Трещиностойкость

Для СФБ характерна высокая трещиностойкость, которая зависит не только от объемного содержания фибры, но и от дисперсности армирования. Чем более однородна бетонная матрица и, чем выше уровень дисперсности армирования, тем выше, при прочих равных условиях, предел трещиностойкости СФБ, который до 20-ти раз может превышать трещиностойкость исходного бетона.

Долговечность

Долговечность материала определяются такими его свойствами как, морозостойкость, коррозионная стойкость, водонепроницаемость и, косвенно, трещиностойкость. По оценкам специалистов СФБ характеризуется высокими показателями долговечности.

По экспериментальным данным, морозостойкость СФБ при объемном коэффициенты армирования ( _fv ) 0,01 в 7 раз выше по сравнению с исходным бетоном.

Водонепроницаемость СФБ, как другие его гидрофизические свойства, зависит от структуры материала, прямо пропорциональна дисперсности фибрового армирования и содержанию фибры в объеме материала конструкции. По оценкам специалистов, водонепроницаемость СФБ превышает эту характеристику бетона почти в 2 раза.

Коррозионная и фильтрационная стойкость СФБ определяются количеством фибровой арматуры и структурой порового пространства СФБ. Матрица СФБ обладает повышенными защитными свойствами по отношению к волокнам. Экспериментально доказано, что в СФБ образуются капилляры с размером не более 0,01 мм, а это делает его влагонепроницаемым, а значит и обладающим высокой коррозионной стойкостью, превышающей почти в 2 раза коррозионную стойкость исходного бетона.

Теплофизические свойства

Теплофизические свойства СФБ – теплопроводность _f , температуропроводность _f , теплоемкость С_f , в общем случае зависят от объемного содержания фибры и влажности материала. Температуропроводность СФБ выше этого показателя исходного бетона до 16%; теплопроводность СФБ _f превышает теплопроводность исходного бетона ₀ до 30%, теплоемкость СФБ практически равна теплоемкости бетона.

Огнестойкость. Пожаробезопасность. Огнеупорность

Сталефибробетон является более огнестойким материалом, чем сталь и железобетон, так как при температурах пожара он практически сохраняет на нормативный срок свои прочностные и деформативные свойства. Исследования СФБ, подвергнутого высокотемпературному нагреву при пожаре (до t = 500°С), проведенные с целью оценки его работоспособности, показали, что энергия разрушения СФБ до 200 раз превышает этот показатель обычного бетона, а коэффициент интенсивности напряжений – в 12 раз. При этом СФБ с фибрами из низкоуглеродистой стали выдерживает нагрев, без снижения прочности, до температуры 450 – 537°С; с фибрами из нержавеющей стали до температуры 1590 – 1595°С.

Истираемость

Исследования СФБ на истираемость свидетельствуют о структурном улучшении этого материала в сравнении с неармированным бетоном. Показатель истираемости улучшается, в среднем, в 2 раза сравнении с неармированным бетоном и фибры истираются совместно с бетонной матрицей.

Кавитационная стойкость

Кавитационная стойкость – это специфическое свойство СФБ, которое выделяет его из всех известных материалов. Эта характеристика в 2.5 раза выше, чем у неармированного или армированного другими способами бетона. Особенно она повышается при армировании стальными фибрами полимербетона. Для невысоких скоростей потока достаточной кавитационной стойкостью обладает СФБ и без полимерных добавок.

Особенности конструирования композитов на основе высокопористых матриц. Свойства и технология ячеистых фибробетонов.– многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.То, что малые добавки волокна значительно увеличивают прочность и вязкость хрупких материалов, было известно с древнейших времен. Во времена египетского рабства евреи добавляли солому в кирпичи, чтобы они были прочнее и не растрескивались при сушке на жарком солнце

Пожалуй, в каждом современном доме найдутся предметы мебели, сделанные из распространенного в наши дни композиционного материала – древесно-стружечных плит (ДСП), в которых матрица из синтетических смол наполнена древесными стружками и опилками. А наиболее известным на сегодняшний день композитом, вероятнее всего, является железобетон. Сочетание бетона и железных прутьев дает материал, из которого сооружают конструкции (пролеты мостов, балки и т.п.), которые выдерживают большие нагрузки, вызывающие растрескивание обычного бетона. Интересно, что первыми применять железо в качестве арматуры стали древние греки, причем армировали они мрамор. Когда архитектору Мнесиклу в 437 до н.э. понадобилось перекрыть пролеты длиной в 4–6 м, он замуровал в специальных канавках в мраморных плитах двухметровые железные стержни, чтобы перекрытия справились с напряжениями.

Компонентами композитов являются самые разнообразные материалы – металлы, керамика, стекла, пластмассы, углерод и т.п. Известны многокомпонентные композиционные материалы – полиматричные, когда в одном материале сочетают несколько матриц, или гибридные, включающие в себя разные наполнители. Наполнитель определяет прочность, жесткость и деформируемость материала, а матрица обеспечивает монолитность материала, передачу напряжения в наполнителе и стойкость к различным внешним воздействиям. По структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, слоистые, дисперсноупрочненные, упрочненные частицами и нанокомпозиты. Волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными кристаллами – кирпичи с соломой и папье-маше можно отнести как раз к этому классу композитов. Уже небольшое содержание наполнителя в композитах такого типа приводит к появлению качественно новых механических свойств материала. Широко варьировать свойства материала позволяет также изменение ориентации размера и концентрации волокон. Кроме того, армирование волокнами придает материалу анизотропию свойств (различие свойств в разных направлениях), а за счет добавки волокон проводников можно придать материалу электропроводность вдоль заданной оси.

В слоистых композиционных материалах матрица и наполнитель расположены слоями, как, например, в особо прочном стекле, армированном несколькими слоями полимерных пленок.

Микроструктура остальных классов композиционных материалов характеризуется тем, что матрицу наполняют частицами армирующего вещества, а различаются они размерами частиц. В композитах, упрочненных частицами, их размер больше 1 мкм, а содержание составляет 20–25% (по объему), тогда как дисперсноупрочненные композиты включают в себя от 1 до 15% (по объему) частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Размеры частиц, входящих в состав нанокомпозитов – нового класса композиционных материалов – еще меньше и составляют 10–100 нм.Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение в различных областях дает значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000$. В качестве наполнителей ПКМ используется множество различных веществ.

А) Стеклопластики – полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные и т.д.), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и т.д.). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей – куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора. В первых армированных стеклопластиках количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы. Однако со временем назначение матрицы изменилось – она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80% по массе. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя применяется ткань, плетенная из стеклянных волокон, называется стеклотекстолитом.

Стеклопластики – достаточно дешевые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т.п.

Б) Углепластики – наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление – 220° С, карбонизация – 1000–1500° С и графитизация – 1800–3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5% по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков – чаще всего – термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики – очень легкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, черного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении легких велосипедов и другого спортивного инвентаря.

На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы – наиболее термостойкие композиционные материалы (углеуглепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000° С. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000° С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.

В) Боропластики – композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедренные в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетенных вспомогательной стеклянной нитью или лент, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твердости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30% стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.

Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.

Г) Органопластики – композиты, в которых наполнителями служат органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40–70% наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров – полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т.п. – варьируется в значительно больших пределах – от 2 до 70%. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.

Важную роль в улучшении механических характеристик органопластика играет степень ориентация макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.

Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и т.д.

Д) Полимеры, наполненные порошками. Известно более 10000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 в. способ синтеза фенолформфльдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола – вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до ее затвердевания, увеличивает ее прочность. Созданный им материал – бакелит – приобрел большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя – пресс-порошок - под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это – ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс». Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.

Сейчас применяются разнообразные наполнители так термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дешевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет дает возможность окрашивать материал. Применяют для изготовления жестких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т.д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п. По-прежнему широко применяют органические наполнители – древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.

Е) Текстолиты – слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов – покрытия для кухонных столов – трудно переоценить.

Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие – на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон – хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и т.д. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов. При создании композитов на основе металлов в качестве матрицы применяют алюминий, магний, никель, медь и т.д. Наполнителем служат или высокопрочные волокна, или тугоплавкие, не растворяющиеся в основном металле частицы различной дисперсности.

Свойства дисперсноупрочненных металлических композитов изотропны –одинаковы во всех направлениях. Добавление 5–10% армирующих наполнителей (тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов) приводит к повышению сопротивляемости матрицы нагрузкам. Эффект увеличения прочности сравнительно невелик, однако ценно увеличение жаропрочности композита по сравнению с исходной матрицей. Так, введение в жаропрочный хромоникелевый сплав тонкодисперсных порошков оксида тория или оксида циркония позволяет увеличить температуру, при которой изделия из этого сплава способны к длительной работе, с 1000° С до 1200° С. Дисперсноупрочненные металлические композиты получают, вводя порошок наполнителя в расплавленный металл, или методами порошковой металлургии.

Армирование металлов волокнами, нитевидными кристаллами, проволокой значительно повышает как прочность, так и жаростойкость металла. Например, сплавы алюминия, армированные волокнами бора, можно эксплуатировать при температурах до 450–500° С, вместо 250–300° С. Применяют оксидные, боридные, карбидные, нитридные металлические наполнители, углеродные волокна. Керамические и оксидные волокна из-за своей хрупкости не допускают пластическую деформацию материала, что создает значительные технологические трудности при изготовлении изделий, тогда как использование более пластичных металлических наполнителей позволяет переформование. Получают такие композиты пропитыванием пучков волокон расплавами металлов, электроосаждением, смешением с порошком металла и последующим спеканием и т.д.В 1970-х появились первые материалы, армированные нитевидными монокристаллами («усами»). Нитевидные кристаллы получают, протягивая расплав через фильеры. Используются «усы» оксида алюминия, оксида бериллия, карбидов бора и кремния, нитридов алюминия и кремния и т.д. длиной 0,3–15 мм и диаметром 1–30 мкм. Армирование «усами» позволяет значительно увеличить прочность материала и повысить его жаростойкость. Например, предел текучести композита из серебра, содержащего 24% «усов» оксида алюминия, в 30 раз превышает предел текучести серебра и в 2 раза – других композиционных материалов на основе серебра. Армирование «усами» оксида алюминия материалов на основе вольфрама и молибдена вдвое увеличило их прочность при температуре 1650° С, что позволяет использовать эти материалы для изготовления сопел ракет.

Армирование керамических материалов волокнами, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами позволяет получать высокопрочные композиты, однако, ассортимент волокон, пригодных для армирования керамики, ограничен свойствами исходного материала. Часто используют металлические волокна. Сопротивление растяжению растет незначительно, но зато повышается сопротивление тепловым ударам – материал меньше растрескивается при нагревании, но возможны случаи, когда прочность материала падает. Это зависит от соотношения коэффициентов термического расширения матрицы и наполнителя.Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твердые износостойкие керметы используют для изготовления режущих инструментов и деталей. Кроме того, керметы применяют в специальных областях техники – это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и т.д.

Керамические композиционные материалы получают методами горячего прессования (таблетирование с последующим спеканием под давлением) или методом шликерного литья (волокна заливаются суспензией матричного материала, которая после сушки также подвергается спеканию).

Стеклоцементные композиции. Свойства, особенности технологии и области применения стеклоцемента- роизводство стеклоцементных конструкций состоит из трех основных технологических процессов:

1. Приготовление цементной или полимерцементной суспензии, 2. Изготовление стеклоцемента и конструкций из него одним из выбранных приемов, 3. Уход за твердеющим стеклоцементом.

Для приготовления цементной суспензии любого состава используют строительные растворомешалки, как правило, малой емкости (50...80 л). Объясняется это, во-первых, тем, что изделия тонкостенные, следовательно, материалоемкость их невелика, во-вторых, цемент необходимо как можно быстрее уложить в дело, не допуская его схватывания.

Качество стеклоцемента прямо зависит от приготавливаемой цементной или полимерцементной суспензии. Поэтому необходим строгий контроль активности используемого цемента, качества добавок и водоцементного отношения, которое обычно составляет 0,4...0,6. По возможности следует снижать В/Ц, но без ущерба для качества пропитки стекловолокна.

При уменьшении В/Ц увеличивается прочность цементного камня в стеклоцементе, но ухудшается пропитка стекловолокнистых материалов. Для повышения пластичности цементной суспензии при низком В/Ц в состав можно вводить пластификаторы, что повышает удобство работы со стеклоцементом и качество склеивания волокон между собой. Добавки и пластификаторы вводят и состав цементной суспензии с водой затворения.

Основные методы изготовления стеклоцемента: смешивание компонентов с последующей укладкой смеси в форму;

контактное формование;

напыление компонентов стеклоцемента па форму; намотка;

центрифугирование; вибропогружеиие волокна; виброэкструзия; мокрое формование.

Каждый из перечисленных методов можно заканчивать прессованием, вакуумированием, вибрированием, гнутьем сырого стеклоцемента для придания нужной конфигурации, экструзией. Выбор того или иного технологического приема зависит от трех основных факторов: вида армирующего стекловолокнистого компонента; конфигурации стеклоцементной конструкции; назначения ее и требуемых физико-механических показателей стеклоцемента.Метод смешивания компонентов (стекловолокна и суспензии) применяют при использовании коротких стеклянных волокон: штапельного волокна или рубленого стеклоровинга. Трудность его реализации заключается в равномерном распределении волокон в цементной матрице и сохранении их прямолинейности в композиции.

Обычные приемы перемешивания тонких стеклянных волокон с цементной суспензией (подобно тому как смешивают компоненты бетона) не приводят к обеспечению дисперсной структуры армирования. Волокна скатываются в комки-гранулы, связь между которыми осуществляется только за счет склеивания в местах поверхностного контакта гранул. Чем длиннее волокна, тем интенсивнее происходит их комкообразование, и наоборот — диспергирование коротких волокон упрощает эту задачу. Комкование исключено при использовании грубых волокон диаметром более 100 мкм. Однако такие волокна очень хрупкие и в процессе перемешивания интенсивно дробятся, что отрицательно сказывается на прочности композиционного материала при изгибе и растяжении.

В промышленных масштабах отработаны два способа смешивания стеклянных волокон и цементной суспензии.

Первый заключается в том, что штапельные волокна вводят в цементную пеномассу, а не в обычный цементный раствор. Наличие пузырьков воздуха, вовлеченных пенообразователем в цементную суспензию, обеспечивает диспергирование волокон с ориентацией их в трех направлениях. Для этой цели необходимо использовать высокооборотистые лопастные смесители (более 100 об/мин).

Затвердевшая масса представляет собой ячеистый цементный камень, дисперсно армированный волокном. Для получения плотного конструкционного стеклоцемента на основе штапельных волокон и пеномассы необходимо по окончании перемешивания вводить в смеситель осадители пены или интенсивно вибрировать стеклоцементную массу в форме.

Второй способ — рубленое стекловолокно (отрезки стеклоровинга длиной 25...30 мм) диспергируют перемешиванием с полусухой цементной массой (В/Ц=0,2...0,25) в быстроходных смесителях. После перемешивания сырую стеклоцементную композицию прессуют в форме. Если прессование невозможно, то ее разжижают водой до требуемой пластичности и укладывают в форму, после чего уложенную массу виброуплотняют.

Вследствие использования коротких волокон и их хаотического расположения метод смешивания компонентов не позволяет достичь столь высоких показателей прочности стеклоцемента на растяжение и изгиб, как при использовании непрерывного волокна в виде тканей, сеток, холстов. Вместе с тем, при равных количествах диспергированного волокна прочность на сжатие стеклоцемента, приготовленного в смесителе, выше, чем полученного другими методами. Волокна в нем ориентированы в трех плоскостях.

Контактное формование — наименее поддающийся механизации процесс изготовления стеклоцемента. Он заключается в последовательной укладке в форму слоев стекловолокнистого материала и цементной суспензии с уплотнением каждого слоя торцеванием или прокатыванием резиновым рифленым валиком. Этот метод прост, не требует высокой квалификации рабочих, больших затрат на оборудование и технологическую оснастку, обеспечивает высокие показатели прочности стеклоцемента. Однако он малопроизводителен. При формовании занято большое число рабочих. Особенно это проявляется при изготовлении крупногабаритных конструкций.

Применяют метод при индивидуальном и мелкосерийном изготовлении стеклоцементных конструкций и деталей, а также при изготовлении большеразмерных конструкций сложной конфигурации, когда механизация технологического процесса затруднена.

На поверхность формы, покрытой антиадгезионной смазкой, сначала наносят цементную суспензию, а затем — слой армирующего стекловолокнистого материала, после чего происходит их уплотнение торцеванием или укаткой. Количество волокна и цемента должно быть в таком соотношении, чтобы волокна пропитывались полностью, но без излишка суспензии. Толщина одного слоя стеклоцемента 0,8...1,5 мм. Необходимая толщина изделия достигается укладкой соответствующего числа слоев.

При наличии в конструкции гофров, резких выступов или впадин начинают укладывать стеклоцемент в опалубку именно с этих участков небольшими порциями. Первоочередное заполнение стеклоцементом углов и впадин, обрамление отверстий позволяет не допустить образования в этих местах воздушных пузырей и отслаивания, а также уменьшает трудность укладки в углах рулонных стекловолокнистых материалов.

В некоторых случаях в связи со сложной конфигурацией изделия возможна укладка стеклоцемента в форму следующим образом. Стекловолокнистый материал (отрезки стеклоровинга, стеклоткани, холста) окунают в цементную суспензию, вручную пропитывают ею, отжимают избыток суспензии и полученный таким образом сырой стеклоцемент укладывают в форму, где его разравнивают и уплотняют. Необходимо стремиться, чтобы лицевая поверхность изделия при формовании была обращена к форме.

Этот метод — вариант контактного формования, когда механизирован процесс укладки стекловолокна (стеклоровинга) и цементной суспензии. Он исключает ручные операции раскроя армирующих материалов и укладки их в форму, механизирует операцию нанесения цементного связующего. Все это обеспечивает повышение производительности труда и снижение стоимости изделий из стеклоцемента по сравнению с изготовленными контактным методом.

Процесс изготовления стеклоцемента этим методом состоит в том, что на форму при помощи инжекционного сопла наносят цементную суспензию, а затем при помощи пневматическое го пистолета-напылителя (ППН) наносят рубленый на отрезки длиной 30...60 мм стеклоровинг.

Работа ППН заключается в том, что подаваемый с бобины стеклоровинг ложится на резиновый валик и рубится на отрезки, которые попадают в струю сжатого воздуха и выбрасываются из механизма на только что нанесенную цементную суспензию. ППН представляет собой пневматический двигатель с редуктором и специальной приставкой для резки и распыления стеклоровинга. Двигатель с редуктором от пневмоинструмента (пневмодрели) с частотой вращения более 2000 об/мин.

ППН можно укомплектовать соплом для синхронной с волокном подачи цементной суспензии.

Напыление компонентов сопровождают уплотнением каждого слоя путем торцевания или прокатыванием резиновым рифленым уплотняющим валиком. Производительность напыления можно увеличить за счет одновременной рубки двух-трех ровингов одним ППН и соответствующим увеличением производительности инжекционного сопла для цементной суспензии. Изготовление стеклоцемента напылением механизирует процесс формования, позволяет использовать наиболее дешевую разновидность конструкционного стекловолокнистого материала — стеклоровинга.

Способы формования армоцементных и фибробетонных конструкций (вибролитье, метод виброгнутья, виброштампование, виброформование, вибропрофилирование, послойное формование, вибропрессование и др.)- Малая толщина армоцементных элементов и строгие допуски предъявляют высокие требования к точности изготовления армоцементных конструкций. Недопустимо кустарное изготовление с ручным уплотнением бетонной смеси без фиксации арматуры, особенно сеток.

В Советском Союзе были разработаны и освоены несколько индустриальных способов изготовления армоцементных конструкций. Ниже рассмотрены машинные способы изготовления, позволяющие получать изделия высокого качества, с заданной высотой сечения, надлежащей толщиной защитного слоя и соблюдением всех необходимых параметров конструкции.

Способ вибропрофилирования. Формуют изделие вибропрофилером. Это машина,нижняя часть которой повторяет форму поперечного сечения конструкции. В средней части располагается бункер, внутри которого размещается вибродиафрагма, подвешенная на упругих подвесках. Поддон с уложенной на нем арматурой движется по рельсам под вибропрофилером. В зазор между ними, по форме поперечного сечения изделия, из бункера поступает бетонная смесь вязкостью до 30 сек, которая уплотняется вибраторами, находящимися на профилере. Скорость передвижения поддона 0,5—1,5 м/мин. Для прохождения бетона сквозь пакет сеток нужно вызвать вибрацию около 3000 кол/мин. Бетон вызревает на поддоне. Технологическая линия — поточная с тепловой обработкой в стационарных пропарочных камерах. Этот способ пригоден для изготовления изделий постоянной высоты, плоской или цилиндрической формы, длиной до 10 м, шириной до 3 м при наибольшем угле наклона открытых поверхностей до 30°. Одним из его недостатков является то, что во время теплообработки изделие находится на поддоне, в результате при массовом производстве требуется большое количество поддонов и большие производственные площади.

Способ формования при помощи скользящего виброштампа пригоден для изготовления длиномерных изделий плоской или цилиндрической формы. Скользящий виброштамп—машина, состоящая из формующей плиты, повторяющей конфигурацию изделия с приподнятой передней частью. Плита жестко скреплена с вибраторами и пригрузом. Вверху находится бункер (рис. 86). Скользящий виброштамп движется по направляющим; бетонная смесь поступает из бункера на стенд-матрицу через щель, ширину которой можно регулировать заслонкой, разравнивается и уплотняется. Полная готовность изделия достигается за несколько проходов штампа. Угол наклона формуемой поверхности к горизонту не должен превышать 15°. Технологическая линия — стендовая или поточно-агрегатная. Скорость передвижения виброштампа — 0,5-1,5 м/мин. Для уплотнения бетона нужно применять вибраторы с частотой до 6000 кол/мин.Оба способа пригодны для уплотнения бетонов с низким В/Ц = 0,3—0,35.

Их недостатки — сложность оборудования, возможность изготавливать элементы только сравнительно простой формы и постоянного сечения.

Такие и подобные им машины были изготовлены и применялись НИИЖБ, трестом Оргэнергострой в Куйбышеве, заводом Южэнергострой и другими организациями.

Способ виброштампования заключается в уплотнении бетонной смеси вибрированием с пригрузом. При этом применяется стационарный виброштамп с матрицей или виброплощадки с пригрузом. Бетонная смесь укладывается и разравнивается бетоноукладчиком, после чего уплотняется вибрированием. По завершению цикла вибрирования штамп снимается. Этот способ пригоден для формования изделий площадью до 20 м и высотой до 1,5 м. Требуемая частота — 6000 кол/мин, величина пригруза — 80 гс/см2. Допускается немедленная распалубка с отрывом штампа от поверхности изделия, при этом жесткость бетонной смеси по техническому вискозиметру должна составлять 20—40 сек. Технологическая схема агрегатно-поточная или стендовая. В случае снятия штампа до отвердения, вследствие присоса между виброштампом и изделием срывается поверхность бетона. При подъеме виброштампа через 2—3 часа и уменьшении силы присоса подачей сжатого воздуха между штампом и изделием отрыв штампа происходит без помех.

Бетоны, полученные таким способом, характеризуются высокой прочностью (1000 — 1200 кгс/см2), которая растет значительно быстрее, чем при обычном вибрировании

Технико-экономическая эффективность и области применения конструкций и изделий из дисперсно-армированных бетонов - как и традиционный бетон, представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую арматуру. Дисперсное фибровое армирование позволяет в большой степени компенсировать главные недостатки бетона - низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения.

Фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность при растяжении и на срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление кавитации, жаропрочность и пожаростойкость. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и их ремонте.

Свойства фибробетона как композиционного материала определяются свойствами составляющих его компонентов. В определенной степени важнейший компонент - фибра (стальная или неметаллическая). Основные характеристики материалов, используемых в настоящее время для изготовления фибры, приведены в таблице.

Сопротивление различным воздействиям у фибробетонов в несколько раз выше, чем у обычного бетона.

Главными показателями свойств фибробетонов можно считать следующие:

прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжении при изгибе;

начальный модуль деформаций;

морозостойкость;

водонепроницаемость;

истираемость;

ударную прочность (вязкость).

Важнейшая характеристика фибробетона - прочность на растяжение - является не только прямой характеристикой материала, но и косвенной, и отражает его сопротивление другим воздействиям, а также долговечность.

Другая важная характеристика фибробетона - ударная прочность (вязкость разрушения), которая в 3-5 раз превышает ударную прочность обычного бетона.

Экспериментально-теоретические исследования физико-механических свойств фибробетонов и опыт их применения позволили выявить эффективную номенклатуру конструкций, сооружений и изделий из них.

Установлены следующие области рационального применения фибробетонов:

монолитные конструкции и сооружения - автомобильные дороги, перекладка покрытия, промышленные полы, выравнивающие полы, мостовые настилы, ирригационные каналы, взрыво - и взломоустойчивые сооружения, водоотбойные дамбы, огнезащитная штукатурка, емкости для воды и других жидкостей, обделки тоннелей, пространственные покрытия и сооружения, оборонные сооружения, ремонт монолитных конструкций полов, дорог и др.;

сборные элементы и конструкции - железнодорожные шпалы, трубопроводы, склепы, балки, ступени, стеновые панели, кровельные панели и черепица, модули плавающих доков, морские сооружения, взрыво- и взломоустойчивые конструкции, плиты аэродромных, дорожных, тротуарных покрытий и креплений каналов, карнизные элементы мостов, сваи, шпунт, обогревательные элементы, элементы пространственных покрытий и сооружений, уличная фурнитура.

Практически все вышеуказанные конструкции из фибробетона широко применяются за рубежом, имеется положительный опыт их эффективного использования и в отечественном строительстве. Конструкции могут изготовляться как с фибровым, так и с комбинированным армированием, когда имеется фибра и стержневая или проволочная арматура.

Низкое сопротивление растяжению, которое характерно для каменных материалов, - наиболее существенный недостаток, снижающий эффективность использования бетона в конструкциях. Ввиду сложной макроструктуры сопротивление растяжению - определяющий фактор и при других видах напряженного состояния бетона.

Достигаемое фибровым армированием увеличение отношения пределов прочности при растяжении и сжатии (Rbt/Rc) представляет собой средство повышения эффективности бетона как конструкционного материала. Учитывая относительно высокую стоимость и дефицитность волокон, этот показатель решит вопрос о конкурентоспособности фибробетонов по сравнению с другими видами армированных бетонов. Имеются мнения, что для этого потребуется достижение величины Rbt/Rc = 0,5 - 0,6. Практически такое соотношение прочностей возможно только при дисперсном фибровом армировании бетона-матрицы.

Интегральные свойства фибробетона, как и любого композита, обусловливаются свойствами его компонентов (фибры и бетона-матрицы), а также наличием и степенью их совместной работы. В фибробетоне такая работа обеспечивается за счет сцепления и анкеровки фибры в бетоне. За последние годы в НИИЖБ разработана новая перспективная технология получения высокопрочных удобоукладываемых бетонов. Она превосходит уровень мировых стандартов и основана на применении комплексного модификатора бетона марки МБ-01 в виде порошка на органоминеральной основе, включающей микрокремнезем, суперпластификатор и регулятор твердения бетона.

Экспериментально-теоретические исследования, проведенные в институте, показали, что модифицированный высокопрочный бетон - наиболее приемлемая матрица для фибробетона с современной фиброй различных видов.

В основу перспективных разработок следует положить принципы создания фибробетонов нового поколения.

Для получения фибробетона с высокими эксплуатационными характеристиками и долговечностью необходимо выполнить следующее:

• достигнуть технологической совместимости фибры и бетона-матрицы (высокая однородность распределения фибры по объему композита; иметь необходимое количество растворной части бетона для размещения в ней фибры и обеспечения ее анкеровки, а также достаточную удобоукладываемость фибробетонной смеси из условий технологии производства изделий, конструкций или возведения сооружений);

• обеспечить коррозионную стойкость фибры в среде бетона-матрицы и требуемую долговечность получаемого фибробетона;

• создать максимальное заанкеривание фибры в бетоне-матрице с целью наиболее эффективного использования ее прочностных свойств;

• выбрать оптимальное сочетание агрегатного состояния (вида), прочности и деформативности фибры и бетона-матрицы для получения наиболее эффективного по эксплуатационным свойствам композита (фибробетона) на их основе.

С учетом выполнения этих условий наиболее перспективно для создания высокоэффективных фибробетонов нового поколения применение высокопрочных модифицированных бетонов на основе комплексных органоминеральных модификаторов типа МБ-01 и эффективной стальной фибры (типа "Харекс", "Драмикс"), щелочестойкой стеклянной (типа СЦ-6 или "CemFil"), базальтовой или полипропиленовой фибры оптимального агрегатного состояния.

В настоящее время имеются практически все возможности для создания высокопрочных фибробетонов нового поколения на основе отечественных материалов. Наличие современных эффективных видов фибры позволяет упростить ее введение и перемешивание в бетонной смеси, что, в свою очередь, дает возможность в большей степени использовать технологическое оборудование, применяемое для обычных бетонов. При этом могут быть получены и использованы фибробетонные смеси высокой подвижности.

Модифицированные высокопрочные мелкозернистые бетоны, обладая сверхнизкой проницаемостью (W20), обеспечивают высокую коррозионную стойкость фибры и долговечность фибробетона, а также ускоренное нарастание прочности. Последнее особенно важно для монолитного строительства.

Учитывая сложившиеся условия и мировой опыт, целесообразно ускорить разработки в области технологии и расчета фибробетонов, более широко применять фибробетонные конструкции при проектировании объектов строительст

61. Основные виды железобетона.

Для строительства промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений применяют следующие бетонные и железобетонные изделия: блоки фундаментов (стаканного типа и ленточные) и стен подвалов, колонны, балки, ригели, плиты, панели внутренних и наружных стен, лестничные марши и площадки, крупные стеновые блоки и т. п.

Фундаменты стаканного типа ( 85, а) под колонны могут быть с квадратным или прямоугольным основанием, в форме усеченной пирамиды или ступенчатые. Размеры сечения гнезда стакана внизу принимают на 50 мм больше размеров сечения колонн, а глубину гнезда— равной наибольшему размеру сечения колонны.

Ленточные фундаменты состоят из двух элементов: железобетонных блоков- подушек ( 85, б) и бетонных блоков для фундаментных стен и стен подвалов.

Блоки-подушки, как правило, изготовляют сплошными прямоугольного и трапецеидального сечения.

Бетонные блоки для фундаментных стен и стен подвалов выполняют прямоугольными сплошными и пустотелыми ( 85, в). Блоки на торцах снабжены пазами, куда заливают раствор при сборке стен.

Колонны для одноэтажных промышленных зданий чаще бывают прямоугольного сечения.

Более экономичны двухветвевые колонны 3, применяемые в цехах с пролетами 18; 24 и 30 м и с тяжелыми мостовыми кранами.

Для сооружения многоэтажных промышленных зданий с каркасом применяют прямоугольные колонны 4 ( 86, б) высотой от 2,6 до 10,3 м на один этаж и колонны 5 от 6,2 до 14,85 м на два этажа. Колонны 4 и 5 изготовляют с консолями для опирания на

них ригелей. Их выпускают сечением от 400X400 мм до 400 X •Х600 мм. В зависимости от нагрузки они различаются маркой бетона и количеством арматуры.

В промышленном строительстве для покрытий цехов применяют предварительно напряженные односкатные ( 87, а) или двускатные ( 87, б) балки пролетом от 6 до 24 м или фермы ( 88) пролетом от 18 до 30 м. Фермы изготовляют цельными или составными, собираемыми из двух половин. Покрановые балки (см.  87, в) выпускают длиной 6 и 12 м.

Ригели бывают прямоугольного или таврового сечения высотой от 450 до 800 мм, длиной от 2,7 до 8,3 м.

Плиты для покрытий промышленных зданий ( 89) изготовляют с предварительно напряженным армированием длиной от б

до 12 м и шириной от 1,5 до 3 м.

Панели для междуэтажных перекрытий с круглыми пустотами ( 90) изготовляют нескольких размеров по длине и ширине на специализированных полигонах.

Стеновые панели ( 91, а) для жилых и общественных зданий бывают однослойными и многослойными. Однослойные стеновые панели ( 91, б) выполняют из легких бетонов марок 50—75, снаружи их обычно отделывают слоем декоративного раствора или облицовывают (например, керамическими плитками). Внутренняя поверхность панели гладкая, пригодная под

Многослойные стеновые панели ( 91, в) могут быть двух- или трехслойными. Наружный и внутренний слой трехслойных панелей изготовляют из тяжелого бетона, средний — третий слон — из легкого бетона на пористых заполнителях.

Лестничные марши представляют собой железобетонные плиты со ступенями сверху и ребрами по контуру. Их выпускают с отделанной или неотделанной поверх-

ной стороны их облицовывают слоем декоративного раствора или плитками, а с внутренней подготавливают под окраску.

Для сопряжения наружных простеночных блоков с подоконными ( 92, б) служат четверти на высоту блока.

Блоки внутренних стен изготовляют толщиной 390 мм с поверхностями, подготовленными под окраску. Они бывают вертикальные и горизонтальные ( 92, в) с четвертями, на которые укладывают плиты перекрытий. Для сопряжения блоков внутренних стен служат вертикальные пазы на всю высоту блока. Иногда в этих блоках устраивают пустоты, которые уменьшают массу конструкции и используются как вентиляционные каналы.

На полигонах изготовляют также железобетонные сваи, трубы,, предварительно напряженные мостовые балки, опоры линий электропередач, крупные блоки гидротехнических сооружений, опалубку-облицовку и т. д.

62. Материалы для сборного железобетона

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и стали.

Идея сочетания в железобетоне этих двух крайне отличающихся механическими свойствами материалов базируются на следующем. Бетон, как и всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но слабо противодействует растягивающим напряжениям: прочность бетона при растяжении примерно в 10—15 раз меньше прочности при сжатии. В результате этого бетон невыгодно использовать для изготовления конструкций, в которых возникают растягивающие напряжения. Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе. Наиболее выгодно применять железобетон для строительных элементов, подверженных изгибу. При работе таких элементов возникают два противоположных напряжения—-растягивающие и сжимающие. При этом сталь воспринимает перЕые, а бетон — вторые напряжения и железобетонный элемент в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам. Таким образом, сочетается работа бетона и стали в одном материале — железобетоне.

Возможность совместной работы в железобетоне двух резко различных по своим свойствам материалов определяется следующими важнейшими факторами:

бетон прочно сцепляется со стальной арматурой, вследствие чего при возникновении напряжений в железобетонной конструкции оба материала работают совместно;

сталь и бетон обладают почти одинаковым коэффициентом температурного расширения, что обеспечивает полную монолитность железобетона:

бетон не только не оказывает разрушающего влияния на заключенную в нем сталь, но предохраняет ее от коррозии.

В зависимости от способа армирования и состояния арматуры- различают железобетонные изделия с обычным армированием и с предварительно напряженной арматурой.

К обыкновенно армированным железобетонным изделиям относятся такие, усиление прочности которых достигается путем укладки стальных стержней, сеток или каркасов при изготовлении изделий. Однако такой способ армирования не предохраняет полностью изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в бетоне в растянутой зоне,1 так как бетон обладает незначительной растяжимостью (1—2 мм на 1 пог. м), тогда как сталь при таких же нагрузках растягивается в 5—6 раз больше бетона. Появление трещин отрицательно влияет на работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, в трещины проникают влага и газы, что создает опасность коррозии стальной арматуры.  

Избежать образования трещин в железобетонной конструкции можно предварительным сжатием бетона в местах, подверженных растяжению. В таком бетоне трещины появляются только в том случае, если растягивающие напряжения превзойдут напряжения предварительного сжатия. Сжатие бетона достигается предварительным напряжением (растяжением) арматуры. По способу изготовления различают два вида предварительно напряженных конструкций: первый — предварительное напряжение арматуры производится до затвердения бетона, второй— после приобретения бетоном определенной прочности.

Если напрягать арматуру до бетонирования, то уложенная в форму арматура с одного конца закрепляется к упору, а с другого натягивается специальным приспособлением. После заполнения формы бетонной смесью и затвердения бетона арматура освобождается от натяжения. Стремясь прийти в первоначальное ненапряженное состояние, она сокращается и увлекает за собой окружающий ее бетон, обжимая железобетонный элемент в целом. Если же арматуру напрягают после отвердения бетона, то ее располагают в специально оставленном в бетоне канале. После затвердения бетона арматуру натягивают и закрепляют на концах конструкций анкерными устройствами, затем заполняют канал бетоном, который после затвердения сцепляется с арматурой.

Предварительное напряжение арматуры не только предупреждает появление трещин в растянутом бетоне, но и позволяет снизить вес железобетонных конструкций, увеличить их жесткость, повысить долговечность и сократить расход арматуры. Поэтому дальнейшее развитие строительной техники направлено на значительное увеличение выпуска предварительно напряженных железобетонных конструкций.

 

В основу классификации сборных железобетонных изделий положены следующие отличительные признаки: вид армирования, объемный вес и вид бетона, внутреннее строение и назначение.

По виду армирования железобетонные изделия подразделяются на предварительно напряженные и с обычным армированием, т. е. без предварительного напряжения.

По объемному весу применяемых бетонов различают изделия, изготовленные: из особотяжелых бетонов объемным весом более 2500 кг/м3; из тяжелых бетонов объемным весом от 1800 до 2500 кг/м3; из легких бетонов объемным весом от 500 до 1800 кг/м3; из особолегких (теплоизоляционных) бетонов объемным весом менее 500 кг/м3.

По виду бетонов и применяемых в бетоне вяжущих получают изделия: из цементных бетонов — тяжелых на обычных плотных заполни-тйлях, из особотяжелых бетонов и легких бетонов на пористых заполнителях; из силикатных бетонов — плотных (тяжелых) или легких на пористых заполнителях на основе извести или смешанном вяжущем; из ячеистых бетонов — на цементе, извести или смешанном вяжущем; из 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, изготовленными из бетона разных видов или с применением различных материалов, например теплоизоляционных.

 

Железобетонные изделия одного вида могут различаться также типоразмерами, например стеновой блок угловой, стеновой блок подоконный. Изделия одного типоразмера могут подразделяться по маркам. В основу этого деления положено различное армирование, наличие монтажных отверстий или различие в закладных деталях.

В зависимости от назначения разнообразные сборные железобетонные изделия подразделяют на четыре основные группы изделий: для жилых и общественных зданий, для промышленных зданий, для сооружений и общего назначения.

Железобетонные изделия должны отвечать требованиям действующих государственных стандартов, а изделия, на которые отсутствуют стандарты, — требованиям рабочих чертежей и технических условий на них. Изделия массового производства делают типовыми и унифицированными, что обеспечивает возможность применения их при строительстве зданий и сооружений различного назначения.

Составные или комплексные изделия должны поставляться потребителю, как правило, в законченном, собранном и полностью укомплектованном деталями виде, а изделия с проемами, заполняемыми столярными изделиями, — со вставленными оконными или дверными блоками, проолифленными или загрунтованными. На лицевых поверхностях изделий не допускаются трещины, раковины, околы, пятна, наплывы или обнажения арматуры. Изделия должны иметь максимальную степень заводской готовности, а качество их поверхности должно быть таким, чтобы на месте строительства не требовалось дополнительной отделки (если такая отделка не предусмотрена проектом).

64. Приготовление бетонных смесей: дозирование, перемешивание и транспортирование бетонных смесей различных видов.

Бетонные смеси на предприятиях сборного железобетона готовят в бетоносмесительных цехах. Для выпуска товарных бетонных смесей предназначены бетонные заводы и инвентарные бетоносмесительные установки. Производство бетонных смесей может быть организовано как в стационарных, так и в перебазируемых или мобильных установках. Последние применяют в основном в начальный период строительства объектов, при значительном удалении их от стационарных заводов.

В состав бетоносмесительных цехов или бетонных заводов входят склады цемента и заполнителей, установки для приготовления добавок, расходные бункера для образования оперативного запаса материалов, транспортное оборудование, аппаратура для дозирования компонентов, смесительное оборудование и устройства для выдачи бетонной смеси.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в бетоносмесителях периодического и непрерывного действия. Бетоносмесители периодического действия бывают двух типов: свободного падения (гравитационные) и принудительного перемешивания.

В бетоносмесителях свободного падения (загрузочная вместимость - 100...4500 л) материал перемешивается в медленно вращающихся вокруг горизонтальной или наклонной оси смесительных барабанах, оборудованных внутри короткими коры-тообразными лопастями. Лопасти захватывают материал, поднимают его и при переходе в верхнее положение сбрасывают. В результате многократного подъема и падения обеспечивается его перемешивание. В таких смесителях готовят пластичные бетонные смеси с крупным заполнителем из плотных пород.

При перемешивании мелкие компоненты бетонной смеси входят в межзерновые пустоты более крупных (песок в пустоты крупного заполнителя, цементное тесто в пустоты песка), поэтому объем перемешанной бетонной смеси составляет лишь 0,6.,.0,7 от объема исходных сухих компонентов.

 

 

Время перемешивания зависит от подвижности бетонной смеси и вместимости бетоносмесителя. Чем меньше подвижность смеси и больше вместимость бетоносмесителя, тем больше времени необходимо для перемешивания. Например, для бетоносмесителя вместимостью 500 л оно составляет 1...2 мин, а для бетоносмесителя 2400 л - 2,5...3 мин и более.

Бетоносмесители принудительного перемешивания ( 456) представляют собой стальные чаши, в которых смешивание компонентов производится вращающимися лопастями, насаженными на вертикальные валы. Продолжительность перемешивания в бетоносмесителях принудительного действия в 1,5...2 раза меньше, чем в гравитационных. Используют их для приготовления жестких бетонных смесей на мелких песках и с повышенным содержанием цемента и бетонных смесей на пористых заполнителях.

Бетоносмеситель непрерывного действия корытообразной формы имеет рабочий орган - вал с лопастями, который одновременно перемешивает и перемещает бетонную смесь от загрузочного отверстия к выгрузочному. Его производительность больше, чем бетоносмесителей периодического действия, однако точность дозирования компонентов меньше и переход от одной марки бетона к другой сложнее. Поэтому их используют лишь на строительных объектах с большим объемом строительных работ (например, на строительстве гидроэлектростанций, автомобильных дорог). Бетоносмесители могут быть передвижные, установленные на автомашинах, и стационарные.

Автобетоносмеситель представляет собой комбинированный агрегат, включающий бетоносмесительную и транспортную машины. На базе автомобиля МАЗ или КамАЗ монтируют бетоносмеситель гравитационного действия с наклонной осью вращения барабана. Загрузку компонентов и выгрузку бетонной смеси производят через заднее торцевое отверстие. Объем приготовляемой смеси - 4 м3 и более, подвижность смеси при выгрузке - не менее 5 см. Дальность перевозки зависит от качества автодороги, температуры и подвижности бетонной смеси. Например, максимальная продолжительность транспортирования затворенной тяжелой бетонной смеси марок ПЗ.. .П4 по дороге с асфальтобетонным покрытием в автобетоносмесителе составляет 90 мин, автосамосвалом -30 мин; то же по грунтовой дороге - соответственно 30 и 20 мин.

Транспортирование. Обязательное требование ко всем способам транспортирования бетонной смеси - сохранение ее однородности и подвижности. Бетонные смеси от бетоносмесительного завода перевозят на стройку на автомашинах-бетоновозах или автосамосвалах, внутри строительных объектов или заводов сборного железобетона - вагонетками, конвейерами и бетононасосами.

Укладка бетонной смеси. Качество и долговечность бетона во многом зависят от правильности укладки, а методы укладки и уплотнения определяются видом бетонной смеси (пластичная или жесткая, тяжелый или легкий бетон) и типом конструкции. Укладка должна обеспечивать максимальную плотность бетона (отсутствие пустот и однородность состава).

Литые и пластичные смеси уплотняют под действием силы тяжести или путем штыкования, жесткие смеси - вибрированием или другими способами.

Вибрирование - наиболее эффективный метод укладки, основанный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси. При вибрировании частицам бетонной смеси передаются быстрые колебательные движения от источника колебаний - вибратора. Применяют главным образом электромеханические вибраторы, основная часть которых - электродвигатель. На валу электродвигателя эксцентрично установлен груз - дебаланс, при вращении которого возникают колебательные импульсы.

При вибрировании жесткая (или пластичная) бетонная смесь как бы превращается в тяжелую жидкость, которая плотно заполняет все части формы, а воздух, содержащийся в бетонной смеси, при этом поднимается вверх и уходит. Бетонная смесь приобретает плотную структуру. При недостаточном времени вибрирования бетонная смесь уплотняется не полностью, при слишком долгом - она может расслоиться.

В зависимости от вида и формы бетонируемой конструкции применяют различные типы вибраторов. При бетонировании конструкций большой площади и небольшой толщины (до 200...300 мм), например бетонных покрытий дорог, полов промышленных предприятий и других, используют поверхностные вибраторы ( 46а), массивных элементов значительной толщины - глубинные вибраторы ( 466) с наконечниками различной формы и размеров. Часто применяют одновременно несколько вибраторов, которые собирают в пакеты. Тонкостенные бетонные конструкции, насыщенные арматурой (колонны, несущие стены), уплотняют наружными вибраторами, прикрепляемыми к поверхности опалубки ( 46в). В заводских условиях при изготовлении бетонных камней, крупных блоков, панелей и других изделий пользуются виброплощадками, на которые устанавливают формы с бетонной смесью.

 Мелкозернистый бетон обычно укладывают методами торкретирования с помощью цемент-пушки или пневмобетонирования. В первом случае в цемент-пушку засыпают сухую смесь мелкозернистого бетона, которая сжатым воздухом подается по гибкому шлангу к месту укладки бетона. К выходному отверстию гибкого шланга по другому шлангу под давлением поступает в нужном количестве вода. При выходе из отверстия сопла сухая смесь смачивается водой и в готовом виде наносится на бетонируемую поверхность. При таком способе укладки получается мелкозернистый бетон высокой плотности, прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

Твердение бетона. Нормальный рост прочности бетона происходит при положительной температуре (15...25 °С) и постоянной влажности. Соблюдение этих условий особенно важно в первые 10... 15 сут. твердения, когда бетон интенсивно набирает прочность ( 47). Чтобы поверхность бетона предохранить от высыхания, ее покрывают песком, опилками, периодически увлажняя их. Эффективной является защита поверхности бетона от испарения влаги полимерными пленками, битумными и полимерными эмульсиями.

В зимнее время твердеющий бетон предохраняют от замерзания различными методами: методом термоса, когда подогретую бетонную смесь защищают теплоизоляционными материалами, и подогревом бетона во время твердения (в том числе и электропрогревом).

На заводах сборного железобетона для ускорения твердения бетона применяют тепловлажностную обработку - пропаривание.

65. Арматурные работы. Механическая обработка стали для арматурных изделий и закладных деталей.

Арматурой называют стальные стержни различной формы, сетки и объемные каркасы из них, представляющие собой составную часть железобетонных конструкций и отвечающие техническим и технологическим требованиям. Требования к арматуре определяются необходимостью обеспечить совместную ее работу с бетоном на всех стадиях службы конструкции. Сталь для арматуры должна обладать прочностными характеристиками, которые могут быть наиболее полно использованы при работе конструкции, и свойствами, необходимыми для выполнения арматурных работ и их индустриализации. Первое из этих требований удовлетворяют путем улучшения сцепления арматуры с бетоном. Решающее влияние на величину сцепления оказывают профиль и состояние поверхности стержня. Требования к прочности и технологическим свойствам арматуры обеспечиваются химическим составом сталей, способами их производства и обработки.

По назначению арматуру подразделяют на рабочую, распределительную, монтажную и хомуты.

Рабочая арматура (расчетная) воспринимает главным образом растягивающие (в некоторых случаях сжимающие) усилия, возникающие от внешних нагрузок и воздействия силы тяжести конструкции, а также создает предварительное напряжение.

Распределительная арматура (конструктивная) предназначена для закрепления стержней в каркасе путем сварки или вязки с рабочей арматурой, обеспечения совместной их работы и равномерного распределения нагрузки между ними.

Монтажная арматура поддерживает при сборке каркасов отдельные стержни рабочей арматуры и способствует установке их в проектное положение. Стержни монтажной арматуры применяют также для соединения плоских арматурных элементов в один пространственный каркас.

Хомуты предназначены для предотвращения косых трещин в бетоне конструкций (балок, прогонов, колонн) и для изготовления арматурных каркасов из отдельных стержней для тех же конструкций.

В зависимости от условий применения арматуру подразделяют на ненапрягаемую и напрягаемую.

По виду поставляемой арматурной стали различают стержневую, проволочную арматуру и арматурные изделия.

В зависимости от профиля стержневая и проволочная арматура бывает гладкая и периодического профиля.

Стержневую арматуру подразделяют на следующие виды:

-горячекатаную, не подвергающуюся после проката упрочняющей обработке, классов А-I, А-II, А-III, А-IV и А-V;

-термически упрочненную, подвергающуюся после проката упрочняющей термической обработке, классов Ат-IV, Ат-V и Ат-VI;

-упрочненную вытяжкой, подвергающуюся после проката упрочнению вытяжкой в холодном состоянии, классов А-IIв и А-IIIв.

Проволочную арматуру подразделяют на следующие види:

-арматурную проволоку из низкоуглеродистой стали (обыкновенную) круглую (гладкую) класса В-I и периодического профиля класса Вр-I, из углеродистой стали (высокопрочную) круглую (гладкую) класса В-II и периодического профиля класса Вр-II;

-витую проволочную арматуру, т. е. арматурные канаты (спиральные) семипроволочные класса К-7 и девятнадцатипроволочные класса К-19, арматурные канаты, двухпрядные класса К2, трехпрядные К3 и многопрядные класса Кп.

Железобетонные изделия армируются плоскими гнутыми и пространственными сетками и каркасами.

Изготовление арматурных элементов включает механическую обработку арматурных сталей, сварку сеток и плоских каркасов, сборку из них пространственных каркасов.

Механическая обработка стали состоит в размотке, правке, отмеривании и резке стали, гибких отдельных стержней, сеток и каркасов, изготовление монтажных цепей. Использование машин и нестандартного оборудования для выполнения этих работ позволяет механизировать и автоматизировать все основные переделы механической обработки стали арматурного производства.

Изготовление арматурных сеток производят на многоточечных автоматических машинах, на которых можно сваривать арматурные сетки шириной до 3,8 м. Эти машины имеют высокую производительность.

Изготовление плоских каркасов. В большинстве случаев каркасы изготовляются на одноточечных машинах из предварительно выправленных и нарезанных стержней.

Изготовление объемных каркасов основано на следующих принципах: расчленение сложного объемного каркаса на отдельные плоские или объемные элементы для изготовления их на серийном сварочном оборудовании; максимальное применение контактной точечной сварки и гибочных машин для гнутья элементов каркаса; организация поточного производства элементов каркаса и сокращение транспортных операций применения комплексно-механизированных линий и конвейеров; сварка объемных каркасов из отдельных деталей на горизонтальных и вертикальных кондукторах - манипуляторах, оборудованных подвесными сварочными машинами типа МТПГ-75, МТПП-75 и др.

Изготовление закладных деталей осуществляют из листовой, полосовой, уголковой и фасонной прокатной стали, отвечающей условиям свариваемости. Для анкерных стержней применяют арматурную сталь диаметром не менее 8 мм. Процесс изготовления закладных деталей состоит в заготовке элементов - резки, зачистки поверхностей, сверлению отверстий, гнутья стержней и их электрической сварки. Листовую сталь разрезают ножницами на полосы нужного размера, которые далее поступают на эксцентриковый пресс для рубки. Затем эти детали свариваются.

Арматурная сталь, поступающая на предприятие, подлежит приемке путем сопоставления результатов внешнего осмотра и замеров, данных, приведенных в сертификатах, и результатов контрольных испытаний с требованиями Государственных стандартов или технических условий. При изготовлении арматурных элементов должно быть установлено соответствие используемой арматурной стали требованиям проекта.

66. Укладка и натяжение арматуры. Защита арматуры от коррозии.

Предварительное обжатие конструкций выполняют в основном двумя способами: натяжением арматуры на упоры (до бетонирования) и на бетон (после бетонирования и затвердения бетона). Наибольшее распространение получил способ натяжения арматуры на упоры, потому что он в большинстве случаев оказывается более экономичным при массовом заводском производстве. Этот способ применяют в конструкциях малых и средних размеров, изготовляемых в заводских условиях. Арматуру укладывают в форму, натягивают до заданного напряжения и закрепляют на упорах стенда ( 4.1, а). После бетонирования и приобретения бетоном передаточной прочности, назначаемой не менее 11 МПа и не менее 50% принятого класса бетона, арматура освобождается от связи с упорами и, стремясь возвратиться к первоначальному состоянию, обжимает бетон ( 4.1, б, в). При этом арматура теряет часть предварительного напряжения. Передаточная про

чность равна кубиковой прочности в момент обжатия бетона.

Натяжение на бетон применяют главным образом для большепролетных конструкций (ферм, мостов и т. п.). В этом случае вначале изготовляют бетонный или слабоармированный элемент, в теле которого оставляют каналы или пазы для укладки напрягаемой арматуры. Каналы, превышающие диаметр арматуры на 5...15 мм, создаются в бетоне с помощью укладки извлекаемых пустотообразователей (стальные спирали, резиновые шланги) или оставляемых гофрированных трубок. После приобретения бетоном передаточной прочности кьр в каналы пропускают рабочую арматуру, натягивают ее до заданного напряжения и закрепляют на торцах конструкции с помощью анкеров ( 4.1, г). В процессе натяжения происходит обжатие бетона. Каналы заполняются цементным или цементно-песчаным раствором под давлением для защиты арматуры от коррозии и для связи с бетоном за счет сцепления. Арматуру можно располагать и с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров). После натяжения арматуры поверх ее наносят слой бетона.

Натяжение арматуры на упоры производят механическим, электротермическим или электротермомеханическим способом, а натяжение арматуры на бетон, как правило,— механическим способом.

Для натяжения механическим способом применяют гидравлические и винтовые домкраты, намоточные машины. Сущность электротермического натяжения арматуры заключается в том, что арматуру, снабженную по концам ограничителями, разогревают, пропуская электрический ток, до температуры 310...350 °С, в результате чего она удлиняется. Нагретые стержни укладывают в форму таким образом, чтобы ограничители оказались заведенными за упоры формы. При остывании упоры препятствуют укорочению стержней, благодаря чему в стержнях возникают заданные растягивающие напряжения. После укладки бетона и приобретения им в процессе твердения достаточной прочности арматуру отпускают с упоров и вследствие ее укорочения происходит обжатие бетона конструкции.

Электротермомеханический способ натяжения представляет собой сочетание электротермического и механического способов, осуществляемых одновременно.

В последние годы для создания предварительного напряжения в конструкциях начинают успешно применять бетоны, изготовляемые на специальных напрягающих цементах. Бетон на таком цементе при твердении увеличивается в объеме и вследствие сцепления с арматурой растягивает ее. Так как арматура препятствует свободному расширению бетона, в нем возникают сжимающие напряжения. Такие конструкции называют самонапряженными. Применение напрягающего цемента позволяет отказаться ог приспособлений для натяжения арматуры.

Устройство анкеров на торцах элемента всегда необходимо при натяжении арматуры на бетон. Типы анкеров весьма разнообразны и выбираются исходя из производственных возможностей, вида арматуры и арматурных изделий. Для стержневой арматуры используют анкеры с обжатыми шайбами, приваренными коротышами, высаженными головками ( 4.3, б, в), анкеры в виде гаек, навинчиваемых на нарезной конец стержня ( 4.3, г), и др. Наиболее рациональными являются анкеры в виде наконечников с обжатыми шайбами, так как при их применении отсутствуют горячие процессы, и прочностные свойства арматуры вблизи анкеров не снижаются за счет ее отжига.

Защита от коррозии.

Применение красок

Самый первый из известных способов защиты арматуры. Мало красок может выдержать высокий уровень кислотности, возникающий в бетоне при контакте с внешней средой. К тому же, поскольку покрытие обладает пористой структурой, то предотвращение попадания кислорода и влаги является невозможным.

Применение связующей эпоксидной смолы

Данный метод показал себя лучше, чем окрашивание. Однако такое покрытие является очень дорогим, а технология слишком сложной в исполнении. Поэтому, сейчас использование эпоксидной смолы не имеет особой популярности.

Применение ингибиторов коррозии

Мигрирующие ингибиторы коррозии (сокращенно МИК) являются относительно новым способом защиты арматуры. Их отличительной особенностью является то, что они могут быть добавлены как в жидкий, так и в уже затвердевший бетон. Они проникают сквозь трещины и поры, достигая участков металлической поверхности. После этого они впитываются в металл и образуют защитный мономолекулярный слой. В результате этого процессы коррозии тормозятся, а доступ кислорода и влаги к металлу перекрывается.

Защита арматуры от коррозии с помощью ингибиторов весьма эффективна: эти вещества способны замедлить процесс образования ржавчины в 5-13 раз. Средство показывает себя еще лучше, если нанести его до начала коррозийного процесса. Тогда время до начала окисления металла может быть увеличено в два-три раза.

Для использования ингибиторов поверхность очищают от масла, грязи, грибковых поражений, грунтовок и асфальта. После этого состав наносится пульверизатором или малярным валиком. Если покрытие достаточно плотное, то нанесение проводится в 2 этапа с промежутком в 8 часов.

67. Виды форм для изготовления железобетонных изделий. Эффективные конструктивные решения форм.

Формы являются самым массовым технологическим оборудованием, которое должно обеспечить получение изделий заданной геометрии с точными размерами и гладкими поверхностями. Их стоимость составляет около 50% стоимости всего технологического оборудования на заводах ЖБИ.

В зависимости от принятого способа производства формы могут быть переносными, передвижными и стационарными (стендовыми); по положению изделий при формовании - горизонтальными или вертикальными; могут состоять только из поддона, а съемная бортоснастка является принадлежностью формовочной машины; формы могут быть на одно (индивидуальные) или на несколько изделий (групповые); в некоторых случаях формы имеют тепловые отсеки для осуществления тепловой обработки в них; различают также напрягаемые силовые формы и ненапрягаемые

Формы, применяемые для изготовления железобетонных изделий, разделяют на две основные группы: для предварительно напряженных железобетонных изделий и для изделий с ненапрягаемой арматурой. Формы для изготовления предварительно напряженных изделий разделяют на силовые и стендовые.

Силовые формы воспринимают усилия натяжения арматуры до момента достижения бетоном прочности, допускающей передачу усилия на бетон. При этом усилия натяжения арматуры передаются на бортоснастку или поддон. Такие формы могут быть переносными или неподвижными.

Стендовые формы воспринимают только нагрузку от давления бетонной смеси (и пара, если формы снабжены паровыми рубашками), а усилия от натяжения передаются на упоры стенда.

Формы всех групп в зависимости от технологии производства изделий могут быть переносными, передвижными и стационарными. По конструкции формы могут быть сборно-разборными, неразъемными и матрицами.

Сборно-разборные формы состоят из поддона с разъемными или шарнирно открывающимися бортами или только из разъемных бортов, устанавливаемых на выровненной и прочной площадке-стенде. Их можно применять для изготовления любых конструкций и изделий, но наиболее целесообразно использовать для бетонирования крупноразмерных конструкций сложной формы.

Неразъемные формы выполняют опрокидными или съемными; в них готовят главным образом изделия небольших размеров и простой формы.

Матрицы представляют собой обычно неподвижную неразборную форму, в некоторых случаях имеющую съемные бортовые элементы. Их применяют при изготовлении большого числа однотипных крупноразмерных изделий сложного профиля.

Сборно-разборные и неразъемные формы выполняют деревянными, металлическими и деревянными с металлическими креплениями. Матрицы изготовляют в основном из железобетона.

Формы бывают одиночными для изготовления одного изделия или групповыми для изготовления нескольких изделий. Неразъемные съемные формы и матрицы делают в основном одиночными.

Оборачиваемость формы зависит от ее конструкции, материала, из которого она изготовлена, и от вида изделий. Средняя оборачиваемость деревянных сборно-разборных форм для сложных изделий 10—20, для простых — 50—60 раз; деревянных опрокидных форм для изделий весом до 0,5 т — 800 раз.

Металлические сборно-разборные формы при правильной эксплуатации обеспечивают тридцатикратную оборачиваемость до профилактического ремонта, трехсоткратную — до капитального ремонта и восемьсот—тысячекратную оборачиваемость до полного ее износа.

Железобетонные матрицы оборачиваются в среднем 300—400 раз. Для облегчения распалубливания и увеличения оборачиваемости все поверхности формы, соприкасающиеся с бетоном, перед укладкой в нее арматуры смазывают составами, препятствующими сцеплению бетона с формой.

68. Классификация методов формования сборных железобетонных изделий.

Формование методом литья , когда применяются весьма подвижные бетонные смеси, способные хорошо заполнять форму под действием силы тяжести без приложения внешних сил.

Вибрационные методы формования имеют несколько разновидностей.

Формование на виброплощадках, когда уплотняется весь объем бетонной смеси, находящейся в форме.

Формование изделий глубинными вибраторами. Кроме того, внутреннее вибрирование смеси может происходить при помощи вибровкладышей, заранее устанавливаемых внутри формы для образования пустот в изделии.

Формование изделий поверхностными вибраторами. Поверхностное вибрирование создается через подвижную вибрирующую плоскость, укладываемую на поверхность формы, заполненной бетонной смесью.

Формование изделий наружным вибрированием. Наружное вибрирование осуществляется через стенки или днище формы, к которым жестко прикреплены вибраторы.

Центробежный метод формования. Формование изделий центробежным способом производят на центрифугах. Распределение и уплотнение бетонной смеси в процессе центрифугирования происходят под действием центробежной силы, возникающей при быстром вращении барабана центрифуги.

Изготовление изделий методом торкретирования. При этом способе нанесение на поверхность арматурной сетки, формы или специальной матрицы тонких слоев цементно-песчаного раствора или мелкозернистого бетона производится сжатым воздухом при помощи цемент-пушки.

Прессование бетонной смеси. Различают способ штампового прессования изделий из песчаного или мелкозернистого бетона, когда уложенная бетонная смесь подвергается давлению прессующего штампа, покрывающего всю площадь изделия, и способ мундштучного прессования, при котором бетонная смесь подается в камеру с уменьшающимся по направлению к выходному отверстию (мундштуку), откуда выходит спрессованное изделие в виде сплошной ленты.

Уплотнение бетонной смеси трамбованием. Данный способ характеризуется многократным приложением прессующего давления на бетонную смесь.

В ряде случаев представляется целесообразным осуществлять повторное вибрирование уложенной в форму и уплотненной бетонной смеси. Одно-, двукратное или многократное вибрирование до конца периода формирования структуры приводит к 15 - 20 % повышению эксплуатационных свойств бетонов

69. Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий и конструкций.

На заводах ЖБИ нашли широкое распространение следующие виды тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий: пропаривание в камерах периодического или непрерывного действия при нормальном атмосферном давлении и температуре 60-100 °С; запаривание в автоклавах при температуре насыщенного водяного пара 175-190°С и давлении 0,9-1,3 МПа; нагрев в закрытых формах с контактной передачей тепла бетону от различных теплоносителей через ограждающие поверхности форм; электропрогрев бетона; прогрев в электромагнитном поле, а также с использованием солнечной энергии.

Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий является одним из наиболее длительных и ответственных процессов в технологии их производства. Сущность ее состоит в том, что при повышении температуры до 80 – 100°С скорость реакции гидратации вяжущих веществ увеличивается. Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий проводится до достижения распалубочной, отпускной, а для предварительно напряженных изделий передаточной прочности.

Под распалубочной прочностью подразумевается необходимая прочность бетона, по достижению которой возможны выемка изделия из формы без повреждений и безопасное транспортирование к месту хранения.

Отпускная прочность бетона согласно ГОСТ 13015.0 должна быть не менее: для изделий из тяжелых бетонов всех классов и легких бетонов класса В7.5 и выше – 70%; для легких бетонов класса ниже В7.5 – 80%; для бетонов автоклавной обработки – 100% проектной прочности. В холодное время года отпускная прочность бетона назначается равной его проектной прочности.

Для предварительно напряженных изделий достигают передаточной прочности бетона, которая необходима к моменту передачи на него усилий предварительного натяжения.

Так как железобетонные изделия разнообразны по своим размерам, составу, свойствам, способам формования, требованиям к виду и качеству поверхности, применяются различные установки тепловой обработки. Эти установки отличаются по принципу действия— периодические и непрерывные.

К установкам периодического действия относятся ямные камеры, автоклавы, кассетные установки и кассетные формы. К установкам непрерывного действия относятся туннельные, щелевые, вертикальные камеры, камеры прокатных станов.

В качестве теплоносителя широкое распространение получили пар и паровоздушная смесь, а также подогретый и увлажненный воздух.

При применении в качестве источника теплоты электроэнергии нагрев изделия осуществляют при непосредственном прохождении электрического тока через бетон или при помощи различных нагревателей и излучателей.

На продолжительность тепловой обработки влияет минеральный состав цемента. При применении низкоалюминатных цементов продолжительность тепловой обработки обычно составляет 13-15ч. Среднеалюми-натные цементы интенсивно набирают прочность в начальный период про-паривания, поэтому при их применении продолжительность тепловлажно-стной обработки составляет 10-13 ч.

Нежелательно применение высокоалюминатных цементов, так как после быстрого кратковременного твердения они резко замедляют рост прочности как при дальнейшем прогреве, так и при последующем твердении.

Широкое распространение при производстве сборного железобетона нашли шлакопортландцементы и быстротвердеющие портландцементы (БТЦ, ОБТЦ). Одним из путей интенсификации режимов пропаривания бетона является введение в бетонную смесь электролитов-ускорителей твердения: нитрит-нитрат кальция (ННК), нитрит-нитрат хлорид кальция (ННХК). Применение этих добавок позволяет без снижения прочности уменьшить длительность изотермического прогрева в два раза (с 8 до 4 ч).

В процессе тепловой обработки в бетоне происходят сложные физические процессы, вызывающие появление деформаций способствующих образованию трещин.

При подъеме температуры и в начале изотермического прогрева температура и давление пара в изделии более низкие, чем окружающей среды и наружные более нагретые его слои увеличиваются в объеме в большей степени, чем внутренние. Кроме того, разница температуры в различных слоях бетона создает в них разность парциальных давлений. Это вызывает перемещение влаги из наружных слоев во внутренние и расширение находящейся в порах паровоздушной смеси, создающей внутри бетона избыточное давление. В этот период, особенно при быстром подъеме температуры, в бетоне возникают значительные напряжения и образуются трещины и нарушается контакт между цементным камнем и заполнителем.

При изотермическом прогреве затвердевший бетон увеличивается в объеме и вследствие разницы коэффициентов линейного температурного расширения его компонентов образуются микродефекты.

При снижении температуры в камере температура бетона и давление в нем пара будут выше, чем в окружающей среде и начинается движение в нем нагретого воздуха к открытой поверхности изделия, а также миграция из глубинных слоев бетона влаги с интенсивным ее испарением.

Таким образом, в бетоне в период тепловлажностной обработки наблюдаются остаточные объемные деформации, возникающие в начальной стадии твердения при нагревании изделий из еще недостаточно прочного бетона, образование направленной капиллярной пористости, в связи с перемещением влаги и паровоздушной смеси, пониженной плотности цементного камня в бетоне, вызванной недостаточной степенью гидратации и образованием более крупных кристаллогидратов, приводящих к появлению многочисленных дефектов, вызывающих снижение эксплуатационных характеристик изделий и конструкций.

Итак, в процессе тепловой обработки наряду с рядом положительных факторов, ускоряющих твердение, имеют место факторы отрицательно влияющие на формирование структуры бетона в изделии. Задача технологов сводится к тому, чтобы усилить влияние положительных факторов и ослабить или исключить влияние отрицательных. Это осуществляется путем оптимизации режимов тепловой обработки

70. Виды тепловлажностной обработки: пропаривание, контактный обогрев, электропрогрев, обогрев лучистой энергией, горячее формование, запаривание в автоклавах, гелиотермообработка.

В настоящее время применяют следующие виды тепловой обработки: а) пропаривание изделий при нормальном давлении при температуре 60—100° С); б) запаривание изделий в автоклавах, насыщенным водяным паром при давлении 0,9—1,3 МН/м2 (9—13 атм) и температуре 175—191° С; в) контактный обогрев изделий; г) электропрогрев путем пропускания электрического тока через толщу бетона; д) обогрев бетона инфракрасными лучами. Кроме того, исследуется горячее формование, при котором бетонную смесь перед укладкой в форму в течение 8—12 мин разогревают электрическим током или водяным паром до температуры 75— 85° С и выдерживают затем в форме в условиях термоса 4—6 ч.

Для формирования структуры бетона как уже отмечалось, особенно важным являются влажностные условия твердения, поэтому во многих случаях следует отдать предпочтение тепловлажностной обработке железобетонных изделий (пропариванию и запариванию). Тепловую обработку железобетонных изделий проводят до достижения бетоном прочности около 70% проектной, что позволяет транспортировать изделия на строительную площадку и монтировать конструкции из них.

Пропаривание при нормальном давлении производят в камерах периодического или непрерывного действия, оно является наиболее экономичным способом тепловой обработки. Из камер пропаривания периодического действия широкое применение имеют камеры ямного типа. Наиболее целесообразный размер камер в плане, полученный на основании технико-экономических показателей, должен соответствовать размерам двух пропариваемых изделий. Стенки камеры обычно делают бетонными, сверху камеры имеется массивная крышка.

Отформованные изделия, находящиеся в формах или на поддонах, загружают в камеру в несколько рядов по высоте, после чего камеру закрывают крышкой, препятствующей потере тепла и пара. Пар в камеру подается из котельной постоянно в зависимости от установленного режима пропаривания так, что обеспечивает скорость повышения температуры в камере от 20 до 35° С в 1 ч, до максимальной— 85—100° С. При этом изделие прогревается на всю толщину и выдерживается при этой температуре 6—8 ч, после чего постепенно охлаждается. Продолжительность пропаривания зависит от состава бетона и свойства цемента и составляет около 14— 20 ч для пластичных бетонных смесей и 4—8 ч — для жестких.

Применение быстротвердеющих цементов позволяет сократить продолжительность изотермической выдержки (при более низкой температуре прогрева 70—80° С) и уменьшить общее время пропаривания до 8—10 ч. Изделия из легких бетонов вследствие их меньшей теплопроводности требуют более продолжительного времени тепловой обработки. Камера пропаривания непрерывного действия представляет собой туннель, обеспечивающий установленный режим пропаривания для изделий, вкатываемых на вагонетках с одной стороны туннеля и выкатываемых с другой. За время пребывания в камере туннельного типа изделия проходят зону подогрева, изотермического прогрева при максимальной температуре и зону охлаждения. Туннельные камеры применяют главным образом при конвейерном способе производства. Тепловая обработка бетона в камерах пропаривания ускоряет время твердения его по сравнению с твердением в естественных условиях примерно в" 7—8 раз. Запаривание изделий в автоклавах — специальных, герметически закрывающихся аппаратах, состоит в том, что при давлении насыщенного водяного пара 0,9—1,3 МН/м2 (9— 13 атм) вода сохраняется в жидкой фазе даже при температуре 175—191° С. Это создает благоприятные условия ускорения твердения и образования соединений, имеющих свойства цементирующих веществ высокой прочности: Поскольку бетон набирает прочность в автоклаве в первые 4—6 ч прогрева, то в автоклавах с давлением в 1,1—1,3 МН/м2 (11 —13 атм) можно сократить длительность изотермического прогрева до 3—5 ч.

Контактный обогрев изделий осуществляют путем непосредственного соприкосновения изделия с источником тепла или с нагревательными приборами, обогреваемыми стенками формы или основанием стенда (при стендовой технологии) и т. п. В качестве источника тепла используют острый водяной пар, горячую воду, масла и др. Этот способ тепловой обработки применяют при изготовлении тонкостенных изделий в кассетах при достаточной их герметизации. Кроме того, с помощью этих теплоносителей осуществляется обработка некоторых видов изделий в термобассейнах (твердение изделий в горячей воде). После тепловой обработки технология изготовления железобетонных изделий, если не требуется дальнейшая отделка поверхности, заканчивается. Отдел технического контроля проверяет изделия и направляет на склад готовой продукции.

71. Режимы пропарки бетона в камерах, кассетах, пакетах, термоформах.

В настоящее время 85 % всех выпускаемых сборных железобетонных изделий и конструкций пропаривают в камерах водяным паром.

Весь цикл тепловлажностной обработки в пропарочных камерах делят на четыре периода: предварительное выдерживание, подогрев до максимальной температуры, изотермическая выдержка и охлаждение. Длительность тепловлажностной обработки определяется требуемой прочностью изделий, их толщиной, расходом цемента и его активностью, минимальными приведенными затратами и т.д. Она выражается суммой отдельных его периодов в часах, например, (3)+3+6+2= 14 ч.

Период предварительного выдерживания обычно составляет 1—5 ч. Предварительное выдерживание наиболее целесообразно для изделий с большими открытыми поверхностями, для изделий в закрытых формах оно нецелесообразно, а при использовании разогретых бетонных

смесей противопоказано. Скорость подъема температуры во второй период не должна превышать 60°С/ч, длительность этого периода обычно составляет 2—3,5 ч. Оптимальная температура изотермической выдержки для бетонов на портландцементе 80—85°С, на шлакопорт- ландцементе и пуццолановых портландцементах 90— 95°С, длительность изотермической выдержки 2—13 ч. Период охлаждения изделий в камерах обычно составляет 0,5—2,5 ч.

Существует несколько видов пропарочных камер. Выбор их конструкции определяется в первую очередь принятым способом производства и технико-экономическими показателями работы камер. Пропарочные камеры бывают периодического и непрерывного действия. Камеры периодического действия (ямные, туннельные) применяют при стендовом и агрегатно-поточном способах, камеры непрерывного действия (туннельные, щелевые, вертикальные) — при конвейерном способе. В камерах периодического действия весь цикл тепловлажностной обработки проводят по заданному режиму без перемещения форм. Камеры непрерывного действия являются проходными. Процесс пропаривания изделий и их перемещение вдоль камер происходит непрерывно или циклично.

Ямные камеры обычно предназначают для одновременной тепловлажностной обработки нескольких изделий, установленных в три-шесть рядов по вертикали и в два-три ряда по горизонтали. Загрузку и разгрузку камер осуществляют сверху мостовым краном. Чтобы упростить строповку и расстроповку форм, применяют автоматические траверсы, а камеры для однотипных изделий оборудуют вертикальными стойками с откидными кронштейнами для опирания форм. В одном пролете цеха с агрегатно-поточной технологией и двумя формовочными постами располагают до 9—12 ямных камер и более, как правило, объединенных в один блок или несколько блоков (по три-четыре камеры в блоке). Ямные камеры имеют прямоугольную форму иногда со скругленными углами для улучшения циркуляции теплоносителя ( 3.60). Высота камер обычно не превышает 4 м, ширина 1,5—4 м, длина 7—13 м. Ямные камеры чаще всего строят заглубленными на 3/4 высоты. Основные конструктивные элементы ямных камер — стены 1, выполненные с некоторым уклоном, пол для стока конденсата, паронепроницаемая теплозащитная съемная крыш-

ка 5, система трубопроводов для подачи пара, коллектор для удаления конденсата 8 и вентиляционная система. Тепловой режим в камере поддерживается автоматически.

Ямная камера работает следующим образом. С камеры краном снимают крышку и в нее устанавливают формы с изделиями таким образом, чтобы они со всех сторон обтекались паром. Крышку закрывают и в соответствии с принятым режимом тепловой обработки в камере поднимают температуру путем подачи пара через парораздающий коллектор с соплами. Цикл пропарива- ния складывается из предварительной выдержки изделий в теплой камере до подачи пара, подъема температуры в камере до максимальной, изотермической выдержки изделий при максимальной температуре и охлаждения изделий продувкой воздуха. Продолжительность тепловлажностной обработки зависит в основном от толщины изделий, активности и расхода на 1 м3 бетона применяемого портландцемента и назначения конструкции. Она, как правило, составляет 8—14 ч.

На заводах крупнопанельного домостроения для изготовления крупноразмерных изделий небольшой толщины (плит перекрытий, панелей наружных и внутренних стен и др.) широко применяют кассетный способ производства с контактным обогревом бетона в вертикальных сборно-разборных формах — кассетах, в которых формуют и подвергают тепловлажностной обработке одновременно несколько (2—14) однотипных изделий. Кассета ( 3.63) представляет собой пакет из вертикально расположенных форм, состоящих из тепловых (паровых) и формовочных отсеков, разделенных стальными вертикальными стенками. Крайние полые стенки кассеты, выполняющие роль тепловых отсеков, теплоизолированы. Сверху кассета закрывается крышкой. Пар подают в нижнюю зону парового отсека через перфорированные трубы. Давление пара в тепловых отсеках может достигать 0,8—1,2 МПа. Кроме пара в качестве теплоносителя применяют отходящие газы тепловых установок и жидких теплоносителей (воды, масла, петролатума и др.). Температура бетона в кассетах может достигать 100°С (выше, чем в камерах ямного типа). Изотермический прогрев в кассетах состоит из двух периодов: подачи теплоносителя в тепловой отсек и термосное выдерживание после прекращения его подачи. Охлаждение тепловых отсеков в период остывания изделий не предусмотрено.

72. Контроль качества производства железобетонных изделий. Виды контроля.

Отдел технического контроля предприятий сборного железобетона осуществляет пооперационный (на всех этапах производства), текущий и приемный (качества готовой продукции) контроль.

При пооперационном контроле проверяют качество составляющих, состав бетона, режимы приготовления и тепловой обработки, качество уплотнения, качество арматурной стали и соответствие арматурных каркасов проектным значениям, проектное положение закладных деталей, расстояние между стержнями, защитный слой бетона. При изготовлении предварительно напряженных конструкций определяют качество и степень натяжения арматуры.

Для оценки соответствия данного состава бетонной смеси проектному производят механические испытания образцов и дефектоскопию готового изделия, чтобы установить фактическую прочность бетона. При текущем контроле проверяют качество поверхности форм, их геометрические размеры, состояние замковых соединений, расстояние между упорами, параметры и режимы вибрационного воздействия, работу гидродомкратов и др. Особое внимание уделяют контролю режима тепловой обработки. Цель текущего контроля — проверить выполнение всех технологических операций, предусмотренных проектом производства работ. Он позволяет выявить и ликвидировать отклонения от проекта и исключить возможность появления брака.

При контроле качества готовых изделий устанавливают фактическое значение прочности бетона, размеры элементов, качество поверхностей, положение закладных деталей. Периодически испытывают конструкции для определения их несущей способности. Изделия принимают партиями. Партия должна состоять из однотипных, изготовленных из одного и того же материала и по одинаковой технологии изделий. При массовом производстве в состав партии входят однотипные изделия, изготовленные в течение суток.

Крупноразмерные изделия (балки длиной более 12 м, формы, оболочки) ОТК принимает поштучно. Каждое изделие маркируют и ставят на нем штамп ОТК На каждую несущую конструкцию составляют технологический паспорт. Изделия маркируют в соответствии с требованиями ГОСТ 23009—78. Марка — это условное обозначение сборного элемента. Например, балка подкрановая обозначается БСЖ-12 — 3AtV, что означает: балка стропильная железобетонная, пролетом 12 м, первого типоразмера, третьей категории несущей способности, с напрягаемой стержневой арматурой класса Ат-V. Марку наносят на готовое изделие в местах, заметных при хранении и монтаже.

Для определения качества железобетонных конструкций проводят их аттестацию. Имеются три категории качества: высшая (соответствует по технико-экономическим показателям лучшим отечественным и мировым образцам), первая (соответствует требованиям стандартов), вторая (морально устаревшие конструкции, которые не соответствуют современным требованиям строительства).

Качество продукции сборного железобетона во многом зависит от умения и навыков рабочих, их уровня знаний и культуры производства, добросовестного отношения к труду и социалистическ

73. Способы производства железобетонных изделий: агрегатно-поточный, конвейерный, стендовый и его разновидность кассетный.

Агрегатно-поточный способ изготовления конструкций характеризуется расчленением технологического процесса на: отдельные операции или их группы; выполнением нескольких разнотипных операций на универсальных агрегатах; наличием свободного ритма в потоке; перемещением изделия от поста к посту; формы и изделия переходят от поста к посту с произвольным интервалом, зависящим от длительности операции на данном рабочем месте, которая может колебаться от нескольких минут (например, смазка форм) до нескольких часов (пост твердения отформованных изделий). 

Агрегатно-поточный способ отличается также тем, что формы и изделия останавливаются не на всех постах поточной линии, а лишь на тех, которые необходимы для данного случая. Агрегатно-поточный способ организации производства характеризуется возможностью закрепления за одной поточной линией изделий, различных не только по типоразмерам, но и по конструкции. Эта возможность создается наличием на поточной линии универсального оборудования. 

Агрегатно-поточная технология отличается большой гибкостью и маневренностью в использовании технологического и транспортного оборудования, в режиме тепловой обработки, что важно при выпуске изделий большой номенклатуры. 

В состав технологической линии входят: формовочный агрегат с бетоноукладчиком; установка для заготовки и электрического нагрева или механического натяжения арматуры; формоукладчик; камеры твердения; участки распалубки, остывания изделий, их доводки или отделки, технического контроля; пост чистки и смазки форм; площадки под текущий запас арматуры, закладных деталей, утеплителя, складирования резервных форм, их оснастки и текущего ремонта; стенд для испытания готовых изделий. 

Конвейерный способ характеризуется следующими признаками: максимальное расчленение технологического процесса на операции, выполняемые на отдельных рабочих постах; перемещение форм и изделий от поста к посту с регламентированным ритмом. 

Изделия в процессе обработки передаются конвейерным устройством пульсирующего действия, автоматически при этом создаются условия более полной синхронизации. Конвейерный метод организации производства характеризуется принудительным ритмом, т. е. перемещение формуемых изделий осушествляется в строгой последовательности через одни и те же формовочные посты, с определенной заданной скоростью передвижения. Это требует в качестве важнейшего условия комплексную механизацию операции с применением автоматического технологического оборудования. Обычно для межоперационного транспорта применяют механизированные транспортные средства линейного типа — тележечные конвейеры, состоящие из определенного числа поддонов-тележек, которые перемещаются тяговой цепью по рельсовым путям. 

Параллельно линии формования, но обычно в обратном направлении, осуществляется термовлажностная обработка изделий. В зависимости от вида устройства для тепловой обработки изделий конвейерные линии выполняют с камерами многоярусного, щелевого и ямного типов, а также с пакетирующими устройствами для бескамерной тепловой обработки изделий в термоформах. Линии также могут различаться в зависимости от формовочного оборудования. Как правило, каждая конвейерная линия специализируется на выпуске одного вида изделия. 

Стендовый способ производства железобетонных изделий характеризуется следующими основными признаками: весь процесс производства осуществляется в неподвижных формах или на специальных стендах; изделия в процессе обработки остаются неподвижными, а рабочее и технологическое оборудование перемещается от одной формы к другой; за каждым стендом или формой закрепляется одно или несколько технологически однородных изделий.  В основе классификации разновидностей стендового производства лежит ряд факторов: число типоразмеров изделий, закрепленных за стендом; способ расположения конструкций на стенде; конструктивные особенности стендовой установки; длительность производственного цикла.  По числу закрепленных типоразмеров изделий стендовые установки делятся на специализированные (кассеты для изготовления лестничных маршей и площадок, стенды для производства подкрановых балок, полигональных ферм и т. д.) и универсальные (изготовление различных технологически однородных изделий).  На стенде изделия могут располагаться вертикально, горизонтально, последовательно, поштучно, пакетами, что влияет на конструктивные особенности стендовых установок. По своему устройству стендовые установки могут быть стационарными и разборными. Стационарные установки выполняются в виде металлических форм, железобетонных и бетонных форм-матриц с гладкой шлифованной поверхностью.Разборные металлические и железобетонные формы бывают в виде разъемных групповых кассет и форм-стендов. 

Кассетный способ производства, являясь по существу стендовым методом, выделяется в самостоятельную группу. 

Суть этого способа заключается в том, что формование изделий происходит в вертикальном положении в стационарных разъемных групповых металлических формах-кассетах, в которых изделия находятся до приобретения бетоном заданной прочности. Рабочее звено, занятое в производстве изделия, перемещается от одной кассетной установки к другой, что при соответствующем числе форм позволяет осуществлять непрерывный производственный поток. 

Кассетным способом изготавливают внутренние несущие стеновые панели, панели перекрытий, балконные плиты и другие железобетонные изделия, имеющие габариты, соответствующие размерам отсеков кассетных установок. В кассетных установках применяют подвижные бетонные смеси с осадкой конуса 7-9 см и выше с предельной крупностью заполнителя 20 мм. 

Изготовление изделий производят следующим образом. После очистки, смазки и сборки кассетных установок в формовочные отсеки устанавливают арматурные каркасы и закладные детали. Затем заполняют их бетонной смесью. Уплотнение бетонной смеси осуществляют вибрацией. В зависимости от конструкции кассетной установки вибрация бетонной смеси может передаваться через арматурный каркас, виброгребенку, путем вибрации внутренних разделительных стенок, а также за счет вибрации днища отсека кассетной формы. После уплотнения верхнюю поверхность отформованных изделий заглаживают и покрывают крышками, матами или полимерными пленками в целях предотвращения испарения влаги из бетона во время тепловой обработки. 

74. Технологические линии. Выбор технологических линий для производства сборных железобетонных изделий.

Бетонные и железобетонные изделия и конструкции изготовляют на специальных заводах или полигонах. Технологический процесс складывается из следующих последовательно выполняемых операций: приготовления бетонной смеси, изготовления арматуры и арматурных каркасов, армирования железобетонных изделий, формования, температурно-влаж-ностной обработки и декоративной отделкой лицевой поверхности изделий. Панели наружных стен в зависимости от конструкций могут подвергаться дополнительной операции — укладке в панель теплоизоляционного материала при сборке отдельных скорлуп или формовании изделий.

Организация выполнения этих основных технологических операций и их техническое оформление в современной технологии сборного железобетона осуществляются по трем принципиальным схемам, причем ведущим признаком служит способ формования изделий. По методам формования различают также и предприятия, например завод «кассетный», конвейерный или с поточно-агрегатной технологией. При выборе технологии производства следует учитывать возможность получения наилучшего управления структурообразованием бетонной смеси.

По способу и организации процесса формования могут быть выделены три схемы производства железобетонных изделий.

1.         Изготовление изделий в неперемещаемых формах. Все технологи

ческие операции — от подготовки форм до распалубки готовых отвердев

ших изделий — осуществляются на одном месте. К этому способу отно

сятся формование изделий на плоских стендах или в матрицах, "формо

вание изделий в кассетах.

2.         Изготовление изделий в перемещаемых формах. Отдельные техно

логические операции формования или отдельный комплекс их осущест

вляются 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 комплекса формования изделий по отдельным постам различают конвейерный, имеющий наибольшую расчлененность, и поточно-агрегатный способы. Последний отличается тем, что ряд операций (укладка арматуры и бетонной смеси, уплотнение смеси, а в некоторых случаях и ряд других) выполняется на одном посту. При конвейерном способе большинство операций формования проводят на определенном посту; они составляют технологическую линию.

3.         Непрерывное формование, возникшее сравнительно недавно, но

Еесьма зарекомендовавшее себя как способ, отличающийся наиболее вы

сокой производительностью труда, минимальной металлоемкостью и не

сравнимо высоким объемом продукции на единицу производственной пло

щади предприятия. Способ непрерывного формования изделий осуществ

ляется на вибропрокатном стане.

81. Строение и свойства теплоизоляционных материалов. Классификация теплоизоляционных материалов.

К теплоизоляционным материалам относятся строительные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений, технологического оборудования и трубопроводов. Такие материалы имеют низкую теплопроводность (при температуре 25°С коэффициент теплопроводности не более 0,175 Вт/(м°С)) и плотность (не выше 500кг/м³).

Теплоизоляционные материалы и изделия можно систематизировать по основным признакам:

• По виду исходного сырья: неорганические (минеральная и стеклянная вата, ячеистые бетоны, материалы на основе асбеста, керамические и др.) и органические (древесно-волокнистые плиты, пенно- и поропласты, торфяные плиты и пр.). Также изготавливаются комбинированные материалы, с использование органических и неорганических компонентов.

• По структуре: волокнистые (минеральная , стеклянная вата, шерсть и пр.), ячеистые (ячеистые бетоны и полимеры, пенно- и газокерамика и пр .) и зернистые или сыпучи (керамический и шлаковый гравий, пемзовый и шлаковый песок и пр.

• По форме: рыхлые (вата, перлит и др.), плоские (плиты, маты, войлок и др.), фасонные (цилиндры, полуцелиндры, сегменты и др.), шнуровые (шнуры из неорганических волокон: асбестовые, минерального и стеклянного волокна).

• По возгораемости (горючести): несгораемые (керамзит, ячеистые бетоны и др.), трудносгораемые (цементно-стружечные, ксилолит) и сгораемые (ячеистые пластмассы, торфоплиты, камышит и пр.)

• По содержанию связующего вещества: содержащие связующее вещество (ячеистые бетоны, фибролит и пр.) и не содержащие связующее вещество (стекловата, минеральное волокно).

 

Пористые теплоизоляционные материалы

Пористые материалы получили наибольшее распространение в строительстве. Считается, что чем больше объем пор, тем теплопроводность меньше, это связано с тем, что самой малой теплопроводностью обладает воздух (0,023Вт/м°С). Но теплопроводность зависит не только от объема, но и от размеров пор, их формы, а также характера пористости и пр. В крупных порах конвективный теплоперенос происходит интенсивнее по сравнению с мелкими, в которых воздух при наличии теплового градиента может оказаться неподвижным и теплопроводность его минимальная. Поэтому при формировании пористой структуры технологические приемы всегда направлены на получение, по возможности, более мелких, равномерно расположенных пор по всему объему материала.

Волокнистые теплоизоляционные материалы

Волокнистое строение характерно для материалов на основе минерального (минеральная и стеклянная вата) или органического волокна (древесное, полимерное, животное). Минеральные волокна получают путем расплавления неорганического сырья с последующим превращением расплава (путем распыления, вытягивания через фильеры или другими способами) в волокна, а органическое – путем расщепления древесины или другого растительного сырья на волокна до минимально возможного диаметра. Выполнение такой операции осуществляется на достаточно сложном оборудовании и обычно связано с большой затратой энергии.

Свойства теплоизоляционных материалов

Температуростойкость оценивают предельной температурой применения материала. Выше этой температуры материал изменяет свою структуру, теряет механическую прочность и разрушается, а органические материалы могут загораться. Предельную температуру применения устанавливают несколько ниже значения температуростойкости в целях предосторожности, и указывают в технической характеристике материала. Теплоемкость имеет существенное значение в условиях частых теплосмен, так как в этих условиях необходимо учитывать теплоту, поглощаемую (аккумулированную) теплоизоляционным слоем. Теплоемкость неорганических материалов колеблется от 0,67 до 1 кДж/кг°С. С увеличением влажности материала его теплоемкость резко возрастает, т.к. для воды при 4°С она составляет 4,2 кдж/кг°С. Увеличение теплоемкости отмечается и при повышении температуры. Огнестойкость характеризует сгораемость материала, т.е. его способность воспламеняться и гореть при воздействии открытого пламени. Сгораемые материалы можно применить только при осуществлении мероприятий по защите от возгорания и возможности использования средств пожаротушения. Возгораемость определяется при воздействии температуры 800-850°С и выдержке в течение 20 мин.

Физико-механические свойства

Плотность для жестких материалов – отношение массы сухого материала к его объему, а плотность волокнистого – это отношение массы сухого материала к его объему, но определенному при заданной нагрузке. Прочность при сжатии определяется при 10% деформации. Это величина напряжения, вызывающего изменение толщины изделия на 10%. Это величина напряжения, вызывающего изменение толщины изделия на 10%. Прочность теплоизоляционных материалов вследствие их пористого строения относительно невелика. Предел прочности при сжатии обычно колеблется от 0,2 до 2,5 МПа. Материалы, у которых прочность выше 0,5 МПа, называют теплоизоляционно-конструктивными и используют для несущих ограждающих конструкций. Для некоторых видов теплоизоляционных материалов основной характеристикой является предел прочности при изгибе (плиты, скорлупы, сегменты) или при растяжении (маты, войлок, асбестовый картон и пр.) Во всех случаях требуется, чтобы прочность теплоизоляционного материала была достаточной для его транспортирования, сохранности, монтажа и работы в конкретных эксплутационных условиях. Сжимаемость – способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Материалы по сжимаемости мягкие М: деформация свыше 30%. Полужесткие ПЖ – деформация 6-30%, жесткие – деформация не более 6%. Сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала при сжатии под действием удельной 0,002 МПа нагрузки. Водопоглощение значительно ухудшает теплоизоляционные свойства и понижает прочность и долговечность. Материалы с закрытыми порами, например, пеностекло, имеют низкое водопоглощение (менее 1%). Для уменьшения водопоглощения, например, при изготовлении минераловатных изделий зачастую вводят гидрофобные добавки, которые позволяют уменьшить сорбционную влажность в процессе эксплуатации. Газо- и паропроницаемость учитывают при применении теплоизоляционного материала в ограждающих конструкциях. Теплоизоляция не должна препятствовать воздухообмену жилых помещений с окружающей средой через наружные стены зданий. В случае повышенной влажности производственных помещений теплоизоляцию защищают от увлажнения с помощью надежной гидроизоляции, укладываемой с «теплой» стороны. Химическую и биологическую стойкость теплоизоляции повышают, применяя различные защитные покрытия или обрабатывая их антисептиками. Высокопористое строение теплоизоляционных материалов способствует прониканию в них жидкостей, газов и паров, находящихся в окружающей среде. Взаимодействие их с материалом может вызвать его разрушение. Органические материалы или материалы, содержащие в своем составе органические компоненты (связующие вещества, крахмал, клей и пр.) или волокнистые наполнители (древесное волокно), должны обладать биологической стойкостью. При увлажнении таких материалов возникает опасность разрушения их грибками или микроорганизмами. Поэтому при использовании теплоизоляционных материалов в местах, которые подвержены увлажнению, в процессе эксплуатации необходимо обрабатывать их антисептиками.

86. Ячеистое стекло. Виды, свойства и область применения.

Ячеистое стекло – это высокопористый теплоизоляционный материал, состоящий из воздушных ячеистых пор, разделенных перегородками из стеклообразного вещества. Ячеистое стекло выпускают в виде плит различных размеров и изделий сложной конфигурации. Плиты имеют размеры: длина 180…500, ширина 80…150, толщина 80…120мм.

В зависимости от назначения, ячеистое стекло разделяют на: тепло-изоляционное, звукопоглощающее и специальное (фильтрующее, влагозащитное, высокотемпературное).

Характерной особенностью пеностекла является высокая прочность по сравнению с другими ячеистыми материалами, низкое водопоглащение. Например для стекла с преобладанием закрытой пористости водопоглащение составляет 1…10%, с сообщающейся пористостью – до 80% по объему. Коэффициент теплопроводности ячеистого стекла равен 0,055…0,85 Вт/(м⁰С), коэффициент звукопоглощения – 0,5…0,65.

Ячеистое стекло может иметь различные цвета, в зависимости от газообразователя и вида пигмента, но в основном выпускают изделия черного или серого цветов.

Область применения ячеистого стекла – это теплоизоляция стен и покрытий гражданских и промышленных зданий, холодильных установок, промоборудования и т.

Для производства ячеистого стекла пригодны те же материалы, что и для обычного стекла: кварцевый песок, мел, доломит, карбонат или сульфат натрия, отходы стекольного производства, стеклобой. С целью снижения стоимости ячеистого стекла в качестве сырьевых компонентов выгодно использовать природные щелощелочесодержащие горные породы (перлит, обсидиан), вулканические стекла, отходы промпроизводств, например, нефелиновые концентраты.

Для получения хороших варочных свойств расплава, рекомендуется применять сырьевые шихты, обеспечивающие следующий химический состав стекол, %: SiO₂ – 60…73, Al₂O₃ – до 1, CaO – 2…6, MgO –2…4,Na₂O – 12…16, Fe₂O₃ – 4…6. Ячеистую структуру стекла можно получить различными способами:

1) порошковым – спеканием порошка стекла с газообразователем;

2) вспениванием размягченного стекла под вакуумом;

3) вспениванием измельченного стекла пенообразующими веществами при обыкновенной температуре с последующей фиксацией структуры спеканием частиц стекла в процессе обжига;

4) барботированием стекольного расплава воздухом или газом и др. способами.

В настоящее время производство ячеистого стекла организовано, в основном, по первому способу, т.е. путем спекания стекольного порошка с газообразователем с последующим отжигом изделий для снятия температурных напряжений. Процесс получения ячеистого стекла основан на ряде положений физической и коллоидной химии.

Основным условием получения ячеистой структуры стекла является следующее: вязкость размягченной стекломассы должна находится в пределах 2,8…3,5 кН/м. При этом выделение газа газообразователем должно протекать постепенно по мере подъема температуры размягченного стекла.

Обычно, хорошее вспучивание обеспечивается при наличии в шихте 0,5…3% газообразователя. В качестве газообразователя используют карбонатные породы (известняк, мрамор, доломит) и органические газообразователи (антрацит, сажа, кокс).

При нагреве шихты частицы стекла размягчаются. Обычные стекла начинают размягчатся при температуре близкой к 600 ⁰С. Вязкость массы в этот период велика. При температуре около 700…900 ⁰С вязкость стекла снижается до рабочей. При этой же температуре происходит, в основном, и разложение газообразователя. Стекломасса вспучивается, диаметр пор растет, снижается толщина межпорных перегородок. При достижении стекломассой определенного объема температуру в печи снижают, чтобы прекратить разложение газообразователя и закрепить полученный объем и структуру пор. Помимо химического состава стекла, вида и расхода газообразователя на свойства изделий значительное влияние оказывает тонкость помола стекла.

88. Асбестсодержащие теплоизоляционные материалы. Свойства, область применения.

•          Основным сырьем для производства асбестсодержащих тепло

изоляционных материалов и изделий является хризотил-асбест.

На основе асбеста изготовляют сыпучие (порошкообразные) материалы, а также рулонные и штучные материалы и изделия в виде картона, плит, скорлуп и сегментов. В зависимости от состава асбестовые материалы делят на асбестовые, состоящие только из асбестового волокна, и асбестсодержащие.

•          Асбестовый картон — огнестойкий теплоизоляционный мате

риал, получаемый на основе хризотилового асбеста. Исходными

материалами для получения картона являются асбест 4-го и 5-го

сортов (65%), каолин (30%) и крахмал (5%). При производ

стве картона асбест подвергают распушке на бегунах и в голлен-

дере, куда одновременно добавляют каолин и крахмал. Из гол-

лендера полученная масса поступает в смеситель, откуда после

предварительной очистки от частиц пустой породы и скатавшихся

в комочки волокон асбеста ее направляют на сетчатый барабан

картоноделательной машины (носит название папмашины).

На этом барабане откладываются волокна асбеста, образующие

листы рыхлого асбестового картона. Для уплотнения их спрес

совывают на гидравлическом прессе под давлением до 5 МПа.

Уплотненные листы картона высушивают, а затем обрезают по

стандартным размерам. Асбестовый картон изготовляют на лис-

тоформовочных машинах в виде листов длиной и шириной

900...1000 мм и толщиной 2...10 мм. Теплопроводность картона

в сухом состоянии 0,157 Вт/(м-°С), плотность 1000...1400 кг/м3,

предел прочности при растяжении не менее 0,6 МПа, влажность

не более 3% по массе.

• Асбестовый шнур применяют для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре: при наличии в составе органического волокна — до 200°С, при отсутствии его — до 500°С. Получают его из нескольких крученых нитей или ровницы, сложенных вместе в сердечнике и обвитых или оплетенных снаружи асбестовой нитью или пряжей. Дсбестовый шнур может изготовляться и без оплетения. Диаметр асбестовых шнуров может быть 3...25 мм. Теплопроводность не более 0,12 Вт/(м-°С), влажность не более 4% по массе. По плотности в сухом состоянии асбестовый шнур делят на марки от 100 до 380.

« Асбестомагнезиальиый порошок используют для тепловой изоляции поверхностей промышленного оборудования при температуре до 350°С. Получают его путем смешения измельченного асбеста с водной углекислой солью магния. Для получения ныовеля магнезии размалывают и смешивают с 15% асбеста. Этот теплоизоляционный материал выпускают в виде порошка, который используют не только в виде засыпной теплоизоляции, но и для приготовления мастики и изготовления плит, скорлуп и сегментов. Отформованные и высушенные изделия имеют плотность до 350 кг/м3, теплопроводность 0,08 Вт/(м-°С) при 50°С и предел прочности при изгибе не менее 0,15 МПа.

•          Известково-кремнеземистые теплоизоляционные изделия изготовляют путем формования и последующей автоклавной обработки водной суспензии тонкоизмельченной смеси извести, кремнеземистого материала (диатомита, трепела или кварцевого песка) и асбеста хризотилового 5-го и 6-го сортов. Известково-кремнеземистые изделия выпускают в виде плит прямоугольного сечения (ППС) размером 1000X500X75,1 мм, плит трапецеидального сечения (ПТС); полуцилиндров (Ц) с внутренним диаметром от 112...280 мм и длиной 1000 мм и сегментов длиной 1000 мм. Известково-кремнеземистые изделия в зависимости от плотности производят двух марок: Д 200 и 225; их применяют для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 600°С.

•          Совелитовые материалы и изделия применяют для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 500°С. Состоят они из легких углекислых солей магния и кальция, получаемых переработкой каустического доломита и абсеста. Для производства совелита обычно применяют асбест 5...6-го сортов. Технология производства совелита состоит из следующих процессов: распушки асбеста, смешивания его с каустическим магнезитом и проваривания массы в варочных чанах. Полученную массу отфильтровывают, и последняя приобретает вид пасты с влажностью около 70...75%, которая может быть использована для монтажа мастичных теплоизоляционных конструкций или для формования плит, скорлуп и сегментов. Формование изделий производят вакуум-фильтрованием или прессованием, для чего массу подают на гидравлический пресс, где она прессуется при давлении 0,16...0,18 МПа. Прессованные плиты имеют влажность 66...70%. При вакуум-фильтровании масса из варочных чанов поступает на вакуум-фильтры, которые приспособлены для формования плит. Масса на них формуется в блоки, которые после сушки распиливаются на плиты. Получаемые этим способом плиты отличаются порис-тостью, но вместе с тем и повышенной влажностью (до 75^) Свежесформованные изделия направляют в сушила с темпера-турой 200°С. После сушки блоки распиливают на плиты размером 500Х170Х (30...60) мм. По плотности в сухом состоянии плиты имеют марки Д350 и 400 с пределом прочности при изгибе соответственно не менее 0,17 и 0,2 МПа, теплопроводность в сухом состоянии не более 0,075...0,86 Вт/(м-°С), влажность не более 15% по массе.

• ' Теплоизоляционные ячеистые бетоны (плотностью 500 кг/м3 и менее) применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 400°С. Теплоизоляционные изделия из ячеистых бетонов изготовляют в виде плит размером 1000Х500Х(80...200) мм. По плотности в сухом состоянии они имеют марки Д300...500, классы по прочности на сжатие В5...10, теплопроводность в сухом состоянии 0,08...0,11 Вт/(м-°С), влажность не более 15% по массе.

89. Классификация теплоизоляционных материалов на органической основе.

Органические теплоизоляционные материалы и изделия производят из различного растительного сырья: отходов древесины (стружек, опилок, горбыля и др.), камыша, торфа, очесов льна, конопли, из шерсти животных, а также на основе полимеров. Многие органические теплоизоляционные материалы подвержены быстрому загниванию, порче различными насекомыми и способны к возгоранию, поэтому их предварительно подвергают обработке. Поскольку использование органических материалов в качестве засыпок малоэффективно в силу неизбежной осадки и способности к загниванию, последние используют в качестве сырья для изготовления плит. В плитах основной материал почти полностью защищен от увлажнения, а следовательно, и от загнивания, кроме того, в процессе производства плит его подвергают обработке антисептиками и антипиренами, повышающими его долговечность.

Среди большого разнообразия теплоизоляционных изделий из органического сырья наибольший интерес представляют плиты древесноволокнистые, камышитовые, фибролитовые, торфяные, пробковая теплоизоляция натуральная, а также теплоизоляционные пенопласты. Плиты древесноволокнистые применяют для тепло- и звукоизоляции ограждающих конструкций. Изготовляют их из распушенной древесины или иных растительных волокон: неделовой древесины, отходов лесоперерабатывающей промышленности, костры, соломы, камыша, хлопчатника. Наибольшее распространение получили древесноволокнистые плиты, получаемые из отходов древесины. Процесс производства изоляционных древесноволокнистых плит состоит из следующих основных операций: дробления и разлома древесного сырья, проклеивания волокнистой массы, формования и термической обработки. Для уменьшения сгораемости древесноволокнистые плиты пропитывают специальными огнезащитными составами-антипиренами, а для придания водостойкости в состав волокнистой массы вводят парафиновые, смоляные, масляные и другие эмульсии.

К органическим теплоизоляционным изделиям и материалам также относятся: арболитовые изделия, пенополивинилхлорид, пенополиуретан, пеноизол теплоизоляционный, мипора, пенополистирол, полиэтилен вспененный, фибролит, сотопласты и ячеистые пластмассы.

Сырьем для производства арболитовых изделий служит портландцемент и органические коротко-волнистые компоненты (древесные опилки, костры, сечки соломы и камыша, дробленой станочной щепы или стружки), обработанные раствором минерализатора.

Химические добавки для арболитовых изделий – растворимое стекло, сернокислый глинозем, хлористый кальций. В современном строительстве широкое распространение получил теплоизоляционный арболит плотностью до 500 кг/м3 и конструкционно-изоляционный арболит плотностью до 700 кг/м3. Его теплопроводность – 0,08–0,12 Вт/(м∙К), прочность при сжатии – 0,5–3,5 МПа, растяжение при изгибе – 0,4–1,0 МПа.

Производится пенополивинилхлорид эластичный и твердый. Твердый ППВХ представляет собой теплоизоляционный материал с незначительными колебаниями своих характеристик в температурном режиме от +60 до –60 °С.

Пенополиуретан – это результат химической реакции, которая происходит при соединении полиэфира, воды, диизоцианида, эмульгаторов и катализаторов. Существуют два вида ППУ – твердый и эластичный. Твердый ППУ используется в широком температурном диапазоне (от –50 до +110 °С), имеет высокую механическую прочность, стоек к химическим и биологическим воздействиям, устойчив к износу, легок и экономичен в обработке. Из всех материалов ППУ обладает самой низкой теплопроводностью – менее 0,01 Вт/(м∙К). Его максимальное водопоглощение – 2–5 %.

Облицовка пеноматериала конструкции (безрулонной кровли) водостойкой алюминиевой фольгой, пленкой и другими покрытиями способствует предотвращению проникновения влаги. Благодаря своей стойкости к воздействию микроорганизмов и грибковых образований, материал не поддается гниению и не разлагается.

Пеноизол используется в тепловой изоляции в качестве прокладочного слоя предохраняющих конструкций, а также для утепления полов, стен, потолков, крыш строений, теплоизоляции трубопроводов (в форме мягкого или твердого покрытия типа «скорлупа»).

Для теплоизоляционного пеноизола характерны высокие теплозащитные и звукоизолирующие характеристики. Плита пеноизола толщиной в 5 см с твердым наружным покрытием соответствует по теплопроводности 90–100 см кирпичной кладки и поглощает до 95 % звуковых колебаний.

Использование пеноизола толщиной в 10 см в качестве утеплителя позволяет в несколько раз снизить затраты на отопление в рамках одного отопительного сезона. Выпускается теплоизоляционный пеноизол в форме блоков и плит различных форм и размеров. Может заполнять заранее подготовленные полости, где он полимеризуется и высыхает при нормальных условиях. К тому же он не восприимчив к воздействию агрессивных сред, грибков, микроорганизмов и органических растворителей, не горюч, не образует расплавов, а под воздействием открытого огня не выделяет токсичных элементов. Является экологически чистым материалом.

Материал мипора производится методом вспенивания мочевиноформальдегидной смолы. Блоки, отлитые из такой массы, твердеют, после чего их тщательно высушивают. Из всех подобных материалов мипора является наиболее легким, его плотность – 10–20 кг/м2, а также наименее теплопроводным – 0,026–0,03 Вт/(м∙К). Устойчив к воздействию вибрации.

Пенополистирол (ППС) представляет собой твердый пластик, производимый из полистирола с преобразователем. Плотность ППС – до 25 кг/м3, обладает высокой стойкостью к истиранию и низким водопоглощением, трудновоспламеняем, но более горюч по сравнению с ПВХ. Один из его недостатков – большая усадка, которую возможно уменьшить путем выдерживания материала перед непосредственным использованием, а также применять эластичные и гибкие материалы битумно-эластомерного направляемого полотна в качестве гидроизоляции.

ППС используется в трехслойных стеновых панелях на гибких связях наряду с жесткими минераловатными плитами при теплоизоляции стен и кровель.

Полиэтилен вспененный – материал с замкнутыми порами. Его плотность составляет 30 г/м3, теплопроводность – 0,04 Вт/(м∙К). Допускается использование в температурном режиме от –45 до +100 °С. Диаметр материала – от 10 до 114 мм, толщина стенок изоляции может быть 10, 15 и 20 мм, его длина – 2 м.

Фибролит является плитным материалом, полученным из древесной шерсти с добавлением неорганического вяжущего вещества. Древесная шерсть, то есть стружка длиной 200–500 мм, толщиной 0,3–0,5 мм и шириной 2–5 мм, получается путем специальной обработки коротких бревен ели, липы или сосны на специальных станках. В качестве вяжущего вещества используют портландцемент и раствор минерализатора (хлористого кальция). Плиты производятся толщиной 25, 50, 75 и 100 мм. Их теплопроводность составляет 0,1–0,15 Вт/(м∙К), плотность 300–500 кг/м3. Предел прочности фибролитовых плит на изгибе 0,4–1,2 МПа. Фибролит легко поддается обработке, его можно сверлить, пилить, вбивать в него гвозди. Используется в основном для теплоизоляции защитных конструкций, возведения каркасных стен, перегородок, перекрытий в сухих условиях.

Сотопласты представляют собой материалы, изготовленные методом склейки между собой гофрированных листов бумаги, хлопчатобумажной или стеклянной ткани, пропитанной предварительно полимером. Теплоизоляционные качества сотопласта можно повысить, заполняя ячейки крошкой из мипоры.

Ячеистые пластмассы в зависимости от характера пор подразделяются на пенопласты – материалы в основном с закрытыми порами в виде ячеек, разделенных тонкими перегородками, – и поропласты – ячеистые пластмассы с сообщающимися порами.

Также производят и материалы со смешанной структурой.

В ячеистых пластмассах поры занимают 90–98 % общего объема материала, на стенки приходится всего лишь 2–10 %, что позволяет ячеистым пластмассам быть легкими и малотеплопроводными. Одной из особенностей теплопроводных пластмасс является ограниченная температуростойкость. Большинство из них горючи, поэтому необходимо предусматривать меры защиты пористых пластмасс от непосредственного воздействия огня.

Ячеистые пластмассы водостойки, не подвержены гниению, твердые поро- и пенопласты достаточно прочны, эластичны и гибки. Теплоизоляционный слой пенопласта толщиной 5–6 см, имеющий плотность около 2–3 кг/м3, эквивалентен слою 14–16 см из ячеистого бетона или минеральной ваты. Вследствие этого масса 1 м2 трехслойной панели, утепленной ячеистой пластмассой, снижается на 20–50 кг. Ячеистые пластмассы в виде скорлуп и плит используют для утепления стен и покрытий, теплоизоляции трубопроводов при температуре до 60 °С.

Пористые пластмассы легко пилятся, режутся обычными способами, а также проволокой, нагреваемой электрическим током. Они хорошо схватываются с бетоном, металлом, древесиной, асбоцементом и пр.

90. Теплоизоляционные материалы на основе полистирола, поливинилхлорида, полиуретанов, фенолоформальдегидных смол. Физико-технические свойства, технология производства.

Пенополистирол. Пенополистирол – общее название пенопластов на основе полистирола.  Пенопласты на основе полистирола изготовляют прессовым способом (ПС), беспрессовым способом (ПСБ), экструзионным способом, а также литьем под давлением.  Сырьем для изготовления пенопластов марок ПС служит эмульсионный полистирол марки Б (в виде порошка) и порофоры, а для изготовления пенопласта вида ПСБ – суспензионный, состоящий из отдельных гранул. Отличие беспрессового способа изготовления пенопластов вида ПСБ от стандартного, когда синтетические смолы смешиваются с газообразователем, отвердителем и другими компонентами, состоит в том, что при производстве ПСБ уже готовые гранулы полистирола вспучиваются и свариваются между собой в форме при нагревании водой или паром с температурой 80-100 °С. Полистирольные пенопласты — сгораемый материал; при добавлении к ним антипиренов получают трудносгораемый материал (вид ПСБ-С). Добавление антипиренов не влияет на физико-механические показатели свойств полистирольных пенопластов. Полистирольные пенопласты имеют в основном закрытые поры. Такие пенопласты стойки к действию пресной и морской воды, кислот, щелочей, спиртов, но нестойки к действию органических растворителей (бензола, бензина и других нефтепродуктов). Средняя плотность полистиролов вида ПС: от 40 до 200 кг/м³. Средняя плотность полистиролов вида ПСБ: от 20 до 40 кг/м³. Предел прочности при сжатии полистиролов вида ПС: от 0,17 до 3,0 МПа. Предел прочности при сжатии полистиролов вида ПСБ: от 0,05 до 0,15 МПа. Предел прочности при статическом изгибе полистиролов вида ПСБ: от 0,07 до 0,18 Мпа. Водопоглощение за 24 ч полистиролов вида ПС: от 0,3 до 0,6 кг/м². Водопоглощение за 24 ч полистиролов вида ПСБ: от 2 до 5 объемных %. Теплопроводность в сухом состоянии при 298 °К полистиролов вида ПС: от 0,041 до 0,058 Вт/(м·К). Теплопроводность в сухом состоянии при 298 °К полистиролов вида ПСБ: от 0,038 до 0,041 Вт/(м·К). Температура применения полистиролов вида ПС: от -180 до +60 ° С. Температура применения полистиролов вида ПСБ: от -180 до +70 ° С. Пенополиуретаны. Пенополиуретаны – общее название пенопластов на основе полиуретанов.  Пенополиуретаны получают в результате сложных реакций, протекающих при смешивании полиэфира, диизоцианата или полиизоцианата, вспенивающего агента в присутствии катализатора, эмульгатора и добавок. Изменяя состав смеси, можно получать пенополиуретаны с различными свойствами. Полиэфиры применяют простые и сложные. По виду полиэфира получают жесткие или эластичные пенополиуретаны. Диизоцианат – вещество, содержащее уретан. Катализаторы регулируют реакцию образования полиуретана, его вспенивание и отверждение. Эмульгаторы – поверхностно-активные вещества, позволяющие получить равномерную структуру пенополиуретана, однородного по свойствам. В качестве добавок при изготовлении пенополиуретана применяют газообразователи – вещества, обеспечивающие пористость материала, антипирены, повышающие его огнестойкость, и красители. Пенополиуретан изготовляют непрерывным способом, способами заливки и напыления. Промышленность выпускает различные эластичные и жесткие пенополиуретаны. Полиуретановый эластичный поропласт ППУ-Э изготовляют путем взаимодействия сложного полиэфира П-2200 с диизоцианатом в присутствии соответствующих добавок. Для получения пенополиуретана со свойствами самозатухания к этим компонентам добавляют трихлорэтилфосфат. ППУ-Э имеет открытопористую структуру, поэтому при изоляции промышленных объектов с отрицательными температурами применяют пароизоляционный слой из различных синтетических материалов. Цвет неокрашенного ППУ-Э от белого до желтого. Сохраняет свои эластичные свойства при температуре от -15 до +100 °С. Негигроскопичен. Стоек к воздействию бензина и смазочных масел. Горит, выделяя при этом значительное количество теплоты и дыма. Промышленность выпускает самозатухающий эластичный поропласт марки ППУ-Э-40-08с. Средняя плотность ППУ-Э от 25 до 60 кг/м³ Предел прочности при растяжении не менее 0,12 МПа. Относительное удлинение в момент разрыва не менее 150% (для самозатухающего - 120%). Теплопроводность от 0,032 до 0,041 Вт/(м·К). ППУ-Э используют в качестве тепло-, звукоизоляционного и амортизационного материала. Температура изолируемой поверхности должна быть не ниже -180 °С. Показатели физико-механических свойств жестких пенополиуретанов: Средняя плотность: от 40 до 70 кг/м³. Предел прочности при сжатии: от 0,15 до 0,4 МПа. Предел прочности при изгибе: от 0,2 до 0,4 МПа. Водопоглощение за 24 ч по объему: от 1 до 3 %. Теплопроводность при средней температуре 293 °К: от 0,029, до 0,04 Вт/(м·К). Температура применения: от –180 до +120 °С. Горючесть – трудновоспламеняемые материалы. Пенополивинилхлориды. Поливинилхлорид – термопластичный полимер, содержащий до 56,8% связанного хлора, что обеспечивает его пониженную горючесть по сравнению с полистиролом и позволяет отнести его группе трудносгораемых и трудновоспламеняемых материалов. Пенопласты на основе поливинилхлорида изготовляют прессовым (жесткие пенопласты ПХВ-1, ПХВ-2, эластичные ПВХ-Э) и беспрессовым (жесткий пенопласт ПВ-1) способами. В качестве полимера используют латексные поливинилхлориды марок ПВХ-Л5, ПВХ-Л7, в качестве газообразователей – порофор ЧХЗ-57, углекислый аммоний и бикарбонат натрия. Чтобы изготовить эластичные пенопласты, вводят пластификаторы. При применении для тепловой изоляции пенопластов из поливинилхлорида может возникнуть коррозия изолируемых металлических поверхностей в результате выделения хлороводорода, который может образовываться из-за частичного разложения полимера. Поэтому эти материалы испытывают на содержание свободного HCl. Пенопласт ПXB обладает жесткой замкнуто-ячеистой структурой. Цвет от белого до желтого. Стоек к воздействию нефти и керосина. Трудносгораемый материал. Промышленность выпускает пенопласт ПХВ-1 средней плотностью 85-115 кг/м³ и ПХВ-2 средней плотностью 150-195 кг/м³. Теплопроводность колеблется от 0,035 до 0,058 Вт/(м·К). Водопоглощение за 24 ч не более 4 %. Пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол. Фенолоформальдегидные смолы – наиболее распространенные и дешевые полимеры. Пенопласты, изготовленные на их основе, отличаются повышенной тепло- и огнестойкостью по сравнению с остальными. В основном относятся к группе трудносгораемых материалов. Являются химически стойкими материалами. Пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол изготовляют беспрессовым способом и способом заливки. Пенопласты, получаемые беспрессовым способом, изготовляют из смеси, состоящей из новолачной фенолоформальдегидной смолы, отвердителя (уротропин), газообразователя (порофор ЧХЗ-57) и наполнителей (стекловолокно, алюминиевая пудра). Беспрессовым способом получают изделия из пенопластов марок ФФ, ФС-7-2. Пенопласт ФФ – газонаполненная пластмасса с преимущественно замкнутой ячеистой структурой. Пенопласт ФФ морозостоек и относится к группе трудносгораемых материалов. Выпускают в виде плит, покрытых бумагой, с необрезанными и обрезанными торцами. Размер плит с обрезанными торцами не менее 480Х480Х50 мм. Цвет плит от желтого до коричневого.  Показатели физико-механических свойств пенопластов ФФ в зависимости от марки: средняя плотность: 170 и 210 кг/м³; предел прочности при сжатии: не менее 0,8 и 1 МПа; водопоглощение за 24 ч: не более 0,2 кг/м²; теплопроводность: не более 0,047 и 0,056 Вт/(м·К). Пенопласты ФФ применяют в качестве легких заполнителей для строительных конструкций, а также в качестве теплоизоляционных материалов при температуре изолируемой поверхности от -180 до +150 °С. Пенопласт ФС-7-2 – поропласт, изготовляемый на основе фенолоформальдегидной смолы СФ-121, а также на основе сплава смол СФ-010 и СФ-011 и твердой фурфуролоацетановой смолы ФА-15 с отвердителем, пенообразователем и наполнителем (стекловолокно или вспученный перлит). Материал выпускают в виде плит с покрытием с двух сторон бумагой или без покрытия. Плиты с бумагой обладают большей прочностью (0,4 вместо 0,3 МПа), чем плиты без покрытия. Плиты относятся к группе трудновоспламеняющихся. По средней плотности (100 и 70 кг/м³) пенопласт ФС-7-2 выпускают двух марок: ФС-7-2-100 и ФС-7-2-70. Размеры плит (мм): 1000Х1000; 1200Х1900; 1000х500; 1200х600; 1200х700. 1200Х900. Толщина: 25, 30, 35, 40, 60. Теплопроводность при температуре 298 °К должна быть не более 0,052 Вт/(м·К). Используют для тепловой изоляции поверхностей температурой от -180 до +100 °С. Теплоизоляционные плиты из пенопласта на основе резольных фенолоформальдегидных смол по средней плотности 50, 80 и 90 кг/м³подразделяют на марки 50, 80 и 90. Теплопроводность плит в зависимости от марки составляет при средней температуре 298 °К соответственно 0,041; 0,044 и 0,045 Вт/(м·К). Прочность на сжатие при 10%-ной деформации – 0,05; 0.13 и 0,2 МПа. Прочность на изгиб – 0,08; 0,18 и 0,26 МП