Строительные материалы

Согласно уравнению химической реакции, 1 кг алюминиевой пудры выделит до 1,25 м³ водорода, т. е. для получения 1 м³ газобетона требуется 0,5...0,7 кг пудры.

Пенобетоны и пеносиликаты получают, смешивая тесто вяжущего с заранее приготовленной устойчивой технической пеной. Для образования пены используют пенообразователи, получаемые как модификацией побочных продуктов других производств (гидролизованная кровь, клееканифольный пенообразователь), так и синтезируемые специально (сульфанол и т. п.).

Cвойства ячеистых бетонов определяются их пористостью, видом вяжущего и условиями твердения. Как уже говорилось, пористость ячеистых бетонов - 60...85%. Характер пор - замкнутый, но стенки пор состоят из затвердевшего цементного камня, который, как известно, пронизан порами, в том числе и капиллярными. Для движения воздуха поры в ячеистом бетоне замкнуты, а для проникновения воды -- открыты. Поэтому водопоглощсние ячеистого бетона довольно высокое и морозостойкость соответственно пониженная по сравнению с бетонами слитной структуры.

Гидрофильность цементного камня и большая пористость обусловливают высокую сорбционную влажность. Это сказывается на теплоизоляционных показателях ячеистого бетона (табл. 12.4). Поэтому при использовании ячеистого бетона в ограждающих конструкциях его наружную поверхность необходимо защищать от контакта с водой или гидрофобизировать.

Прочность ячеистых бетонов зависит от их средней плотности и находится в пределах 1,5... 15 МПа. Модуль упругости ячеистых бетонов ниже, чем у обычных бетонов, т. е. они более деформативны. Кроме того, у ячеистого бетона повышенная ползучесть.

Ячеистые бетоны и изделия из них обладают хорошими звукоизоляционными свойствами, они огнестойки и легко поддаются механической обработке (пилятся и сверлятся).

Наиболее рациональная область применения ячеистых бетонов -- ограждающие конструкции (стены) жилых и промышленных зданий: несущие -- для малоэтажных зданий и ненесущие -- для многоэтажных, имеющих несущий каркас.

Крупнопористый бетон

Крупнопористый бетон получают при затвердевании бетонной смеси, состоящей из вяжущего (обычно портландцемента), крупного заполнителя и воды. Благодаря отсутствию песка и пониженному Расходу цемента (70... 150 кг/м³), используемого лишь для склеивания зерен крупного заполнителя, плотность крупнопористого бетона на 600...700 кг/м³ ниже, чем у аналогичного бетона слитного строения.

Крупнопористый бетон целесообразно изготовлять на основе пористых заполнителей (керамзитового гравия, шлаковой пемзы и др.) В этом случае средняя плотность бетона составляет 500...700 кг/м³ и плиты из такого бетона эффективны для теплоизоляции стен и покрытий зданий.

Специальные виды бетонов

Специальные бетоны способны работать в экстремальных условиях или обладают свойствами, не характерными для обычных бетонов. Но при этом их технология и принципиальный состав остаются «бетонными».

Особо тяжелые бетоны используют для устройства конструкций, защищающих людей от рентгеновского и г-излучения. Для этого в состав бетона вводят заполнители, содержащие железо, барий и другие тяжелые элементы, хорошо поглощающие жесткое ионизирующее излучение. В качестве заполнителей используют: железные руды (магнетит, лимонит), барит, металлическую дробь и т. п. Плотность таких бетонов достигает 4000...5000 кг/м³.

Гидратные бетоны предназначены для защиты от нейтронного излучения. Как известно из физики, потоки нейтронов лучше всего поглощают атомы легких элементов (водорода, лития, бора). Для этих целей чаще всего используют бетоны, содержащие большое количество химически связанной воды. Этого можно добиться, используя вяжущие, образующие при твердении эттрингит-- ЗСаО * А1₂О₃ * 3CaSO₄ * 32Н₂О, а также применяя заполнители, содержащие кристаллизационную воду, например, серпентин (змеевик) 3MgO * 2SiO₂ * 2H₂O.

Жаростойкие бетоны характеризуются способностью сохранять в определенных пределах физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур.

Для изготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло. Заполнителями и тонкомолотыми наполнителями служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных изделий, базальт, андезит и т. п.

Жаростойкие бетоны приготовляют по обычной технологии, а затем в процессе работы при высоких температурах они сами превращаются в монолитный керамический материал. Из таких бетонов выполняют футеровку промышленных печей, фундаменты доменных и мартеновских печей и т. п. Применение жаростойких бетонов взамен штучных материалов снижает стоимость и ускоряет строительство.

Кислотоупорные бетоны получают на кислотоупорном цементе и кислотостойких заполнителях. Применяют кислотоупорные бетоны на химических предприятиях для облицовки несущих конструкций, устройства бетонных полов и т. п.

Железобетон и железобетонные изделия

Бетон имеет недостаток, присущий всем каменным как природным, так и искусственным материалам,-- он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона при растяжении составляет всего около 1/10…1/15 его прочности на сжатие. Чтобы повысить прочность бетонных конструкций на растяжение и изгиб, в бетон укладывают стальную проволоку или стержни, называемой арматурой. Арматура в переводе с латинского означает «вооружение», т. е. стальная арматура как бы вооружает, укрепляет бетон. Армированный стальными стержнями бетон называют железобетоном. Каменные конструкции армированные металлом, были известны давно, но в современном виде железобетон появился лишь во второй половине XIX века, когда было освоено промышленное производство портландцемента. Патент на изобретение железобетона был выдан французу Ж. Монье в 1867г., хотя известны попытки использования железобетона и до него (например, в 1849г. инженером Г.Е. Паукером в России и в 1845г. В. Уилкинсоном в Англии). Первоначально железобетон применялся довольно ограниченно. В настоящее время это основной конструкционный материал в жилищном и промышленном строительстве.

Железобетон -- это не два разнородных материала: бетон и сталь, а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу. Это объясняется следующим. Бетон при твердении на воздухе уменьшается в объеме, плотно охватывая арматуру. Прочность сцепления арматуры с бетоном достигает больших значений. Так, чтобы выдернуть из бетона стержень диаметром 30 мм, введенный в бетон на глубину 300 мм, требуется сила не менее 10 кН. Сцепление стали с бетоном не нарушается и при сильных перепадах температуры, так как коэффициенты теплового расширения стали и бетона почти одинаковы. Хорошее сцепление стали с бетоном приводит к тому, что под нагрузкой эти два материала работают как одно целое.

Смысл армирования можно пояснить на элементах, работающих на изгиб (балках, ригелях). В таких элементах часть поперечного сечения элемента подвергается сжатию, а другая -- растяжению. Если балку изготовить из неармированного бетона, то вследствие низкой его прочности на растяжение (1...4 МПа) уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрескивается и балка разрушится. Если же в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примет на себя растягивающие напряжения (прочность стали при растяжении более 200 МПа), и балка, хотя на ней могут появиться трещины, не разрушится даже при больших нагрузках. В ряде случаев армируют элементы, работающие и на сжатие (колонны, сваи), так как и на сжатие сталь в 5... 10 раз прочнее бетона.

Причиной, почему арматура принимает на себя большую часть нагрузки, является различие в модулях упругости стали 2 * 10⁵ МПа и бетона (2...3) х 10⁴ МПа. Из-за того, что модуль упругости стали в 10 раз выше модуля упругости бетона, при нагружении железобетонного элемента напряжения, возникающие в стали, приблизительно в 10 раз выше, чем напряжения в бетоне, т. е. в материале происходит как бы перераспределение нагрузки.

Бетон благодаря своей плотности и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня в бетоне, с другой, защищает сталь от коррозии. Кроме того, бетон как сравнительно плохой проводник теплоты защищает сталь от быстрого нагрева при пожарах. Стальные конструкции при пожаре быстро нагреваются, сталь размягчается и вся конструкция начинает деформироваться даже под собственным весом. В железобетонных конструкциях стальная арматура защищена от огня слоем бетона. Так, опыты показали, что при температуре поверхности бетона 1000°С арматура, находящаяся на глубине 50мм, через 2 ч нагреется лишь до 500°С.

В современном строительстве все большее применение находит напряженно-армированный бетон. Как уже говорилось, прочность бетона на растяжение в 10...20 раз ниже, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устраняют введением в растянутую зону арматуры. Однако вследствие малой растяжимости бетона в растянутой его зоне возникают трещины, после чего всю нагрузку воспринимает только арматура. Пока ширина трещины менее 0,1...0,2 мм (так называемые волосяные трещины), они не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии арматуры.

При применении для армирования высокопрочных сталей полное использование их прочности сопровождается относительно большим удлинением арматуры, что приводит к сильному растрескиванию бетона, а это, в свою очередь,-- к коррозии арматуры из-за обнажения ее поверхности. Отсюда следует, что при обычном способе армирования применение высокопрочной арматуры нерационально. При армировании такой арматурой применяют метод предварительного натяжения арматуры.

Сущность этого метода состоит в том, что до загрузки железобетонной конструкции полезной нагрузкой ее арматуру растягивают наподобие резинового жгута; упором при этом служит бетон. Естественно, что чем сильнее растянута арматура, тем больше будет сжат бетон. Когда же к конструкции приложена полезная нагрузка, напряжения от нее, возникающие в растянутой зоне бетона, частично компенсируются предварительно созданными сжимающими напряжениями. Поэтому в растянутой зоне бетона не возникнут трещины, а предварительно напряженная арматура получит от нагрузки дополнительное напряжение и ее высокая прочность будет реализована в большой степени.

В настоящее время применяют два способа получения напряженно-армированного бетона. Один из них заключается в том, что арматуру натягивают и закрепляют на специальных анкерах, а затем укладывают бетон. После того как бетон достаточно затвердеет, арматуру освобождают и она, сжимаясь, сжимает бетон. Другой способ: в бетоне оставляют специальные каналы для напрягаемой арматуры. После затвердевания бетона арматуру вводят в каналы и натягивают, используя в качестве опоры затвердевший бетон. При этом в бетоне возникают сжимающие напряжения. После натяжения арматуры каналы заполняют цементным раствором.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используется прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность.

Благодаря универсальности и комплексу ценных свойств железобетон на тяжелом и легком бетоне используют для строительства всех типов зданий и инженерных сооружений. Так, массовое строительство жилых зданий осуществляется из сборного железобетона, причем из него выполняют все элементы здания. В многоэтажных кирпичных зданиях фундаменты и перекрытия -- железобетонные. Промышленные здания и инженерные сооружения в основном возводят из железобетона.

В зависимости от способа изготовления железобетонные конструкции могут быть монолитными или сборными.

Монолитный железобетон

Монолитным называют железобетон, изготовляемый непосредственно на строительной площадке. На месте возведения конструкции устанавливают опалубку. Назначение опалубки -- придать бетонной смеси при ее укладке форму будущей конструкции. Опалубку выполняют из дерева, фанеры, стали или различных их комбинаций. Обычно применяют разборно-переставную опалубку из мелких или крупных щитов.

Для возведения высоких сооружений (резервуаров, труб, башен) применяют скользящую или подъемно-переставную опалубку. Когда бетон, уложенный в скользящую опалубку, достаточно затвердеет, опалубку вместе с рабочими подмостями двигают вверх и цикл повторяют. Такая опалубка была использована при строительстве Останкинской телевизионной башни.

В опалубку укладывают арматуру, а затем бетонную смесь. Бетонную смесь уплотняют глубинными или поверхностными вибраторами, навешиваемыми на опалубку.

Бетон после укладки первые 7... 10 дн необходимо защищать от высыхания, а зимой -- от замерзания. В противном случае мы не получим требуемой прочности бетона. Бетон твердеет обычно естественным путем, зимой возможен его подогрев.

Опалубку снимают по достижении бетоном достаточной прочности, чаще всего через 7...10 дн.

В последние годы монолитный железобетон применяют все шире (в начальный период своего развития железобетон в строительстве использовали только в монолитном варианте). Из монолитного бетона возводят здания и сооружения, не поддающиеся разделению на однотипные элементы, при особенно больших или динамических нагрузках на конструкции зданий и сооружений (например, фундаменты и каркасы многоэтажных жилых и промышленных зданий, особенно в сейсмических районах), гидротехнические сооружения и т. п. С каждым годом расширяется строительство из монолитного бетона городских и сельских жилых зданий. Особенно эффективно такое строительство в случае применения специально изготовленной металлической опалубки многократного использования, что позволяет добиться большой точности изготовления строительных конструкций при низких трудозатратах.

Для монолитного строительства используют тяжелые и легкие бетоны на быстротвердеющих цементах. При правильной организации труда скорость строительства из монолитного бетона не уступает скорости монтажа из сборных элементов.

За последние годы в городах России построено много нестандартных сооружений из монолитного бетона, в том числе и такие уникальные, как храм Христа Спасителя, подземный торговый комплекс на Манежной площади в Москве и др.

Сборный железобетон

Сборные железобетонные изделия и конструкции (сборный железобетон) представляют собой крупноразмерные железобетонные элементы, изготовляемые на заводе или полигоне домостроительного комбината. Основное преимущество таких конструкций -- высокомеханизированные и автоматизированные методы их изготовления; на строительной площадке эти элементы только монтируют, что резко сокращает сроки строительства, повышает производительность труда и позволяет широко применять новые эффективные материалы (легкие и ячеистые бетоны, отделочную керамику, пластмассы и т. п.).

Развитие сборного строительства нашло свое выражение в организации домостроительных комбинатов (ДСК). ДСК выпускают все необходимые для строительства здания железобетонные элементы, транспортируют их на стройку и осуществляют монтаж и окончательную отделку здания. Главнейшее звено ДСК -- заводы, выпускающие железобетонные конструкции и детали.

Основные операции при производстве железобетонных изделий: приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры, армирование и формование изделий и их ускоренное твердение.

Бетонную смесь приготовляют в бетоносмесительном цехе завода, арматуру -- в арматурном цехе. Поступающую на завод арматурную сталь (в бухтах или прутках) на специальных станках очищают от ржавчины, правят и режут на стержни заданной длины. Необходимую форму стержням придают на гибочных станках. Отдельные стержни и проволоку соединяют в сетки и каркасы контактной сваркой на станках-автоматах. Готовые сетки и каркасы передают в формовочный цех.

Напрягаемую арматуру натягивают на анкеры форм с помощью специальных механизмов или реже методом термического натяжения.

Перед укладкой арматуры и бетона формы очищают и покрывают смазочным материалом, препятствующим сцеплению бетона с металлом форм. Бетонная смесь из бетоносмесигельного цеха поступает в приемный бункер бетоноукладчика, который подает ее в форму и разравнивает.

Уплотняют бетонную смесь на заводах центрифугированием, вибропрессованием, прокатом, но чаще на виброплощадках большой грузоподъемности (до 5...10 т) с электромеханическим или электромагнитным приводом. Пустоты в изделиях формуют с помощью вибровкладышей.

Для ускорения твердения бетона его подвергают тепловлажностной обработке: нагреву до температуры 80... 180° С таким образом, чтобы в бетоне сохранялась вода в жидком состоянии, необходимая для твердения цемента.

Применяют следующие виды тепловлажностной обработки: пропаривание при нормальном давлении и температуре 80...95°С; контактный нагрев и электроподогрев до 100° С; запаривание в автоклавах при давлении 0,9... 1,6 МПа (оно необходимо, чтобы вода в бетоне оставалась жидкой) и температуре 175...200° С.

Наиболее распространено пропаривание при нормальном давлении в камерах непрерывного или периодического действия. Изделия нагревают насыщенным паром.

Камеры непрерывного действия представляют собой туннель, в котором изделия в формах, установленных на вагонетках, проходят последовательно зоны подогрева, изотермичесокй выдержки и охлаждения.

В камеры периодического действия изделия загружают краном и устанавливают в несколько рядов по высоте. Затем камеру закрывают крышкой и подают насыщенный пар. Продолжительность пропаривания 10... 16 ч. За это время бетон набирает не менее 70 % марочной прочности.

После извлечения из форм изделия проходят технический контроль на соответствие требованиям ГОСТ или ТУ.

Изделия, удовлетворяющие требованиям стандарта, маркируют несмываемой краской. В маркировке указывают паспортный номер изделия, его индекс, марку завода-изготовителя и пр. На каждую партию изделий составляют паспорт в двух экземплярах: для потребителя и завода-изготовителя.

Железобетонные изделия изготовляют способами: стендовым, кассетным, поточно-агрегатным, конвейерным и вибропрокатным.

При стендовом способе изделия получают в неподвижных формах (на стенде). Механизмы (бетоноукладчики, вибраторы и др.) поочередно подходят к стенду для выполнения необходимых операций. Этим способом изготовляют, как правило, крупногабаритные изделия (фермы, колонны, балки) на полигонах.

Касетный способ -- вариант стендового способа, основой которого является формование изделий в стационарно установленных кассетах, состоящих из нескольких вертикальных металлических форм-отсеков. В форму закладывают арматурный каркас и заполняют ее бетонной смесью. Тепловую обработку производят контактным обогревом через стенки форм. После тепловой обработки стенки форм раздвигают и изделия вынимают мостовым краном. Кассетным способом изготовляют плоские изделия (панели перекрытий, стеновые панели и т. п.).

При поточно-агрегатном способе формы с изделиями перемешаются от одного технологического агрегата к другому краном, а при конвейерном они стоят на вагонетках, движущихся по рельсовому пути. При конвейерном способе тепловлажностную обработку осуществляют непрерывном методом. Конвейерный способ - высокопроизводительный, но на каждой нитке конвейера можно выпускать изделие только одного типоразмера.

При вибропрокатном способе процессы получения железобетонного изделия происходят на одной установке непрерывного действия -- вибропрокатном стане. Вибропрокатный стан -- это конвейер из стальной обрезиненной формующей ленты, движущейся вдоль постов укладки арматуры и бетона, виброуплотнения бетона и контактной тепловой обработки. Вибропрокатным способом получают плиты перекрытий, легкобетонные панели наружных стен, перегородочные панели. Этот способ самый производительный, но переход с выпуска одного вида изделий на другой затруднен, так как связан с полной переоснасткой стана.

Строительные растворы

Строительным раствором называют материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной смеси вяжущего вещества (цемента, извести), мелкого заполнителя (песка) и воды, а в необходимых случаях и специальных добавок. До затвердевания этот материал называют растворной смесью.

Принципиальным отличием строительных растворов от мелкозернистых бетонов является то, что растворные смеси укладываются тонкими слоями обычно на пористое основание и одним из главных свойств растворов является хорошее сцепление с основанием.

По назначению строительные растворы бывают: кладочные -- для кладки из кирпича, штучных камней и блоков; отделочные (штукатурные) -- для оштукатуривания наружных и внутренних поверхностей конструкций; специальные -- для омоноличивания сборных железобетонных конструкций, для устройства гидроизоляции и других специальных целей.

Растворы называют по свойствам входящего в них вяжущего (гидравлические, воздушные) и его виду (цементные, известковые, гипсовые и смешанные: цементно-известковые, цементно-глиняные, известково-гипсовые).

По плотности различают растворы обыкновенные тяжелые (плотность более 1500 кг/м³), получаемые на плотных заполнителях (природный песок и др.), и легкие (менее 1500 кг/м³), изготовляемые на пористых заполнителях (керамзитовый песок, вспученный перлит и др.). Легкие растворы, кроме того, получают с помощью специальных пенообразующих добавок -- поризованные растворы.

Свойства растворных смесей и затвердевших растворов

Растворная смесь должна обладать следующими свойствами: хорошей удобоукладываемостью и высокой водоудерживающей способностью, чтобы легко распределяться по пористому основанию и не давать ему отсасывать в себя воду. Вода необходима для твердения раствора.

Удобоукладываемость - способность растворной смеси легко распределяться по поверхности сплошным тонким слоем, хорошо сцепляясь с поверхностью основания. Удобоукладываемая растворная смесь даже при укладке на неровной поверхности заполняет все впадины и плотно примыкает к камням кладки. Удобоукладываемость оценивается подвижностью смеси, которую оценивают по глубине погружения эталонного конуса.

В зависимости от назначения применяют растворы различной подвижности. например для бутовой кладки применяют растворы подвижностью 4...6 см, для кладки из пустотелого кирпича и керамических камней - 7...8см, для кладки из обыкновенного керамического кирпича - 9... 13см, для штукатурных растворов - 7...12 см.

Для повышения пластичности в раствор вводят пластифицирующие добавоки.

Водоудерживающая способность -- это способность растворной смеси удерживать воду при нанесении на пористое основание или при транспортировании. Если растворную смесь с малой водоудерживающей способностью нанести, например, на кирпич, то она быстро обезводится в результате отсасывания воды в поры кирпича. В этом случае затвердевший раствор будет пористым и непрочным.

При транспортировании растворные смеси с низкой водоудерживающей способностью могут расслоиться: песок осядет вниз, а вода окажется сверху. Чем ниже водоудерживающая способность, тем вероятнее расслоение растворной смеси.

Водоудерживающая способность зависит от количества вяжущего вещества в растворе, так как тончайший порошок вяжущего образует с водой вязкое тесто, препятствуя отделению воды и заполнителя. Повысить водоудерживающую способность без увеличения расхода цемента можно введением в растворную смесь тонкодисперсньгх минеральных порошков, в том числе и более дешевых вяжущих (извести, глины) или загущающих (водоудерживающих) водораство-римых полимерных добавок, таких, как метилцеллюлоза, карбоксиметил-целлюлоза, и т. п.

Затвердевший раствор должен иметь требуемые прочность и морозостойкость.

Прочность строительных растворов характеризуется маркой, определяемой по пределу прочности при сжатии образцов-кубов размером 70,7 х 70,7 х 70,7 мм. Образцы, изготовленные из рабочей растворной смеси, твердеют на воздухе в течение 28 сут при температуре (20 ± 5)° С. Чтобы приблизить условия твердения образцов к реальным условиям твердения кладочных растворов, используют формы без дна и устанавливают их на пористое основание (кирпич).

По прочности на сжатие, выраженной в кгс/см², строительные растворы делят на марки: 4…200. Растворы марок 4; 10; 25 изготовляют обычно на извести и местных вяжущих; растворы более высоких марок -- на смешанном цементно-известковом, цементно-глиняном и цементном вяжущих.

Прочность строительных растворов, так же, как и бетонов, зависит от марки вяжущего и его количества. Однако водовяжущее отношение в данном случае не имеет существенного значения, так как пористое основание, на которое наносят раствор, отсасывает из него воду, и количество воды в разных растворах становится приблизительно одинаковым.

Марки наиболее часто применяемых кладочных и штукатурных растворов значительно ниже марок бетона. Это объясняется тем, что прочность кладочных растворов существенно не влияет на прочность кладки из камней правильной формы, а штукатурные растворы практически не несут никакой нагрузки. Более высокие требования предъявляются к прочности растворов для омоноличивания несущих сборных конструкций.

Морозостойкость растворов, так же, как и бетонов, определяется числом циклов «замораживания-оттаивания» до потери 25 % первоначальной прочности (или 5 % массы). По морозостойкости растворы подразделяют на марки: F10...F200.

Подготовка сырьевых материалов.

Для кладочных растворов применяют песок максимальной крупности 2,5 мм; содержание в нем глинистых и органических примесей ограничено стандартом. Известь применяют в виде известкового молока или реже известкового теста, предварительно пропущенного через сито № 025, чтобы в раствор не попали не погасившиеся частицы.

Когда вместо извести используют глину, то ее тщательно размачивают в течение нескольких дней. Делают это для того, чтобы разъединить частицы глины. Затем глину и воду приблизительно в равных объемах загружают в смеситель и перемешивают в течение 3...5 мин. Получившееся глиняное молоко сливают из смесителя через сетку, а в смеситель добавляют новую порцию воды и глины. Через 10...20 замесов смеситель очищают от не распавшихся комьев и камней.

Поверхностно-активные и пластифицирующие добавки вводят в растворы, предварительно смешав их с водой, применяемой для затворения.

Приготовление растворов.

Процесс приготовления растворной смеси состоит из дозирования исходных материалов, загрузки их в барабан растворосмесителя и перемешивания до получения однородной массы в растворосмесителях периодического действия с принудительным перемешиванием.

По конструкции различают растворосмесители с горизонтальным или вертикальным лопастными валами. Последние называют турбулентными смесителями.

Чтобы раствор обладал требуемыми свойствами, необходимо добиться однородности его состава. Для этого ограничивают минимальное время перемешивания. Средняя продолжительность цикла перемешивания для тяжелых растворов должна быть не менее 3 мин. Легкие растворы перемешивают дольше.

Растворы, как правило, приготовляют на централизованных бето-норастворных заводах или растворных узлах, что обеспечивает получение продукции высокого качества.

Зимой для получения растворов с положительной температурой составляющие раствора (песок и воду) подогревают до температуры не более 60° С. Вяжущее подогревать нельзя.

Транспортирование. Растворные смеси с заводов перевозят автосамосвалами или специальными машинами, в которых смесь постоянно перемешивается, что предохраняет ее от расслоения. Если используют автосамосвалы, во избежание расслоения смеси нормируется дальность ее перевозок (например, дальность перевозок цементно-известковых растворов по асфальтовой дороге -- не более 10 км, по булыжной -- 5..6 км).

На крупных стройках растворную смесь подают к месту использования по трубам с помощью растворонасосов.

Сроки хранения растворных смесей зависят от вида вяжущего и ограничиваются сроками его схватывания. Известковые растворы сохраняют свои свойства долго (пока из них не испарится вода).

В высохший известковый раствор можно добавить воду и вторично перемешать его. Цементные растворы необходимо использовать в течение 2...4 ч; разбавление водой и повторное перемешивание схватившихся цементных растворов не допускаются, так как это приводит к резкому падению марки раствора.

Кладочные растворы

При монтаже стен горизонтальные швы между панелями из тяжелого бетона заполняют раствором марки не ниже 100, из легкого бетона -- не ниже 50. При монтаже стен из крупных блоков марки раствора для заполнения горизонтальных швов указываются в проекте (обычно 10...50). Для расшивки вертикальных швов панельных и крупноблочных стен марка раствора должна быть не ниже 50.

Для монтажа несущих железобетонных конструкций марка цементного раствора должна быть не ниже класса бетона этой конструкции.

При работах в зимних условиях марки растворов должны быть на одну ступень выше, чем растворов, используемых для этих же целей летом. Растворы для зимних работ могут выпускаться подогретыми. Температура раствора в момент его применения должна быть не менее 10° С.

В зимних условиях применяют также растворы, твердеющие при отрицательных температурах. В их состав входят соли, понижающие температуру замерзания воды (поташ К₂СО₃, хлорид натрия NaCl, хлорид кальция СаС1₂, нитрит натрия NaNO₂ и др.). Например, при температуре от -10 до -20°С рекомендуется применять растворы с добавкой поташа (10% от массы вяжущего) или нитрита натрия (5% от массы вяжущего). При более низкой температуре добавки солей увеличивают.

При применении химических добавок к растворам следует руководствоваться специальными инструкциями.

Штукатурные растворы

При выборе штукатурных растворов можно руководствоваться следующими рекомендациями.

Для оштукатуривания наружных каменных и бетонных стен, в том числе подвергающихся увлажнению, применяют цементные и цементно-известковые растворы, для деревянных и гипсовых стен -- известковые растворы с добавкой глины или гипсового вяжущего.

Для оштукатуривании стен в помещениях с влажностью воздуха во время эксплуатации не более 60 % используют следующие растворы:

известковые и цементно-известковые -- для внутренних поверхностей наружных каменных и бетонных стен, а также поверхностей бетонных покрытий;

известковые - для поверхностей внутренних каменных или бетонных стен и перегородок;

известково-гипсовые и гипсовые с добавлением наполнителя - для гипсовых перегородок.

Штукатурные растворы должны иметь хорошее сцепление с оштукатуриваемой поверхностью как после твердения, так и в момент нанесения. Последнее обеспечивается правильным составом растворной смеси и правильно выбранной подвижностью. В таком случае благодаря тиксотропным свойствам смеси она легко наносится и хорошо удерживается на вертикальных и потолочных поверхностях.

Специальные растворы

Кроме обычных штукатурных и кладочных растворов в строительстве используют много разнообразных растворов специального назначения: гидроизоляционных, теплоизоляционных, акустических, рентгенозащитных, кислотоупорных и т. п. Каждый из таких растворов является штукатурным раствором, выполняющим еще одну специальную функцию. Такие растворы используют для покрытия поверхностей специальных сооружений: хранилищ, отстойников, тоннелей и т. п.

Гидроизоляционные растворы -- это, как правило, жирные цементные растворы (состава 1:1...1:3), приготовленные на специальных цементах или с добавками, снижающими до минимума капиллярную пористость и (или) придающими гидрофобные свойства растворам.

Растворы на расширяющихся и напрягающих (НЦ) цементах -- наиболее распространенный простой по составу и надежный вид гидроизоляционных растворов. Минимальная пористость раствора достигается за счет эффекта расширения твердеющего цемента и связывание цементом большого количества воды затворения. При это расширение и уплотнение цементного камня идет тем интенсивнее чем больше на него действует вода из окружающей среды.

Растворы на жидком стекле дают не только водонепроницаемые, но и непроницаемые для нефтепродуктов покрытия. Чтобы получить водонепроницаемый раствор, жидкое стекло разводят в воде и этим составом затворяют сухую цементно-песчаную смесь. Затвердевая, жидкое стекло образует на поверхности штукатурного слоя водонепроницаемую пленку. Однако эта пленка может разрушаться под действием углекислого газа, содержащегося в воздухе, поэтому накрывку обычно выполняют жирным цементным раствором и поверхность железнят (посыпают сухим цементом и заглаживают).

Растворы с жидким стеклом схватываются уже через 1...2 мин после их затворения. Схватывание происходит тем быстрее, чем больше в растворе жидкого стекла. Поэтому приготовлять раствор надо малыми порциями, сразу же их используя. Быстрое схватывание растворов на жидком стекле позволяет заделывать ими такие трещины, из которых сочится вода.

Водонепроницаемые штукатурки получают также из растворных смесей с алюминатом натрия (Na₂O * А1₂О₃). Эти растворы используют реже, чем растворы на жидком стекле, так как они раздражающе действуют на кожу и слизистые оболочки. Растворы с алюминатом натрия применяют для заделки трещин в бетоне, через которые просачивается вода, для устройства водонепроницаемых штукатурок по сырым, невысыхающим поверхностям бетона и каменной кладки, а также для устройства водонепроницаемых цементных стяжек в санузлах.

Для приготовления штукатурных растворов сухую цементно-песчаную смесь состава 1:(2...3) затворяют 2...3 %-ным раствором алюмината натрия. Растворы эти приготовляют на портландцементе марки 400...500.

Растворы с органическими добавками. К таким растворам относятся полимерцементные растворы, содержащие 10... 15 % (в пересчете на сухое вещество) водных дисперсий полимеров (поливинилацетата-ПВА, синтетических каучуков, акриловых полимеров и др.). Такие растворы имеют высокую адгезию к любым основаниям и низкую проницаемость для воды, нефтепродуктов и других жидкостей.

Гидрофобизированные растворы получают, вводя в состав растворной смеси кремнийорганические полимерные продукты (например, ГКЖ-94).

Растворы для оштукатуривания печей. Кирпичные печи в большинстве случаев оштукатуривают глиняными растворами. Состав этих растворов зависит от жирности глины. Так, для глины средней жирности оптимальный состав раствора 1 : 2.

Лучшие результаты дают смешанные растворы с добавкой асбеста; например, глиноизвестковые или глиноцементные состава 1:1:2 с добавкой 0,1 ч асбеста. При составлении таких растворов асбест перемешивают с песком или с цементно-песчаной смесью. Затворяют смесь глиняным или известковым молоком.

Теплоизоляционные растворы получают, используя в качестве заполнителя пористые материалы (вспученный перлит, керамзитовый песок, опилки и т. п.). Составы и способы их приготовления не отличаются от составов и способов приготовления растворов с песчаным заполнителем; обычно несколько увеличивается время перемешивания.

Акустические растворы. Чтобы снизить шумы в помещениях, например, радиостудиях, их стены оштукатуривают акустическими растворами. Для этого применяют легкие растворы плотностью 600... 1200 кг/м³, заполнителем в которых служат пористые пески крупностью 3...5 мм, получаемые из пемзы, шлаков, вспученного перлита, керамзита и др. Так, например, производят сухие гипсоперлитовые смеси для устройства теплоизоляционных и акустических штукатурок. В состав таких смесей входят песок из вспученного перлита, гипс и замедлитель схватывания.

Огнезащитные растворы имеют состав, аналогичный акустическим и теплоизоляционным растворам, но с добавлением асбеста или минераловатных гранул. В качестве связующего рекомендуется гипсовое вяжущее.

Ренттенозащитные растворы. Это тяжелые растворы с плотностью более 2200 кг/м⁵, применяемые для оштукатуривания рентгеновских кабинетов и помещений, в которых ведутся работы, связанные с рентгеновским или г-излучением. Такая штукатурка заменяет обшивку свинцовыми листами. В качестве вяжущих материалов используется портландцемент или шлакопортландцемент и специальные тяжелые заполнители -- барит, железные руды -- магнезит, лимонит и т. п. в виде песка и пыли крупностью не более 1,25 мм.

Кислотоупорные растворы. Это растворы на кислотоупорном жид-костекольном вяжущем, применяемые для устройства антикоррозионных покрытий конструкций, которые в процессе эксплуатации подвергаются воздействию кислот.

В кислотоупорные растворы кроме песка вводят тонкомолотый наполнитель - порошок из кислотостойких пород (андезита, диабаза). В наполнителе должно быть не менее 70 % зерен размером до 0,075 мм.

В качестве отвердителя растворов на жидком стекле применяют мелко измельченный кремнефтористый натрий, в количестве около 15 % от массы жидкого стекла.

Искусственные каменные материалы на основе вяжущих веществ

Эта часть лекций посвящена мелкоштучным искусственным каменным материалам.

В зависимости от вида вяжущего различают изделия на основе цемента, извести, гипса и др. Вид вяжущего и принятый способ производства определяют условия твердения таких материалов: естественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка.

В качестве заполнителей для получения искусственных каменных изделий используют разнообразные материалы, обычный песок, керамзит и другие пористые заполнители, опилки и стружки и специфический армирующий заполнитель -- асбест.

К основным искусственным каменным материалам и изделиям относятся: силикатный кирпич и силикатобетонные изделия; гипсобетонные изделия, стеновые камни из легкого и ячеистого бетона, арболит, цементно-стружечные плиты и асбестоцементные изделия.

В отличие от керамики материалы на минеральных вяжущих получаются за счет естественного твердения или термообработки при температурах до 200° С (керамический кирпич обжигают при 900... 1100° С). Таким образом, энергозатраты на производство изделий на минеральных вяжущих, даже с учетом энергозатрат на получение самого вяжущего, меньше, чем для получения керамики. Однако керамические материалы, как правило, более долговечны и стойки к действию воды, агрессивных растворов и высоких температур.

Силикатный кирпич и силикатобетонные изделия

Известно, что известь относится к воздушным вяжущим веществам, а известково-песчаные растворы являются малопрочными и неводостойкими материалами. Естественно предположить, что известково-песчаный раствор при определенных условиях должен твердеть с образованием гидросиликатов, так как в нем есть все необходимые для этого компоненты: известь Са(ОН)₂, песок SiO₂ и вода Н₂О.

Первым, кто получил достаточно водостойкий и прочный материал на основе извести и песка, был немецкий ученый В. Михаэлис, который в 1880 г. предложил обрабатывать известково-песчаную смесь в атмосфере насыщенного пара при температуре 150...200° С.

Известно, что для получения насыщенного пара температурой выше 100°С необходимо давление выше атмосферного, причем оно должно быть тем выше, чем выше температура насыщенного пара. При температуре 150...200°С и соответствующем ей давлении 0,9... 1,3 МПа известь, песок и вода образуют гидросиликаты кальция:

Открытие Михаэлиса было использовано для производства так называемого силикатного (известково-песчаного) кирпича. К началу XX в. в России было уже пять заводов, выпускавших силикатный кирпич, а в настоящее время силикатный кирпич занял такое же место в ряду строительных материалов, как и керамический.

Современное производство силикатного кирпича заключается в следующем. Сырьевую смесь, в состав которой входит 90...95 % песка, 5... 10 % молотой негашеной извести и некоторое количество воды, тщательно перемешивают и вьщерживают до полного гашения извести. Затем из этой смеси под большим давлением (15...20 МПа) прессуют кирпич, который укладывают на вагонетки и направляют для твердения в автоклавы - толстостенные стальные цилиндры диаметром до 2м и длиной до 20м с герметически закрывающимися крышками. В автоклаве в атмосфере насыщенного пара при давлении 0,9 МПа и температуре 175°С кирпич твердеет 8... 14 ч. Из автоклава выгружают почти готовый кирпич, который выдерживают 10... 15 дн для карбонизации не-прореагировавшей извести углекислым газом воздуха, в результате чего повышаются водостойкость и прочность кирпича. Плотность обыкновенного силикатного кирпича несколько выше, чем полнотелого керамического. Снижение плотности кирпича и камней достигается формованием в них пустот или введением в сырьевую массу пористых заполнителей.

Силикатный кирпич, так же, как и керамический, в зависимости от размеров может быть:

одинарный (полнотелый или с пористыми заполнителями) 250х120х65 мм;

утолщенный (пустотелый или с пористыми заполнителями) 250х120х88 мм (масса утолщенного кирпича не должна быть более 4,3 кг);

силикатный камень (пустотелый) 250х120х138 мм.

Цвет кирпича - от молочно-белого до светло-серого. Выпускают также лицевой кирпич с повышенными физико-механическими свойствами; он может быть цветным - окрашенным в массе или по лицевым граням щелочестойкими пигментами в голубой, зеленоватый, желтый и другие светлые тона.

В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич и камни подразделяют ка семь марок: 300; 250; 200; 150; 125; 100 и 75, имеющих средние значения прочности при сжатии соответственно не менее 30...7,5 МПа. Водопоглощение силикатного кирпича не менее 6%. Марки по морозостойкости у кирпича и камней -- F50; 35; 25 и 15; для лицевых изделий морозостойкость должна быть не ниже 25.

Существенным недостатком силикатного кирпича по сравнению с керамическим является пониженная водостойкость и жаростойкость.

Силикатный кирпич применяют для кладки наружных и внутренних стен надземных частей зданий и сооружений. Использовать его в конструкциях, подвергающихся воздействию воды (фундаменты, канализационные колодцы и т. п.) и высоких температур (печи, дымовые трубы и т. п.), запрещается.

Кроме известково-песчаного силикатного кирпича выпускают известково-шлаковый и известково-зольный, в которых вместо песка частично или полностью используют промышленные отходы: золы теплоэлектростанций и шлаки. Свойства этих видов кирпича аналогичны свойствам известково-песчаного.

Силикатобетонные изделия бывают тяжелые (аналогичные обычному бетону) и легкие (на основе пористых заполнителей) или ячеистые (пено- и газосиликаты).

Гипсовые и гипсобетонные изделия

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, а во втором -- гипсобетонными. Иногда вместо гипса применяют более водостойкое гипсоцементно-пуццолановое вяжущее.

В качестве заполнителей при изготовлении гипсобетонных изделий используют пористые заполнители (керамзит, шлаковую пемзу), опилки, стружки, стебли камыша, льняную костру, макулатуру и т. п. Для уменьшения плотности к гипсовым смесям добавляют вспенивающие вещества.

Гипс -- воздушное вяжущее, поэтому гипсовые и гипсобетонные изделия (панели и плиты перегородочные, плиты для оснований пола, листы обшивочные, вентиляционные короба, камни для кладки стен, архитектурные детали) применяют в основном для внутренних частей зданий, не несущих больших нагрузок. Изделия из гипса могут быть сплошными и пустотелыми, армированными и неармированными.

У гипсовых изделий невысокая плотность (1100... 1400 кг/м³); они несгораемы, хорошо изолируют от шума, поддаются механической обработке и легко пробиваются гвоздями. Изготовлять гипсовые изделия несложно, так как гипс твердеет быстро.

Наряду с перечисленными положительными свойствами у гипсовых изделий есть и существенные недостатки: низкая водостойкость, гигроскопичность, хрупкость и малая прочность при изгибе. Изделия из гипса нельзя применять в помещениях с влажностью воздуха более 65 %. Для повышения водостойкости гипсовые изделия покрывают водонепроницаемыми красками. Чтобы увеличить прочность при изгибе, гипсовые изделия армируют, применяя для этой цели деревянные рейки, стебли камыша, органические волокна.

Гипсобетонные панели для перегородок применяют во всех типах жилых, общественных и промышленных зданий. Панели размером на комнату (высотой до 4 м, длиной до 6,6 м) могут быть как сплошные, так и с проемами для дверей и фрамуг. Толщина панелей 60, 80 и 100 мм. Класс гипсобетона по прочности для панелей -- не менее В3,5.

Гипсобетонные панели для помещений с повышенной влажностью, например, санитарно-технических кабин, изготовляют на гипсоцементo-пуццолановом вяжущем или гидрофобизированном гипсе. Класс бетона не менее В3,5. К. гипсобетонным панелям предъявляются в основном требования по прочности и звукоизоляции. Этим требованиям отвечает гипсобетон состава 1:1: 1 (гипс : песок: опилки) плотностью 1100... 1400 кг/м³. Получают панели в основном методом непрерывного проката или вертикального формования в кассетах. Панели армируют каркасом из деревянных реек, а по контуру панели выполняют обвязку из деревянных брусков. Весь цикл производства составляет 30...60 мин.

Гипсовые плиты для перегородок изготовляют из гипса марок Г4 и Г5 по литьевой технологии. Плиты выпускают размерами: длина 670...800 мм, ширина 400...500 мм и толщина 80... 100 мм. Большей частью плиты имеют паз и гребень, что облегчает монтаж перегородок. Плотность гипсового камня около 1000 кг/м³. Масса 1 м² перегородки 80... 100 кг. Прочность при сжатии не менее 5 МПа.

Выпускают два вида плит: обыкновенные и влагостойкие. Последние изготовляют, вводя в гипс гидрофобные добавки. Водопоглощение по массе обычных плит < 35 %, влагостойких -- < 5 %.

Возможно изготовление плит большего размера, армируемых деревянными рейками, камышом или растительными волокнами.

Размер перегородок из гипсовых плит: высота не более 3,6 м, длина не более 6 м. При больших размерах требуется установка разделительных укрепляющих элементов из металла или бетона, надежно соединенных с несущими конструкциями.

Гипсовые вентиляционные блоки делают высотой «на этаж»; толщина блока 180...200 мм при диаметре вентиляционных каналов 140 мм, ширина зависит от числа вентиляционных каналов. Класс гипсобетона для вентиляционных блоков не менее В5.

Гипсокартонные листы -- листовой отделочный материал, представляющий собой тонкий слой (6...20 мм) затвердевшего гипсового вяжущего, облицованного со всех сторон (кроме торцовых) картоном. В гипсовое тесто в процессе производства вводят пенообразующие добавки для снижения плотности и органические волокна с целью армирования гипсового камня и другие добавки. Изготовляют гипсокартонные листы методом непрерывного проката, причем твердеющий гипс прочно приклеивает к себе листы картона. Назначение картона -- повысить прочность материала на изгиб и придать ему гладкую поверхность.

Гипсокартонные листы выпускают дайной 2,5...4,8 м, шириной 0,6... 1,2 м, толщиной 8...25 мм₅ плотностью 850...950 кг/м³.

Кроме гипсокартонных листов выпускают гипсоволокнистые листы, в которых в качестве армирующего компонента используют целлюлозные волокна, получаемые из картонной и бумажной макулатуры, и др. Такие листы используют для устройства сборных стяжек при настилке полов.

Гипсовые листовые материалы относятся к трудносгораемым материалам. Их применяют для отделки стен и потолков и устройства перегородок в помещениях с нормальным влажностным режимом. Существенное достоинство листовых материалов -- большие размеры, что ускоряет процесс отделки и устройства перегородок. Крепят листы клеящими мастиками или с помощью металлических профилей; крепить гвоздями не рекомендуется из-за возможности коррозии металла в гипсе.

Бетонные камни и мелкие блоки

На основе вяжущих изготовляют бетонные камни и мелкие блоки. Применение их для кладки стен вместо кирпича дает существенный экономический эффект, так как благодаря большому размеру камней и блоков достигается высокая производительность труда каменщика, а стоимость 1 м³ камней и блоков ниже стоимости такого же количества кирпича.

Бетонные стеновые камни для несущих и ограждающих конструкций всех типов зданий изготовляют размерами от 288х138х138 до 390 х 190 х 188 мм, массой не более 32 кг, из тяжелых и легких бетонов на цементном, силикатном и гипсовом вяжущих. Применяют их для кладки наружных стен (рядовые и лицевые) и фундаментов. Стеновые камни при плотности бетона более 1600 кг/м³ должны быть пустотелыми. Для фундаментов камни изготовляют только из тяжелого бетона без пустот. Лицевые камни могут быть окрашены рельефным рисунком или покрыты декоративным заполнителем. Камни подразделяют на семь марок: от 25 до 200. Камни марок 25 и 35 получают из легких бетонов на пористых заполнителях. Марки камней по морозостойкости: F15, 25, 35 и 50.

Мелкие стеновые блоки из ячеистого бетона применяют для кладки наружных и внутренних стен малоэтажных зданий и заполнения каркаса многоэтажных зданий. Блоки рекомендуются для применения в помещениях с относительной влажностью не более 75 %. Для стен подвалов, цоколей и других частей зданий, где возможно сильное увлажнение бетона, такие блоки применять запрещается. Изготовляют их из ячеистых бетонов.

В зависимости от средней плотности ячеистого бетона (кг/м³) блоки выпускают восьми марок от D500 до D1200. Класс бетона по прочности при сжатии (МПа) соответственно от В1,5 до В12,5. Морозостойкость блоков для наружных стен должна быть не ниже F25, а блоков для внутренних стен -- F15.

Стандартом предусмотрено 10 типоразмеров блоков от 300 х 250 х 300 мм до 300 х 200 х 600 мм (размеры номинальные). Блоки выпускают для кладки на растворе или на клею (второй вариант более эффективен с точки зрения обеспечения теплоизоляционных показателей стены). Различие этих двух типов блоков заключается в размерах (при кладке на клею значительно меньше толщина шва) и в точности соблюдения размеров и геометрии блоков. Так, допустимые искривления граней и ребер у блоков для кладки на растворе -- 5 мм, а у блоков для кладки на клею -- 1 мм.

Большое преимущество блоков из ячеистого бетона -- низкая плотность (обычно 500…600 кг/м ), благодаря чему из них можно возводить стены толщиной 30…40 см, отвечающие нормативам СНиП по термическому сопротивлению, без специальной теплоизоляции.

Асбестоцемент и асбестоцементные материалы

Бетонные и железобетонные изделия -- массивные элементы толщиной, как минимум, в несколько сантиметров. Получить легкие тонкостенные изделия из бетона на цементе с обычной прутковой или проволочной арматурой невозможно. Эту проблему можно решить, равномерно распределяя в мелкозернистой смеси на основе портландцемента (или другого вяжущего) тонкие армирующие волокна (отрезки стальной проволоки, асбестовое волокно, стекловолокно и др.). Из таких композиционных материалов, называемых фибробетоном, изготовляют большеразмерные листы, трубы и фасонные изделия толщиной всего несколько миллиметров. Самый распространенный и эффективный материал такого рода - асбестоцемент, получаемый на основе распушенного асбеста.

...