Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Архитектурно-дизайнерское материаловедение. В 3 частях. Ч. 2. Строительные материалы. Керамические материалы. Материалы на основе стеклянных расплавов
.pdf
41
сколько природных минералов. Далее клинкер подвергают помолу,
например, в многокамерных шаровых мельницах, и получают готовый продукт. При помоле к клинкеру обычно добавляют гипс и другие минеральные компоненты.
Тепловая обработка материалов после формования производится
с целью ускорения процесса твердения. Большое значение на процесс
твердения оказывает такой фактор, как влажность среды. Если вода
слишком быстро испаряется, то твердение прекращается. Поэтом,
например, при твердении бетона в летнее время на строительной
площадке, особенно в начальный период, он нуждается в определённом уходе (поливка, укрытие поверхности) для сохранения необходимого количества влаги. С этой же целью при тепловой обработке в
заводских условиях используют насыщенный пар.
Отделка лицевой поверхности может предполагать механическую
обработку, облицовку плитами и плиткой, нанесение разнообразных
дроблёных материалов, поверхностное или объёмное окрашивание и
другую обработку.
3.3. Материалы
на основе минеральных вяжущих веществ
К основным видам материалов на основе минеральных вяжущих
относят бетон, железобетон, строительные растворы, силикатные (на
основе воздушной извести), асбестоцементные, гипсовые, краски.
Среди перечисленных разновидностей есть материалы специального
назначения, в т. ч. теплоизоляционные, кровельные, для гидротехнических сооружений и дорог.
3.3.1. Бетон и его виды
В современной строительной практике бетон и различные строи-
тельные материалы на его основе получил довольно широкое распространение.
Бетон – искусственный камень, полученный в результате пере-
мешивания, формирования (укладки) и последующего твердения рационально подобранной смеси минерального вяжущего, воды и заполнителей. Во всех областях строительства применяют бетоны на
цементном вяжущем. Доминирующее положение бетонов в строительстве объясняется доступностью и большими запасами нерудных
41
42
материалов – песка, гравия или щебня; возможностью придания бетону различных свойств и формования конструкций сложной формы;
высокой долговечностью и надёжностью при соответствии состава и
условий эксплуатации.
Бетоны классифицируются по следующим признакам: основному
назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре и средней
плотности.
Основную классификацию бетонов производят по средней плот-
ности: особо тяжёлый – содержит такие заполнители, как чугунная
дробь, стальные опилки и зёрна; тяжёлый содержит мелкие и крупные
заполнители (песок, щебень или гравий). При этом выделяют лёгкие
бетоны, содержащие мелкий заполнитель, и крупные пористые природные или искусственные заполнители (шлаковая пемза, металлургические шлаки). Особо лёгкий бетон имеет крупнопористую или
ячеистую структуру (газобетон и пенобетон). По структуре бетон может быть плотный, поризованный, ячеистый и крупнопористый.
По функциональному назначению выделяют бетоны общего (для
несущих и ограждающих конструкций жилых, общественных промышленных зданий) – конструкционные бетоны, и специального
(теплоизоляционные, гидротехнические, с повышенной радиационной
стойкостью, кислотоустойчивые) назначения.
Бетоны изготавливают на основе цементных, известковых, гип-
совых и специальных вяжущих. К группе бетонов на специальных
вяжущих относятся бетоны на полимерных, магнезиальных (на основе магнезита), фосфатных вяжущих и жидком стекле.
Для получения бетонов используют плотные, пористые и специальные заполнители. Последние (рудосодержащие горные породы,
чугунный скрап, шамот) придают бетонам специальные свойства.
Бетоны для защиты от радиоактивных излучений – бетоны, обладающие способностью поглощать у-излучение и нейтроны. Бетон
является эффективным материалом для защитных конструкций ядерных ректоров, поскольку при достаточно низкой стоимости в нём сочетаются достаточно высокая плотность и содержание определённого
количества водорода в химически связанной воде. Для уменьшения
толщины защитных экранов при возведении атомных электростанций
применяют особо тяжёлые бетоны (средняя плотность 2500–7000
кг/м3) и гидратные бетоны с высоким содержанием химически связанной воды. С этой целью используют тяжёлые природные и искусственные заполнители: магнетитовые, гематитовые железные руды,
42
43
металлический скрап, свинцовую дробь и др. В качестве вяжущих в
этих бетонах применяют портланд- и шлакопортландцементы. Кроме
улучшенных защитных свойств, бетон, применяемый для устройства
защитных экранов ядерных реакторов, должен обладать и другими
особенностями: термостойкость, высокая теплопроводность, низкими
значениями усадки, коэффициента термического расширения и ползучести.
Железобетон – композиционный строительный материал, получаемый армированием бетона стальной арматурой. Армирование предполагает установку стальной арматуры в тех местах материала (бетона), которые подвержены при эксплуатации растягивающим нагрузкам. Их воспринимает рабочая несущая арматура. Монтажную арматуру устанавливают в сжатых или напряжённых участках материала.
Применяют также закладные детали, петли и крюки.
Фибробетон – дисперсно-армированные бетоны, включающие ко-
роткие отрезки различных волокон (фибры) в цементной массе. В качестве фибры могут служить различные типы волокон из стали, стекла, нитей базальта, асбеста, синтетических материалов.
Наиболее распространены фибробетоны на портландцементе, армированные стальным волокном – сталефибробетоны. Их используют в дорожных и аэродромных покрытиях, для облицовки шахт тоннелей и огнезащитных футеровок. Наряду со сталефибробетоном
используют стеклофибробетон на основе стекловолокна (который
имеет существенно более низкую массу конструкций).
Дорожные бетоны – бетоны, предназначенные для дорожных и
аэродромных покрытий. Отличаются от обычного высокой прочностью на растяжение и сжатие, повышенной деформативностью и морозостойкостью. Требования к дорожным бетонам предопределены
сложными условиями его службы в покрытиях: действиями статических и динамических транспортных нагрузок, переменной влажности
температуры и др. Для таких бетонов используют портландцементы, а
также гидрофобный, пластифицированный и сульфатостойкий цементы.
В Омске в последние годы применяется технология, при которой в асфальтобетонное покрытие добавляют молотую резину для лучшего сцепления шин с
дорогой. Можно использовать и другие добавки, например, серу. Правда, у серы
есть один недостаток – при перегреве выделяет опасные для людей газы, но это
поправимо, так как шведами и финнами были разработаны модификаторы, которые, пропуская через себя серу, делают ее безопасной. Укладка асфальтобетона
в дождливую погоду в настоящее время является одной из причин быстрого раз-
43
44
рушения дорожных покрытий. Одна из инновационных разработок омских ученых СибАДИ, которая была представлена в 2012 году, позволяет даже в дождь
строить качественные дороги с долгим сроком эксплуатации. В технологии используются органоминеральные и золоминеральные смеси. Органоминеральные
смеси (ОМС) приготавливают и укладывают в холодном состоянии. Для изготовления ОМС применяют природный песок, белитовый шлам, нефтяной гудрон, воду и добавки, ускоряющие твердение белитового шлама. Применение в
ОМС добавок-активизаторов твердения способствует интенсивному росту прочности органоминерального материала и позволяет в возрасте от 14 до 28 суток
получить материал, который по показателям прочности и водостойкости соответствует требованиям к теплому асфальтобетону. Что касается золоминеральных смесей, то в ходе исследований выяснилось, что золы, производимые омскими предприятиями, уникальны по своим свойствам. Они кислые и пористые,
что значительно ограничивает их применение. В частности, они плохо сочетаются с битумом, увеличивают битумоемкость асфальтобетона и т.д. Но в результате активации данного продукта оксид кремния переходит в аморфное состояние,
что позволяет вводить золу в различные материалы в больших количествах.
Например, сочетание 40 % золы, 40 % цемента и других специальных добавок
дает марку вяжущего исходного цемента М400 или М500. Последние исследования показали, что содержание золы в вяжущем может быть увеличено до 60 %.
Это важно при строительстве дорог и объектов различного назначения, т. к. повышает различные прочностные характеристики данных объектов.
Гидротехнические бетоны – бетоны, предназначенные для возведения гидротехнических сооружений (конструкций, которые периодически или постоянно находятся в воде). Такие бетоны подвержены
биологической коррозии (например, в период биоценоза – цветения
воды). Бактерии и грибы, поселяющиеся на поверхности бетонных
сооружений, выделяют различные виды кислоты (серная, масляная), а
также углекислый газ, аммиак. Всё это приводит к разрушению бетона. Защита таких бетонов от коррозии заключается, прежде всего, в
повышении плотности бетона и применении антикоррозийных покрытий [4, с. 255].
Жаростойкие бетоны – бетоны, предназначенные для эксплуатации при температуре более 200 °С. Их применяют для футеровки в
конструкциях газоходов, дымовых труб при строительстве тепловых
электростанций, в элементах защитных стен и перекрытий АЭС. Жаростойкие бетоны разделяют на классы – от 3 до 16 (в соответствии с
предельной температурой от 300 до 1600 °С). Бетоны на основе туфа,
пемзы, пепла, базальтов и диабазов могут использоваться при t 700–
800 °С. Бетоны на основе жидкого стекла от 600 до 1600 °С, а бетоны
на основе глиноземистого и высокоглиноземистого цемента эксплуатируются при t 1300–1700 °С.
44
45
Кислотостойкий бетон – материал с использованием в качестве
вяжущего кислотоупорного кварцевого кремнефтористого цемента,
затворяемого жидким стеклом. Они устойчивы к различным видам
кислот, но разрушаются от жирных кислот, от щелочей, их разрушает
водяной пар и кипящая вода. Применяют для возведения и защиты
различных конструкций, повергаемых воздействию кислот, футеровки производственных аппаратов на химических предприятиях.
Мозаичные бетоны – разновидность бетонов, предназначенных
для покрытия полов, изготавливаемых с применением белых, цветных
или разбеленных цементов и крошки горных пород, которые поддаются шлифованию. Полы из мозаичного бетона устраивают, прежде
всего, в вестибюлях, на лестничных площадках, в коридорах, санузлах.
Полимерные бетоны – бетоны, вяжущими в которых служат синтетические полимеры. По своим свойствам полимерные бетоны занимают промежуточное место между пластмассами и цементными бетонами. Одна из важных особенностей полимербетонов – высокая
химическая стойкость. Для них характерны высокая плотность, прочность и долговечность, что позволяет использовать материал в агрессивной среде. Полимербетоны используют для изготовления шахтных
стволов, химически стойких дренажных труб, контактных опор с высоким электросопротивлением.
Набрызг-бетоны – бетоны, укладываемые методом набрызга. Характерным для метода набрызга является совмещение в одном производственном процессе транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси при полной механизации всех технологических операций. Набрызг-бетоны отличаются повышенной плотностью, прочностью и водонепроницаемостью. Набрызг-бетонирование является одним из наиболее надёжных способов нанесения защитных покрытий
на бетонные поверхности, подвергаемые воздействию агрессивной
среды и низких температур.
3.3.2. Портландцемент
Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путём совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса.
Портландцементный клинкер – продукт спекания сырьевой смеси
необходимого химического состава, обеспечивающего преобладание
45
46
после обжига минералов – силикатов кальция. Основными сырьевыми
компонентами для получения портландцемента являются известняки
и глинистые породы или их природные смеси. Применяются также
отходы промышленности: зола, шлаки, шлам.
Кроме обычного портландцемента выпускается быстро твердеющий портландцемент (БТЦ). Эта разновидность портландцемента уже
в трёхсуточном возрасте по многим показателям почти равен обычному портландцементу в возрасте 28 суток.
Гидрофобный портландцемент – разновидность портландцемента, обладающая низкой гигроскопичностью и повышенной сохранностью. Его получают при введении в состав цемента в процессе измельчения гидрофобизирующих добавок (мылонафта, синтетических
жирных кислот и др.). Гидрофобизирующие добавки образуют на
зёрнах цемента тончайшие водонесмачивающиеся оболочки. Капля
воды на поверхности гидрофобных цементов не должна всасываться
на протяжении 5 минут. Гидрофобные цементы сохраняют свою активность в неблагоприятных условиях на протяжении 1–2 лет, а
обычные цементы уже через 3–6 месяцев теряют до 30 % и более первоначальной прочности. Гидрофобизация бетона способствует повышению плотности, улучшению структуры камня, высокой морозоустойчивости, водонепроницаемости и стойкости в агрессивных водах.
Всё большую значимость приобретают портландцементы с по-
верхностно-активными добавками (пластифицированный, гидрофоб-
ный). Малые дозы добавок позволяют снизить водопотребность цемента, повысить морозостойкость, прочность и, в целом, долговечность искусственного камня.
3.3.3. Цемент
Цемент – малоклинкерный композиционный состав, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов. Изготавливается
совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей. В качестве добавок используют золу, кварцевый песок, известняк и др.
Стеклоцементные материалы – материалы на основе неорганических вяжущих веществ и стеклянных волокон. Возможно применение портландцемента, глиноземистого цемента, гипса; армирующими
материалами служат жгуты, свитые из тонких стеклянных нитей, сет-
46
47
ки из бесщелочного стекловолокна. Применяют также волокно, полученное из базальтового расплава. Способы армирования – направленное и хаотичное расположение волокон. Имеется опыт успешного
применения стеклоцемента в качестве отделочного слоя для различных видов бетонных и железобетонных изделий, кровельных материалов, облицовочных плит, лёгких фасадных панелей, для гидроизоляции, строительства нефтехранилищ и др.
Глиноземистый цемент – быстротвердеющее и высокопрочное
гидравлическое вяжущее, отличающееся по составу от портландцемента. Главный и наиболее дорогой вид сырья для получения такого
цемента – бокситы (алюминиевая руда). Глиноземистый цемент значительно дороже портландцемента в связи с дефицитом бокситового
сырья. Это вяжущее целесообразно применять в тех случаях, когда
рационально используются его преимущества: при аварийных работах, при скоростном возведении железобетонных конструкций, особенно при пониженной температуре, а также для жаростойких бетонов.
Применение расширяющегося цемента позволяет в ряде случаев
успешно бороться с усадочными деформациями цементного камня.
Напрягающий цемент применяют для получения материалов с по-
вышенной трещиностойкостью и плотностью (для спортивных объектов, подводных и подземных напорных сооружений).
Это основные виды цемента, о которых необходимо знать будущему дизайнеру, чтобы уметь ориентироваться в широком спектре
современных материалов и сделать правильный выбор ещё на стадии
дизайн-проекта.
3.3.4. Строительные материалы и изделия
на основе асбеста и гипса
Асбестоцементные материалы изготавливают из специального
портландцемента марок 400 и 500 и волокон асбеста.
Асбестоцементные акустические плиты изготавливают из перфорированных асбестоцементных листов и слоя пористоволокнистого материала (минеральной или стеклянной ваты).
Асбестоперлитоцементные листы получают из белого или цвет-
ного цемента, асбеста и перлитового песка. Листы огнестойки и применяются даже для защиты ограждающих конструкций.
47
48
Асбестоцементные панели представляют собой каркасную (из де-
ревянных реек или алюминиевого профиля) или бескаркасную конструкцию, где между асбестоцементными плоскими листами помещается теплоизоляционный материал. Использование асбестоцементных
панелей для стен и покрытий по сравнению с железобетонными обеспечивает уменьшение массы конструкций в несколько раз, сокращение трудоёмкости монтажных работ [6, с. 24].
Гипсовые материалы получают из гипсового теста (гипс + вода),
минеральных или органических тонкомолотых заполнителей. Искусственный гипсовый камень армируют также минеральными или органическими волокнистыми наполнителями. Гипсобетон – это бетон на
основе гипсовых вяжущих, их используют при изготовлении плит и
панелей для перегородок и перекрытий. Серьёзным недостатком гипсобетона являются недостаточная водостойкость, усадка и повышенная ползучесть (особенно во влажных условиях). Гипсобетоны широко используются для возведения малоэтажных зданий. В качестве заполнителей используются в основном древесные опилки и стружка.
Панели гипсобетонные для перегородок – крупноразмерные плитные изделия, предназначенные для устройства несущих перегородок в
зданиях различного назначения. Панели бывают сплошными и с проёмами для дверей и фрамуг. В них предусмотрена установка деталей
для скрытой электропроводки и отверстия для санитарно-технических
устройств. Панели могут иметь толщину 80–120 мм, длину комнаты и
ширину высоты этажа.
Прокатные панели пола изготавливают размером на комнату и
армируют деревянным каркасом. Толщина такой панели должна быть
не менее 60 мм.
Гипсоволокнистые панели при толщине 50 мм достаточно легко
обрабатываются – режутся и т.д. и легки в применении (как доски для
подоконника, элементы встроенной мебели и перегородки). Для отделочных работ используют гипсокартонные листы (ГКЛ) и гипсоволокнистые листы (ГВЛ).
Известь строительная воздушная – вяжущее на основе продукта
обжига карбонатных пород, состоящего преимущественно из оксида
кальция. Для получения воздушной извести сырьевые материалы
(мел, известняк и доломиты) должны содержать не более 6–8 % глинистых примесей. При большем содержании примесей образуется
гидравлическая известь – гидравлическое вяжущее, полученное уме-
48
49
ренным обжигом известняков, содержащих от 6 до 25 % глинистых и
тонкодисперсных песчаных примесей.
Различают следующие виды извести: негашеную комовую, негашеную молотую, гидратную (пушонка) и известковое тесто.
Негашеная комовая известь получается в результате обжига исходного сырья и является полуфабрикатом для других видов извести.
Она используется для получения негашёной молотой извести, либо
для получения гидратного порошка (пушонки) или для известкового
теста. В зависимости от воды, взятой для гашения, получают пушонку
(на 1 часть извести по массе 0,6–0,8 частей воды) или известковое тесто (на 1 часть извести – 2–4 части воды).
Гидратная известь (пушонка) – готовый продукт, который при затворении с водой превращается в тесто.
Гашеная известь схватывается очень медленно: образцы раство-
ров на её основе можно расформовывать только через 5–7 суток.
Процесс схватывания растворов на молотой негашёной извести завершается через 15–60 минут после затворения. При твердении на
воздухе известковые растворы на гашёной извести дают значительную усадку.
Воздушная известь применяется для строительных растворов и
бетонов низких марок (в воздушно-сухих условиях), для силикатного
кирпича и силикатных бетонов, в производстве известковых красок.
Строительные растворы получают из различных минеральных
вяжущих (цемента, извести, гипса и их смесей – цементноизвестковых, известково-гипсовых, цементно-глиняных и др.), мелкого заполнителя и добавок, улучшающих свойства материала. В зависимости от назначения растворы бывают кладочные (используемые
при кладке стен, фундаментов, столбов и других частей конструкций);
штукатурные (для внутренних и наружных стен, потолков и др.);
монтажные (для заполнения швов между сборными элементами –
панелями, блоками, при их монтаже); специальные (декоративные,
гидроизоляционные и т.д.).
К силикатным искусственным каменным материалам относятся,
прежде всего, кирпич и бетон – изготавливаются из смеси кварцевого
песка и известково-кремнезёмного вяжущего путём прессования и
последующего твердения в автоклаве под действием пара высокого
давления.
Силикатный кирпич изготавливают из смеси извести (6–8 %),
кварцевого песка (92–94 %) и воды (7–9 %). Выпускают сплошные и
49
50
пустотелые кирпичи. Силикатный кирпич не выдерживает длительного воздействия высоких температур, поэтому не употребляется для
кладки печей, труб промышленных предприятий и т. д. Однако технико-экономические показатели силикатных кирпича и камня выше
керамических [6, с. 330].
Железобетонные конструкции по способу изготовления разделяют на монолитные (возводят в опалубке непосредственно на строительной площадке), сборные (монтируют из изделий заводского изготовления) и сборно-монолитные (объединяют сборные железобетонные элементы и монолитный бетон или железобетон). Сооружения
значительные по объёмам и размерам (каналы, плотины, шлюзы, подпорные стенки, подводные части сооружений ГЭС) целесообразно
возводить сборно-монолитным способом.
Ниже приведена характеристика некоторых широко применяемых
железобетонных изделий.
Фундаментные блоки – выполняют из тяжёлого бетона прямоугольного или трапециевидного сечения.
Панели наружных стен – изготавливают из лёгкого бетона на пористом заполнителе или из ячеистого бетона с арматурой из сварных
сеток.
Панели внутренних стен производят из тяжёлого или лёгкого бетона сплошными или с дверными проёмами (толщина до 20 см).
Панели и плиты для перегородок могут быть сплошными, пусто-
телыми, с проёмами для дверей. Толщина панелей и плит обычно 8–
10 см. Для их изготовления применяют лёгкие и особо лёгкие бетоны,
часто на гипсовом вяжущем (гипсобетон).
Стеновые блоки изготавливают обычно сплошными или пустоте-
лыми из лёгкого бетона с размерами, соответствующими конструктивной резке стен.
Плиты и панели перекрытий также отличаются сплошным или пу-
стотелым строением, могут быть ребристыми.
Фермы и балки изготавливают обычно из предварительно напря-
жённого железобетона.
Лестничные марши из железобетона отличаются ступенчатым
профилем, часто имеют плоские концевые участки, образующие
лестничные площадки.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]