STROITEL_NOE_MATERIALOVEDENIE_RYB_EV

Стеклопластики — группа полимерных материалов, в которых наполнителем является стекловолокно. В качестве связующих компонентов для производства стеклопластиков применяют ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные, кремнийорганические и феноло- формальдегидные полимеры. Эти полимеры обладают высокой адгезией к стекловолокну, хорошей смачивающей способностью и достаточно быстро отвердевают без выделения летучих продуктов. Выпускают три разновидности стеклопластиков: листовые материалы

сориентированным стекловолокном, рубленым волокном и на основе стеклоткани или матов.

Большой интерес представляют стеклопластики с ориентированным волокном типа СВАМ (стекловолокнистый анизотропный материал). Его получают путем горячего прессования пакета из листов стеклошпона.

Стеклошпон представляет собой тонкие полотнища однонаправленных стеклянных нитей, склеенных спиртовыми растворами карбамидных, бутваро-фенольных или эпоксидных полимеров. Склеивание стеклянных волокон производится в момент вытягивания их через фильеры стекловаренной печи. Полимер, обволакивая стеклянные волокна при выходе из фильер, способствует сохранению их первоначальных высоких механических свойств.

Отличительная особенность СВАМ — высокая механическая прочность, зависящая от вида и количества связующего, толщины волокон, их расположения.

Наибольшей прочностью обладает СВАМ, изготовленный из волокон диаметром 14—16 мкм, уложенных в одном направлении. При таком расположении волокон предел прочности СВАМ при растяжении достигает 950 МПа, а средняя плотность составляет

1800—2000 кг/м3.

Стеклопластики могут быть прозрачными, полупрозрачными и непрозрачными. Прозрачные и полупрозрачные стеклопластики в виде плоских и волнистых листов используют для ограждений лестниц, балконов, устройства прозрачных перегородок, навесов и оформления малых архитектурных форм.

Древесные слоистые пластики — листовой или плиточный материал, получаемый путем горячего прессования лущеного шпона, пропитанного полимерами (фенолоформальдегидный полимер, бакелитовый лак и др.). Шпон в виде листов толщиной 0,3—1,5 мм получают лущением предварительно распаренных кряжей березы, бука, ольхи.

Древесные слоистые пластики (ДСП) в зависимости от порядка укладки шпона выпускают четырех марок: ДСП-А, ДСП-Б, ДСП-В и ДСП-Г. Размеры листов ДСП: длина 0,7—5,6 м, ширина 0,95—1,2 м при толщине 1—12 мм. Плиты ДСП имеют размеры: длина 0,7—5,6 м, ширина 0,7—1,5 м при толщине 35—60 мм.

Древесные слоистые пластики обладают достаточно высокой теплостойкостью, малой теплопроводностью [0,15—0,25 Вт/(м·К)], легко поддаются механической обработке. Их применяют в качестве отделочного и конструкционно-отделочного материала в жилых и общественных зданиях при облицовке стен, перегородок и для подшивки потолков.

Древесностружечные и древесноволокнистые плиты используют не только для покрытия полов, но и как конструкционно-отделочный материал. Первые получают путем горячего прессования массы, .содержащей около 93% древесной шерсти (волокон стружки) и 7% синтетических смол. Вторые производят из отходов лесопиления и бумажной макулатуры

сполимерной связкой. Такие плиты применяют для устройства и отделки стен, перегородок, встроенной мебели, дверных панелей и подшивки потолков жилых и общественных зданий. Так, например, для облицовки стен используют древесно- стружечные плиты марок ПН-1 и ПН-2. Длина облицовочных плит от 2,44 до 5,50 м, ширина 1,2—2,4 м и толщина 10—25 мм. Плиты ПН-1 часто отделывают лакокрасочными материалами или полимерными пленками.

Древесноволокнистые плиты с лакокрасочным покрытием применяют для облицовки стен жилых, производственных и общественных зданий, а также для изготовления мебели и дверных полотен. По внешнему виду лицевой поверхности плиты делят на два типа: А —

431

с печатным рисунком и Б — одноцветные плиты. В зависимости от лакокрасочных материалов плиты могут иметь матовую или глянцевую лицевую, поверхность. Древесноволокнистые твердые плиты с лакокрасочным покрытием выпускают длиной 1,2—2,7 м, шириной 1,0—1,7 м и толщиной 2,5—6,0 мм. Основой для их изготовления служат твердые древесноволокнистые плиты, на поверхностный слой которых наносят лакокрасочные покрытия.

432

11.5.5. ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Полиизобутиленовая пленка (ПСГ) — рулонный, гидроизоляционный материал, получаемый из полиизобутиленового каучука, газовой сажи и графита. Выпускают также полиизобутиленовую гидроизоляционную пленку УП-50, которую изготовляют из высо- комолекулярного полиизобутилена, полиэтилена высокого давления, парафина и наполнителей (сажа, измельченный каменный уголь). Полиизобутиленовые покрытия отличаются высокими гидроизоляционными свойствами, трещиностойкостью и хорошей адгезией к основаниям. Высокая водонепроницаемость, биостойкость и атмосферостойкость этих покрытий позволяют рекомендовать их для оклеечной гидроизоляции. Физико-механические свойства покрытий: средняя плотность — 1300 кг/м3, а предел прочности при разрыве — 0,1 МПа. Кроме того, для гидроизоляции применяют полиэтиленовые и поливинилхлоридные пленки.

Гидроизоляционный материал (ГМП) выпускают в виде рулонов; площадь ГМП в рулоне 5 м2, толщина полотнища 1,5 мм и ширина 0,8—1,0 м. Производство ГМП основано на смешении и горячем (150°С) вальцевании компонентов (полиизобутилен, нефтяной битум и асбест 6—7-го сорта) с последующей обработкой на каландрах до получения полотнища необходимой толщины. Предел прочности полотнища при разрыве 0,12 МПа, растяжимость 30—50%.

ГМП применяют для гидроизоляции подземных сооружений, устройства плоских кровель промышленных и гражданских зданий и гидроизоляционных работ.

Герметизирующие материалы (герметики) применяют для уплотнения швов между панелями и блоками сборных конструкций, заделки-стыков трубопроводов и т. п. В настоящее время для этой цели используют герметизирующие мастики и эластичные прокладки, изготовляемые на основе полисульфидных каучуков (тиоколов), резинобитумного связующего и других полимеров.

Полисульфидные (тиоколовые) герметики выпускают в виде двухкомпонентных смесей из тиоколовой герметизирующей и вулканизирующей паст. Герметики приготовляют на месте работ путем смешения тиоколовой и вулканизирующей паст с добавлением ускорителя вулканизации и разжижителя. В процессе вулканизации смесь отверждается и образует эластичный, резиноподрбный герме-тик, хорошо уплотняющий шов или стык.

Мастика изол — смесь, состоящая из резиновой крошки, битума, кумаронового полимера, наполнителя (асбестового волокна) и антраценового масла (антисептика). Мастику применяют для различных герметизирующих работ как в подогретом до температуры 80—100°С, так и в холодном состоянии с добавлением разжижителя (бензин, лигроин и т.

п.).

Нетвердеющая мастика — герметизирующий материал на основе полиизобутилена, с мягчителем и наполнителем в виде тонкодисперсного минерального порошка. Эту мастику применяют для уплотнения швов между панелями в крупном домостроении с помощью специального шприца.

Кроме мастик для герметизации швов применяют эластичные прокладки в виде пористых или плотных жгутов (пороизол, гернит и др.).

Клеящие синтетические мастики при оптимальном составе обладают повышенной клеящей (адгезионной) способностью, био- и водостойкостью. При креплении полимерных материалов к тем или иным основаниям наиболее широко применяют мастики КН-2 и КН-3, «Перминид», «Синтелакс» и др.

Клеящие каучуковые мастики КН-2 и КН-3 представляют собой пастообразную однородную массу. Мастики изготовляют из хлоропренового каучука, инден- кумаронового полимера, наполнителей и растворителей. Мастику КН-2 с содержанием каучука 18—22% по массе используют для приклеивания резинового линолеума, плиток и герметизирующих прокладок; мастику КН-3 с содержанием каучука 11—14% применяют для приклеивания поливинилхлоридного линолеума, нитролинолеума, профильных

433

погонажных изделий и паркета. Клеящие каучуковые мастики являются огне- и взрывоо- пасными и токсичными материалами.

Мастика «Перминид» представляет собой вязкую пастообразную массу темно-желтого цвета. Ее изготовляют из композиции перхлорвинилового полимера, пластификатора, растворителя и различных добавок. Она предназначается для приклеивания рулонных и плиточных поливинилхлоридных материалов к различным основаниям. Мастика «Перминид» — огне- и взрывоопасный материал, как и мастика КН-3.

Мастика «Синтелакс» — вязкая, пастообразная масса белого цвета, изготовляемая из синтетического латекса, наполнителей и различных добавок. Мастика предназначается для приклеивания рулонных полимерных материалов, поливинилхлоридных и поли- стирольных плиток, а также полимерных материалов для облицовки стен жилых и общественных зданий.

Резина — эластичный продукт вулканизации каучука с наполнителями, мягчителями и другими компонентами. Вулканизация — процесс превращения каучука в резину, чаще всего осуществляемый с помощью серы при нагревании до 130—160°С (горячая вулканизация). В настоящее время путем введения активаторов (ускорителей вулканизации) можно в течение нескольких минут получать вулка-низаты с требуемыми свойствами.

При вулканизации каучука серой его свойства постепенно изменяются. Значительно повышаются эластичность и прочность при растяжении, повышается стойкость к старению, каучук теряет способность растворяться в растворителях, а лишь набухает. Изменение свойств каучука при вулканизации связано с образованием сложной пространственной сетчатой структуры вулканизата. Под влиянием нагрева, действия серы и других структурирующих веществ происходит усложнение молекулярной структуры вулканизата, т. е. появление между молекулами поперечных химических связей («сшивок»).

Важнейшими свойствами резины (вулканизата) являются: большое относительное удлинение при разрыве, уменьшение модуля эластичности, полезная упругость при разрыве и др. В соответствии с кинетической теорией упругости каучука и резин при растяжении происходит как бы распрямление и сближение цепей макромолекул. Однако внутреннее тепловое движение молекул противодействует этим изменениям, поэтому после прекращения действия растягивающих сил образец резины возвращается в первоначальное состояние. Определение механических свойств резины представляет значительную трудность, поскольку они зависят от продолжительности действия деформирующей силы, температуры испытания и других факторов. Обычно предел прочности резин при разрыве составляет 5—30 МПа.

В строительстве используют резины для устройства чистых полов, а отходы резины (резиновая крошка) применяют для изготовления резиновых материалов, бризола, битуморезиновых мастик и др.

434

11.6. СТАРЕНИЕ И ДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Эксплуатационные условия, в которых могут находиться пластмассы, полимерные изделия и конструкции, защитные покрытия, не всегда бывают благоприятными для устойчивого состояния материала. Трубопроводы в грунте, полы в цехах химических предприятий, антикоррозионные покрытия в морских гидротехнических сооружениях, пленочное экранирование водохранилищ, тентовые конструкции, облицовки кислотных емкостей из железобетона и т. п. — лишь отдельные примеры таких условий работы конструкций и изделий. В сложных эксплуатационных условиях изделия и конструкции из полимерных материалов или изготовленных на их основе (пластмассы, полимеррастворы и полимербетоны) вступают в контакт с газообразными и жидкими агрессивными средами, подвергаются не только механическим напряжениям, но и воздействию тепловой энергии, ветра, солнечной радиации, кислорода и озона, влажного воздуха, паров растворителей или других жидкостей. Ускоренное протекание процессов деструкции и старения полимеров обусловлено совмещением действия активных внешних факторов с механическими напряжениями в материале, особенно на растяжение.

Под воздействием различных активных факторов и при высокой для данного материала температуре могут развиваться в полимере процессы окисления и деструкции с разрывом макромолекул по длине цепи, отрывом отдельных или групп атомов от ее звеньев. Так, например, под влиянием озона возникают функциональные группы — гидроксилы, карбоксилы. Они являются своеобразными предвестниками начинающейся химической деструкции:

CH 2 − CHR − CH 2 − CHR −

Под влиянием озона возникает

CH2 − CHR − CH2 − CHR −

|

OOH

В реакциях деструкции полимеров характерным является снижение молекулярной массы и выделение летучих продуктов — хлористого водорода, оксида и диоксида углерода и др. К наиболее слабым частям молекул, способным реагировать с воздействующей средой, относятся двойные связи и активные в химическом отношении радикалы.

Изменение структуры большинства полимерных материалов связано с влиянием светового облучения, например активной части солнечной радиации (длина волн 30— 36·10-8 м), действием ультрафиолетовых лучей, особенно при свободном доступе воздуха, повышенных температурах и длительном механическом напряжении под воздействием разрывных усилий. Характер соответствующих изменений в материале может выражаться в деструкции (расщеплении макромолекул), возможно с побочными явлениями — выделением газов, паров пластификатора, увеличением (или уменьшением) двойных связей, что усиливает реакционную способность и обусловливает неустойчивую структуру. Характер изменений в материале может выражаться также в дополнительном структурировании, например химическом «сшивании» под воздействием ионизирующих излучений. Операции деструкции и химического «сшивания» нередко протекают одновременно, хотя может превалировать одна из них. Установлено, что если полимерные материалы подвергались действию радиации, то практически нельзя устранить изменения их механических свойств, поскольку возникают и развиваются химические необратимые реакции. Если в полимере имелся пластификатор, то под влиянием его частичного испарения нарастает жесткость изделий во времени и понижается их морозостойкость.

Недостатком материалов на основе полимеров нередко является способность этих связующих поглощать воду при длительном контакте, набухать со снижением прочности, упругости и ухудшением других качественных характеристик. Отдельные полимеры при действии воды, особенно слабощелочной или слабокислой, подвержены гидролизу с последующим вымыванием продуктов гидролиза, что повышает пористость. Большинство

435

полимеров (и полимербетонов) имеет пониженную водостойкость, повышенную усадку; не всегда полезен их высокий коэффициент температурного расширения.

Деструктивные явления и процессы старения рассмотрены ниже в отношении ряда термопластичных и термореактивных полимеров.

Полиэтилен высокого и низкого давления, широко употребляемый в строительстве, характеризуется в целом высокой стойкостью при температурах до 60°С, но он не стоек к действию окислителей при повышенных температурах. Вода не вступает с этим аполярным полимером в химические взаимоотношения и не пластифицирует его, но в среде ПАВ (например, эмульгатора ОП-10) наблюдается значительное увеличение поглощения водной среды. Полиэтилен подвержен старению и окислительному разрушению под действием активной части солнечной радиации, ионизирующего излучения. После облучения этот полимер полностью теряет способность растворяться в органических растворителях, приобретает упругость, причем модуль упругости может увеличиться на 200—250% с нарастанием и его хрупкости. Эти изменения свойств могут отражать образование поперечных связей («сшивок»), хотя в кристаллизованном полиэтилене между цепями молекул всегда действуют слабые ван-дер-ваальсовы силы.

Полиизобутилен стоек к действию минеральных кислот, концентрированных едких щелочей. Однако под влиянием ароматических и хлорированных углеводородов он сравнительно легко растворяется с потерей исходных физико-механических свойств.

Поливинилхлорид и его сополимеры с винилацетатом характеризуются высокой стойкостью к кислым и щелочным средам. Трубы из поливиншгхлорида успешно используют для транспортирования агрессивных жидкостей при температуре от -15 до +60°С. Но и этот полимер, а также полистирол с его высокой способностью сохранять твердость при повышении температуры (температура плавления его 230°С) не проявляют стойкости при солнечном облучении и быстро стареют, набирают хрупкость.

Полиэфирные полимеры имеют высокую стойкость к большинству кислот любой концентрации до температуры 80°С, к сульфатам, хлоридам, спиртам, нефтепродуктам. Но они подвержены коррозионному воздействию азотной, уксусной и муравьиной кислот. Они не проявляют достаточной стойкости к едким щелочам, к некоторым средним и особенно кислым солям, например к углекислому калию, сернокислому натрию.

Эпоксидные и фурановые полимеры не отличаются высокой химической стойкостью к воздействию сильных окислителей. Производные от них, например эпоксидно-фурановые материалы, имеют слабую химическую сопротивляемость к уксусной и молочной кис- лотам.

Остаются весьма сложными условиями для большинства полимеров: работа при температуре ниже их температуры хрупкости, когда разрушение материала может наступить мгновенно (см. 5.2). Стабилизации структуры, повышения стойкости полимеров к деструкции и старению достигают различными технологическими и эксплуатационными мероприятиями общего и специфического характера. Сравнительно общим способом торможения деструкции при воздействии света и облучений является введение химических реагентов (соединений), способных поглощать ультрафиолетовые и другие лучи, не подвергаясь сами фотосинтезу или изменениям. К таким реагентам относятся, например, для стабилизации полиэтилена и др. — бензотриазол, тинувин, хлористый марганец и т. п. Другой способ — введение светоотражающих добавок, например алюминиевой пудры. В полимеры вводят также антиоксиданты, наполнители, стабилизаторы и др. В эксплуатационный период приносят пользу меры нанесения мастик, эмалей, паст на лиофобной основе для изоляции.

436

Глава 12

Строительные конгломераты с применением комплексных вяжущих веществ

В широкую группу безобжиговых конгломератов входят материалы на основе комплексных вяжущих веществ — смешанных, компаундированных и комбинированных. Ниже рассмотрены основные разновидности этих искусственных безобжиговых строительных материалов с конгломератным типом структуры, технологические осо- бенности и качественные показатели каждого из них.

12.1. КОНГЛОМЕРАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ СМЕШАННЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Для получения на основе смешанных вяжущих веществ (см. 9.1.5) конгломератных материалов требуются дополнительные компоненты, которые в отмеренных количествах способны образовать смесь, а после отвердевания — и монолит, в котором заполняющая часть сцементирована непрерывной пространственной сеткой цементного камня при минимальной толщине его пленочного распределения. Такой выбор структурных параметров обеспечивает сформировавшемуся конгломерату оптимальную структуру с комплексом экстремальных показателей свойств. Эта закономерная взаимосвязь оптимальной структуры с наиболее благоприятными показателями (экстремальными) качества отражает, как известно, закон створа.

Кроме смешанного вяжущего вещества в качестве компонентов выступают, во-первых, жидкая среда и, по аналогии с большинством других неорганических вяжущих веществ, обычно к ней относится вода; во-вторых, крупно- и мелкозернистые фракции искусст- венного или природного заполнителей. В состав могут быть введены и некоторые специальные добавки, повышающие качественные показатели смеси или готового продукта. Выбор заполнителей и других компонентов обусловлен разновидностью ИСК и конструкции в целом, технологическими параметрами и режимами, принятыми или принимаемыми для заводской практики. Проектирование оптимального состава при рациональной структуре конгломерата осуществляется общим методом, принятым в теории ИСК, или иным научно обоснованным методом.

Наиболее распространенной продукцией, изготовляемой на основе смешанных вяжущих веществ, по-прежнему остаются бетоны. Для этих конгломератов используются те же компоненты, что и для цементных бетонов. Поэтому следует остановиться на специфике взаимодействия соответствующих смешанных вяжущих веществ с водой. Особый интерес представляют гипсоцементно-пуццолановые вяжущие вещества (ГЦПВ), поскольку, как отмечалось выше, в них содержится до 75% (по массе) строительного полуводного гипса, а смешанное вяжущее, тем не менее, становится гидравлическим. В состоянии теста оно способно отвердевать во влажной и даже в водной среде, причем быстро схватывается и набирает начальную прочность в ранние сроки подобно гипсу. Однако в отличие от гипса имеет повышенную прочность, улучшенные деформа-тивные характеристики, увеличенную водо- и морозостойкость. В сравнении с портландцементом ГЦПВ более сульфатостойкое и менее чувствительное к воздействию некоторых органических кислот, особенно ГЦП-камень на основе α-полугидрата — приобретает большую плотность, прочность и улучшенные показатели водо-, морозо- и атмосферостойкости.

При формировании ГЦП-камня и конгломератов существенную роль играет разновидность портландцемента как компонента ГЦПВ, его химико-минералогический состав. При взаимодействии с водой портландцемент выделяет, как известно, свободный гидрат оксида кальция. Он вступает в химический контакт с кислой активной минеральной добавкой типа природного пуццоланизирующего вещества. Образуются гидросиликаты кальция, а с алюминатной частью вяжущего — гидросульфоалюминаты

437

кальция. Поэтому для ГЦПВ из цементных вяжущих предпочтительнее использовать некоторые пуццолановые и шлаковые портландцементы, а также низко-алюминатные цементы. Из активных минеральных добавок предпочтение отдают веществам осадочного происхождения, например высокоактивным трепелам и некоторым видам опок, а также кислым шлакам, керамзитовой пыли.

Активные минеральные добавки снижают концентрацию гидро-рксида кальция в водном растворе до пределов, при которых гидро-сульфоалюминат кальция возникает преимущественно в водной среде, а не на поверхности цементных частиц, что способствует упрочнению структуры цементного камня. Они, во-первых, химически связывают сульфаты, алюминаты и ферриты кальция в комплексные соединения, менее растворимые в воде по сравнению с исходными веществами, что способствует гидравлическому твердению гипсоцементных композиций и повышению прочности и водостойкости ГЦП-камня и бетона.

Если в качестве минеральных добавок приняты гидравлические доменные шлаки, то целесообразно изготовлять и применять в бетонах гипсошлакоцементное вяжущее вещество (ГШЦВ) с содержанием примерно 65—40% полуводного гипса или ангидрита, 30—50% кислого доменного шлака и 5—8% портландцемента. Последний играет в этой смеси роль щелочного активизатора шлаков. При повышенной активности доменных шлаков рекомендуется также добавлять 10—15% пуццолановых добавок для снижения концентрации гидрооксида кальция до безопасных пределов с получением ГШЦПВ.

Формирование ГШЦ-камня и ГПЩП-камня начинается и протекает сразу же после затворения вяжущего вещества водой. Происходит гидратация полуводного гипса с образованием кристаллов двуводного гипса. Одновременно протекают реакции взаимодействия портландцементного клинкера с водой. Возникающие новообразования вступают в контакт с гипсом, образуя кристаллы эттрингита. Игольчатые кристаллы эттрингита как бы армируют структуру камня, способствуют дополнительному уплотнению и упрочнению формирующегося каркаса из двуводного гипса в виде кристаллического сростка. Следует, однако, отметить, что щелочность среды в этот период понижена за счет взаимодействий свободного гидрооксида кальция с активным минеральным веществом в виде пуццолановых (в ГЦПВ) или шлаковых (в ГШЦПВ) добавок. Поэтому снижается устойчивость кристаллической фазы высокоосновного гидроалюмината кальция, частично разлагается эттрингит с переходом в более стабильную фазу 3СаО·Аl2O3·CaSCU·12H2О, возникает гелеобразная (субмикрокристаллическая) масса продуктов гидратации силиката кальция, содержащих низкоосновные силикаты кальция типа CSH(B). Субмикроскопическая масса образует пространственную сетку экранирующих пленок вокруг кристаллов двуводного гипса и кристаллических новообразований, исходных частиц портландцемента и других дисперсных компонентов, цементируя их в общий микродисперсный конгломерат ГЦП- камень или ГШЦП-камень.

В композициях, содержащих портландцемент, активные минеральные добавки, сульфат кальция и воду, наряду с гидросульфоалю-минатом кальция и низкоосновными силикатами могут образоваться также гидрогранаты состава 3СаО·Аl2O3·SiO2·(6—2x)Н2О, как это было установлено Н.А. Тороповым и др.; гидросйликоалюминаты кальция состава 3СаО·Аl2O3·СаSiО3·(12—13)H2О или 3СаО·AlО3·3СаSiO3·31H2О, как это было отмечено в исследованиях Ляфюма, Флинта, Уэльса и др.; гидроалюмосиликат кальция (гидрогеленит) состава 2СаО·Аl2O3·SiO2·nH2О. Подобного рода соединения при их возникновении в гипсоцементных системах могут обусловливать упрочнение структуры затвердевшего камня, повышение расчетной активности и, следовательно, прочности бетонов на его основе.

ГЦПВ обладает коротким сроком схватывания (4—7 мин), что связано с необходимостью введения замедлителей процессов структурообразования. Выбор вида и количества ингибитора оказывает влияние на свойства камня. Сильнодействующими замедлителями

438

схватывания являются коллоидные растворы органических веществ (казеина, кератина и др.), которые, адсорбируясь на кристаллах гипса, препятствуют их контакту с водой. Добавление, например, клее-известкового или каратинового замедлителя в малых количествах (0,2—0,4%) отдаляет начало схватывания гипсового теста на 30—35% без снижения прочности камня. Замедлители оказывают также пластифицирующее действие, что позволяет снижать водопотребность ГЦП—вяжущего вещества. Эти малые добавки, адсорбируясь на гранях растущих кристаллов, способствуют формированию мелкокристаллической структуры, что также обусловливает увеличение прочности камня, хотя при введении их сверх оптимума вызывает образование прослоек, препятствующих срастанию кристаллов, и понижение прочности.

В целях повышения адгезионной способности и долговечности иногда в ГЦПВ добавляют в количестве 5—15% (по массе) поливинилацетат в форме водной дисперсии или дивинилстирол — латекс СКС-65 ГП и другие полимеры.

Бетоны на основе ГЦПВ изготовляют тяжелые (обычные), мелкозернистые, легкие, поризованные и др. Для тех же целей на основе гипса предложены и другие разновидности смешанных вяжущих веществ, которые также имеют повышенные показатели водостойкости, прочности, морозостойкости по сравнению с чистым гипсом, например комплексное вяжущее из гипса, негашеной извести и тонкомолотого песка или комплексное вяжущее из гипса и нефелинового шлама и др.

Ниже приводится пример производства поризованного керамзи-тобетона на основе ГЦПВ1 с получением из него крупных стеновых блоков для жилого дома. Все исходные материалы были в основном местные (Узбекистан) — строительный гипс марки Г-5; портландцемент марки 400 (с добавлением при помоле клинкера необожженного гипса в количестве 3%); кислая гидравлическая добавка-опока с активностью по поглощению оксида кальция 264 мг/л; замедлитель сроков схватывания — клееизвестковый и кератиновый; поризующее вещество — смолосапониновый пенообразователь. Установлен оптимальный состав ГЦПВ: 67% гипса, 22% портландцемента и 11% опоки (по массе). Количество замедлителя: клееизвесткового — 0,2%, каратинового — 0,4% от массы вяжущего вещества. Свойства полученного ГЦП-вяжущего вещества: активность 12,5— 18,0 МПа, начало схватывания 4 мин, конец схватывания — 7 мин. После добавления замедлителя срок схватывания удлиняется до 25—35 мин. Повышенная прочность ГЦПВ позволила поризовать камень. Заполнитель — керамзитовый марки 500. Из его фракций была подобрана плотная смесь с частицами размером от 2,5 до 15 мм. Прочность керамзитовой смеси составила 8,2 МПа по испытанию в цилиндре, средняя плотность 515 кг/м3, морозостойкость — до 20 циклов при потере по массе 6,8%, что удовлетворяет требованиям стандарта. Общим методом ИСК были запроектированы оптимальные составы бетона марок М-35 и М-75 (табл. 12.1) на основе ГЦПВ. Принятая последовательность технологических операций на заводе: дозирование сухих компонентов и перемешивание их в мешалке в течение 30 с; добавление воды, в количество которой входила и та ее часть, которая поглощалась керамзитовой смесью (15% массы сухого керамзита); добавление замедлителя и пенообразователя; дополнительное перемешивание смеси в течение 30 с; раскладка смеси по формам, виброуплотнение в течение 2 мин при частотности 3000 кол/мин, амплитуде 0,5 мм и с пригрузом массой 50 г/см2. Режим твердения — естественный, воздушный, распалубка — через 1 ч с момента заполнения формы смесью. Исследования получаемого керамзитопенобетона подтвердили возможность использования его в качестве стенового материала с маркой на морозостойкость 25 (для резкоконтинентального климата) и с усадочными деформациями 0,40—0,65 мм/м у непропаренного бетона марки М-75.

1 По материалам научно-производственной работы к.т.н. С.Х. Исламкуловой выполнявшейся под научным руководством И.А. Рыбьева.

439

Таблица 12.1. Оптимальные составы бетона марок М-35 и М-75

Шлакощелочные бетоны и конструкции изготовляют на основе щелочных (натриево- калиевых) и щелочно-щелочноземельных (натриево-калиево-кальциевых) гидравлических вяжущих веществ1. В первых — соединения кальция отсутствуют, во вторые — вводятся в

составе низкоосновных кальциевых соединений, а высокоосновные кальциевые минералы типа С3S, С3А, C4AF или вовсе отсутствуют, или их вводят в составе портландцемента. Прочность шлакощелочных вяжущих веществ (по раствору состава 1:3) находится в пределах 40—120 МПа, а у высокопрочных достигает 150 МПа, при нормальной густоте цементного теста — до 180 МПа. Максимальная прочность портландцемента (по раствору 1:3) составляет, как известно, до 60 МПа. Конгломераты типа бетонов на основе шлакощелочного цемента пока еще мало изучены, но им, по-видимому, в будущем предстоит занять достойное место среди неорганических и органических (типа арболитов) ИСК.

Марки тяжелых шлакощелочных бетонов с применением крупных заполнителей изменяются от 20 до 140 МПа, при мелкозернистых (грунтосиликатных) заполнителях — от 20 до 160 МПа, марки легких бетонов — 8—70, ячеистых 5—10 МПа. Предел прочности при растяжении составляет 1/10—1/15 Rсж, на изгиб — 1/7—1/10 Rсж. Бетоны обладают высокой морозостойкостью (до 700 циклов) и водонепроницаемостью (до 2 МПа), так как в структуре — замкнутые поры. Конструкции из шлакощелочного бетона имеют длительный период упрочнения в гидротехнических сооружениях и животновод- ческих фермах, отличаются водонепроницаемостью, морозостойкостью, коррозиестойкостью. Исследования В.Д. Глуховского и его научной школы показали, что продуктами структурообразования в этих бетонах являются аналоги природных щелочных цеолитов (водных алюмосиликатов натрия, реже — калия) и анальдима, которые, как оказалось, весьма характерны и для новообразований в продуктах гидратации древних бетонов в пирамидах Египта (Хеопса и Хефрена).

Производство шлакощелочных бетонов практически адекватно производству обычных цементных бетонов. Повышенного внимания заслуживают шлакощелочные мелкозернистые бетоны, особенно с применением тонкодисперсных заполнителей с возможным присутствием в них глинистых частиц. Последние в природном и обожженном состояниях, а также смеси аморфного кремнезема и глинозема взаимодействуют с едкими щелочами и щелочными силикатами с образованием водостойких гидроалюмосиликатов, прояв-. ляющих вяжущие свойства. Поэтому в шлакощелочных цементах и заполнителях допускается наличие обоснованного количества глинистых частиц с пользой для качества бетонов, а также с расширением возможности применения «некондиционных» заполнителей и среди них — гранитного отсева дробленого песчаника, известняка, горелых пород шахтных терриконов, отвального шлака, стекловидных алюмосиликатов в виде шлаков и др. Однако следует учитывать, что характер и ширина контактной зоны шлакоцементного камня и заполнителей зависят от состояния поверхности заполнителя. Так, микротвердость (в МПа) на границе с гранитом выше, чем с песчаником, далее по нисходящей следуют железистые алевролиты и аргиллиты, отвальный шлак, известняк, керамзит и т. д.

1 См. подробнее в 9.1.2, а также «Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции» / Материалы 3-й Всесоюзной научно-практической конференции (в двух томах). Киев, 1989.

440