Илья Мельников
Неорганические вяжущие строительные материалы

Введение

   Строительные материалы являются основой строительства. Для возведения зданий и сооружений требуется большое количество разнообразных строительных материалов, стоимость которых достигает почти 60 % всей стоимости строительно-монтажных работ. Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изготовляющих большое количество продукции.
   Качество строительных, в том числе и отделочных работ, зависит от тщательного выполнения их технологии, от того, насколько правильно применены строительные материалы. Знание возможностей и эффективности использования конкретных строительных материалов позволяет проектировать и возводить долговечные сооружения, удовлетворяющие современным техническим требованиям и эстетическим запросам. Виды строительных материалов и технология их изготовления изменялись вместе с развитием производственных сил и сменой производственных отношений в обществе. Простейшие материалы и примитивные технологии заменялись более совершенными, на смену ручному изготовлению пришло машинное.
   За тысячи лет до нашей эры в массовом строительстве использовали кирпич-сырец, в монументальных постройках – горный камень и лишь в конструкциях перекрытий и опор долгое время применяли дефицитное дерево. Так, для строительства в странах Востока в основном использовали, предварительно обработанную и для придания прочности смешанную с рубленой соломой, глину. Такой глиной обмазывали стены, из нее лепили крыши.
   Качество и долговечность сооружения существенно повышало применение высушенных или обожженных глиняных кирпичей. Со временем ассортимент строительных материалов расширялся и видоизменялся. Так, вместо традиционных мелкоштучных тяжелых материалов было организовано массовое производство относительно легких крупноразмерных строительных деталей и конструкций из сборного железобетона, гипса, бетонов с легкими заполнителями, ячеистых бетонов, бесцементных силикатных автоклавных бетонов и др. Широкое развитие получило производство гипсокартонных материалов улучшенного качества, звукопоглощающих и декоративных материалов, гидроизоляционных материалов и изделий. В современном строительстве расширяется использование эффективных видов металлопроката, изделий из древесины, керамических и неметаллических материалов.
   Быстрыми темпами развивается производство и применение в строительстве полимерных материалов различного назначения, пластмасс и смол. Создаются предприятия по выпуску теплоизоляционных материалов и легких заполнителей. Все больше в строительстве используется для наружной и внутренней отделки зданий стекло и изделия из него. Для этих целей изготавливают стекломрамор, цветное стекло, ситаллы, шлакоситаллы, мозаичные стеклянные плитки широкой цветовой гаммы. Растет выпуск и применение керамических облицовочных материалов за счет внедрения новых процессов декорирования, расширения гаммы цветных глазурей, создания рельефных рисунков и орнаментов. Увеличивается производство крупноразмерных плиток.
   Разнообразие конструктивных типов зданий и сооружений требует, чтобы сырье для производства строительных материалов было недорогим и пригодным для изготовления широкого диапазона изделий. Таким требованиям отвечают многие виды нерудного минерального сырья, занимающего по объему запасов значительное место среди полезных ископаемых, например, силикаты, алюмосиликаты и др. Добыча нерудного строительного сырья, залегающего в основном в верхней части осадочного покрова, является технологически несложной. По сравнению с другими обрабатывающими отраслями невысок и уровень затрат на переработку этого сырья из расчета на единицу массы готовой продукции.
   Наиболее эффективным является комплексное использование одного вида добываемого нерудного сырья для производства продукции различного назначения. Это подтверждается, например, внедрением метода переработки нефелинового сырья в глинозем для получения алюминия, содопродуктов и цемента. Значительный эффект дает и комплексная переработка сланцев в бензин, фенолы, цемент и серу. Промышленная отрасль производства строительных материалов является единственной отраслью, которая не множит, а потребляет промышленные отходы, такие как зола, шлаки, древесные и металлические отходы для получения изделий различного назначения. При изготовлении строительных материалов используют также побочные продукты – глину, щебень, песок и др., полученные при добыче руд и угля. Комплексное использование сырья является безотходной технологией. Эта технология позволяет осуществить природоохранные мероприятия и многократно увеличить эффективность производства.
   Постоянно возрастающий объем строительства, все возрастающие требования к его качеству требуют от строителей разных специальностей высококвалифицированного подхода, высокого уровня теоретических знаний и профессиональной подготовки, а также умелого сочетания их в повседневной работе.
   Целью книги является ознакомление специалистов в области строительства с основными строительными материалами, их многогранными свойствами и характеристиками, технологией изготовления, а также опытом использования для применения в практических делах. Материал изложен на базе последних достижений в сфере технологии изготовления строительных материалов и изделий, освещены основные направления их совершенствования.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

   В настоящее время с возрастанием экономического потенциала страны строительству и строительным материалам уделяется очень много внимания. Современное строительство характеризуется высоким развитием научно-технической базы, обеспечивающей быстрый рост разработки новых эффективных строительных материалов, совершенствования технологии их производства, стремлением перенести значительную часть строительных процессов в условия производства, что позволяет значительно облегчить и улучшить условия труда, сократить его затраты и снизить стоимость продукции. Чем шире ассортимент, выше качество и ниже стоимость строительных материалов, тем успешнее осуществляется строительство. В процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они возводятся, подвергаются различным физико-механическим, технологическим и химическим воздействиям. Поэтому от специалиста требуется умение со знанием дела правильно выбирать строительные материалы, изделия или конструкции, обладающие достаточной стойкостью, надежностью и долговечностью в конкретных условиях эксплуатации. Для этого необходимы специальные знания используемых материалов и изделий, перечень контролируемых свойств, их показатели, виды и классификации выпускаемой продукции.
   Чтобы легче разобраться в многообразии материалов, применяемых в строительстве, их классифицируют (разделяют) на группы, обладающие одним общим признаком. В основном применяют классификацию по технологическому признаку. В основу такой классификации положены вид сырья, из которого изготовляют материалы и производственная технология, обеспечивающая получение материала. Строительные материалы классифицируют:
   – по назначению (отделочные, конструкционные, гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические, герметизирующие, антикоррозионные);
   – по виду материала (древесные, каменные, полимерные, металлические, стеклянные, керамические и др.);
   – по способу получения (природные и искусственные).
   Природные строительные материалы добывают в местах их естественного образования (горные породы), или роста (древесина). Состав и свойства этих материалов в основном зависят от происхождения исходных пород и способа их обработки и переработки.
   Искусственные строительные материалы изготавливают из природного минерального и органического сырья (песка, глины, нефти, газа, известняка и т.д.) и промышленных отходов (шлаков, золы и др.) по специальной технологии. Полученные искусственные материалы приобретают новые свойства, отличные от свойств исходного сырья.
   Возможность использования материалов в строительных конструкциях и изделиях в значительной степени определяется его свойствам. Свойства материалов определяются составом и структурой материала. Структуру материала изучают на микроуровне при помощи микроскопов и на макроуровне – визуально.
   Микроструктура зависит от состава и может быть нестабильной, оцениваемой по вязкости и пластичности (лакокрасочные материалы, цементное тесто). Со временем она переходит в более устойчивую структуру: аморфную (стекло), характеризующуюся однородностью и хаотичным расположением молекул, или стабильную – кристаллическую (металлы, камень).
   Кристаллическая структура представляет собой кристаллическую решетку со строго определенным расположением атомов. Одним из основных показателей кристаллических решеток является прочность. На свойства материалов большое влияние оказывают форма, размеры и расположение кристаллов. Мелкокристаллические более однородны и стойки к внешним воздействиям. Крупнокристаллические материалы, например металлы, имеют большую прочность. Слоистое расположение кристаллов, как у сланцев, обеспечивает легкое раскалывание по плоскостям, что используется при получении отделочных плиточных материалов.
   Микроструктуру искусственно полученных материалов можно целенаправленно регулировать в зависимости от задаваемых свойств и назначений изделий.
   Макроструктура материала зависит от технологии получения материала и сырья. Так, стекло обладает плотной макроструктурой, пеносиликат – ячеистой, пластики – слоистой, песок и гравий – рыхлозернистой. Однако, имея одно и то же основное исходное сырье, например, глину, и изменяя технологию, можно получить облицовочные плитки плотной структуры, стеновой мелкопористый кирпич и теплоизоляционный ячеистый материал – керамзит.
   Свойства материалов условно разделяют на физические, механические, химические и технологические.
   Физические свойства характеризуют вещество и структуру материала, а также его способность реагировать на внешние воздействия, не вызывающие изменения химического состава и структуры материала. Основными из них являются:
   – общефизические свойства: плотность (истинная, средняя, насыпная), объемная масса, относительная плотность, пористость (общая, открытая, замкнутая);
   – гидрофизические свойства: влагоотдача, водопоглощение, морозостойкость, воздухостойкость, гигроскопичность, гидрофобность, гидрофильность, межзерновая пустотность, гидрофобность, влажность, водонепроницаемость, водостойкость, фильтрационная способность (водопроницаемость);
   – теплофизические свойства: теплопроводность, теплоемкость, термостойкость, жаростойкость, огнеупорность, огнестойкость;
   – акустические свойства: звукопоглощение, звукоизоляция, виброизоляция, вибропоглощение;
   – механические свойства: предел прочности на сжатие, растяжение, изгиб, твердость, износ, сопротивление удару, упругость, истираемость;
   – химические свойства: коррозионная стойкость, химическая активность, растворимость, кристаллизация;
   – технологические свойства: вязкость, пластичность, ковкость, свариваемость, гвоздимость, набухание и усадка, хрупкость и др.
   Кроме того, физические свойства включают и механические свойства, которые характеризуют поведение материала при действии на него различных нагрузок. К механическим свойствам относятся: сопротивление материала сжатию, растяжению, изгибу, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Физические свойства строительных материалов

   Плотность. Плотность может быть истинной, средней, насыпной, относительной. Под истинной плотностью (кг/м куб.) понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала без трещин, пор и пустот. Истинная плотность (кг/м куб.) для основных строительных материалов следующая: сталь, чугун 7800…7900; портландцемент 2900…3100; гранит 2700…2800; песок кварцевый 2600…2700; кирпич керамический 2500…2800; стекло 2500…3000; известняк 2400…2600; древесина 1500…1600.
   Средняя плотность – это масса единицы объема материла или изделия в естественном состоянии, то есть с пустотами и порами. Средняя плотность одного и того же материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности. Сыпучие материалы (цемент, щебень, песок и др.) характеризуются насыпной плотностью – отношением массы зернистых и порошкообразных материалов в свободном без уплотнения насыпном состоянии ко всему занимаемому ими объему, включая пространство между частицами.
   От плотности материала в значительной степени зависят его прочность, теплопроводность и другие свойства. Этими данными пользуются при определении толщины ограждающих конструкций отапливаемых зданий, размера строительных конструкций, расчетах транспортных средств и др. Значения средней плотности строительных материалов находятся в широких пределах.
   Средняя плотность (кг/м куб.) для некоторых строительных материалов следующая: сталь – 7800…7850; гранит – 2600…2800; бетон тяжелый – 1800…2500; кирпич керамический – 1600…1800; песок – 1450…1650; вода – 1000; бетон легкий – 500…1800; керамзит – 300…900; сосна – 500…600; минеральная вата – 200…400; поропласты – 20…100.
   Плотность материала зависит от его пористости и влажности. С увеличением влажности плотность материала увеличивается.
   Относительная плотность – это степень заполнения веществом объема материала. Относительную плотность выражают отвлеченным числом или в процентах.
   Пористость. Пористость материала характеризует объем, занимаемый в нем порами – мелкими ячейками, заполненными воздухом. Мелкие поры, заполненные воздухом, придают строительным материалам теплоизоляционные свойства. По величине пористости можно судить о примерной прочности, плотности, водопоглощении, долговечности и др. Для конструкций, от которых требуется высокая прочность или водонепроницаемость, используют плотные материалы, для стен зданий используют материалы со значительной пористостью. Такие материалы обладают хорошими теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами.
   Для рыхлых материалов при расчетах учитывают насыпную объемную массу. Пористость и относительная плотность в значительной степени определяют эксплуатационные качества материалов (прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность). Значение показателя пористости строительных материалов колеблется от 0 (стекло, сталь) до 90 % (минеральная вата).
   Пустотность. Пустотность представляет собой количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала. Выражается в процентах по отношению ко всему занимаемому объему. Этот показатель важен для керамзита, песка, щебня при изготовлении бетона. В некоторых строительных материалах (кирпич, панели) имеются полости, также образующие пустоты. Пустотность пустотелого кирпича составляет от 15 до 50 %, песка и щебня – 35…45 %.

Гидрофизические свойства материалов

   Гигроскопичность. Гигроскопичность представляет собой свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Она зависит от вида, количества и размера пор, от природы материала, от температуры воздуха и его относительной влажности. Когда влажность снижается, часть гигроскопичной влаги испаряется. Чем мельче поры, тем больше общая площадь поверхности, и следовательно, выше гигроскопичность. Материалы, притягивающие своей поверхностью воду, называют гидрофильными; материалы, отталкивающие воду называют гидрофобными.
   Водопоглощение. Водопоглощение является способностью материала впитывать и удерживать воду. Величина водопоглощения характеризуется разностью между массой образца, насыщенного водой и массой сухого образца. Водопоглощение строительных материалов изменяется в зависимости от объема пор, их размеров и вида. Различают объемное водопоглощение, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение, когда эта разность отнесена к массе сухого образца.
   Массовое водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Так, массовое поглощение обыкновенного кирпича составляет от 8 до 20 %, бетона – 2 – 3 %, торфоплит – 100 % и больше. Вода, попавшая в поры материала, увеличивает его объемную массу и теплопроводность, уменьшает морозостойкость и прочность. Некоторые материалы, в частности, затвердевшие глиняные растворы, разрушаются в воде.
   Водопроницаемость. Водопроницаемость является свойством материала, характеризующим его способность пропускать воду под давлением. Она характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м кв. площади испытуемого материала при давлении 1 МПа. Это свойство учитывают при строительстве дамб, мостов, плотин и других гидротехнических сооружений. Сталь, стекло, большинство пластмасс, битум и другие плотные материалы водонепроницаемы.
   Влагоотдача. Влагоотдача представляет собой способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности между влажностью материала и относительной влажностью воздуха. Чем разность больше, тем интенсивнее происходит высушивание. На влагоотдачу влияют свойства самого материала, характер его пористости, природа вещества. Материалы с крупными порами, а также гидрофобные материалы легче отдают воду, чем гидрофильные и мелкопористые. Влагоотдача строительного материала в естественных условиях характеризуется интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 0С.
   Воздухостойкость. Воздухостойкостью называется способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности. Бетон, керамика и другие природные и искусственные каменные материалы, а также надводные части гидросооружений, дорожные покрытия, сжимающиеся при высыхании и расширяющиеся при увлажнении, разрушаются из-за возникновения растягивающих напряжений.

Теплофизические свойства

   Теплопроводность материала. Теплопроводностью называют свойство материала пропускать тепло через свою толщину. Теплопроводность материала принято характеризовать величиной коэффициента теплопроводности. Этот коэффициент показывает количество тепла в в килокалориях, проходящего за 1 ч через 1 м кв. материала толщиной 1 м при разности температур на ее противоположных поверхностях в 1 0С. Как правило, коэффициент теплопроводности выше для плотных материалов и ниже для пористых. Влажность материала резко (до 10 раз) увеличивает его теплопроводность, что объясняется значительной теплопроводностью воды. Когда влажные материалы замерзают, их теплопроводность возрастает еще значительнее.
   Морозостойкость. Под морозостойкостью понимают способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения, то есть не образуя трещин, выкрашивания, расслаивания, не теряя значительно прочности и массы. Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10 %. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно его разрушают. Способность материала противостоять морозному разрушению зависит от присутствия в его структуре определенного объема замкнутых пор, в которые под давлением растущих кристаллов льда вода отжимается.
   Морозостойкость материала в строительстве количественно оценивается маркой F – числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают образцы без снижения прочности на 5…25 % и массы на 3…5 % в зависимости от назначения материала. По морозостойкости установлены следующие марки: тяжелый бетон – F50…F500, легкий бетон – F25…F500, стеновые керамические камни, кирпич – F15…F100.
   Морозостойкими являются плотные или с малым водопоглощением (до 0,5 %) материалы. Морозостойкость характеризуется количеством циклов попеременного замораживания материала до температуры – 15 0С и оттаивания его в воде при температуре 20 0С. Прочность материала в результате этого понизиться не должна более чем на 20 %, а потеря массы – превысить 5 %.
   Огнестойкость. Огнестойкость является способностью материала выдерживать, не разрушаясь, воздействие огня и воды в условиях пожара. К строительным материалам (стены, перекрытия, колонны и др.) предъявляют требования по огнестойкости, которые зависят от категории здания по пожаробезопасности. Огнестойкость оценивают по показателю возгораемости. Этот показатель основан на нескольких признаках предельного состояния: потере несущей способности, которая выражается в снижении прочности и увеличении деформаций, а также теплоизолирующих свойств и сплошности.
   Предел огнестойкости материалов и конструкций характеризуется временем, выраженном в часах с начала теплового воздействия и до появления одного из признаков предельного состояния. По степени огнестойкости различают сгораемые, трудносгораемые и несгораемые материалы.
   Сгораемыми называют материалы, которые под действием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (например, древесина, рубероид).
   Трудносгораемыми являются материалы, способные гореть, тлеть и обугливаться только при непосредственном действии на них источника огня или высокой температуры и прекращающие гореть после удаления этого источника (например, фибролит).
   Несгораемыми считаются материалы, которые не воспламеняются под действием огня или высокой температуры, а только разрушаются. К ним относятся бетоны, строительные растворы, кирпич, стеклянные и керамические плитки.
   Огнеупорность является свойством материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности строительные материалы подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. К огнеупорным относятся материалы, выдерживающие продолжительное воздействие температуры от 1580 0С и выше. Тугоплавкие выдерживают температуру 1350 – 1580 0С, огнеупорность легкоплавких материалов ниже 1350 0С.
   Жаростойкость. Жаростойкость – это способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры – теплосмен. Теплосмены являются единицей измерения этого свойства.

Механические свойства строительных материалов

   Прочность. Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия на материал внешних нагрузок или других факторов. В построенном здании почти все конструкции испытывают нагрузки (вес частей здания, вес оборудования, вес мебели и др.), вследствие чего в материалах конструкций возникают напряжения, противодействующие внешним силам.
   Основными показателями, характеризующими прочность материала, являются сопротивление сжатию, растяжению, изгибу. Прочность материала при сжатии и растяжении характеризуется его пределом прочности. Предел прочности, или временное сопротивление, – напряжение в материале образца, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.
   Предел прочности различных материалов при сжатии и растяжении меняется в широких пределах – от 0,5 до 1000 МПа и более. Для многих материалов предел прочности при сжатии резко отличается от предела прочности при растяжении. Одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению такие материалы, как сталь, древесина. Плохо сопротивляются растяжению каменные материалы: природный камень, кирпич, бетон и т.п.
   Примером прочности конструкции при изгибе может служить мост, доска через канаву, а также балка, на которую опираются плиты перекрытия, стропила крыши.
   Твердость. Твердость – это способность материалов сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Твердость не всегда соответствует прочности материала. Существуют несколько способов определения твердости. Например, твердость каменных материалов оценивают шкалой Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости. Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим материалом.

Шкала твердости Мооса

   1 Тальк или мел (легко чертится ногтем).
   2 Гипс или каменная соль (чертится ногтем).
   3 Кальцит или ангидрит (легко чертится стальным ножом).
   4 Плавиковый шпат (чертится стальным ножом под небольшим нажимом).
   5 Апатит (сталь) (чертится стальным ножом под большим нажимом).
   6 Полевой шпат (слегка царапает стекло, стальным ножом не чертится).
   7 Кварц (легко чертит стекло, стальным ножом не чертится).
   8 Топаз.
   9 Корунд.
   10 Алмаз.
   Износ. Износ – это разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Прочность при износе оценивается потерей в массе, выраженной в процентах. Износу подвергаются материалы дорожных покрытий, полов промышленных предприятий, аэродромов и др.
   Сопротивление удару. Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, применяемых в дорожных покрытиях и полах. Испытание материалов на удар производят на специальном приборе – копре.

Технологические свойства строительных материалов

   Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, древесина хорошо обрабатывается инструментами. Технологические свойства некоторых полимерных материалов включают способность сверлиться, обтачиваться, свариваться, склеиваться. Глиняные, бетонные и иные смеси обладают пластичностью, вязкостью, которые обеспечивают заполнение определенного объема.
   Вязкость. Вязкость – это сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. Когда какой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние слои также вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление, величина которого зависит от температуры и вещественного состава. Вязкостные свойства важны при использовании органических вяжущих веществ, природных и синтетических полимеров, красочных составов, масел, клеев. При нагревании вязкость этих материалов снижается, при охлаждении – повышается.
   Упругость. Упругость является свойством материала восстанавливать после снятия нагрузки свою первоначальную форму и размеры. Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой очень малой величины.
   Пластичность – способность материала деформироваться без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы закончится. Все материалы делятся на пластичные и хрупкие. К пластичным относят сталь, медь, глиняное тесто, нагретый битум и др.

Акустические свойства строительных материалов

   Акустические свойства проявляются при действии звука на материал. Акустические материалы по назначению могут быть звукопоглощающие, звукоизолирующие, вибропоглощающие и виброизолирующие.
   Звукопоглощающие материалы. Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Их акустической характеристикой является величина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству звуковой энергии, падающей на поверхность материала в единицу времени. Как правило, такие материалы имеют большую пористость или шероховатую, рельефную поверхность, поглощающую звук. Строительные материалы, у которых коэффициент звукопоглощения выше 0,2, называют звукопоглощающими.
   Звукоизолирующие материалы. Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Звукоизоляционные материалы оценивают по двум показателям: относительной сжимаемости под нагрузкой в процентах и динамическому модулю упругости.
   Вибропоглощающие и виброизолирующие материалы предназначены для предотвращения передачи вибрации от машин и механизмов к строительным конструкциям.
   Ниже приводятся некоторые свойства строительных материалов.

Химические свойства строительных материалов

   Химические свойства характеризуют способность материалов реагировать на внешние воздействия, ведущие к изменению химической структуры, а также воздействовать в этом отношении на другие материалы. Основные химические свойства: растворимость и стойкость к коррозии (кислотостойкость, щелочестойкость, газостойкость).
   Растворимость. Растворимость – это способность материала растворяться в жидких растворителях: воде, керосине, бензине, масле и других, образовывая новые растворы. Растворимость зависит от химического состава веществ, давления и температуры. Показателем растворимости является произведение растворимости, представляющее собой предельное содержание растворенного вещества в граммах на 100 мл раствора при нормальном давлении и заданной температуре.
   Стойкость к коррозии. Стойкость к коррозии является свойством материала сохранять свои качества в условиях агрессивной среды. Такой средой могут быть вода, газы, растворы солей, щелочей, кислот, органические растворители, а также биологические организмы (бактерии, водоросли и т.п.). Древесина, пластмассы, битумы и некоторые другие органические материалы при обычных температурах относительно стойки к действию кислот и щелочей средней и слабой концентрации.
   Адгезия. Адгезия представляет собой соединение, сцепление твердых и жидких материалов по поверхности. Это свойство обусловлено межмолекулярным взаимодействием. Адгезионные силы сцепления очень важны при получении строительных материалов, состоящих из многих компонентов, например железобетон.
   Кристаллизация. Кристаллизия представляет собой процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов при электролизе и химических реакциях, который сопровождается выделением тепла.
   Долговечность. Долговечность представляет собой способность материала сопротивляться комплексному действию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации. Старение – это процесс постепенного изменения, ухудшения свойств материалов в условиях эксплуатации.
   Знание этих и других свойств позволяет сравнивать материалы между собой и определять область их применения с учетом технико-экономической целесообразности. Так, в условиях эксплуатации гидротехнических сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они построены, подвергаются периодическому или постоянному воздействию воды и агрессивных сред, поэтому к ним предъявляются повышенные требования по водостойкости, морозостойкости, водонепроницаемости, корроизонной стойкости и др.
   Многие материалы под влиянием водопоглощения ярко проявляют повышенные пластические свойства. Практика строительства показывает, что выбор технически целесообразного материала обосновывают не только его прочностные характеристики, но стойкость к воздействию внешней среды, в которой работает конструкция. Обычно эта стойкость материала во времени (долговечность) неразрывно связана с его химическими и физико-химическими свойствами. Физико-химические в свою очередь тесно связаны со структурой материала и зависят от ее изменения под влиянием внешних и внутренних факторов.
   Вследствие проникновения химических реагентов из внешней среды внутренние химические реакции с образованием новых соединений могут значительным образом отразиться на структуре. Изменение структуры (микроструктуры и макроструктуры) в первый период может привести к псевдоупрочнению, а в дальнейшем – к сокращению долговечности материала. Применяемый в строительстве материал обычно подвергают технологической обработке. Cпособность поддаваться такой обработке является порой решающим показателем при выборе материала. Так, при массовой заготовке щебня для бетонных работ учитывается способность горной породы дробиться без образования плоских щебенок, поэтому при выборе материалов всегда учитывают его способность реагировать на отдельные или взятые в совокупности следующие факторы: физические, механические, внешнюю среду, температуру и ее колебания, химические реагенты, технологические операции и т.д. Эта способность материала реагировать на указанные факторы определяется его свойствами.
   Оценить технические свойства и сравнить материалы между собой возможно по показателям, которые получают при испытании материалов в полевых, производственных или лабораторных условиях. Полученные знания основных технических свойств строительных материалов и изделий дают возможность рационально их использовать в строительстве. Например, по известным значениям истинной и средней плотности строительных материалов можно рассчитать, какой плотностью (или пористостью) обладают эти материалы, и составить достаточно полное представление о прочности, теплопроводности, водопоглощении и других важных характеристиках строительных материалов, чтобы в дальнейшем на этом основании решать вопрос об их применении в тех или иных сооружениях и конструкциях.
   Для расчета нагрузок при определении массы сооружений для транспортных расчетов и выбора емкости складских помещений необходимо знать величину средней плотности строительных материалов. Без данных о прочности применяемых материалов невозможны расчеты прочности и устойчивости сооружений и конструкций. Прогноз их долговечности невозможен без знания таких свойств материала, как отношение к влаге, воздействию окружающей среды, смене температур и др.
   Свойства материалов не остаются постоянными, а изменяются во времени в результате механических, физико-химических и биохимических воздействий среды, в которой эксплуатируется строительная конструкция или изделие. Эти изменения могут протекать и медленно (разрушение горных пород), и быстро (вымывание из бетона растворимых веществ). Следовательно, каждый материал должен обладать не только свойствами, позволяющими применять его по назначению, но и определенной стойкостью, обеспечивающей долговечную эксплуатацию изделия или конструкции.
   Знание основных свойств строительных материалов необходимо также для выполнения расчетов, позволяющих оценить их качество, соответствие техническим требованиям, возможность применения в конкретных условиях эксплуатации.
   Употребляемые в строительстве материалы должны удовлетворять определенным требованиям, которые устанавливаются государственными стандартами (ГОСТами). В строительстве соответствие поступающих материалов требованиям ГОСТа проверяют специальные лаборатории.
   Любой вид продукции обладает определенными свойствами, представляющими интерес для потребителей. Для строительных материалов важны такие качества, как прочность, плотность, теплопроводность, морозостойкость, стойкость по отношению к действию воды, агрессивных сред и др. Качеством называется сумма свойств, определяющих пригодность материала и изделия для использования по назначению. Так, для кровельных материалов оценка их качества производится по сумме таких свойств, как водостойкость, водонепроницаемость, термостойкость, прочность на изгиб, атмосферостойкость и др.
   Контроль качества строительных материалов и изделий проводят по разработанным нормам, требованиям и правилам. В зависимости от контролируемого производственного этапа различают контроль входной, технологический и приемочный.
   Входной контроль включает проверку соответствия поступающих материалов и изделий установленным требованиям. Например, на предприятиях сборного железобетона проверяют качество поступающих исходных материалов: заполнителей и цемента для бетона, арматурной стали, закладных деталей, отделочных и других материалов.
   Технологический контроль состоит в проверке соответствия установленным требованиям температуры, давления, времени выдерживания, тщательности перемешивания и других показателей технологического процесса.
   Приемочный контроль заключается в проверке соответствия готовых изделий требованиям стандартов или технических условий.
   Все материалы и изделия выпускают по государственным и межгосударственным стандартам – ГОСТ, СТ СЭВ, ИСО, СТБ, СНБ. Деятельность стандартизации существует для повышения качества продукции, безопасности ее получения и безопасности. Методы испытаний также стандартизированы. Кроме этого, в строительстве существуют «Строительные нормы» и «Технические нормативные правовые акты», представляющие собой объединенные нормативные документы по проектированию, строительству и строительным материалам.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

   К вяжущим материалам относятся тонкомолотые порошкообразные вещества (кроме жидкого стекла), способные под влиянием внутренних физико-химических процессов переходить из жидкого или тестообразного состояния в твердое, связывая при этом в единое целое другие материалы. Основу производства неорганических (минеральных) вяжущих веществ составляют следующие технологические операции:
   – добыча сырья;
   – подбор и измельчение сырьевой смеси;
   – термическая обработка;
   – помол готового продукта.
   На основании минеральных вяжущих веществ получают бетоны и строительные растворы различного назначения, красочные составы, асбестоцементные изделия.
   Процесс твердения минеральных вяжущих веществ в системе вяжущее вещество – вода, как правило, происходит в последовательности: растворение – коллоидизация – кристаллизация. Такая последовательность сохраняется только на начальной стадии взаимодействия, а затем эти три процесса протекают одновременно, налагаясь один на другой и дополняясь особенностями, свойственными каждому процессу.
   Первым процессом является растворение. Любое вещество в большей или меньшей степени растворяется в воде и, находясь в ней, стремится создать свой насыщенный раствор. Минералы, из которых состоят вяжущие, обладают химической активностью по отношению к воде и поэтому не просто растворяются, а вступают с водой в реакцию гидратации с образованием новых соединений, включающих в свой состав кристаллизационную воду (кристаллогидраты). Этот процесс протекает до тех пор, пока вся вода не превратится в насыщенный раствор по отношению к новым кристаллогидратам.
   Вторым процессом является коллоидизация. Для него характерно загустевание повышение вязкости смеси в связи с тем, что часть воды, обеспечивающая пластичность, участвует в химимической реакции с вяжущим, а другая адсорбируется на поверхности зерен вяжущего вещества. Растворение затормаживается, и вокруг каждого зерна образуется студенеобразная, клейковидная масса – гель. Гель обладает склеивающей способностью, которая тем выше, чем меньше содержится воды.
   Так как процесс взаимодействия вяжущего вещества с водой продолжается, то постепенно раствор из насыщенного переходит в перенасыщенный, в нем начинают образовываться мельчайшие кристаллы новообразований.
   Твердение переходит в третий этап – кристаллизацию. При кристаллизации мелкие кристаллы укрупняются, срастаются между собой, образуют жесткую структуру, и в результате весь материал приобретает прочность камня.
   Для ускорения набора прочности искусственным камнем применяют различные способы.
   Если растворимость составляющих вяжущее вещество минералов велика, а образующихся – мала, то загустение-схватывание и твердение завершаются в течение минут, часов. Если растворимость исходных веществ мала, то формирование искусственного камня может продолжаться месяцы. Ускоряют растворимость вяжущего вещества путем повышения температуры, путем применения специальных добавок и другими методами. Таким образом, скорость образования искусственного камня можно регулировать.
   При изготовлении изделий и крупноразмерных конструкций из бетона и железобетона для ускорения прочности применяют специальные камеры тепловлажной обработки с температурой от 70 до 90 0С и автоклавы, работающие в условиях избыточного давления и высокой – до 200 градусов – температуры.
   Твердение можно ускорить, если затворять вяжущее вещество не чистой водой, а раствором некоторых солей, которые за счет повышения ионной силы ускоряют растворение вяжущих веществ. Так как скорость получения искусственного камня зависит и от времени выпадения из перенасыщенного раствора первых кристаллов образующихся гидратных соединений, то, введя их искусственным путем в смесь, состоящую из вяжущего вещества и воды, можно ускорить процесс схватывания и твердения.
   Важную роль в скорости формирования искусственного камня играет соотношение между количеством воды и вяжущего вещества, которое называют водовяжущим веществом (В/В) или водотвердным (В/Т). Чем больше воды, тем больше времени необходимо для получения насыщенного и перенасыщенного раствора, в котором начнется кристаллообразование, следовательно, тем медленнее будут протекать процессы твердения. Таким образом, снижая водовяжущее вещество, ускоряют прочность.
   Скорость твердения зависит также от размера частиц минерального вяжущего вещества. Чем мельче частицы, тем площадь соприкосновения с водой в единице объема больше, реакции идут полнее, процесс взаимодействия становится более быстрым.
   Кроме этого, твердение можно ускорить за счет целенаправленного подбора состава самого вяжущего вещества. Рассмотренные способы ускорения набора прочности искусственным камнем применяют при возведении зданий и сооружений из бетона и получения изделий различного назначения на основе минеральных веществ. Минеральные вяжущие материалы, применяемые в строительстве, делятся на вяжущие вещества воздушного твердения, или воздушные вяжущие материалы, и вяжущие вещества водного твердения, или гидравлические вяжущие.
   Воздушные вяжущие материалы. Воздушные вяжущие материалы способны твердеть и долго сохранять свою прочность только на воздухе. Во влажных условиях они размокают и быстро теряют свою прочность (например, гипс, воздушная известь, глина).
   К вяжущим материалам воздушного твердения относятся:
   – гипсовые,
   – известковые,
   – магнезиальные вещества,
   – жидкое стекло.
   Воздушные вяжущие вещества характеризуются высокой растворимостью как исходных веществ, так и соединений, образующихся в результате реакции гидратации. Поэтому при контакте с водой изделия из этих веществ теряют свою прочность, а при действии проточной воды размываются. Эти вещества можно использовать только для производства изделий, которые эксплуатируются в воздушно-сухих условиях внутри помещения.

Гипсовые вяжущие материалы и изделия

   Гипсовыми вяжущими материалами называют тонкомолотые вещества, состоящие из полуводного гипса или ангидрида. В качестве сырья для их производства используют природный каменный материал – гипс. Гипс представляет собой осадочную породу, образовавшуюся почти 200 миллионов лет назад в результате испарения участков Мирового океана. Кроме этого, в качестве дополнительного источника сырья служат такие отходы химической промышленности, как фосфогипс и борогипс.
   Получение гипсовых вяжущих материалов основано на способности двуводного гипса в процессе нагревания частично или полностью отдавать кристаллизационную воду – дегидратировать. По условию тепловой обработки, от которой в дальнейшем зависят свойства полученных веществ, гипсовые вяжущие подразделяют на низкообжиговые и высокообжиговые.
   Строительный и высокопрочный гипсы относятся к низкообжиговым. Строительный гипс, полученный путем «варки» сырья при температуре 140…160 градусов, представляет собой мелкие пластинчатые кристаллы, требующие для получения пластичного теста большого раствора воды. В связи с тем, что в химической реакции участвует только 19 % воды, а 30…50 % в процессе отвердения испаряется, гипсовый камень обладает высокой пористостью, легкостью, пониженной теплопроводностью и звукопоглощением. Максимальная прочность изделий из него не превышает 25 МПа.
   Чтобы снизить водопотребности и повысить прочность, при изготовлении гипсовых изделий вводят добавки-пластификаторы, обеспечивающие заданную пластичность при уменьшении расхода воды на 20 %.
   Повысить прочность гипсовых изделий можно также за счет использования высокопрочного крупнокристаллического гипса, который получают путем обработки сырья насыщенным паром в специальных автоклавах при температуре более 120 градусов. Его водогипсовое отношение равное 0,3…0,4, следовательно, свободной испаряющейся воды содержится значительно меньше и изделия получаются более плотные и прочные.
   Низкообжиговые гипсовые вяжущие материалы характеризуются быстрым схватыванием и твердением, что сопровождается большим выделением тепла. Начало схватывания, контролируемое по загустеванию гипсового теста нормальной густоты (НГ), должно наступать: для быстротвердеющего – не ранее 2 минут (А), нормальнотвердеющего – 6 минут (Б) и медленнотвердеющего – 20 минут (В). Конец схватывания, т.е. образование искусственного камня, соответственно – не позднее 15 минут (А), 30 минут (Б) после затворения гипса водой.
   В зависимости от применяемой технологии строительных работ на объекте или технологического процесса получения гипсовых изделий на предприятии твердение замедляют или ускоряют путем введения специальных добавок. Качество гипса контролируется в лаборатории по следующим показателям:
   – тонкости помола – остаток на сите 02 не более 23 % – грубого (I), 14 % – среднего (II) и 2% – тонкого помола (III);
   – нормальной густоте (НГ) или водопотребности гипсового теста для обеспечения заданной пластичности;
   – срокам схватывания;
   – пределу прочности на изгиб и сжатие.
   По пределу прочности на изгиб и сжатие гипсу присуждают следующие марки: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Число показывает предел прочности при сжатии (МПа) образцов балочек размером 40 х 40 х 160 мм, отформованных из гипсового теста определенной пластичности (НГ) и твердеющих на воздухе в течение 2 часов. При этом предел прочности при изгибе должен оставлять соответственно от 1,2 до 8 МПа.
   В условное обозначение гипсового вяжущего материала входят марка по прочности, индекс сроков твердения и степени помола. Например, Г-5АII обозначает гипс с прочностью на сжатие не менее 5 МПа, сроками схватывания: начало до 6 минут и конец не позднее 15 минут, тонкостью помола до 14 %.
   По сравнению с другими вяжущими материалами одной из особенностей полуводного гипса является способность гипсового теста при твердении расширяться до 1 %. Так как увеличение объема происходит еще в незатвердевшей массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму, что обеспечивает широкое применение гипса для отливки художественных изделий сложной конфигурации.
   Высокое содержание кристаллизационной воды позволяет эффективно использовать гипсовые изделия и штукатурные растворы на его основе как огнезащитные средства.
   Гипсокартон. В жилищном строительстве большое значение имеет способность гипсовых изделий при повышении влажности поглощать влагу, а при снижении отдавать ее в окружающую среду, регулируя тем самым микроклимат в помещении. Поэтому гипсовые крупноразмерные материалы в виде гипсокартонных или гипсоволокнистых листов широко применяют в качестве сухой штукатурки, которая крепится к стенам при помощи специальных мастик.
   Гипсокартонные листы представляют собой отделочный материал из строительного гипса, защищенного с двух сторон специальным картоном. Толщина листов составляет 6,5…24 мм.
   В зависимости от свойств гипсокартонные листы подразделяют на:
   – обычные (ГКЛ);
   – влагостойкие (ГКЛВ);
   – с повышенной сопротивляемостью воздействию открытого пламени (ГКЛ));
   – влагостойкие и огнестойкие (ГКЛВО).
   Гипсокартон нашел широкое применение в качестве огнезащитных конструкций, при выполнении подвесных потолков и устройстве перегородок.
   Современные модульные перегородки, которые можно демонтировать и переносить в любое место помещения, состоят, в частности, из оцинкованного стального каркаса, по обе стороны которого расположены листы толщиной до 13 мм, соединенные алюминевыми профилями. Листы выполнены из гипсокартона с виниловым покрытием – гипсовинил.
   Гипсовинил обладает декоративностью, легко моется, не является огнеопасным, поэтому его рекомендуют применять для отделки коридоров, фойе, холлов. В гипсоволокнистных плитах, получаемых методом проката, дисперсной арматурой, которая снижает хрупкость изделий, служит равномерно распределенное в гипсовой массе растительное волокно (костра) или макулатура. Для внутренней отделки помещений выпускают листы с декоративным покрытием из поливинилхлоридных пленок, текстурной бумаги под мрамор, дерево или отделанные лакокрасочными составами. Их применение исключает такой процесс внутренней отделки, как оштукатуривание, что позволяет значительно быстрее сдавать объекты в эксплуатацию.
   Звукопоглощающие плиты. Высокая пористость гипсовых изделий обеспечила их применение в качестве звукопоглощающих плит, регулирующих акустические свойства помещений. Путем введения полимерных пенообразующих добавок получают пенополимергипсовые и пеногипсоволокнистые плитные утеплители. Пенополимергипсовые плитные утеплители производят в виде плит размером 600 х 500 х 50 мм или 750 х 600 х 100 мм по литьевой технологии с последующей сушкой, маркой по плотности 100, 200, 300 кг/м куб., прочностью от 0,8 до 4 кгс/cм кв., теплопроводностью 0,06…0,1 Вт (м.К) и маркой по морозостойкости F50. Звукопоглощающие плиты имеют гидрофобное покрытие. Их основным назначением является теплоизоляция стеновых панелей, перекрытий, покрытий и их огнезащита.
   Пеногипсоволокнистые плитные утеплители получают из вспененной композиции, включающей гипсовый вяжущий материал, глину, базальтовое и стеклянное волокно, полимерные модифицирующие добавки и воду. Плиты обычные и гидрофобные в объеме выпускают в оболочке из нетканого полотна размером 3000 х 1200 х 40 мм, плотностью 150 кг/куб., прочностью 0,15 МПа и теплопроводностью 0,05 Вт (м. К) для изготовления трехслойных металлических навесных панелей типа «сэндвич».
   При использовании в качестве наполнителя древесных отходов, а также пористых материалов (керамзит) получают крупноразмерные гипсобетонные блоки и панели для выполнения стационарных внутренних перегородок.
   Основным недостатком затвердевшего гипса являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Жесткость изделий повышают за счет армирования и введения недерформируемых прочных заполнителей – керамзита.
   Увеличить водостойкость можно за счет снижения водогипсового отношения, использования жестких смесей, пропиткой изделий полимерными составами, введением в гипсовую массу гидрофобных (водоотталкивающих) добавок, шлифовкой и полировкой поверхности изделий. Одним из перспективных направлений является совместный помол гипса с цементом и шлаком, в результате которого получается гипсоцементошлаковое (ГЦШ) вяжущее вещество или цементом и пуццолановой добавкой (опока, зола) – гипсоцементопуццолановое вяжущее вещество (ГЦП).
   В том и другом случае получают смешанные вяжущие материалы, медленно твердеющие и сохраняющие прочность 10…15 МПа во влажных условиях. Изделия на их основе обладают пониженной морозостойкостью и воздухостойкостью, поэтому в наземном строительстве их не применяют вследствие резких природных колебаний температуро-влажностных условий.
   В основном высокопрочный гипс применяют для изготовления санитарно-технических кабин и монолитных полов.
   Высокообжиговые вяжущие материала, прочность которых составляет от 5 до 20 МПа, медленно схватываются и твердеют, так как состоят преимущественно из безводного сульфата кальция, полученного обжигом сырья при температуре 600…1000 градусов. К ним относятся ангидритовый цемент и эстрихгипс.
   Ангидритовый цемент можно получить либо путем обжига природного двуводного гипса при температуре 600…700 градусов до полного удаления воды и последующего помола совместно с катализаторами – известью или шлаком, ускоряющими процесс гидратации, либо непосредственным размолом безводного природного ангидрита с введением этих добавок.
   Эстрихгипс представляет собой обожженный при температуре 900…1000 0С природный ангидрит. При высокой температуре часть ангидрита разлагается с выделением серного ангидрита. Затвердевший эстрихгипс обладает высокой прочностью на истирание.
   Как правило, высокообжиговые вяжущие материалы применяют для выполнения монолитных или мозаичных, в сочетании с плитами из горных пород, полов, изготовления путем введения пигментов полированных плит искусственного мрамора, применяемых для отделки полов и стен, а также для получения штукатурных, кладочных растворов и легких бетонов.

Известковые вяжущие материалы и изделия

   Продукт разложения кальциево-магниевых карбонатных горных пород – известняка и доломита, содержащих не более 6 % глинистых и песчаных примесей, получающийся в результате теплового воздействия от 900 до 1200 градусов, называют строительной воздушной известью.
   Основной объем извести получают по непрерывной технологии в шахтных печах во взвешенном «кипящем» слое, где мелкоизмельченное сырье и жидкое или газообразное топливо движутся навстречу друг другу. Продуктом обжига является комовая негашеная известь (оксид кальция). Если в сырье имеются примеси карбоната магния, то его распад приводит к образованию оксида магния.
   Полученную комовую известь затем мелят или гасят, добавляя воду, в специальных аппаратах. Процесс гашения – гидратация протекает с большим выделением тепла, поэтому негашеную известь называют известью-кипелкой. По скорости гашения известь подразделяют на быстрогасящуюся (до 8 минут), среднегасящуюся (до 25 минут) и медленногасящуюся (более 25 минут), по температуре гашения – на низкоэкзотермичную (до 75 градусов) и высокоэкзотермичную (более 75 градусов).
   В строительстве используют как негашеную, так и гидратную известь в виде тонкодисперсного материала или известкового теста, полученного в результате гашения извести с большим расходом воды.
   В зависимости от содержания примеси оксида магния воздушную известь классифицирую на кальциевую, магнезиальную и доломитовую. Для кальциевой извести содержание примеси оксида магния не должно превышать 5 %, магнезиальной – 5…20 %, доломитовой – 20…40 %. Наибольшей активностью обладает кальциевая известь.
   Качество извести зависит от тонкости помола, определяемой по остаткам на ситах 02 и 008; температуры и времени гашения; содержания активных оксидов кальция и магния (50…90 %); наличия непогасившихся примесей, составляющих в зависимости от вида и сорта до 20 %.
   Непогасившиеся зерна подразделяют на «недожог», «пережог» и инертные примеси – песок и др. «Недожог» представляет собой зерна необожженного сырья, которые вследствие своей инертности по отношению к воде снижают активность извести. «Пережог» образуется при непосредственном контакте извести с теплоносителем, вызывающем оплавление частиц с поверхности. «Пережог» приводит к появлению вздутий на отштукатуренной поверхности, так как прохождение реакции гидратации сопровождается увеличением температуры и объема в уже затвердевшем слое. Сорт извести определяется совокупностью ее свойств.
   Чтобы чистое известковое тесто из-за сильной усадки при твердении не растрескивалось, к нему добавляют от двух до четырех частей по объему песка. Известь с песком образует пластичный строительный раствор. На воздухе твердение известковых растворов идет медленно. Складывается твердение известковых растворов из следующих одновременно протекающих процессов:
   – испарения воды,
   – кристаллизации гидрооксида кальция из перенасыщенного водного раствора,
   – карбонизация гидрооксида с образованием кальцита путем взаимодействия с углекислым газом воздуха.
   Таким образом, происходит гидратно-карбонатное твердение. Прочность раствора через 28 суток составляет 0,5…1,0 МПа. Через десятки и сотни лет за счет карбонизации прочность раствора может достигнуть 5…7 МПа и более.
   В строительстве воздушную известь используют для:
   – приготовления строительных смешанных растворов – известково-цементных и известково-глинистых, которые применяют для каменной кладки и штукатурки;
   – приготовления сухих строительных смесей, в качестве связующего вещества для малярных красочных составов;
   – в производстве силикатных изделий.
   При обычных условиях химическое взаимодействие между песком и известью протекает медленно и в практике строительства значения не имеет. Автоклавная обработка в течение 10…14 часов, предусматривающая постепенное повышение температуры до 200 градусов и давления до 1,6 МПа, создает условия для прохождения интенсивной реакции между компонентами с образованием кристаллических гидросиликатов кальция, придающих водостойкость и высокую прочность изделиям. Таким образом, получают силикатный кирпич, силикатные плотные и пористые бетоны.
   Для их изготовления в качестве вяжущего вещества используют тонкомолотую смесь, состоящую из извести (8…12 %) и кварцевого песка (92…88 %). Вместо песка можно использовать золу, шлак и другие аналогичные минеральные отходы, содержащие кремнезем.
   Выпускают силикатный кирпич и камни рядовыми и лицевыми. Кирпич может быть полнотелым и пустотелым, камни изготавливают только пустотелыми. Размеры их такие же, как и у керамических изделий, максимальная марка по прочности 300, морозостойкости F50, водопоглощение не менее 6 % , средняя плотность 1800…1850 кг/м куб.
   Условное обозначение силикатных изделий состоит из названия, марки по прочности и морозостойкости. Так, например, условное обозначение кирпича СУЛ-200/35 СТБ 1228-2000 означает кирпич силикатный утолщенный лицевой марки по прочности 200, морозостойкости F35. Эти мелкоштучные материалы используют для возведения стен выше нулевой отметки. Нельзя силикатный применять кирпич для фундаментов, подвергающихся воздействию грунтовых и сточных вод, содержащих углекислоту, а также для кладки печей и дымовых труб, так как он обладает пониженной стойкостью и не выдерживает длительного воздействия высокой температуры, нельзя.
   Плотные силикатные мелкозернистые бетоны, выполняемые на кварцевом песке без крупного заполнителя, применяют для изготовления крупноразмерных панелей внутренних стен, перекрытий, балок, колонн.
   Такие легкобетонные силикатные изделия и конструкции, как панели, стеновые блоки, плиты покрытий и перекрытий изготавливают с использованием пористых заполнителей или путем создания ячеистой структуры за счет введения в бетонную смесь газообразующих добавок (газосиликата) и пенообразующих добавок (пеносиликата).
   Для их получения в качестве вяжущего материала используют смешанные известковые вяжущие, содержащие известь-кипелку, кремнезем или шлак в количестве до 50 % в сочетании с регулятором твердения – гипсом. Прочность бетона на легком заполнителе составляет от 5 до 15 МПа, марка по плотности – от D300 до D1200, морозостойкости от F15 до F100.
   Стеновые силикатные ячеистые блоки размером от 100 х 188 х 588 мм до 588 х 100 х 1200 мм применяют для кладки любых стен при отсутствии агрессивных сред и влажности помещений не более 60 %. Требование, учитывающее влажность, связано с возможностью коррозии арматуры. При увеличении влажности до 75 % необходима защита поверхности пароизоляционным покрытием. Прочность блоков – 1…12,5 МПа, средняя плотность – от D350 до D1100.
   Блоки могут применяться для наружных (Н) работ – марка по морозостойкости F50, 35, 25; внутренних работ (В); для выполнения перегородок (П); для выполнения внутренних стен подвалов (СП). В зависимости от точности размеров их укладывают на раствор или специальный клей.
   За счет дополнительного введения шлаковых или пуццолановых добавок на основе воздушной извести изготавливают водостойкие материалы. При совместном помоле для замедления скорости гашения дополнительно вводят двуводный гипс в количестве 3…5% от массы извести.
   Смешанные известково-пуццолановые и известково-шлаковые вяжущие материалы твердеют во влажных условиях и обеспечивают водостойкость готовых изделий, то есть являются гидравлическими. На их основе изготовляют низкомарочные бетоны и растворы. В этом случае необходимо учитывать водостойкость, солестойкость, пониженную морозостойкость, а в случае известково-пуццоланового вяжущего материала следует учесть воздухостойкость полученных материалов. Поэтому его используют в подводном и подземном строительстве.
   Известково-шлаковые вяжущие материалы рациональнее применять при производстве изделий на предприятии по пропарочной технологии, так как именно в этих условиях шлак значительно повышает свою химическую активность и иные свойства.

Магнезиальные вяжущие вещества

   К магнезиальным вяжущим веществам относятся каустический магнезит и каустический доломит. Каустический магнезит получают обжигом при температуре 800 градусов природного магнизита, представляющего карбонат магния. Каустический доломит получают обжигом природного доломита.
   В отличие от других вяжущих веществ магнезиальные затворяют не водой, так как в этих условиях процесс набора прочности проходил бы очень медленно, а растворами хлористого или сернокислого магния. Скорость схватывания и конечная прочность изделий зависят от концентрации применяемых растворов. Чем концентрация выше, тем медленнее схватывает вяжущее, однако тем выше конечная прочность получаемого камня.
   Начало схватывания каустического магнезита наступает не ранее 20 минут, конец – не позднее 6 часов от начала затворения. Эти показатели для каустического доломита соответственно равны 3…10 минут и 8…20 часов.
   В сочетании с древесными отходами магнезиальные вяжущие материалы применяют для устройства теплых бесшовных (ксилолитовых) полов. Эти полы малотеплопроводны, обладают высокой износостойкостью, негорючи. Из смеси вяжущего материала с водой и органическими волокнистыми отходами (костра, стружки и других) путем формования и воздушно-сухого твердения получают фибролитовые и ксилолитовые плиты, которые используют для теплоизоляции строительных конструкций или выполнения внутренних перегородок.
   Жидкое стекло. Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия или калия. Качество этого вяжущего вещества оценивают по плотности, вязкости раствора и модулю стекла (2,6…4,00), который равен отношению числа грамм-молекул кремнезема к одному грамм-молю оксида калия или натрия. С увеличением значения этого модуля повышаются клеящие свойства жидкого стекла и стойкость изделий к кислотам.
   Жидкое стекло получают путем сплавления смеси кварцевого песка с карбонатом натрия (калия) или сульфатом натрия (калия) при 1300 градусах, охлаждения расплава и его растворение паром под давлением 0,6…0,8 МПа в автоклаве. Растворимое стекло затвердевает только на воздухе. Процесс твердения заключается в испарении воды, повышении концентрации свободного коллоидного кремнезема, его последующей коагуляции и уплотнения.
   Процесс твердения растворимого стекла ускоряет добавка кремнефтористого натрия, так как в результате реакции получается дополнительное количество кристаллических и клеящих гелеобразных продуктов. Используют жидкое стекло в качестве основы для производства силикатных красок и кислотостойких мастик, а также для укрепления, уплотнения слабых грунтов на строительных площадках. Вначале под давлением в грунт закачивают раствор хлористого кальция определенной концентрации, затем жидкое стекло. В результате реакции этих веществ образуются плохо растворимые соединения, повышающие механическую прочность грунта.
   Кислотостойкий цемент. На основе жидкого стекла получают многокомпонентный кислотостойкий цемент, который состоит из тонкоизмельченной смеси кислотостойкого наполнителя (кварцевого песка или другой горной породы) и кремнефтористого натрия, затворяемой водным раствором растворимого стекла плотностью не менее 1340 кг/м куб. Начало схватывания цемента наступает не ранее 20 минут, конец – 8 часов. Основным достоинством этого вяжущего вещества является его высокая кислотостойкость (за исключением фтористоводородной кислоты и кремнефтористоводородной). С повышением концентрации кислоты стойкость повышается.
   В случае затворения жидким стеклом тонкомолотого металлургического шлака получают воздушное шлакосиликатное вяжущее вещество. Это вещество имеет следующие свойства: начало схватывания – 40…60 минут, конец 70…120 минут, прочность на сжатие – 15 МПа. Вяжущее вещество используют для производства бетонов, растворов, арболита (в сочетании с древесными отходами), эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях.
   Кислотостойкие бетоны получают при использовании кислотостойких заполнителей и стеклопластиковой аппаратуры в сочетании с кислотостойким цементом. Этот вид вяжущего материала используется также при производстве жаростойких бетонных конструкций, эксплуатируемых при температуре до 1000 0С, а также огнезащитных обмазок.

Гидравлические вяжущие строительные материалы

   Гидравлические вяжущие материалы твердеют и набирают прочность на воздухе и в воде.
   К гидравлическим вяжущим материалам относятся:
   – гидравлическая известь;
   – романцемент;
   – портландцементы;
   – специальные виды цемента.
   Гидравлические вяжущие материалы представляют собой тонкомолотые порошки, состоящие в основном из силикатов, алюминатов и феритов кальция, взаимодействующих с водой, с образованием прочного водостойкого искусственного камня. Способность гидравлических вяжущих веществ образовывать в результате реакции с водой прочный камень оценивают по показателю активности, равному прочности (кгс/см кв.) образцов состава цемент : песок = 1 : 3, твердевших 28 суток при температуре 18…20 градусов и влажности 95…98%. По этому показателю вяжущему при условии, что оно удовлетворяет комплексу других, предусмотренных ГОСТом требований (тонкости помола, срокам схватывания, равномерности изменения объема), присваивают марку 200, 300, 400 и т.д.
   Гидравлическая известь и романцемент. Гидравлическая известь занимает промежуточное положение между воздушными и гидравлическими вяжущими веществами и представляет собой тонкомолотый продукт обжига при температуре 900…1000 градусов мергелистых известняков, содержащих до 20 % глинистых примесей.
   Гидравлическая известь является медленносхватывающим вяжущим веществом. В зависимости от содержания свободного оксида кальция сроки схватывания колеблются в пределах: начало – 0,5…2 часа и конец – 8…16 часов. Равномерность изменения объема при твердении зависит от наличия грубоизмельченных зерен свободного оксида кальция. Активность сильногидравлической извести составляет 5 МПа, слабогидравлической – не менее 1,7 МПа.
   Гидравлическую смесь используют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, эксплуатируемых как в сухих, так во влажных условиях, а также для получения низкомарочных легких и тяжелых бетонов. При производстве романцемента для повышения гидравлических свойств и исключения из состава свободного оксида кальция в качестве сырья используют известково-глинистые породы – мергели с содержанием глинистых примесей не менее 25 %. В этом случае образующийся при 1000 0С в результате разложения известняка свободный оксид кальция полностью связывается в минералах, обеспечивающих только гидравлическое твердение полученного минерального вяжущего вещества.
   Для обеспечения заданных сроков схватывания (начало – не ранее 20 минут, конец – не позднее 24 часов) при помоле спекшегося продукта вводят двуводный гипс в количестве 3…5 %. Через 28 суток твердения во влажных условиях прочность романцемента достигает от 2,5 МПа до 15 МПа.
   Полученные на романцементе строительные растворы и бетоны отличаются от полученных на гидравлической извести более высокой стойкостью при эксплуатации во влажных условиях и при попеременном увлажнении и высушивании. Используют романцемент для изготовления бетонов низких марок и растворов, используемых при возведении наземных и подземных частей зданий, а также в производстве стеновых камней и мелких блоков, особенно методом пропаривания.
   Портландцементы. Портландцементом называют одно из самых распространенных гидравлических вяжущих веществ, представляющее порошкообразный материал зеленовато-серого цвета, полученный в результате совместного помола клинкера (добавки) – продукта спекания смеси известняка и глины при температуре 1400…1500 градусов, гипса и минеральных добавок.
   При производстве портландцемента в качестве сырья используют чистые известняки и глину в соотношении 3 : 1, а также мергели с корректировкой состава до заданного.
   Технология производства портландцемента состоит из следующих этапов:
   – добычи известняка, глины или мергеля;
   – измельчения сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава;
   – обжига подготовленной массы при температуре 1400…1500 градусов до спекания с получением клинкера;
   – охлаждения и помола клинкера (добавки) с гипсом (3…5 %) и минеральными добавками.
   При дополнительном вводе в сырьевую смесь хлорсодержащих добавок, например, хлорида кальция, температуру спекания можно снизить до 1000 …1100 градусов, получив тем самым энергосберегающую низкотемпературную технологию.
   Полученный алинитовый цемент обладает теми же свойствами, что и портландцемент. Однако повышенное содержание хлор-ионов в его составе вызывает опасность коррозии арматуры в железобетонных конструкциях и изделиях. Обеспечить их химическую стойкость можно за счет защиты арматуры красочными составами, введением в бетонную смесь специальных добавок – ингибиторов коррозии стали – или применением стеклопластиковой арматуры.
   Существует два способа подготовки сырьевой смеси: мокрый и сухой.
   При мокром способе помол и перемешивание сырья производят в воде до получения однородного шлама, содержащего до 45 воды.
   При сухом способе подготовки сырьевой смеси исходные материалы измельчают, подсушивают и смешивают в сухом состоянии. Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны.
   В водной среде облегчается измельчение и перемешивание материалов. При их совместном помоле быстро достигается высокая степень однородности смеси, состав которой легко корректируется, снижается запыленность. Однако расход топлива на обжиг при мокром способе в 1,5 –2 раза выше, чем при сухом. Кроме того, значительно увеличиваются размеры вращающихся горизонтальных печей для обжига, так как на начальной стадии процесса они в значительной мере выполняют функции испарителей воды.
   Чтобы снизить энергоемкость производства по мокрому способу, а значит, и его себестоимость, в которой энергозатраты составляют от 50 до 75 %, уменьшают влажность шлама на 10…15 % путем введения специальных пластифицирующих добавок. Другой способ состоит в замене части топлива высококалорийными отходами изношенных автомобильных покрышек, что позволяет частично решить экологические и экономические вопросы. Их применение экономит энергоресурсы и дает возможность снизить температуру обжига на 100 градусов без ухудшения свойств клинкера.
   Сухой способ, как правило, применяют в случае, если влажность сырья не более 15 %. Несмотря на сложность перемешивания сухих порошкообразных материалов до заданной однородности и сложности пылеулавливающего оборудования, этот способ является более прогрессивным.
   Кроме этого, разрабатываются новые технологии для получения клинкера. Это, в частности, радиационная обработка сырья в микроволновой печи, обжиг в кипящем слое. Перспективным является способ получения клинкера методом плавления, которое проводят с использованием как конверторов, так и плазменных печей. В настоящее время при производстве огнеупоров, кварцевого стекла и т.д. успешно эксплуатируются электродуговые и электроплазменные печи. Их КПД – от 50 до 70 %.
   Качество клинкера оценивают соотношением кристаллической и аморфной (стекловидной) составляющей клинкера, зависящем от скорости охлаждения спекшегося продукта и степени его последующего измельчения. Последний процесс вследствие высокой прочности клинкера требует больших энергозатрат расходуемой энергии, доходящих до 20 %. Снизить затраты можно за счет создания напряженно действующей дефектной структуры путем грануляции расплава на выходе из печи в паровоздушной среде либо введения в мельницы органических добавок – малонафта, СДБ в количестве 0,02…5 %, облегчающих помол.
   Снизить энергозатраты можно также путем вторичного использования тепла печных газов и выделяющегося при охлаждении клинкера, а также применения безотходной, комплексной переработки сырья.
   Обжиг подготовленного сырья до спекания сопровождается сложными физическими процессами (испарение свободной и кристаллизационной воды) и химическими процессами (разложение минералов на оксиды, образование новых соединений), в результате которых из исходных компонентов получается спекшийся материал – клинкер, состоящий из нескольких компонентов: трехкальциевого силиката – алита (45…60 %); двухкальциевого силиката – белита (10…30 %); трехкальциевого алюмиата – целита (5…12 %); четырехкальциевого алюмоферрита – 10…20 %; стекловидной застывшей массы.
   После обжига полученный кликер направляют в специальные холодильники для быстрого охлаждения материала, так как скорость охлаждения влияет на количество застывшей стеклофазы, которая обеспечивает повышенную химическую активность, тепловыделение при реакции с водой и сульфатостойкость портландцемента.
   Охлажденный клинкер, двуводный гипс или гипсосодержащие отходы – фосфогипс, борогипс, фторогипс в количестве 3…5 % для регулирования схватывания цемента, и в ряде случаев минеральные добавки – шлак и золы, природные осадочные и вулканические породы – поступают в шаровые мельницы, измельчение в которых происходит за счет истирающего и ударного воздействия мелящих тел в виде стальных шаров и цилиндров разного размера.
   С увеличением степени размола клинкера повышается активность получаемого цемента, однако в этом случае существенно увеличивается расход электроэнергии. Оптимальный размер цементных зерен равен 5…40 мкм. Обязательными определяемыми значениями для общестроительных цементов являются также активность цемента, сроки схватывания цементного теста нормальной густоты (начало – не ранее 45 минут, конец – не позднее 10 часов), равномерность изменения объема и дозировки гипса.
   На основании полученных результатов цементу присваивают марку (300, 400, 500, 550, 600). Марка численно равна активности – среднеарифметическому значению предела прочности на сжатие (кгс/cм кв.) с учетом прочности на изгиб образцов-балочек размером 40 х 40 х 160 мм, состава по массе цемент : песок = 1 : 3 с подобранным количеством воды, твердевших 28 суток во влажных естественных условиях.
   Классы цемента по гарантированной прочности на сжатие: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5 МПа. Насыпная плотность цемента составляет 1300 кг/м куб., истинная плотность составляет 3100…3200 кг/м куб.
   Качество цементов оценивают по следующим основным и рекомендуемым показателям.
   К основным показателям относятся:
   – химический вещественный и минералогический состав;
   – предел прочности на сжатие и изгиб;
   – равномерность изменения объема в процессе гидратации;
   – удельная эффективная активность естественных радионуклидов;
   – активность цемента при пропаривании (для портландцементов с добавками);
   Нормальная густота цементного теста. Нормальная густота цементного теста представляет собой водоцементное соотношение в процентах, при котором достигается заданная пластичность цементного теста.
   Рекомендуемые показатели:
   – сроки схватывания;
   – тонкость помола;
   – коррозионная стойкость;
   – огнеупорность;
   – гидрофобность и др.
   Чтобы при производстве сборного железобетона рационально использовать цемент, следует определить прочность (активность после термовлажностной обработки (ТВО) в специальных пропарочных камерах по заданному режиму. На основании полученных данных делают вывод о степени эффективности использования цемента на строительных предприятиях при получении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций или в монолитном строительстве на строительной площадке.
   В случае смешивания портландцемента с водой составляющие его минералы гидратируют с образованием новых кристаллических соединений, обусловливающих твердение цементного теста и прочность искусственного камня. Состав новообразований зависит от минералогического состава цемента, влажности и температуры окружающей среды.
   Зная минералогический состав цемента, можно сделать предварительные выводы по его применению. Так, цементы с повышенным содержанием C3S и C3A будут обладать высоким тепловыделением и скоростью набора прочности. Эти цементы рациональнее использовать при низких температурах бетонирования или при производстве сборного железобетона, уменьшив температуру и продолжительность термообработки.
   Из-за высокого тепловыделения эти цементы нельзя использовать при бетонировании массивных фундаментов и гидротехнических сооружений, так как резкий перепад температуры внутри твердеющего бетона и на поверхности конструкции вызовет деформации, приводящие к появлению трещин. Эти цементы нельзя применять и при наличии сульфатосодержащих агрессивных сред. Так называемые белитовые цементы медленно твердеют, более коррозионностойки. Их лучше применять при летнем монолитном строительстве, при опасности коррозионного воздействия.
   При гидратации вода частично переходит в химически связанное состояние, а также испаряется из смеси. В процессе твердения происходит усадка цементного камня. Усадка сопровождается появлением микротрещин на его поверхности и появлением пористой структуры. Чем больше водоцементное отношение (В/Ц), тем пористость будет больше, а прочность меньше. Кроме открытых капиллярных пор, образованных за счет не участвующей в реакциях воды, в цементном камне имеются замкнутые поры, заполненные воздухом, который попадает в цементное тесто при приготовлении и перемешивании. Структура оказывает влияние на водопроницаемость, воздухостойкость, морозостойкость и иные свойства цементного камня.
   В случае, если циклы высыхания и увлажнения, сопровождающиеся усадкой и набуханием цементного камня, повторяются, то это приводит к накоплению остаточных деформаций, появлению трещин и, как следствие, снижению прочности. Чтобы исключить эти процессы, необходимо снизить В/Ц и обеспечить заданный температурно-влажностный режим твердения.
   Одним из важнейших эксплуатационных свойств цементного камня является его морозостойкость. Разрушающее действие воды, переходящей в лед, зависит в первую очередь от ее количества. Поэтому за счет снижения В/Ц и повышения количества резервных замкнутых воздухонаполненных пор, не доступных для проникновения воды, возможно регулирование этого свойства в широких пределах.
   Недостатком цементного камня является ползучесть, которая проявляется в увеличении деформаций под влиянием длительно действующих постоянных по величине нагрузок. Снизить ползучесть можно за счет введения жесткого недеформируемого заполнителя и снижения расхода цемента.
   Цементный камень в бетоне должен обеспечить не только монолитность и прочность, но долговечность службы в конструкциях при разных условиях эксплуатации. Это особенно важно при возведении фундаментов, так как подъем минерализированных грунтовых вод в большинстве районов высок. Действие агрессивных сред усиливается, если конструкции находятся под нагрузкой.
   По механизму действия и характеру разрушения существуют несколько видов коррозии цементного камня:
   – выщелачивание;
   – кислотная коррозия;
   – солевая коррозия.
   В случае выщелачивания разрушение происходит в результате растворения и вымывания гидроксида кальция из цементного камня при фильтрации воды под давлением. Степень разрушения зависит от объема открытых капиллярных пор и количественного содержания в них раствора свободного гидроксида кальция определенной концентрации. Следовательно, повысив плотность цементного камня, можно существенно увеличить стойкость изделий на основе портландцемента к этому виду разрушений.
   Кислотную коррозию можно наблюдать при действии на цементный камень кислот и солей с кислой реакцией. Кислоты вступают в реакцию с кристаллическими продуктами гидратации цемента, образуя легко растворимые соединения, не обладающие прочностью. Эти агрессивные среды вызывают самые сильные разрушения. Их интенсивность зависит от концентрации раствора, его температуры и скорости движения потока по отношению к разрушаемой поверхности. Так как действие растворов связано с химической реакцией между цементным камнем и агрессивной средой, то наиболее надежным способом защиты является изменение состава самого цемента, то есть применение специального цементокислостойкого вяжущего материала.
   Следующим видом коррозии цементного камня является солевая коррозия. Она происходит при действии на цементный камень солей. Накапливание в порах кристаллов солей, при наличии испаряющей поверхности и отсутствии взаимодействия с цементным камнем (хлорид и карбонат натрия), или кристаллических продуктов реакции цементного камня с сульфатсодержащими средами вызывает начальное уплотнение и упрочение структуры. В дальнейшем при заполнении порового пространства этот процесс сопровождается ростом остаточных деформаций, приводящих к разрушению материала.
   Повысить стойкость цементного камня можно путем увеличения его плотности, а также путем подбора специального сульфатостойкого состава портландцемента.
   Находящиеся в атмосфере газообразные продукты представляют собой кислые оксиды, которые проявляют свою активность только при повышенной влажности воздуха, растворяясь в тончайшей пленке воды, покрывающей поверхность материалов. Они образуют концентрированные растворы кислот, разрушающих цементный камень, как это отмечено в случае солевой коррозии. Цементный камень разрушается достаточно интенсивно под действием кислот, меньшие разрушения приносят воздействия сырой нефти, небольшие разрушения приносят продукты перегонки нефти – бензин, масла и др.
   Огнестойкость и огнеупорность цементного камня. Огнестойкость и огнеупорность цементного камня можно отнести к понятию долговечности. Цементный камень относится к несгораемым материалам, он не плавится при температуре 1100 0С. Однако заметное температурное воздействие, сопровождаемое снижением прочности, начинает проявляться уже при 150…200 градусах и резко возрастает при 500…700 градусах. В связи с этим обычный портландцемент не рекомендуется применять при температурах выше 250…300 градусах, так как при длительном нахождении в условиях этих температур падение прочности составляет более 10 %.
   Повысить огнеупорность можно путем изменения состава цемента или введением термостойких минеральных добавок.
   Портландцементы. Изготавливают следующие разновидности портландцемента, в которых применяют различные активные минеральные добавки, придающие цементному камню определенные свойства:
   – рядовой портландцемент,
   – шлакопортландцемент,
   – пуццолановый портландцемент.
   Эти цементы получают путем тонкого измельчения портландцементного клинкера, состоящего из высокоосновных силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция, гипса и гидравлических минеральных добавок.
   Гидравлические минеральные добавки представляют собой тонкоизмельченные природные или искусственные материалы, участвующие в реакциях гидратации портландцемента с образованием продуктов, придающих цементному камню определенные свойства.
   К природным добавкам относятся такие осадочные породы, как опока, диатомит, трепел, содержащие от 70 до 90 % кремнезема, а также вулканические пеплы, туфы и пемзы, состоящие из 90 % кремнезема и глинозема. Эти добавки называются пуццолановыми.
   Основной объем искусственных минеральных добавок составляют топливные шлаки, образующиеся при сгорании твердых видов топлива, доменные металлургические и электротермофосфорные шлаки, представляющие собой слабо закристаллизованные стекловидные отходы.
   Шлаки обладают значительно большей химической активностью, особенно при повышенных температурах, благодаря присутствию в них кремнезема, глинозема и свободного оксида кальция. Чем выше содержание этих соединений, тем большей гидравлической активностью обладает шлак.
   Рядовой портландцемент. Рядовой портландцемент с активными минеральными добавками (ПЦ) получают при введении гидравлических добавок в количестве 5…20 %. Добавки снижают стоимость цемента, повышают его водостойкость. Этот вид цемента имеет марки 400, 500, 550, 600 и является самым распространенным при изготовлении сборных железобетонных изделий и конструкций, монолитных сооружений, а также при штукатурных и кладочных работах.
   Пуццолановый портландцемент. Пуццолановый портландцемент (ППЦ) получают при увеличении пуццолановых добавок вулканического происхождения – пепла или туфа или топливных зол с 25 % до 40 % и добавок осадочного происхождения – диатомита, трепела, опоки – с 20 % до 30.
   Положительными свойствами пуццоланового портландцемента являются повышенная водостойкость при фильтрации воды (первый вид коррозии) и солестойкость при действии сульфатсодержащих агрессивных сред. Основные марки этого вида цемента 300 и 400.
   Анализ свойств гидравлического вяжущего вещества показывает, что рациональной областью его применения является подводное и подземное бетонирование с относительно постоянным температурно-влажностным режимом эксплуатации.
   Шлакопортландцемент. Шлакопортландцемент представляет собой вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Его получают при введении при помоле клинкера гранулированного доменного шлака в количестве свыше 20 %. Этот цемент, как и пуццолановый, обладает повышенной водостойкостью, сульфатостойкостью, пониженной интенсивностью твердения в первые сутки, уменьшенным тепловыделением. Вследствие повышенной химической активности шлака при увеличении температуры шлакопортландцемент предпочтительнее применять в производстве сборного железобетона. Высокая термостойкость шлака позволяет использовать этот вид минерального вяжущего вещества при производстве жаростойких бетонов, эксплуатируемых при температуре до 700 градусов. Шлакопортландцемент выпускают следующих марок: 300, 400, 500. Его плотность и объемная масса несколько ниже, чем у портландцемента. Шлакопортландцемент схватывается медленнее портландцемента. Схватывание должно начинаться не раньше чем через 45 минут и заканчиваться примерно через 12 часов после затворения цемента водой. Обычно схватывание шлакопортландцемента начинается через три-четыре часа. Это позволяет приготовлять растворы и бетонные смеси централизованно и доставлять транспортом на строительные объекты, не опасаясь схватывания цемента до укладки.
   Областью его применения являются бетонные и железобетонные сооружения и конструкции, к которым не предъявляют повышенных требований по морозостойкости. Предпочтительнее использовать шлакопортландцемент в подводных зонах гидротехнических сооружений (дамбы, мосты, плотины, молы), а также в сборных бетонных и железобетонных конструкциях и жаростойких бетонах. На нем приготовляют также кладочные и штукатурные растворы. Недостатком его является более быстрая потеря, чем у портланцемента, прочности при хранении.
   Обозначение цемента состоит из наименования вида цемента, его марки и количества вводимой добавки. Например, ПЦ400-Д20 (ГОСТ 10178-85) означает: рядовой портландцемент марки 400, содержащий 20 % гидравлических добавок.
   Кладочный и пластифицированный цементы. При производстве строительных растворов, низкомарочных бетонов, к которым не предъявляют требований по морозостойкости, для экономии дорогостоящего энергоемкого клинкера для строительных растворов используют кладочные (наполненные) цементы. Этот вид гидравлических вяжущих веществ получают совместным помолом клинкера (не менее 20 %), гипса, активных минеральных добавок и наполнителей: кварцевого песка, доломита в количестве до 30 %, известняка. Активность таких цементов в 2 – 3 раза меньше, чем у рядового портландцемента, однако они не дают усадочных деформаций при твердении, что очень важно для оштукатуривания поверхности.
   Основной принцип портландцементов с поверхностно-активными органическими добавками заключается в их адсорбции на поверхности цементных зерен и продуктах гидратации цемента. По эффекту действия и составу добавки подразделяют на гидрофильные, улучшающие смачиваемость водой цементных зерен, и гидрофобные, придающие поверхности цемента свойство водоотталкивания.
   В пластифицированном портландцементе (ПЛ) применение добавок типа СДБ, СПС в количестве 0,15…0,3 % от массы цемента приводит к разъединению цементных частиц, покрытых тонкой водной оболочкой, что обеспечивает повышенную пластичность цементного теста без увеличения расхода воды. Пластифицированный портландцемент используют для повышения пластичности смеси и облегчения формовки изделий или для повышения плотности, прочности и морозостойкости цементного камня.
   Суперпластификаторы. К поверхносто-активным органическим добавкам относятся получившие мировое признание суперпластификаторы. В основном они представляют собой искусственно полученные вещества (С-3), хотя в ряде случаев они могут быть изготовлены путем химической переработки промышленных отходов химических производств. Вследствие вещественной и структурной особенности этих органических соединений пластифицирующий эффект их по отношению к минеральным вяжущим материалам, в частности, цементу, проявляется в значительно большей степени. Путем введения суперпластификаторов в мельницы при помоле клинкера получают вяжущее вещество низкой водопотребности (ВНВ). Такое вяжующее вещество обеспечивает формуемость смеси при сокращении расхода воды до 20 %.
   По вещественному составу ВНВ подразделяют на бездобавочные чистоклинкерные, с вводом при помоле гипса и с минеральными добавками. Ввод в шаровые мельницы суперпластификаторов сокращает время помола смеси в 2 раза, существенно снижая энергозатраты. Полученный цемент обладает повышенной активностью, позволяющей в первые сутки твердения набрать прочность, в три раза превышающую прочность аналогичного цемента без добавок.
   В зависимости от содержания клинкера выпускают ВНВ-100 – чистоклинкерный, ВНВ-50 и ВНВ-30 с 50 и 30 % клинкера соответственно. Применение ВНВ-100 позволяет получать высокопрочные бетоны с прочностью на сжатие 45 МПа и выше.
   Сокращение количества воды затворения при сохранении заданной пластичности цементного теста (бетона) обеспечивает формирование мелкопористой структуры с преобладанием пор размером 0,1…0,01 мкм, в которых вода замерзает при температуре -40…-20 градусов, что создает условия для твердения цемента на морозе.
   ВНВ-50 эффективен при получении сборного высокопрочного железобетона и зимнего бетонирования с температурой наружного воздуха до -10 градусов.
   Гидрофобные добавки. Гидрофобные добавки в количестве 0,1…0,2 % способствует объединению цементных зерен в крупные агрегаты, а образующаяся водоотталкивающая пленка обеспечивает повышенное воздухововлечение при перемешивании смеси. Таким образом, получают гидрофобный портландцемент (ГФ). Применяемые добавки (асидол и мылонафт), которые вводят при помоле клинкера, придают цементу специальные свойства и облегчают процесс помола, снижая энергозатраты.
   Гидрофобный портландцемент сохраняет свою активность при длительных перевозках и хранении, его применение повышает водостойкость и морозостойкость изделий. Чтобы определить этот вид цемента, следует нанести на поверхность каплю воды, которая не должна впитываться в течение пяти минут.
   Обозначение таких цементов дополнительно включает в зависимости от класса добавки буквы ПЛ (пластифицированный) или ГФ (гидрофобный). Например, ПЦ400-Д-15-ПЛ (ГФ) означает: рядовой портландцемент марки 400, содержащий 15 % добавок, пластифицированный (гидрофобный).
   Бездобавочные и быстротвердеющие портландцементы. Если необходимо ускорить набор прочности при строительстве в естественных условиях, особенно при низких положительных температурах, когда процесс взаимодействия цемента с водой резко затормаживается, а также для снижения энергозатрат и ускорения оборачиваемости форм при получении сборных железобетонных изделий, используют бездобавочный (клинкерный) портландцемент и быстротвердеющий (Б) цементы.
   Одним из способов ускорения твердения минеральных вяжущих веществ является увеличение тонкости помола и целенаправленный подбор минералогического состава. Эти способы используют при получении высокоактивных минеральных вяжущих веществ. Рассматриваемые цементы применяют при получении сборных высокопрочных преднапряженных и монолитных тонкостенных железобетонных конструкций.
   Сульфатостойкий портландцемент. Сульфатостойкий портландцемент используют при наличии в грунтовых водах, морской воде, технологических растворах и промышленных стоках большого содержания сульфатов. Так как основными инициаторами сульфатного разрушения цементного камня являются продукты гидратации трехкальциевого силиката (гидроксид кальция) и трехкальциевого алюмината (гидроалюминаты кальция), то за счет снижения содержания этих минералов можно получить сульфатостойкий портландцемент.
   К сульфатостойким цементам относятся также сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками (до 20 % шлака или до 10 % горных пород осадочного происхождения), сульфатостойкий шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент. Эти вяжущие вещества применяют при изготовлении монолитных и сборных изделий и конструкций, условия эксплуатации которых связаны с действием сульфатосодержащих сред (гидротехнические сооружения, фундаменты и т.д.).
   Декоративные портландцементы. Группа цементов, относящаяся к декоративным минеральным вяжущим веществам, включает белые и цветные портландцементы. Так, темно-серый цвет обусловлен наличием в портландцементе соединений железа, марганца и хрома, которые содержатся в исходном сырье, следовательно, чтобы получить белый портландцемент, необходимо предъявить жесткие требования к чистоте используемого сырья – известняку и глине.
   Сырьем для производства белого портландцемента служат светлоокрашенные карбонатные породы – долмит, мел и чистые белые каолиновые глины. При помоле полученного клинкера вводят гипс и активные минеральные добавки осадочного происхождения светлых тонов.
   По вещественному составу цементы подразделяют на белый портландцемент бездобавочный (БПЦ) и с добавками (активными минеральными наполнителями не более 20 %). В зависимости от степени белизны, оцениваемой коэффициентом отражения света в процентах, выпускают цементы первого (80 %), второго (75 %), и третьего (70 %) сорта.
   В условном обозначении белого цемента – портландцемент белый 2-400-Д – цифра 2 означает, что цемент по степени белизны относится ко второму сорту. Чтобы получить цветные цементы, в исходную сырьевую массу или в мельницу при помоле белого клинкера вводят неорганические щелочестойкие и светлостойкие добавки, например, оксид хрома (зеленый цвет), оксиды железа (красный, желтый и коричневый), соединения кобальта (голубой).
   Изготовляют декоративные цементы следующих марок: 400, 500. Они немного медленнее твердеют, имеют меньшую коррозионную стойкость и морозостойкость, а также большую усадку при твердении. Используют декоративные виды портландцементов для отделки стеновых панелей, при изготовлении ступеней и мозаичных бетонных полов, плит, имитирующих горные породы.
   Для гидроизоляционных работ применяют безусадочный цемент, который получают помолом портландцементного клинкера, гипса и добавок, регулирующих объемные деформации.
   Для цементирования холодных и горячих нефтяных и газовых скважин применяют тампонажные портландцементы. В них добавляют минеральные добавки (до 70 %) – шлак, кварцевый песок, известняк для придания замедленного схватывания, солестойкости и повышения плотности.
   Довольно часто в строительстве используют следующие цементы: глиноземный, безусадочный, напрягающий, шлакощелочной, расширяющийся.
   Глиноземный цемент получают путем обжига при температуре 1500…1600 0С до плавления смеси бокситов с высоким содержанием гидроксида алюминия и известняка. Вместо бокситов, являющихся основным сырьем для производства алюминия, могут быть использованы высокоалюминиевые шлаки, полученные при выплавке ферросплавов.
   Глиноземистый клинкер обладает высокой прочностью, поэтому размалывают его в две стадии. Из-за преобладания в тонкомолотом вяжущем веществе высокоактивных алюминатов кальция (80…85 %), он более интенсивно взаимодействует с водой при температуре 20…25 градусов, набирая в первые сутки твердения 90 % марочной прочности, а через трое суток набирает полную прочность марки 400, 500, 600.
   Процесс гидратации сопровождается выделением тепла, поэтому этот вид цемента для избегания растрескиваний изделий нельзя применять при бетонировании в условиях жаркого климата, термовлажностной обработки изделий и возведения массивных монолитных конструкций.
   Глиноземистый цемент обладает высокой морозостойкостью и коррозионной стойкостью (за исключением действия щелочей), что дает возможность применять его при изготовлении конструкций, работающих в сложных условиях, а также для выполнения аварийных работ, тампонирования нефтяных и газовых скважин. Кроме этого, данный вид вяжущего вещества обладает высокой термостойкостью (до 1400 градусов), поэтому на его основе в сочетании с жаростойкими заполнителями получают бетоны, которые можно эксплуатировать при температуре до 1200 градусов.
   Этот цемент из-за низкой щелочестойкости нельзя смешивать с известью и портландцементом. В то же время его смесь с гипсом и гидроалюминием кальция позволяет получить расширяющийся и безусадочный цементы.
   Отрицательным свойством этого гидравлического вяжущего вещества является усадка цементного камня при взаимодействии портландцемента с водой. При этом появляются микротрещины и происходит нарушение целостности поверхностного слоя изделия. Эти недостатки недопустимы при замоноличивании швов (стыков) в крупнопанельном домостроении, в гидротехническом строительстве, при возведении емкостей для хранения жидкостей и газов, при изготовлении напорных труб.
   В связи с этим созданы многокомпонентные вяжущие вещества, обеспечивающие при твердении в воде и воздушно-влажностных условиях увеличение объема, а при ограничении их расширения – уплотнение и самонапряжение цементного камня. К таким вяжущим веществам относятся безусадочный, расширяющийся и напрягающий цементы. Расширение зависит от состава вяжущего вещества и физико-химических свойств продуктов его гидратации.
   Безусадочный цемент. Получают безусадочный цемент путем совместного помола или тщательного сшивания, например, глиноземного цемента, полуводного гипса и гидроалюминатов кальция. Начало схватывания цементов 1…2 минуты, конец – 5…10 минут. В течение трех суток цементный камень достигает 65…80 % марочной прочности.
   Применяют этот цемент в случаях, когда необходимо исключить усадочные деформации – омоноличивание стыков.
   Расширяющиеся цементы. Расширяющиеся цементы имеют большое разнообразие составов, обеспечивающих в процессе твердения объемное и линейное расширение цементного камня. В основном используют следующие вяжущие вещества:
   – портландцементный клинкер,
   – высокоглиноземистый доменный шлак,
   – двуводный гипс,
   – глиноземный шлак в сочетании с двуводным гипсом (ГОСТ 11052-74).
   Марки цементов – 400 и 500. Используют главным образом при изготовлении напорных железобетонных труб и емкостей для хранения воды и нефтепродуктов.
   Напрягающие и шлакощелочные цементы. Напрягающие цементы относятся к быстро схватывающимся и быстротвердеющим минеральным вяжущим, состоящим в основном из тонкомолотой смеси портландцементного клинкера, высокоглиноземистого шлака и гипса.
   Через 18…20 часов твердения прочность цементного камня составляет около 200 МПа. Начало схватывания 2…8 минуты, конец – 6…15 минут. Расширение в свободном состоянии составляет 3…4 %, в ограниченном – 0,25…0,75 %. Используют напрягающие цементы при получении преднапряженных железобетонных конструкций без предварительного натяжения арматуры.
   Шлакощелочные цементы представляют собой гидравлические вяжущие вещества, состоящие из тонкомолотого гранулированного шлака и соединений щелочных металлов. Шлакощелочные цементы получают путем совместного измельчения сырья или затворением молотого гранулированного шлака концентрированным щелочным раствором.
   При помоле для получения шлакощелочных цементов вводят до 40 % стеклобоя или до 25 % глинистых материалов в естественном или обожженном состоянии. Этот вид вяжущего вещества характеризуется следующими свойствами: начало схватывания – от 30 минут до 1 часа, конец – 2…5 часов. Активность цемента составляет 400…1000 кгс/cм кв. Режим твердения разнообразен – от естественного при положительной и отрицательных температурах до термовлажной и автоклавной обработки.
   Цементный камень обладает повышенной коррозионной стойкостью, морозостойкостью, способностью во влажной среде увеличивать свою прочность, поэтому шлакосодержащие вяжущие вещества наиболее целесообразно применять в гидротехническом и дорожном строительстве.
   В настоящее время, кроме перечисленных цементов, полученных в основном обжигом откорректированной смеси природных материалов, все больше применяют цементы, в состав которых входят минеральные отходы различных производств, так как эти добавки существенно повышают сульфатостойкость цементов.
   При производстве декоративного цемента рекомендуется вводить феррохромовые шлаки, которые представляют собой отходы ферросплавного производства. Использование алюмосфосфатных цементов позволяет получить коррозионностойкие, жаростойкие бетоны, способные к работе при температуре до 1000 градусов.
   Экономически целесообразно применять цементы на основе нефелинового шлака, который является отходом комплексной переработки при получении оксида алюминия и соды. Этот цемент имеет повышенные показатели по морозостойкости, коррозионной стойкости, а также при влажностной обработке.
   Строительные материалы на основе минеральных вяжущих веществ. На основе минеральных вяжущих веществ получают следующие строительные материалы:
   – красящие составы, используемые для декоративной отделки и защиты внутренней поверхности стен, фасадов зданий;
   – кладочные, отделочные и специальные строительные растворы;
   – тонкостенные асбестоцементные изделия;
   – легкие и тяжелые бетоны различного назначения.

Строительные растворы и растворные смеси

   В строительстве для отделки фасадов зданий и внутренних кирпичных, бетонных, оштукатуренных поверхностей целесообразно применять грунтовочные, шпаклевочные и красящие составы на основе гипса, извести, жидкого стекла, белого и цветного портландцементов. Работа с ними безопасна, не требует применения таких дорогостоящих и вредных для организма человека материалов, как полимерные смолы и органические растворители.
   Грунтовки представляют собой составы, используемые для создания надежного сцепления покрытия с окрашиваемой поверхностью. Шпатлевки представляют собой пастообразные материалы, которые наносят при необходимости выравнивания шероховатых, пористых, волнистых поверхностей перед их окраской. Используют их также для заделки пазов, выбоин, сварных и заклепочных швов.
   В строительных работах и ремонте часто выполняют окончательные отделочные работы внешних и внутренних поверхностей стен и других конструкций, узлов и частей, а также деталей, используя для этого традиционный и новый строительный материал. В современных условиях обычно используют так называемые сухие смеси, из которых изготовляют растворы для строительных и отделочных работ. Их подбирают по назначению, то есть для наружных или внутренних работ, а также по месту расположения стен или покрытий – сухого или мокрого помещения.
   Сухая смесь ГЛИМС-100 применяется при окончательной отделке внешних и внутренних поверхностей стен для сухих или мокрых помещений. Ею отделывают стены и потолки по бетонным, оштукатуренным и гипсокартонным поверхностям во внутренних, в том числе, влажных, помещениях. Материал экологически чист и не имеет запаха. Он хорошо наносится, хорошо прилипает к основе и легко разравнивается, затем также легко шлифуется до совершенно гладкого состояния. У этого материала (замеса раствора) высокая адгезия, прочность, паропроницаемость и совместимость со всеми лакокрасочными материалами старого и нового поколения. Этот материал снижает расход последующей краски, и на его поверхности хорошо клеятся обои. Имеет большой диапазон эксплуатации – от -50 0С до +70 0С.
   Для приготовления раствора сухую смесь засыпают в чистую емкость с водой из расчета 0,43 л воды на 1 кг сухой смеси, то есть 6,5 – 7,0 л на 15 кг смеси и тщательно перемешивают до однородного состояния. Затем раствор выдерживают 10 минут и повторно перемешивают. В рабочем состоянии раствор находится в течение четырех часов после замешивания. Если в течение этого времени раствор в емкости загустеет, его можно оживить путем повторного перемешивания, но без добавления воды, так как он может потерять свои первоначальные свойства.
   Далее для нанесения шпатлевки необходимо подготовить поверхности. Они должны быть чистыми, прочными и сухими, где сам процесс схватывания уже завершен. Если на поверхности имеются стыки и швы соединений листов арголита, фанеры, сухой штукатурки или гипсокартона, то все эти соединения должны быть заранее обработаны, то есть хорошо закреплены.
   На влажные поверхности шпатлевку наносить нельзя. Жировые, битумные и масляные пятна, старые лакокрасочные покрытия необходимо удалить, а чрезмерно впитывающие основания следует прогрунтовать грунтом ГЛИМС-грунт. Крупные выбоины, неровности, трещины заделывают ровнителями ГЛИМС-УР, ГЛИМС-33 или ГЛИМС-2000. Температура основания не должна быть ниже +5 0С.
   На подготовленную поверхность шпатлевку наносят тонким слоем и затем разглаживают. Толщина наносимого за один прием слоя не должна превышать 1,5 мм. Если необходимо нанести более толстый слой, то это следует сделать послойно с промежуточной сушкой каждого слоя не менее четырех часов с последующей зачисткой тонкой шкуркой. Этот покрывочный слой можно довести шлифовкой до зеркального состояния.
   Растворные смеси. Растворные смеси – это шпатлевки, в которых при увеличении доли и размера частиц наполнителя, приобретаются новые свойства и назначение. Составы растворных смесей, в которые входят такие основные компоненты, как минеральное вяжущее вещество, мелкий заполнитель и вода, рассчитывают в зависимости от назначения по специальным формулам с использованием таблиц и графиков.
   Строительным раствором называют пластичную однородную смесь, которая в результате твердения приобретает прочность искусственного камня. Для регулировки свойств в составы вводят минеральные добавки – шлак, золы, опоку, туфы, глину, а также химические добавки – ускорители и замедлители твердения, пластификаторы и др.
   Подбирая состав растворов, необходимо учитывать следующие их технологические особенности:
   – растворные смеси должны обладать медленными сроками схватывания и загустевания, так как скорость их выработки небольшая и на строительные площадки их привозят, как правило, в готовом виде;
   – равномерное распределение растворов по поверхности достигается не за счет приложения механических воздействий, а в результате их высокой пластичности;
   – растворные смеси следует наносить на готовую поверхность относительно тонким слоем (1…2 см);
   – прочность строительных растворов может быть небольшой, так как в процессе эксплуатации они не испытывают высоких нагрузок;
   – чтобы изготовить заданную марку раствора, рационально использовать низкомарочные вяжущие – гипс, известь, наполненный цемент;
   – твердение растворных смесей происходит только в естественных условиях.
   Качество растворной смеси оценивают по следующим показателям:
   – подвижности, определяемой по глубине погружения металлического конуса определенного размера;
   – водоудерживающей способности, обеспечивающей получение однородных смесей;
   – плотности и расслаиваемости.
   Полученный в результате твердения раствор должен обладать прочностью и специальными свойствами, необходимыми для его применения по назначению. Так, при эксплуатации в условиях отрицательных температур он должен обладать морозостойкостью, при воздействии воды под давлением – высокой плотностью и водонепроницаемостью, при воздействии агрессивных сред – коррозионной стойкостью.
   Теплоизоляционный раствор должен иметь низкий коэффициент теплопроводности.
   Акустический раствор должен обеспечивать поглощение звуковых волн.
   Марку растворов по пределу прочности на сжатие определяют на образцах кубах с размером ребра 7,07 см в возрасте 28 суток естественного твердения. При определении марки кладочных растворов с целью приближения условий твердения к реально происходящим образцы изготавливают в формах без дна, устанавливая их на водоотсасывающее основание (кирпич).
   В зависимости от необходимой марки раствора применяют различные виды вяжущих веществ:
   – для марок 4…25 используют местные вяжущие вещества – гипс, известь;
   – для марок 50…75 используют смешанные известково-цементные и известково-шлаковые;
   – для марок 100…300 применяют разновидности портландцемента.
   Для строительных растворов экономически целесообразно применять наполненные цементы, полученные совместным помолом или смешиванием обычного рядового портландцемента с тонкомолотыми добавками-наполнителями, в качестве которых используют песок, известняк, опоку.
   Марку раствора принимают по проекту, подвижность смеси назначают с учетом вида и условий работы. Необходимую прочность сцепления раствора с основанием обеспечивают за счет правильного подбора состава, достаточной шероховатости и чистоты поверхности, смачивания поверхности перед нанесением растворной смеси.
   Растворы по назначению классифицируют на кладочные, отделочные и специального назначения.
   Кладочные растворы. Кладочные растворы применяют для скрепления мелкоштучных изделий при возведении фундаментов, стен, столбов, сводов из кирпича, природного и искусственного камня, а также при изготовлении и монтаже крупноблочных и крупнопанельных элементов.
   Подвижность кладочных растворов принимают в зависимости от назначения и способа укладки. Для заполнения горизонтальных швов при монтаже крупноразмерных стеновых панелей и расшивки швов – 5…7 см; изготовления крупных блоков из кирпича и камней – 9…13 см; для кладки из бутового камня – 4…6 см.
   Для приготовления кладочных растворов используют песок крупностью до 2,5 мм в случае применения камней правильной формы и до 5 мм – при работе с бутовым камнем.
   Вид вяжущего вещества зависит от проектируемой марки раствора, долговечности здания и температурно-влажностных условий эксплуатации. Так, для надземных стеновых конструкций при относительной влажности воздуха помещений до 60 % рекомендуется применять портландцемент, шлакопортландцемент;
   – для фундаментов в малоподвижных грунтах рекомендуется применять пуццоланопортландцемент, шлакопортландцемент;
   – для надземных стеновых конструкций при относительной влажности воздуха помещений более 60 %, как правило, применяют гидрофобный портландцемент, пластифицированный портландцемент;
   – для фундаментов в очень влажных и насыщенных водой грунтах рекомендуется применять пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, романцемент, известково-шлаковые вяжущие материалы;
   – для крупноразмерных блоков и панелей при изготовлении и монтаже рекомендуется применять портландцемент рядовой, шлакопортландцемент, пластифицированный портландцемент;
   – для фундаментов при агрессивных грунтовых водах используют шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент, сульфатостойкий портландцемент.
   Отделочные растворы. Отделочные растворы могут быть обычными штукатурными и декоративными.
   Штукатурные растворы по виду вяжущих материалов могут быть следующих видов:
   – цементные,
   – цементно-известковые,
   – известковые,
   – известково-гипсовые,
   – гипсовые,
   – известково-глиняные,
   – глиняные.
   По назначению – для наружных и внутренних штукатурок. По расположению слоев – подготовительные и отделочные.
   Важным показателем для штукатурных растворов является пластичность раствора, которая должна обеспечивать равномерное распределение раствора тонким слоем по поверхности.
   Для повышения водоудерживающей способности и исключения расслаиваемости высокоподвижных смесей вводят пластифицирующие добавки, которые могут быть как органическими, так и в виде известкового или глиняного теста.
   Вяжущее вещество выбирают в зависимости от условий эксплуатации штукатурного состава.
   Наружное оштукатуривание фасадов и помещений, эксплуатируемых во влажных условиях (свыше 60 %), выполняют растворами на гидравлических вяжущих.
   При оштукатуривании стен в помещениях с воздушно-сухим режимом эксплуатации (менее 60 %) применяют следующие виды штукатурных растворов:
   – для поверхностей внутренних каменных или бетонных стен и перегородок используют известковые;
   – для внутренних поверхностей наружных каменных и бетонных стен – известковые и цементно-известковые;
   – для гипсовых перегородок – известково-гипсовые и гипсовые с добавлением наполнителя;
   – для мест сопряжения конструкций в крупнопанельном и крупноблочном строительстве применяют сухие смеси, затворяемые водой на рабочем месте.
   Чаще всего применяют известковые растворы, которые хорошо сцепляются с кирпичными, шлакобетонными и деревянными поверхностями, хуже – с цементо-бетонными. Поэтому при оштукатуривании бетонной поверхности подготовительный, первый слой выполняют цементным или известково-цементным раствором.
   Так как известковые растворы на гашеной извести медленно схватываются и твердеют, их можно готовить для работы на двое-трое суток. Растворы на негашеной извести и гипсе теряют подвижность через пять-десять минут, поэтому, чтобы схватывание замедлить и облегчить работы с ними, в состав вводят глину, цемент или добавки, которые способствуют замедлению твердения.
   Для надежного сцепления раствора с ремонтируемой бетонной поверхностью используют полимерцементные растворы с предварительной огрунтовкой дефектных мест эмульсией ПВА или добавляют к цементному раствору 5 % водный раствор нитрита натрия.
   Декоративные растворы. Декоративные растворы должны обладать светостойкостью и иметь хорошее сцепление с отделываемой поверхностью. Цветные известково-песчаные растворы состоят из известкового теста, песка с небольшими добавками белого или обычного цемента и пигментов.
   Для отделки фасадной стороны панелей в процессе их формования изготовляют смеси, состоящие из белого цемента и цветной каменной крошки в соотношении от 1 : 1 до 1 : 5, которые имитируют различные горные породы.
   Для внутренней отделки интерьеров чаще всего изготавливают растворы из извести, гипса, гипсополимерцемента, цементно-полимерного вяжущего вещества. Заполнителями для декоративных растворов служат промытые кварцевые пески или каменная крошка, получаемая путем дробления горных пород. Используют также керамическую, стеклянную, угольную, сланцевую, пластмассовую крошку с размером частиц от 2 до 5 мм, которую приклеивают на полимерцементном составе (внешняя отделка) или водоэмульсинной краске при внутренней отделке. Для получения искрящихся поверхностей в состав раствора вводят слюду или дробленое стекло. В качестве красящих добавок применяют щелочестойкие пигменты – охру, сурик железный, оксид хрома, ультрамарин и др.
   Кроме декоративных растворов, для отделки гражданских и жилых помещений часто используют разнообразные красящие отделочные материалы. Ассортимент красок сегодня очень велик, и без особого труда можно подобрать красящий состав, обладающий необходимыми для реализации дизайнерских идей свойствами. Используя свойства данного материала, зная некоторые специальные приемы работы с красками, изучив свойства цвета, можно изменять пропорции помещения, делать его выше или ниже, просторнее или уютнее. Смешивая краски различных тонов и оттенков, можно получать нужный колер и придавать окрашенной поверхности ту или иную фактуру.
   Однако не все краски можно смешивать друг с другом. Например, нельзя смешивать цинковые белила с ртутной киноварью, цинковой желтой, ультрамарином; титановые белила – с лазурью; крон желтый – с ртутной киноварью и бариновой желтой; цинковую желтую – с кобальтом синим, фиолетовым и ультрамарином и т.д. С любыми красками можно смешивать марс желтый, зелень изумрудную, окись хрома, охру, сиену, охру.
   При изготовлении отделочного материала необходимо помнить, что выбирать краску по тому образцу, который прилагается к ее упаковке, или по каталогу нельзя, так как никто не даст гарантии точного совпадения цвета краски в банке и на образце, потому что ее оттенок будет меняться в зависимости от типа основания, освещения, времени года и суток. Перед началом работ необходимо пробную краску нанести на чистые огрунтованные белые поверхности потолка. Следует окрасить участок самого темного угла потолка, который находится рядом с окном, и самого светлого – напротив окна, сравнить как они будут выглядеть при естественном освещении и искусственном. Только после подобных подготовительных работ можно сказать, даст ли краска то покрытие, которое необходимо.
   Для отделочных работ часто применяют строительные лакокрасочные материалы (ЛКМ). Традиционными представителями строительных эмалей являются эмали ПФ-115, ПФ-226. Считается, что масляные и нитроцеллюлозные краски не отвечают требованиям пожарной и экологической безопасности.
   Эмалевые краски представляют собой пигменты, перетертые с различными лаками. После высыхания эмали образуют непрозрачную защитную декоративную пленку с различным блеском и фактурой поверхности. Их можно применять для окраски поверхностей внутри помещений. Чаще всего эмалевые краски белого цвета подбирают для окраски подоконников, оконных рам, так они покрывают поверхности тонкой пленкой, которая легко отмывается от грязи.
   Подразделяются эмали на масляные и алкидные (пенфталиевые и глифталевые), эпоксидные, нитроцеллюлозные и др. Например, алкидные эмали предназначаются для окраски изделий из дерева и металла, стен внутри отапливаемых помещений. Эти краски токсичные, поэтому работать с ними необходимо в хорошо проветриваемом помещении, в респираторе. Кроме этого, они легко воспламеняются, менее долговечны, но хорошо подходят для отделки стен и потолков, поскольку хорошо ложатся и быстро сохнут.
   При окраске эмалевые и масляные краски создают различные по фактуре поверхности. Поверхности могут быть матовые, шершавые, полуматовые, шелковистые, полуглянцевые и глянцевые. Краска, дающая блестящую поверхность, наносится легче, но при этом требуется, чтобы основание под окраску было хорошо подготовленным, поскольку любой его дефект будет хорошо заметен.
   Полуматовые и матовые поверхности наиболее эффективно скрывают неровности. Краски, дающие глянцевую поверхность, лучше всего смотрятся на совершенно гладких стенах и потолках. Благодаря своей отражательной способности они делают комнату светлой.
   Наиболее экологически полноценными и дешевыми лакокрасочными материалами считаются водоразбавляемые эмали на акриловой основе. Так, водно-дисперсионная эмаль типа «Рефлюкс-М» предназначена для окраски наружной и внутренней поверхности зданий и сооружений по кирпичным, бетонным, оштукатуренным, деревянным и другим пористым поверхностям. Новая эмаль «Рефлюкс-М» имеет ряд преимуществ перед органоразбавляемыми эмалями. В отличие от алкидных эмалей, время высыхания которых составляет около 24 часов, «Рефлюкс-М» высыхает за 1 час.
   Эмаль экологически и пожаробезопасна, при необходимости разбавляется водой. Покрытия на основе «Рефлюкс-М» в процессе эксплуатации не желтеют, сохраняют исходный оттенок, эластичность, при старении отсутствует запах. Морозостойкость эмали позволяет в зимнее время хранить ее на холодильных складах при температуре -30 0С, но не более одного месяца.
   Довольно часто для отделки используют водоэмульсионные краски, так как они бывают самых разных цветов, легко приготавливаются и наносятся с помощью валика или пульверизатора. Однако главное преимущество этих красок заключается в том, что их можно применять для работы по старым краскам – масляным, эмалевым, эмульсионным, деревянным, металлическим основаниям, по штукатурке, сухой гипсовой штукатурке, другим пористым основаниям.
   Водоэмульсионные краски обладают хорошей укрывистостью, малым расходом материала, дают прочную несмываемую поверхность с матовым отливом. Различают водоэмульсионные краски на основе поливинилацетата, полиакрилата. Водоэмульсионная поливинилацетатная краска чаще других используется для окраски потолков, так как покрытые ею поверхности можно мыть.
   Декоративные краски на водной основе позволяют создать интерьер в различных стилевых направлениях. Они технологичны, износостойки, экологически чистые, имеют богатую цветовую палитру. Например, «Апалюкс» – моющаяся водоэмульсионная краска для внутренних и наружных работ. Имеет высокий расход, высокую степень белизны, позволяет проводить влажную уборку крашеной поверхности.
   Масляные краски, представляющие собой суспензию пигментов и наполнителей в олифах, чаще всего используют для окраски деревянных поверхностей, а также металла, штукатурки. Масляные краски могут быть готовые к употреблению и густотертые – полуфабрикаты, которые предварительно необходимо разбавить олифой до рабочей густоты.
   Масляные покрытия хорошего качества получаются не за счет увеличения толщины слоя краски. Это, напротив, приводит к образованию дефектов – морщин и потеков, под которыми краска долго не засыхает, а нанесением двух-трех слоев с высыханием предыдущего слоя. Глянцевые и полуматовые масляные краски долговечны, ложатся лучше эмульсионных, поэтому их обычно используют для окраски деревянных и металлических поверхностей, которые подвергаются истиранию или должны выдержать значительный износ, например, для дверей.
   Фосфатные краски можно использовать для окрашивания поверхностей внутри помещения. Они образуют ровный матовый слой, устойчивый к воздействию моющих средств. Наносить фосфатные краски нужно на зашпатлеванную поверхность по грунтовке, представляющей собой эту же краску, но в большей степени разбавленную водой.
   Темпера представляет собой краску, изготовленную из природных пигментов. Она придает мягкие, красивые и теплые тона, меловую белизну дереву и штукатурке. Темпера позволяет получить поверхности различной фактуры. Так, при обработке поверхности мелкой наждачной шкуркой она приобретает глянцевый блеск, при использовании проволочной мочалки на поверхности появляется патина, при натирании мягкой тканью покрытие становится отполированным.
   Наиболее полную информацию о составе, укрывистости и расходе краски размещают на этикетках, поэтому следует знать некоторые сочетания букв и цифр на них. Например, МА означает масляные краски на основе олифы или растительного масла; ГФ означает краски, изготовленные на основе глифталевых смол; ПФ – эмали на пенфталиевых смолах; НЦ – краски на основе нитроцеллюлозы; КО – кремнийорганические краски; МЧ – краски на мочеформальдегидных смолах; БТ – краски на основе битумов и пеков.
   Цифровые обозначения позволяют определить назначение краски:
   1 – краска для наружных работ;
   2 – краска только для внутренних работ;
   0 – грунтовка;
   00 – шпатлевка.
   Надпись «краска масляная МА-15» означает, что масляная краска пригодна для наружных работ и изготовлена на основе комбинированной олифы (об этом свидетельствует цифра 5). Вторая цифра на банках с масляными красками обозначает качество олифы:
   1 – натуральная олифа;
   2 – олифа-оксоль;
   3 – глифталевая;
   4 – пенфталиевая;
   5 – комбинированная.
   Если в составе масляной краски находится только один пигмент, то вместо слова «краска» будет указано название этого пигмента, например, «Белила титановые МА-25» (краска пригодна для внутренних работ и изготовлена на основе комбинированной олифы).
   Довольно часто краска используется для различных декоративных приемов окраски, в работе могут применяться трафареты. Такие декоративные приемы окраски, как тампонирование и создание мраморного эффекта, требуют в работе определенных навыков. В современном декоре и интерьеров все чаще декоративная краска – набрызг – исполняет роль маскировочного средства, позволяющего легко и просто скрыть недостатки благодаря текстуре.
   Большой набор интерьерных и фасадных лакокрасок выпускают финские и канадские предприятия. Они производят акриловые, антикоррозийные, эпоксидные краски, а также грунтовочные материалы, эмали, лаки, пропитки для камня, бетона, дерева. Колеровка предлагается в любых оттенках. Некоторые финские фирмы представляют как общестроительные, так и бытовые краски для любых типов поверхностей зданий и сооружений. Осуществляется современная компьютерная колеровка красок.
   Часто в домостроении применяются металлические конструкции. Краска Хаммерайт предназначена для окрашивания ржавых металлических поверхностей. Она не требует особой грунтовки, ею покрывают все выступающие ржавые металлические конструкции ограждений, стоек и балок, решетки и др. Краска имеет более десяти базовых цветов.
   Краску для крыш Roof Paint можно наносить на любую металлическую поверхность, включая оцинкованную. Достаточно одного слоя. Нанесение грунта не требуется.
   Гидроизоляционные растворы. Гидроизоляционные растворы применяют для оштукатуривания внутренних поверхностей отстойников, хранилищ, тоннелей, а также для устройства водонепроницаемых цементных стяжек в санузлах. Для обеспечения водонепроницаемости в них добавляют растворимое стекло, алюминат натрия, хлорид железа, битумную эмульсию.
   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. С этой же целью используют нагнетаемые растворы, которыми заполняют трещины или специально пробуренные отверстия.

Теплоизоляционные штукатурки

   Теплоизоляционные штукатурки получают из смеси гипсового вяжущего с опилками, пропитанными жидким стеклом, или легкими заполнителями – перлитом, шлаком, керамзитом. Для усиления акустических свойств за счет создания шероховатой поверхности теплоизоляционные штукатурки наносят без затирки и окраски.
   Огнезащитные штукатурки. Огнезащитные штукатурки могут изготавливаться на основе гипса, жидкого стекла, а также в сочетании с огнеупорной глиной, минераловатными гранулами или асбестом.
   Кислотостойкие растворы. Кислотостойкие растворы представляют собой смесь кислотостойкого тонкомолотого кварцевого наполнителя с кремнефтористым натрием и кислотным заполнителем, затворенную жидким натриевым или калиевым стеклом. Эти растворы применяют в качестве кислотостойких штукатурок для антикоррозионного покрытия различных аппаратов и емкостей, а также при облицовке строительных конструкций штучными кислотостойкими материалами. Для повышения водостойкости, плотности и непроницаемости в состав рекомендуется вводить эмульсию парафина, полимерные добавки.
   Рентгенозащитные штукатурки. Рентгенозащитные штукатурки выполняют с использованием в качестве заполнителя баритового песка, содержащего не менее 85 % сернокислого бария. Этот вид штукатурок применяют взамен дефицитной свинцовой изоляции рентгеновских кабинетов.
   Строительные штукатурки различного назначения поступают на стройплощадки в готовом виде с завода или их получают путем затворения водой сухих смесей, поставляемых в специальной таре. Второй способ является более предпочтительным. В настоящее время его применяют очень часто благодаря широкой номенклатуре составов, в которые, кроме основных компонентов, входят добавки широкого спектра действия для придания заданных эксплуатационных и технологических свойств.

Илья Мельников Неорганические вяжущие строительные материалы