Учебники / Основин. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

12.1. Классификация искусственных каменных материалов и изделий

Вгруппу материалов и изделий на основе минеральных вяжущих веществ входят искусственные каменные необжиговые изделия, которые получают из растворных или бетонных смесей при использовании различных видов вяжущих. В качестве заполнителей применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки. Для повышения прочности изделий на изгиб их армируют, используя для этого волокнистые материалы – асбест, древесину (в виде шерсти, дробленых отходов), бумажную макулатуру, листовую бумагу и др.

Взависимости от вида вяжущего различают материалы и изделия на основе цемента, извести и гипса. Вид вяжущего и принятый способ производства определяют условия твердения безобжиговых материалов. Твердение может происходить как

вестественных условиях, так и в условиях тепловлажностной обработки (пропаривания или обработки в автоклавах).

По виду минерального вяжущего вещества искусственные каменные материалы и изделия можно разделить на три группы:

силикатные, получаемые на основе извести с кремнеземистыми заполнителями;

асбестоцементные, изготавливаемые на основе портландцемента с добавкой асбеста;

гипсовые и гипсобетонные.

12.2. Материалы и изделия автоклавного твердения на основе извести

Долгое время известь не использовали для получения прочных и водостойких искусственных каменных изделий, так как

160

в естественных условиях известь твердеет очень медленно и изделия получаются небольшой прочности (1…2 МПа), легко размокают при воздействии воды. Однако в 1880 г. немецким ученым Михаэлисом было установлено, что при автоклавной обработке (твердение в паровой среде при давлении пара 0,8 МПа и более и температуре выше 170 °С) извести и кремнеземистого компонента (песка) могут быть получены очень прочные, водостойкие и долговечные изделия.

Суть превращения известково-песчаной смеси из легкоразмокающего и малопрочного материала в прочный водостойкий камень заключается в следующем. При естественных условиях песок в известково-песчаных смесях инертен и не способен химически взаимодействовать с известью. Поэтому известковопесчаные растворы в естественных условиях приобретают прочность только за счет твердения извести. Однако в среде насыщенного пара (100%-й влажности) при температуре 170 °С и выше кремнезем песка приобретает химическую активность и начинает взаимодействовать с известью по реакции

Ca(OH)2 + SiO2 + H2O → nCaO SiO2 2H2O,

образуя гидросиликат кальция – прочное и водостойкое вещество.

Свойства бетонов из известково-песчаных смесей близки к свойствам цементных бетонов, но для их приготовления требуется меньше вяжущего, можно шире использовать местные материалы, стоимость изделий из этих бетонов ниже.

Из известково-песчаных смесей изготавливают крупноразмерные изделия для сборного строительства: силикатный кирпич и камни для стен, силикатные бетоны, а также блоки и панели для стен и перекрытий.

Силикатный кирпич – искусственный безобжиговый стеновой материал, изготавливаемый из смеси кварцевого песка и гашеной извести прессованием с последующим затвердеванием в автоклаве под действием пара высокого давления и температуры.

Сырьевую смесь, в состав которой входит 90…95% песка, 5…10% молотой негашеной извести и некоторое количество воды, тщательно перемешивают и выдерживают до полного гашения извести. Затем из этой смеси под большим давлением (15…20 МПа) прессуют кирпич, который укладывают на вагонетки и направляют по рельсам для твердения в автоклавы (рис. 12.1).

161

Рис. 12.1. Загрузка свежеотформованного силикатного кирпича в автоклав

В автоклаве в атмосфере насыщенного пара при давлении 0,9 МПа и температуре свыше 175 °С кирпич выдерживают 8…14 ч.

Кирпич и силикатный камень изготавливают в форме прямоугольного параллелепипеда с номинальными размерами, мм:

кирпич одинарный – 250×120×65, 250×88×54;

кирпич утолщенный – 250×120×88;

камень – 250×120×138;

камень модульных размеров укрупненный – 252×248×88;

камень укрупненный – 252×248×138, 252×248×188;

камень перегородочный – 512×120×188, 250×248×188;

камень перемычечный – 250×248×138, 250×120×88. Отклонения от номинальных размеров и геометрической

формы изделий не должны превышать: ±2 мм по длине, толщине и ширине; ±10 мм по толщине для колотых изделий; 2 мм по непараллельности граней.

Одинарный и утолщенный кирпич изготавливают полнотелым и пустотелым, камни – только пустотелыми.

По прочности изготавливают изделия марок 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, по морозостойкости – марок F15, F25, F35, F50. Морозостойкость лицевых изделий должна быть не

162

менее F35. В зависимости от назначения изделия изготавливают лицевыми и рядовыми.

По фактуре лицевой поверхности изготавливают гладкие лицевые изделия, с колотой поверхностью, с рельефной поверхностью и с декоративным покрытием, по цвету – неокрашенные, имеющие цвет сырья, из которого они изготовлены, или окрашенные. Лицевые изделия должны иметь две лицевые поверхности: тычковую и ложковую.

Поверхность граней изделия должна быть плоской, ребра – прямолинейными. Допускается выпускать лицевые изделия с закругленными вертикальными ребрами радиусом не более 40 мм, а также фигурные.

Цвет лицевых изделий должен соответствовать образцуэталону, утвержденному в установленном порядке. Недопустимы пятна на лицевой поверхности изделий.

На рядовом изделии не допускаются дефекты внешнего вида, размеры и количество которых превышают указанные: отбитости углов глубиной 10…15 мм – 3 шт.; шероховатости или срыв грани глубиной 5 мм; отбитости и притупленности ребер глубиной 5…10 мм – 3 шт.; трещины на всю толщину изделия протяженностью по плашку до 40 мм – 1 шт.

Не допускаются дефекты на поверхностях лицевых изделий, проколы плашка пустотелых изделий размером более 10 мм, а также вздутия и шелушение поверхности, увеличение объема, наличие сетки мелких трещин от непогасившейся силикатной смеси. В рядовом изделии в изломе или на поверхности не допускается наличие глины, гравия и посторонних включений размером свыше 5 мм в количестве более 6. Для лицевых изделий наличие указанных включений на лицевых поверхностях не допускается, а в изломе допускается в количестве не более 6.

12.3. Силикатные бетоны, их состав и свойства

Силикатный бетон – искусственный камневидный материал, представляющий собой затвердевшую при тепловлажностной обработке паром повышенного давления смесь извест- ково-кремнеземистого вяжущего, заполнителя и воды.

Силикатные бетоны классифицируют: п о о с н о в н о м у н а з н а ч е н и ю – на конструкционные и специальные; п о в и -

163

д у з а п о л н и т е л е й – на бетоны на плотных и пористых заполнителях; п о к р у п но с т и з а п о л н и т е л ей – на мелко- и крупнозернистые.

Силикатные бетоны характеризуются следующими показателями и свойствами:

предел прочности при осевом сжатии – от 7,5 до 70 МПа;

предел прочности на осевое растяжение – от 1,0 до 4,0 МПа;

предел прочности на растяжение при изгибе – от 2,5 до 7,0 МПа;

морозостойкость – от F35 до F600;

водонепроницаемость – от W2 до W10;

средняя плотность – от 1000 до 2400 кг/м3.

Ячеистый бетон (газо- и пеносиликат) получают в результате затвердевания вспученной с помощью порообразователя смеси вяжущего вещества, кремнеземистого компонента и воды. При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеистая» структура бетона с равномерно распределенными по объему воздушными порами. Благодаря этому ячеистый бетон имеет небольшую плотность и малую теплопроводность.

12.4. Асбестоцементные изделия

Асбестоцемент – искусственный каменный материал, состоящий из цементного камня, армированного волокнами асбеста. К наиболее распространенным асбестоцементным изделиям относятся волнистые и плоские листы, трубы и соединительные муфты. Асбестоцеметные изделия сравнительно легко поддаются механической обработке, они значительно легче металла, бетона и железобетона. Средняя плотность асбестоцемента – 1400…2100 кг/м3, предел прочности при сжатии – 40…60 МПа, при растяжении – 8…15 МПа. Водопоглощение составляет 10…30%. Недостатки асбестоцементных изделий – невысокая ударная прочность и склонность к короблению.

Технологический процесс получения асбестоцементных изделий включает обминание и распушивание асбеста, тщательное смешивание полученных тончайших волокон с цементом в водной среде и образование суспензии, формование изделий на листоили трубоформовочных машинах с последующей тепловой обработкой.

164

Промышленность выпускает несколько видов асбестоцементных изделий, которые можно разделить на л и с т о в ы е (листы плоские и волнистые) и т р у б н ы е. На основе листовых материалов получают асбестоцементные конструкции.

Плоские листы изготавливают прессованными и непрессованными размерами 700×900×3600 мм и толщиной 4…10 мм. Прессование способствует улучшению прочностных свойств изделий. У прессованных листов предел прочности на изгиб – не менее 25 МПа, средняя плотность – не менее 1750 кг/м3, у непрессованных – соответственно 16 МПа и 1600 кг/м3.

Волнистые листы по форме поперечного сечения бывают двух видов, определяемых высотой и шагом волны: 40/150 и 54/200 (в числителе указана высота, в знаменателе – шаг волны

вмиллиметрах). Листы профиля 40/150 изготавливают восьмиили семиволновыми, 54/200 – шестиволновыми.

На одном изделии не должно быть более трех малозначительных дефектов в любой комбинации, а количество изделий с такими дефектами в выборке – более 1/3 ее объема.

Листы должны быть водонепроницаемыми. При испытании

втечение не менее 24 ч на обратной (не лицевой) поверхности листа не должны появляться капли воды.

При возведении ограждающих конструкций зданий широко применяются асбестоцементные панели. Их используют также для пологих покрытий в сельскохозяйственных комплексах с устройством по покрытиям рулонной кровли.

Асбестоцементные панели подразделяются по материалу несущего каркаса (панели на деревянном каркасе – АКД, на каркасе из асбестоцементных профилей – АКФ и из алюминиевых профилей), по материалу утеплителя (панели с минераловатным или пенопластовым утеплителем типа «сандвич») и по конфигурации листов обшивки. Предприятия асбестоцементной промышленности выпускают рядовые (АП) и краевые (АПК) асбестоцементные панели, применяемые в качестве доборных элементов в местах примыкания к фонарям, вытяжным шахтам и т.п.

Встроительстве широко применяют асбестоцементные трубы. В зависимости от назначения они подразделяются на напорные и безнапорные. При строительстве напорных оросительных трубопроводов применяют асбестоцементные трубы класса ВТ-6, ВТ-9, ВТ-12 и ВТ-15 с диаметром условного прохода 100…500 мм. Число в обозначении класса указывает мак-

165

симальное рабочее давление, при котором может быть использована труба. Трубы соединяются асбестоцементными муфтами типа САМ с уплотнительными резиновыми кольцами. Муфты обеспечивают герметичность соединений.

12.5. Изделия на основе гипса и гипсобетона

Изделия на основе гипса получают как из гипсового теста (т.е. из смеси гипса и воды), так и из смеси гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми, во втором – гипсобетонными. Изделия из гипса могут быть сплошными и пустотелыми, армированными и неармированными. Наибольшее распространение в строительстве получили гипсобетон, мелкие стеновые камни, плиты и панели для перегородок, гипсобетонные листы (сухая штукатурка) и гипсоволокнистые листы.

Гипсобетоны, применяемые в строительстве, получают на основе гипсовых вяжущих воздушного твердения следующего вида: строительный и высокопрочный гипс, ангидритовый цемент, ангидритовое вяжущее, эстрихгипс, природный ангидрит.

Из гипсобетонов изготавливают различные строительные изделия – от мелких камней до крупных панелей. Мелкие стеновые камни выпускают из чистого гипса плотной или ячеистой структуры и из легких гипсовых бетонов. Широко применяются камни с тремя рядами щелевидных пустот по ширине, расположенных в шахматном порядке. Гипсовые камни выпускают размерами 250×120×140, 390×190×140 мм и др. Средняя плотность гипсобетонных пустотелых камней – 1000…1350 кг/м3, влажность – не более 8%, морозостойкость – не менее 10 – 15 циклов.

Основным видом крупноразмерных гипсовых изделий являются перегородочные панели и плиты. Они предназначены для устройства несущих перегородок в зданиях различного назначения. Удельная энергоемкость их производства в 2 – 3 раза ниже, чем перегородок из керамзитобетонных, кирпичных, железобетонных изделий.

Гипсобетонные панели выпускают размером на комнату высотой до 3 м, толщиной 40…100 мм, сплошными и с проемами для дверей и фрамуг. Панели, предназначенные для помещений с влажностью не более 60%, изготавливают из бетона проч-

166

ностью при сжатии не менее 3,5 МПа на строительном гипсе, для санузлов и вентиляционных коммуникаций – на ГЦПВ прочностью 7 МПа и более. Средняя плотность гипсобетона панелей в высушенном состоянии должна быть 1100…1400 кг/м3.

Плиты для перегородок могут быть гипсовыми, гипсобетонными и гипсоволокнистыми. Технологический процесс их изготовления состоит из следующих операций: дозирование компонентов, перемешивание смеси, формование плит, высушивание. Размер гипсовых и гипсобетонных плит – 800× × 400 мм, армированных камышом – 1500×400 мм; толщина их – 90…100 мм. Средняя плотность плит зависит от состава смеси и способа уплотнения и равна 1100…1300 кг/м3, прочность на сжатие – 3,5 МПа.

Для отделочных работ и устройства перегородок в помещениях с влажностью не более 60% применяют гипсокартонные листы (сухую штукатурку). Они состоят из затвердевшего гипсового сердечника, прочно соединенного с картонной оболочкой. Длина листов – 2500, 2700, 3000 мм, ширина – 920, 1200, 1290 мм, толщина – 12, 14, 16 мм. Средняя плотность гипсокартонных листов – 800…900 кг/м3, влажность – не более 1%.

167

БИТУМНЫЕ И ДЕГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И МАТЕРИАЛЫ

НА ИХ ОСНОВЕ

13.1. Основные свойства битумных

идегтевых вяжущих веществ

Корганическим вяжущим относятся битумные и дегтевые вещества, которые обладают следующими ценными свойствами: водонепроницаемостью; стойкостью против действия агрессивных жидкостей, щелочей и кислот; способностью понижать вязкость при нагревании и восстанавливать ее при последующем охлаждении, а также прочно сцепляться с разными материалами – деревом, бетоном, камнем и др.

Битумные и дегтевые вяжущие являются гидрофобными

материалами, не смачиваемыми и не растворимыми в воде. Плотность их – 900…1300 кг/м3. Благодаря высокой водостой-

кости и небольшой пористости они используются как основной компонент гидроизоляционных материалов, имеющих высокую водонепроницаемость.

Битумы и дегти обладают рядом общих свойств:

при нормальной температуре – это твердые массы или

густые жидкости темного (почти черного) цвета;

при нагревании размягчаются (разжижаются), а при охлаждении – отвердевают; эта особенность позволяет применять их как связующее вещество;

практически не растворяются в воде (а многие и в кислотах), но растворяются в органических растворителях (сероуглерод, хлороформ, бензол, дихлорэтан и др.), что позволяет использовать их при изготовлении лаков и мастик;

истинная и средняя плотности равны, так как битумы и дегти не имеют пористости, а следовательно, практически водонепроницаемы;

они гидрофобны (не смачиваются водой);

168

водо- и морозостойкость битумов и дегтей позволяет использовать их в качестве кровельных и гидроизоляционных материалов;

имеют аморфное строение, поэтому у них нет определенной температуры плавления, а существуют интервалы размягчения, т.е. при нагревании они постепенно переходят из твердого состояния в вязкожидкое;

при размягчении прочно сцепляются с камнем, деревом, металлом и др. (это свойство носит название адгезии); используются в качестве вяжущих веществ. Переводить в рабочее состояние битумы и дегти можно не только расплавлением и растворением в органических растворителях, но и эмульгированием в воде. Битумные эмульсии получают с помощью специальных добавок – эмульгаторов.

При оценке качества битумов и дегтей необходимо знать их состав.

В состав битумов входят:

масла (45...65%) – вязкие жидкости светло-желтого цвета

сплотностью менее 1000 кг/м3, состоящие из углеводородов с молекулярной массой 100...500; масла придают вяжущему подвижность и текучесть;

смолы (15…30%) – вязкопластичные высокомолекуляр-

ные аморфные вещества темно-коричневого цвета с плотностью около 1000 кг/м3 и молекулярной массой 500...1000, от содержания которых зависят степень пластичности битумов и вяжущие свойства;

асфальтены (10…30%) – твердые хрупкие вещества

кристаллического строения с плотностью больше 1000 кг/м3 и молекулярной массой 1000…5000; их содержание определяет теплоустойчивость, вязкость и хрупкость вяжущего;

карбены и карбоиды (1...2%) – твердые углеродистые вещества, образующиеся при высоких температурах; их содержание повышает вязкость и хрупкость вяжущего.

13.2. Битумные вяжущие вещества

Битумами называют сложные смеси углеводородов и неметаллических производных, встречающиеся в природном виде или получаемые в результате переработки нефти, сланцев.

169