Текст книги "Строительные материалы и грунты"

Строительные материалы и грунты

Типы грунтов

Для сооружения погребов и заглубленных хранилищ необходимо знать свойства основных типов грунтов, так как они находятся значительно ниже уровня земли. Если плохие грунтовые условия не устранить в самом начале сооружения погреба, подвала, то через несколько лет могут возникнуть серьезные проблемы. В зависимости от количественного соотношения глины (частиц менее 0,01 мм) и песка (крупнее 0,01 мм) грунты по механическому составу делятся на глинистые, песчаные, суглинистые и супесчаные.

Довольно просто механический состав грунта можно определить следующим способом:

комок слегка влажного грунта в ладонях раскатывают в шнур, а затем стараются его свернуть в кольцо. Если шнур при раскатывании не образуется, то грунт песчаный (песок);

если образуется зачаточный шнур – супесь;

если шнур при раскатывании разламывается – легкий суглинок;

шнур при раскатывании получается сплошным, но имеет трещины – тяжелый суглинок;

если шнур сплошной и кольцо сплошное – глина.

Если частицы легко скользят между пальцами при растирании, значит, в грунте много глины.

Песчаный грунт

Песчаный грунт представляет собой рыхлую несвязную породу с частицами размером 0,05–2 мм, между которыми имеются воздушные полости. Состоит песчаный грунт из зерен минералов, горных пород, содержит пылеватые (размером 0,05–0,005 мм) и глинистые (размером менее 0,005 мм) частицы. Коэффициент фильтрации песчаного грунта более 1 м/сутки. При строительстве погребов, подвалов песчаный грунт используют для устройства оснований, подсыпок под фундамент, фильтров, фильтрующих и провопучинистых засыпок.

Глинистый грунт

Глинистый грунт содержит более 50 % частиц физической глины диаметром менее 0,01 мм. Из-за высокой пластичности глина сильно набухает и слабо пропускает влагу (коэффициент фильтрации менее 0,005 м/сутки), поэтому ее используют для создания глиняных замков и экранов. Глинистый грунт во влажном состоянии липкий, в сухом – твердый. Глинистый грунт обладает свойством впитывать и удерживать воду, увеличиваясь в объеме в два раза и более. Коэффициент фильтрации 0,01 м/сутки.

Суглинок

Суглинок содержит от 10 до 30 % глиняных частиц, причем песчаных частиц в грунте больше, а мылевидных меньше, чем глинистых. В зависимости от соотношения количества песка и глины суглинки подразделяются на легкие и тяжелые. При содержании глинистых частиц от 20 до 30 % суглинок называется тяжелым, от 10 до 20 % – легким. Коэффициент фильтрации легких суглинков 0,05–0,1, тяжелых – 0,01–0,05 м/сутки.

Супесь

Супесь представляет собой грунт, содержащий от 3 до 10 % глинистых частиц. Различают супесь тяжелую с содержанием глинистых частиц от 6 до 10 % и легкую – от 3 до 6 %. Песчаных частиц в супеси больше, чем пылеватых, среди них преобладают зерна диаметром от 0,25 до 2,2 мм. Коэффициент фильтрации 0,1–0,5 м/сутки.

Торф

Торф представляет собой грунт буро-черного цвета, представляющий смесь растительных остатков различной степени разложения в условиях избыточного увлажнения, при недостатке кислорода, с примесью значительного количества минеральных (песок, глина), известковых и железистых веществ. Торф обладает бактерицидными свойствами, большой влагоемкостью и газопоглотительной способностью. Около 95 % объема верхнего торфа занимают поры, определяющие влагоемкость и воздухоемкость.

Торф можно использовать для переслаивания картофеля и корнеплодов (моркови и т. п.) при хранении в закромах, деревянных ящиках и другой таре. Рекомендуется торф для обваловки погребов и буртов. Теплопроводность сухого торфа в 1,7 раза ниже теплопроводности песка и в 1,2 раза – глины. Различают торф с верховных болот, так называемый верховой и низинный – из низинных болот, куда все время поступает вода. Теплопроводимость сухого торфа в 4 раза ниже, чем насыщенного водой.

Устраивая погреб, подвал, необходимо иметь в виду, что погреб или подвал может обогреваться почвенным теплом. Обогрев погреба осуществляется за счет почвенного (глубинного) тепла, накопленного поверхностными слоями земли в летний период во время аккумуляции грунтом солнечной энергии. В среднем летнее тепло стабильно сохраняется, и потери его невелики, поскольку теплопроводность грунта мала. Например, на глубине 3–4 м и ниже температура грунта круглый год составляет от +4 до –10 градусов Цельсия. Зимой из почвы в погреб, подвал поступает тепло, а весной и летом – холод, так как почва в это время холоднее, чем окружающий наружный воздух.

Для того, чтобы правильно заложить фундамент сооружения и обеспечить его надежность, необходимо знать о глубине промерзания грунта в данной местности. Важно отметить, что при большом количестве осадков грунт промерзает меньше, чем в бесснежные зимы. Снег является естественным природным утеплителем, поэтому это его свойство используется как при эксплуатации погребов, так и при защите недостроенных хранилищ от промерзания.

Строительные материалы для сооружения погребов и подвалов

Как правило, погреба и подвалы строят из местных материалов или материалов промышленного изготовления. Независимо от того, какие материалы используют при устройстве погреба, подвала для того, чтобы сооружение выполняло свое назначение и было долговечным, необходимо правильно выбирать материалы для его конструкции, учитывая их назначение и условия их работы, то есть воздействия на них внешней среды (атмосферные осадки, переменные температуры, химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе, живые организмы (бактерии, грибы и др.), вода и водяные пары и т. д.

Как правило, для строительства погребов и подвалов используют конструкционные, теплоизоляционные, гидроизоляционные, герметизирующие, кровельные, отделочные и др. материалы.

Конструкционные материалы воспринимают и передают нагрузки;

теплоизоляционные сводят к минимуму процесс переноса теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечивают необходимый тепловой режим;

гидроизоляционные и кровельные материалы служат для создания водонепроницаемых слоев в кровлях и других конструкциях сооружений, подвергающихся воздействию воды и водяных паров;

герметизирующие материалы служат для заделки стыков, швов, щелей и т. п. с обеспечением герметичности на длительный срок эксплуатации;

отделочные материалы служат для улучшения качества строительных конструкций, а также для защиты материалов этих конструкций от внешних воздействий.

Такие материалы, как цемент, известь, бетон, древесина, нельзя отнести к какой-либо группе материалов, так как их используют в качестве сырья для получения других строительных материалов и изделий. Например, бетон применяют в основном как конструкционный материал, но некоторые виды бетона могут иметь совсем иное назначение: особо легкие бетоны – теплоизоляционные материалы, а бетоны на декоративном заполнителе – отделочный материал.

Для строительства погребов и подвалов в основном используют следующие материалы:

глину;

кирпич;

цементы;

заполнители;

воду для растворов и бетонов;

строительные растворы;

известь;

битумы, дегти;

битумные и дегтевые мастики;

кровельные материалы;

лесоматериалы;

каменные материалы;

гидроизоляционные материалы;

бетон и др.

Глина

Глина является местным материалом. На протяжении многих лет глина наряду с известью была одним из распространенных вяжущих веществ. И по сей день во многих районах с жарким и сухим климатом глина играет заметную роль. Из нее делают своеобразную бетонную смесь с армирующим наполнителем из органических материалов(соломы, прутьев, тростника) и формуют из нее блоки для стен. Стены жилищ покрывают штукатурным раствором на основе глины. Незаменима она в кладочных растворах для печей и для других целей.

Глины являются осадочными горными породами, состоящие в основном из глинистых минералов – рыхлой смеси мельчайших частиц. Глинистые минералы хорошо поглощают и удерживают на своей поверхности влагу. Высохшая глина приобретает значительную прочность, но, если ее вновь увлажнить, она опять размягчается. Для придания водостойкости изделия из глины обжигают при температуре 900…1100 градусов Цельсия, получая керамические изделия.

Чем больше в глине глинистых минералов, тем больше она способна вобрать в себя воды и больше набухает, но труднее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называют жирными или пластичными. В высокопластичной глине содержится до 12 % и более влаги. Эту глину применяют для гидроизоляции. Укладывают ее слоями толщиной 10 см с последующим тщательным уплотнением. Общий слой гидроизоляции из глины может достигать толщины 25 см и более. Глины, содержащие много песчаных частиц, называют тощими или малопластичными. Они, наоборот, имеют небольшую усадку, легко сушатся, но пластичность, водонепроницаемость и прочность у них ниже, чем у жирных.

Пластичные глины высыхают медленно и влага из них удаляется с большим трудом и не всегда полностью, что нежелательно, так как если с такой глиной соприкасается древесина, то быстро заражается древесным грибом. В зависимости от назначения используют глину высокопластичную или приготовляют из нее раствор, добавляя в него нужное количество песка. Стенки погреба, находящегося в земле, для лучшей гидроизоляции, выкладывают на высокопластичной глине. Для применения глин в качестве вяжущих материалов их состав корректируют. В жирные глины вводят отощающие добавки, например песок. В сельском строительстве применяют простую, но эффективную отощающую добавку – сечку соломы. Она облегчает сушку глины, уменьшает плотность материала и, благодаря армирующему свойству, упрочает материал. Этот материал называют саман. Из глины получают кирпич, черепицу, пустотелые керамические камни, облицовочные плитки и др.

Применяют глину и в качестве добавок в цементные штукатурные и кладочные растворы. Глину целесообразно добавлять в низкомарочные растворы. В таких растворах цемент придает раствору прочность и водостойкость, а глина – пластичность.

Кирпич

Кирпич изготовляют из глины средней пластичности. Сырец сушат длительное время, однако влага в нем все равно остается в избытке. Поэтому при обжиге кирпича первые два дня выполняют не обжиг, а выпаривание из него влаги. Кирпич является одним из наиболее распространенных стеновых материалов. Одинарный кирпич выпускают размером 250 × 120 × 65 мм, модульный – 250 × 120 × 88 мм и др. Чтобы уменьшить массу и повысить теплозащитные свойства, в кирпиче при формовке делают отверстия, или пустоты. Модульный кирпич выпускают только с пустотами.

Различают следующие виды строительного кирпича.

Кирпич глиняный обыкновенный применяют для кладки фундаментов, наружных и внутренних стен. Искривление ребер и граней кирпича не должно превышать 3 мм. Отбитости или притупленности ребер и углов допускаются не более двух и размером по длине ребра не более 15 мм. На ложковых (боковых продольных) гранях может быть допущена одна сквозная трещина на всю толщину кирпича протяженностью по ширине кирпича не более 30 мм.

Кирпич глиняный пустотелый пластического прессования.

Число отверстий в нем – 18, 19, 28, 31, 32, 60. Чаще всего используют для кладки наружных стен. По форме и внешнему виду допускаются следующие отклонения:

искривления кирпича по постели (верхняя и нижняя большие грани) до 3 мм и по ложку до 4 мм включительно;

отбитости или притупленности ребер и углов длиной от 10 до 15 мм, не доходящие до пустот не выше двух;

трещины по постели на всю толщину кирпича протяженностью по ширине до первого ряда пустот не более одной на ложковых и тычковых (боковых поперечных) гранях.

Легкий кирпич изготовляют из глин с выгорающими в процессе обжига добавками. Он обладает значительно меньшей объемной массой, чем обыкновенный, и пониженной теплопроводностью. Применяют для кладки наружных стен невысоких сооружений.

Лицевой кирпич изготовляют обычно из светложгущихся глин. Бывает рядовой и профильный. Используется для облицовки.

Цементы

Цементы являются гидравлическими вяжущими веществами и набирают прочность на воздухе и в воде. Портландцементом называют одно из самых распространенных гидравлических вяжущих веществ. Получают портландцемент, обжигая специально приготовленную сырьевую смесь известняка и глины с небольшим количеством различных добавок. Изготовляют следующие разновидности портландцемента: пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, быстро твердеющий, белый, цветной и др. Портландцемент представляет собой тонкий порошок серого цвета.

Цементы изготовляют разных марок, то есть прочности на раздавливание или сжатие: 300, 400, 500, 600. Цементы марок 400 и 500 являются быстротвердеющими. Кроме того, выпускаются шлакопортландцементы марок 300, 400, 500. Шлакопортландцемент схватывается медленнее портландцемента. Обычно схватывание шлакопортландцемента начинается через 3–4 часа, твердеет он обычно в течение 28 суток. На шлакопортландцементе приготовляют кладочные и штукатурные растворы, его используют при возведении бетонных конструкций. При хранении он более быстрее теряет прочность, чем портландцемент. Быстротвердеющий шлакопортландцемент имеет марку 400. Высокие марки цементов применяют для изготовления железобетонных конструкций, а более низкие – для приготовления растворов.

Как правило, начало схватывания цемента должно наступать через 45 минут, а конец схватывания – через 12 часов после затворения водой, то есть получения цементного теста или раствора. Все растворы и бетоны следует приготовлять и применять не позднее 45 минут после приготовления, так как позже резко снижается прочность раствора или бетона. Хранят цементы в специальных металлических емкостях – бункерах. Каждую марку и вид цемента содержат в отдельных бункерах.

Заполнители

В строительные растворы и бетоны, кроме цемента и других вяжущих веществ, входят заполнители. Заполнители уменьшают расход цемента и образуют скелет в затвердевшем растворе и снижают усадку (уменьшение объема при твердении) раствора и бетона. В зависимости от размера зерен, кусков различают мелкие заполнители (пески) с крупностью зерен до 5 мм и крупные (гравий, щебень) размером от 5 до 150 мм.

По происхождению заполнители могут быть природные (песок, гравий, щебень и др.) искусственные, тяжелые и пористые.

Природные пески в зависимости от происхождения и условий залегания делятся на горные (овражные), речные и морские. Места разработки песчаных залежей называют карьерами. Примеси ухудшают строительные качества песка. К наиболее вредным примесям относятся слюда, соединения серы, пылевидные, глинистые и илистые частицы, органические примеси.

Гравий является продуктом разрушения горных пород, состоящий из окатанных кусков. Как и песок, гравий может быть овражный, речной и морской.

Щебень является материалом, полученным в результате искусственного дробления камней из твердых горных пород. Куски щебня имеют остроугольную форму. Для приготовления бетонов гравий и щебень рассеивают по размеру на части (фракции), смешивая в нужной пропорции.

Природные заполнители. К природным пористым заполнителям относятся щебень и песок вулканического происхождения (из пемзы, вулканических шлаков и туфов), осадочного происхождения – из карбонатных (пористые известняки, ракушечник, известковые туфы и др.) и кремнеземистых (опока, трепел, диатомиты и т. д.) пород.

Искусственными пористыми заполнителями являются песок и щебень из отходов промышленности (топливные и отвальные металлургические шлаки) и специально изготовляемые керамзировые (округлые и дробленые) заполнители, а также заполнители из шлаковой пемзы и гранулированного шлака.

Для приготовления растворов и бетонов можно брать водопроводную воду и воду из естественных источников. Вода должна быть нейтральной (не содержать растворенных кислот или щелочей). Особенно опасны соли серной кислоты – сульфаты. Они разрушают цементы.

Непригодны сточные воды, малопригодны стоячие воды из заросших растениями источников – болот или озер.

Строительные растворы

Строительным раствором называется составленная в требуемой пропорции смесь вяжущего вещества (цемент, глина, известь и др.), мелкого заполнителя и воды, а иногда и специальных добавок, превращающихся спустя некоторое время в камневидное тело (до затвердения растворная смесь). В зависимости от вида вяжущего вещества различают воздушные растворы, твердеющие в сухих условиях (например, глиняные, гипсовые), и гидравлические растворы, твердеющие в воде или во влажных условиях (цементные). Растворы, приготовленные на одном вяжущем веществе, называются простыми, а нескольких вяжущих веществах (чаще всего на двух) – смешанными.

В зависимости от объемной массы в сухом состоянии растворы делятся на тяжелые и легкие. Тяжелые растворы приготовляют на тяжелых заполнителях, объемная масса которых 1200 кг/куб. м и более. В легких растворах применяют легкие заполнители, объемная масса таких раствором не более 1200 кг/куб. м. Область применения растворов обычно определяется их свойствами, к которым, помимо объемной массы, относятся прочность, подвижность и водоудерживающая способность растворной смеси.

Прочность раствора характеризует его марка. Для растворов установлено несколько марок: 4, 10, 25, 100, 150, 200 и 300. Необходимая прочность раствора обеспечивается необходимым количеством определенного вяжущего вещества, а также подбором состава заполнителя. Самым прочным раствором является цементный.

Чтобы с растворной смесью было удобно и легко работать, она должна обладать пластичностью, которая характеризуется подвижностью. Пластичные растворы удобно наносить, так как они хорошо прилипают к поверхности.

Подвижность растворной смеси зависит от состава раствора, то есть от соотношения между вяжущим и заполнителем, их вида, а также количества воды. Количество воды определяется водовяжущим отношением – числом, показывающим, сколько весовых частей воды в растворе должно приходиться на одну весовую часть вяжущего вещества. По степени пластичности (жирности) различают растворы тощие (малопластичные), средние и жирные. В тощем растворе больше заполнителя-песка. Он не отличается прочностью. Через него легко проникает вода. Средний раствор содержит необходимое количество заполнителя, он более удобен в работе, однако через него также проникает вода. Жирные (пластичные) растворы прочны, имеют в своем составе больше вяжущего материала, но, высыхая, трескаются. Такие растворы мало или почти совсем не пропускают воду.

Простым способом определения пластичности известкового или глиняного раствора является применение лопаты или иного инструмента, которым его перемешивают. Если раствор не прилипает к инструменту, а только пачкает его, значит он малопластичен (тощий); если прилипает тонким слоем с отдельными сгустками – средний, нормальный; если раствора налипает много – жирный, пластичный.

Составы простых растворов обозначают отношением двух чисел. Обычно первое число – единица, выражающая одну массовую (объемную) часть вяжущего вещества. Второе число показывает, сколько массовых (объемных) частей заполнителя приходится на одну часть вяжущего вещества. Например, известковый раствор состава 1: 3 означает, что в нем на 1 часть извести должно приходиться 3 части заполнителя.

Для смешанных растворов соотношение состоит из трех чисел, из которых первое – единица выражает 1 часть основного вяжущего материала, третье – количество частей заполнителя, приходящееся на 1 часть основного вяжущего материала, а второе число показывает, какое количество дополнительного вяжущего нужно взять на 1 часть основного вяжущего материала.

В зависимости от назначения различают кладочные, отделочные и специальные строительные растворы.

Кладочные растворы используют при каменной кладке, монтаже стеновых блоков, изготовлении различных элементов. Заполнителем в кладочных растворах обычно служит песок с крупностью зерен не более 2,5 мм (для бутовой кладки до 5 мм). В качестве вяжущего материала применяют портландцемент и шлакопортландцемент. Для строительства небольших сооружений применяют известь и известковые вяжущие материалы. Как правило, используют смешанные растворы с добавкой извести, глины.

Для производства кладочных и монтажных работ зимой в растворные смеси добавляют специальные противоморозные добавки, понижающие температуру замерзания смеси. К таким добавкам относятся поваренная соль, хлористый кальций, поташ, нитрит натрия, аммиачная вода.

Отделочные растворы делятся на штукатурные, для плиточных и мозаичных работ. Для обычных внутренних и внешних штукатурных работ чаще всего применяют смешанные растворы (цементно-известковые, цементно-глинистые, известково-гипсовые). Известковыми растворами с добавкой гипса оштукатуривают деревянные поверхности, эксплуатируемые в сухих условиях. Все растворы с известью или глиной используют для кладки надземных стен и фундаментов в сухих грунтах. Если грунты маловлажные, то на 1 куб. м песка берут около 75 кг цемента для цементно-известковых растворов и 100 кг цемента для цементно-глиняных. В очень влажных грунтах берут на 1 куб. м песка 100 кг цемента и 125 кг цемента для цементно-известковых растворов.

Для погребов, подвалов и других помещений с повышенной важностью и деталей наружных стен, подвергающихся систематическому увлажнению, применяют цементные и цементно-известковые растворы на портландцементе. Для теплых штукатурок применяют легкие заполнители.

При облицовочных работах керамические плитки крепят тощими цементными растворами 1: 4–1: 6 с добавкой пластификаторов.