые заполнители изготовляют дроблением) рассевом легких горных пород (пемзы, вулканических шлаке и туфов, пористых известняков, известняков-ракушечников известняковых туфов и др).

Искусственные пористые заполнители получают из отходе промышленности или путем термической обработки силикатного сырья, подвергнутых рассеву или дроблению и рассеву. К ним относятся: а) керамзит и его разновидности, шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит, вспученные азерит, получаемые обжигом со вспучиванием подготовленных гранул (зерен) из глинистых и песчано-глинистых пород (глин, суглинков, аргиллита, алевролита), шунгизитосодержащих сланцев, трепелов, золошлаковой смеси или золы-уноса ТЭЦ, б) термолит, получаемый при обжиге без вспучивания щебня или подготовленных гранул кремнистых опаловых пор (диатомита, трепела, опоки и др.); в) перлит вспученный, получаемый при обжиге гранул из вулканических водосодержащих пород (перлита, обсидиана и других водосодержащих вулканических стекол); г) вермикулит вспученный, получаемый в обжиге подготовленных зерен из природных гидратированных слюд. Из отходов промышленности применяют песок и щебень преимущественно из гранулированного или вспученного металлургического шлака, а также грубодисперсные золы-уносы; золошлаковые смеси ТЭЦ. Гранулированный шлак - мелкозернистый пористый материал, получаемый при быстром охлаждении расплавов металлургических шлаков.

Шлаковую пемзу (термозит) получают в виде глыб ячеистой структуры путем вспучивания шлакового расплава с помощью воды, воздуха или их смеси.

Существующие способы поризации делят на две основные группы. К первой относятся методы поризации расплава, осуществляющиеся в периодически действующих агрегатах, например в бассейнах; ко второй- методы поризации расплава непрерывно действующих агрегатах (например, гидроэкраная установка). Фиксацию пористой структуры осуществляют быстрым охлаждением расплава. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают на щебень и песок. В зависимости от насыпной плотности щебня (400-800 кг/м³) прочность заполнителя составляет 0,4-2,0 МПа.

Аглопорит представляет собой искусственный пористый заполнитель с размером гранул 5-20 мм, насыпной плотностью 400-700 кг/м³ и пределом прочности 0,4-1,5 МПа. Сырьем для производства аглопорита служат глинистые породы (суглинок, супесь, аргиллит, глинистый сланец), а также отходы промышленности - глинистые отходы от добычи и обогащения углей, горелая порода, топливные шлаки, зола ТЭЦ и другие камневидные силикатные породы. Технология производства аглопоритового гравия из зол ТЭЦ методом спекания сырцовых гранул на решетках агломерационных машин позволяет получать искусственный пористый заполнитель в виде гранул округлой формы определенного зернового состава со спекшейся поверхностной оболочкой повышенной прочности.

Гравий и песок керамзитовый относятся к специально изготовленным заполнителям - это материал округлой формы, который получают при обжиге глин. Создание пористой структуры достигается вспучиванием глинистого вещества, нагретого до пиропластического состояния газами, выделяющимися из него в процессе нагревания. Керамзитовый гравий выпускают прочностью 0,6-6 МПа, насыпной плотностью 150-800 кг/м³, средней прочностью 2,6 МПа. Керамзитовый песок получают дроблением и рассевом керамзитового гравия или щебня или как самостоятельную фракцию при обжиге.

Гравий керамический полый - материал округлой формы - получают обжигом специально изготовленных пустотелых глиняных гранул.

Вспученный перлит изготовляют в виде щебня и песка путем кратковременного обжига вулканических водосодержащих стекловидных пород. Процесс теплообработки перлитов в зависимости от свойств сырья и вида готового продукта (щебня и песка) осуществляют путем одно- и двухстадийного обжига в коротких вращающихся печах и во взвешенном состоянии в вертикальных печах. Для приготовления и увлажнения легкого бетона используют питьевую воду, отвечающую тем же требованиям, что и для тяжелых бетонов.

Защита стальной арматуры в легких бетонах. Повышенная пористость легких бетонов способствует возникновению и развитию коррозии арматуры в железобетонных изделиях. Поэтому в агрессивной среде легкий бетон армированной конструкции должен быть плотным. Как показывает практика, в таком бетоне содержание цемента должно быть не менее 250 кг/м'. Иногда арматуру покрывают различными составами: цементно-казеиновой суспензией с нитритом натрия; битумной мастикой с молотым песком, золой и растворителем - толуолом, битумоцементной мастикой.

Рис. 8.14. Принципиальная технологическая схема производства аглопоритового гравия из золы ТЭЦ: 1 - пневмотранспорт золы; 2 - пневмотранспорт возврата; 3 - расходный бункер : 4 - автоматический весовой дозатор; 5 - двухвальный шнековый смеситель; 6 - тарельчатый гранулятор; 7 - ленточный конвейер; 8 - лоток; 9 - роликовый укладчик; 10 горизонтальная ленточная обжиговая агломерационная машина; 12 - роторная дробилка; 13 - пластинчатый конвейер; 14, 18 - инерционные грохоты; 15 - двухвалковая дробилка; 16- приемный бункер; 17 - рукавный фильтр; 19 - бункер готовой продукции; 20 - сборный коллектор для охлаждающих газов; 21 - ленточный конвейер сбора просыпи.

Свежеотформованные предельно уплотненные легкие бетоны обладают высокой структурной прочностью, позволяющей немедленную распалубку. Легкобетонные изделия можно формовать всеми способами, применяемыми для формования тяжелых бетонов (см. гл. II). Аналогичным образом организуется и ускоренное твердение их.

Свойства легких бетонов. По структуре легкие бетоны подразделяют на плотные, поризованные и крупнопористые.

Основным показателем прочности легкого бетона является класс бетона установленный по прочности его на сжатие: В2; 2,5; 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 17,5; 20; 22,5: 25; 30; 40; для теплоизоляционных бетонов, кроме того, предусмотрены классы ВО,35; 0,75 и 1.

Наряду с прочностью важной характеристикой легкого бетона является его плотность в сухом состоянии. По этому показателю легкие бетоны подразделяют на марки: Д200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900 и 2000. Уменьшить плотность легких бетонов можно путем образования в цементном камне мелких пор с помощью пено- и газообразующих веществ.

Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности. Увеличение влажности на 1% повышает теплопроводность на 0,016-0,035 Вт/(м°С).

По морозостойкости легкие бетоны делят на 10 марок: Р 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500. Для наружных стен зданий применяют бетоны с морозостойкостью не ниже Р 25.

Водонепроницаемость конструкционных легких бетонов может быть высокой. Установлены следующие марки легкого бетона на пористых заполнителях по водонепроницаемости.

Легкий бетон - эффективный материал, который имеет большую перспективу.

Ячеистые бетоны. Ячеистые бетоны являются разновидностью легких бетонов с равномерно распределенными порами (до 85% от общего объема бетона); их получают в результате затвердевания предварительно вспученной порообразователем смеси вяжущего, воды и кремнеземистого компонента.

По виду применяемого вяжущего ячеистые бетоны делят на следующие группы: газобетоны, и пенобетоны., получаемые на основе портландцемента или цементно-известкового вяжущего; газосиликаты и пеносиликаты, получаемые на основе смеси извести-кипелки и кварцевого песка; газошлакобетоны и пено-шлакобетоны, получаемые из смеси извести и тонкомолотых доменных гранулированных шлаков или золы-уноса.

По условиям твердения различают ячеистые бетоны пропаренные и автоклавного твердения.

По назначению и плотности ячеистые бетоны делят на теплоизоляционные с плотностью в сухом состоянии до 500 кг/м³; конструкционно-теплоизоляционные с плотностью 500-900 кг/м³ и конструкционные с плотностью 900-1200 кг/м³. По показателям плотности установлено десять марок ячеистого бетона от ДЗОО до Д1200.

Ячеистые бетоны, будучи материалами весьма пористыми, отличаются низкой плотностью и соответственно относительно невысокой прочностью. Такая же связь существует между плотностью и теплопроводностью - показателем, особо важным для ячеистых бетонов. Теплопроводность ячеистых бетонов изменяется 0,07-0,25 Вт/(м°С).

В идеальном случае структура ячеистого бетона представляет замкнутые ячейки размером 0,4-1,5 мм. Равномерность размеров и замкнутый характер пор уменьшают концентрацию напряжений в цементной оболочке ячеек, распределение напряжений происходит равномерно по сечению элемента, и прочность ячеистого бетона увеличивается. При неудовлетворительной структуре наряду с мелкими замкнутыми порами присутствуют открытые крупные ячейки, которые могут сообщаться не только между собой но и с окружающей средой. При такой структуре ячеистого бетона уменьшаются прочность и морозостойкость, увеличивается теплопроводность и водопоглощение. Высокая морозостойкость ячеистых бетонов объясняется большим количеством замкнутых пор, наполненных воздухом или газом. Для ячеистых бетонов установлены следующие марки морозостойкости: F15, 25, 35, 50 и 100.

Важным показателем прочности ячеистого бетона является прочность камня-оболочки ячейки, которая зависит не только от вида вяжущего, но и условий его твердения и влажности бетона. Наиболее высокую прочность имеют бетоны после автоклавной обработки, при этом значительно экономится вяжущее вещество. В зависимости от гарантированных значений прочности ячеистого бетона на сжатие установлены следующие классы (МПа) В0,35; 0,75; 0,85; 1; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5 и 20.

Вяжущим для приготовления ячеистых бетонов обычно служат портландцемент, молотая негашеная известь. В качестве кремнеземистого компонента используют измельченный кварцевый песок, молотые доменные шлаки и золу-унос.

Вода для ячеистых бетонов должна удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к воде для бетонов.

Для образования ячеистой структуры бетона применяют пено- и газообразователи. В качестве пенообразователей используют несколько видов поверхностно-активных веществ, способствующих получению устойчивых пен. Клееканифольный пенообразователь приготовляют из мездрового клея, канифоли и водяного раствора едкого натра; смолосапониновый - из мыльного корня и воды, иногда для увеличения стойкости пены в него вводят жидкое стекло; алюмосульфонафтеновый - из керосинового контакта, сернокислого глинозема и едкого натра; пенообразователь ГК - из гидролизованной боенской крови и сернокислого железа. В качестве газообразователей используют алюминиевую пудру ПАК-З или ПАК-4 с содержанием активного алюминия 82% и тонкостью помола 500-600 м²/кг. Расход алюминиевой пудры зависит от плотности получаемого газобетона и составляет 0,25-0,6 кг/м³.

Пенобетоны получают смешиванием цементного теста или раствора с устойчивой пеной. Пену получают взбиванием жидкой смеси канифольного мыла и животного клея или водного раствора сапонина (вытяжки из растительного мыльного корня). Такая пена имеет устойчивую структуру, хорошо смешивается с цементным тестом и раствором, которые распределяются по пленкам, окружающим воздушные ячейки, и в этом положении затвердевают. Лучшими пенообразователями являются алюмосульфонафтеновые и препарат ГК (гидролизованная боенская кровь).

По физико-механическим свойствам различают пенобетон теплоизоляционный, конструктивно-теплоизоляционный и конструктивный. Теплоизоляционный пенобетон отливается в виде блоков размером 100х50х50 см и больше, которые после затвердевания распиливают на плиты. Теплоизоляционный пенобетон имеет прочность до 2,5 МПа, теплопроводность- 0,1-0,2 Вт/(м•°С). Этот вид пенобетона применяют для теплоизоляции железобетонных покрытий, перегородок и т. д. Конструктивно-теплоизоляционный пенобетон имеет прочность 2,5-7,5МПа, теплопроводность 0,2-0,4 Вт/(мС), применяют его для ограждающих конструкций. Из конструктивного пенобетона изготовляют изделия для покрытий. Их армируют двумя сетками из проволоки диаметром 3-5 мм. Конструктивный пенобетон имеет прочность до 20 МПа и теплопроводность 0,4-0,6 Вт(м°С). Конструктивный пенобетон широко используют в трехслойных ограждающих конструкциях отапливаемых зданий.

Газобетон получают из смеси портландцемента, кремнеземистого компонента и газообразователя. Широкое применение в качестве газообразователя получила алюминиевая пудра, которая, реагируя с водным раствором гидроксида кальция, выделяет водород вызывающий вспучивание цементного теста. Последнее, затвердевая, сохраняет пористую структуру;

2А1+ЗСа(ОН)₂+6Н₂0==ЗСаОAl₂O₃+6Н₂О+ЗН₂

Алюминиевую пудру для лучшего распределения в смеси применяют в виде водной суспензии.

Для изготовления изделий из газобетона смесь молотого песка и воды смешивают в смесителе с цементом, алюминиевым порошком, водой и немолотым песком. Затем смесь разливают в формы.

По свойствам, газобетон аналогичен пенобетону. Однако он проще в изготовлении и позволяет получать изделия более устойчивого качества.

Способ производства ячеистых бетонов методом комплексной вибрации позволяет не только управлять процессом структурообразования, но и дает ряд технико-экономических преимуществ: интенсифицирует технологический процесс, улучшает свойства ячеистых бетонов, снижает влажность готовых изделий. Вследствие этого, а также возможности использования местного сырья (извести, песка, шлака и золы) изготовление автоклавного газобетона, газосиликата и газошлакобетона стало основным направлением развития производства ячеистых бетонов.

Блоки из ячеистых бетонов автоклавного твердения применяют для кладки наружных и внутренних стен и перегородок) жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий с относительной влажностью воздуха помещений не более 75%, а в наружных стенах при влажности более 60% должно наноситься с внутренней поверхности стен пароизоляционное покрытие. Применение блоков из ячеистых бетонов для цоколей и стен подвалов, а также стен помещений с мокрым режимом или наличием агрессивных сред не допускается.

10. Полимербетоны и полимерцементные бетоны

Полимербетоны изготовляют на основе полиэфирных, эпоксидных, фенолоформальдегидных, фурановых и других полимеров. Заполнители используют в зависимости от вида агрессивной среды. Для кислых сред применяют кислотостойкие заполнители - кварцевый песок и щебень из кварцита, базальта или гранита, а также кислотоупорный кирпич, как и графит.

По плотности различают: 1) конструкционный тяжелый полимербетон на тяжелых плотных заполнителях; 2) конструкционно-теплоизоляционный легкий бетон на минеральных пористых заполнителях (например, керамзите) и 3) теплоизоляционный особо легкий бетон на высокопористых заполнителях (пенопласте, пробке, древесине, вспученном перлите и т. п.).

Механические свойства полимербетона повышаются при армировании его стальной или стеклопластиковой арматурой. Из стале- и стеклополимербетона изготовляют элементы шахтной крепи, опоры контактной сети, шпалы, коллекторные кольца. Разработаны и находят применение в практике комбинированные несущие конструкции, в сжатой зоне которых располагают цементный железобетон, а в растянутой - армополимербетон. Такое сочетание существенно повышает трещиностойкость растянутой зоны, поскольку предельная растяжимость полимербетона примерно в 10 раз, а прочность при растяжении в 5 раз выше, чем у цементного бетона.

Для сталеполимербетона применяют связующие вещества на основе фурфуролацетонового мономера, эпоксидного полимера и др. Фурфурол - желтоватая маслянистая жидкость с характерным запахом, темнеющая на воздухе. Полимербетон, изготовляемый на основе фурфуролацетонового мономера (ФАМ) и кислого отвердителя - бензосульфокислоты (БСК), обладает высокой химической стойкостью.

Для увеличения прочности полимербетона вводят волокнистые наполнители - асбест, стекловолокно и др. Полимербетоны отличаются от цементного бетона высокой химической стойкостью и прочностью, в особенности при растяжении - 7-20 МПа и изгибе - 16-40 МПа, а прочность при сжатии достигает 60-120 МПа.

Отрицательным свойством полимербетонов является их большая ползучесть, а также старение, усиливающееся при действии попеременного нагревания и увлажнения. Кроме того, необходимо соблюдение специальных правил охраны труда при работе с полимерами и кислыми отвердителями, могущими вызвать ожоги, необходима хорошая вентиляция, а также обеспечение рабочих защитными очками, спецодеждой.

Полимерцементные бетоны и растворы содержат от 0,2 до 5-12% добавки синтетической смолы или каучука, их вводят в виде эмульсий или суспензий, что обеспечивает более равномерное распределение полимера в объеме материала. Обычно применяют водные дисперсии поливинилацетата, полистирола, поливинилхлорида, латексы, а также кремнийорганические соединения. В результате уменьшаются водопоглощение и водопроницаемость, увеличивается в 2-3 раза прочность бетона при растяжении и изгибе.

Полимерцементные материалы применяют в виде красок, клеев, обмазок (например, для защиты арматуры); полимерцементные растворы и бетоны используют для устройства полов, а также в виде защитных слоев резервуаров, труб и других сооружений.

9. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

1. Определение и классификация строительных растворов

Строительные растворы - это затвердевшие смеси из вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя. В растворе нет крупного заполнителя. Они представляют собой мелкозернистый бетон и ему свойственны все закономерности, присущие бетонам.

Строительные растворы применяют для заполнения швов и связывания кускового или штучного материала, декоративных и защитных штукатурок, производства строительных изделий (кирпича, плиток) к т.д.

Существует большое многообразие строительных растворов. Они классифицируются на отдельные группы по различным признакам: средней плотности, виду вяжущего, назначению, физико-механическим свойствам.

По средней плотности строительные растворы бывают: - тяжелые со средней плотностью были 1500 кг/м³ и легкие со средней плотностью менее 1500 кг/м³.

По роду вяжущего строительные растворы подразделяются на: цементные (приготовленные на портландцементе и его разновидностях), гипсовые, известковые (на воздушной или гидравлической извести); простые (при использовании одного вида вяжущего) и сложные (при двух и более видах вяжущих). По технико-экономическим соображениям часть цемента заменяют известью, гипсом, глиной, получая сложные растворы: цементно-известковые, цементно-глиняные, известково-гипсовые и др“ Вид вяжущего выбирают в зависимости от назначения строительного раствора, режима твердения, условий эксплуатации и др.

В зависимости от назначения строительные растворы разделяются на:

кладочные - для кладки стен, столбов, фундаментов, сводов с целью скрепления отдельных штучных камней (кирпича, шлакоблоков, бутового камня) в монолит;

отделочные - для оштукатуривания (придания ровной поверхности) внутренних и внешних поверхностей конструктивных элементов сооружений для изготовления архитектурных деталей, декоративных слоев на стеновые блоки и панели; растворы для изготовления блоков, панелей, плит, штучных каменных изделий;

специальные, обладающие особыми свойствами и имеющие узкое применение (акустические, теплоизоляционные, гидроизоляционные, рентгенозащитные тампонажные и др.).

По условиям твердения растворы различают:

гидравлические (на цементах, гидравлической извести);

воздушные (на воздушной извести, гипсе, растворимом стекле и др.).

В основу классификации строительных растворов по физико-механическим свойствам положены два важнейших показателя: прочность и морозостойкость. По пределу прочности при сжатии (Кгс/см²) строительные растворы разделяют на девять марок (от 4 до 300), а по степени морозостойкости (в циклах замораживания и оттаивания) также на девять марок Мрз10 до Мрз300.

Материалы для строительных растворов. В качестве вяжущего в строительных растворах используют портландцемент и его разновидности, известь воздушную к гидравлическую, гипс строительный и его разновидности и др.

Воздушная известь применяется в виде известкового теста, пушонки, при этом следует наиболее полно удалять частицы пережога. Тонкомолотая известь-кипелка не требует удаления пережога, что обусловливает её преимущество перед другими разновидностями извести.

Гипс в строительных растворах применяют мало (для выполнения работ в сухих условиях), но в качестве добавки в известковые растворы его используют в больших количествах. Гипс повышает прочность известковых растворов, уменьшает сроки их схватывания к твердения. Портландцемент и его разновидности применяют невысокой активности, так как к прочности растворов не предъявляют высоких требований. Высокоактивные цементы дают излишнюю прочность, которая в конструкциях может не использоваться.

В качестве мелкого заполнителя для тяжелых растворов применяют природные кварцевые, полевошпатные и другие пески, а также пески, полученные дроблением плотных горных пород. Для марок 25 и 50 загрязненность песков глиной и пылью должна быть не более 10%, марок 10 не более 15-20%. При большем загрязнении следует в 2-2,5 раза увеличить продолжительность перемешивания раствора.

В легких растворах используют пески из легких горных пород (пемзы, туфа, ракушечника,), а также шлаков котельных, доменных гранулированных, керамзита.

Для кирпичной кладки размер зерен должен быть не более 2,5 мм, бутовой - не более 5 мм, для отделочного слоя штукатурки - не более 1,2 мм. Для получения удобоукладываемой растворной смеси на основе портландцемента вводят минеральные и органические добавки. Наиболее дешевой добавкой является глина, её вводят в виде тонкомолотой добавки с соотношением по массе 1:1 или 1:0,75 . Глина увеличивает удобоукладываемость растворной смеси, её водоудерживающую способность, плотность и прочность строительного раствора, экономит цемент.

В построечные цементы для получения растворов низких марок как добавку вводят тонкодисперсный песок.

В качестве неорганических дисперсных добавок применяют также активные минеральные: диатомит, трепел, вулканические пеплы, молотые шлаки к т.д. Поверхностно-активные добавки вводят для повышения пластичности растворной смеси и уменьшения расхода вяжущего.

Количество их составляют десятые доли процента от количества вяжущего. Из органических добавок используют сульфитно-дрожжевую барду (СДБ), гидролизованную боенскую кровь, мылонафт и др. В зимнее время для снижения температуры замерзания вводят поташ (10-15% от массы воды затворения), нитрит натрия (5-10%) и другие добавки.

Состав строительного раствора выражают количеством материалов по массе или объему, приходящихся на 1 м³ растворной смеси, или отношением каждого составляющего смеси к вяжущему тоже по массе или объему. При этом расход вяжущего принимают за единицу. Например, для простых растворов, состоящих из одного вида вяжущего (цемента, извести и т.д.) состав можно выразить отношением чисел (1:5) или (1:6) и т.д., где на одну часть вяжущего по массе (или объему) приходится пять (шесть и т.д.) частей песка.

3. Свойства строительных растворов

Важнейшими свойствами растворной смеси являются ее подвижность и водоудерживающая способность. Подвижностью называют способность растворной смеси растекаться под действием собственной массы или приложенных к ней внешних сил. Растворная смесь в зависимости от состава может иметь различную консистенцию - от жесткой до литой. Степень подвижности смеси определяется глубиной погружения (см) в смесь металлического конуса СтройЦНИЛ массой 3OO г с углом при вершине 30^о. В зависимости от назначения строительные растворные смеси должны иметь различную подвижность: для кирпичной кладки 9-13 см, для бутовой клаки - 4-6 см, для штукатурных работ - 6-10 см и т.д.

Подвижность растворной смеси зависит от содержания воды, но предельное содержание её определяется цементно-водным отношением. Водоудерживающая способность характеризует способность растворной смеси удерживать в себе воду. Растворные смеси обычно укладывают на пористое основание (кирпичное, бетонное), которое сильно впитывает воду, что значительно обезвоживает раствор, В результате этого количество воды может оказаться недостаточным для твердения раствора и достижения необходимой прочности. Однако отсасывание части воды уплотняет растворную смесь в кладке, что повышает прочность раствора.

Предел водоудерживающей способности определяют при подвижности растворной смеси 3-6 см. Водоудерживающая способность зависит от свойств и соотношения составляющих компонентов. Растворная смесь из портландцемента, песка и воды получается жёсткой и неудобной в работе. Высокая водоудерживающая способность обеспечивает не расслаиваемость растворной смеси при транспортировании (автотранспортом, при перемещении по трубам и т.д.).

Удобоукладываемость и водоудерживающую способность растворной смеси можно повысить введением тонкодисперсных минеральных веществ: извести, глины, активных минеральных добавок, омыленного древесного пека, мылонафта и др.

Прочность затвердевшего цементного строительного раствора зависит от активности вяжущего вещества и цементно-водного отношения.

Для определения прочности цементного раствора используют различные эмпирические зависимости. И.А. Попов предложил следующую формулу:

R_р=0,25 R_ц (Ц/В-0,4), (9.1)

где R_р предел прочности при сжатии растворов в возрасте 28 сут.; R_рц - активность цемента; Ц/В - цементно-водное отношение.

Эта формула справедлива для растворов, уложенных на пористое основание, которое отсасывает воду из раствора, уплотняя его и увеличивая прочность в 1,5 раза. Прочность раствора зависит также от качества песка. К - коэффициент, равный для мелкого песка 0,5-0,7, для среднего - 0,8 и для крупного - 1.

Прочность раствора характеризуется маркой, определяемой пределом прочности при сжатии образцов в виде кубов с размером 7,07*7,07*7,07 см в возрасте 28-суточного твердения при 15-25^оС или образцов-балочек размером 40*40*160 мм. Образцы готовят в соответствующих формах на пористом основании (на поверхности сухого кирпича).

Растворы выпускаются марок 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 и 250.

Прочность раствора в кладке из камней правильной формы влияет на ее прочность в меньшей мере, чем в кладке из камней неправильной формы. Например, при использовании на 30-35% бутовых камней прочность кирпичной кладки изменяется на 5-7%. В бутовой кладке растворы должны иметь более высокую прочность.

По морозостойкости строительные растворы подразделяются на марки 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300.

При приготовлении растворных смесей компоненты дозируют и перемешивают в смесителях вращающими лопастями. Емкость растворомешалок составляет 150-750 л. Время перемешивания тяжелых растворов 1,5-5 мин, легких - 2,5-5 мин.

4. Виды строительных растворов

Растворы для каменных кладок должны иметь заданную прочность, подвижность и достаточную водоудерживающую способность. Составы растворов и вид вяжущего зависят от характера конструкций и условий эксплуатации.

Воздушно-известковые растворы готовят на молотой негашеной извести-кипелке или известкового теста и обычного кварцевого песка с водой. Реже используют известь-пушонку.

Растворы на гашеной извести очень пластичны, удобоукладываемы, хорошо связываются с кирпичом. Правильно подобранные растворы не дают усадочных трещин, но они очень медленно твердеют. Процесс твердения сопровождается выделением воды, особенно в первые месяцы после использования раствора, что может создать ряд неудобств при отделочных работах, особенно в земнее время (например, задержка сдачи зданий в эксплуатацию из-за влажности стен и др.). При твердении раствор высыхает к карбонизируется известь с образованием СаСО₃.

Растворы на молотой негашеной извести твердеют быстрее, чем на известковом тесте, имеют более высокую прочность.

Известковые растворы используют для кладки конструкций, работающих в сухих условиях (для кирпичной кладки надземных частей зданий). Для конструкций, работающих во влажных условиях (цоколи зданий, подземные стены и т.д.), в известковые растворы вводят гидравлические добавки или портландцемент, получая смешанные растворы.

Для надземной кирпичной кладки, испытывающей напряжения менее 0,4 МПа, применяют известковые растворы с добавкой глины.

Гидравлические растворы готовят из портландцемента низких марок, шлакопортландцемента (могут вводиться гидравлические добавки), гидравлической извести.

В цементные растворы могут вводиться известковое или глиняное тесто, трепел для повышения пластичности и удобоукладываемости. Пластификаторы увеличивают плотность и прочность раствора.

Для улучшения свойств вводят ПАВ. Ряд из них являются микропенообразователями, образующими при перемешивании мелкие воздушные пузырьки, повышающие подвижность растворной смеси. К ним относятся НЖПС-1 (древесный пек, омыленный раствором едкого натра, которого вводят до 0,2% от массы песка). Некоторые ПАВ образуют на поверхности пор и капилляров твердого раствора тончайшие гидрофобные пленки, затрудняющие капиллярное передвижение воды, снижая влагоемкость и увеличивая морозостойкость раствора.

Для конструкций, работающих в агрессивных средах, растворы готовятся на портландцементе и. шлакопортландцементе с гидравлическими добавками.

Отделочные растворы подразделяют на две группы: для обычных штукатурок и декоративные. По области применения они бывают для наружных и внутренних стен. Составы назначают с учетом назначения и условий эксплуатации зданий и сооружений. Приготовляют штукатурные растворы более подвижными, чем кладочные. Они должны иметь хорошее сцепление с основанием у. мало изменяться в объеме при твердении, чтобы не вызывать образование трещин. При трехслойной штукатурке первый слой называется набрызгом, его наносят из жидкого раствора (он должен хорошо прилипнуть к основанию), второй слой является наметом (или грунтом), его делают из густого раствора. Он служит для выравнивания неровностей поверхности, третий слой называется накрывкой, готовится из более жидкого раствора и служит для чистой затирки.

Для штукатурного слоя прочность имеет второстепенное значение, так как слой штукатурки не несет нагрузки. Если штукатурка служит для защиты от выветривания или влаги (цоколи зданий, стены в сырых грунтах и т.д.), то она делается плотной, достаточно водостойкой и водонепроницаемой.

Штукатурку наносят на пористое основание, которое впитывает влагу из раствора. Наружная сторона штукатурки под действием воздуха., солнечных лучей, ветра теряет воду. Двусторонняя потеря влаги благоприятно сказывается на твердении известковых растворов, известково-гипсовых. Если раствор гидравлический, то такая потеря влаги нежелательна. Поэтому слой штукатурки защищают от потери влаги периодическим смачиванием, укрыванием полимерными пленками, мокрыми рогожами и др.

Составляющие материалы для штукатурных растворов выбирают более тщательно, чем для растворов каменных кладок, известь тщательно гасится и очищается от не погасившихся зерен, чтобы избежать растрескивания штукатурки. Гипс просеивают через сито с отверстиями 1,25 мм, песок - через сито 2,5 мм для нижних слоев, - 1,25 мм - для верхних.

Декоративные цветные растворы используют для заводской отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и крупных блоков, цветных штукатурок фасадов зданий и элементов городского благоустройства, а также цветных штукатурок внутри общественных зданий.

Для декоративных штукатурок применяют белые и цветные цементы, белый и окрашенный гипс, белый песок, мраморную крошку, гранит и другие цветные материалы, придающие штукатурке желаемый цвет. Для придания отделочному слою блеска в состав раствора вводят до 1% слюды или до 10% дробленого стекла. В качестве красящих добавок вводят щелочестойкие и светостойкие природные и искусственные пигменты: охру, сурик железный, мумию, оксид хрома, ультрамарин и др. Подвижность, водоудерживающую способность и атмосферостойкость декоративных растворов можно повысить введением гидрофобизирующих и пластифицирующих добавок.

Специальные растворы. Водонепроницаемые штукатурки применяют для создания водонепроницаемого защитного слоя на поверхность конструкций (стен каналов, труб и т.д.). Их готовят из жирных растворов (1:2+3) на портландцементе или шлакопортландцементе с гидравлическими добавками с чистым песком. Вводят в состав гидрофобизирующие вещества и уплотняющие добавки (алюминат натрия, хлорное железо, битумные эмульсии и др.).

Особо высоким качеством обладает водоизолирующий слой, нанесенный торкретированием при помощи цемент-пушки, выбрасывающей сжатым воздухом под давлением 2-3 атм сухую смесь цемента к песка, которая при выходе из наконечника шланга. увлажняется водой. Скорость выбрасывания сухой смеси составляет 80-100 м/с. В результате получается слой штукатурки высокой плотности и прочности (30-50 МПа), прочно соединяемой с поверхностью бетона, кирпича, стали. Недостатком этого метода является значительная потеря материалов (до 30-30%) из-за упругого отскока частиц цемента и песка при ударе об оштукатуриваемую поверхность.

Растворы для заполнения швов, воспринимающих нагрузку, должны иметь марку, равную марке бетона, соединяемых конструкций. Растворы для швов, не воспринимающих нагрузку должны иметь марку не менее 100. Если в швах имеется арматура или закладные детали, то в растворах не должны содержаться добавки, вызывающие коррозию металла (хлористый кальций и др.).

Инъекционные растворы (цементно-песчаные или цементной тесто) применяют для заполнения каналов предварительно-напряженных конструкций. Они должны иметь марку не менее 300, быть морозостойкими и с минимальным водоотделением.

Растворы для полов применяют различных видов. Цементно-песчаные растворы используют для стяжки под полы. Они должны обладать достаточной прочностью (марка не ниже 100 и подвижность 11-13 см). Растворы для полов из брусчатки, клинкерного кирпича, бетонных плит, мозаичных и керамических плиток должны иметь необходимую прочность и повышенную вязкость при глубине погружения конуса 1,5-3,5 см. Металлоцементные растворы изготовляют из обезжиренной стальной стружки размером 1-3 мм, цемента и воды. Они должны иметь марку 500 и выше, а глубину погружения конуса не более 1 см.

Цементно-опилочные смеси применяют для устройства основания под полы, готовят их из портландцемента, песка и мелких древесных опилок.

Полимерцементные растворы широко применяют для устройства полов, что позволяет повысить непроницаемость пола для воды и других жидкостей, обеспечить высокую стойкость против различных агрессивных сред. Полимерцементные растворы получают смешиванием цемента с водной дисперсией полимера и мелкого заполнителя. Полы на этих растворах обладают достаточной прочностью, коррозионной стойкостью и гигиеничностью.

Гидроизоляционные растворы приготовляют на цементах марок 400 и выше, кварцевом песке или песке из прочных горных пород. Для растворов, работающих в агрессивных водах, применяют сульфатостойкий и пуццолановый портландцементы. Для обеспечения водонепроницаемости швов и стыков в сооружении применяют гидроизоляционные растворы на расширяющемся цементе.

Тампонажные растворы, применяемые для заделки стыков, разделяют на цементно-песчаные, цементно-песчано-суглинистые и цементно-суглинистые. После нагнетания они образуют в трещинах и пустотах горных пород плотные водонепроницаемые тампоны.

Акустические растворы с объемной массой 600-1200 кг/м³ применяют для звукопоглощающей штукатурки с целью снижения уровня шума. Вяжущими являются портландцемент и шлакопортландцемент, известь, гипс или их смеси и каустический доломит. Заполнителями применяют однофракционные пески крупностью 3-5 мм из легких пористых материалов - пемзы, керамзита, перлита, шлаков и др. Количество вяжущего и зерновой состав заполнителя в растворах должны обеспечить открытую незамкнутую пористость раствора.

Рентгенозащитные растворы получают тяжелыми со средней плотностью более 2200 кг/м³ и применяют для оштукатуривания стен и потолков рентгеновских кабинетов. Вяжущими являются портландцемент и шлакопортландцемент, а заполнителями - барит и другие тяжелые породы в виде песка крупностью до 1,25 мм и пыли.

10. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ

1. Общие сведения и классификация железобетона

Железобетон представляет собой строительный материал, котором выгодно сочетается совместная работа бетона и стали крайне отличающихся своими механическими свойствами. Бетон, как и всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но он хрупок и слабо противодействуя растягивающим напряжениям. Прочность бетона при растяжении примерно в 10-15 раз меньше прочности при сжатии.

Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе.

Для строительства элементов, подверженных изгибу, целесообразно применять железобетон. При работе таких элементов возникают напряжения двух видов: растягивающие и сжимающие. При этом сталь воспринимает первые напряжения, а бетон - вторые и железобетонный элемент в целом противостоит изгибающим нагрузкам. Таким образом сочетается работа бетона и стали в одном материале - железобетоне.

Это определяется следующими важнейшими факторами: прочным сцеплением бетона со стальной арматурой, вследствие этого при возникновении напряжения в железобетонной конструкции оба материала работают совместно; почти одинаковым коэффициентом температурного расширения стали и бетона, чем обеспечивается монолитность железобетона; бетон не только не оказывает разрушающего влияния на сталь, но и предохраняет ее от коррозии.

В зависимости от способа армирования и состояния арматуры различают железобетонные изделия с обычным армированием и предварительно напряженные. Армирование бетона стальными стержнями, сетками или каркасами не предохраняет изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в растянутой зоне бетона, так как последний обладает незначительной растяжимостью (1-2 мм на 1 м), тогда как сталь выдерживает без разрушения в 5-6 раз большие растягивающие напряжения, чем бетон. Появление трещин отрицательно влияет работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, трещины проникают влага и газы, отчего создается опасность коррозии стальной арматуры.

Избежать образования трещин в железобетонной конструкции можно предварительным сжатием бетона в местах, подверженных растяжению.

Различают два вида предварительного напряжения арматуры: до затвердения бетона и после приобретения бетоном определенной прочности. Если напряжение арматуры производится до бетонирования, то уложенная в форму арматура растягивается и в таком состоянии закрепляется в форме. После заполнения формы бетонной смесью и затвердения бетона арматура освобождается от натяжения, сокращается и увлекает за собой окружающий ее бетон, обжимая железобетонный элемент в целом. Если же напряжение арматуры производится после затвердения бетона, то в этом случае арматуру располагают в специально оставленном в бетоне канале. После затвердения бетона арматуру натягивают и закрепляют на концах конструкции анкерными устройствами. Затем заполняют канал раствором, который после затвердевания сцепляется с арматурой и с бетоном конструкции, обеспечивая монолитность железобетона.

В основу классификации сборных железобетонных изделий положены следующие признаки: вид армирования, плотность, вид бетона, внутреннее строение и назначение.

По виду армирования железобетонные изделия делят на предварительно напряженные и с. обычным армированием.

По плотности изделия бывают из тяжелых бетонов, облегченного, легкого и из особо легких (теплоизоляционных) бетонов. Для элементов каркаса зданий применяют тяжелый бетон, а для ограждающих конструкций зданий - легкий.

По виду бетонов и применяемых в бетоне вяжущих различают изделия: из цементных бетонов - тяжелых на обычных плотных заполнителях и легких бетонов на пористых заполнителях: силикатных бетонов автоклавного твердения- плотных (тяжелых) или легких на пористых заполнителях на основе извести или смешанном вяжущем; ячеистых бетонов - на цементе, извести или смешанном вяжущем; специальных бетонов - жаростойких, химически стойких, декоративных, гидратных.

По внутреннему строению изделия могут быть сплошными и пустотелыми, изготовленными из бетона одного вида, однослойные или двухслойные и многослойные, изготовленные из разных видов бетона. Или с применением различных материалов, например теплоизоляционных.

Железобетонные изделия одного вида могут отличаться также типоразмерами, например стеновой блок угловой, подоконный и т. д. Изделия одного типоразмера могут подразделяться так же по классам. В основу деления на классы положено различное армирование, наличие монтажных отверстий или различие в закладных деталях.

В зависимости от назначения сборные железобетонные изделия делят на группы: для жилых, общественных, промышленных зданий, для сооружений сельского хозяйства, гидротехнического строительства, а также изделий общего назначения.

Железобетонные изделия должны отвечать требованиям соответствующих государственных стандартов, а также требованиям рабочих чертежей и технических условий на них.

2. Современные типы эффективных сборных и монолитных железобетонных изделий и конструкций

В настоящем разделе приведены некоторые наиболее распространенные виды железобетонных изделий различного назначения.

Изделия для жилых и гражданских зданий.

Изделия фундаментов и подземных частей зданий выполняют в виде массивных элементов с плоской нижней поверхностью (рис. 10.1, а).

Фундаменты под колонны выполняют из бетона класса В20 и В25. Такие фундаменты изготовляют в основном по стендовой технологии. Ленточные фундаменты под стены производят из отдельных блоков трапециевидного или прямоугольного сечения (рис. 10.1, б), массой 0,5-4 т, из тяжелого бетона класса В10-В20. Изготовляют фундаментные блоки в основном по стендовой технологии. Блоки стен подвалов производят из сплошных блоков или блоков с пустотами из тяжелого бетона классов В7.5-В10 массой до 2 т (рис. 10.1, в).

Рис. 10.1. Фундаменты и стены подвалов: а - фундамент под колонны; б - блоки ленточного фундамента стен; в - блоки стен

подвалов

Панели наружных стен изготовляют сплошными или с оконными или дверными проемами (рис. 10.2, а, б), однослойными из легкого бетона на пористом заполнителе класса В7,5, а также из ячеистого бетона классов В2,5-В5. Панели наружных стен жилых зданий на комнату производят размером 3,6*2,9*0,4 м, массой до 4 т, а панели на две комнаты с двумя оконными проемами имеют длину 6-6,6м, массу до 8 т.

Рис. 10.2. Панели наружных (о) и внутренних (б) стен жилых зданий

Для снижения массы наружных стен и повышения их термоизоляционной способности применяют трехслойные панели с наружным и внутренним слоями из ячеистого бетона, минерального войлока и других материалов.

Панели внутренних стен выполняют однослойными (рис. 10.2, б) сплошными и с дверными проемами длиной до 6 м, высотой до 2,9 м и толщиной до 0.2 м из тяжелого или конструкционного легкого бетона класс В12,5-В15 по конвейерному, агрегатно-поточному или кассетному способу производства.

Рис. 10.3. Колонна каркаса многоэтажных зданий:

- стык двух колонн.

Колонны многоэтажных зданий производят сечением 300*300 и 400*400 мм и длиной на 1-4 этажа. Наиболее распространены колонны длиной 8,4 м, массой до 3,5 т на два этажа.

Плиты перекрытия изготовляют сплошными, с пустотами и ребристые (рис. 10.4). Пустотные плиты (рис. 10.4, б) изготовляют длиной 6-12 м, шириной 2,4 м и 1,5 м и толщиной 220-300 мм. Ребристые П-образного сечения плиты (рис. 10.4, в) выполняют размером 8,8*1,5*0,4 м, массой до 4 т. Для больших пролетов предназначены ребристые плиты типа 2Т (рис. 10.4, г), их размер 15х3х0.6 м, масса до 11 т.

Лестничные марши выполняют в виде плит со ступенчатой поверхностью в средней части, а концевые участки образуют лестничные площадки (рис. 10.5).

Рис. 10.4. Плиты перекрытий многоэтажных зданий: а - сплошного сечения; б - многопустотная; в - ребристая; г - типа 2Т.

Рис. 10.5. Лестничный март с площадками

Объемные элементы. Необходимость снижения себестоимости монтажа зданий, вызвала появление новых конструктивных решений зданий - объемных элементов (рис. 10.6). В настоящее время уже имеется опыт строительства жилых зданий из целых квартирных блоков, которые изготовляют на заводе со всеми санитарно-техническими и электротехническими устройствами, оснащают встроенной мебелью и кухонным оборудованием. Такие объемные блоки или собирают на заводе из отдельных плоских элементов, или изготовляют в специальных объемных кассетах. Монтаж домов из объемных элементов является новой, более высокой ступенью индустриального строительства.

Рис. 10.6. Объемный элемент кухня - комната

Изделия санитарно-технические. В сборном домостроении санитарно-технические устройства: сети водопровода, канализации, отопления, мусоропровода, вентиляционные каналы - выполняют из сборных элементов заводского изготовления. Все разводки сетей: металлические трубы водопровода, отопления и канализации - в процессе изготовления замоноличивают в тело панелей или специальных блоков. В готовом виде такие конструкции доставляют на строительную площадку, где путем соединения стыков их монтируют в общую систему.

Отопительные панели представляют собой прямоугольную бетонную плиту толщиной 60 мм, в которую заложены металлические или стеклянные трубы, присоединяемые к системе отопления. Кроме отопительных панелей изготовляют также панели междуэтажных перекрытий с заложенными в них отопительный трубами.

Санитарно-технические блоки представляют собой сборные железобетонные стеновые элементы с вмонтированными в них трубами и соединительными элементами для водопроводной, канализационной, газопроводной систем.

Блоки вентиляционные применяют в зданиях для вытяжной вентиляции. Они представляют собой прямоугольные бетонные плиты с круглыми или квадратными отверстиями. Высоту вентиляционного блока назначают в зависимости от высоты помещения, где он будет установлен; ширину блока - от наличия каналов в блоке.

Блок мусоропровода по внешнему виду представляет собой железобетонный вертикальный элемент с круглым внутренним отверстием диаметром 350-500 мм. Внутреннее отверстие блока облицовывают асбестовой оболочкой в целях предохранения бетона от биологической коррозии и разрушения при падении мусора. Блоки мусоропровода рассчитаны на высоту одного и двух этажей. На высоте 0,8-1,0 м от низа блока имеется отверстие для сброса мусора.

Санитарно-технические кабины. Существенным достижением строительной техники является применение объемных элементов - санитарно-технических кабин. Такое конструктивное решение оборудования жилых зданий санитарно-техническими устройствами вызвано значительными трудовыми затратами на оборудование санитарной техникой даже при использовании блоков.

Санитарно-технические кабины оборудуют ванной длиной 1,5 м, смесителем горячей и холодной воды с душем на гибком шланге, фаянсовым умывальником, унитазом с низко расположенным бачком.

Архитектурные детали и ограды. Сборные железобетонные изделия довольно широко применяют для изготовления элементов оград, используя бетон повышенной прочности (класса не ниже В25-В30) и морозостойкости (не менее F25) с предварительным напряжением арматуры. Изделия выпускают самого разнообразного профиля и рельефного рисунка на поверхности.

Изделия для промышленных зданий.

В номенклатуру конструкций одноэтажных промышленных зданий входят несущие и ограждающие элементы одно- и многопролетных зданий различной высоты (3,6-18 м), бескрановые и оборудованные мостовыми кранами, подвесными кран-балками, бесфонарные, с фонарями, а также зданий, имеющих скатную или плоскую кровлю. Номенклатура сборных конструкций одноэтажных промышленных зданий включает также фундаментные балки, колонны, подкрановые балки, стропильные и подстропильные балки, фермы, плиты покрытий и стеновые панели.

Фундаментные балки (рис. 10.7) применяют под наружные и внутренние стены при отдельно стоящих фундаментах; шаг колонн 6 и 12м; длина балок соответственно 4,3-5,95 м и 10,2-11,96 м. Балки первой группы изготовляют таврового или трапециевидного сечения (рис. 10.7, а, б), высотой 300 и 450мм, массой до 2,2 т, их производят по агрегатно-поточному способу из бетона классов В15-В25. Балки второй группы - трапециевидного сечения, высотой 400-600 мм, массой до 5,5 т из бетона класса В35.

Колонны (рис. 10.7) - основные элементы сборных каркасов одноэтажных промышленных зданий. В зданиях без кранового оборудования, с подвесным оборудованием, а также с мостовыми кранами при высоте зданий от пола до низа стропильных ферм до 10,8 м применяют колонны прямоугольного сечения массой до 12,4 т. Длина таких колонн 4,5-11,8 м, максимальные сечения колонн при грузоподъемности кранов 10-20 т - 400*600, 400*800 и 500*800 мм; их изготовляют из бетона классов В20-40.

В промышленных зданиях высотой от 10,8 до 18 м с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т применяют двухветвевые колонны длиной 11,85-19,35 м с габаритами сечений подкрановой части 400*1000...600*1900 мм. Такие колонны изготовляют из бетона классов В25-В40.

Кроме указанных типовых конструкций колонн производят более эффективные сечения - двутавровые, кольцевые (изготовляемые центробежным способом), а также сечения другой формы с предварительным напряжением арматуры.

Рис. 10.7. Фрагмент одноэтажного промышленного здания:

1 - фундаменты; 2 - колонны наружного ряда-, 3 - фундаментная балка; 4 - элементы стен; 5 - консоли колонн; 6 - подкрановая балка; 7 - панели покрытий; 8 - балки покрытий; 9 - торцовые колонны; 10 - колонны внутреннего ряда

Подкрановые балки изготовляют предварительно напряженными из бетона классов В35-В50. При шаге колонн 6 и 12 м балки изготовляют длиной 5,95 и 11,95 м. Для работы мостовых электрических кранов грузоподъемностью 5, 10, 20 и 30 т, пролете 6 м и тавровом сечении предусматривают балки высотой 800 мм, шириной 600 мм и толщиной 1200 мм.

Для пролетов 12 м изготовляют балки из бетона классов В50 двутаврового сечения высотой 1200 мм с шириной и толщиной верхней полки 650 и 160 мм соответственно.

Изготовляют подкрановые балки по агрегатно-поточному стендовому способу.

Стропильные и подстропильные фермы предназначены для покрытий зданий пролетом 18 и 24 м. Стропильные фермы бывают двух видов; раскосные сегментные с верхним поясом ломаного очертания и безраскосные с верхним поясом арочного очертания.

Для нижнего пояса всех ферм применяют предварительно напряженную стержневую арматуру классов A-IV и A-V или проволочную (канатную) арматуру. Остальные элементы ферм армируют сварными каркасами из стержневой стали класса А-111. Для изготовления ферм применяют бетон классов В35-50, их изготовляют на стендах или в силовых формах.

Стропильные .и подстропильные балки применяют для покрытий производственных зданий (рис. 10.7) с шагом колонн 6 м пролетами 6,9, 12 и 18 м. Для сетки колонн 18*12 м применяют подстропильные балки длиной 12 м, при пролетах 6 и 9 м балки двускатных покрытий имеют тавровое сечение высотой 400-800 мм и ширину верхних поясов 30 см.

Железобетонные ребристые плиты покрытия промышленных зданий применяют для скатных и плоских кровель. Типовые плиты производят 3*12 м, массой до 7,1 т и 3*6 м, массой до 2,7 т. К этим плитам производят в качестве доборных элементов плиты 1,5*12 и 1,5*6 м. Типовые плиты имеют П-образное сечение.

Все большее распространение получают эффективные плиты на пролет размерами 3*18 и 3*24 м (рис. 10.8, а), причем они могут быть двух типов: сводчатые плиты-оболочки типа КЖ и плиты с малоуклонной плоской полкой типа П (рис. 10.8, б). Плиты КЖС имеют гладкую полку толщиной 30 мм, а продольно ребра - кессоны. В плитах типа П полка имеет ту же толщину 30 мм.

Для многоэтажных производственных зданий номенклатура типовых железобетонных конструкций включает элементы каркаса и перекрытий с балочными и безбалочными перекрытиями.

Рис. 10.8. Предварительно напряженные плиты на пролет размерами 3*18 3*24 м (для плит 3*24 м размеры даны в скобках):

а - типа КЖС; (б - типа П).

Плиты перекрытий изготовляют с продольными и поперечными ребрами высотой 400 мм, шириной 3, 1,5 и 0,7 м из бетона классов В15-В35.

В номенклатуру элементов многоэтажных зданий с балочными перекрытиями входят лестничные марши, балки лестничных клеток, а также балки для специального назначения (установки технологического оборудования).

Безбалочные перекрытия применяют в многоэтажных производственных зданиях, где необходимы гладкие потолки. Каркасы таких зданий состоят из колонн, консолей, надколонных и пролетных плит и пролетных плит, опертых по контуру. Колонны имеют квадратное сечение 400*400, 500*500 и 600*600 мм, для опирания на колоннах устраивают четырехсторонние консоли. Длина колонн зависит от высоты этажа и бывает 3,8-7,63 м.

Консоли изготовляют двух типов: средние и крайние. Размер средних в плане 2,7*2,7 м, крайних - 1,95*1,95. Напольные и пролетные плоские плиты предусматривают толщиной 150-180 мм из бетона классов В25-В40, а консоли - из бетона классов В15-В25.

Изделия для сооружений.

Изделия для транспортного строительства следующие: 1 ) мостовые конструкции - пролетные строения предварительно напряженные из бетона класса не ниже В30, стойки опор мостов из бетона класса не ниже В25, морозостойкость бетона не менее F200; 2) плиты покрытий дорог и аэродромов изготовляют из бетона класса В30, аэродромные плиты предварительно напряженными, морозостойкостью не менее - F100-F150 в зависимости от климатических условий; 3) шпалы и опоры контактной сети электрифицированных железных дорог, специфические изделия железнодорожного строительства. Опоры представляют собой вертикальную стойку высотой 10-15 м, к которой крепится консоль, служащая подвеской для провода. Класс бетона опор не менее В30, морозостойкость F100-F200 в зависимости от климатических условий. Для повышения долговечности и жесткости опоры изготовляют предварительно напряженными.

Изделия гидротехнического строительства - балки и балочные плиты перекрытий пролетом более 6 м между бычками и образования водосливных поверхностей плотин, для шпунта свай, балок эстакад морских портов, фундаментные плиты, подпорные элементы речных набережных - изготовляют из бетона класса В25 и более.

К бетону для гидротехнических сооружений предъявляются повышенные требования по морозостойкости, водонепроницаемости и водостойкости, а к изделиям, подвергающимся воздействию потоков с большими скоростями - износостойкости.

Изделия сельскохозяйственного строительства и общего назначения. Из сборных железобетонных конструкций и деталей в сельских местностях возводят жилые дома, здания машин тракторных станций, животноводческие фермы, силосные сооружения, склады, теплицы и другие постройки сельскохозяйственного назначения. Изделия для сельскохозяйственных сооружений изготовляют из бетона класса не ниже В15; изделия для силосных траншей, ям и башен должны иметь защитный слой от действия органических кислот.

Сборные железобетонные конструкции и детали для сельского строительства не отличаются от применяемых в граждане и промышленном строительстве, но некоторые сооружения, например силосные башни и бункера элеваторов, выполняются из деталей несколько другой конструкции.

К изделиям общего назначения относят трубы, заборы, стойки под светильники. Последние представляют собой изделия, аналогичные по конструкции рассмотренным выше опорам для подвески проводов.

Трубы железобетонные по своему назначению делят безнапорные и напорные, предназначенные выдерживать определенное гидростатическое давление. Безнапорные трубы применяют для устройства канализационных наружных сетей и напорных трубопроводов. Изготовляют их центрифугированием, вибрированием или прессованием. Диаметр труб достигает 1200 мм и более. К бетону для безнапорных труб предъявляют особые требования в отношении водонепроницаемости и коррозионной стойкости под действием сточных вод.

В железобетонных трубах с обычным армированием невозможно создать достаточное гидростатическое давление по той причине, что в бетоне стенок труб при этом появляются мельчайшие трещины и труба начинает течь. От образования микротрещин предохраняет предварительное напряжение арматуры. Применение предварительного напряжения арматуры дает возможность устраивать напорные водоводы из железобетонных труб, что позволяет в 5-10 раз уменьшить расход металла и в 1,5-2 раза снизить стоимость водоводов.

3. Арматура и арматурные работы

В заводском производстве на долю арматуры приходится около 20% себестоимости железобетонных изделий, поэтому вопросы организации арматурных работ на заводах сборного железобетона являются важнейшими и в техническом, и в экономическом отношениях.

Различают армирование железобетонных изделий ненапряженное (обыкновенное) и предварительно напряженное. Операции армирования и виды арматуры, применяемые при каждом из этих способов армирования, имеют ряд принципиальных отличий.

Ненапряженное армирование осуществляется с помощью плоских сеток и пространственных (объемных) каркасов, изготовленных из стальных стержней различного диаметра, сваренных между собой в местах пересечений. В железобетоне различают арматуру несущую (основную) и монтажную (вспомогательную). Несущая арматура располагается в местах изделия, в которых под нагрузкой возникают растягивающие напряжения; арматура воспринимает их. Монтажная арматура располагается в сжатых или ненапряженных участках изделия. Кроме этих видов арматуры применяют петли и крюки, необходимые при погрузочных работах, а также закладные части, крепления и связи сборных элементов между собой.

Напряженное армирование - создание в бетоне по всему сечению или только в зоне растягивающих напряжений предварительного обжатия, величина которого превышает напряжение растяжения, возникающее в бетоне при эксплуатации. Обычно предварительное обжатие бетона 5-6 МПа, а при изготовлении железобетонных напорных труб 10-12 МПа. Обжатие бетона, как отмечалось выше, осуществляют силами упругого последействия натянутой арматуры. Это достигается силами сцепления арматуры с бетоном или с помощью анкерных устройств.

Для обеспечения обжатия бетона применяемая арматурная сталь должна находиться в пределах упругих деформаций и не превышать 85-90% от предела текучести стали, а для углеродистых сталей, не имеющих четко выраженного предела текучести, - 65-70% от предела прочности на разрыв.

При изготовлении предварительно напряженных изделий пользуются одноосным обжатием бетона отдельными стержнями или пучками проволок, располагаемых в изделии вдоль его продольной оси, и объемным обжатием путем навивки напряженной проволоки в двух или нескольких направлениях. Можно навивать проволоку и на готовое изделие с последующей защитой арматуры слоем бетона.

Формование железобетонных изделий

Задача технологического комплекса формования изделий состоит в получении плотных изделий заданных формы и размеров, что обеспечивается применением соответствующих форм, а их высокая плотность достигается уплотнением бетонной смеси. Комплекс технологических операций процесса формования может быть условно разделен на две группы: первая включает операции по изготовлению и подготовке форм (очистке, смазке, сборке), вторая - уплотнение бетона изделий и получение их заданной формы. Не менее важны при этом и транспортные операции, стоимость которых в общих затратах может достигать 10...15%, а в отдельных случаях технико-экономический анализ возникающих при данной технологической схеме формования транспортных операций определяет организацию технологического процесса в целом. Наиболее характерным в данном случае является изготовление крупноразмерных особо тяжелых изделий - балок, ферм, пролетных строений мостов, когда по причине значительных затрат на их перемещение изготовление таких изделий организуют на одном месте, т. е. применяют стендовую схему организации процесса.

Рис. 11.7. Протяжной стенд для изготовления предварительно напряженных струнобетонных балок:

1 - бухтодержатель с проволокой; 2 - установка для натяжения арматуры; 3 - натяжное устройство; 4 - тележка для передачи арматуры; 5 - бетоноукладчик; 6 - траверсная тележка

4. Технология изготовления сборных железобетонных изделий и конструкций

В общем технологическом комплексе изготовления железобетонных изделий операции формования и ускоренного твердения бетона занимают определяющее место. Все другие операции - приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры - являются в какой-то степени подготовительными.

Технологический процесс производства сборных бетонных и железобетонных изделий состоит из ряда самостоятельных операций, объединяемых в отдельные процессы. Операции условно разделяют на основные, вспомогательные и транспортные.

К основным операциям относят приготовление бетонной смеси, включая подготовку составляющих материалов; изготовление арматурных элементов и каркасов; формирование изделий, куда входит их армирование; тепловую обработку отформованных изделий, освобождение готовых изделий от форм и подготовка форм к очередному циклу; отделка и обработка лицевой поверхности некоторых видов изделий и т. п.

Кроме основных технологических операций на каждом этапе производят вспомогательные операции: получение и подачу пара и воды, сжатого воздуха, электроэнергии, складирование сырьевых материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, пооперационный контроль и контроль качества готовой продукции и др., необходимые для выполнения основных операций.

К транспортным относят операции по перемещению материалов, полуфабрикатов и изделий без изменения их состояния формы.

Оборудование, используемое для выполнения соответствующих операций, называют соответственно основным (технологическим), вспомогательным и транспортным.

Основное и транспортное оборудование, предназначенное для выполнения операций в определенной последовательности, называют технологической линией.

На заводах сборного железобетона приняты поточные методы организации технологического процесса, сущность которых состоит в том, что весь процесс расчленяется на отдельные операции, которые выполняются в строгой последовательности на определенных рабочих местах, оснащенных специализированным оборудованием.

В промышленности сборного железобетона наиболее распространены два основных метода организации производства: в перемещаемых и неперемещаемых формах. Они отличаются условиями перемещения форм, изделий, машин и рабочих.

Выполнение комплекса основных технологических операций изготовлению сборного железобетона осуществляется по тр<

принципиальным схемам: стендовой, поточно-агрегатной и конвейерной.

При изготовлении изделий в неперемещаемых формах все технологические операции, от подготовки форм до распалубки готовых отвердевших изделий, осуществляются на одном месте. К этому способу относится формование изделий на плоских стендах или матрицах, в кассетах.

При изготовлении изделий в перемещаемых формах отдельные технологические операции формования или отдельный комплекс их производятся на специализированных постах. Форма, а затем изделие вместе с формой перемещаются от поста к посту по мере выполнения отдельных операций. В зависимости от степени расчлененности общего технологического процесса формования по отдельным постам различают конвейерный, имеющий наибольшую расчлененность, и поточно-агрегатный способы. Последний отличается тем, что ряд операций - укладка арматуры и бетонной смеси, уплотнение - выполняются на одном посту, т. е. с агрегированы между собой. При конвейерном способе большинство операций выполняется на соответствующих постах, образующих в совокупности технологическую линию.

Как видно из приведенных данных, при стендовой технологии имеют место большие затраты труда, но минимальные удельные капиталовложения. Для конвейерной технологии при меньшей трудоемкости удельные капиталовложения максимальны, а для агрегатной технологии сочетаются относительно небольшие затраты труда со сравнительно низкими удельными капитальными вложениями.

При выборе технологической схемы производства цеха формования и пропаривания необходимо учитывать номенклатуру выпускаемых изделий и объемы производства, определяемые рациональным радиусом перевозки готовой продукции.

Способы уплотнения бетонной смеси

Одно из важнейших свойств бетонной смеси - способность пластически растекаться под действием собственной массы или приложенной к ней нагрузки. Это и определяет сравнительную легкость изготовления из бетонной смеси изделий самого разнообразного профиля и возможность применения для ее уплотнения различных способов. При этом способ уплотнения и свойства смеси (ее подвижность или текучесть) находятся в тесной связи. Так, жесткие не текучие смеси требуют энергичного уплотнения, и при формовании из них изделий следует применять интенсивную вибрацию или вибрацию с дополнительным прессованием (пригрузом). Возможны также и другие способы уплотнения жестких смесей - трамбование, прессование, прокат.

Подвижные смеси легко и эффективно уплотняются вибрацией. Применение же сжимающих (прессующих) видов уплотнения - прессования, проката, а также и трамбования - для таких смесей непригодно. Под действием значительных прессующих усилий или часто повторяющихся ударов трамбовки смесь будет легко вытекать из-под штампа или разбрызгиваться трамбовкой.

Литые смеси способны уплотняться под действием собственной массы. Для повышения эффекта уплотнения их иногда подвергают кратковременной вибрации.

Рассмотрим кратко сущность приведенных выше спое уплотнения бетонных смесей.

Вибрирование - уплотнение бетонной смеси в результате подачи ей часто повторяющихся вынужденных колебаний. В каждый момент встряхивания частицы бетонной смеси находятся как бы в подвешенном состоянии и нарушается связь их с другими частицами. При последующем действии силы толчка частицы под собственной массы падают и занимают при этом более выгодное положение.

Второй причиной уплотнения бетонной смеси при вибрировании является свойство переходить во временно текучее состояние действием приложенных к ней внешних сил, которое называется тиксотропностью. Будучи в жидком состоянии, бетонная смесь при вибрировании начинает растекаться, приобретая конфигурацию формы.

Высокая степень уплотнения бетонной смеси вибрированием достигается применением оборудования незначительной мощности. Например, бетонные массивы емкостью несколько кубометров уплотняют вибраторами с мощностью привода всего 1-1,5 кВт.

На качество виброуплотнения оказывают влияние не только параметры работы вибромеханизма (частота и амплитуда), но также продолжительность вибрирования. Для каждой бетонной смеси в зависимости от ее подвижности существует своя оптимальная продолжительность виброуплотнения, до которой смесь уплотняется эффективно, а сверх которой затраты энергии возрастают в значительно большей степени, чем происходит уплотнение смеси. Дальнейшее уплотнение вообще не дает прироста плотности.

Естественно, что продолжительное вибрирование невыгодной в экономическом отношении: возрастают затраты электроэнергии и трудоемкость, снижается производительность формовочной линии.

Виброуплотнение бетонной смеси производят переносными и стационарными вибромеханизмами. Применение переносных вибромеханизмов в технологии сборного железобетона ограничено. Их используют в основном при формовании крупноразмерных массивных изделий на стендах. В технологии сборного железобетона на заводах, работающих по поточно-агрегатной и конвейерной схемам, применяют виброплощадки. Виброплощадки отличаются большим разнообразием типов и конструкций вибраторов - электромеханические, электромагнитные, пневматические; характером колебаний - гармонические, ударные, комбинированные; формой колебаний - круговой направленные - вертикальные, горизонтальные; конструктивными схемами стола - со сплошной верхней рамой, образующей стол с одним или двумя вибрационными валами, и собранные отдельных виброблоков, в целом представляющих общую вибрационную плоскость, на которой располагается форма с бетонной смесью.

Центрифугирование - уплотнение бетонной смеси в результате действия центробежных сил, возникающих в ней при вращении. Для этой цели применяют центрифуги (рис. 11.2), представляющие собой форму трубчатого сечения, которой в процессе уплотнения сообщается вращение до 600-1000 мин. Загруженная в форму бетонная смесь (обязательно подвижной консистенции) под действием центробежных сил, развивающихся при вращении, прижимается к внутренней поверхности формы и уплотняется при этом. В результате различной плотности твердых компонентов бетонной смеси и воды из бетонной смеси удаляется до 20-30% воды, что способствует получению бетона высокой плотности.

Рис. 11.2. Центрифуга для изготовления труб:

1 - опорные ролики; 2- форма

Способ центрифугирования сравнительно легко позволяет получать изделия из бетона высокой плотности, прочности (40-60 МПа) и долговечности. При этом для получения бетонной смеси высокой связности требуется большое количество цемента (400-450 кг/м³), иначе произойдет расслоение смеси под действием центробежных сил на мелкие и крупные зерна, так как последние с большой силой будут стремиться прижаться к поверхности формы. Способом центрифугирования формуют трубы, опоры линий электропередач, стойки под светильники.

При вакуумировании в бетонной смеси создается разрежение до 0,07-0,08 МПа и воздух, вовлеченный при ее приготовлении и укладке в форму, а также немного воды удаляется из бетонной смеси под действием этого разрежения: освободившиеся при этом места занимают твердые частицы и бетонная смесь приобретает повышенную плотность. Кроме того, наличие вакуума вызывает прессующее действие на бетонную смесь атмосферного давления, равного величине вакуума. Это также способствует уплотнению бетонной смеси. Вакуумирование сочетается, как правило, с вибрированием. В процессе вибрирования бетонной смеси, подвергнутой вакуумированию, происходит интенсивное заполнение твердыми компонентами пор, образовавшихся при вакуумировании на месте воздушных пузырьков и воды. Однако вакуумирование в техническом отношении имеет важный технико-экономический недостаток, а именно: большую продолжительность процесса - 1-2 мин на каждый 1 см толщины изделия в зависимости от свойств бетонной смеси и величины сечения. Толщина слоя, которая может быть подвергнута вакуумированию, не превышает 12-15 см. Вследствие этого вакуумированию подвергают преимущественно массивные конструкции для придания поверхностному слою их особо высокой плотности В технологии сборного железобетона вакуумирование практически не находит применения.

Твердение железобетонных изделий

Твердение отформованных изделий - заключительная операция технологии изготовления железобетона, в процессе которой изделия приобретают требуемую прочность. Отпускная прочность может быть равна классу бетона или меньше его. Так, прочность бетона изделий при отгрузке потребителю должна быть не менее 70% проектной (28-суточной) прочности для изделий из бетона на портландцементе или его разновидностях и 100% - для изделий из силикатного (известково-песчаного) или ячеистого бетона. Однако для железнодорожных шпал отпускная прочность должна превышать 70% и для пролетных строений мостов - 80% от класса. При этом имеется в виду, что недостающую до проектной прочность изделия наберут в процессе их транспортирования и монтажа и к моменту загружения эксплуатационной нагрузкой прочность их будет не ниже проектной.

В зависимости от температуры среды различают следующие три принципиально отличающихся режима твердения изделий: нормальный при температуре 15-20°С; тепловлажностная обработка при температуре до 100°С и нормальном давлении; автоклавная обработка - пропаривание при повышенном давлении (0,8-1,5 МПа) и температуре 174-200°С. Независимо от режима твердения относительная влажность среды должна быть близкой к 100%. Иначе будет происходить высушивание изделий, что приведет к замедлению или прекращению роста их прочности, так как твердение бетона есть в первую очередь гидратация цемента, т. е. взаимодействие цемента с водой.

Нормальные условия твердения достигаются в естественных условиях без затрат тепла. Это важнейшее технико-экономическое преимущество указанного способа твердения, отличающегося простотой в организации и минимальными капитальными затратами. В то же время экономически оправдан он может быть только в исключительных случаях. В естественных условиях изделия достигают отпускной 70%-ной прочности в течение 7-10 сут, тогда как при искусственном твердении - пропаривании или автоклавной обработке- эта прочность достигается за 10-16 ч. Соответственно при этом снижается потребность в производственных площадях, объеме парка форм, сокращается продолжительность оборачиваемости средств. Это и является причиной применения на большинстве заводов искусственного твердения. В то же время стремление отказаться от последнего является актуальной проблемой современной технологии бетона. Уже имеются бетоны, которые в течение одних суток при нормальных условиях твердения приобретают до 40-50% проектной прочности. Это достигается применением высокопрочных быстротвердеющих цементов, жестких бетонных смесей, интенсивного уплотнения вибрацией с дополнительным пригрузом, применением добавок - суперпластификаторов, ускорителей твердения, виброактивизации бетонной смеси перед формованием, применением горячих бетонных смесей. Дальнейшее развитие работ в этом направлении позволит, по-видимому, в ближайшие годы отказаться в ряде случаев от искусственного твердения.

Тепловлажностная обработка при нормальном давлении может осуществляться несколькими способами: пропариванием в камерах; электроподогревом; контактным обогревом; обогревом лучистой энергией; тепловой обработкой изделий в газовоздушной среде; горячим формованием. Среди приведенного разнообразия технико-экономическое преимущество пока остается за пропариванием в камерах периодического и непрерывного действия, а также в среде продуктов сгорания природного газа.

В камеры непрерывного действия загружают свежесформованные изделия на вагонетках, а с противоположного конца туннеля камеры непрерывно выходят вагонетки с отвердевшими изделиями. В процессе твердения изделия проходят зоны подогрева, изотермического прогрева (с постоянной максимальной температурой пропаривания) и охлаждения. В принципе камеры непрерывного действия, как и вообще всякое непрерывно действующее оборудование, обеспечивают наиболее высокий съем продукции с единицы объема камеры. Однако необходимость применения вагонеток и механизмов для перемещения изделий, а также ряд конструктивных сложностей туннельных камер не позволяет широко применять этот вид пропарочных камер. Используют их только при конвейерном способе производства.

Перспективными являются вертикальные камеры непрерывного действия.

Среди камер периодического действия основное применение находят камеры ямного типа, имеющие глубину 2 м и на 0,5-0,7 м выступающие над уровнем пола цеха. Размер камеры в плане соответствует размеру изделий или кратен им. Наиболее целесообразным является размер камеры, соответствующий размеру одного изделия в плане. В этом случае загрузочная емкость камеры и непроизводительный простой камеры под загрузкой будут минимальными. Однако при этом возрастает потребность в количестве камер.

В первую очередь на режим твердения оказывает влияние вид цемента. Применение быстротвердеющих цементов (алитовых и алитоалюминатных портландцементов) позволяет до 2 раз сократить продолжительность изотермической выдержки. Кроме того, оптимальная температура прогрева изделий на этих цементах 70-80°С существенно сокращает время, потребное на нагрев и охлаждение изделий. Общая продолжительность тепловлажностной обработки изделий на алитовых и алитоалюминатных, быстротвердеющих портландцементах снижается до 6-8 ч. За этот период получают изделия с прочностью бетона, равной 70-80% от проектной.

Медленнотвердеющие цементы (пуццолановые и шлакопортландцементы) требуют более продолжительной изотермической выдержки (до 10-14 ч) и более высокой температуры изотермического прогрева (до 95-100°С). Таким образом, общая продолжительность пропаривания бетонных изделий, приготовленных на пуццолановых или шлакопортландцементах, составляет 16-20 ч.

Применение жестких бетонных смесей, имеющих низкое начальное водосодержание, позволяет на 15-20% уменьшить продолжительность пропаривания. Если учесть, что дополнительные затраты энергии и труда на формование жестких смесей не превышают 10-15% и компенсируются снижением расхода цемента при этом, то экономическая целесообразность применения жестких смесей становится очевидной и в данном случае.

Изделия из легких бетонов, как например, медленно прогревающиеся в силу их повышенных теплоизоляционных качеств, требуют и более продолжительного режима тепловлажностной обработки.

Способ формования предварительно подогретой до 75-85°С бетонной смеси получил название “горячего формования”, при котором изделия поступают в камеру в подогретом виде и не требуют, таким образом, времени на их подогрев до максимальной температуры пропаривания. Этот способ предусматривает отказ от пропаривания. Свежесформованные горячие изделия укрывают (способ термоса) и оставляют на 4-6 ч, в течение которых бетон набирает необходимую прочность. Подогрев бетонной смеси производят электрическим током в течение 8-12 мин.

Электропрогрев изделий по своим техническим свойствам и санитарно-гигиеническим условиям производства имеет несравнимое преимущество перед всеми другими способами. Тормозят его развитие недостаток и все еще высокая стоимость электроэнергии. Расход электроэнергии при электротермической обработке бетона в среднем составляет 80-100 кВт-ч на 1 м³ изделий. Электропрогрев изделий достигается путем прохождения переменного тока через бетон. Последний, обладая электрическим сопротивлением большим, чем подводящие к нему ток электроды, разогревается в результате преобразования электрической энергии в тепловую.

Электропрогреву в открытых формах подвергают изделия массивные, так как тонкостенные изделия при этом способе могут пересыхать, поэтому их целесообразно прогревать электрическим током в кассетах. Напряжение тока в начале электропрогрева принимают равным 65-90 В, а в конце - до 150-220 В. По мере отвердения электропроводность бетона понижается и для прохождения через него электрического тока требуется большое напряжение.

Контактный обогрев изделий достигается путем непосредственного их контакта с нагревательными приборами, например обогреваемыми стенками формы, основанием стенда. При этом изделие плотно укрывают, чтобы предупредить потери испаряющейся из него влаги в окружающую среду. Необходимая влажность вокруг изделия достигается за счет избыточной воды, т. е. сверх потребной на твердение цемента, которая вводится для получения удобоукладываемой смеси.

В качестве теплоносителя применяют острый пар, горячую воду, нагретое масло. Наиболее эффективно использование контактного обогрева тонкостенных изделий при достаточной их герметизации. Это наблюдается, например, в кассетах, в которых изделие заключено в узких, но глубоких отсеках. В этом случае возможен очень быстрый подъем температуры до максимальной (за 15-30 мин) без нарушения структуры бетона. Кроме того, образуется насыщенная паровая среда с несколько большим, чем атмосферное, давление пара, что благоприятно сказывается на процессах твердения бетона.

Температурная обработка в термобассейнах применяется в том случае, когда требуется получить изделие высокой плотности и водонепроницаемости (трубы, кровельные материалы). Твердение в горячей воде - наиболее благоприятный в этом отношении режим. Предварительно отвердевшие изделия помещают в бассейн с горячей водой и выдерживают в нем до приобретения необходимой прочности. Этот способ имеет хорошие технико-экономические показатели - низкий расход тепла обеспечивает наиболее благоприятные условия твердеющему бетону, но необходимость последующей сушки изделий является причиной практического отказа от обработки изделий в термобассейнах.

Автоклавная обработка. Скорость большинства химических реакций, в том числе и взаимодействие цемента с водой, обеспечивающая твердение бетона, возрастает с повышением температуры, и тем она больше, чем выше температура. Кроме того, для твердения бетона необходима влажная среда. Сочетание этих двух факторов успешно достигается при обработке изделий паром высокого давления. С повышением давления соответственно возрастает температура насыщенного пара; при 100%-ной относительной влажности среды температуру выше 100°С получить нельзя. Сверх этой температуры относительная влажность среды будет меньше 100%, и помещенные в нее бетонные изделия начнут высыхать.

Наиболее распространенный режим автоклавной обработки: давление пара 0,8-1,5 МПа, температура насыщенного пара 170-200°С. При таком режиме получают изделия с проектной прочностью бетона в течение 8-10 ч, что дает большой технико-экономический эффект.

Важным достоинством автоклавной обработки бетона является следующее: при высокотемпературных условиях песок, будучи инертным при нормальной температуре и пропаривании, становится активным, энергично взаимодействует с известью и обеспечивает получение бетона прочностью 20 МПа и более. Это позволяет широко использовать дешевые бесцементные известково-песчаные бетоны для изготовления способом автоклавной обработки прочных, водостойких и долговечных изделий.

При использовании портландцементов обычно применяют медленно твердеющие цементы. Их преимущество в данном случае не только в несколько пониженной стоимости, но и в большом приросте прочности, получаемом при автоклавной обработке по сравнению с другими видами портландцементов. Кроме того, в автоклавных портландцементных бетонах часть цемента (до 30-40%) может быть успешно заменена молотым песком. При этом прочность бетона не только не снижается, но даже наблюдается улучшение физико-механических свойств бетона, что имеет большую технико-экономическую значимость.

Широко применяются автоклавы при производстве изделий из ячеистых бетонов.

6. Правила приемки, перевозки и хранения железобетонных изделий

Приемка железобетонных изделий осуществляется партиями, которые состоят из однотипных изделий, изготовленных по одной технологии в течение не более 10 дней. В зависимости от объема изделий количество их в партии устанавливают техническими условиями и не должно превышать следующих величин:

Объем изделий, м3	До 0,1	0,1-0,3	0,3-1,0	1,0-2,0	Свыше 2,0
Изделий в партии, шт.	1000	700	300	150	100

В процессе приемки наружным осмотром проверяют внешний вид изделий, отмечают наличие трещин, раковин и других дефектов. Затем с помощью измерительных линеек и шаблонов проверяют правильность формы и габаритные размеры изделий. Если при контрольных замерах изделия будут выявлены отклонения по длине или ширине, превышающие допускаемые, то изделие бракуют.

При приемке изделий определяют и прочность бетона, которую устанавливают по результатам испытания контрольных образцов и путем испытания готовых изделий. Контрольные образцы с ребром 10, 15 и 20 см изготовляют в металлических разъемных формах в количестве не менее 3 шт. и не реже одного раза в смену, а также для каждого нового состава бетонной смеси. Уплотнение бетонной смеси в образцах осуществляют на стандартной виброплощадке с амплитудой 0,35 мм и частотой вращения 3000 кол/мин.

Образцы должны твердеть в одинаковых условиях с изделиями. Предел прочности бетона определяют путем испытания образцов на гидравлических прессах и вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытания трех образцов.

Испытание готовых железобетонных изделий на прочность, жесткость и трещиностойкость производят согласно ГОСТа. Отбор изделий для испытаний производят в количестве 1 % от каждой партии, но не менее 2 шт., если в партии менее 200 изделий. Испытание производят на специальных испытательных стендах, нагружая конструкцию гидродомкратами, штучными грузами или рычажными приспособлениями. Критерием прочности служит нагрузка, при которой изделие теряет свою несущую способность (разрушается).

В последнее время для определения прочности бетона в конструкциях пользуются методами, неразрушающими изделия, физическими и механическими. К физическим методам относятся ультразвуковые и радиометрические. Механические методы основаны на определении величины упругой или пластической деформации. В первом случае прочность бетона оценивают по величине упругого отскока бойка от поверхности бетона; во втором прочность бетона характеризуется величиной отпечатка наконечника на поверхности бетона. Приборы этой группы получили широкое применение в строительстве.

7. Управление качеством сборного и монолитного железобетона

Для мелкосерийного производства железобетонных изделий на заводах малой и средней мощности наиболее выгодным оказывается поточно-агрегатный способ производства. При несложном технологическом оборудовании, небольших производственных площадях и небольших затратах на строительство агрегатный способ дает возможность получить высокий съем готовой продукции с 1 м³ производственной площади цеха. Этот метод позволяет также оперативно осуществлять переналадку оборудования и переходить к формованию от одного вида изделий к другому без существенных затрат. Производительность формовочного агрегата зависит от вида и размеров формуемых изделий и будет изменяться при переходе от одного вида изделий к другому. Это вызвано изменением продолжительности цикла формования изделий, который может колебаться в большом диапазоне (5-30 мин). Поточно-агрегатный способ наиболее распространен в современной технологии сборного железобетона.

По капитальным затратам преимущество остается за стендовым способом при формовании изделий на горизонтальных стендах. Простота оборудования, незначительная его энергоемкость, возможность легко перейти на выпуск изделий самых разнообразных типоразмеров, минимум транспортных операций - основные достоинства этого способа организации формования. Однако при горизонтальном формовании изделий на стендах оказывается значительной потребность в производственных площадях. Низкий уровень механизации влечет высокую трудоемкость, в 2-3 раза превышающую, например, трудоемкость изготовления изделий по поточно-агрегатной технологии. Применение маломощных переносных вибраторов возможно для уплотнения бетонной смеси с высокой подвижностью, что вызывает перерасход цемента.

Все эти факторы исключили целесообразность организации производства изделий массового выпуска (плит и панелей перекрытий, панелей и блоков стен, фундаментных блоков и плит) по стендовой технологии. Однако при небольшом среднегодовом объеме таких изделий стендовый способ может оказаться наиболее рациональным. Целесообразен он и при организации производства железобетонных изделий на временных полигонных установках.

Рациональность применения стендового способа возрастает с увеличением массы и размера изделий, перемещение которых по отдельным технологическим постам влечет большие затраты или практически трудноосуществимо. Это относится к фермам и балкам длиной 18 м и более, пролетным строениям мостов массой до 100 т и более, аркам и другим уникальным элементам сборного железобетона значительной массы, что определяет технико-экономические преимущества стендового способа при изготовлении указанных видов изделий. Стендовую технологию наиболее широко применяют на открытых полигонах мощностью до 10-15 тыс м³/год.

При стендовом методе производства оборудование может быть легко демонтировано и так же легко собрано на любом участке строительства. Производительность стенда зависит от продолжительности выдерживания на нем изделия. В зависимости от вида изделий время, необходимое для выдерживания изделий на стенде, колеблется от 20 ч до 5 сут.

Конвейерный метод производства железобетонных изделий позволяет добиться комплексной механизации и автоматизации технологических процессов изготовления изделий. Организация производства по конвейерному методу обеспечивает значительное повышение производительности труда и увеличение выпуска готовой продукции при наиболее полном и эффективном использовании технологического оборудования. Однако конвейерная технология требует больших капитальных вложений. Применение этого метода рационально на заводах, выпускающих в массовом порядке изделия по ограниченной номенклатуре с минимальным количеством типоразмеров.

Кассетный способ применяют при изготовлении тонких и плоских изделий значительной площади (перегородок стен, панелей перекрытий). Удельная потребность в площадях производственного цеха при кассетном способе (в вертикальном положении) самая минимальная - в одном месте одновременно формуется до 12 изделий площадью до 12 м³ каждая. Отсутствие виброплощадок и камер пропаривания является важным достоинством кассетного способа. И все же он имеет весьма существенные недостатки. Эффективно уплотнить в кассете, имеющей глубокие отсеки, можно только смесь, достаточно подвижную, а это достигается при получении бетона заданной прочности с повышенным расходом цемента. Ограниченность номенклатуры - также недостаток кассетного способа. В кассетах многосекционной конструкции могут изготовляться только плоские изделия сплошного сечения. Технологическая схема и организация формования изделий определяются многими факторами, ведущими среди которых являются производственная мощность предприятия, вид и размеры изделий, техническая возможность и экономическая целесообразность механизации и автоматизации процессов, характер применяемых бетонных смесей при том или ином способе. Правильная оценка перечисленных факторов определяет в конечном счете рациональную технологию, наиболее выгодную для конкретных условий.

Важнейшая задача развития промышленности сборного железобетона на современном этапе - это повышение уровня концентрации его производства, рост технической оснащенность предприятий. Характерно, что наряду с наличием значительного количества высокомеханизированных и рентабельных предприятий в промышленности сборного железобетона существует большая группа мелких цехов и заводов, выпускающих продукцию с большими затратами и, как правило, недостаточно высокою качества. На долю мелких предприятий со среднегодовой мощностью около 10 тыс. м³ приходится около 1/3 всех предприятий и более 1/5 продукции. Поэтому генеральной линией развития промышленности сборного железобетона является повышение уровня концентрации и специализации производства.

Использование действующих производственных мощностей в промышленности сборного железобетона недостаточно. Важными условиями лучшего использования основных производственных фондов являются ускорение освоения проектных производственных мощностей на основе опыта передовых предприятий по реализации резервов роста производства, увеличение объемов продукции с действующих мощностей на основе интенсификации производства и улучшение эксплуатации оборудования.

Необходимо всемерно улучшить использование оборудования, что является важнейшим резервом роста фондоотдачи и повышения рентабельности в промышленности.

Анализ данных табл. 11.3 показывает, что технологическое оборудование на ряде заводов сборного железобетона используется в 1,5-2 раза ниже норм технологического проектирования. На предприятиях сборного железобетона оборачиваемость ямных камер в среднем однократная в сутки, а на лучших предприятиях достигнута - почти двукратная. Цикл формования изделий составляет в среднем 20-25 мин, на передовых заводах - 9-11 мин (табл. 11.3).

Таблица 11.3. Показатели использования основного технологического оборудования промышленности сборного железобетона

Наименование показателей	Средние показатели	Уровень, достигнутый
	по промышленности	передовыми заводами
Количество оборотов камер, об/сут	1	1,7-1,9
Продолжительность оборота кассет, ч	21,8	12-14
Цикл формования настилов на поточ-
но-агрегатных линиях, мин	20-25	9-11

Наряду с ростом часовой производительности оборудования большие резервы заключены также в повышении коэффициента сменности и сокращении внутрисменных простоев в отраслях с прерывным производством.

Важным направлением технического прогресса в промышленности строительных материалов является применение электроэнергии на технологические цели. При производстве сборных железобетонных изделий простой формы (фундаментных блоков, колонн и балок прямоугольного сечения, однослойных стеновых панелей, плоских плит покрытий и перекрытий) экономический эффект достигается в результате электропрогрева, благодаря которому расход тепла по сравнению с пропариванием сокращается в 2-4 раза. Имеется большая возможность автоматизации процесса контроля и управления на участке тепловлажностной обработки и улучшения условий труда. Устранение необходимости в сооружении котельных, теплосетей и пропарочных камер приводит к существенной экономии капитальных затрат.

Стоимость электроэнергии для прогрева 1 м³ бетонных и железобетонных изделий ниже стоимости пара, необходимого для пропаривания этих изделий.

Таким образом, основные пути снижения себестоимости предприятий сборного железобетона - это улучшение использования производственных мощностей, внедрение новой техники и технологии, улучшение организации труда, унификация конструкций, рост уровня специализации и концентрации производства, применение высокомарочных цементов, термически упрочненных сталей, совершенствование тепловлажностной обработки изделий, налаживание работы арматурных цехов, повышение уровня комплексной механизации производства, повышение качества нерудных строительных материалов.

Большие резервы увеличения эффективности производства сборного железобетона заключены в повышении уровня его концентрации и специализации, развитии реконструкции.

Расчеты эффективности предприятий сборного железобетона для жилищного строительства в зависимости от расстояния доставки изделий по суммарным приведенным затратам показали, что обусловленное ростом концентрации производства увеличение затрат на перевозку конструкций для крупнопанельного домостроения автотранспортом до 100 км полностью перекрывается экономией приведенных затрат на крупных предприятиях.

Рост средней мощности предприятий сборного железобетона для промышленного строительства во многом зависит от повышения уровня унификации конструкции и роста уровня сборности в промышленном строительстве в связи с увеличением объемов применения сборного железобетона. В качестве массовых типов заводов для промышленного строительства в ближайшей перспективе приняты предприятия со среднегодовой мощностью 100 и 200 тыс. м³ причем для каждого конкретного района сочетание вновь строящихся заводов, различных по мощности, устанавливается на основе специального экономического расчета. Повышение степени концентрации производства сборного железобетона является в целом одним из важнейших условий снижения себестоимости продукции и удельных капитальных вложений.

Реальным путем повышения эффективности и снижения удельных капитальных вложений в промышленности сборного железобетона является увеличение удельного веса рациональных типов реконструкции и расширения предприятий в достижении общего прироста мощности в ближайшей перспективе.

Таким образом, осуществление в целесообразных случаях реконструкции и расширения действующих предприятий обеспечивает экономию капитальных вложений по сравнению с вариантом нового строительства 38-45%. В ближайшей перспективе целесообразно определение структуры прироста мощностей за счет реконструкции и расширения предприятий как наиболее экономичных направлений использования капитальных вложений.

11. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

1. Строение дерева

В любом дереве различают следующие основные части: крону (ветви с листьями), ствол и корни. Каждая из них выполняет определенные функции, необходимые для жизни дерева.

Главную часть дерева и его основную массу (50-90% объема) составляет ствол, из которого получают все виды древесных строительных материалов. На основе изучения строения древесины можно определить породу дерева, его возраст, условия произрастания, прогнозировать физико-механические и другие свойства.

Макроструктура - это строение древесины, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении. Макроструктуру изучают на трех разрезах ствола: поперечном (торцовом) - перпендикулярно оси ствола; радиальном продольном (по диаметру или радиусу) -разрез проходит вдоль ствола через центр; тангенциальном - разрез проходит вдоль ствола на некотором расстоянии от центра (по хорде).

На поперечном (торцовом) разрезе ствола дерева достаточно четко различают кору, луб, камбий, заболонь, ядро, сердцевину, годичные кольца.

Кора - защищает дерево от механических повреждений, состоит из наружного слоя (корки пробковый слой) и внутреннего (луб ). Кора занимает 6-25% объема дерева.

Луб - тонкий внутренний слой коры, предназначен для передачи питательных веществ из кроны вниз, в нем откладываются запасы этих веществ.

Камбий - тонкий жизнедеятельный слой клеток, которые размножаются делением. Большая часть клеток откладывается в сторону древесины, меньшая часть - в сторону луба (более мелкие, лубяные клетки). В разные периоды года камбий развивается по-разному: весной и в начале лета образуется ранняя (весенняя) древесина; летом и в начале осени образуется поздняя (летняя) древесина, более плотная. Чередуясь, ранняя и поздняя древесина образуют слоистую структуру дерева.

Заболонь - наружная часть толстого слоя древесины, прилегающая к камбию. Заболонь состоит из молодых клеток, по которым перемещаются растворы питательных веществ. В свежесрубленном дереве заболонь имеет большую влажность, легко загнивает, имеет низкую прочность, повышенную усушку и склонность к короблению.

Ядро - более тёмная часть древесины, располагается за заболонью. Ядро состоит из отмерших клеток, пропитано смолистыми и дубильными веществами. Эта часть дерева имеет меньшую влажность, более стойка к загниванию, большую твердость и прочность.

Древесные породы делят на ядровые, заболонные и спелодревесные. Ядровые породы имеют темную центральную часть, заметно темнее заболони (дуб, сосна, тополь, ясень, кедр, лиственница). Спелодревесными называют породы, у которых центральная часть имеет свойства ядра, но по цвету не отличается от периферийной (ель, пихта, бук). У заболонных пород отсутствует ядро, центральная часть ничем не отличается от периферической (береза, клен, ольха, липа). В раннем возрасте древесина всех пород имеет только заболонь.

Сердцевина - расположена вдоль ствола в самом его центре, представляет собой рыхлую ткань, состоящую из клеток с тонкими, слабо связанными друг с другом стенками. Размеры сердцевинной трубки (сердцевина и кольцо первого года жизни дерева) невелики: до 10 мм у хвойных и чуть больше у лиственных пород. Это самая слабая часть ствола, легко загнивает, нередко легко крошится. На торцовом разрезе можно различить сердцевинные лучи, которые состоят из тонких клеток, особенно заметных у дуба, бука, клена. Часть из них (первичные) идут от сердцевины до коры, пронизывая древесину в радиальном направлении, другие (вторичные) возникают на некотором расстоянии от сердцевины, но обязательно доходят до коры. Сердцевинные лучи предназначены для перемещения по ним влаги, питательных веществ и образования запаса на зиму. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

На торцовом разрезе ствола заметны концентрические круги. В большинстве случаев каждый такой слой (кольцо) представляет собой ежегодный прирост древесины и называется годовым слоем или годовым кольцом.

На радиальном срезе годовые кольца заметны в виде удлиненных полос, а на тангенциальном - в форме извилистых линий. В зависимости от условий произрастания дерева (климат, грунт и др.) годовые слои могут иметь различную ширину. По количеству годовых слоев можно определить возраст той части ствола, где сделан срез.

Опорные (механические) клетки имеют толстые стенки, небольшие пустоты, придают древесине высокую прочность и стойкость к загниванию.

Любая клетка состоит из оболочки и находящегося внутри нее протопласта, включающего растительный белок - протоплазму - и ядро.

Оболочки древесных клеток состоят из целлюлозы, которая представляет собой природный полимер. По мере роста клетки оболочки изменяются, происходит их одеревенение, образуется лигнин, в результате чего увеличивается твердость и прочность клетки.

Лигнин - природный полимер (высокомолекулярная ароматическая часть) - у хвойных пород составляет 28-30%, лиственных - 18-24%. От целлюлозы лигнин отличается содержанием углерода 60-65% (в целлюлозе 44%). Входящие в состав древесины минеральные вещества при сгорании дают золу, количество которой в зависимости от породы древесины колеблется от 0,2 до 1,7%. Есть в древесине экстрактивные вещества, которые придают ей цвет, запах, вкус, иногда токсичность, помогают дереву сопротивляться грибковым заболеваниям. Среди них смолы, дубители (такниды), эфирные масла, красители и др.

2. Основные древесные породы

Для промышленного использования лесных ресурсов важно изучить основные породы древесины.

Принято выделять две основные группы древесных пород: хвойные и лиственные, Последние в свою очередь иногда делят на мягколиственные и твердолиственные,

Хвойные породы характеризуются листьями игольчатого строения (хвоей). В строительстве главным образом используют хвойные породы: сосну, ель, лиственницу, пихту, кедр.

Сосна - ядровая порода, в зависимости от условий произрастания называется "рудовая" (растет на высоких песчаных почвах, имеет мелкослойную плотную смолистую древесину, большое ядро и узкую заболонь) или "мяндовая" (растет в низинах на песчаных или глинистых почвах, имеет более слабую широкослойную древесину, малое ядро к широкую заболонь). Ядро у сосны буро-красного цвета, а заболонь жёлтого. Древесина сосны имеет высокую прочность и небольшую плотность (около 500 кг/м³), легко обрабатывается, трудно поддается загниванию. Применяют сосну в виде круглого леса (кругляка) и пиломатериалов, а также для изготовления столярных изделий, мебели.

Ель - спелодревесная безъядровая порода, имеет белый цвет (иногда с розоватым или желтоватым оттенками), высокие показатели прочности при небольшой плотности (440-500 кг/м³), малосмолистая поэтому быстрее загнивает. По качеству древесина ели незначительно уступает сосне, однако из-за большого количества сучков ель тяжело обрабатывать.

Лиственница - ядровая смолистая порода с красновато-бурым ядром и узкой заболонью белого цвета. Древесина лиственницы прочная, твердая, плотная (средняя плотность 630-730 кг/м³), стойкая против загнивания. К недостаткам следует отнести склонность к растрескиванию из-за большой разницы между радиальной и тангенциальной усушкой. Применяют лиственницу в гидротехническом строительстве, для различных стоек, шпал, а также в мостостроении.

Пихта - безъядровая спелодревесная порода с древесиной белого цвета, не имеет смоляных ходов, поэтому легко загнивает, менее стойка во влажных условиях по сравнению с другими хвойными породами. Её не применяют во влажных условиях эксплуатации.

Кедр - ядровая порода, имеет мягкую и лёгкую древесину (_m<450 кг/м³). механические свойства кедра ниже, чем у сосны. Применяют в виде круглого леса и пиломатериалов, для столярных изделий и отделки мебели (декоративная фанера).

Лиственные породы особенно многочисленны и разнообразны по своим свойствам. К ним относят дуб, бук, ольху, осину, березу, ясень, липу, орех и др.

Дуб - ядровая кольцесосудистая порода. Ядро бурого цвета резко отличается от заболони желтоватого цвета. Древесина дуба плотная (около 720 кг/м³), прочная, упругая, стойкая против гноения, имеет красивую и своеобразную текстуру. Применяют дуб для ответственных конструкций, гидротехнического строительства, однако чаще всего (из-за дефицитности этой древесины) для изготовления паркета, мебели, столярно-отделочных изделий. Особенно ценится мореный дуб (при длительном хранении в воде дуб темнеет).

Бук - спелодревесная рассеянно-сосудистая порода; имеет белый с красноватым оттенком цвет. Древесина бука плотная (_m=650 кг/м³), твердая, легко раскалывается, относительно легко загнивает. Применяют бук для изготовления мебели, столярных изделий, паркета.

Береза - заболонная порода с плотной (650 кг/м³), прочной и упругой древесиной белого или желтоватого цвета. Мало устойчива против гниения, при высыхании коробится. Применяют березу, для изготовления фанеры, паркета, столярных изделий, мебели, поручней, отделочных работ.

Ольха - заболонная порода с легкой мягкой, нестойкой к загниванию древесиной. Используют для столярных изделий и фанеры.

Осина - заболонная спелодревесная порода, широко распространенная в наших лесах. Древесина осины легкая (420-500 кг/м³), мягкая, хорошо обрабатывается, мало коробится и трескается при высыхании. Имеет зеленоватый оттенок, склонна к загниванию. Применяется для изготовления фанеры, тары, щепы (для древесностружечных плит).

Ясень - ядровая порода, древесина которой умеет высокую прочность и плотность (660-740 кг/м³), упругость, красивую текстуру. Во влажных условиях быстро загнивает. Применяется в мебельном производстве и для столярно-отделочных работ.

Липа - заболонная мягкая порода. Древесина липы легкая, нестойкая во влажных условиях. Используют для изготовления мебели, фанеры, тары.

Орех - имеет древесину темно-коричневого цвета, красивую текстуру. Используют для изготовления декоративной фанеры.

Наиболее распространенные хвойные породы по сравнению с лиственными имеют древесину лучшего качества, хорошую прямизну и длину ствола. Их используют в строительстве гораздо больше, чем лиственные породы.

Однако в последние годы с применением клееных конструкций, древесных пластиков, материалов из отходов древесины, прессованной к модифицированной древесины, все больше начинают применяться лиственные породы, особенно в архитектурно-строи-тельной практике.

3. Свойства древесины

Древесина обладает весьма разнообразными свойствами в зависимости от возраста, породы дерева, места и условий его роста, влажности и других факторов. В свою очередь, физические и механические свойства древесины определяют способы её заготовки и переработки в строительные материалы и изделия, области применения и условия эксплуатация деревянных конструкций.

Физические свойства древесины. К физическим свойствам древесины относятся влажность, плотность, усушка, разбухание, теплопроводность, цвет, текстура и др.

Влажность, древесины влияет на основные свойства. Растущее дерево содержит более 35% воды (от 35 до 120% массы абсолютно сухой древесины). В древесине выделяют химическую, свободную (или капиллярную) и гигроскопическую (связанную) влагу. Химическая влага входит в химический состав веществ, которые образуют древесину. Её количество незначительно (до 1%), но удалить её, не нарушая структуры древесины, невозможно. Свободная (капиллярная) влага размещается в межклеточном и внутриклеточном пространстве. Гигроскопическая (связанная) влага находится в стенках клеток. Основная масса воды в древесине - капиллярная и гигроскопическая или только последняя.

Состояние древесины, при котором в ней отсутствует капиллярная влага и содержится только гигроскопическая, соответствует точке насыщения волокон ТНВ (23-35%).

При испарении свободной влаги объем и форма древесины остаются неизменными. Испарение связанной влаги изменяет размеры древесины (усушка) и её форму (коробление и растрескивание). При увлажнении сухой древесины происходит обратный процесс - разбухание.

По содержанию влаги древесину делят на мокрую, свежесрубленную (более 35%), воздушно-сухую (15-20%), комнатно-сухую (8-12%) и абсолютно сухую, т.е. высушенную до постоянной массы.

Древесина, имея высокую пористость и волокнистое строение, способна поглощать воду парообразную из воздуха при изменении температуры и влажности воздуха, т.е. обладает гигроскопичностью. Вследствие гигроскопичности древесина изменяет размеры, объем, коробится, растрескивается. Чтобы предотвратить это, деревянные изделия покрывают лаками и красками или пропитывают различными веществами.

Влажность, которую приобретает древесина при длительном хранении на воздухе с постоянной температурой и относительной влажностью, называют равновесной.

Истинная плотность древесины не зависит от породы дерева и для всех пород составляет 1530 кг/м³.

Средняя плотность зависит от объема пор, влажности, от породы дерева (граб, липа, черное дерево), от возраста (молодое, среднего или старшего возраста). В зависимости от величины средней плотности древесину делят на очень легкую _m менее 450кг/м³ (кедр, пихта), лёгкую _m=450-600 кг/м³ (ель, сосна, липа, осина), полутяжелую _m=600-750 кг/м³ (дуб, бук), тяжелую _m=750-900 кг/м³ (граб, хурма, железное дерево); очень тяжелую _m более 900 кг/м³, мах 1200 кг/м³ (кизил, фисташковое, черное эбеновое дерево), а бакутовое (бакута) дерево имеет среднюю плотность 1280 кг/м³.

Средняя плотность древесины увеличивается при повышении влажности, поэтому среднюю плотность, как и другие свойства, приводят к стандартной (условно нормальной) влажности 12%, которую можно определить по формуле ,

_m(12)=_m(w)[1+0.01(1-К_о)(12-w)] (11.1)

где _m(12); _m(w) - средняя плотность соответственно образца древесины, при влажности 12% и влажности w, кг/м³;

К_о - коэффициент объемной усушки, который показывает, на сколько % изменяется объем образца при изменении влажности на 1%. В среднем К_о принимают равным 0,5.

Пористость зависит от породы дерева и возраста. В свою очередь от пористости зависит прочность древесины, возможность сплава леса, качество пропитки древесины антисептиками и антипиренами.

Пористость древесины колеблется в широких пределах: для хвойных 46-85%, для лиственных 32-80%. Учитывая, что истинная плотность древесины является постоянной величиной, пористость можно определить по формуле

П=100(1-_m/)=100-65_m где _m - средняя плотность, кг/м³.

Водопроницаемость зависит от породы дерева, начальной его влажности, возраста дерева, характера разреза, строения и др. У хвойных пород она меньше, чем у лиственных; через торцовый разрез - больше, чем через радиальный.

Усушка - уменьшение размеров и объема при сушке изделий. Вначале, как указывалось ранее, при сушке древесина теряет свободную (капиллярную влагу), но размеры и объем при этом не изменяются. Затем испаряется гигроскопическая влага, т.е. влажность падает ниже точки насыщения волокон, в результате чего уменьшается толщина водных оболочек, мицеллы сближаются, уменьшается объем и размеры древесины. Древесина усыхает неравномерно. Усушка вдоль волокон (Уп) обычно незначительна 0,1-0,4% и её можно не учитывать. Усушка в радиальном (Уч) и тангенциальном (Уt) направлениях составляет соответственно 3-6% и 7-12%. Определяют усушку по формулам:

Уп=100(l-l₁)/l (11.3)

Уч=100(a-a₁)/a (11.4)

Уt=100(b-b₁)/b (11.5)

где l, a, b - размеры соответственно вдоль волокон, в радиальном и тангенциальном направлениях при данной влажности;

l_1, a_1, b₁ - размеры в соответствующем направлении в абсолютно сухом состоянии.

Объемную усушку (Уv, %) вычисляют, не учитывая продольной усушки, по формуле

Уv=100(a_оb_о-a₁b₁)/a_оb_о, (11.6)

где, a₁b₁ - размеры поперечного сечения образца при данной влажности;

а_о, в_о - то же самое, в абсолютно сухом состоянии.

Для различных пород древесины объемная усушка может составлять 10-17%. Коэффициент объемной усушки (К_о) определяется по формуле

К_о=У_v/W (11.7)

где W - данная влажность древесины.

Коэффициент объемной усушки изменяется от 0,2 до 0,75 и для расчетов может быть принят ориентировочно 0,5.

Разбухание - способность древесины увеличивать свои размеры и объем при увлажнении сухой древесины, т.е. свойство, обратное усушке. Разбухает древесина при повышении влажности от абсолютно сухого состояния до точки насыщения волокон. Когда влажность достигает точки насыщения волокон, разбухание прекращается. Разбухание, как и усушка, в разных направлениях неодинаковое: вдоль волокон 0,1-0,8%, в радиальном направлении 3-5-7%, в тангенциальном 6-12%.

Вследствие неравномерной усушки в разных направлениях возникает коробление древесины. У материалов с пороками строения древесины четко заметно и продольное коробление. В связи с тем, что древесина в тангенциальном направлении имеет величину усушки в 2 раза большую, чем в радиальном, доски, выпиленные из частей бревна, близких к поверхности, коробятся больше, чем выпиленные из средних слоев, широкие доски коробятся больше, чем узкие.

Из-за неравномерного удаления влаги и коробления древесины в процессе сушки возникают значительные внутренние напряжения, которые приводят к растрескиванию лесо- и пиломатериалов. При проектировании необходимо учитывать влажностные деформации (температурные деформации древесины можно не учитывать, так как они значительно меньше влажностных).

Чтобы предотвратить коробление и растрескивание деревянных изделий, следует применять древесину с такой влажностью, которая соответствовала бы условиям её эксплуатации. А от последующего увлажнения древесину защищают, покрывая её красками, лаками и эмалями.

В брёвнах, брусьях, досках трещины возникают прежде всего на торцах. Чтобы уменьшить их растрескивание, торцы обмазывают смесью извести, соли и клея или другими составами.

Теплопроводность древесины зависит от породы, влажности, температуры, направления теплового потока (вдоль или поперек волокон). Так, у сосны вдоль волокон коэффициент теплопроводности составляет 0,35 Вт/(м°С), а поперек 0,17 Вт/(м°С). С увеличением влажности теплопроводность увеличивается. Теплопроводность древесины в тангенциальном направлении меньше, чем в радиальном.

Удельная теплоёмкость древесины зависит от температуры и влажности и не зависит от породы.

Акустические свойства древесины необходимо учитывать при применении древесных материалов для внутренней отделки общественных зданий. Так, древесина хвойных пород с малой плотностью (ель) обладает высокими резонансными свойствами. Цвет древесины, блеск, текстура являются её важнейшими декоративными свойствами и особенно ценятся в отделочных работах.

Механические свойства древесины

Механические свойства древесины зависят от многих факторов: влажности, плотности, наличия дефектов, гнили, процентного содержания поздней древесины и др.

Прочность при сжатии вдоль волокон определяется на образцах-параллелепипедах (призмах) размером 20х20х30 мм и рассчитывается по формуле:

Rсж(w)=F/(ab) (11.8)

где a, b - размеры поперечного сечения (20х20 мм).

Прочность при сжатии уменьшается с увеличением влажности древесины от 0 до 30-35% (граница гигроскопичности, или точка насыщения волокон). Дальнейшее увеличение влажности не влияет на прочность древесины, поэтому предел прочности при сжатии древесины данной влажности приводится к пределу прочности древесины при 12%-ной влажности по формуле:

Rсж(12)=Rсж(w)[1+(w-12)], ( 11.9)

где Rсж(12) - предел прочности при 12%-ной влажности;

Rсж - предел прочности при влажности w на момент испытания;

w - влажность испытываемой древесины, %;

 - поправочный коэффициент на влажность (для березы, сосны, кедра, лиственницы =0,05; для дуба, других лиственных пород, ели, пихты =0.04).

Прочность древесины при сжатии изменяется в пределах от 30 до 80 МПа и зависит от влажности, средней плотности, условий роста, размещения бревен по высоте, толщины ствола, температуры и др.

Если деревянная конструкция работает поперек волокон (например, шпалы), то предел прочности при сжатии определяют на образцах древесины размером 20х20х60 мм. Посередине этого образца укладывают металлический кубик 20х20х20 мм, устанавливают их в пресс. Прочность при сжатии поперек волокон определяется по формуле (11.10), а затем приводится к 12%-ной влажности по формуле (11.9).

Rсж(w)=Fn/S; (11.10)

где Fn - усилие, которое отвечает пределу пропорциональности (точка, при которой нарушается прямолинейная зависимость между нагрузкой и деформацией).

S - сечение металлического кубика (20х20 мм).

Предел прочности при сжатии поперек волокон составляет 27-40 % прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность при растяжении вдоль волокон определяется на плоских образцах -"восьмерках" длиной 35 см, площадь шейки 0,4х2=0,8 см. Образец укрепляют в захватах разрывной машины и растягивают. Прочность при растяжении изменяется в пределах 70-190 МПа (например, у сосны 130 МПа, дуба - 150, граба 190 МПа). Удельная прочность древесины при растяжения вдоль волокон, т.е. Rp/m(m - относительная плотность) примерно такая же, как аналогичные показатели у стали и стеклопластиков. Однако реализовать эти ценные свойства древесины в конструкциях весьма затруднительно во-первых, из-за наличия пороков (сучки, трещины и др.), которые снижают её прочностные показатели; во-вторых, из-за того, что в закрепленных концах деревянных деталей при растяжении возникают напряжения смятия и скалывания, которым древесина сопротивляется, плохо.

Прочность при статическом изгибе определяется на образцах-балочках (брусках) размером 20х20х30 мм нагружением двумя сосредоточенными грузами, приложенными в третьих частях пролета. Расстояние между опорами (пролёт) составляет 240 мм. Прочность при изгибе определяется по формуле:

Rи(w)=Fl/bh²; (11.10)

где, F - разрушающее усилие, Н (кгс)

l - пролет, м (см)

b, h - ширина и высота образна, м (см)

Затем предел прочности при изгибе приводится к 12%-ной влажности, пользуясь формулой (11.9).

Прочность при изгибе изменяется от 50 до 110 МПа (у дуба Rи=85 МПа, сосны Rи=80, у граба Rи=110 МПа).

Зависит прочность при изгибе от тех же факторов, что и прочность при сжатии. Высокие показатели прочности древесины на изгиб позволяют использовать её в конструкциях, которые работают на изгиб (бруски, балки, настилы и др.).

Прочность при скалывании определяется на образцах с выступом (площадь скалывания S=3х2 см). Прочность при скалывании вдоль волокон изменяется в пределах от 4 до 13 МПа (дуб имеет R_сж=8 МПа, сосна 7-7,5 МПа, бук - 13 МПа). Поперек волокон прочность больше, чем вдоль волокон примерно в 3-4 раза, однако чистого скалывания (среза) практически не бывает, так как одновременно происходит смятие и изгиб волокон. В строительных конструкциях древесина часто работает на скалывание вдоль волокон (например, в строительных фермах).

Статическая твердость древесины равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец, половины металлического шарика диаметром 5,64 мм, площадь отпечатка равна 1 см². По твердости древесину делят на такие группы: мягкая с твердостью 35-50 МПа (сосна, ель, ольха, пихта), твердая с торцовой твердостью 50-100 МПа (дуб, граб, ясень, береза, клен), очень твердая с твердостью более 100 МПа (кизил, самшит). Твердые породы трудно обрабатываются, но имеют повышенную износостойкость.

Модуль упругости древесины повышается от вершины к комлю, он возрастает с увеличением плотности и уменьшается с повышением влажности (гнуть сырую древесину легче, чем сухую). Модуль упругости воздушно-сухой сосны и ели составляет 10000-15000 МПа. Определяется он общеизвестными методами (см. раздел "Механические свойства строительных материалов"), а затем приводится к 12%-ной влажности.

11.4. Долговечность древесины и способы её повышения

Физическая и химическая стойкость древесины. Долговечность древесины зависит от породы дерева, от условий эксплуатации.

В сухих условиях и при надлежащем проветривании древесина сохраняется долго (например, исторические деревянные памятники насчитывают тысячелетия). В воде без доступа воздуха древесина также долговечна (например, подводные части мостов, построенных древними римлянами). При попеременном увлажнении и высыхании древесина быстро загнивает.

Влияет на долговечность химический состав воды. В речной воде древесина более стойка, чем в морской. Для гидротехнических сооружений применяют в основном сосну, обладающую стабильной долговечностью в воздушных и водных условиях эксплуатация. Дуб и лиственница также применяется в конструкциях, к которым предъявляют требования повышенной прочности и стойкости против гниения. В деревянных сооружениях для защиты древесины от гниения и повреждения древоточцами используют антисептирование конструкций. Химическая стойкость древесины зависит от породы возраста дерева, от вида и концентрации агрессивной среды. При длительном действии кислот и щелочей древесина разрушается и тем сильнее, чем выше их концентрация. Сильные кислоты дегидратируют древесину, вызывая обугливание. Слабые растворы кислот и слабощелочные растворы не разрушают древесину. Хвойные породы более стойки к действию кислот и щелочей, чем лиственные. Наибольшей стойкостью из хвойных пород обладает лиственница. При большой бактериологической агрессивности древесина разрушается, поэтому её не применяют для сетей канализации.

Причины гниения древесины и способы её защиты Гниение древесины происходит при разложении целлюлозы вследствии деятельности различных дереворазрушающих грибов к микроорганизмов. Грибы выделяют ферменты, которые переводят нерастворимую в воде целлюлозу в растворимое вещество - глюкозу.

(С₆Н₁₀О₅)п + пН₂О — n(C₆Н₁₂О₆)

целлюлоза глюкоза

Питательной средой для дереворазрушающих грибов является растворимый сахар - глюкоза, которая окисляется в теле гриба кислородом воздуха, образуя углекислый газ и воду. Следовательно, для жизнедеятельности гриба необходимы влага и кислород воздуха. Вот почему легко загнивает древесина, находящаяся в условиях переменной влажности.

Гниение дерева происходит при влажности древесины более 18-20%, хотя поры сохраняют жизнеспособность и в сухой древесине. Различают грибы лесные, складские и домовые. Лесные грибы поражают растущее дерево и редко встречаются в лесоматериалах, так как зараженные части ствола отделяются при сортировке леса.

Складские грибы поражают срубленную древесину в лесу или на складах, пока древесина еще сохраняет свои соки. Опасными складскими грибами считаются гриб складской (встречается в штабелях бревен и пиломатериалов) и гриб столбовой (или шпальный).

Домовые грибы поражают не только деревянные конструкции, но также органические строительные материалы (древесноволокнистые и древесностружечные плиты, камышит и др.). Наиболее опасными из домовых грибов считаются гриб домовый настоящий, гриб домовый белый, гриб домовый пленчатый. Эти грибы поражают древесину как хвойных, так и лиственных пород.

Чтобы предотвратить загнивание древесины, применяют ряд конструктивных методов, цель которых защитить её от увлажнения (гидроизоляция между древесиной и бетоном, кирпичом, камнем, отверстия для хорошего проветривания; защита от атмосферных осадков гидрофобизующими веществами, лаками, красками).

Если способами конструктивного характера невозможно защитить древесину от увлажнения, её пропитывают антисептиками -химическими веществами, которые уничтожают споры или создают среду, в которой их жизнедеятельность становится невозможной.

К антисептикам предъявляется ряд требований, главными из которых являются следующие: они должны легко проникать в древесину и поражать клетки грибов, быть стойкими в условиях эксплуатации, безвредными для людей и животных, не вызывать коррозии металлических креплений, не снижать сортность, прочность и качество древесины, быть дешевыми и недефицитными материалами. Антисептики делят на водорастворимые и водонерастворимые. К водорастворимым антисептикам относят: фторид натрия, кремнефторид натрия, динитрофенолят натрия, медный купорос и др. В качестве элективного антисептика можно применять комбинированный препарат из смеси кремнефтористого натрия с фтористым (в отношении 4:1).

К водонерастворимым относят маслянистые и кристаллические антисептики. Маслянистые антисептики хорошо поражают грибы, глубоко проникают в древесину, долго сохраняются в ней и не вымываются водой. Однако они имеют неприятный запах, поэтому их можно использовать для пропитки деревянных конструкций, которые находятся на открытом воздухе или в воде (шпалы, части мостов, сван и др.). К маслянистым антисептикам относятся креозотовое и антраценовое масло, креозот, каменноугольная смола, карболинеум и др.

Кристаллические антисептики, нерастворимые в воде, растворяются в керосине или скипидаре и в виде таких растворов используются для пропитки древесины. К кристаллическим антисептикам относятся технический оксидифенил, технический пентохлорфенол и др.

Древесину антисептируют различными способами в зависимости от условий увлажнения деревянных конструкций в период эксплуатации (постоянное или переменное увлажнение, глубокое или поверхностное), от температурных условий, в которых они пребывают, от вида породы древесины. Наиболее эффективные и доступные способы антисептирования - диффузионные, т.е. обмазка пастами, сухое антисептирование и бандажи, а также поверхностное антисептирование водными растворами (нанесение их кистями, опрыскивание, погружение в ванны).

Сухой способ антисептирования применяют для обработки горизонтально расположенных деревянных элементов. Для этого используют порошкообразный фтористый натрий или кремнефтористый аммоний в смеси с влажными опилками или песком, соблюдая соотношение по объему между антисептиками и наполнителем 1:5. Расход антисептика на 1м² поверхности составляет 100-200 г.

В заводских условиях антисептирование выполняют погружением изделий в ванны с холодным раствором (10-20^оС), попеременной пропиткой в горячем растворе антисептика (90-95°С) с последующим погружением в холодный раствор, пропитыванием под давлением. Применяются высокотемпературные ванны для антисептирования шпал, мостовых брусьев к др., при этом древесина загружается в ванну с горячим петролатумом.

Пропитка под давлением производится в автоклавах при давлении 0,6-0, 8 МПа.

Защита древесины от возгорания. Древесина относится к горючим материалам, при температуре 120-150°С она медленно обугливается, а при 250-300°С возгорается. При температуре 350°С газы, выделяющиеся из древесины, воспламеняются даже при отсутствии открытого пламени.

Для защиты древесины от возгорания предусматривают конструктивные меры и химические методы. Первые заключаются в рациональном проектировании при строгом соблюдении всех противопожарных норм и правил: удаляют деревянные конструкции от источников нагревания; предусматривают защитные Футеровки из несгораемых материалов (кирпича, бетона, раствора), покрытие слоем малотеплопроводного минерального материала (пористой штукатурки, асбеста и др.). вторые заключаются в применении специальных огнезащитных покрытий и в обработке древесины специальными веществами, предохраняющими её от воспламенения (антипирины).

Пропитка антипиренами может быть полной и частичной. Полная делает древесину настолько огнестойкой, что она сама по себе не будет гореть.

Обрабатывают древесину антипиренами теми же методами, что и при антисептировании: поверхностное нанесение составов, пропитка в горячехолодных ваннах, под давлением в автоклавах. Огнезащитные покрытия классифицируют на атмосферо-, влаго- и невлагостойкие. Атмосферостойкие покрытия применяют для защиты наружных поверхностей древесины, влагостойкие - для защиты древесины, находящейся в среде с относительной влажностью воздуха 60-75%, а невлагостойкие - при влажности окружающей среды менее 60%.

Огнезащитные пастовые вещества готовят на основе буры (тетраборат натрия), борной кислоты, фосфата аммония, сернокислого аммония и др. При нагревании эти соединения легко плавятся и перекрывают доступ кислороду или выделяют газы, которые препятствуют горению. Фосфаты аммония хорошо защищают как от горения, так и от тления. Бура уменьшает горючесть, но плохо защищает древесину от тления. Борная кислота энергично останавливает тление, но менее эффективна как замедлитель горения.

Вследствие разных свойств отдельных антипиренов и с учетом экономических соображений обычно применяют смеси разных антипиренов.

Огнезащитные красочные смеси изготавливают из связующих вещества (жидкое стекло), наполнителя (кварцевый песок, мел) и щелочестойкого пигмента.

Хорошим огнезащитным средством является пропитка древесины минералом "бишофит" (магний хлористый технический) и силикатом натрия (жидкое стекло). Введение силиката натрия путем глубокой многостадийной пропитки под давлением удерживает "бишофит" в древесине от вымывания и материалы становятся трудносгораемыми.

Степень пожароопасности сооружений зависит от количества и состава антипиренов, которыми обрабатывают древесину. В некоторых случаях может при этом снижаться прочность древесины.

Большинство антипиренов обладает одновременно и антисептическим действием. Пропитанные антипиренами элементы открытых строительных конструкций дополнительно покрывают огнезащитной атмосферостойкой краской.

Сушка древесины. В древесине с большим содержанием влаги создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов, которые способствуют загниванию древесины и снижению её качества. С изменением влажности связано изменение эксплуатационных и физико-механических свойств древесины. При уменьшении влажности повышается прочность древесины, уменьшается её плотность. Клееные изделия также получаются более прочными при склеивании сухой древесины.

Процесс удаления влаги из древесины называется сушкой. Этот процесс основан на явлении массообмена - передачи массы влаги из древесины в окружающую среду и перемещении влаги из глубинных слоев на поверхность. Массообмен во время сушки связан с теплообменом, так как испарение влаги требует обязательного подведения теплоты, а скорость её подведения определяет скорость испарения.

Применяют естественную (воздушную) и искусственную сушку. Естественная сушка происходит на открытом воздухе, под навесом или в закрытых хорошо проветриваемых складах. Процесс естественной (воздушной) сушки требует длительного времени (от нескольких недель до нескольких месяцев), больших площадей, его трудно регулировать, зависит от климатических условий и времени года. Но он прост и не требует затрат на подогрев теплоносителя.

Искусственная сушка происходит во много раз быстрее, позволяет высушить древесину до влажности ниже 15%, получать древесину высокого качества, без коробления и трещин.

Искусственную сушку проводят в сушилках (камерные периодического действия, автоматизированные непрерывного действия), токами высокой частоты, в нагретых жидкостях.

В камерных сушилках процесс сушки основан на простейшем и широко распространенном способе передачи теплоты - конвективном, при котором теплота передается от газообразной среды (воздух, топочные газы), которая омывает древесину. Основные преимущества этого способа сушки - небольшая продолжительность (несколько дней), возможность проводить сушку в любое время года.

Скоростная сушка древесины в жидкостях - это высушивайте в гидрофобных жидкостях типа петролатума (побочный продукт депарафинизации нефтяных масел, состоит из углеводородов и их производных, в воде не растворяется и с водой не смешивается). Древесину погружают непосредственно в нагретый до 130^оС петролатум, где она высыхает в несколько раз быстрее (несколько часов 8-12 ч), чем в сушильных камерах. При этом древесина не коробится и не растрескивается.

Диэлектрическая сушка основана на нагревании древесины токами высокой частоты, древесина нагревается равномерно и сразу по всему объему. Длительность сушки уменьшается в несколько десятков раз по сравнению с камерной сушкой. Основной недостаток этого способа - значительный расход электроэнергии и высокая стоимость.

Применяются также комбинированные приемы сушки, при которых теплота передаётся несколькими способами. Основной способ -газопаровая сушка в камерах, на втором месте - воздушная. Другие способы используются ограниченно.

5. Материалы и изделия из древесины.

В строительстве применяют обширную номенклатуру древесных материалов: необработанные (круглые), пиломатериалы к заготовки, изделия погонажные, плиты столярные, материалы для полов, материала для кровель временных зданий, фанера и столярные изделия, материалы из отходов древесины.

Круглые лесоматериалы - это очищенные от коры к сучьев бревна, кряжи и так называемый тонкий кругляк. Круглые лесоматериалы изготавливают из хвойных и лиственных пород.

Бревна - отрезки ствола толщиной в узкой части не менее 14 см для хвойных и 12 см для лиственных пород. Подтоварник имеет толщину (диаметр) 8-13 см (для лиственных 8-10 см) , а жерди 3-7 см (длиной 8,3-6,5 м). Круглые лесоматериалы в зависимости от толщины делят на три группы: мелкие (6-13 см), средние (14-24 см) и крупные (25 см и более).

Бревна делят на строительные и пиловочные. В зависимости от положения бревен по высоте ствола их подразделяют на вершинные, срединные и комлевые.

Строительные бревна в зависимости от размеров и сорта древесины, который определяют по норме содержания пороков (гниль не допускается нигде), применяют для элементов несущих конструкций (стропила, фермы, сваи, стойки, опоры линий электропередач, мачт, вышек, рудничных стоек к др.), для настилов стен деревянных зданий и подпорных стен, вспомогательных целей и др. В строительстве применяют в основном бревна хвойных пород (сосны, ели, лиственница).

Толстые и короткие бревна называют кряжами (>200 мм). Из кряжей и коротких отрезков (чураков), преимущественно лиственных пород, изготавливают шпон для отделочных работ, выработки фанеры и других целей.

Круглые лесоматериалы используют для выработки пиломатериалов и заготовок (пиловочные бревна), переработки на целлюлозу и химические вещества и др. Следует отметить, что в последнее время применение необработанных (круглых) лесоматериалов постоянно сокращается.

Пиломатериалы получают при продольном раскрое пиловочных бревен на части и продольном и поперечном раскрое образованных частей. В зависимости от направления раскроя различают пиломатериалы радиальной, тангентальной и смешанной распиловки. Их выпускают в виде пиломатериалов: брусов, брусков, досок, шпал, обаполов и др.

Брус - пиломатериал, толщина и ширина которого более 100 мм.

Брусок - пиломатериал толщиной до 100 мм, ширина его не более тройной толщины.

Доска имеет толщину до 100 мм, а ширина её более тройной толщины, широкую сторону доски называют пластью; узкую - кромкой. Доски и бруски бывают обрезные (с пропиленными кромками) и необрезные, у которых кромки не пропилены.

Доски и бруски изготавливают из хвойных и лиственных пород, они бывают шпунтованными и строганными. Шпунтованные доски имеют на одной кромке шпунт (паз), а на другой - гребень (выступ), который входит в шпунт соседней доски.

Паркетные изделия делятся на такие виды: штучный паркет, мозаичный паркет, паркетные доски, паркетные щиты.

Штучный паркет состоит из отдельных планок длиной 150-300 мм и шириной 30-90 мм, которые имеют на кромках и торцах шпунт и гребень для соединения между собой. Изготавливают его из твердых пород дерева: дуба, бука, ясеня, клена и др. В зависимости от качества, породы древесины и обработки планок их подразделяют на марки А (высшая категория качества) и Б (первая категория качества). Штучный паркет прост в изготовлении, но требует большого расхода твердой древесины и затрат труда при изготовлении полов.

Паркетные доски состоят из речного основания (одно или двухслойного), на которое наклеены с определенным рисунком паркетные планки. На кромках и торцах имеются пазы и гребни для соединения между собой. Размеры паркетных досок: длина 1200-3000 мм, ширина 145-160 мм (иногда 2000 мм), толщина 15-27 мм (чаще всего 25 мм).

Применение паркетных досок имеет преимущество по сравнению с штучным паркетом, обусловленное экономией дефицитных сортов твердой древесины и трудозатрат при устройстве полов.

Паркетные щиты имеют основание из реек, брусков, древесностружечных плит, на которое наклеены паркетные планки . Щиты имеют размеры от 400*400 до 800*800 мм при толщине 35-40 мм. Планки с основой склеивают водостойкими синтетическими клеями.

Мозаичный паркет имеет вид ковра, набранного из планок одинаковой ширины и наклеенных водо-растворимых клеем на бумагу, которая после укладки паркета затем смывается вместе с клеевым слоем. На мозаичном паркете П2 планки наклеены оборотной стороной на эластичный (теплозвукоизоляционный) биостойкий материал, который остается в конструкции пола после настила паркета. В качестве эластичного материала используют битуминизованные древесноволокнистые плиты, плиты из резиновой крошки и др.

Все паркетные изделия учитываются в штуках и квадратных метрах.

Столярные изделия - это элементы дверей, окон, перегородки, панели, ворота для промзданий и др. Оконные и балконные дверные блоки поступают на строительство в полной готовности с навешенными полотнами и створками, окрашенными и застекленными. Их классифицируют по типам зданий, для которых они предназначены, и типоразмерам. В зависимости от назначения к ним предъявляют соответствующие требования по тепло и звукоизоляции, водо- и воздухонепроницаемости, светонепроницаемости. Они могут с одинарным, двойным и тройным остеклением. Окна могут изготавливаться с наружным и внутренним открыванием и глухими (с не открывающимися створками).

Дверные балки для различных типов зданий разделяют по назначению (на наружные и внутренние), по многочисленным типам конструкции дверных полотен. Щитовые двери представляют собой деревянную рамку, заполненную сплошным или пустотным заполнением (реечное, из бумажных и пластмассовых сот, из полос листовых материалов, из пенопластов и др.). Рама (каркас) облицовывается с обеих сторон твердыми или сверхтвердыми древесноволокнистыми плитами, фанерой шпоном, листовыми полимерными материалами. Деревянные двери бывают глухими, остекленными, с притворами, качающимися полотнами. Полотна дверей окрашивают масляной краской, эмалями, имитируют под древесину ценных пород пленкой или текстурной бумагой.

Фанера представляет собой древесный листовой материал, состоящий из трех и более слоев склеенного между собой лущенного шпона. Внутренние слои шпона называют серединками, а наружные рубашками (лицевая и оборотная). При склеивании листы шпона располагают так, чтобы направление волокон смежных слоев было взаимно перпендикулярно. Иногда изготовляют фанеру с расположением волокон рубашек под углом 45^о к волокнам серединок (диагональная фанера) или с направлением волокон соседних слоев шпона в фанере обычно непарное: 3, 5, 7, 9 и т.д. (чаще всего до 13). Такое строение фанеры обусловливает почти одинаковую прочность во всех направлениях, незначительное коробление, гибкость. Фанеру выпускают различной толщины и формата, плоскую и профилированную. Толщина фанеры может быть от 1.5 до 18 мм, размеры листов-до 152*440 мм.

В строительстве применяют фанеру трех видов: клееную, декоративную, бакелизированную.

Клееную фанеру изготавливают из древесины лиственных и хвойных пород. В зависимости от водостойкости применяемого клея можно получать фанеру повышенной, средней и ограниченной водостойкости. Фанеру повышенной водостойкости используют для обшивки наружных стен и изготовления опалубки, средней и ограниченной водостойкости для изготовления внутренних перегородок, обшивки стен и потолков внутри помещения.

Декоративная фанера - это клееная фанера, облицованная различными пленочными покрытиями. Декоративная фанера выпускается четырех марок: ДФ-1-с прозрачными (бесцветными или окрашенными) покрытием, не укрывающим текстуру натуральной древесины; ДФ-2-с непрозрачным покрытием, с бумагой, имитирующей текстуру ценных пород древесины или с другим рисунком:ДФ-3 и ДФ-4 аналогично выше приведенным маркам, но фанера имеет повышенную водостойкость благодаря использованию более стойких клеевых материалов. Декоративную фанеру применяют для внутренней облицовки стен, перегородок, дверных полотен, встроенной мебели.

Бакелизированная фанера изготавливается из листов березового лущенного шпона, которые склеивают между собой синтетическими смолами. Она характеризуется более высокими физико-механическими показателями: предел прочности при растяжении вдоль волокон не менее 78-117 МПа, Rn поперек волокон не менее 63-90 МПа. Фанера хорошо противостоит воздействию слабых кислот, щелочей, керосина, бензина и спиртов, имеет повышенные водо- и атмосферостойкость. Применяют такую фанеру для изготовления опалубки и других легких конструктивных элементов.

Древесностружечные плиты (ДСП) - это плиточные материал, изготовленный горячим прессованием древесностружечных масс, которые содержат в своем составе полимерные смолы. Древесную стружку основной по массе компонент, получают из некондиционной древесины лиственных и хвойных пород. Связующим веществом служат карбамидные и фенольные полимеры. Кроме того, в состав масс вводят антисептики, антипирины и гидрофобизаторы. Водную эмульсию, состоящую из полимера, гидрофобной добавки, антисептика и антипирина, в количестве 15-20% от массы сухой стружки подают под давлением в камеру смешивания, где древесная стружка пропитывается водной эмульсией. Полученную древесностружечную массу формуют методом прессования или экструзии. Прессование под давлением 2-2.5 МПа проводится при температуре 140-160^оС между стальными лентами. Из пресса выходит непрерывная лента, которую разрезают дисковыми пилами на плиты требуемых размеров. Размеры выпускаемых плит: длина от 2400 до 5000 мм, ширина от 915 до 1830 мм, толщина от 40 до 22 для шлифованных и от 10 до 24 мм - не шлифованных.

Плиты ДСП применяют для устройства полов, облицовки стен и перегородок, изготовления дверных полотен, встроенной мебели и др.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготавливают горячим прессованием древесноволокнистых масс, которые содержат в своем составе полимерные смолы. Основное сырье для изготовления ДВП - древесные отходы или низкокачественная неделовая древесина. Древесину в рубильных машинах превращают в щепу, которую пропаривают (температура 150-155^оС, избыточного давления), а затем распаренную и размягченную щепу распушивают на отдельные волокна. Водную эмульсию, состоящую из фенолоформальдегидных полимеров (4-5% от массы сухой древесины), антисептиков, антипиринов и гидрофобизаторов, смешивают с древесноволокнистой массой в смесительных бассейнах. Полученную массу формуют и обезвоживают на сетчатых лентах. Обезвоженный ковер режут на форматы заданных размеров. После сушки получают мягкие плиты. Для получения твердых или полутвердых плит сухие полотна укладывают на поддоны и прессуют при давлении 5.5 МПа при температуре 200-210^оС. После прессования их 4 часа выдерживают в климатических камерах, после чего разрезают на листы заданных размеров.

В зависимости от предела прочности при изгибе плиты изготавливают марок: М - мягкие (в свою очередь в зависимости от плотности они подразделяются на марки М-1, М-2, М-3 с теплопроводностью соответственно 0.05, 0.07 и 0.09 Вт/(м*^оС); Т - твердые (в зависимости от состояния лицевой поверхности их также подразделяют на марки Т-С, Т-СП, Т-П, которые в зависимости от уровня физико-механических показателей, бывают группы А и Б); СТ - сверхтвердые с не облагороженной лицевой поверхностью и СТ-С сверхтвердые (твердые повышенной прочности) с лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы.

Плиты ДВП выпускают длиной до 3-6 м, шириной до 1800 мм, толщиной от 2.5 (твердые) до 16 мм (мягкие). Применяют плиты ДВП как облицовочный и теплоизоляционный материал для стен и потолков внутренних помещений, для устройства полов. Из твердых плит изготавливают мебель, делают киоски, торговые ларьки, прилавки и др.

Клееные деревянные конструкции изготавливают на специальных заводах методом склеивания небольших деревянных заготовок в крупноразмерные элементы. По назначению элементы подразделяют на две группы для несущих и ограждающих конструкций, по характеру работы на плоские (балки, арки, стойки, рамы, фермы и др.) и пространственные (элементы сводов, куполов, оболочек и др.). По профилю сечения элементы несущих конструкций могут быть сплошными и решетчатыми. Клееные конструкций могут быть сплошными и решетчатыми. Клееные конструкции изготавливают на высокопрочных и водостойких полимерных клеях . Прочность,, водостойкость, огнестойкость таких конструкций выше, чем у аналогичных сплошных деревянных конструкций. Они почти не поддержаны усушке и короблению. Слои древесины располагаются так, чтобы ослабить влияние анизотропности, уменьшить влияние трещин, сучков, других пороков. Такие конструкции экономичные, так как для их изготовления используется маломерная и разносортная древесина.

Склеиванием можно изготовить оконные и дверные коробки, дверные полотна, балки, прогоны, фермы и другие конструкции для промышленного, сельского и гражданского строительства, для автодорожных мостов, эстакад, спортивных и зрелищных сооружений и т.п.

Цементное-стружечные плиты (ЦСП) получают прессованием древесных частиц, смешанных с портландцементом и химическими добавками- минерализаторами. Древесным сырьем служит тонкомерная древесина - тонкая длинная стружка толщиной 0.2-0.3 мм и длиной 30 мм и более. Окоренную древесину хвойных пород выдерживают на складах 2-3 месяца для уменьшения содержания водо-растворимых сахаров ("цементная отрава"), которые отрицательно влияют на цемент. Можно использовать также древесную лиственных пород, но при этом прочность плит уменьшается на 10-15%. После выдерживания древесину (или отходов лесопиления) превращают в тонкомерную стружку и смешивают с цементом и водой, в которой растворены химические добавки. Из приготовленной смеси формуют изделия, а затем направляют в камеры твердения и сушки. Технологический процесс производства ЦСП почти полностью автоматизирован.

Цементно-стружечные плиты выпускают двух марок ЦСП-1 и ЦСП-2, которые отличаются различными физико-механическими свойствами: плотность 1200-1400 кг/м³, предел прочности при изгибе в зависимости от толщины (8-40 мм) составляет 12-9 МПа (для марки ЦСП-1) и 9-7 МПа (для ЦСП-2), твердость не менее 45 и 65 МПа соответственной марке 1 и 2, водопоглощение через 24 час не более 16%, разбухание по толщине не более 2%, морозостойкость - более 50 циклов (снижение прочности при изгибе после 50 циклов не более 10%), теплопроводность 0.253 Вт/(м*^оС) и др.

Цементно-стружечные плиты относятся к группе трудносгораемых материалов повышенной биостойкости, сравнительно легко обрабатывают пилением, фрезерованием, сверлением, крепятся гвоздями. Их можно красить, оклеивать шпоном, обоями, полимерными пленками, облицовывать керамикой. Плиты используются для панелей и перегородок, плит покрытий, элементов подвесных потолков, устройства полов, ограждения лоджий, подоконных досок и др.

Опилкобетон изготавливают из органических (опилки хвойных пород) и минеральных (песок, гравий) наполнителей, портландцемента и минеральных добавок (трепел, глина). Отдозированные компоненты перемешивают в бетоносмесителях принудительного действия. Наилучшие результаты получают при использовании опилок фракций 1.5-5 мм. Средняя плотность бетона 900-1200 кг/м³, прочность при сжатии после трехмесячного выдерживания 0.8-2.8 МПа. Опилкобетон используют как утеплитель в перекрытиях и как стеновой материал для малоэтажного домостроения.

Королит изготавливают из коры с использованием минеральных вяжущих веществ. При использовании гипса прочность королита 1.5-2 МПа, на цементе - прочность составляет 3-3.5 МПа. Теплопроводность королита 0.14-0.16 Вт/(м*^оС). Королит применяют в малоэтажном строительстве для устройства несущих внутренних и внешних элементов стен, как утеплитель для стен и полов, в строительстве складов, торговых павильонов, выставочных залов и др.

Арболит - это разновидность легкого бетона, в котором заполнителем служат древесные отходы, а вяжущим - портландцемент. В качестве органического заполнителя применяют дробленку из отходов производства, лесозаготовок, лесопиления и деревообработки хвойных или твердолиственных древесных пород (сосна, ель, дуб, бук, ольха, береза), одубину, т.е. отходы переработки дубового экстрактового сырья, костру конопли и льна дробленные стебли хлопчатника. Сначала отходы перерабатывают на щепу, а потом на короткую стружку (дробленку) длиной 2-20 мм, толщиной не более 0.1 мм. Для ускорения твердения и для минерализации древесных частиц в смесь добавляют химические добавки - кальций хлористый технический и натриевое жидкое стекло. Арболитовую смесь перемешивают в смесителях принудительного цикличного действия или в лопастных растворосмесителях.

Конструкции и изделия из арболита разделяют по назначению (теплоизоляционные и конструкционные), по структуре (плотные и поризованные), по армированию (армированные и неармированные), по количеству слоев (одно и многослойные). Арболит в зависимости от прочности подразделяют на марки 5-15 кгс/см² (теплоизоляционный), 25-50 кгс/см² (конструкционный). Средняя плотность 400-850 кг/м³, теплопроводность 0.08-0.17 Вт/(м*^оС). Арболит относится к биостойким и трудносгораемым материалам, имеет хорошую сцепляемость со штукатурными растворами, красками. Способность удерживать шурупы и гвозди, возможность обрабатывать различными инструментами увеличивают его преимущества перед другими стеновыми материалами.

Арболитовые изделия используют для жилых, промышленных, сельскохозяйственных зданий и сооружений в качестве навесных наружных стен, заполнения каркаса, несущих наружных и внутренних неармированных стен зданий до двух этажей, обшивки потолков, изоляции полов и кровли. При применении зданиях с относительной влажностью воздуха более 75% внутренние поверхности изделий должны иметь пароизоляционные покрытия.

Фибролит получают прессованием смеси портландцемента (иногда магнезиальных вяжущих) с обработанной минеральными солями древесной шерстью. Древесная шерсть представляет собой ленты древесины длиной 300-500 мм, шириной 1-6 мм и толщиной 0.1-0.8 мм. Минерализатором служит хлористый кальций, сернокислый глинозем или жидкое стекло. Древесная шерсть может быть получена из древесины любых пород.

Фибролитовые плиты выпускают длиной до 3 м, шириной 600 и 1200 мм, толщиной 30-150 мм.

В зависимости от назначения плиты подразделяют на марки Ф-300 (m=250-350 кг/м³) как теплоизоляционный материал: Ф-400 (m=351-400 кг/м³) и Ф-500 (m=401-500 кг/м³) как теплоизоляционно-конструкционный и звукоизоляционный материал. Теплопроводность соответственно составляет 0.08-0.10 Вт/(м*^оС). Предел прочности при изгибе для Ф-400 и Ф-500 для плит толщиной от 30 до 100 мм колеблется в пределах от 1.1-0.7 МПа до 1.3-1.0 МПа.

Фибролит относится к биостойким, трудносгораемым материалам. Применяется для тепловой изоляции наружных ограждающих стен, утепленных покрытий, междуэтажных перекрытий с относительной влажностью воздуха в помещении не свыше 75%.

Ксилолит получают из магнезиального вяжущего вещества, опилок, раствора хлорида магния плотностью 1.14-1.24 г/см³ и пигментов. Ксилолит используют для устройства полов в жилых, общественных и производственных зданиях, в которых полы не подвергаются постоянному увлажнению.

6. Основные пути экономии древесины в строительстве

Безотходная технология

Одним из основных путей экономии древесины в народном хозяйстве является экономия ее на всех стадиях обработки и переработки, в лесозаготовительной промышленности при заготовке и валке леса, перевозках, при транспортировании древесины к местам потребления (особенно сплавом), длительном хранении ее на складах и т.п.

На современных передовых деревообрабатывающих и лесопильных предприятиях предусматривается максимальная утилизация отходов производства. Отходы от переработки древесины (горбыль, рейки, стружки, опилки и др.) составляют значительную долю 50-60% заготавливаемой древесины. Эти отходы, а также неделовую (дровяную) древесину превращают в древесностружечные и древесноволокнистые плиты, арболит, фибролит и другие материалы с ценными и разнообразными свойствами. На передовых деревообрабатывающих комбинатах коэффициент использования древесного сырья доходит до 0.98.

Весьма эффективно использование в строительстве клееных деревянных конструкций в виде балок, ферм, арок, рам, в покрытиях зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях агрессивной среды. В этих условиях деревянные конструкции обеспечивают в 1.5 раза больший срок службы по сравнению со стальными или железобетонными.

Существенного снижения материалоемкости можно добиться совершенствованием конструктивных решений клееных конструкций, использованием для них элементов из водостойкой фанеры. Применение фанеры позволяет сократить расход древесины на 20-40%, уменьшить потребность в клее в 1.5-2.5 раза. Применение усовершенствование технологии производства деревянных клееных конструкций с использование автоматизированных линий, ускоренных способов склеивания, автоматизированных систем контроля и отбраковки сырья и продукции позволяет повысить качеств и снизить себестоимость конструкции.

Применение древесностружечных и древесноволокнистых материалов позволяет не только в наибольшей мере использовать отходы древесины, но и получать материал более высокого качества, чем древесина, с лучшими физико-механическими свойствами и эстетическими показателями. Использование таких материалов дает значительную экономию как по единовременным, так и эксплуатационным затратам.

Экономное расходование древесины может быть достигнуто также максимальной заменой древесины другими местными более экономичными для данного района материалами.

Снижению стоимости строительства будет способствовать также повышение долговечности деревянных конструкций.

Основными мероприятиями, способствующими повышению долговечности древесины, являются надлежащие температурно-влажностные условия хранения древесины, соответствующая обработка древесины в зависимости от ее использования, защита антисептиками и антипиренами, создание благоприятных условий эксплуатации деревянных конструкций.