Илья Мельников
Асбестоцементные строительные материалы и изделия

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.

АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Эксплуатационная характеристика асбестоцементных материалов и изделий

   Асбестоцементные строительные тонкостенные изделия выпускают на основе портландцемента. Асбестоцемент представляет собой искусственный каменный материал, который получают в результате затвердевания смеси цемента, асбеста и воды. Цементные камни хорошо сопротивляются сжимающим нагрузкам и плохо – растягивающим.
   Физико-механические свойства цементного камня улучшают путем введения в цемент от 10 до 20 % тонковолокнистого минерального асбеста, обладающего высокой прочностью при растяжении и изгибе. Полученный материал обладает высокой прочностью, огнестойкостью, небольшой водопроницаемостью, теплопроводностью и электропроводностью. Однако он хрупок и при изменении влажности подвергается короблению.
   В номенклатуру асбестоцементных изделий входит более 40 наименований. Основные группы асбестоцементных изделий составляют следующие виды:
   – стеновые и стеновые каркасные панели с теплоизоляционным внутренним слоем;
   – обыкновенные и офактуренные или окрашенные плоские плиты, применяемые для облицовки стен;
   – волнистые и полуволнистые профилированные листы для обшивки стен и кровель;
   – архитектурные, санитарно-технические, электроизоляционные и иные специальные изделия;
   – напорные и безнапорные трубы.
   Для получения асбестоцементных изделий применяют сырьевую смесь, которая в расчете на массу сухих веществ содержит около 85 % цемента и 15 % асбеста. Получают асбест путем механической обработки горной породы хризотил-асбест, которая сравнительно легко расщепляется на тонкие волокна диаметром до 0,0005 мм. Волокна обладают гибкостью, огнестойкостью, водостойкостью и высокой механической прочностью.
   При смешивании асбеста с портландцементом и водой волокна равномерно распределяются в массе цементного теста, адсорбируя на своей поверхности продукты гидратации цемента. В результате этого схватывание и твердение цемента ускоряются, увеличивается прочность связи волокон асбеста с цементным камнем.
   При производстве асбестоцементных изделий в качестве вяжущего вещества применяют специальный бездобавочный портпландемент. Этот цемент характеризуется быстрым нарастанием прочности как в начале, так и в последующие сроки твердения, замедленным началом схватывания (не ранее 1,5 ч) и достаточно большой тонкостью помола, что очень важно для улучшения сцепления между цементом и волокнами асбеста.
   Для получения асбестоцементных строительных материалов мокрым способом применяют следующие виды операций:
   – распушка асбестоцементного волокна;
   – размешивание распушенного асбестоцементного волокна с водой и цементом (содержание сухих компонентов в зависимости от вида изделий составляет от 3 до 14%);
   формование изделий на круглосетчатых листоформовочных или трубоформовочных машинах с использованием вакуумирования, ускоряющего процесс обезвоживания %;
   – раскроя отформованных изделий;
   – твердения раскроенных изделий.
   Для повышения плотности плоских листов в процесс изготовления могут быть дополнительно включены прессование, а также волнировка для получения волнистых листов и различные виды отделки.
   Для производства облицовочных плиток для стен и пола применяют метод сухого формования. Он заключается в распушке асбеста, смешения его с цементом и молотым песком в сухом состоянии. Затем смесь, увлажненную до 18 %, уплотняют на конвейерной ленте катками или под прессом.
   Изделия длиной до шести метров, используемые при изготовлении кровельных, стеновых и перегородочных панелей, получают методом экструзии. При этом методе повышенная однородность, связанность и пластичность формовочной массы обеспечиваются добавкой метилцеллюлозы. Для ускорения набора прочности воду подогревают до 30 градусов.
   Твердение изделий происходит в специальных камерах при температуре 50…60 градусов и влажности 85…95 % для набора прочности. Такая прочность обеспечивает бездефектное транспортирование. Окончательный набор прочности происходит на специальных складах с температурой не ниже 15 0С. Если применяют песчаный наполненный цемент, изделия направляют в автоклавы с давлением пара 0,8 МПа и температурой 175 градусов.
   Готовые изделия отделывают водонепроницаемыми эмалями и лаками на основе перхлорвиниловых и глифталевых смол.
   Готовая продукция представляет собой волнистые крупноразмерные листы, которые применяют в качестве кровельных покрытий – шифер, а также плоские крупноразмерные листы, применяемые для изготовления сборных утепленных ограждающих конструкций в виде панелей и плит.
   Стеновые панели и плиты покрытий представляют собой многослойные крупноразмерные изделия, состоящие из деревянного каркаса, внутреннего и наружного облицовочных слоев из асбестоцементных листов и расположенного между ними минераловатного или пенопластового плитного утеплителя.
   Асбестоцементные листы и плитки с различной отделкой лицевой поверхности пленочными, красочными материалами изготовляют для внутренней и наружной отделки стен.
   Асбестоцементные трубы различной длины и диаметров выпускают для устройства водопроводов, нефтепроводов, газопроводов, канализации, дымовых и вентиляционных каналов, а также для прокладки телефонных кабелей.
   Основное их преимущество состоит в том, что по сравнению с металлическими, они в 3 – 4 раза легче и в 2 – 3 раза дешевле. Они более стойки к действию минерализированных вод. Трение воды о стенки этих труб меньше, чем в металлических, что увеличивает их пропускную способность и сокращает расход электроэнергии на перекачивание жидкостей. Значительная теплозащитная способность асбестоцементных труб позволяет укладывать их на меньшей глубине, чем металлические, не опасаясь замерзания воды. Кроме этого, на них не действуют разрушительные блуждающие токи, которые довольно быстро выводят из строя металлические изделия.
   В настоящее время многие страны отказались от использования асбеста, обладающего в силу высокой адсорбционной способности поверхности свойством накопления вредных для человека веществ. Как правило, асбестоцементный материал в изделиях заменяют стеклянными, древесными, базальтовыми, синтетическими волокнами и бумажной макулатурой. Ограничено также применение асбестоцементных изделий и для внутренней отделки жилых помещений.

БЕТОНЫ

   В современном строительстве бетон является одним из важнейших материалов, так как используя компоненты соответствующего качества и применяя специальные способы механической и физико-химической обработки бетона, из него возможно изготавливать самые разнообразные по форме и размерам долговечные строительные конструкции и изделия. Бетон экономичен, работы с ним возможно полностью механизировать.
   Бетон представляет собой искусственный каменный материал, получаемый в результате уплотнения и твердения подобранной пластичной смеси, состоящей из минерального вяжущего материала, добавок, воды и заполнителей. Минеральные вяжущие материалы являются основным компонентом любого вида бетона, так как обеспечивают заданную пластичность бетонной смеси, необходимую для получения изделий и конструкций определенной формы и размера, а также прочность и долговечность самой бетонной конструкции.
   Каменную основу в бетоне составляют зерна песка и щебня. Цементное тесто, которое образуется после затворения бетонной смесью водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и придает бетонной смеси свойства подвижности, текучести. Чтобы получить смесь и бетон высокого качества, обеспечивающих получение бетонных конструкций высокой прочности, необходимо знать их технологии, правильно подбирать составляющие качественные материалы в оптимальных пропорциях, знать режимы приготовления бетонной смеси, способы ее укладки, уплотнения в условиях твердения.

Классификация и виды бетонов

   Бетоны классифицируют:
   – по назначению (конструкционные, специальные);
   – по виду вяжущего материала (цементные, известковые, силикатные, шлаковые, гипсовые и др.);
   – по виду заполнителя (с плотным, пористым и специальным заполнителем);
   – по структуре (плотные, поризованные, ячеистые, крупнопористые);
   – по условиям твердения (для естественных условий, термовлажностного твердения, автоклавного твердения, твердения при отрицательной температуре и тепловой обработке без использования паровоздушной среды, контактирующей с бетоном). Важнейшими качествами бетона являются его прочность и долговечность.
   В период эксплуатации зданий и сооружений бетон находится в различных условиях работы. При этом он испытывает растяжение, сжатие, скалывание, изгиб. Лучше всего бетон работает на сжатие. Этот показатель служит основной характеристикой механических свойств бетона. Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности в зависимости от изменения количества воды в смеси.
   В значительной мере на прочность бетона влияют степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Шероховатость поверхности заполнителей также оказывает влияние на прочность бетона. В отличие от гравия зерна щебня имеют развитую шероховатую поверхность, чем обеспечивается лучшее сцепление с цементным камнем. Бетон, приготовленный на щебне, как правило, имеет большую прочность, чем бетон на гравии. На скорость твердения бетона влияет минералогический состав цемента и начальное количество воды в бетонной смеси. Бетонные смеси с низким содержанием воды (жесткие) обеспечивают более быстрое твердение, чем подвижные.
   В зависимости от плотности бетоны подразделяют на тяжелые (2000…2600 кг/см куб.) и легкие (200…2000 кг/м куб.)
   Тяжелые бетоны. Тяжелые бетоны изготовляют на цементе и обычных твердых заполнителях. Они должны приобрести проектную прочность к определенному сроку и обладать другими качествами, соответствующими назначению изготовляемой конструкции – плотностью, водостойкостью, морозостойкостью и другими. Необходима также определенная подвижность бетонной смеси, которая бы соответствовала принятым способам укладки бетонной смеси.
   К тяжелым бетонам относят:
   – конструкционные цементные на плотных заполнителях бетоны;
   – мелкозернистые бетоны, эксплуатируемые при систематическом воздействии температур от +50 до -70 0С;
   – бетоны специального назначения.
   Для изготовления конструкционного тяжелого бетона в качестве вяжущего материала применяют разнообразные клинкерные портландцементы (рядовой, шлаковый, пуццолановый). Заполнителями служат дробленые плотные горные породы или природные рыхлые зернистые материалы – кварцевый песок, щебень, гравий, гравийно-песчаная смесь.
   Чтобы улучшить технологические свойства бетонной смеси и повысить долговечность бетонных и железобетонных конструкций, вводят соответствующие химические добавки – ускорители твердения: поверхностно-активные добавки, газообразователи, пенообразователи, специальные, комбинированные и др. К ускорителям твердения цемента, увеличивающим нарастание прочности бетона, относят хлористый кальций, хлористый натрий, соляную кислоту, сернокислый глинозем, нитрат кальция, поташ, хлорное железо. Ускорители твердения не рекомендуется применять в железобетонных конструкциях и предварительно напряженных изделиях с диаметром арматуры менее 5 мм, эксплуатирующихся в среде с влажностью более 60 %.
   Поверхностно-активные добавки позволяют существенно улучшить удобоукладываемость бетонных смесей, уменьшить водоцементное отношение и сократить расход цемента без снижения прочности материалов и изделий. Эффективными разжижителями бетонной смеси являются суперпластификаторы, которые в основном представляют собой синтетические полимеры – производные меламиновой смолы и нафталинсульфокислоты. При введении в бетонную смесь суперпластификатора значительно увеличивается ее подвижность и текучесть.
   Пенообразователи и газообразователи применяют для изготовления ячеистых бетонов. Комбинированные добавки способствуют экономии цемента. Специальные добавки обеспечивают получение водонепроницаемых растворов или бетонов, регулирующих сроки схватывания и др.
   Тяжелый бетон применяют при сооружении монолитных гидротехнических сооружений, фундаментов, дорожных покрытий, твердеющих в естественных условиях и сборные, обычные и преднапряженные, подвергаемые термообработке (балки, плиты покрытий, фермы и др.).
   Когда в качестве вяжущего материала применяют цементы, бетон набирает прочность в условиях естественного твердения или термовлажностной обработки при атмосферном давлении. Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент, пластифицированный портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону, – прочности, морозостойкости, химической стойкости, водонепроницаемости и других, а также технологии изготовления изделий, их назначения и условий эксплуатации. Марку цемента рекомендуется выбирать в зависимости от проектируемой марки бетона при сжатии.
   Прочность бетона составляет 3,5…105 МПа. В благоприятных условиях температуры и влажности она непрерывно повышается. Если вяжущим материалом служит известь в сочетании с тонкомолотым кремнеземистым компонентом, например, кварцевым песком, золой, шлаком, то изделия выдерживают в автоклавах при высоких температурах (до 200 градусов) и повышенном давлении (до 1,6 МПа).
   Силикатные бетоны. Силикатным называют бетон прочностью от 15 до 60 МПа, изготовленный на известковых вяжущих материалах в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами.
   В состав мелкозернистых бетонов входит минеральное вяжущее вещество и мелкий заполнитель – песок определенной крупности. Эти бетоны обладают однородностью свойств, повышенной водонепроницаемостью, морозостойкостью, прочностью на изгиб и растяжение.
   Применяют мелкозернистые бетоны для получения труб, дорожных покрытий, тротуарных плит, бортовых камней методом объемного сухого вибропрессования, а также для тонкостенных конструкций – перегородок, плит перекрытий и др. Используя сетчатое армирование, из них возводят пространственные армоцементные конструкции – оболочки сложных конфигураций для покрытий больших площадей.
   Полимерсиликатные и полимерцементные бетоны. Полимерсиликатные и полимерцементные бетоны изготавливают на основе полимерных модифицирующих добавок и полноценных компонентов сложных по составу материалов. В качестве вяжущего материала используют композицию из органического полимера – фуранового, поливинилацетатного, кремнийорганического и неорганического вяжущего материала – гипса, жидкого стекла, портландцемента.
   Вводя полимерные добавки, повышают водостойкость, износостойкость, трещиностойкость, растяжимость и коррозионную стойкость бетона.
   Применяют полимерцементные и полимерсиликатные композиции для покрытия полов, дорог, в конструкциях, работающих на растяжение – балки, в том числе преднапряженные, при изготовлении панелей междуэтажных перекрытий химических предприятий и складов минеральных удобрений и т.д.
   Полимербетоны. Все чаще в строительстве применяют балки, колонны, плиты перекрытия из полимербетона, армированного стальной арматурой (сталеполимербетоны), стеклопластиковой арматурой (стеклопластыбетоны) или дисперсной (фиброполимербетоны) арматурой, в которых в качестве вяжущих материалов используют полимерные смолы.
   Полимербетоны от цементных бетонов отличаются повышенной прочностью при растяжении, высокой химической стойкостью, водонепроницаемостью. Недостатками полимербетонов являются усадка при твердении, ползучесть под нагрузкой, пониженная огнестойкость и теплостойкость.
   Применяют полимербетоны при возведении несущих и самонесущих химически стойких конструкций на предприятиях цветной металлургии, химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности. Из сталеполимербетона изготавливают шахтные стойки, перемычки для крепления шахтных выработок, коллекторные кольца, опоры линий электропередач, железнодорожные шпалы. Кроме этого, полимербетон применяют для водосборов ирригационных плотин, лотков, канализационных труб и колодцев, дорожных плит и покрытый пола промышленных зданий, опорных плит для крепления технологических коммуникаций.
   Шлакощелочные бетоны. Шлакощелочные бетоны получают после формования и последующего твердения смеси крупного и мелкого заполнителей, молотого шлака и раствора щелочного компонента. Тяжелые бетоны на шлакощелочном вяжущем материале относятся к конструкционным бетонам. Прочность шлакощелочных бетонов зависит от изменения плотности щелочного компонента, степень влияния которого зависит от его природы. На повышении прочностных характеристик наиболее значительно сказывается применение растворимых силикатов натрия.
   Для получения шлакощелочных бетонов применяют высокоактивный бесклинкерный шлакощелочной цемент, который получают на основе доменных гранулированных шлаков и едких щелочей.
   Шлакощелочной цемент обладает в три раза большей по сравнению с портландцементом прочностью при сжатии и растяжении, что позволяет получить бетоны прочностью 1000…1400 кгс/см кв. повышенной солестойкости, водонепроницаемости и морозостойкости (до F1000). Щелочи в бетоне обеспечивают ему твердение при отрицательной температуре. Для получения этого вида цемента можно использовать добавки стекловидных отходов различных производств – доменных, сталелитейных и других, выход которых в настоящее время составляет более 80 миллионов тонн в год. Щелочным компонентом бетона могут быть не только специальные щелочные вещества, но щелочесодержащие отходы суперфосфатного, фенольного, целлюлозно-бумажного и других производств.
   В качестве заполнителей при изготовлении шлакощелочных бетонов могут служить пески, мелкозернистые грунты, супеси, легкие суглинки. В этом бетоне песчаные частицы создают жесткий каркас в цементном камне аналогично крупному щебню и гравию в обычных бетонах. Пылевые частицы заполняют межзерновые пространства между песчаными и способствуют уплотнению бетона. Глинистый компонент, взаимодействуя со щелочами, является дополнительным вяжущим, цементирующим пылевые и песчаные составляющие.
   Использовать шлакощелочной бетон можно во всех ответственных строительных конструкциях, однако большей частью его используют в гидротехнических и иных сооружениях, т.е. там, где необходима высококоррозионная стойкость.
   Бетон на напрягающем цементе. При производстве преднапряженного железобетона особое место занимает бетон на напрягающем цементе. Этот вид вяжущего материала обеспечивает интенсивное расширение цементного камня и самонапряжение железобетона при формовке в ограниченном объеме за счет использования специального сульфоалюминатного клинкера или добавок сланцевых зол ТЭС.
   Чтобы достигнуть больших величин самонапряжения необходимо использовать бетонные смеси с минимальным водоцементным отношением, что усложняет технологию получения изделий. Кроме того, такой цемент обладает короткими сроками схватывания. Эти свойства привели к новым разработкам получения изделий. Так, напорные трубы формуют способом торкретирования, путем подачи бетонной смеси под давлением на гладкий металлический сердечник. Применяя этот способ, получают трубы высокой плотности, с идеально гладкой внутренней поверхностью.
   При изготовлении самонапряженных труб малого диаметра применяют технологию вибропродавливания. Используют напрягающий цемент для изготовления аэродромов, покрытия дорог, в подземных сооружениях, гидротехнических сооружениях, а также в тех случаях, когда предъявляются высокие требования по трещиностойкости.
   Стеклоцементные композиционные материалы. Стеклоцементные композиционные материалы получают на основе цемента и стекловолокна. Для получения высокопрочных композиций необходимо, чтобы армирующие волокна были одинаковыми по прочности. Предел прочности армированных материалов при осевом растяжении, независимо от вяжущего вещества и волокон, возрастает по мере увеличения содержания стекловолокнистой арматуры. С увеличением содержания армирующих волокон прочность композиции при растяжении увеличивается по сравнению с прочностью неармированного бетона более чем в два раза. Применяемые при изготовлении материалов стеклянные волокна обладают прочностью в 1,5 выше прочности стали и плотностью в 2 раза ниже плотности алюминиевых сплавов.
   Используемый в качестве гидрозащитного покрытия тепловой изоляции трубопроводов и оборудования текстолитовый стеклоцемент представляет собой рулонный материал, изготовляемый путем пропитки армирующего стекловолокнистого материала водоцементной или водополимерцементной суспензией. В качестве основы используют глиноземистый цемент и его разновидности, в качестве арматуры применяют стекловолокнистые рулонные материалы из бесщелочного стекла.
   Стеклоцементные композиционные материалы не горючи, не токсичны, не подвержены биологической агрессии. Кроме цемента, в таких композициях можно использовать гипсовые, магнезиальные вяжущие вещества. Армирующим составляющим наряду со стеклянными, базальтовыми, полимерными могут быть также стальные волокна.
   Изготовление строительных конструкций с применением стеклоцементных композиций вместо железобетонных дает возможность снизить стомость конструкции почти в три раза, массу уменьшить в 10 раз, полностью исключить расход металла, мелкого и крупного заполнителя, сократить в 4 раза расход цемента. Эти строительные материалы выгодно изготавливать для применения в тонкостенных несущих конструкциях типа оболочек, коробчатых и гофрированных наружных панелей и перегородок, резервуарах, для производства сборных железобетонных конструкций с комбинированным армированием.
   Фибробетон и сталефибробетон. Для получения фибробетона бетон армируют равномерно рассредоточенными искусственными волокнами (фибрами). Для дисперсионного армирования используют различные неметаллические и металлические волокна минерального или органического происхождения в виде сеток, тканей, и других рулонных материалов. Дисперсное армирование может осуществляться одним видом фибр или смесью фибр разной длины и разного состава.
   Армирование бетона путем введения стальных фибр позволяет повысить трещиностойкость, сопротивление ударным и сейсмическим нагрузкам, водонепроницаемость, морозостойкость, износостойкость. В настоящее время в строительстве применяют способ получения объемных тонкостенных конструкций методом сгиба с виброукатыванием фиброармированной смеси. При этом угол сгиба не должен превышать 20 градусов.
   Таким образом, можно получать сферические сталефибробетонные оболочки для создания домов нестандартной архитектуры, крупноразмерные элементы облицовки стеновых панелей, безрулонные покрытия домов, объемные блоки для жилищного строительства и др. Армирование вяжущих материалов волокнами позволяют значительно повысить прочность бетона при растяжении, изгибе и сжатии. Кроме этого, повышается ударная вязкость, сопротивление истиранию, стойкость против замораживания и оттаивания.
   Штампованный и декоративный бетоны. Штампованный бетон получают при нанесении на поверхность свежеуложенного бетона пигментированного порошкообразного материала с последующим вдавливанием текстурных штампов различного рисунка. После снятия штампов и твердения бетона с целью повышения износостойкости, морозостойкости и коррозионной стойкости наносят высоконаполненные акриловые композиции.
   Полученный таким образом штампованный бетон имеет декоративную поверхность под природный пиленый или рваный камень, кирпич, плитняк и т.д. Для получения плит из декоративного бетона применяют также метод монолитного литья с имитацией поверхности камня, сланца или дерева. В результате получается многоцветная фактура, создаваемая за счет введения красителей, взаимодействующих с минералами цемента. Изготовленными материалами отделывают стены, полы, тротуары. Для повышения долговечности материалы сверху покрывают прозрачным покрытием.
   Для работы в особых условиях применяют специальные виды тяжелого бетона:
   – жаростойкие,
   – химически стойкие;
   – радиационнозашитные и др.
   Жаростойкие бетоны. В жаростойких бетонах вяжущие материалы применяют в зависимости от максимальной температуры применения. При максимальных температурах от 50 до 300 0С применяют портландцемент;
   – при максимальных температурах от 300 до 700 0С применяют шлакопортландцемент в сочетании с термостойкими наполнителями – шлак, базальт, бой керамического кирпича;
   – при максимальных температурах от 700 до 1000 0С применяют жидкое стекло с КФН, термостойкие наполнители и заполнители – базальт, шлак, шамот, вермикулит, керамзит;
   – при температурах от 1000 до 1400 0С в качестве вяжущих веществ применяют глиноземный цемент с термостойкими наполнителями и заполнителями.
   Жаростойкие бетоны применяют для возведения дымовых труб, резервуаров, фундаментов, сводов тепловых агрегатов, а также при выполнении покрытий пола в горячих цехах.
   Химически стойкими бетонами являются бетонополимер, полимербетон, полимерцементные, шлакощелочные, сульфатостойкие, кислотостойкие.
   Бетонополимер. Используемые материалы: бетонные и железобетонные конструкции и изделия, пропитанные мономерами или полимерами. Обладает высокой коррозионной стойкостью по отношению к щелочам, солям, кислотам. Кроме этого, обладает повышенной прочностью к истиранию и ударам. Бетонополимер используют в несущих конструкциях, а также трубах (диаметр 300…1200 мм) и полах на химических предприятиях, к которым предъявляют повышенные требования по коррозионной стойкости.
   Полимербетоны. В полимербетонах используются химически стойкие полимерные связующие – фенольные и эпоксидные, а также минеральные заполнители, наполнители, отвердители и модифицирующие добавки без использования минеральных вяжущих веществ и воды. Полимербетоны обладают высокой коррозионной стойкостью по отношению к щелочам, солям, кислотам, повышенной прочностью на удар, истирание, трещиностойкостью. Обычно их используют при изготовлении несущих конструкций, полов на химических предприятиях, труб с диаметром от 300 до 1200 мм, к которым предъявляются требования по коррозионной стойкости.
   Полимерцементные бетоны. В полимерцементных бетонах применяют минеральные вяжущие – цемент в сочетании с полимерной добавкой. В качестве добавок чаще всего применяют поливинилацетат (ПВА), латексы и водорастворимые смолы. Полимерные добавки значительно улучшают свойства бетона. Полимерцементные бетоны обладают повышенной водостойкостью, коррозионной стойкостью, трещиностойкостью, износостойкостью. Используют полимерцементные бетоны при изготовлении монолитных и сборных железобетонных конструкций, при изготовлении фундаментов, свай, стеновых блоков, труб, а также полов на химических предприятиях.
   Шлакощелочные бетоны. В шлакощелочные бетоны добавляют шлаковые вяжущие, затворяемые щелочными растворами – активизаторами твердения. Бетоны обладают высокой коррозионной стойкостью, водостойкостью, морозостойкостью и жаростойкостью.
   Используют шлакощелочные бетоны в фундаментах, гидротехнических сооружениях, дорожных покрытиях и др. Твердеют в естественных условиях, ТВО и при отрицательных температурах.
   Сульфатостойкие бетоны. По мере увеличения концентрации сульфатов в агрессивной среде в них применяют следующие вяжущие материалы: шлаковый портландцемент, пуццолановый портландцемент, глиноземистый цемент, сульфатостойкий портландцемент, шлакопортландцемент.
   Бетоны обладают высокой сульфатостойкостью, а также высокой морозостойкостью при использовании сульфатостойкого и глиноземного цемента.
   Используются при изготовлении гидротехнических сооружений, фундаментов при наличии минерализированных вод, а также в несущих конструкциях на химических предприятиях.
   Кислотостойкие бетоны. При изготовлении кислотостойких бетонов в качестве вяжущих веществ используют жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия, кислостойкие заполнители и наполнители, стеклопластиковую арматуру. Твердение кислотоупорного бетона должно происходить, в отличие от обычного бетона, в сухой теплой среде. Бетоны обладают прочным сцеплением со стальной арматурой, высокой кислотостойкостью и пониженной водостойкостью. Применяются на химических предприятиях при выполнении полов и несущих конструкций.
   Радиационнозащитные бетоны. Степень защиты от радиоактивного излучения определяется толщиной ограждения и его плотности. Для защиты от радиоактивных излучений используют особо тяжелые и гидратные бетоны. К особо тяжелым относятся бетоны плотностью более 2500 кг/м куб, к гидратным – бетоны, содержащие большое количество химически связанной и полусвязанной воды.
   При изготовлении радиационнозащитных бетонов используют цементные вяжущие вещества с особоплотными заполнителями: железосодержащими и баритовыми рудами с добавлением чугунного скраба и введением специальных химических добавок, а также портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент. В гидратных бетонах используют глиноземистый цемент, в качестве заполнителей применяют серпентинит и лимонит. Полученные бетоны обладают способностью поглощать радиационное излучение. Используются при изготовлении защитных сооружений ядерных реакторов и атомных электростанций.

Легкие бетоны

   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.

Поточно-агрегатный способ 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.

Бетонные изделия и конструкции

   Изготовление бетонных изделий и конструкции состоит из следующих технологических этапов.
   1 этап. Входной контроль качества всех используемых материалов – минерального вяжущего вещества, заполнителей, добавок, арматуры, воды и др.
   2 этап. Расчет состава бетонной смеси и его лабораторная проверка.
   3 этап. Приготовление заданной бетонной смеси.
   4 этап. Транспортировка смеси к месту изготовления конструкции.
   5 этап. Укладка в форму (опалубку) и уплотнение смеси.
   6 этап. Твердение бетона.
   7 этап. Раскрытие формы (снятие опалубки).
   8 этап. Отправка готового изделия на строительную площадку или склад готовой продукции.
   Расчет состава бетонной смеси. Расчет состава бетонной смеси производят с использованием графиков и таблиц, в которых учитываются следующие данные:
   – условия эксплуатации будущей конструкции или изделия, с учетом которых подбирают исходные материалы;
   – показатели качества материалов;
   – проектируемая марка бетона;
   – пластичность бетонной смеси, выбираемую в зависимости от размеров бетонируемой конструкции;
   – густота армирования;
   – способ уплотнения бетонной смеси.
   Расчеты проверяют в лабораторных условиях путем изготовления опытных образцов из рассчитанного состава и контроля их прочности.
   Бетонная смесь. Бетонную смесь приготовляют на централизованных бетоносмесительных узлах предприятия в виде пластичного материала. Данный материал должен обладать связанностью и однородностью. Если бетонную смесь приготовляют из сухой смеси компонентов, в нее вводят воду, затем компоненты тщательно перемешивают непосредственно на строительной площадке. Этот способ приготовления бетонной смеси применяют в случае, если стройка находится далеко от предприятия.
   Для приготовления бетонной смеси материалы сначала подготавливают, затем дозируют и перемешивают. Такие операции по подготовке заполнителей, как дробление, удаление загрязняющих примесей и разделение по фракциям, производят на предприятиях по производству нерудных материалов.
   Если бетонирование выполняют зимой, заполнители подогревают на складах или в бункерах на предприятии-изготовителе при помощи паровых труб, путем пропусканием пара или горячего воздуха через заполнитель.
   Водяной раствор добавок нужной консистенции готовят в специальной емкости, снабженной системой трубопроводов для подачи сжатого воздуха и пара для улучшения перемешивания.
   На специальном оборудовании (дозаторах) подготовленные материалы (цемент, воду и добавки) взвешивают с точностью до 1% , заполнители взвешивают с точностью до 2%, затем все подготовленные материалы подают в бетоносмеситель, режим работы которого зависит от свойств бетонной смеси. Так, чтобы получить пластичные смеси на плотных заполнителях, применяют смесители свободного падения. В таких смесителях перемешивание происходит за счет вращения барабана и многократного подъема и сбрасывания материалов с некоторой высоты. В смесителях принудительного действия получают жесткие смеси и смеси на пористых заполнителях. Энергичное перемешивание в течение 3 – 5 минут достигается путем использования вращающихся лопастей.
   Качество бетонной смеси оценивают по ее связности, однородности и удобоукладываемости – формуемости. Эти свойства зависят от вязкости и количества цементного теста, которое обволакивает заполнитель и заполняет пустоты между ним.
   Количество цементного теста должно быть достаточным для того, чтобы эта система, состоящая из многих компонентов, приобрела связность, то есть превратилась в структурированную однородную систему с определенными физическими и механическими свойствами.
   Если содержание цементного теста более оптимально в бетонной смеси, то это приводит к снижению многих эксплуатационных свойств. Повышаются усадка и ползучесть бетона, избыточное тепловыделение при гидратации приводит к появлению трещин и снижению прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.
   Для того, чтобы бетонная смесь стала подвижной и легко заполняла определенный объем, нужно не только заполнить пустоты, но и раздвинуть зерна заполнителя прослойками из цементного теста. Чем раздвижка будет больше, тем легче будут скользить зерна заполнителя относительно друг друга и тем выше будет пластичность смеси.
   В зависимости от того, плотный или пористый заполнитель, а также от соотношения между количеством зерен мелкого и крупного заполнителя минимальное содержание цементного теста в бетонной смеси, обеспечивающее ее нерасслаиваемость и качественное уплотнение, составляет от 170 до 200 л в жесткой смеси и до 220…270 л в подвижной и литой на 1 м куб. бетонной смеси.
   При неизменном расходе воды свойства компонентов существенно влияют на подвижность бетонной смеси. Например, чем тоньше помол цемента и чем больше он содержит молотых добавок – трепела, диатомита, опоки (пуццолановый портландцемент), тем более жесткой будет бетонная смесь. Это связано с увеличением суммарной площади поверхности частиц, которая для получения пластичной смеси должна быть покрыта тонким слоем воды. Подвижность бетонной смеси зависит также от формы, размера и чистоты поверхности зерен заполнителя. Пылевидные примеси, адсорбируя на своей поверхности часть воды затворения, повышают водопотребность бетонной смеси, снижая ее подвижность.
   Большое влияние на подвижность бетонной смеси оказывает соотношение между песком и щебнем. При увеличении доли крупного заполнителя и использовании гравия окатанной формы подвижность увеличивается.
   Каждая бетонная смесь обладает определенной водоудерживающей способностью, которая определяется опытным путем. С увеличением содержания воды пластичность смеси повышается. При большом содержании воды вязкость цементного теста становится недостаточной, чтобы удержать заполнитель во взвешенном состоянии и равномерно распределить его по всему объему.
   Под действием собственной тяжести плотный заполнитель оседает, при этом бетонная смесь расслаивается. Расслоение нарушает однородность бетонной смеси и бетона в конструкциях при его твердении.
   Избыточная вода при уплотнении бетона, обтекая зерна заполнителя, отжимается вверх. Образуются капиллярные ходы, снижающие морозостойкость и водонепроницаемость бетона, которые в результате последующей гидратации повышаются. Вода скапливается также под зернами крупного заполнителя, образуя полости, ухудшающие строение и свойства бетона, поэтому водоотделение строго ограничено.
   Исключить расслоение бетонной смеси можно несколькими путями:
   – снизить расход воды;
   – увеличить расход цемента;
   – ввести добавки пластификаторов и суперпластификаторов;
   – увеличить содержание мелкого заполнителя;
   – применить специальные добавки, повышающие вязкость цементного теста, например, высокогидрофильной бентонитовой глины.
   Удобоукладываемость бетонной смеси является одной из ее важнейших характеристик. Удобоукладываемость представляет собой способность равномерно занимать определенный объем под действием собственной силы тяжести или под действием приложения нагрузки (вибрации) при жесткой бетонной смеси.
   Чтобы оценить удобоукладываемость, в зависимости от ее пластичности используют показатели подвижности и жесткости. Подвижность определяют для пластичных бетонных смесей, замеряя осадку в сантиметрах отформованного из бетонной смеси усеченного стандартного конуса. Данный показатель является статической характеристикой структурной прочности бетонной смеси, так как ее осадка происходит под действием собственной массы.
   Показатель жесткости применяют при наличии жестких смесей с ОК менее 1 см. Жесткость является динамической характеристикой вязкости бетонной смеси, так как ее определяют с применением вибрации. Оценивают жесткость, применяя специальную методику, по времени вибрации в секундах, достаточном для заполнения отформованным усеченным бетонным конусом формы – куба определенного размера, либо применяя специальный прибор. К жестким смесям относят смеси при времени вибрации от 40 секунд до 5 секунд, к сверхжестким – от 100 до 41 секунды.
   Для повышения пластичности бетонной смеси необходимо:
   – увеличить водоцементное соотношение;
   – ввести пластификатор и суперпластификатор;
   – снизить расход мелкого заполнителя;
   – увеличить расход цемента.
   Приготовленную бетонную смесь транспортируют к месту укладки, используя ленточные конвейеры, бетононасосы, пневматические приспособления, а также самосвалы, автобетоносмесители, автобетоновозы и трубопроводный транспорт.
   Форму перед подачей бетонной смеси очищают, смазывают, укладывают в нее, согласно проекту, арматуру и закладные детали. При формовке бетонных и железобетонных изделий и конструкций используют такое важное свойство бетонной смеси, как тиксотропность.
   Важной особенностью является способность многокомпонентного пластичного состава понижать вязкость под действием вибрации в результате нарушения сцепления между частицами и восстанавливать структурную целостность и прочность при снятии механического воздействия. Таким образом, бетонная смесь, с одной стороны, обладает свойствами жидкости, способной занимать определенный объем, с другой – твердого тела, обладающего структурной прочностью.
   Обычно бетонные изделия формуют на специальных виброплощадках. Для уплотнения сверхжестких смесей применяют вибрирование с пригрузом: вибропрессование, виброштампование. Применяемое вибровакуумирование основано на частичном удалении воды за счет создаваемой разности давления на верхней и нижней поверхностях бетонируемой конструкции.
   Ударный и безвибрационный способы уплотнения
   В настоящее время наиболее часто применяют ударный и безвибрационные способы уплотнения. При помощи этих способов экономится электроэнергия, уменьшается опасность вибрационного воздействия на рабочих.
   При ударном способе изготовления изделий формы с пластичной бетонной смесью многократно поднимают и опускают с небольшой высоты. При этом происходит постепенное уплотнение и равномерное распределение бетонной смеси по всему объему.
   Из безвибрационных способов применяют:
   – наливной способ,
   – набивной способ,
   – способ центрифугирования.
   Наливной способ. При наливном способе используют высокоподвижные литые бетонные смеси, которые равномерно распределяются при заливке их в форму. Чтобы смесь не расслаивалась при сохранении водоцементного отношения, вводят тонкомолотые минеральные добавки или добавки пластификаторов и суперпластификаторов.
   Набивной способ. Набивным способом в зависимости от последовательности приготовления смеси получают шприц-бетон и торкрет-бетон. И тот, и другой подают в форму или на защищаемую поверхность под давлением сжатого воздуха. Отличие состоит в том, что в первом случае сухую смесь из песка и цемента смешивают с водой непосредственно при выходе из сопла, во втором – относительно пластичный состав готовят заранее и подают под давлением в форму.
   Центробежный способ формовки. Центробежный способ формовки применяют для изготовления труб, колонн и других полых изделий. Способ основан на равномерном распределении по поверхности формы и уплотнении подаваемой бетонной смеси под действием центробежной силы, возникающей при вращении.
   Монолитные бетонные конструкции. Чтобы изготовить монолитную конструкцию, вначале устанавливают опалубку и арматуру.
   Опалубку обычно изготовляют из досок, фанеры или металлических листов. Для повышения стойкости деревянную опалубку защищают слоем из полиэтилена или армированного стекловолокном пластика. В некоторых случаях в качестве опалубки можно использовать железобетонные плиты, которые являются частью будущей сборно-монолитной конструкции.
   В соответствии с проектом в виде арматурных стержней или каркасов устанавливают арматуру. Для ответственных конструкций используют жесткую арматуру в виде двутавров, швеллеров и проката специальных профилей. Бетонирование больших монолитных сооружений или конструкций выполненяют отдельными блоками, устраивая между ними рабочие швы. Блок бетонируют непрерывно. В этом случае каждая последующая порция бетонной смеси должна быть уложена и уплотнена глубинными и поверхностными вибраторами до схватывания предыдущей.
   В случае возведения монолитных конструкций на строительной площадке бетон твердеет в условиях, которые зависят от времени года и климата. Температурно-влажностные условия твердения оказывают большое влияние на набор прочности бетоном.
   Снижение влажности воздуха вызывает испарение воды с поверхности отформованного бетонного изделия, что приводит к появлению усадочных трещин, обезвоживанию бетона, прекращению набора прочности в условиях дефицита воды и формированию дефектной, водопроницаемой структуры. Поэтому бетон необходимо выдержать во влажном состоянии при нормальных условиях – температуре 20 – 23 градуса и влажности 95 % не менее семи суток после бетонирования. При высоких температурах твердения бетон выдерживают до достижения 50…70 % проектной прочности.
   При производстве работ в осенне-весенний период температура твердения снижается, уменьшается химическая активность воды и затормаживается набор прочности, что особо характерно для пуццоланового портландцемента и шлакопортландцемента, содержащих большое количество минеральных добавок.
   При понижении температуры до – 5 0С твердение бетона продолжается очень медленно, так как вода, которая содержится в мельчайших порах, не замерзает. Понижение температуры до -10 градусов и ниже прекращает процесс гидратации. Дальнейшее нарастание прочности при оттаивании бетона и набор марочной прочности зависят от происшедших структурных изменений в бетоне.
   Если замораживание наступило сразу после укладки бетона в конструкцию, то дальнейшее повышение температуры приводит к оттаиванию бетона и набору им заданной марки. Если бетон замерз после набора той прочности, когда сформировавшаяся структура бетона уже способна к восприятию без разрушения давления замерзающей воды, то потери конечной прочности будут незначительны.
   Существенный недобор прочности происходит только при замораживании бетона на стадии формирования структуры, когда напряжения, возникающие из-за давления льда, выше, чем прочность контактов между кристаллическими продуктами гидратации. При последующем твердении в условиях положительных температур происшедшие разрушения не восстанавливаются, что сказывается на прочности.
   Для набора необходимой прочности бетона, составляющей от 25 до 50 % проектной, необходимо:
   – применять высокоэффективные быстротвердеющие портландцементы;
   – снизить расход воды затворения;
   – ввести специальные противоморозные добавки, которые обеспечивают гидратацию вяжущего вещества за счет понижения температуры замерзания раствора;
   – применить теплоизоляцию поверхности свежеуложенного бетона, приготовленного на подогретых заполнителях и воде или с применением противоморозных добавок;
   – применить тепловую обработку с использованием энергии пара, нагретого воздуха или электрического тока.
   Тепловую обработку применяют при изготовлении сборного железобетона на заводах, а также при нормальных условиях твердения, если необходимо получить заданную прочность бетона в более короткий срок. Как правило, применяют следующие виды тепловой обработки: термовлажностная обработка при нормальном и повышенном давлениях, электроподогрев и гелиообработка.
   Термовлажностная обработка. При обычном давлении термовлажностную обработку проводят с использованием специальных герметических камер, режим работы которых предусматривает повышение температуры до 70…90 0С в условиях насыщенного пара.
   Процесс термовлажностной обработки проходит в несколько этапов. Сначала следует предварительная выдержка бетона до начала схватывания, затем медленный подъем температуры до максимально заданной, далее следует выдержка при этой температуре с последующим медленным охлаждением бетонных смесей. Первые этап обычно занимает от 1,5 до 3,5 часов, что зависит от жесткости смеси, вида применяемого цемента и добавок. Удлиняет этот период применение пуццоланового портландцемента или шлакопортландцемента, пластичных смесей и добавок пластификаторов, которые несколько замедляют процесс гидратации цемента в первые часы контакта вяжущего материала с водой.
   На втором этапе поднимается температура. Скорость подъема может достигать от 10 до 30 0С в час. Чем раньше бетон приобретает минимальную структурную прочность, способную противостоять давлению пара и газообразных продуктов, тем больше может быть скорость подъема температуры. Максимальная температура зависит от активности портландцемента и составляет для высокоактивного быстротвердеющего портландцемента 50…60 0С, рядового портландцемента – 70…80 градусов, пуццоланового и шлакопортландцемента – 85 …90 0С.
   Время изотермии определяется заданной заказчиком прочностью бетона после термовлажностной обработки, которая обычно составляет от 50 до 70 % проектной. В случаях, когда предусматривается нагружение конструкции расчетной проектной нагрузкой, отпускная прочность соответствует заданной, гарантированной проектной прочности.
   Качество пропаренного бетона в большой степени зависит от перепада температуры и влажности, который вызывает перемещение воды и пара в непрочном еще бетоне, так как перемещение приводит к разрыхлению структуры. Поэтому ускорение набора прочности бетоном с использованием термовлажностой обработки обусловливает формирование более дефектной структуры по сравнению с бетоном, твердевшим в нормальных температурно-влажностных условиях. Это ведет к снижению водонепроницаемости бетона, коррозионной стойкости и морозостойкости.
   Чтобы при тепловлажностной обработке исключить влагопотери с поверхности бетонных изделий, необходимо использовать рулонные пароизоляционные материалы – полимерные пленки, рубероид, прорезиненную ткань, пленкообразующие составы, наносимые распылением на поверхность свежеотформованного бетона (латексные, водные эмульсии синтетических каучуков), или добавки – депрессоры испарения – высшие жировые спирты. Их применение позволяет проводить термообработку продуктами сгорания природного газа без ухудшения свойств бетона.
   Чтобы уменьшить продолжительность термовлажностной обработки на 3…6 часов и снизить тем самым затраты энергии, необходимо совместить интенсивное механическое и тепловое воздействие на бетон. Механическое давление на твердеющую смесь может создаваться специальным пригрузом, жесткой крышкой форм, пакетированием изделий, а также избыточным давлением пара в камере.
   Снижение энергозатрат достигается также и применением комплексных добавок, состоящих из ускорителей и суперпластификаторов. Таким образом, можно снизить расход воды более чем на 20%, сохранив при этом заданную пластичность бетонной смеси. Добавки позволяют уменьшить температуру изотермии, а также отказаться от использования бездобавочных энергоемких цементов при получении бетонов прочностью 60…70 МПа, уменьшить в несколько раз интенсивность и продолжительность виброуплотнения.
   Процесс твердения бетона ускоряет повышение температуры термовлажностной обработки до 100 градусов и свыше. Так как гидратация минерального вяжущего вещества может протекать только в присутствии воды, то с целью предупреждения ее вскипания и испарения этот вид термообработки проводят при повышенном давлении.
   Запаривание бетона производят в герметических камерах – автоклавах. Кроме ускорения твердения бетона, запаривание приводит к образованию дополнительных кристаллических соединений, повышающих прочность бетона до 50…100 МПа. По автоклавной технологии получают цементные изделия, а также силикатные кирпичи и бетоны, в которых в качестве вяжущего вещества используют тонкомолотую смесь из гашеной или негашеной извести и кремнезема. Автоклавная обработка состоит из нескольких этапов:
   1 этап. Впуск пара и постепенный нагрев до 100 градусов.
   2 этап. Повышение температуры и давления пара до максимальных значений (175…203 градуса и 0,8…1,6 МПа).
   3 этап. Выдерживание изделий при заданной температуре и давлении.
   4 этап. Снижение давления до нормального и температуры до 100 0С.
   5 этап. Остывание изделий до температуры окружающей смеси.
   Электроподогрев бетона может осуществляться за счет прохождения электрического тока либо по металлической форме и арматуре и перехода электрической энергии в тепловую вследствие высокого электросопротивления стали, либо через свежеуложенный бетон между двумя электродами.
   Довольно часто применяют гелиотермообработку железобетонных изделий. При гелиобработке в качестве теплоносителя используют солнечную энергию. Для этого используют гелиоформы, фокусирующие энергию солнца или специальные пленочные покрытия черного цвета. Ускорить процесс можно, применив комплексное использование энергии солнца в сочетании с быстротвердеющим цементом и ускорителями твердения – специальными добавками.

ПРОТИВОКОРРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

   Железобетон и бетон широко применяют при строительстве зданий и сооружений. Однако эти строительные материалы не обладают достаточной химической стойкостью против действия кислых сред. Свойства бетона и его стойкость в первую очередь зависят от химического состава цемента, из которого он приготовлен. Причиной пониженной стойкости бетона к действию минеральных и органических кислот является наличие свободной гидроокиси кальция и трехкальциевого алюмината, а также других гидратированных соединений кальция.
   При непосредственном воздействии кислых сред на бетон происходит нейтрализация щелочей с образованием хорошо растворимых в воде солей, а затем взаимодействие кислых растворов со свободным гидроксидом кальция с образованием в бетоне солей, обладающих различной растворимостью в воде. Так, при действии на бетон паров или растворов серной кислоты получается гипс, образование которого сопровождается увеличением объема, возникновением внутренних напряжений и появлением трещин в бетоне. Пары соляной или азотной кислоты образуют со свободной известью, содержащиеся в бетоне, хорошо растворимые в воде хлориды и нитраты кальция. Даже такие слабые кислоты, как угольная, способны реагировать с кальциевыми соединениями, образуя растворимые соединения.
   Коррозия бетона происходит более интенсивно при повышении концентрации водных растворов кислот. При повышенных температурах агрессивной среды коррозия бетонов ускоряется. Как бетон на обыкновенном портландцементе, так и бетоны, изготовленные на других видах гидравлических вяжущих веществ, не являются кислотостойкими из-за довольно высокого содержания в них оксида кальция.
   Более высокой кислотостойкостью обладает бетон, изготовленный на глиноземистом цементе, из-за пониженного содержания оксида кальция. Кислотостойкость бетонов на цементах с повышенным содержанием оксида кальция зависит также от плотности бетона. При большей плотности бетона кислоты оказывают на него несколько меньшее воздействие из-за трудности проникновения агрессивной среды внутрь материала. Щелочестойкость бетонов определяется главным образом химическим составом вяжущих, на которых они изготовлены, а также щелочестойкостью мелких и крупных заполнителей.
   Чтобы повысить коррозионную стойкость бетонов, повышают их плотность и тем самым повышают химическую стойкость. Для повышения плотности бетонов, а следовательно, и их химической стойкости, в состав бетонов вводят различные добавки, в том числе латексы на основе дивинилстирольного каучука, кремнийорганическую жидкость, поливинилацетатную эмульсию, спиртово-сульфитную бражку и др. Кроме этого, для повышения коррозионной стойкости арматуры в состав бетона вводят ингибирующие добавки на основе нитрата натрия или нитрата кальция.
   Чтобы увеличить срок службы строительных конструкций и оборудования, необходимо правильно выбирать материалы с учетом их стойкости к агрессивным средам, действующим в производственных условиях. Необходимо также принимать меры профилактического характера, предупреждающие проникание газообразных и жидких агрессивных продуктов в окружающую атмосферу, помещения цехов, почву. К таким мерам относятся герметизация производственной аппаратуры, газообразных и пылевидных продуктов, выделяющихся в процессе производства, применение гидроизоляционных устройств, правильная эксплуатация различных сливных устройств и т.д.

Химически стойкие материалы

   Одним из самых распространенных способов защиты от коррозии строительных конструкций, сооружений и оборудования является использование неметаллических химически стойких материалов: кислотоупорной керамики, жидких резиновых смесей, лакокрасочных материалов, синтетических смол, листовых и пленочных материалов (поливинилхлорида, винипласта, полиэтилена, резины). Важными конструктивными элементами противокоррозионной защиты строительных конструкций зданий и сооружений являются непроницаемые химически стойкие подслоечные материалы. Химически стойкие гидроизоляционные материалы препятствуют непосредственному воздействию агрессивных сред или сточных вод на футеровку и облицовку.
   Как правило, работы по гидроизоляции выполняют из легко деформирующихся без разрывов материалов, таких, как битумно-рубероидная изоляция – изол, бризол, гидроизол, а также полиизобутилен. Однако, обладая высокой эластичностью и химической стойкостью к различным агрессивным средам, полиизобутилен нестоек в растворителях.
   В последнее время в строительстве все чаще применяют новые подслоечные материалы – бутилкор-С и полиэтиленовую пленку. Бутилкор-С представляет собой листовой материал, изготовленный из резиновой смеси на основе бутилкаучука с химически стойким наполнителем. Пластины бутилкор-С должны иметь ровно обрезанные кромки и гладкую припудренную тальком или обработанную другим антиадгезионным материалом поверхности. На материале не должно быть проколов, сквозных пузырей, наплывов, глубоких вмятин и т.д. При нормальной температуре новый материал выдерживает действие соляной кислоты (до 30 %), уксусной кислоты (до 20 %), азотной кислоты (до 5 %), плавиковой кислоты (до 10 %), фосфорной кислоты (до 30 %), действие хлористого натрия (до 20 %), едкого натра (до 40 %). В органических растворителях бутилкор-С нестоек.
   Этот материал рекомендуется использовать под облицовку в качестве непроницаемого подслоя взамен полиизобутилена. Крепят пластины бутилкора-С специальным клеем, который наносят на бетонное основание в два слоя. Первый слой сушат до полного удаления растворителя (примерно 30 – 40 минут), второй – до отлипа. Одновременно на заготовки бутилкора-С наносят слой клея. Кромки материала шириной от 50 до 70 мм, оставляют непромазанными. Пластины бутилкора-С приклеивают непрерывным прокатыванием их к поверхности роликами или лопатками, выдавливая при этом образовавшиеся пузыри воздуха.
   На вертикальной поверхности прикатку пластины производят снизу вверх. Кромки листов промазывают пастой в один слой, просушивают до отлипа и прикатывают роликом, после чего склеенный шов дополнительно промазывают двумя слоями пасты с сушкой каждого слоя до полного удаления растворителя, что обеспечивает его непроницаемость. Сушка обычно длится около трех часов. Из-за пластичности бутилкора-С облицовочные материалы необходимо распределять по всей площадке равномерно.
   При выполнении двухслойной оклейки поверхности пластины второго слоя должны перекрывать шов первого слоя на 200…300 мм. На поверхности пластин не допускается установка строительных лесов, лестниц и др. В случае обнаружения дефектов на поверхности материала ставят заплаты из этого же материала на специальном клее, края заплат заделывают пастой.
   Полиэтиленовую пленку толщиной 200 мкм, сдублированную с двух сторон со стеклотканью различных марок, имеющую толщину 50…600 мкм и прочность сцепления со стеклотканью на расслаивание до 100 г/см, представляет собой материал ОКП-ПС. Дублирование полиэтиленовой пленки со стеклотканью обеспечивает возможность приклейки материала на различных клеевых композициях, в том числе битумных и битумно-каучуковых мастиках, клеях и т.д.
   Пленка ОКП-ПС имеет объемное электросопротивление от 10 до 15 Ом/см и температурный предел от – 60 до + 60 0С. Она остается непроницаемой для газа и влаги в течение 0,5 ч при давлении 0,04 МПа. Используемыый материал должен иметь ровную гладкую поверхность, без проколов, вмятин, сквозных отверстий, матовый полупрозрачный цвет. Не допускается темные пятна, свидетельствующие о перегреве полиэтилена, несдублированных участков с выдавленным расплавом полиэтилена. Материал стоек в кислых, щелочных и нейтральных средах, спиртах, маслах, нефтепродуктах, а также к действию блуждающих токов. Рекомендуется использовать в качестве непроницаемого подслоя при защите строительных конструкций и сооружений.
   В особо ответственных случаях используют рулонный материал, полученный дублированием двух слоев полиэтиленовой пленки или неразрезанного рукава со стеклотканью сваркой швов. Чтобы сварка была качественной, используют стеклоткань, имеющую ширину на 5…7 см меньше ширины полиэтиленовой пленки. При выполнении оклеечных работ необходимо подготовить поверхность для нанесения материала, нанести клеящий состав, приклеить пленку в один или два слоя с прикаткой резиновым валиком, выполнить герметизацию швов.
   При этом полотнища пленки приклеивают с перекрытием швов на 7…12 см; приклейка встык не допускается. Герметизация швов осуществляется химически стойким клеящим составом. При сварке швов края полотнища (без стеклоткани) прогревают разогретым специальным приспособлением. При использовании двух клеев швы необходимо сваривать.
   Поливинилхлорид получают путем эмульсионной полимеризации винилхлорида и выпускают в виде непластифицированного твердого ПВХ, называемого винилпластом, и пластифицированного эластичного пластиката, содержащего в своем составе пластификаторы – такие высококипящие жидкости, как дибутилфталат, а также стабилизаторы и наполнители. С увеличением содержания пластификатора относительное удлинение пластиката при разрыве увеличивается, но при этом уменьшается его прочность. Наибольшее применение имеет поливинилхлоридный прокладочный и пластикат марки 57-40, обладающий наибольшей химической стойкостью.
   Полиэтилен профилированный изготовляют из полиэтиленовых гранул низкой плотности (высокого давления) в виде бесшовных профилированных ребристых рукав диаметром 600 мм, которые разрезают на листы длиной до 50 метров. Толщина листов полиэтилена составляет 1,5…1,7 мм; высота ребер 8 мм, расстояние межу ребрами 40 мм. Профилированный полиэтилен стоек к действию серной кислоты, азотной, фосфорной, соляной кислоты, едкого натра.
   Рекомендуемый материал является хорошим защитным покрытием для изделий из бетона и железобетона – панелей, блоков и других, применяемых в условиях взаимодействия агрессивных сред. В металлические формы укладывают выкроенные листы полиэтилена, затем устанавливают арматуру и формы заполняют бетоном с вибрированием. Пропарка бетонных изделий производится в камерах при температуре 80 0С в течение 20 часов. Готовые бетонные изделия доставляют на строительную площадку, монтируют как обычно, затем с кромки листов циклевочным инструментом снимают верхний окисленный слой полиэтилена на ширину до 5 мм по обе стороны от стыка и прихватывают монтажной сваркой с помощью электропаяльника.
   Кроме указанных материалов, для защиты железобетонных конструкций от коррозии изготавливают также покрытия на основе бесфенольных и полиэфирных смол, модифицированные хлорсульфированным полиэтиленом и армированных полипропиленовой тканью. Такие покрытия химически и трещиностойки, обладают высокой ударной вязкостью, высокой стабильностью свойств при резкой смене температур, что особенно важно при защите бетонных и железобетонных сооружений.
   Для изготовления защитного покрытия на бетонных и бетонных изделиях необходимо выполнить следующие операции:
   – подготовить защищаемую железобетонную поверхность и армирующие материалы;
   – приготовить связующие материалы;
   – нанести грунтовочные композиции на подготовленную поверхность;
   – выполнить формование футеровочного пояса;
   – нанести герметизирующий слой;
   – проконтролировать отверждение;
   – проконтролировать качество всех операций.
   Армированные эпоксидно-сланцевые покрытия для защиты железобетонных конструкций изготавливают из смеси низковязкой эпоксидной смолы или этерифицированного эпоксидного продукта и смоляных продуктов переработки сланцев, наполнителя и отвердителя. Эпоксидно-сланцевые составы могут отверждаться при температуре не ниже +40 0С, а допустимый температурный интервал их эксплуатации от -30 до +60 0С. Для создания защитного армированного покрытия сначал наносят грунтовочный слой, затем клеящий и покровный слой. Стеклоткань укладывают на клеящий слой. Составы можно наносить на бетонную поверхность с влажностью не более 10 %.
   Готовят эпоксидно-сланцевые составы непосредственно перед их нанесением на бетонную или металлическую поверхность. Для этого эпоксидные смолы ЭД-20, ЭИС-1 и сланцевый модификатор типа «Сламор» тщательно перемешивают в требуемых соотношениях, далее вводят наполнитель, а перед использованием – отвердитель. Состав готовят в количестве, необходимом для работы в течение 35…40 минут.
   Промежуточную сушку каждого слоя выполняют при температуре 18…20 градусов в течение 20…24 часов. Окончательная сушка готового покрытия перед пуском в эксплуатацию должна продолжаться при температуре 18…20 градусов в течение 15 суток.
   Модицифицированный эпоксидно-сланцевый состав МЭС состоит из эпоксидной смолы ЭД-20, фракции сланцевой смолы «Сламор», жидкого нитрильного карбоксильного каучука и отвердителя. Получаемое покрытие имеет повышенную деформативность по сравнению с обычными эпоксидными, обладает высокой адгезией к металлу и бетону. На подготовленную поверхность состав наносят без предварительного грунтования. Покрытие должно быть трехслойным с общей толщиной не менее 0,7…0,8 мм. Покрытия на основе состава МЭС устойчивы к действию серной кислоты, азотной кислоты, соляной кислоты, ортофосфорной кислоты, едкого натра при температуре до 60 градусов.
   Приготовление состава МЭС. Состав готовится в виде двух компонентов – А и Б. Компоненты А состоят из смолы ЭД-20 (100 частей), каучука СКГ-10-1 (5 частей); компоненты Б состоят из сланцевой смолы «Сламор» (80 частей), каучука СКН -10-1 (15 частей), полиэтиленполиамина или АФ-2 (10…30 частей). При толщине слоя 0,2…0,25 мм ориентировочный расход состава МЭС составляет 0,35 кг/м кв. Компоненты А и Б смешивают в пропорции 1 : 1 непосредственно перед началом работ в количестве, необходимом для работы в течение 40…60 минут. Межслойная сушка покрытия составляет от 8 до 10 часов при температуре 18…20 градусов. Окончательная сушка составляет 20 суток при той же температуре.

Илья Мельников Асбестоцементные строительные материалы и изделия