Текст книги "Асбестоцементные строительные материалы и изделия"

Легкие бетоны с плотностью менее 2000 кг/м куб. можно получить за счет использования пористых заполнителей (легкий бетон), поризацией межзернового пространства (поризированный бетон) или мелкозернистого бетона в объеме (ячеистый бетон) путем введения газообразующих добавок и пенообразующих добавок, а также путем применения однофракционного крупного заполнителя и ограниченного расхода цемента (крупнопористый бетон). Для использования легкого бетона и определения его вида важны два показателя – предел прочности на сжатие в 28 суток естественного твердения и средняя плотность.

Изготовляемые легкие бетоны могут быть следующих видов:

– конструкционными для изготовления несущих конструкций, например, плит перекрытий;

– конструкционно-теплоизоляционными, используемыми в производстве ограждающих стеновых конструкций, плит покрытий и др.;

– теплоизоляционными, предназначенных для тепловой защиты зданий и сооружений, трубопроводов и технологического оборудования.

В зависимости от применяемого крупного пористого заполнителя легкие бетоны подразделяются на:

– керамзитобетон;

– аглопоритобетон;

– шлакопемзобетон;

– перлитобетон;

– бетон на щебне из пористых горных пород;

– вермикулитобетон.

Чтобы приготовить легкие бетоны с плотной межзерновой структурой, пористость которой не превышает 7 %, используют все виды минеральных вяжущих материалов и пористые заполнители.

Вследствие того, что прочность пористого заполнителя всегда меньше прочности цементного камня, его введение в бетонную смесь приводит к понижению плотности и прочности бетона. Зависимость эта проявляется более сильно при увеличении содержания легкого заполнителя и уменьшения его плотности.

За счет снижения В/Ц, применения более активного цемента и добавок, повышающих прочность цементного камня, можно повысить общую прочность бетона только до какого-то определенного значения, которое зависит от вида заполнителя. Выше этого значения влияние заполнителя становится решающим, и любые последующие технологические приемы неэффективны.

Одним из важнейших свойств легкого бетона является его теплопроводность, по которой рассчитывают толщину ограждающих конструкций. Увеличение содержания легкого заполнителя, уменьшение его плотности приводят к понижению коэффициента теплопроводности бетона, улучшению его теплотехнических свойств.

Из-за высокой пористости легкий заполнитель оказывает большее по сравнению с плотным влияние не только на прочность бетона, но и на свойства бетонной смеси.

Обладая высоким водопоглощением, пористый заполнитель значительно повышает водопотребность бетонной смеси, которая увеличивается при уменьшении плотности. Заполнитель активно участвует в структурообразовании, так как интенсивное поглощение воды в момент приготовления бетонной смеси переходит при последующем дефиците воды в процесс постепенного ее возвращения и участия в гидратации. В результате наблюдаемого влагопереноса ширина контактного слоя и прочность сцепления с цементным камнем у пористого заполнителя выше. Поэтому легкий бетон может обладать высокой водонепроницаемостью и морозостойкостью, что позволяет его применять в гидротехническом строительстве и мостостроении.

Более высокая деформативность заполнителя компенсирует усадку цементного камня при твердении, в результате чего общие усадочные деформации в легком бетоне, несмотря на повышенный расход цемента, не наблюдаются.

Поризированный цементный бетон. Поризировавнный цементный бетон является разновидностью легкого бетона. Получают его путем насыщения газом или воздухом цементного камня или цементно-песчаного раствора, заполняющих пустоты между крупным пористым заполнителем. Для поризации бетонов применяют несколько методов. По одному из них предварительно подготовленную устойчивую пену, полученную в результате механического растворения природного или синтетического пенообразователя в воде, смешивают с цементом и крупным пористым заполнителем, например, керамзитом (керамзитобетон).

При производстве поризированного газобетона газообразователь (алюминиевую пудру, представляющую собой тонкомолотый алюминий) смешивают с цементным пластичным тестом или цементно-песчаным раствором, в которые после тщательного перемешивания вводят крупный пористый заполнитель, например, шлаковую пемзу (шлакогазобетон).

Ячеистую структуру бетона обеспечивает полученный в результате реакции алюминия с гидроксидом кальция газообразный водород, равномерно распределенный по всему объему. Прочность пористых бетонов в зависимости от объема пор (7…25 %) и пористости применяемого заполнителя составляет от 5 до 10 МПа, плотность – от 700 до 1400 кг/м куб.

Опилкобетон. Опилкобетон относится к разновидности легкого бетона. Его используют для монолитного и для блочного возведения зданий до пяти этажей жилого, сельскохозяйственного и гражданского назначения.

Технология приготовления опилкобетонной смеси включает перемешивание опилок хвойных пород, предварительно обработанных специальными составами, которые предотвращают горение, гниение и поглощение воды, с цементом и песком до получения однородной массы.

При изготовлении стеновых блоков используют вибропрессование и сушку. Кроме блоков, из опилкобетона производят конструктивные элементы для изготовления перемычек оконных и дверных проемов. Из этого же материала можно выполнять литые полы первого этажа и плиты перекрытия. Материал обладает огнестойкостью 100 минут, хорошими теплоизоляционными свойствами, позволяющими уменьшить толщину наружных стен до 40 см.

Гипсобетон. Гипсобетон является одним из видов легкого бетона и используется в производстве стеновых камней, блоков и крупноразмерных панелей. Он обладает огнестойкостью, легкостью, хорошими звукоизоляционными и теплоизоляционными свойствами.

Изготавливают гипсобетон на основе строительного высокопрочного гипса или гипсовых смешанных вяжущих материалов, обеспечивающих водостойкость изделий. Это могут быть гипсоцементопуццолановый и гипсоцементошлаковые материалы.

Чтобы снизить среднюю плотность и улучшить акустические свойства, применяют пористые заполнители и пенообразующие добавки. Для повышения прочности на изгиб и уменьшения хрупкости в пластичную массу при ее изготовлении вводят следующие волокнистые компоненты: синтетические волокна, древесные волокна, измельченную макулатуру.

Для получения изделий из гипсобетона применяют виброуплотнения, вибропрокат, прессование. В зависимости от вида применяемого заполнителя и расхода воды средняя плотность составляет от 800 до 1000 кг/м куб. при прочности от 2 до 5 МПа. Из-за высокой пористости изделий стальная арматура должна быть защищена от коррозии лакокрасочными составами на основе полимерных смол или битума.

Крупнопористый бетон. Крупнопористый (беспесчаный) бетон представляет собой бетон с открытыми порами, образующимися из межзерновых пустот крупного заполнителя. Используется в основном для изготовления ограждающих стеновых конструкций.

Изготовляют крупнопористый бетон из таких материалов, как тяжелый гравий и щебень, а также из легких малопрочных пористых заполнителей: керамзита, доменного шлака, известняка-ракушечника, туфа, пемзы и др. При этом вяжущее вещество обволакивает зерна заполнителя тонким слоем, объединяя и склеивая их между собой. При использовании тяжелых заполнителей крупнопористый бетон имеет меньшую среднюю плотность и теплопроводность по сравнению с обычным бетоном. При использовании пористых заполнителей теплозащитные свойства пористого бетона становятся более ощутимыми.

Одной из особенностей крупнопористого бетона является большая морозостойкость цементного камня из-за незначительного количества капилляров (при условии, что поры не насыщены водой), так как с ростом капиллярной пористости цементного камня бетон выдерживает меньше циклов замораживания и оттаивания. Для каждого вида заполнителя характерно оптимальное водоцементное отношение: при В/Ц больше оптимального цементное тесто будет стекать с зерен заполнителя, а при очень низком В/Ц цементное тесто имеет недостаточное сцепление с заполнителем, поэтому трудно добиться хорошего уплотнения.

Беспесчаный бетон не применяют в фундаментах и конструкциях, предполагающих контакты с водой. Для уменьшения водопоглощения и воздухопроницаемости наружные стены должны быть оштукатурены с двух сторон. Для защиты арматуры в беспесчаном бетоне необходимо предусматривать его покрытие слоем цементного камня толщиной 0,3 см.

Крупнопористый бетон изготавливают и другим методом. Сначала готовят цементное тесто в большем по сравнению с расчетным количестве и подвергают его кратковременной обработке на вибросите. В результате этой операции избыток цементного теста отделяется и возвращается для повторного использования. Оставшаяся на сите бетонная смесь используется для получения крупнопористого бетона. При этом количество цементного теста изменяется самопроизвольно в зависимости от изменения свойств заполнителя.

Важно разделять функции конструктивного и теплозащитного слоев. При этом толщину конструктивного слоя можно принять равной примерно 0,3 толщины панели, теплоизоляционного слоя – от 0,5 до 0,3 толщины панели. Предусматривается также и фактурный слой толщиной 2 см. В случае теплотехнической функции слоя несущий слой целесообразно располагать у внутренней поверхности стены, а утеплитель – снаружи. Количество операций при изготовлении слоистой конструкции остается практически неизменным по сравнению с формованием однослойной конструкции. Если в первом варианте надо выполнить укладку плитки, цементно-песчаного раствора, основного слоя керамзитобетона и фактурного слоя, то во втором – укладывают фактурный слой, затем конструктивный, теплоизоляционный и фактурный.

Ячеистый бетон. Ячеистый бетон представляет собой легкий искусственный материал, полученный в результате твердения поризованной смеси, состоящей из гидравлических вяжущих веществ, тонкодисперсного кремнеземистого компонента, воды и газообразующей добавки.

В ячеистых бетонах содержится более 65 % пустот. Образование ячеистой структуры происходит либо за счет специальных газообразующих добавок, либо за счет введения в смесь специально приготовленной пены. По этой классификации ячеистые бетоны разделяются на газобетоны и пенобетоны, при этом физико-механические и эксплуатационные показатели бетонов практически одинаковы.

По способу гидротермальной обработки ячеистые бетоны делятся на две основные группы: бетоны автоклавного и неавтоклавного твердения (воздушное твердение или пропаривание). Качества этих бетонов значительно отличаются друг от друга, потому что автоклавная обработка изменяет их минералогический состав.

Для изготовления изделий из ячеистого бетона применяются следующие материалы:

– вяжущие материалы (портландцемент, известь негашеная кальциевая, шлак доменный гранулированный; зола от сжигания горючего сланца и некоторых видов бурых углей;

– кремнеземистые материалы (кварцевый песок или содержащие кремнезем отходы добывающей и обогатительной промышленности);

– зола от сжигания бурых и каменных углей.

Газообразователями являются алюминиевая пудра или паста, которые применяются с добавкой поверхностно-активных веществ. Кроме того, применяются пластифицирующие добавки, регулирующие процессы газообразования и загустения.

В качестве химических добавок для регулирования процесса структурообразования, нарастания пластической прочности и ускорения твердения ячеистобетонной смеси, а также ее пластификации могут применяться:

– гипс двуводный,

– сода кальцинировання,

– триэтаноламин,

– жидкое стекло,

– сульфанол,

– суперпластификаторы и другие вещества.

Физико-технические свойства ячеистого бетона обусловлены его структурным строением. Основными его свойствами являются:

– плотность;

– прочность;

– морозостойкость;

– огнестойкость;

– звукопоглощение;

– обрабатываемость;

– теплофизические свойства.

Плотность ячеистого бетона, несмотря на кажущуюся массивность из-за мелких воздушных включений, составляет 150 – 900 кг/м куб.

Прочность при сжатии ячеистого бетона выше, чем при растяжении, поэтому при необходимости восприятия растягивающих усилий используют армирование. Ячеистые бетоны относятся к классу хрупких материалов. При сжатии они разрушаются от растягивающих напряжений, возникающих в направлении, перпендикулярном действию сжимающей нагрузки, или от напряжений среза. Прочность при сжатии зависит от плотности и влагосодержания материала. Прочность при растяжении составляет 1/4 – 1/6 прочности при сжатии. Прочность на растяжение при изгибе выше, чем при чистом растяжении. Предельная прочность при срезе составляет примерно 25 – 30 % прочности при сжатии.

Благодаря своей капиллярно-пористой структуре, ячеистый бетон является морозостойким строительным материалом.

Одним из важнейших свойств ячеистого бетона является его огнестойкость. Ячеистый бетон является негорючим строительным материалом. Теплоизоляционные плиты из ячеистого бетона плотностью 250 – 400 кг/м куб. могут использоваться для утепления строительных конструкций и тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре изолируемой поверхности до 40 0С. Ячеистый бетон может успешно использоваться в качестве покрытия для защиты других материалов, например, стальных конструкций, или для повышения огнестойкости кирпичных и бетонных стен.

Ячеистый бетон обладает хорошей звукопоглощающей способностью. Для повышения звукоизоляции в ячеистом бетоне рекомендуется нарезать пазы, оставляя их открытыми или заполняя материалом высокой пористости, например, пенополиуретаном, минеральной ватой, пенополистиролом.

По теплозащитным свойствам ячеистый бетон обладает всеми основными преимуществами, отвечающими современным требованиям к строительным материалам. В настоящее время он является единственным стеновым материалом, который может использоваться без дополнительного утепления.

Изделия из ячеистого бетона используются для кладки стен, при монтаже перемычек, лестничных ступеней, плит перекрытий, плит покрытий, крупноразмерных стеновых блоков, а также для наружной и внутренней штукатурки. Любую часть строительного блока из ячеистого бетона можно без особых усилий отпилить с помощью ножовки или электрической пилы. Чтобы исключить усадку в стеновых и перегородочных панелях и блоках, а также плитах перекрытия и покрытия, эффективно введение в ячеистый бетон дисперсной арматуры и синтетических или природных волокон.

Высокие технические характеристики изделий из ячеистого бетона по сравнению с другими строительными материалами аналогичного функционального назначения, позволяют им стать основным, главным стеновым материалом.

Железобетон. Строительный материал, в котором бетон и стальная арматура монолитно соединены и работают в конструкции как единое целое, называют железобетоном.

По способу изготовления железобетонные конструкции подразделяют на монолитные и сборные.

При бетонировании монолитных конструкций (гидротехнических сооружений, фундаментов, покрытий дорог и др.) бетонную смесь приготавливают в заводских условиях и транспортируют на строительную площадку, где производятся остальные технологические операции.

Сборные железобетонные конструкции получают на специализированных заводах. В зависимости от формы и размеров сборные железобетонные изделия могут быть линейными (колонны, ригели, сваи); плоскостными (плиты перекрытия, панели стен, перегородок); блочными (фундаменты, стены подвалов); пространственными – санитарные кабины, элементы шахт лифтов, колодцев и т.д.

В зависимости от номенклатуры выпускаемых изделий применяют различные технологические линии, где учитывается специфика производимых конструкций. При выборе той или другой линии учитывают вид и марку бетона, размеры и массу изделия, сложность выполнения, вид армирования, насыщенность арматурой и закладными деталями. Наиболее широкое распространение получили поточно-агрегатный, конвейерный и стационарный способы производства железобетонных изделий.

При поточно-агрегатном способе производства предусматривается изготовление изделий в формах, перемещаемых по отдельным технологическим постам с помощью подъемного крана.

В основном этот способ применяют при мелкосерийном производстве сложных по технологии выполнения конструкций длиной до 12 метров, шириной до 3 метров и высотой до 1 метра. Например, плит покрытия, многослойных стеновых панелей.

Конвейерный способ. При конвейерном способе обеспечивается высокая механизация и производительность труда, так как изделия изготавливают методом непрерывного формования.

Технологическая линия при конвейерном способе изготовления железобетонных изделий представляет собой движущуюся металлическую ленту, на которой от одного технологического поста к другому перемещается форма с бетонной смесью. Скорость движения ленты определяется самым длительным процессом – тепловой обработкой – и составляет примерно 25 м/ч. Технологическую линию наиболее рационально применять для изготовления простейших плоских изделий одного вида: панелей перекрытий, покрытий и внутренних перегородок, дорожных и аэродромных плит.

Стационарный способ. Стационарный способ может быть стендовым, кассетным и блочным.

Стендовую технологию целесообразно использовать для изготовления крупноразмерных конструкций, например, ферм, преднапряженных длинноразмерных балок и др. Здесь изделия формуют и оставляют твердеть в стационарных неперемещаемых формах.

Кассетную технологию применяют при изготовлении плит перекрытий, панелей внутренних стен и перегородок. Основным преимуществом этой технологии является значительное сокращение производственных площадей. В качестве стационарных форм используют вертикальные кассеты, состоящие из нескольких заполняемых бетонной смесью отсеков, которые ограничены стальными стенками с расположенными на них навесными вибраторами для равномерного уплотнения бетонной смеси и паровыми рубашками, обеспечивающими прогрев бетонных изделий.

Блочный способ. По блочной технологии производятся сложные объемные элементы. При формовании объемных блоков (санитарно-технических кабин, шахт лифтов) на специальной установке вначале монтируют арматурный каркас, затем закрепляют щиты формы и бетонируют стены и потолок блока. Прогрев изделий осуществляется на месте с помощью нагрева сердечника. Чтобы снять готовое изделие, сердечник опускают вниз.

Преднапряженный бетон. При изготовлении железобетонных конструкций, условия эксплуатации которых связаны с действием больших растягивающих и изгибающих нагрузок, а также для повышения трещиностойкости бетона используют преднапряженную арматуру. В этом случае бетон искусственно обжимается контактирующей с ним предварительно растянутой арматурой и работает на растяжение только тогда, когда растягивающие напряжения превосходят по величине сжимающие. Таким образом, получают преднапряженный бетон.

Существуют два основных способа натяжения арматуры. Первый способ применяют до бетонирования конструкции, второй – после нее.

В первом случае арматуру предварительно растягивают с помощью домкратов или электротермическим методом и концы закрепляют в форме. После укладки, уплотнения бетонной смеси и набора бетоном определенной прочности концы арматуры обрезают. Стремясь вернуться в первоначальное ненапряженное состояние, арматура обжимает контактирующий с ней бетон и переводит его в сжатое состояние.

Во втором случае в конструкциях с напряжением арматуры после бетонирования арматуру располагают в специальных каналах, образованных в бетоне трубамир-пустотообразователями, которые вставляют в форму до бетонирования и извлекают из бетона после достижения им определенной прочности. Затем производят натяжение арматуры, закрепление ее концов и заливку каналов цементно-песчаным раствором. Освобождение арматуры выполняют после набора раствором определенной прочности.

Преднапряженный железобетон, который еще называют самонапряженным бетоном, можно также получать за счет применения напрягающего цемента специально подобранного состава. Сжимающие напряжения в бетоне возникают в результате образования крупнокристаллических продуктов гидратации цемента, приводящих к значительному расширению цементного камня. Так как это расширение происходит в ограниченном формой замкнутом объеме, бетону передаются сжимающие усилия, что повышает трещиностойкость в процессе эксплуатации.

При изготовлении преднапряженных конструкций применяют бетон высоких марок и высокопрочную арматурную сталь в виде отдельных струн или канатов из высокопрочной проволоки. Кроме этого, применяют стержни больших диаметров периодического профиля. Преднапряженные конструкции эффективнее обычных, так как более полное использование несущей способности арматуры и бетона позволяет существенно снизить массу изделий, их материалоемкость, повысить трещиностойкость и долговечность.

С предварительным натяжением арматуры целесообразно изготавливать покрытия зданий, пролетные строения и опоры мостов, защитные оболочки реакторов, железобетонные сваи, трубы, шпалы, опоры ЛЭП, телебашни, плавучие доки и др. В настоящее время из преднапряженного монолитного железобетона возводят промышленные и жилые здания, энергетические комплексы, плотины, мосты, оболочки и корпуса атомных электростанций и др.