Текст книги "Справочник строительных материалов, а также изделий и оборудования для строительства и ремонта квартиры"

Кирпич и камни керамические специального назначения

К этой группе керамических материалов относятся керамический лекальный кирпич, камни для канализационных сооружений и кирпич для дорожных покрытий (клинкерный). К указанным материалам предъявляются повышенные требования прочности, морозостойкости, истирания и удара.

Кирпич керамический лекальный применяют для кладки промышленных дымовых труб и футеровки труб при нагреве кирпича дымовыми газами до температуры не более 700 °C. Производство лекального кирпича аналогично производству обычного кирпича, изготовляемого по пластическому способу. Кирпич лекальный выпускают длиной 80—225 мм с радиусом кривизны 850—1500 мм. По прочностным показателям лекальный кирпич подразделяют на три марки: М100, 125 и 150; водопоглощение его не менее 8 %, морозостойкость не ниже F15.

Кирпич для дорожных покрытий (клинкер) представляет собой искусственный камень размером 220x110x65 мм, получаемый из глины путем формования и последующего обжига до полного спекания, но без остекления поверхности. В качестве сырья применяют тугоплавкие глины с большим интервалом температур между началом спекания и началом деформации (примерно 1000 °C). Дорожный кирпич выпускают размером 220x110x65 мм.

Камни для канализационных сооружений должны обладать высокой плотностью. Они имеют трапецеидальную форму и изготовляются для проходки щитов диаметром 1,5 и 2 м. Камни для каждого диаметра щита изготовляют двух типов: для соединения их в кольцо с помощью боковых пазов и боковых гребней. На торцовых гребнях камней имеются пазы с гребнями для соединения кольца при проходке коллектора. Кроме того, для нагнетания раствора за обделку в камнях устраивают отверстия диаметром 25 мм. Керамические камни для подземных коллекторов должны иметь предел прочности при сжатии не менее 20 МПа.

Керамические конструкции для стен

Несмотря на увеличение роста производства стеновых панелей и блоков из бетона и железобетона, кирпич все еще остается одним из основных видов стеновых материалов. Однако как мелкоштучный материал кирпич не отвечает требованиям современного индустриального строительства. Изготовление же на заводе кирпичных стеновых панелей и керамических блоков для наружных стен, а также однорядных виброкирпичных панелей для внутренних стен позволяет не только сделать кирпич пригодным для таких целей, но и экономить кирпич и уменьшить массу стены.

Панели для наружных стен выпускают двух– и однослойные. Двухслойные панели изготовляют толщиной 260 мм, размером на комнату 2670x3180 мм. Двухслойная панель состоит из кирпича (толщиной 120 мм), высокоэффективного утеплителя (минераловатной плиты, пенокерамзита, пеностекла, фибролита) толщиной 100 мм и трех слоев цементного раствора 40 мм. Лицевая сторона стеновой панели может быть отделана тонкой керамической плиткой толщиной 4 мм, тогда три слоя раствора составят 36 мм. Однослойные панели 2750x3190x300 мм изготовляют из пустотелых керамических камней. Общая толщина этих панелей составляет 300 мм, в том числе толщина керамического камня – 250 мм, керамзитобетонного заполнителя – 25 мм и раствора – 25 мм. В настоящее время изготовление однослойных панелей начинают производить из специального многощелевого эффективного керамического камня, длина которого соответствует толщине панели, т. е. равна 300–320 мм. Панели наружных стен армируют стальными каркасами из проволоки диаметром 2 и 6 мм, расположенными по периметру оконного проема и панели.

Изготовление керамических стеновых панелей ведут горизонтальной и вертикальной кладкой. Технологический процесс изготовления виброкирпичных панелей состоит из следующих основных операций: приготовления раствора и металлического каркаса, формования, вибрирования и отделки панелей и их твердения в пропарочных камерах. Время теплообработки составляет 8—12 ч при температуре 80 °C.

Панели для внутренних стен изготовляют из кирпича, их армируют специальными металлическими каркасами. Общая толщина панелей 140 мм; она складывается из толщины кирпича 120 мм и двух слоев раствора по 10 мм. Размер перегородочной панели 2620x2270x140 мм. Масса в среднем 2 тонны.

Изделия керамические для облицовки фасадов зданий

Для облицовки фасадов зданий применяют различные керамические материалы, отличающиеся не только своими формами и размерами, но и декоративными качествами. Широкое использование получили изделия фасадной керамики, характерными признаками которой являются небольшая масса, высокая прочность и красивая естественная окраска. К таким материалам относятся кирпич и камни керамические лицевые, ковровая керамика, плитки керамические малогабаритные, плиты керамические фасадные и другие изделия.

Кирпич и камни керамические лицевые являются не только художественно-декоративными изделиями, но укладываются вместе с кладкой стены и служат конструктивным несущим элементом наряду с обычным кирпичом. Сырьевым материалом для производства лицевого камня и кирпича являются легкоплавкие или тугоплавкие глины, приобретающие после обжига различную окраску (чаще используются глины, которые после обжига имеют более светлые тона). Обычный цвет лицевого кирпича от темнокрасного до светло-красного. Технология производства такого кирпича аналогична производству обыкновенного керамического кирпича пластическим или полусухим способом. За последние годы проведены экспериментальные исследования и внедрен в производство новый эффективный метод получения лицевого кирпича и керамических камней из легкоплавких красножгущихся глин с помощью ангобирования. Процесс ангобирования заключается в нанесении специальными форсунками на свежесформованный или высушенный кирпич тонкого цветного лицевого слоя, усиливающего или маскирующего после обжига структуру и цвет черепка.

Для окрашивания поверхности лицевого кирпича применяют морозостойкие, различные по цвету составы ангобов (белый, серый, зеленый, голубой, ярко-красный, кремовый, коричневый и др.). Смесь специальных глины и песка тщательно измельчают в шаровых или вибрационных мельницах и к ним добавляют краситель. Так, для получения зеленого ангоба добавляют к указанной смеси до 10 % оксида хрома, а для получения ангоба голубого цвета – до 3 % оксида кобальта.

Кирпич и камни лицевые бывают сплошные и пустотелые. Лицевая поверхность кирпича и камней может быть гладкой, рифленой и офактуренной. Рельефное офакгуривание поверхности производят путем обработки еще влажного кирпича-сырца специальными металлическими ершами, гребенками, рифлеными валиками. Кирпич и камни лицевые сплошные и пустотелые применяют для лицевой кладки фасадов и внутренних стен, ведущейся одновременно с кладкой стен, а также для внутренней облицовки складов, заводских цехов, садово-парковых ограждений. Для бассейнов, водоемов и других подобных сооружений применяют глазурованный кирпич или кирпич с водопоглощением не более 5 %.

Ковровая керамика глазурованная и неглазурованная представляет собой мелкоразмерные тонкостенные плитки различного цвета, наклеиваемые в виде ковров на бумажную основу. Плитки могут быть изготовлены различных цветов, блестящими и матовыми, покрыты прозрачными или глухими глазурями; их выпускают различных типоразмеров, квадратной, прямоугольной, треугольной, ромбической и трапециевидной формы со стороной 25—125 мм, массой 1 м² плитки до 4,5 кг. Значительное распространение получило производство мозаичных облицовочных плиток методом литья. Сущность этого метода заключается в нанесении на пористые керамические формы-подставки трех слоев: разделительного, основного слоя плиточной массы и глазури. Формы-подставки перемещаются на литейном конвейере, при этом влага шликеров впитывается ими и на их поверхности образуется плиточный слой толщиной 2,5–3,5 мм. В дальнейшем этот слой разрезают дисковыми ножами на плитки установленной формы и размеров.

С литейного конвейера подставки с отлитыми плитками поступают на сушку. Сушка продолжается около 15 мин при температуре 220–250 °C. Далее плитки помещают в щелевые роликовые печи на обжиг, который продолжается 35 мин при температуре 950—1050 °C. После обжига плитки снимают с подставок, наклеивают на листы бумаги, очищают от разделительного слоя и подают на склад готовой продукции.

Плитки ковровой керамики должны удовлетворять следующим требованиям: водопоглощение – не менее 6 и не более 12 %, морозостойкость – 25 циклов, масса 1 м² плиток в зависимости от толщины – 6–8 кг, лицевая поверхность – гладкая, без трещин, зазубрин и расслоений. Набор ковров производят как из одноцветных, так и разноцветных плиток, с относительным сопротивлением продавливанию не менее 0,3 МПа, наклеенных на крафт-обер-точную бумагу клеем, обеспечивающим необходимую прочность. После облицовки клей должен легко смываться. Такие плитки применяют для облицовки крупных блоков и панелей, стен вестибюлей и лестничных клеток жилых и общественных зданий.

Плитки фасадные керамические изготовляют из беложгущихся или цветных глин. Изделия небольших размеров формуют из тощих (малопластичных) кирпичных глин. Во всех случаях в сырье добавляют шамот. Подготовку глиняной массы производят по сухому способу: вначале сырье высушивают, измельчают и увлажняют, после чего тщательно перемешивают до получения однородной массы. Наиболее простой способ изготовления облицовочных плиток – формование на ленточном вакуум-прессе. Облицовочные плитки изготовляют также и полусухим способом. При полусухом способе сушка исключается, изделия после формования идут на обжиг. Обожженные изделия сортируют по типу и цвету и хранят в штабелях на деревянных подкладках, защищая их от загрязнения и увлажнения.

В настоящее время фасадные плитки выпускают в ограниченном количестве, так как они сложны в изготовлении, громоздки и требуют высококачественного сырья. Развитие крупнопанельного домостроения требует массового выпуска красивых и долговечных облицовочных материалов, которые обеспечивали бы возможность отделки стеновых панелей в процессе изготовления сборных элементов. Таким требованиям отвечают тонкостенные керамические плитки, обладающие высокой прочностью, имеющие разнообразную окраску и красивую поверхность. Наиболее распространенным способом производства облицовочных плиток является полусухое прессование. Большинство заводов выпускает неглазурованные и глазурованные плитки размером 120x65 мм, небольшая масса которых позволяет изготовлять на них керамические ковры, что обеспечивает отделку панельных конструкций в процессе их изготовления.

Наиболее часто применяются два способа получения дешевых коврово-мозаичных плиток размером 22x22x4 мм с одинаковой фактурой лицевой и тыльной сторон. По первому способу мелко-размерные керамические плитки изготовляют полусухим прессованием в пресс-формах, в верхней и нижней частях которых предусмотрены клиновидные выступы, образующие с обеих сторон отпрессованной плитки надрезы глубиной 2 мм. После обжига плитки раскалывают специальным устройством на более мелкие размером 22x22 мм. За один цикл с пресса снимают при прессовании в таких пресс-формах 450 см² плиток, в то время как при прессовании плиток размером 20x20 мм в 15-гнездной пресс-форме съем составляет 60 см²; плиток размером 23x23 мм в 20-гнездной пресс-форме – 105 см²; плиток размером 120x65 мм в 4-гнездной пресс-форме – 312 см².

По пластическому способу мелкоразмерные керамические плитки получают напластованием массы на подставки, идущие по конвейеру. Возможность получения тонкостенных плиток напластованием из пластических масс основывается на высокой адгезии между влажной глиняной массой и керамическими подставками. Установка для получения плиток состоит их шнекового нагнетателя со специальной головкой для напластования масс, устройства для подачи подставок и транспортера с поворотным и резательным устройствами.

При непрерывной подаче подставок и равномерной загрузке пресса на подставке получают пластичную массу толщиной 3–4 мм, которую легко разрезают резательными устройствами на плитки разных размеров: 22x22, 48x48, 22x48 мм и др. Для получения мозаичных плиток различного цвета можно использовать глины, дающие после обжига окрашенный черепок (белый, желтый, красный), или добавлять красители для получения плиток серого, голубого и других цветов. Отформованные плитки высушивают в радиационной сушке, обжигают на подставках в щелевых печах или навалом в капсельных периодических или туннельных печах.

Бетонные и железобетонные изделия

Особые свойства бетона

Высокая плотность бетона достигается рациональным подбором зернового состава заполнителей (с минимальной пустотностью), применением бетонных смесей с низким водоцементным отношением, интенсивным уплотнением, введением в бетонную смесь добавок. Однако даже строгое выполнение указанных мероприятий не дает возможности получить абсолютно плотный бетон. Поры в бетоне образуются в результате испарения воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, а также вследствие неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Поэтому бетон является материалом газопроницаемым.

Водопроницаемость бетона, как уже говорилось ранее, характеризуется давлением воды, при котором она еще не просачивается через образец. Плотный бетон при мелкопористой структуре и достаточной толщине конструкции оказывается практически водонепроницаемым. По водопроницаемости бетон делят на шесть марок: В2, 4, 6, 8, 10 и 12, выдерживающих соответственно давление 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 МПа. В более тонких конструкциях добиваются высокой водонепроницаемости бетона использованием гидрофобного цемента, а также применением водоизоляционных покрытий, наносимых на поверхность пневматическим способом (торкретированием).

Плотный бетон может быть непроницаем не только для воды, но и для жидких нефтяных продуктов вязкой консистенции – мазута и тяжелой нефти. Легкие и средние нефтяные фракции, например бензин и керосин, проникают через бетон легче, чем вода. С целью защиты бетонных и железобетонных сооружений, предназначенных для хранения тяжелых нефтепродуктов, поверхности сооружений покрывают жидким стеклом, а от проникания легких и жидких нефтяных продуктов (бензина, керосина и др.) применяют специальные бензинонепроницаемые мембраны, поверхностные покрытия (пленки из пластмасс) или изготовляют бетон на непроницаемом для указанных жидкостей расширяющемся цементе.

Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдерживать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25 % и без потери в массе более 5 %. Морозостойкость является одним из главных требований, предъявляемых к бетону гидротехнических сооружений, дорожных покрытий, опор мостов и других подобных конструкций. Морозостойкость бетона зависит от его структуры. Для конструкций, подверженных в увлажненном состоянии попеременному замораживанию и оттаиванию, установлены следующие марки по морозостойкости: F50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600. Марку бетона по морозостойкости выбирают в зависимости от климатических условий (числа перемен уровня воды на омываемой поверхности бетона или числа смен замораживания и оттаивания за зимний период). Морозостойкими оказываются, как правило, бетоны высокой плотности. Также важную роль в морозостойкости бетона играет морозостойкость заполнителей, марка которых по морозостойкости должна быть не ниже этого показателя для бетона.

Бетон под нагрузкой ведет себя иначе, чем сталь и другие упругие материалы. Область упругой работы бетона идет от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по границе сцепления цементного камня с заполнителем появляются микротрещины, при дальнейшем нагружении микротрещины образуются уже в цементном камне и возникают пластические неупругие деформации бетона. Развитию пластических деформаций способствует также гелевая составляющая цементного камня. Бетон ведет себя как упруговязкопластическое тело.

Опытами установлено, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружении для бетона характерна упругая деформация. Если напряжение превосходит 0,2 от предела прочности, то наблюдается заметная остаточная (пластическая) деформация. Полную деформацию можно представить как сумму упругой и пластической деформаций. Поэтому диаграмма деформирования (зависимость напряжения а от относительной деформации е) не прямолинейна, для каждого напряжения существует свой модуль упругости. За начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принято принимать отношение нормального напряжения к относительной деформации при значении напряжения не более 0,2 от предела прочности. Для других точек кривой, лежащих за указанной границей, модуль деформаций является переменной величиной, равной отношению соответствующего напряжения к полной деформации.

Начальный модуль упругости растет при увеличении прочности бетона и уменьшается с увеличением пористости бетона. При одинаковом классе бетона модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе в 1,7–2,5 раза меньше тяжелого бетона. Модуль упругости ячеистого бетона еще ниже. Модули упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой.

Коэффициент Пуассона бетона, характеризующий упругие свойства материала, изменяется в довольно узких пределах 0,13– 0,22 и в среднем равен 0,167. Модуль деформаций легких бетонов на пористых заполнителях примерно в два раза меньше, чем у равнопрочных тяжелых бетонов, повышение предельной деформации бетона увеличивает его стойкость к образованию трещин.

Ползучесть — явление увеличения деформации бетона во времени при действии постоянной нагрузки. Полная относительная деформация бетона при длительном действии нагрузки состоит из его начальной упругой и пластической деформации ползучести. Ползучесть проявляется при всех видах деформации. При растяжении бетона она в 1,5 раза выше, чем при сжатии.

Ползучесть бетона объясняют пластическими свойствами влажного цементного геля, а также возникновением и развитием микротрещин. Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, водоцементного отношения, влажности и условий твердения. Меньшая ползучесть наблюдается у бетонов на высокомарочных цементах и плотных заполнителях. Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют большую ползучесть, чем тяжелые.

В процессе твердения происходят объемные изменения бетона. Твердение бетона на воздухе, за исключением бетонов на безусадочном и расширяющемся цементах, сопровождается уменьшением объема, т. е. усадкой. При твердении бетона в воде вначале его объем несколько увеличивается, и в воздушно-сухих условиях он дает усадку. Значительную усадку имеют бетоны из жидких смесей (с большим расходом цемента, а также вод о-цементным отношением). Наибольшая усадка в бетоне происходит в начальный период твердения – за первые сутки она составляет до 60–70 % от месячной усадки. Объясняется это тем, что в указанный период особенно интенсивно обезвоживается тесто вследствие испарения и поглощения влаги гидратирующимися зернами цемента. В результате обезвоживания частицы сближаются между собой и цементный камень дает усадку.

Объемные изменения в бетоне в первый период твердения вызываются расширением от нагревания (иногда до 50 °C внутри массивных конструкций) в результате экзотермических реакций цемента с водой. Такие изменения могут вызвать значительные деформации конструкций и даже появление трещин. Для предотвращения их в массивных бетонных конструкциях устраивают специальные температурные швы. Чтобы уменьшить экзотермию бетона, применяют цементы с малым выделением тепла. Величина усадки бетона на портландцементе зависит от минералогического состава и тонкости помола цемента. Усадка бетона возрастает с увеличением тонкости помола цемента.

Агрессивная среда и меры защиты от нее. Практика эксплуатации водопроводно-канализационных бетонных сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушаться. Коррозия бетона вызывается главным образом разрушением цементного камня и возникает в результате проникания агрессивного вещества в толщу бетона, и она особенно интенсивна при постоянной фильтрации такого вещества. Поэтому основной мерой предохранения бетона от коррозии является придание ему возможно большей плотности и правильное конструирование элементов сооружений, обеспечивающее равномерную (без образования трещин) деформацию бетона в процессе твердения.

Для предохранения бетона от коррозии следует применять цементы с минимальным выделением гидроксида кальция и малым содержанием трехкальциевого алюмината. К таким цементам относятся высокопрочный портландцемент, портландцемента с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент глиноземистый и расширяющийся цементы. С целью устранения пор в поверхностных слоях бетона применяют импрегнирование в бетон цементного раствора, силикатирование, флюатирование. Защитить бетон от проникновения агрессивных веществ можно с помощью поверхностных покрытий, облицовки их плотными керамическими плитками или камнями, выложенными на кислотоупорном цементе, созданием водонепроницаемой оболочки вокруг бетона из слоя жирной утрамбованной глины, покрытия гидроизоляционными битуминозными материалами и др.

Отношение к действию высоких температур. Бетон – огнестойкий материал, выдерживающий высокие температуры во время пожара. Огнестойкость бетона позволяет применять его для устройства дымовых труб промышленных печей, их фундаментов. Огнестойкость бетона зависит не только от вида цемента, но и природы заполнителей. Если в качестве заполнителей применяют горную породу, в состав которой входит кристаллический кварц, то при температуре около 600 °C в бетоне могут появиться трещины вследствие значительного увеличения объема кварца.

При проектировании бетонных конструкций, подвергающихся длительному воздействию температур, необходимо учитывать, что при температуре 150–250 °C прочность бетона на портландцементе снижается на 25 %. При нагревании бетона выше 500 °C и последующем увлажнении он разрушается. Для строительных конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких температур (свыше 200 °C), применяют специальный жаростойкий бетон.