Учебники / Основин. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

Классы напрягаемой арматуры: S800 (A-5, В-2, Вр-2 – периодический и гладкий профили); S1200 (A-6, В-2, Вр-2 – периодический и гладкий профили); S1400 (В-2, Вр-2 – периодический и гладкий профили).

Для каждого класса установлен номинальный диаметр: S240 – 5,5…40 мм; S400 – 6…40; S500 – 3… 40; S800 – 10…32; S1200 – 6…32; S1400 – 3…15 мм.

Арматурную сталь класса S240 изготавливают из углеродистой стали марок Ст5, Ст3пс и Ст3кп, класса S400 – из углеродистой стали марки Ст5 и низколегированной стали марок 25Г и 25Г2С.

Из стальной арматуры изготавливают также арматурные сетки и каркасы (рис. 7.4, г, д), нераскручивающиеся пряди (трех-, семи- и двенадцатипроволочные) марок П-3, П-7, П-12 и стальные канаты. Канаты и пряди используют для напряженной арматуры.

В современном строительстве стальные конструкции используют в качестве несущих конструктивных элементов для высотных жилых зданий, уникальных общественных зданий, промышленных предприятий, а также при строительстве мостов, телевизионных башен и т.д.

7.7. Строительные конструкции из алюминиевых сплавов

Изделия и конструкции из алюминиевых сплавов при ударе не дают искр, обладают антимагнитностью, огне- и сейсмостойкостью. Они экономичны, имеют хороший внешний вид, не требуют дополнительной отделки лицевой поверхности, легко обрабатываются резанием.

Алюминиевые сплавы применяют в ограждающих и несущих конструкциях, для окон, дверей, солнцезащитных устройств и т.д. Высокая стойкость алюминиевых сплавов к коррозии дает возможность назначать минимальную толщину элементов конструкций, которые работают в агрессивной среде, соответствующую требованиям прочности или устойчивости, а не требованиям защиты от коррозии.

Небольшая масса несущих конструкций позволяет уменьшать размеры и массу поддерживающих элементов (колонн и фундаментов), сокращать транспортные расходы, шире применять новые виды подъемно-транспортных средств.

90

Применением алюминиевых сплавов можно уменьшить массу стен и кровли в 10–80 раз, сократить трудоемкость монтажа и его сроки в 2–3 раза, затраты на ремонт зданий в 2–3 раза.

7.8. Коррозия металлов и защита от нее

Разрушение строительных металлов в результате химического или электрохимического воздействия на них внешней среды называют коррозией. В результате коррозии безвозвратно теряется около 10…12% ежегодно производимых черных металлов.

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

Химическая коррозия – это разрушение металла в процессе воздействия на него агрессивных агентов. Продукты химической коррозии металла – рыхлые образования оксидов, получающихся при реакции металла с кислородом и влагой среды, с некоторыми газами в воздухе (углекислым, хлористым, сернистым), с кислотами. Соли NaCl, MgCl2, CaCl2, аммонитные, азотнокислые также являются коррозионной средой, разрушающей железоуглеродистые сплавы.

Суть электрохимической коррозии состоит в том, что если в раствор какой-либо соли (электролита) погрузить два разнородных металла, а наружные концы их замкнуть, то происходит электрохимический процесс с образованием гальванического тока. При этом возникает так называемая макрокоррозия, при которой в раствор будет переходить металл, т.е. чтобы избежать электрохимической коррозии, следует использовать металл однородной структуры (например, избегать неравномерного наклепа), не допускать контактов разных металлов и таким образом изолировать металлические детали от воздействия блуждающих токов.

В результате коррозии любого вида на металле образуется (местами) более или менее глубокая сыпь (коррозионная язва). Металл приобретает также коррозионную хрупкость как результат межкристаллитной коррозии, т.е. коррозии, при которой металл под влиянием внешней среды разрушается по границам зерен сплава без видимых следов коррозии.

Чтобы избежать коррозии металлов, применяют стойкие противокоррозионные сплавы (главным образом железоуглеродистые, в состав которых входят легирующие элементы), защищают основной металл металлическими и неметаллически-

91

ми покрытиями. Защитные металлические покрытия наносят на металлы гальваническим, химическим, анодизационным, диффузионным, металлизационным способами. К числу неметаллических покрытий относят эмалирование, покрытие стеклом, создание высыхающих пленок, напыление пластмасс, приклеивание или приваривание защитных пленок, защиту поверхности обкладочными материалами (винипластом, полиизобутиленом), плитками из плавленого базальта, кислотоупорного бетона, кислотоупорной керамики и т.п.

7.9. Защита металлоконструкций от огня

Незащищенные стальные конструкции в зависимости от толщины элементов, площади сечения и действующих напряжений имеют невысокий предел огнестойкости. Металлы являются несгораемыми материалами, но обладают высокой теплопроводностью, поэтому их огнезащита заключается в создании на поверхности металлических элементов конструкций теплоизолирующих экранов, обеспечивающих высокую сопротивляемость действию огня и высоких температур.

Традиционными средствами огнезащиты металлических конструкций являются тяжелые и легкие бетоны, кирпич, це- ментно-песчаные штукатурки. Эти материалы могут обеспечить практически любой предел огнестойкости конструкций.

Одним из перспективных средств огнезащиты являются вспучивающиеся краски, которые наносят на поверхность металлоконструкций тонким слоем. При температуре около 170 °С краска вспучивается, образуя пористый термоизоляционный слой, толщина которого составляет несколько сантиметров. Благодаря низкой теплопроводности пористый слой предотвращает быстрый нагрев металла. Кроме того, для огнезащиты металлических конструкций используют плитные и листовые теплоизоляционные материалы в виде асбестоцементных и асбестогипсовых облицовочных плит.

7.10. Правила приемки и хранения металлических материалов и изделий

За сохранность конструкций и грузов при транспортировке несет ответственность транспортная организация. Своевременное выявление повреждений или недогруза – главная зада-

92

ча при приемке прибывших грузов. Внешним осмотром материалов и конструкций устанавливают соответствие груза сопроводительным документам, отсутствие дефектов, наличие марок изделий, штампов отдела технического контроля и т.д. При выявлении брака составляют акт.

Определенный запас материалов и конструкций хранят на приобъектных складах. Такие склады располагаются согласно стройгенплану, в зоне действия монтажного крана. Для каждого материала и изделия существуют свои правила складирования, определяющие их положение, размеры штабелей и т.д.

Цветные металлы, сплавы и изделия из них перевозят в крытых вагонах, а хранят на закрытых складах. Металлические изделия хранят обернутыми антикоррозионной ингибиторной бумагой, пропитанной раствором смеси нитрита натрия и уротропина. Перед хранением все металлические материалы и изделия рассортировывают по видам и размерам, укладывая на деревянные подкладки так, чтобы были видны бирки с маркировкой или заводские клейма.

93

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

8.1. Основные сведения о минеральных вяжущих веществах и их классификация

Минеральные (неорганические) вяжущие вещества – это тонкоизмельченные порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой пластичное тесто, которое под влиянием физико-химических процессов постепенно затвердевает и переходит в камневидное состояние. Это свойство вяжущих веществ используют для приготовления на их основе растворов, бетонов, безобжиговых искусственных каменных материалов и изделий.

Минеральные вяжущие вещества получают путем обжига в печах природных каменных материалов (известняков, гипса, ангидрида, доломита, магнезита). Куски, полученные после обжига, путем помола превращают в тонкий порошок. Чем меньше размер зерен после помола, тем выше активность (качество) вяжущего вещества.

В зависимости от условий твердения минеральные вяжущие вещества подразделяют на воздушные, гидравлические, кислотостойкие и вяжущие автоклавного твердения.

Воздушные вяжущие вещества твердеют и длительное время сохраняют свою прочность только на воздухе. К ним относят воздушную известь, гипсовые вяжущие, жидкое стекло и кислотоупорный цемент. Во влажной среде они теряют свою прочность, поэтому их применяют только в сухих условиях эксплуатации.

Гидравлические вяжущие вещества после предварительного твердения на воздухе сохраняют и наращивают свою прочность в воде. К ним относят гидравлическую известь, портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент и т.д. Для эффективного твердения гидравлических вяжущих необходимо, чтобы в твердеющем материале постоянно присутствовала вода. Гидравлические вяжущие универсальны, поэтому их можно применять как в сухих, так и во влажных условиях, а также в воде.

94

Кислотостойкие вяжущие вещества после затворения их водным раствором силиката натрия (жидкого стекла) затвердевают на воздухе, после чего длительно сохраняют прочность при воздействии некоторых кислот. Это особая разновидность воздушных вяжущих веществ, основным представителем которых является кварцевый цемент, применяемый для изготовления кислотостойких бетонов, растворов, замазок. Данные материалы теряют прочность в воде, а в едкой щелочи разрушаются.

Вяжущие вещества автоклавного твердения – разновидность гидравлических вяжущих. Они затвердевают в среде насыщенного водяного пара, т.е. при автоклавной обработке. В эту группу входят нефелиновый цемент, известково-кремнеземи- стые, известково-зольные, известково-шлаковые вяжущие и др.

8.2. Воздушная известь

Известь – продукт умеренного обжига кальциевых и каль- циево-магниевых карбонатных пород до возможно полного удаления из них углекислого газа. В результате обжига образуется продукт в виде кусков белого цвета, называемый негашеной комовой известью (кипелкой).

Сырьем для получения извести являются распространенные осадочные горные породы: известняки, доломиты, мел, доломитизированные известняки, содержащие не более 8% глины. В сырье преобладает карбонат кальция СаСО3, в небольшом количестве содержатся карбонат магния MgCО3 и некоторые примеси. В шахтных печах сырье обжигают при температуре 900…1200 °С. При этом происходят следующие реакции:

СаСО3 = СаО + СО2; MgCO3 = MgO + СО2.

После выхода из печи комовую известь (мелкопористые куски размером 5…10 см), как правило, гасят водой.

Взависимости от времени гашения различают быстрогасящуюся известь (время гашения до 8 мин), среднегасящуюся (до 25 мин) и медленногасящуюся (свыше 25 мин).

Взависимости от количества воды, взятой для гашения, получают: гидратную известь (ее иногда называют пушонкой) –

воды берут 50…70% от массы извести, т.е. в количестве, необходимом для процесса гашения; известковое тесто – воды бе-

95

рут в 3–4 раза больше, чем извести; известковое молоко – воды берут в 8–10 раз больше, чем требуется теоретически.

Известковое тесто состоит из насыщенного водного раствора Са(ОН)2 и нерастворившихся мельчайших частиц извести. В дальнейшем часть воды испаряется, а раствор становится пересыщенным, из него выпадают кристаллы. В результате твердения образуется довольно твердый и стойкий в воде карбонат кальция СаСО3. Этот процесс, называемый карбонизацией, протекает длительное время. При карбонизации выделяется вода, поэтому каменную кладку и штукатурку на известковых растворах подвергают сушке, которая ускоряет процессы твердения известкового раствора. Для ускорения твердения в известь вводят гипсовые вяжущие, цемент и гидравлические добавки, что повышает также водостойкость и прочность известковых растворов.

На строительный объект воздушную известь поставляют в виде негашеной комовой (кипелка), негашеной порошкообразной (молотая кипелка) и гашеной порошкообразной (пушонка).

Негашеная комовая известь – полуфабрикат для получения негашеной молотой извести, гашеной гидратной извести (пушонки), известкового теста и известкового молока. Комовую известь перевозят навалом в закрытых вагонах и автомашинах. Хранят ее на складе с деревянным полом, приподнятым над землей на 30 см.

Негашеную порошкообразную (молотую) известь получают путем помола комовой извести в шаровых мельницах. При измельчении в известь часто вводят 10…20% гидравлических добавок (шлак, зола). Как и комовую, молотую известь без добавок делят на три сорта, с добавками – на два. Степень измельчения извести характеризуют полными остатками на ситах № 02 и № 008. Эти остатки должны составлять соответственно не более 1,5 и 15% от массы просеиваемой пробы.

Гидратная известь (пушонка) – гашеная известь в виде белого порошка заводского изготовления. Влажность гидратной извести должна быть не более 5%, насыпная плотность – 400…450 кг/м3. Остатки на ситах № 02 и № 008 должны быть соответственно не более 2 и 10%. Выпускают ее двух сортов. Хранят в силосах или бункерах, перевозят в цементовозах, контейнерах, бумажных мешках или навалом.

96

При транспортировке, хранении и применении воздушной извести необходимо соблюдать правила техники безопасности, так как известь является довольно сильной щелочью. Известковая пыль раздражающе действует на органы дыхания и влажную кожу. Работы с известью должны быть механизированы. Тушить пожар водой на складе, где хранится известь, запрещается.

8.3.Гипсовые вяжущие вещества

Встроительстве и промышленности широко применяют гипсовые вяжущие вещества – строительный, формовочный и высокопрочный гипс, эстрихгипс. Это минеральные вяжущие воздушного твердения. Они образуются в результате тепловой обработки и помола сырья, содержащего двуводный или безводный сульфат кальция.

Гипсовые и ангидритовые вяжущие получают из природного сырья и отходов химической промышленности. Из природных сырьевых материалов применяются горные породы осадочного происхождения: природный гипс, глиногипс и природный ангидрит.

Природный гипс состоит из кристаллов двуводного серно-

кислого кальция CaSO 2Н2O. Это гипсовый шпат, кристаллический, прозрачный, тонковолокнистый и зернистый гипс. Наиболее чистая разновидность зернистого гипса называется алебастром. Природный гипс содержит от 1 до 25% примесей из-

вестняка, доломита, песка, глины и т.д.

Глиногипс состоит из 30…60% двуводного гипса и глинистых примесей.

Природный ангидрит CaSO4 – горная порода кристаллического строения. Встречается реже гипса и является его подстилающим слоем. Под действием воды он постепенно переходит в двуводный гипс, поэтому в природном ангидрите обычно содержится до 10% двуводного гипса.

Из отходов химической промышленности для изготовления гипсовых и ангидритовых вяжущих используют фосфогипс, борогипс, фторогипс и др. Фосфогипс получают при переработке фосфатов в фосфорную кислоту и фосфорные удобрения, борогипс – при производстве борной кислоты, фторогипс – при производстве фтористо-водородной кислоты из плавикового шпата.

97

Строительный гипс обладает рядом особенностей: быстро схватывается и твердеет, обладает повышенной водопотребностью и пористостью, в начальный период твердения увеличивается в объеме, имеет низкую водостойкость, подвержен деформациям ползучести.

В штукатурных работах применяют гипсовые вяжущие всех марок, среднего и тонкого помола, нормального и медленного твердения. Добавка гипсовых вяжущих веществ ускоряет схватывание известково-песчаных растворов и повышает прочность штукатурного слоя, придает его поверхности гладкость и белизну.

8.4. Жидкое стекло и кислотоупорный цемент

Жидкое стекло – коллоидный водный раствор растворимого силиката натрия Na2O mSiО2 или силиката калия К2О mSiO2 плотностью 1300…1500 кг/м3 при содержании воды 50…70%. Величина т указывает отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочного оксида и называется силикатным модулем стекла. Для натриевого стекла т составляет 2,61…3,50, для калиевого – 3,0…4,0. Качество жидкого стекла характеризуется модулем т и плотностью. Чем выше модуль, тем выше качество жидкого стекла.

Жидкое стекло твердеет медленно – в результате слипания и уплотнения частиц свободного кремнезема при испарении воды и воздействия углекислого газа воздуха.

В строительстве обычно применяют натриевое жидкое стекло плотностью 1300…1500 кг/м3 с модулем 2,6…3,0. Его применяют для изготовления кислотоупорных и жароупорных бетонов, штукатурок, замазок, уплотнения грунтов. Калиевое жидкое стекло более дорогое; его применяют для изготовления силикатных красок, клеящих составов. Оно не дает на штукатурке и окраске высолов, чем выгодно отличается от натриевого жидкого стекла.

Кислотоупорный кварцевый цемент – тонкомолотый порошок, получаемый совместным помолом кислотоупорного материала (кварцевого песка, бештаунита или андезита) и фторосиликата натрия (4…14%). Допускается смешивать раздельно измельченные материалы. Вяжущими свойствами этот цемент не обладает. Его затворяют жидким стеклом (плот-

98

ностью 1360…1380 кг/м3 с модулем 2,8…3,0), которое и является вяжущим.

Кислотоупорный цемент быстро схватывается; начало схватывания наступает через 20…60 мин после затворения (в зависимости от содержания в нем фторосиликата натрия). Твердеет цемент в воздушно-сухих условиях при положительной температуре.

Кислоупорный цемент применяют для приготовления кислотостойких растворов, бетонов, замазок, обмазок, для футеровки химических аппаратов, устройства кислотостойких полов.

8.5. Гидравлическая известь

Гидравлическая известь – вяжущее вещество гидравлического твердения, получаемое в результате умеренного обжига при температуре 900…1100 °С мергелистых известняков с содержанием в них 8…20% глины и песчаных примесей. В результате обжига образуется не только свободная известь СаО, но и ее химические соединения с оксидами глины – силикаты, алюминаты и ферриты кальция, способные твердеть не только на воздухе, но и в воде.

Обычную гидравлическую известь используют для приготовления штукатурных и кладочных растворов, а высококачественную – в бетонах низких марок и шлакобетоне, эксплуатируемых как в сухой, так и во влажной среде. Растворные смеси на гидравлической извести менее пластичны и подвижны, чем растворы на воздушной извести.

8.6. Портландцемент

Из всех вяжущих веществ важнейшим является портландцемент – один из основных строительных материалов, без которого невозможно получить бетон, железобетонные конструкции, высокопрочные растворы для каменных кладок и штукатурок.

Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания при температуре 1450…1500 °С сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины. Спекшуюся сырьевую смесь в виде зерен размером до 40 мм называют клинкером. Для регулирования

99