книги из ГПНТБ / Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов

государственного университета им. Ломоносова. Этот шпиль облицован стеклом золотисто-желтого цвета, оборотная сторона которого метал­ лизирована алюминием, создающим иллюзию золотого покрытия.

5. СИТАЛЛЫ

Методом управляемой кристаллизации можно получить особые стеклокристаллические материалы, которые называют ситаллами (сокращенно от силикаты + кристаллы). В результате частичной или полной кристаллизации стекла полученный материал приобретает прочность.

Для получения ситаллов требуется дополнительная термическая обработка массы, в процессе которой происходит переход стекла в зернокристаллическое состояние. Физико-химические свойства си­ таллов зависят от химического состава стекла или шлаков и от условий термической обработки. Ситаллы могут быть прозрачными и глухими и иметь различные окраски: черную, коричневую, серую, светлую.

(до 60%) являются отходы металлургической промышленности — шлаки, шлакоситаллы с экономической точки зрения представляют большой интерес для производства различных строительных материа­ лов и изделий: плит для облицовки стен, покрытия полов, подоконных досок, волнистых плит для кровельных покрытий, стеновых панелей, утепленных шлакопеноситаллов, для санйтарно-технического обору­

материалом, но и средством декоративной отделки зданий. Одним из весьма распространенных приемов использования стекла в архитек­

простейших мозаичных орнаментов из кусков цветного стекла, скреп­ ленных свинцовой пайкой, витраж вырастает в сложную, богато орна­ ментированную живопись по стеклу. Многие произведения монумен­ тальной живописи по стеклу принадлежат кисти крупнейших худож-

114

ников того времени. Витраж как художественное средство в архитек­ туре не только не потерял своего значения в наши дни, но приобрел новые качества как по социальному содержанию, так и по технике выполнения.

В России в X V — X V I вв. проявлялся большой интерес к этому виду

Но особенно много витражей было выполнено как в церковных, так и в гражданских зданиях прибалтийских республик, главным образом в Латвии (Рига). Имеются витражи в соборах и церквях городов Каме­ нец-Подольска, Львова и др.

Широко распространенным монументально декоративным приемом использования стекла в архитектуре является стеклянная мозаика. Стекло для мозаичного покрытия полов применялось еще в Древнем Риме. Образцы цветных стеклянных мозаичных плиток различной геометрической формы были применены для покрытия полов в Софий­ ском соборе в Киеве, в Михайловском соборе в Переяславле (Хмель­ ницком). По производству цветных смальт как для покрытия стен, так и для картинных мозаик Киевская Русь в X I — X I I вв. превосходила Византию и Западную Европу.

Искусство стеклянной мозаики в России было возрождено благо­ даря творчеству великого русского ученого М. В. Ломоносова, чьи крупные живописные произведения из смальты, как, например, кар­ тина «Полтавская баталия» (5x6,5 м), явились образцом этого вида

Так, арх. Камерон отделал синим, голубым, фиолетовым и молочнобелым стеклом в быв. Екатерининском дворце спальню и кабинет «таба­ керку» Екатерины I I . Широко применяли художественное стекло для оформления интерьеров зодчие Старов, Казаков, Воронихин, Тома де Тамон, Росси.

В период классицизма интерьеры дворцов и особняков были богато декорированы стеклянной осветительной арматурой: люстрами, тор­

дворцов метрополитена, высотных, общественных и культурно-быто­

116

Г Л А В А V

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Строительными вяжущими веществами называются порошкообраз­ ные материалы, образующие при смешивании с водой пластичную удобообрабатываемую массу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело.

Минеральные вяжущие вещества состоят из двух групп — воздуш­

порошкообразные вещества, которые обладают способностью твердеть, т. е. переходить в камневидное состояние и длительно сохранять свою прочность только на воздухе. К таким веществам относятся: воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие вещества, а также раство­ римое стекло.

Г и д р а в л и ч е с к и м и в я ж у щ и м и называются вещества, обладающие способностью твердеть и длительно сохранять свою проч­ ность не только на воздухе, но и под водой.

Воздушные вяжущие вещества применяют только для наземных сооружений, а гидравлические вяжущие — как для наземных, так

идля подземных и подводных сооружений.

Кгидравлическим вяжущим относят гидравлическую известь, романцемент, портландцемент и его разновидности (пластифицирован­ ный, гидрофобный, быстротвердеющие ОБТЦ и БТЦ, сульфатостойкий

сумеренной экзотермией, белый и цветные), пуццолановый портланд­ цемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, расширяющие­ ся и безусадочные цементы и др.

Вяжущие строительные неорганические вещества начали исполь­ зовать в строительной технике примерно 3—4 тысячи лет до нашей эры. Первым из них был строительный гипс, получаемый обжигом из гипсового камня при температуре 140—170° . Затем была открыта воздушная известь, которую получают обжигом известняка при более высокой температуре.

Древние египтяне изготовляли строительные растворы из гипса и извести. В Китае использовали известь при возведении некоторых участков Великой Китайской стены, построенной до нашей эры.

Еще в начале нашей эры древние римляне, развивая городское и дорожное строительство, приготовляли более водостойкие вяжущие вещества путем добавления к извести тонкомолотой обожженной глины или молотой горной породы, называемой пуццоланой.

На Руси вяжущие вещества начали применять при сооружении

118

крепостных стен, башен церквей и пр. Наличие вяжущих веществ спо­ собствовало строительству древних русских городов Киева, Новгорода, Пскова, Суздаля, Владимира, Москвы и пр.

По данным проф. Швецова Б. С. и Суровцева В. В., известковый раствор был применен в X в. при сооружении Десятинной церкви в Киеве, а при постройке Борисоглебского собора — использовался известковый раствор с добавкой кварцевого песка. В I486—1495 гг. были построены на известковом растворе стены Московского кремля.

После Отечественной войны 1812 г. в Москве развернулись большие восстановительные строительные работы. Егор Герасимович Челиев, начальник московской военно-рабочей команды, обобщая накопленный строителями опыт, описал способ получения гидравлического вяжущего вещества, а в 1825 г. была издана книга «Полное наставление, как при­ готовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений». В книге приводились рекомендации получения цемента путем смешивания глины с известняком и обжига при 1200°.

В 1824 г. англичанином Джозефом Аспдином был заявлен патент на производство вяжущего вещества, названного им портландцемен­ том. Получали цемент путем обжига при 900—1000° смеси известняка

иглины.

ВРоссии первый завод по производству романского цемента был построен в Петербурге в 1839 г., а завод портландцемента был построен в 1856 г. в городе Гродно производительностью около 4000 m в год.

Развитию производства портландцемента способствовали труды русских ученых. Инженеры И. Езерский и Д. Заботкин написали книгу «Известковые растворы» (1863—1864 гг.), Д. И. Менделеев в книге «Основы химии» (1868—1870 гг.) рассмотрел ряд вопросов, связанных с химией силикатов. В 1881 г. А. Р. Шуляченко и И. Г. Малюга разработали впервые нормы на портландцемент.

После Великой Октябрьской социалистической революции совет­ ские ученые И. П. Александрии, M. М. Беляев, А. А. Байков, Ю. М. Бутт, П. И. Боженов, А. В. Волженский, В. Л. Кикас, С. Д. Око­ роков, А. Е. Шейкин, В. Н. Юнг и другие провели крупнейшие работы

вобласти технологии цемента и бетона.

Внастоящее время выпуск цемента как по количеству, так и по качеству превосходит такие передовые страны, как США и др. В 1971 г. выпуск цемента составил 100,3 млн. т.

1.ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Взависимости от вида сырьевого материала и принятой технологи­ ческой схемы производства, гипсовые вяжущие вещества подразделяют на две группы: низкообжиговые (собственно гипсовые) и высокообжи­ говые (ангидритовые).

Низкообжиговые термически обработанные вещества при темпера­

турах 100—180° состоят главным образом из полуводного гипса CaSO4-0,5HjO; они обладают короткими сроками схватывания и быстро твердеют. К этой группе веществ относят: строительный, высокопроч­ ный и формовочный гипсы.

119

Ко второй группе относятся вещества, которые термически обраба­ тываются при более высоких температурах (400—1200°). Состоят они преимущественно из безводного гипса CaS04 (ангидрита) и отличаются более медленными сроками схватывания и твердения. К ним относят ангидритовые вяжущие, высокообжиговые вяжущие (эстрих-гипс) и др.

Сырьевыми материалами для производства гипсовых вяжущих ве­ ществ служат камень гипсовый, представляющий собой природный двуводный гипс CaS04 -2H2 0, и природный ангидрит CaS04 . Кроме того, могут быть использованы различные отходы химической промыш­

кгипсу иногда придают различные окраски.

Ан г и д р и т обычно сопровождает залежи гипсового камня (двуводного гипса), являясь подстилающим слоем ему.

"Ангидрит имеет белый цвет, он тверже двуводного гипса. Удельный вес его 2,9—3,1 г/см3. Наибольшая растворимость ангидрита 1 г в 1 л воды.

Строительный гипс. Производство строительного гипса состоит из операций дробления, помола и термической обработки (дегидратации) гипсового камня. Схема технологического процесса может быть не­ сколько изменена путем помола камня после термической обработки

или же совмещением операций помола и термической обработки камня в специальном аппарате.

Широко распространен метод производства гипса варочным спосо­ бом. Аппаратами при указанном методе для термической обработки строительного гипса являются гипсоварочные котлы. Емкость их может быть различной (от 3 до 15 м3). Продолжительность варки в котле со­ ставляет 90—120 мин.

Этот способ производства является наиболее распространенным, так как варочные котлы легки в обслуживании и удобны для регули­ рования и контроля режима обжига. В процессе обезвоживания гипса топочные газы отдают тепло материалу через стенки котла и жаровые трубы, не соприкасаясь с нагреваемым порошком. Указанное обстоя­ тельство способствует получению чистого продукта, а непрерывное перемешивание порошка лопастями создает равномерное нагревание, что способствует получению однородного продукта.

Термическая обработка природного двуводного гипса протекает при температуре 140—180° по реакции CaSO4 -2H2 O^CaSO4 -0,5 Н , 0 + + 1,5 Н.О.

Твердение строительного гипса. При воздействии водой на строительный гипс

соответствует началу схватывания. При дальнейшем уплотнении массы теряется ее пластичность и она загустевает, представляя собой твердое тело. Это состояние массы соответствует концу схватывания. Далее процесс сопровождается нарастанием проч­ ности с образованием гипсового камня.

При твердении строительного гипса происходит гидратация полуводного гипса с превращением его в двуводный по уравнению

CaSO4 -0,5Hl O+ l,5H,0 = CaS04 -2H,0

120

Таким образом, при твердении полуводный гипс восстанавливается в двуводный.

рение и образование раствора полугидрата кальция. Этот период сопровождается небольшим повышением температуры.

В т о р о й п е р и о д — образование коллоидной массы — соответствует нача­ лу схватывания. Объясняется это образованием насыщенного раствора полугидрата, который в дальнейшем переходит в пересыщенный по отношению к двугидрату, ра­ створимость которого примерно в 5 раз меньше растворимости полугидрата. В этих условиях из него выпадают мельчайшие частицы твердого вещества (CaS04 -2H2 0), которые, скапливаясь, придают тесту густоту.

Полученная тестообразная масса теряет пластичность в результате коллоидации, но не приобретает механической прочности, так как между частицами гипсовой массы еще нет сцепления.

Т р е т и й п е р и о д — кристаллизация и твердение — характеризуется пе­ реходом коллоидных частиц в кристаллический сросток. В течение этого продолжи­ тельного периода, сопровождающегося ничтожным выделением тепла, нарастает механическая прочность. Эти периоды не следуют в строгой последовательности, а налагаются один на другой. Так, при незакончившихся во всей массе материала про­ цессах коллоидообразования, характерных для второго периода, в некоторых частях твердеющей массы могут идти процессы кристаллизации, характерные для третьего периода.

Обычно для затворения гипса берется некоторый избыток (до 70%) воды против количества, входящего в состав двугидрата (18,6%). Эта излишняя вода после обра­ зования кристаллов двуводного гипса обволакивает их и отделяет друг от друга тон­ чайшими водными пленками. Нарастание прочности твердеющей массы объясняется сращиванием кристаллов двугидрата, которое происходит при одновременном испа­ рении воды и высыхании гипсового камня.

При высыхании воды выпадают кристаллы двугидрата гипса, которые цементи­ руют ранее образовавшиеся игольчатые кристаллы двугидрата гипса. Можно уско­ рить твердение гипса путем высушивания, но температура гипсового материала не должна быть выше 65° во избежание обратной дегидратации гипса.

С в о й с т в а с т р о и т е л ь н о г о г и п с а . Строительный гипс является быстросхватывающимся и быстротвердеющим воздуш­ ным вяжущим веществом. Гипс строительный схватывается в проме­ жутке от 4 до 15 мин. Такой короткий срок схватывания создает боль­ шие неудобства при его применении. Если же гипс использовать после начала схватывания, то нарушаются образовавшиеся кристаллические сростки, что вызовет понижение его прочности. Обычно, чтобы не на­ рушить процесс схватывания гипса, его затворяют малыми порциями, чтобы успеть использовать до начала схватывания, или же добавляют различные вещества, замедляющие сроки схватывания.

Одним из распространенных замедлителей является кератиновый замедлитель в жидком или порошкообразном состоянии. В жидком виде замедлитель получается обработкой едким натром копыт и не­ сортовых рогов животных. При желании получить порошкообразный замедлитель молотую негашеную известь гасят жидким кератиновым замедлителем. При добавлении 0,1% жидкого (в пересчете на сухое вещество) или 0,3% сухого замедлителя начало схватывания замед­ ляется до 30 мин, причем прочность снижается до 10%.

Кроме указанного замедлителя, используют неактивированный и активированный известью костный и мездровый клей, сульфатно-спир­ товую барду, буру, казеин и другие вещества.

121

При изготовлении гипсовых строительных деталей при отрицатель­ ной температуре требуется ускорять схватывание строительного гипса. Для этого к нему добавляют двуводный гипс, поваренную соль, серно­ кислый калий и натрий, серную кислоту и другие вещества. Чаще всего применяют двуводный гипс и поваренную соль или их смесь (1% гипса и0,5% соли).

В соответствии с ГОСТом (см. табл. 20) предел прочности при сжатии определяется путем испытания кубиков размером 7,07x7,07x7,07 см,

изготовленных из гипсового теста нормальной густоты без песка. Хра­ нят кубики в сухом и теплом помещении.

Учитывая указанные ценные свойства, гипс строительный исполь­ зуют для штукатурных работ и производства различных изделий, не обладающих высокой прочностью и работающих в условиях изоляции от воздействия воды. В настоящее время изготовляют гипсовые строи­ тельные изделия в виде сухой штукатурки, перегородочных плит и па­ нелей, стеновые камни, архитектурно-декоративные и другие изделия.

Высокопрочный гипс. Для изготовления тонкостенных строитель­ ных деталей и получения гипсобетона марок выше 50, а также для архитектурных целей используют высокопрочный гипс.

Способ получения высокопрочного гипса отличается тем, что при нагревании гипсового камня в обычных условиях получается полувод­

ный гипс ß-модификации. Он обладает повышенной водопотребностью (60—65%) при затворении, вследствие чего изделия из него имеют

повышенную пористость и низкую прочность. При нагревании же двуводного гипса под давлением 1,3 am (124°) получается полуводный гипс

а-модификации, которая имеет больший удельный вес и значительно меньшую водопотребность (40—45%) при затворении водой. В резуль­

тате получаются гипсовые изделия большей плотности и прочности. Высокопрочный гипс имеет марки 200 и 250 в возрасте 7 суток. Общим недостатком гипсовых изделий является повышенная ползу­

его более тонкий, конец схватывания более короткий, предел проч­ ности более высокий, объем расширения меньший.

эту смесь сопровождают в небольшом количестве известняк и кремне­ зем.

После обжига и измельчения получается воздушное глиногипсовое вяжущее вещество. Глиногипс обладает повышенной водостойкостью, но прочность его ниже по сравнению со строительным гипсом.

Обычно глиногипс используют как местный материал для кладочных и штукатурных растворов и некоторых строительных деталей.

J 22

Т а б л и ц а 20

Ангидритовые вяжущие вещества. К числу ангидритовых вяжущих веществ относятся ангидритовый цемент, отделочный ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс (эстрих-гипс).

А н г и д р и т о в ы й ц е м е н т представляет собой вяжущее, полученное из природного гипса или ангидрита. В случае применения двуводного природного гипса производят обжиг в интервале 450—750е до полного обезвоживания, а при использовании природного ангидрита его сушат для облегчения помола. В обоих случаях добавляют катали­ заторы в виде извести (2—5%), смеси бисульфата или сульфата натрия с железным или медным купоросом (0,5—1,0% каждого) и других добавок в виде-золы, шлаков и пр. Все добавки катализаторов увеличивают растворимость безводного сернокислого кальция с дальнейшей гидра­ тацией его и перекристаллизацией.

Пористость затвердевшего ангидритового цемента меньше пористо­ сти строительного гипса, составляя 30—• 35%. Количество воды также расходуется меньше (30—40%). Удельный вес его 2,8—2,9 г/см3, объем­ ный вес в рыхлом состоянии — 850—1100 кг/м3, а в уплотненном — 1200—1500 кг/м3.

Ангидритовое вяжущее вещество не относится к быстротвердеющим. Схватываться оно начинает не ранее чем через 30 мин от момента затворения, а конец схватывания наступает не позже 24 ч. Ангидрито­ вый цемент выпускают четырех марок: 50, 100, 150, 200.

Ангидритовый цемент применяют для кладочных и штукатурных строительных растворов, для подготовки пола под линолеум. Исполь­ зовать изделия из ангидритового цемента можно лишь при изоляции их от воздействия воды.

123