Строительные материалы и изделия (Погорелова Н.П.)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
ФГОУ СПО
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ
Конспект лекций для студентов
по дисциплине
«Строительные материалы и изделия»
для специальности № 270103
«Строительство и эксплуатация зданий и сооружений.»
Специализация 02 "Строительство промышленных зданий и зданий транспортного назначения"
Составил преподаватель:
2009
Погорелова Н.П.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ
Для лучшего использования строительных материалов необходимо изучить их основные физические и механические свойства.
Физические свойства материалов: плотность, удельный объем, удельный
вес, морозостойкость, теплопроводность, теплоемкость и др.
Механические свойства: прочность, твердость, истираемость, пластичность,
хрупкость.
Кроме того, различают и другие свойства материалов, которые рассматриваются в специальных курсах.
1. Физические свойства материалов
Плотность — величина, измеряемая отношением массы вещества к занимаемому
объему:
где т — масса вещества, кг; V — объем вещества, м3.
Полагая в формуле V=l, получим р=т. Следовательно, плотность вещества равна массе,
содержащейся в единице объема. Единицей измерения плотности является килограмм на
кубический метр (кг/м3).
Удельный объем — величина, измеряемая отношением объема вещества к его
массе:
U = V/m,
где V — объем вещества, м3; т — масса вещества, кг.
Следовательно, величина удельного объема вещества является величиной, обратной плотности. Единицей измерения удельного объема является кубический метр на килограмм
(м3/кг).
Удельный вес — величина, измеряемая отношением силы тяжести (веса тела) к
его объему:
У = P/V,
где Р — сила тяжести, Н; V — объем, м3.
Единицей измерения удельного веса является Ньютон на кубический метр (Н/м3).
Влажность — весовое содержание воды в материале, выраженное в процентах:
Св-Сс
W=
Сс
где GB — масса влажного материала; Сс — масса сухого материала.
Для определения влажности образец взвешивают сначала во влажном, а затем в абсолютно сухом состоянии. Высушивают материал до полного удаления влаги в лабораторных условиях (в сушильном шкафу) при температуре 110°. (Здесь и далее температура
дана в градусах Цельсия.)
Материал, влажность которого равна 0, называется абсолютно сухим. Материал, между
влажностью которого и влажностью окружающего его воздуха устанавливается равновесие, называется воздушно-сухим.
Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением.
Величина водопроницаемости измеряется количеством воды, прошедшей через 1 см2 поверхности материала в течение 1 ч при постоянном давлении.
Особо плотные материалы (битум, стекло, сталь и др.), а также достаточно плотные материалы с мелкими порами (например, специальный бетон) практически водонепроницаемы, остальные — водопроницаемы.
Это свойство материалов вызывает дополнительные работы при строительстве
гидротехнических сооружений, резервуаров, возведении стен подвалов и т. п.
Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное и попеременное замораживание и оттаивание.
Морозостойкость выражается числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое образец материала может выдержать, не разрушаясь и не снижая значительно своей прочности. Допустимая потеря прочности после испытания на морозостойкость на каждый материал устанавливается ГОСТом.
Для определения морозостойкости образец материала насыщают водой и замораживают в морозильной камере при температуре —15 —17°, а затем оттаивают при комнатной температуре. После заданного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания определяют прочность и морозостойкость материала.
По числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания различают следующую морозостойкость материалов: Мрз 10, Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 100,
Мрз 150, Мрз 200.
Материалы считаются морозостойкими, если они после испытания не имеют выкрашиваний, трещин, расслаивания, потери массы более 5% и прочности более 25%.
Теплопроводность — способность материала передавать тепло через свою толщу
от одной поверхности к другой. За единицу количества теплоты принят 1 Джоуль (Дж).
Теплоемкость — количество теплоты, которое требуется для нагревания какоголибо тела на 1 К (Кельвин).
Согласно определению теплоемкость тела выражается в Дж/К.
Для характеристики тепловых свойств вещества необходимо знать теплоемкость
единичной массы вещества, из которого состоит тело, т. е. удельную теплоемкость.
Удельная теплоемкость — величина, численно равная количеству теплоты, необходимой для нагревания единицы массы вещества на 1 К.
За единицу удельной теплоемкости принимается такая удельная теплоёмкость, при
которой для нагревания 1 кг вещества затрачивается 1 Дж. энергии.
Единица удельной теплоемкости выражается формулой
С=1 Дж/кг*К.
Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушения действия
высоких температур и воды (при пожарах).
По огнестойкости материалы делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
К несгораемым относят минеральные материалы, которые при воздействии на них
огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (сталь,
бетон, кирпич).
Трудносгораемыми называются материалы, которые под воздействием огня или
высокой температуры воспламеняются с трудом, тлеют и обугливаются. К ним относят
органические материалы в соединении с минеральными (фибролит, асфальтовый бетон,
древесина, пропитанная несгораемыми составами).
К сгораемым относятся органические материалы, которые горят открытым пламенем (дерево, пластмасса, рубероид).
Огнеупорность — способность материала сохранять форму и размеры при воздействии высоких температур.
2. Механические свойства материалов
Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению при действии
нагрузок или других факторов. Прочность материала характеризуется пределом прочности.
Пределом прочности называется напряжение, соответствующее нагрузке, вызвавшей разрушение образца материала.
Предел прочности определяют нагружением испытуемых образцов материала до
их разрушения на прессах или разрывных машинах. Хрупкие материалы испытывают
главным образом на сжатие, пластические — на растяжение. На сжатие обычно испытывают кубики или цилиндры с размерами сторон от 2 до 30 см, на растяжение — образцы в
виде стержней или стержней с утоненной средней частью (например, металлы). Предел
прочности при сжатии колеблется от 0,2 кН/см2 для наиболее слабых строительных материалов до 100 кН/см2 и выше для высокосортной стали.
Многие строительные материалы характеризуются в технических условиях так
называемыми марками, совпадающими по величине с пределом прочности (при сжатии).
Например, тяжелый бетон бывает марок (М) 100, 150, 200, 300, 400, 500 и 600; кирпич —
50, 75, 100, 125, 150 и т. д.
Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Твердость материала не всегда соответствует его прочности.
Материалы с разными пределами прочности могут обладать одинаковой твердостью.
Применяются различные способы определения твердости материалов. Например,
твердость однородных каменных материалов определяют по специальной шкале твердости, включающей десять минералов, расположенных по степени возрастания их твердости, путем прочерчивания по испытываемому материалу минералами шкалы.
Твердость металлов, бетона и древесины определяют путем вдавливания в них
(определенной нагрузкой) стального шарика. По глубине вдавливания или диаметру отпечатка и устанавливают твердость материала. Кроме того, твердость материала определяют
сверлением и другими способами.
Истираемость — способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий.
Истираемость материалов испытывают в лабораторных условиях на специальных
машинах.
Упругость — свойство материала изменять свою форму под действием нагрузки и
восстанавливать ее после снятия нагрузки. Восстановление первоначальной формы может
быть полным и частичным. При неполном восстановлении формы в материале будут
иметься так называемые остаточные деформации. Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой малой величины,
устанавливаемой в технических условиях на данный материал.
Пластичность — способность материала изменять свою форму под действием
нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки без образования трещин.
Пластические свойства материалов широко используют в технологии материалов
(ковка, прокатка, штамповка). К пластическим материалам относят мягкую сталь, свинец,
нагретый битум.
Хрупкость — свойство материала разрушаться под действием нагрузки без предварительных деформаций.
К хрупким материалам относят чугун, бетон, кирпич. Они легко разрушаются при
ударах и не выдерживают высоких местных напряжений, давая трещины. Поэтому их не
применяют для строительных конструкций, которые могут быть подвержены растягивающим и изгибающим усилиям.
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА.
Вяжущие вещества делятся на минеральные и органические.
Минеральные вяжущие вещества при смешивании с водой или другим затворителем способны переходить из жидкого (тестообразного) в камневидное состояние.
Минеральные вяжущие вещества в свою очередь делят на воздушные и гидравлические.
Воздушные вяжущие вещества (воздушная известь, гипс, магнезиальные вяжущие,
жидкое стекло, кислотоупорный цемент) могут затвердевать и длительно сохранять или
повышать свою прочность только на воздухе, во влажностных условиях они снижают или
теряют свою прочность.
Гидравлические вяжущие вещества (гидравлическая известь, портландцемент,
глиноземистый цемент и др.) могут затвердевать и длительно повышать и сохранять свою
прочность не только на воздухе, но и в воде.
В отличие от воздушных гидравлические вяжущие имеют более высокую прочность, поэтому их более широко применяют в строительстве.
Воздушные вяжущие вещества
Воздушную известь получают путем обжига известняков или других горных пород,
содержащих углекислый кальций. Обжиг известняка ведут в печах, преимущественно в
вертикальных шахтах (рис. 1) различной системы.
Известняк вместе с углем непрерывно загружается сверху в шахту печи и перемещается вниз навстречу движению воздуха.
Обжигаемый материал последовательно проходит зоны подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева материал под действием раскаленных газов, поступающих из
зоны обжига, высушивается и подогревается до температуры обжига порядка 1000°. В
зоне обжига, расположенной в средней части печи, происходит выделение углекислого
кальция. Обожженный материал опускается вниз и
охлаждается воздухом, притекающим снизу через выгрузочное отверстие печи, а воздух, соприкасаясь с известью, нагревается и идет вверх на поддержание горения. Обожженная известь из печи подается на склад.
В результате обжига получают продукт в виде кусков
белого или серого цвета, называемый негашеной известью (иногда комовой известью или кипелкой). Негашеная известь химически соединяется с водой и образует гашеную (гидратную) известь.
При гашении извести ограниченным количеством воды
она распадается в тонкий порошок, называемый пушонкой. При гашении большим количеством воды или
при смешивании пушонки с водой получается известковое тесто, а при разбавлении теста водой — известковое молоко.
Воздушную известь по качеству подразделяют на два
сорта. К первому сорту относят известь, в которой количество непогасившихся зерен составляет не более
10%, а ко второму — 20%. В зависимости от скорости
гашения известь-кипелка делится на быстрогасящуюся
(срок
гашения до 20 мин) и медленногасящуюся (срок
Рис. 1 Шахтная печь с выгашения более 20 мин). Негашеная молотая известь
носными топками:
должна иметь тонкость помола, при которой остаток на
1- топливо; 2 – сырье.
сите №063 должен составлять не более 2%, а на сите № 009 — не более 10%.
Гидратная известь-пушонка должна иметь влажность не более 5% от массы исходного материала.
Прочность на сжатие затвердевшей негашеной молотой извести из пластичного
раствора с песком состава 1 : 3 (по массе) через 28 дней составляет 0,04—0,5 кН/см2. По
прочности на сжатие для молотой негашеной извести установлены марки 4, 10, 25 и 50.
Воздушная известь является одним из основных воздушных вяжущих веществ. В
строительстве воздушную известь широко используют для приготовления кладочных и
штукатурных растворов, известковых красок, изготовления силикатных изделий, кирпича,
блоков, канализационных труб. Существенный недостаток воздушной извести — невысокая прочность и малая стойкость во влажностных условиях.
Строительный гипс получают путем тепловой обработки гипсового камня при
температуре 150—170°. Существует несколько способов производства строительного гипса: в сушильных барабанах, в варочных котлах и в шахтных мельницах.
Производство строительного гипса в шахтной мельнице (рис. 2) ведут следующим
образом. В шахту 1 мельницы непрерывно подается гипсовый камень в виде щебня, который затем попадает на вращающиеся билы 2. В нижнюю часть мельницы под билы нагнетаются горячие газы по каналам 3. Мелкие частицы, образовавшиеся при помоле, горячи-
Рис. 2 Шахтная мельница
ми газами выносятся из мельницы и попадают в пылеосадительные устройства. Далее
гипс направляется в бункера для хранения. Этот способ производства строительного гипса
в отличие от других совмещает обжиг и помол гипса в одном агрегате и называется обжигом гипса во взвешенном состоянии.
Основными свойствами гипса являются прочность, тонкость помола, сроки
схватывания.
Прочность гипса характеризуется пределом прочности, который определяют путем испытания на сжатие образцов в виде кубов размером 7,07x7,07x7,07 см, изготовленных из гипсового теста в возрасте 1,5 ч.
На прочность гипса оказывает влияние тонкость помола, количество употребляемой воды, влажность окружающей среды.
Тонкость помола гипса характеризуется остатком в процентах по массе на сите №
02 (918 отв/см2). Чем тоньше измельчен гипс, тем выше его прочность. С увеличением количества воды, взятой для приготовления гипсового теста, а также при влажностных условиях прочность гипса снижается.
Для повышения водостойкости в гипс добавляют молотый шлак, известь или гипсовые изделия покрывают водонепроницаемыми составами (масляными, казеиновыми).
В отличие от многих других вяжущих веществ гипс обладает малым сроком схватывания (твердения): начало — через 4—5 мин, окончание — через 6—30 мин с момента
затворения гипсового порошка водой. Поэтому в производственных условиях не всегда
успевают в срок использовать приготовленное гипсовое тесто. С целью увеличения сроков
схватывания в гипс добавляют известь (до 5% по массе), клеевую воду, сульфитноспиртовую барду и другие вещества, замедляющие сроки схватывания.
Отличительной особенностью гипса является также значительное (до 1%) увеличение его объема при твердении.
В зависимости от прочности и тонкости помола строительный гипс подразделяют
на два сорта: 1-й сорт должен иметь прочность не менее 0,45 кН/см2 и тонкость помола с
остатком на сите не более 15%; 2-й сорт — прочность не менее 0,35 кН/см2, а тонкость
помола с остатком на сите не более 30%.
Наиболее ценные свойства гипса — быстрое схватывание и возможность получения гладких поверхностей штукатурки и изделий, кроме того, гипс имеет белый цвет, который позволяет получать из него цветной гипс.
Недостатки гипса — малая водостойкость, понижение активности с течением
времени (после трех месяцев его активность понижается
до 30%).
Строительный гипс применяют для изготовления разных изделий, приготовления
растворов, получения форм.
В качестве гипсовых изделий в строительстве широко используют перегородочные
плиты, гипсобетонные плиты, санитарно-техиические кабины, листы сухой штукатурки,
архитектурные детали. Гипсовые изделия изготовляют из одного гипса (гипсового теста)
или из смеси гипса и заполнителей (шлака, опилок). Применение заполнителей сокращает
расход гипса, уменьшает массу изделий и снижает их стоимость.
Гипсовые растворы применяют как в качестве штукатурных, так и кладочных. При
штукатурных работах строительный гипс используют в виде гипсоизвестковых растворов,
дающих быстротвердеющую штукатурку с гладкой поверхностью.
Разновидностью строительного гипса является формовочный гипс, который отличается
более тонким помолом и белизной. Его применяют в основном для изготовления различных декоративных изделий.
Кроме строительного гипса, в качестве гипсовых вяжущих в строительстве применяют также высокопрочный гипс и ангидритовый цемент. Высокопрочный гипс получают
варкой гипсового камня в автоклавах (специальных котлах) при давлении пара 0,13 МПа.
Обладая всеми свойствами строительного гипса, этот гипс, кроме того, имеет высокую
прочность (марки от 200 до 400). Высокопрочный гипс применяют для внутренних конструкций зданий.
Ангидритовый цемент получают путем обжига природного гипсового камня при
температуре 500—700° и последующего помола с химическими добавками — катализаторами (известь, доменный шлак). Существуют и другие способы получения ангидритового
цемента. В отличие от строительного гипса ангидритовый цемент обладает значительной
прочностью и имеет марки от 50 до 200. Ангидритовый цемент применяется в строительстве для тех же целей, что строительный и высокопрочный гипс. Причем применять ангидритовый цемент, как и все другие гипсовые вяжущие, можно только в сухих помещениях.
Магнезиальные вяжущие вещества.
Различают два вида магнезиальных вяжущих: каустический магнезит и каустический доломит.
Каустический магнезит получают путем обжига горной породы (магнезита) с последующим помолом в тонкий порошок. Обжиг магнезита производят в шахтных вращающихся печах при температуре 800—850°, помол — чаще в шаровых мельницах.
Каустический доломит получают путем обжига при температуре 650—750° и последующего помола горной породы доломита.
Магнезиальные вяжущие представляют собой тонкомолотые порошки белого или
желтоватого цвета. Затворителями служат растворы хлористого магния (наиболее распространенный), сернокислого магния, железного купороса. Начало схватывания — не ранее
20 мин, конец — не позднее б ч. от начала затворения. По пределу прочности на сжатие
образцов, изготовленных из раствора состава 1 : 3 по массе (вяжущее — песок), для каустического магнезита установлены марки от 400 до 600, а для доломита — от 100 до 300.
Магнезиальные вяжущие применяют в строительстве, главным образом, в соединении с органическими заполнителями (древесной стружкой и опилками), так как они не вызывают разложения органических веществ и дают с ними хорошее сцепление. Их используют для производства фибролита, ксилолита и ксилолитовых изделий.
Фибролитовые изделия получают из смеси магнезиальных вяжущих с древесными
стружками, ксилолитовые — из смеси магнезиальных вяжущих с древесными опилками.
Растворимое (жидкое) стекло.
Сырьем для изготовления жидкого стекла служат молотый чистый кварцевый песок и сода (или сульфат натрия). Эта смесь после тщательного смешивания поступает в
стекловаренную печь, сплавляется, а затем при повышении температуры до 1300—1400°
разжижается. После осаждения примесей на дне печи жидкое стекло выпускают из печи в
яму, где вследствие быстрого охлаждения оно распадается на куски. При необходимости
куски загружают в автоклавы, в них под давлением 0,5—0,8 МПа подают пар, который
растворяет куски, превращая их в жидкое состояние.
Жидкое стекло отличается от обыкновенного химическим составом и способностью растворяться в воде (особенно под действием пара высокого давления и повышенной
температуры).
На производстве его обычно применяют в жидком виде. До растворения жидкое стекло
представляет собой прозрачные куски или глыбы синеватого, зеленоватого или желтоватого цвета, после растворения — жидкость разной густоты. Растворяют стекло обычно в
горячей воде в молотом виде. Жидкое стекло обладает хорошими вяжущими (клеющими)
свойствами, не горит, не загнивает, твердеет на воздухе. Для ускорения твердения его
нагревают и добавляют катализатор — кремнефтористый натрий.
Жидкое стекло применяют для затворения кислотоупорного цемента и бетона, защиты каменных поверхностей от выветривания, изготовления огнезащитных красок и замазок, укрепления слабых грунтов (способ силикатизации).
Кислотоупорный цемент получают путем совместного помола или тщательного
смешивания молотых чистого кварцевого песка и кремнефтористого натрия. После помола цемент просеивают на ситах 4900 и 10 000 отв/см2, при этом тонкость помола составляет, соответственно, не более 10 и 50%.
Кислотоупорный цемент затворяют жидким стеклом. Начало схватывания цементного теста должно наступать не ранее чем через 30 мин, конец — не позднее чем через 6 ч
после затворения. Предел прочности на растяжение образцов в виде восьмерок, изготовленных из цементного теста, после 28 сут. твердения на воздухе должен быть не ниже 0,2
кН/см2. Кислотоупорный цемент выдерживает действие большинства минеральных и органических кислот (кроме фтористоводородной и кремнефтористоводородной), а также
щелочей, которые действуют на цемент разрушающе.
Его используют для приготовления кислотоупорных растворов, бетонов, изделий
из них, а также кислотоупорных обмазок при защите аппаратуры и строительных конструкций на химических заводах.
Гидравлические вяжущие вещества
Гидравлическую известь получают путем обжига не до спекания мергелистых известняков, содержащих 6—20% глинистых примесей, в шахтных (см. рис. 1) или вращающихся печах при температуре 900— 1000°. После обжига производят помол или гашение извести в порошок (пушонку).
Гидравлическая известь должна обладать свойством равномерно изменять объем.
Размолотая известь не должна давать более 15% остатка на сите № 008. В гашеной извести непогасившихся зерен должно быть не более 15% (по массе). Растворы на гидравлической извести помещать в воду сразу после изготовления нельзя, так как они могут размываться и терять прочность. В начале твердения растворы должны находиться в течение
7—21 дня на воздухе, после чего их можно увлажнять. Предел прочности на сжатие образцов-кубиков, изготовленных из раствора извести с песком состава 1 : 3 (по массе), в
возрасте 28 дней комбинированного хранения (7 суток во влажном воздухе и 21 сутки в
воде) должен быть не менее 0,20 кН/см2.
Гидравлическую известь применяют для приготовления кладочных и штукатурных
растворов, бетона низких марок, шлакобетонных камней. Кладку конструкций (фундаментов, стен подвала) на растворах из гидравлической извести в сырых местах в течение первых 7—14 дней необходимо предохранять от непосредственного воздействия воды.
Портландцемент получают путем тонкого помола обожженной до спекания смеси
глины и известняка, называемой цементным клинкером. Различают два основных способа
производства портландцемента — мокрый и сухой. Чаще применяют мокрый способ, технология которого заключается в следующем. Глину предварительно превращают в аппарате («болтушке») в жидкий глиняный шлам, после чего подают в сырьевую мельницу,
куда одновременно поступает дробленый известняк. Глину и известняк подают в мельницу в строго определенной пропорции. После помола сметанообразная смесь известняка
(~75%), глины (~25%) и воды направляется в шламбассейн, где происходит корректировка
химического состава шлама и тщательное его перемешивание. Из бассейна шлам поступает в обжигательную вращающуюся печь (рис. 3).
Современные вращающиеся печи имеют длину 150—185 м и соответственно диаметр 3,6—5,0 м. Производительность таких печей более 1000 т клинкера в сутки. Для повышения производительности шлам при подаче в печь подсушивают и устраивают в печи
цепные завесы для лучшего соприкосновения смеси с горячими дымовыми газами. Барабан печи устанавливают с уклоном 5%, что обеспечивает при его вращении медленное
продвижение материала в сторону нижнего конца. Шлам подают со стороны поднятой части печи специальным питателем, а топливо в виде газа или угольной пыли вдувается с
противоположной стороны вентилятором. Топливо сгорает вблизи его подачи. Здесь развивается наиболее высокая температура (до 1500°), которая необходима для спекания
клинкера. Этот участок печи называется зоной обжига. Дымовые газы удаляются из печи с
противоположного конца в месте загрузки шлама. Следовательно, дымовые газы движутся вдоль всего барабана печи навстречу обжигаемому материалу и, постепенно нагревая
его, охлаждаются сами. Вследствие этого, начиная от зоны обжига, температура в печи
уменьшается с 1500 до 100—150°. После зоны обжига клинкер в виде серых очень твердых спекшихся шариков поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему потоком холодного воздуха. Охлажденный клинкер отправляют на склад для выдерживания в течение 1—2 недель.
После выдерживания клинкера производят его помол вместе с гипсом и активными
минеральными добавками. Гипс применяют для регулирования сроков схватывания портландцемента в количестве 1,5— 3,5%, минеральные добавки (трепел, диатомит, доменный
шлак) — для получения специальных свойств портландцемента, а также снижения его
стоимости в количестве до 15% по массе.
Помол клинкера производят в специальных шаровых мельницах. Из мельниц цемент выходит с температурой нередко более 100°. Для охлаждения его помещают в силосы, а через 7—14 дней отправляют на стройки.
При производстве портландцемента сухим способом сырьевые материалы сначала высушивают, затем измельчают и тщательно перемешивают в специальных силосах. Из сырьевой муки готовят гранулы (зерна до 40 мм), а затем их обжигают во вращающейся или
шахтной печи. Сухой способ производства портландцемента является более трудоемким,
хотя и требует меньшего расхода топлива.
Портландцемент затворяют водой. Начало схватывания портландцемента (потеря подвижности цементного теста) должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец (переход цементного теста в камень) — не позднее чем через 12 ч. При твердении портландцементный камень изменяется в объеме: на воздухе объем уменьшается, в воде увеличивается. По прочности портландцемент делится на марки: 300; 400; 500 и 600. Марки устанавливают по пределу прочности на изгиб образцов-балочек размером 4х4х 15 см и на сжатие
их половинок, изготовленных из пластичного цементного раствора состава 1 : 3 (по массе)
и испытанных в возрасте 28 дней. На прочность портландцемента оказывает влияние тонкость помола, которая должна обеспечивать прохождение 85% массы его пробы через сито № 008 (размеры ячеек сита в свете 0,08 мм).
Наличие ряда положительных свойств (высокой прочности, способности твердеть на воздухе и в воде, относительно невысокой стоимости) делает портландцемент универсальным вяжущим веществом, имеющим самое широкое применение в строительстве. Портландцемент — это основной вид цемента, применяемого для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей, а также устройства монолитных бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений. Наиболее широко портландцемент применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов, употребляемых
для надземных, подземных и подводных конструкций. Его используют также для защиты
стальных конструкций, стальных закладных деталей и сварных соединений сборных железобетонных конструкций от огня и коррозии при монтаже зданий и сооружений.
Портландцемент не рекомендуется применять для конструкций, которые подвергаются
действию морской, минерализованной или пресной воды, омывающей конструкцию под
напором.
Глиноземистый цемент получают путем обжига до сплавления или до спекания
смеси извести и бокситов (горная порода, содержащая алюминий) с последующим ее помолом в тонкий порошок. Обжиг до плавления ведут в электрических печах при температуре 1400—1500°.
Обжиг смеси до спекания производят во вращающихся печах при температуре
1200—1300°. После обжига смеси производят помол полученного клинкера в тонкий порошок (цемент). Существуют и другие способы получения глиноземистого цемента.
Глиноземистый цемент является быстротвердеющим вяжущим веществом. Уже через 24 ч после затворения цементный камень имеет прочность до 90% марочной. Цемент
должен иметь тонкость помола, при которой остаток на сите № 008 не превышает 10%.
Начало схватывания не ранее чем через 45 мин, конец не позднее чем через 12 ч с момента
затворения цемента водой. По прочности цемент делят на марки 300, 400 и 500. Марки
устанавливают по пределу прочности на сжатие образцов, изготовленных из раствора состава 1 : 3, испытанных в возрасте 3—4 дней. Твердение глиноземистого цемента происходит с большим выделением тепла, что ограничивает применение его в массивных бетонных и железобетонных конструкциях, но оказывает положительное влияние на производство строительных работ в зимнее время. Глиноземистый цемент обладает высокой
коррозионной стойкостью против действия пресных и сульфатных вод. Он хорошо твердеет во влажной среде при температуре 15—20°. При повышении температуры прочность
глиноземистого цемента снижается. Поэтому в отличие от портландцемента этот цемент
нельзя искусственно нагревать (пропаривать).
Высокая стоимость (в 3 раза выше портландцемента) ограничивает широкое применение глиноземистого цемента. Его применяют в специальных сооружениях, при аварийных строительных и монтажных работах, при работах в зимнее время, в морских сооружениях, в сооружениях, находящихся в минерализованных водах. Высокая сульфотостойкость глиноземистого цемента позволяет применят его для изготовления коллекторов
сточных вод ряда химических и металлургических предприятий, Его используют также в
качестве вяжущего при изготовлении жароупорных бетонов.
Пуццолановый цемент получают путем совместного помола или тщательного смешивания портландцемента с активными минеральными добавками. Последние улучшают
стойкость цемента в агрессивных водах. В качестве таких добавок применяют естественные (природные) и искусственные породы. Естественные породы — диатомит, трепел,
туф и др.; искусственные — доменный шлак, зола, глинит (обожженная глина) и др. Количество применяемых добавок зависит от свойств этих добавок, а также от требований к
качеству получаемого цемента и колеблется в пределах от 20 до 50% от массы смеси.
Пуццолановый цемент светлее обыкновенного портландцемента, имеет меньшую
объемную массу, дает большую плотность раствора и бетона, вследствие чего они получаются более водонепроницаемыми. Тонкость помола и сроки схватывания пуццоланового цемента такие же, как и для портландцемента; быстрота твердения несколько меньше,
чем у портландцемента, особенно в первые дни его твердения. При твердении пуццолановый цемент выделяет меньше тепла, чем портландцемент, что дает возможность применять его в массивных бетонных конструкциях (так как в них не происходит образование
трещин), но затрудняет зимнее бетонирование (требуется искусственный прогрев бетона).
Отличительной особенностью пуццоланового цемента является то, что, будучи хорошо затвердевшим, он не выщелачивается пресной водой и не разрушается под действием морских и других минерализованных вод. Однако этот цемент так же, как и портландцемент, подвергается вредному действию свободных кислот (например, угольной) и концентрированных растворов магнезиальных солей. Для пуццоланового цемента установлены следующие марки: 200, 300, 400 и 500.
Пуццолановый цемент в основном применяют в тех случаях, когда необходима повышенная физико-химическая стойкость бетона; в канализационных и водопроводных сооружениях; при устройстве гидротехнических сооружений в морской и пресной воде
(набережных, плотин, шлюзов); для кладки фундаментов и стен подвалов гражданских и
промышленных зданий, а также других подземных сооружений, если они находятся под
действием грунтовой воды, содержащей вредные для портландцемента примеси. Следовательно, пуццолановый цемент используют для приготовления растворов и бетонов, изготовления сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций, которые
должны эксплуатироваться в условиях действия агрессивных вод (морских, минерализованных).
Пуццолановый цемент нельзя применять в сооружениях, находящихся в переменных условиях увлажнения и высыхания, замораживания и оттаивания.
Шлаковый цемент получают путем совместного помола или тщательного смешивания молотых портландцементного клинкера и гранулированного доменного шлака. Количество шлака принимают в зависимости от его активности от 30 до 75% от массы цемента. По своим свойствам шлаковый цемент мало отличается от портландцемента, однако он значительно дешевле, поэтому имеет широкое применение в строительстве.
Шлаковый цемент имеет одинаковые с портландцементом тонкость помола и равномерность изменения объема. В отличие от портландцемента он обладает более медленным схватыванием и замедленным твердением в первой декаде, особенно при пониженной температуре окружающего воздуха. При твердении шлаковый цемент выделяет
меньше тепла, чем портландцемент. Это свойство дает возможность широко использовать
его при бетонировании массивных конструкций (особенно летом), хотя и ограничивает
применение в зимних условиях. Шлаковый цемент более сульфатостоек, но менее морозостоек по сравнению с портландцементом. Для шлакового цемента установлены марки:
200, 300, 400 и 500.
Шлаковый цемент применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей, приготовления бетона для устройства монолитных бетонных
фундаментов, полов и других массивных сооружений, в том числе гидротехнических сооружений, находящихся в обычной и минерализованной грунтовой воде. Кроме того, этот
цемент применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов.
Шлаковый цемент не рекомендуется применять в тех же случаях, которые были
указаны для пуццоланового цемента.
Расширяющиеся цементы. Один из существенных недостатков рассмотренных выше цементов — их усадка при твердении на воздухе. Этот недостаток не позволяет применять их для получения абсолютно водонепроницаемых стыков сборных конструкций,
зачеканки швов труб, гидроизоляции сооружений.
Расширяющиеся цементы не только не дают усадки при твердении, но и обладают способностью расширяться при этом, т. е. увеличиваться в объеме до 1%. Это свойство расширяющихся цементов широко используется в строительно-монтажных работах.
Различают два вида расширяющихся цементов — водонепроницаемый и гипсоглиноземистый.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) получают путем совместного
помола или тщательного смешивания отдельно молотых глиноземистого цемента, гипса и
гидроалюмината кальция. Полученный таким способом цемент быстро схватывается и
твердеет.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент должен обладать следующими свойствами: начало схватывания не ранее чем через 4 мин, конец не позднее чем через 10 мин
с момента затворения цемента водой." Для замедления сроков схватывания можно применять специальные добавки (сульфитно-спиртовую барду, уксусную кислоту, буру). Предел прочности на сжатие (в кН/см2) через 6 ч — 0,75, через 3 сут.— 3, через 28 сут.— 5;
полная водонепроницаемость под давлением воды до 0,5 МПа; величина расширения (в
%) не менее: на воздухе — 0,05, в воде — 0,2.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент применяют для гидроизоляции конструкций зданий и сооружений; заделки стыков сборных конструкций и труб; зачеканки
швов и трещин в бетонных и железобетонных конструкциях; заливки отверстий анкерных
болтов в фундаментах под конструкции и оборудование; заливки зазоров между станинами машин и фундаментами; при аварийных и ремонтных работах, бетонных и железобетонных работах, выполняемых в зимних условиях.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают путем совместного помола высокоглиноземистого доменного шлака и гипса (доменного шлака принимают в
количестве 70%, гипса — 30%).
Полученный таким способом цемент быстро твердеет, но относительно медленно
схватывается.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент должен обладать следующими
свойствами: начало схватывания не ранее чем через 20 мин конец не позднее чем через 4 ч
с момента затворения цемента водой; по пределу прочности на сжатие образцов, изготовленных из цементно-песчаного раствора и испытанных в возрасте 28 сут., цемент имеет
марки — 300, 400 и 500; величина расширения не менее 0,15% через 1 ч после конца схватывания; имеет полную водонепроницаемость.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент можно применять не только в случаях, указанных для водонепроницаемого расширяющегося цемента, но и для получения
безусадочных и расширяющихся бетонов, в том числе при строительстве резервуаров,
непроницаемых для воды и нефтепродуктов.
Не рекомендуется применять расширяющиеся цементы для конструкций, эксплуатируемых при температуре выше 80° или подвергающихся действию грунтовых вод.
БЕТОН, ЖЕЛЕЗОБЕТОН И РАСТВОРЫ
Бетон — один из основных строительных материалов. Его широко применяют для
изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей, а также для
возведения монолитных сооружений различного назначения. Широкое применение бетона
в строительстве объясняется его высокой прочностью, долговечностью, огнестойкостью,
водостойкостью, морозостойкостью и др.
Железобетон представляет собой строительный материал, в котором удачно сочетается совместная работа бетона и стали.
Возможность совместной работы бетона и стальной арматуры определяется следующими факторами:
а) бетон прочно сцепляется со стальной арматурой, вследствие чего в железобетонной конструкции оба материала работают совместно;
б) сталь и бетон обладают примерно одинаковым коэффициентом температурного
расширения, вследствие чего обеспечивается полная монолитность железобетона;
в) бетон предохраняет заключенную в нем стальную арматуру от коррозии.
Вследствие совместной работы бетона и стальной арматуры железобетон применяют для конструкций, работающих как на сжатие, так и на изгиб.
При работе конструкций на изгиб в них возникают растягивающие и сжимающие
напряжения. При этом стальная арматура воспринимает, как правило, растягивающие
напряжения, а бетон — сжимающие. В целом железобетонная конструкция хорошо противостоит и изгибающим нагрузкам, хотя арматура в бетоне иногда работает также и на
сжатие (колонны).
Наличие ряда положительных свойств позволяет широко использовать железобетонные конструкции в индустриальном строительстве.
Растворы (строительные) по своему объему также занимают значительный удельный вес среди других строительных материалов в современном строительно-монтажном
производстве. Они служат основным видом материалов при возведении зданий и сооружений из штучных каменных материалов, связывая их в прочную монолитную конструкцию.
Растворы являются также одним из основных видов отделочных материалов, применяемых при оштукатуривании и облицовке плитными материалами наружных и внутренних поверхностей стен и других конструкций различных зданий и сооружений.
Бетоны
Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате
затвердения смеси, состоящей из вяжущего, воды и заполнителей. До момента затвердения полученная смесь называется «бетонной смесью».
В качестве вяжущих веществ применяют минеральные и органические вяжущие.
К минеральным вяжущим относятся гидравлические вяжущие вещества, т. е. цементы, образующие цементные бетоны, и воздушные вяжущие, преимущественно гипс
(дающий гипсобетон).
К органическим вяжущим веществам относится асфальтовое вяжущее, которое
вместе с заполнителями образует асфальтобетон.
Воду для приготовления бетонной смеси используют водопроводную питьевую.
Сточные воды, содержащие жиры, растительные масла, сахар, кислоты, соли и другие
примеси, применять нельзя. Пригодность непитьевой воды для приготовления бетонов в
каждом отдельном случае определяется лабораторией.
В качестве заполнителей для приготовления бетонной смеси применяют песок,
гравий, щебень. При этом песок называется мелким, а гравий и щебень — крупными заполнителями. Наиболее широкое применение имеют природные пески.
По условиям залегания они подразделяются на речные, морские и горные (овражные). Каждый из этих видов песка имеет свои форму зерен и состав. Подбор песка для
приготовления разных бетонных смесей производится в лабораторных условиях.
Гравий является продуктом разрушения различных горных пород, имеющих окатанную форму и гладкую поверхность. Для приготовления бетонных смесей применяют
гравий, состоящий из зерен размером 5—150 мм.
Щебень получают путем дробления естественных (природных) или искусственных
каменных материалов на куски размером 5— 150 мм. Из природных каменных материалов
для получения щебня используют твердые горные породы — известняк, доломит, гранит,
из искусственных — кирпич, шлак.
Требования к гравию и щебню для различных бетонов установлены действующим
ГОСТом.
Вяжущие вещества и вода являются активными составляющими бетона, так как
между ними происходит реакция, благодаря которой образуется цементный камень и происходит сцепление его с заполнителями. Заполнители в большинстве случаев не вступают
в химическое соединение с цементом и водой. Поэтому их обычно называют инертными
материалами. Заполнители образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку. Пористые заполнители, кроме того, уменьшают объемную массу и теплопроводность.
Виды бетонов.
Бетоны, применяемые в строительстве, разделяют:
— по видам вяжущих веществ - на цементные, гипсовые (гипсобетон), асфальтовые (асфальтобетон);
— по плотности — на особо тяжелые (с плотностью более 2500 кг/м3), тяжелые (с
плотностью 1800—2500 кг/м3), легкие (с плотностью 500—1800 кг/м3),
— особо легкие — ячеистые (с объемной массой менее 500 кг/м3);
— по назначению — на обыкновенный (для бетонных и железобетонных конструкций различных зданий и сооружений),
— гидротехнический (для гидротехнических бетонных и железобетонных сооружений — каналов, плотин, шлюзов) и
— бетон, применяемый для санитарно-технических бетонных и железобетонных
сооружений и изделий (резервуары, колодцы, трубы);
— специальные — огнеупорные, кислотоупорные, гидратные (для защиты от излучения).
В современном строительстве наиболее широко применяют обычный тяжелый бетон.
Обычный тяжелый бетон.
Определение состава.
До начала изготовления бетонной смеси определяют состав бетона требуемой
марки. Состав бетона выражают двумя способами:
а) в виде массового или объемного соотношения между составляющими бетон материалами, т. е. цементом, песком и гравием (или щебнем), с указанием водоцементного
отношения (В/Ц);
б) в виде расхода этих материалов (в том числе и воды) на 1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси.
При первом способе состав бетона записывают в виде пропорции. Например, 1 : 2 :
4 по массе при В/Ц=0,6 (первая цифра обозначает расход цемента, вторая — песка, третья
— гравия или щебня). Количество цемента всегда принимают за единицу. Состав бетона
по объему устанавливают только при малых объемах бетонных работ. В случае приготовления бетона в больших количествах, как в построечных, так и заводских условиях, все
материалы дозируют по массе.
При втором способе установления состава бетонной смеси расход материалов на 1
3
м указывают в кг, например, цемента — 280, песка — 700, гравия — 1250, воды — 170; т.
е. 2400 кг на 1 м3 бетонной смеси. Качество бетона в большой степени зависит от правильности определения его состава. Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), рассчитываемый для сухих материалов, и производственный (полевой) — для
материалов в естественно влажном состоянии.
Расчет состава бетона, как правило, производят в лабораторных условиях. На основании расчетных данных составляют специальные таблицы, в которых указывают состав
бетонной смеси для разных марок бетона.
Бетонную смесь, как правило, приготовляют механизированным способом. Процесс приготовления смеси состоит из двух основных операций — дозирования материалов, составляющих бетонную смесь, и перемешивания их до получения однородной массы. Для дозирования материалов применяют весовые или объемные дозаторы. Цемент дозируют
всегда по массе с точностью до ± 1 %, воду и заполнители — по массе или объему с точностью:
вода до ±1%, заполнители — до ±2%.
Материал перемешивают в бетоносмесителях
(рис. 4) с емкостью барабана 100—4500 л. Бетоносмесители емкостью до 250 л являются передвижными, а более 250 л — стационарными. Для
меньшего распыления цемента желательно вначале загружать часть заполнителей, а затем цемент. Продолжительность перемешивания бетонной смеси составляет: в малых и средних бетоносмесителях 1—1,5 мин; в бетоносмесителях
большой емкости (более 500 л) 1,5—2,5 мин.
Необходимо точно соблюдать установленное
время перемешивания, так как при уменьшении
этого времени ухудшаются свойства бетона, а при
увеличении его может произойти расслоение смеси.
К основным свойствам бетона относятся: прочность, плотность, водонепроницаемость, морозостойкость, коррозионная стойкость, огнестойкость, теплопроводность, усадка и расширение.
Прочность бетона характеризуется пределом прочности на сжатие образцов в виде
кубиков с размером ребра 20X20X20см, выдержанных в течение 28 сут. в нормальных
условиях, т. е. при температуре 15— 20° и относительной влажности окружающего воздуха 90—100%. По прочности на сжатие для бетона установлены марки 100, 150, 200, 300,
400, 500 и 600. Отклонение от заданной марки допускается только в сторону увеличения
прочности, но не более чем на 10%; излишнее увеличение прочности бетона вызывает перерасход цемента. На прочность бетона оказывают влияние следующие факторы: активность цемента, водоцементное отношение, состав бетона, качество заполнителей, способ
приготовления бетонной смеси, ее укладки и уплотнения, возраст бетона, а также условия
его твердения.
Плотность бетона оказывает существенное влияние на прочность, водопроницаемость, теплопроводность. Тяжелый бетон является пористым материалом, так как в своем
составе имеет поры от 6 до 15%. Поры образуются вследствие неполного удаления воздушных пузырьков при его уплотнении и испарении излишней воды. Поэтому плотность
бетона может быть повышена путем тщательного подбора зернового состава заполнителей, уменьшения водоцементного отношения, интенсивного уплотнения (вибрирования).
Для придания бетонным конструкциям газонепроницаемости их покрывают специальными пленками на основе пластических масс или других материалов.
Водонепроницаемость бетона зависит от его плотности и структуры. Бетон мелкопористый и однородного состава, тщательно уплотненный и достаточно затвердевший,
практически водонепроницаем в слоях значительной толщины (выше 4—6 см).
Плотный бетон достаточно непроницаем не только для воды, но даже для мазута и
тяжелой нефти. Однако жидкости, имеющие малую вязкость и плотность меньше единицы (керосин, бензин, смазочные масла), могут проникать в бетон. Для защиты от их проникновения поверхность бетона покрывают пленками из пластмасс или изготовляют бетон на специальном расширяющемся или безусадочном цементе. Водонепроницаемость
бетона можно повысить, покрывая его поверхность плотной штукатуркой (в особенности
пневматическим способом, т. е. торкретированием).
Морозостойкость бетона выражается марками, которые колеблются в пределах от
50 до 300. Особенно морозостойким должен быть бетон, предназначенный для конструкций, работающих в условиях систематического переменного увлажнения и замораживания
(фундаменты, колодцы, трубопроводы). Морозостойкость бетона может быть повышена
путем большего уплотнения, введения поверхностно-активных добавок (сульфитноспиртовой барды, мылонафта). На морозостойкость бетона оказывают большое влияние
вид цемента и морозостойкость его заполнителей. Например, бетон на пуццолановом цементе обладает пониженной морозостойкостью.
Коррозионная стойкость бетона в обычной среде является достаточной. Однако
при наличии агрессивной среды под влиянием физико-химического действия некоторых
жидкостей и газов бетон может разрушаться. Для защиты бетона от коррозии ему придают повышенную плотность, поверхность бетонных конструкций облицовывают керамическими плитками, покрывают битумными и другими изоляционными материалами.
Огнестойкость бетона позволяет применять его в конструкциях, подверженных нагреву до
200°. Однако при длительном воздействии температуры от 100 до 250° прочность бетона
снижается до 25%. При нагревании выше 500°и последующем увлажнении бетон разрушается. Поэтому бетонные конструкции, которые
могут быть подвержены длительному воздействию высоких температур, необходимо защищать от огня кирпичной кладкой или другими
способами, а при температуре более 200° применять специальные жаростойкие бетоны.
Теплопроводность бетона является значительной и характеризуется коэффициентом теплопроводности, который в среднем равен =1,5
Вт/(м*К).
Усадка и расширение бетона зависят главным
образом от условия его твердения, так как изменение его объема происходит в процессе тверде-
ния. При твердении на воздухе бетон дает усадку (кроме бетона на расширяющемся или
безусадочном цементе), при твердении в воде он не изменяется в объеме или незначительно разбухает. В больших Время твердения, сут. массивах бетон может расширяться
вследствие нагревания до температуры 30—60° (в силу внутреннего выделения тепла).
Величину этого расширения значительно превосходит усадка. Коэффициент температурного расширения обычного бетона равен 0,00001. Коэффициент усадки в расчетах обычно
принимают равным 0,00015, т. е. на 1 м длины бетонного сооружения усадка составляет
0,15 мм. Усадка вызывается давлением воды в капиллярах цементного камня при ее испарении. Опытами установлено следующее:
- усадка бетона тем больше, чем выше содержание в нем цемента и воды (рис. 5);
быстро схватывающиеся и высокопрочные портландцементы, а также пуццолановый портландцемент обычно вызывают большую усадку бетона;
- усадка больше при мелкозернистых и пористых заполнителях;
- влажный режим твердения и специальные покрытия не дают бетону быстро высыхать с поверхности, тем самым устраняются последствия большой и неравномерной усадки (трещины).
Усадку и расширение бетона учитывают при проектировании конструкций и производстве бетонных работ, т. е. в сооружениях большой длины устраивают специальные
швы, в массивных сооружениях бетон укладывают отдельными блоками, применяют цементы с минимальными тепловыделением и усадкой. Это особенно важно при выборе цементов для гидротехнических сооружений.
Обычный тяжелый бетон в современном строительстве широко применяют: для изготовления сборных и устройства монолитных бетонных и железобетонных конструкций
зданий и сооружений (фундаментов, колонн, балок, плит, сводов, мостов); устройства
гидротехнических сооружений (каналов, плотин, шлюзов и т. п.); устройства санитарнотехнических сооружений и изготовления изделий (резервуаров, колодцев, труб); устройства монолитных бетонных полов и оснований для других видов полов; покрытия дорог,
тротуаров, аэродромных площадок.
Легкий бетон получают в результате затвердевания смеси из вяжущих, воды и легких заполнителей. В качестве вяжущих применяют в основном цементы (портландский,
шлаковый). Для легких бетонов, как и для обычных тяжелых бетонов, используют питьевую воду.
В качестве крупных легких заполнителей применяют керамзит, шлак, пемзу. В зависимости от применяемого крупного заполнителя бетон имеет названия: керамзитобетон,
шлакобетон, пемзобетон. Легкие бетоны изготовляют как с добавлением мелкого заполнителя — песка, так и без него (беспесочный крупнопористый бетон). В качестве мелкого
заполнителя используют обычный кварцевый песок или песок, получаемый дроблением
легких пористых горных пород — пемзы, туфа, ракушечника.
Укладка бетонной смеси в конструкции и уход за легким бетоном аналогичны
укладке смеси и уходу за обычным тяжелым бетоном.
По назначению легкие бетоны делят на конструктивно-теплоизоляционные с плотностью
500—1400 кг/м3 и маркой прочности на сжатие не менее 35; конструктивные с плотностью 1400—1800 кг/м3, маркой прочности на сжатие не менее 50 и морозостойкостью не
менее Мрз 15.
По пределу прочности на сжатие для легкого бетона установлены марки 25, 35, 50,
75, 100, 150, 200, 250 и 300. По морозостойкости бетон имеет марки от Мрз 10 до Мрз
200.
Теплопроводность легкого бетона (по коэффициенту теплопроводности) =0,23—
0,93 Вт/(м*К).
Легкий бетон применяют для изготовления ограждающих конструкций (стеновых
панелей, блоков), теплоизоляции покрытий и перекрытий, устройства подготовки под по-
лы в зданиях и сооружениях промышленного, гражданского и сельскохозяйственного
назначения.
Ячеистый бетон. Различают два вида ячеистых бетонов: пенобетон и газобетон.
Пенобетон получают из смеси портландцемента (марки не ниже 300), воды, молотого песка и пенообразователя. В качестве пенообразователя применяют растворы канифольного мыла с животным клеем или сапонина (растительного мыльного корня). Пенобетонную смесь приготовляют в пенобетоносмесителях. Приготовленную смесь разливают в формы, где происходит процесс ее твердения.
Газобетон получают из смеси цемента, воды, молотого песка и газообразователя. В
качестве газообразователя используют алюминиевый порошок (пудру) или пергидроль.
Газобетонную смесь приготовляют в специальных смесительных установках и разливают
в формы. Газобетонная смесь твердеет в теплой влажностной среде. Для ускорения процесса твердения формы со смесью устанавливают в автоклавы.
По назначению ячеистый бетон подразделяется на теплоизоляционные и конструктивные.
По прочности бетоны делятся: теплоизоляционный — на марки от 4 до 25, конструктивный — от 25 до 200.
Ячеистый бетон имеет малую плотность и обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Так, для бетона с плотностью 300— 500 кг/м3 коэффициент теплопроводности =0,093—0,128 Вт/(м*К). Морозостойкость ячеистого бетона несколько ниже, чем у
легкого бетона. Кроме того, в изделиях из ячеистого бетона могут образовываться трещины.
Ячеистый бетон используют в строительстве для теплоизоляции конструкций зданий и сооружений, оборудования, агрегатов, трубопроводов и др. Кроме того, этот бетон
применяют также для изготовления ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения (стеновых панелей, плит покрытий и перекрытий и др.).
Железобетонные изделия
Виды изделий. В зависимости от способа армирования железобетонные изделия
делятся на обычные и предварительно напряженные. Обычные железобетонные изделия
изготовляют без всякого напряжения, т. е. растяжения арматуры. Так как бетон обладает
незначительной растяжимостью (в 5—б раз меньше арматуры), то в процессе эксплуатации изделий под действием нагрузок в них могут образовываться трещины (рис. 6). Причем эти трещины появляются при очень низких напряжениях в арматуре — около 2
кН/см2. Через трещины проникает влага или газы, вызывая коррозию арматуры. Предотвратить образование трещин в бетоне при эксплуатационных нагрузках можно путем сжатия бетона в местах, подверженных растяжению. Сжатие бетона осуществляют предварительным напряжением (растяжением) арматуры.
Рис.6
Схема работы железобетонной балки
Предварительно напряженные железобетонные изделия в отличие от обычных
изготовляют с предварительно напряженной растянутой арматурой.
Напряжение арматуры производят до или после бетонирования изделий механическим или электротермическим способами. Для предварительно напряженных изделий
применяют более высокие марки цемента и арматурной стали. Кроме повышенной трещи-
ностойкости, в предварительно напряженных изделиях полнее используется несущая способность арматуры и бетона: они имеют меньшую массу, позволяют перекрывать большие
пролеты зданий и сооружений и являются более долговечными по сравнению с обычными
железобетонными изделиями.
В современном строительно-монтажном производстве из предварительно напряженных изделий применяют колонны, балки, фермы, плиты, трубы, резервуары и др.
Железобетонные изделия изготовляют различными способами на специальных заводах
или полигонах. Основную часть железобетонных изделий производят на заводах. В зависимости от технологического оборудования различают стендовый, кассетный, прокатный
и другие способы изготовления железобетонных изделий. Наиболее распространен стендовый способ, которым пользуются как в заводских, так и полигонных условиях.
Этим способом изготовляют различные сборные железобетонные изделия — фермы, балки, ригели, колонны и др.
Стендовым способом можно изготовлять как обычные, так и предварительно
напряженные железобетонные изделия.
На рис. 7 показана схема стенда для изготовления предварительно напряженных
изделий. Стенд представляет собой бетонную отшлифованную площадку, разделенную на
отдельные формовочные линии 8. В бетон закладывают отопительные приборы в виде
труб, по которым пропускают пар, горячую воду или ток через электроспирали. Перед
формованием изделия на стенде собирают переносные формы, в которые после их смазки
укладывают арматуру и бетонную смесь с помощью бетоноукладчика 7, перемещающегося по рельсам над каждой линией. Арматуру, подлежащую натяжению, до укладки бетона
протягивают через формы вдоль стенда и закрепляют на упоре 5, а затем после натяжения
ее домкратом 2 закрепляют на упоре 4. Напрягаемую арматуру, поступающую в бухтах,
устанавливают в специальный бухтодержатель 1, с которого она сматывается при ее протягивании вдоль стенда.
Арматуру, поступающую в стержнях, предварительно сваривают в ленты на всю
длину стенда, а затем укладывают краном в формовочную линию, закрепляют на упорах и
натягивают. Перемещение домкрата и бухтодержателя происходит по путям 3, перестановка бетоноукладчика с одной линии на другую производится с помощью траверсной
тележки 6. Бетонную смесь на стенде уплотняют поверхностными, глубинными или
наружными вибраторами, прикрепляемыми к вертикальным стенкам формы.
Отформованные изделия накрывают колпаками, под которые впускают пар, и
включают приборы отопления стенда. После достижения бетоном заданной («отпускной»)
прочности (не менее 50% от расчетной, ГОСТ 13015—67*) напряженная арматура освобождается на упорах и разрезается по длине изделия (если на линии имеется несколько
изделий). Готовые изделия снимают краном с линии и после проверки отделом технического контроля (ОТК) отправляют на склад готовой продукции.
Стендовый способ требует больших производственных площадей, что является одним из его недостатков.
Кассетный способ применяют в основном для изготовления плит и панелей, стен,
перегородок, перекрытий. При кассетном способе изготовление изделий осуществляется в
специальной неподвижной вертикальной кассетной установке. Кассетная установка представляет собой ряд отсеков, образованных стальными или железобетонными вертикальными стенками. В каждом отсеке формуется одно изделие. Таким образом, количество
одновременно формуемых в кассете изделий соответствует числу отсеков.
Кассета имеет специальные паровые рубашки для обогрева изделий в период их температурно-влажностной обработки. Применяют также электропрогрев изделий. Готовая бетонная смесь подается к кассетной установке насосом по бетоноводу, а затем с помощью
шлангов поступает в отсеки, в которые заранее после их чистки и смазки устанавливают
арматурные каркасы. Уплотнение бетонной смеси производится наружными (навесными)
и глубинными вибраторами. По достижении бетоном заданной прочности стенки отсеков
кассет несколько раздвигают с помощью специального механизма, и изделия извлекают
мостовым краном из кассеты. После проверки ОТК их отправляют на склад готовой продукции.
Кассетный способ изготовления изделий в отличие от стендового не требует больших производственных площадей, что является одним из его преимуществ. Недостаток
этого способа состоит в том, что нельзя изготовлять преднапряженные изделия.
Прокатным способом пользуются для изготовления плоских и ребристых плит и
панелей стен, перегородок, перекрытий, покрытий и др. Изделия изготовляют на специальном вибропрокатном стане. Стан имеет непрерывно движущуюся металлическую ленту, состоящую из отдельных объемных или плоских пластин, которые обеспечивают соответственно получение ребристой и гладкой поверхности панелей. На непрерывно движущуюся ленту после ее смазки в начале стана укладывают арматуру, на следующем участке
подается бетонная смесь и уплотняется при помощи вибрирования, а также прокатом калибрующими валками. Валки позволяют получать изделия требуемой толщины и с гладкой поверхностью. По мере движения ленты отформованные изделия поступают в зону тепловлажностной обработки стана и после 2-часового пропаривания в готовом виде сходят с ленты и направляются на склад готовой продукции. Этот способ также
не требует больших производственных площадей и является наиболее автоматизированным и производительным. Однако изготовлять предварительно напряженные изделия
этим способом нельзя.
В современном индустриальном строительстве сборные железобетонные изделия
имеют самое широкое применение. Это объясняется наличием у них таких положительных свойств, как высокая прочность, долговечность (превосходит долговечность металла),
морозостойкость, водостойкость, водонепроницаемость, невозгораемость, незагниваемость, противокоррозийная стойкость.
Наличие перечисленных свойств в железобетонных конструкциях позволяет применять их вместо металлических, что во много раз сокращает расход стали в строительстве.
Современное строительство должно проводиться на высоком индустриальном
уровне. Это ставит перед строителями задачу превратить строительную площадку в мон-
тажную, т. е. сооружение собирают из заранее изготовленных на специальных заводах и
завезенных на площадку готовых изделий. Следовательно, основным условием для развития индустриализации строительства является широкое применение сборных железобетонных изделий. На все железобетонные изделия имеются ГОСТы и каталоги. Изделия
отличаются высоким качеством, их использование ускоряет строительство, уменьшает
трудоемкость, снижает расход металла и леса.
В настоящее время наиболее широко применяют следующие сборные железобетонные изделия: сваи для устройства оснований; фундаменты под здания и сооружения;
колонны зданий и сооружений; балки, ригели, прогоны, фермы; лестничные марши и
площадки; плиты, панели, оболочки перекрытий и покрытий: панели и блоки стен и перегородок; трубы канализационные, водопроводные, дренажные; колодцы, резервуары, коллекторы; эстакады, опоры ЛЭП, башни.
Строительные растворы.
Строительный раствор — смесь, состоящая из вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя, которая в результате затвердевания образует искусственный каменный
материал. В качестве вяжущих применяют гидравлические или воздушные вяжущие вещества. Вода должна быть чистая (питьевая) без содержания масел, кислот, солей. В качестве мелкого заполнителя используют обычный природный (кварцевый) песок, а также
искусственный песок, получаемый дроблением пемзы, туфа, шлака.
Состав раствора выражают содержанием вяжущего и песка в кг, приходящихся на
1 м3 растворной смеси, или соотношением (массовым или объемным) вяжущего и песка.
Например, отношение 1 : 3 показывает, что на 1 часть вяжущего приходится 3 части песка.
В строительные цементные растворы часто вводят добавки(известь, глину). В этих
случаях состав раствора выражают отношением цемента, добавки и песка. Так, состав
раствора 1 : 0, 5 : 5 показывает, что на 1 часть цемента приходится 0,5 части добавки (извести, глины) и 5 частей песка по массе.
В зависимости от разных признаков (объемной массы, рода вяжущего, назначения
растворов) строительные растворы подразделяют на отдельные виды: по плотности — на
обыкновенные (тяжелые, изготовляемые на обычных плотных заполнителях) с плотностью 1500 кг/м3 и легкие (изготавливаемые на легких заполнителях) — с плотностью менее 1500 кг/м3; по виду вяжущих, входящих в состав раствора,— на цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, известково-гипсовые); по назначению — на кладочные, отделочные и специальные (гидроизоляционные, акустические,
рентгеноза-щитные и др.).
Строительные растворы, как правило, приготовляются централизованно на бетонорастворных заводах или растворных узлах, оборудованных растворосмесителями различной емкости (от 150 до 750 л и более). Растворы приготовляют в виде готовых к применению смесей или (реже) в виде сухих смесей, которые перед применением смешивают с
водой.
Приготовление раствора осуществляется путем тщательного перемешивания составляющих материалов в растворосмесителях. Продолжительность перемешивания растворов: обычных — 1,5—2,5 мин, легких — 2,5—3,5 мин, с пылевидными добавками —
до 5 мин.
Готовые строительные растворы доставляют на строительно-монтажные площадки
в специальных автоцистернах или автосамосвалах. Сухие растворные смеси доставляют
на строительно-монтажную площадку в специальных емкостях, затворяют в необходимом
количестве водой и тщательно перемешивают в растворосмесителях до получения смеси
заданной консистенции.
Важнейшие свойства свежеприготовленного раствора (растворной смеси) — подвижность, удобоукладываемость и др.
Подвижность раствора характеризуется глубиной погружения в растворную
смесь металлического конуса с углом при вершине 30° и массой 300 г. Каждый раствор
должен обладать установленной для него подвижностью.
Удобоукладываемость раствора характеризуется легкостью укладки (расстилания) его тонким сплошным слоем на поверхности конструкций. Для повышения удобоукладываемости к цементным растворам добавляют пластификаторы (известь, глину и
др.).
К важнейшим свойствам затвердевших растворов относятся прочность, морозостойкость, которые характеризуются марками (или проектными марками).
По прочности на сжатие для строительных растворов установлены следующие
марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300. Марку раствора определяют испытанием на
сжатие в 28-дневном возрасте образцов-кубиков размером 7,07x7,07x7,07 см, изготовленных из раствора рабочей консистенции на пористом основании (например, на поверхности
сухого кирпича).
По морозостойкости (Мрз), в зависимости от числа выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания, растворы делятся на марки: 10, 15, 25, 35, 50,
100, 150, 200 и 300.
Строительные растворы в современном строительно-монтажном производстве широко применяют для кладки каменных конструкций, при монтаже сборных бетонных и
железобетонных конструкций, для заделки стыков сборных бетонных и железобетонных
конструкций, для расшивки горизонтальных и вертикальных швов в стенах из панелей и
крупных блоков. Кроме того, их используют для противокоррозионной защиты металлических конструкций, металлических закладных деталей и сварных швов в сборных железобетонных конструкциях при монтаже; крепления облицовочных материалов с целью
защиты конструкций от различных вредных воздействий; гидроизолляции, теплоизоляции, звукоизоляции, рентгенозащиты конструкций зданий и сооружений. В зимних условиях обычно в растворы добавляют противоморозные вещества.
Огнеупорные растворы получают путем смешивания огнеупорного порошка, огнеупорной глины и воды. Некоторые огнеупорные растворы, например, шамотнобокситовый, затворяют жидким стеклом. Для приготовления растворов заводы огнеупорных изделий выпускают также готовые сухие смеси (мертели). Для приготовления раствора мертели затворяют определенным количеством воды. Указанные растворы должны обладать хорошими кладочными свойствами, т. е. обеспечивать удобство работы с ними при
кладке, эксплуатационными свойствами — обеспечивать надежную работу огнеупорной
кладки при эксплуатации печи, механическую прочность и газонепроницаемость.
Огнеупорные растворы применяют для кладки промышленных печей из огнеупорных кирпичей. При этом растворы должны быть однородными с огнеупорными изделиями, из которых выполняется кладка. Например, шамотную кладку необходимо выполнять
на шамотном растворе, динасовую — на динасовом, высокоглиноземистую — на высокоглиноземистом и т. д.
БИТУМНЫЕ И ДЕГТЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Битумные и дегтевые материалы относятся к органическим вяжущим веществам. Ввиду черного или темно-бурого цвета их называют также «черными вяжущими».
При нормальной температуре (15—20°) они представляют собой твердые тела или вязкие
жидкости. Битумные материалы делят на природные (природный битум, асфальтовые породы и др.) и искусственные (нефтяные битумы, сланцевые битумы и др.). Дегтевые материалы (деготь, масла, лак) являются искусственными. Как битумные, так и дегтевые материалы обладают хорошими строительными свойствами. Поэтому они имеют самое широкое применение в строительно-монтажном производстве.
Битумные материалы
Природный битум в чистом виде в природе встречается редко. Чаще всего он пропитывает горные породы — известняки, доломиты, песчаники. Такие горные породы
называют асфальтовыми. Они содержат в своем составе битума 4 -f- 18%. Следовательно, природный битум получают в основном из горных пород.
Извлекают битум из асфальтовых пород двумя способами: а) вываркой в котлах, т. е. измельченную породу нагревают в горячей воде, при этом битум всплывает на поверхность,
его счерпывают и высушивают; б) растворением (экстрагированием) битума в специальных растворителях (например, трихлорэтилене) с последующим сливанием и выпариванием растворителя.
Асфальтовые породы, содержащие в своем составе незначительное количество битума, обычно перемалывают и получают так называемый асфальтовый порошок. Смесь
асфальтового порошка с природным или нефтяным битумом называют асфальтовой мастикой. Асфальтовые порошок и мастику применяют для изготовления асфальтовых плиток, приготовления асфальтового раствора и бетона.
Природный битум представляет собой органическое вещество черного цвета, в
обычном состоянии твердое, нагретом — пластичное или жидкое. Битум обладает высокой вяжущей способностью, хорошо сцепляется с поверхностью металла, бетона, камня и
других материалов, имеет повышенную плотность, электроизолирующие свойства, водонепроницаемость, атмосферостоек, не растворим в воде и относительно стоек к действию
кислот, но при длительном действии серной и азотной кислот свойства его ухудшаются.
Битум легко загорается, особенно в подогретом (расплавленном) состоянии.
Природный битум в строительстве применяют главным образом в виде асфальтового раствора и бетона. Асфальтовый раствор (содержащий песок) и асфальтобетон (содержащий щебень или гравий) приготовляют в заводских условиях и на строительство доставляют в готовом виде. Их используют для устройства (покрытия) дорог, площадок,
тротуаров, полов, крыш и др. Кроме монолитных асфальтовых покрытий применяют также асфальтовые плитки разных цветов и камни, изготовляемые на заводах.
В чистом виде природный битум в строительстве имеет ограниченное применение
вследствие его высокой стоимости.
Нефтяные битумы представляют собой продукты переработки нефти. Их получают
на нефтеперерабатывающих заводах. В зависимости от способов производства нефтяные
битумы делятся на остаточные, окисленные, крекинговые.
Остаточные битумы образуются в результате отгонки от нефти бензина, керосина и
части масел; окисленные или продутые получают продувкой воздуха через нефтяные
остатки; крекинговые — в результате крекинга, т. е. разложения нефти и нефтяных масел
при высокой температуре (до 600°) и высоком давлении (до 5 МПа) и удаления из них
бензина.
Полученные одним из способов нефтяные битумы в расплавленном состоянии разливают в стальную или деревянную тару. На стройку битум доставляют в жидком (подогретом) или твердом состоянии. В разогретом состоянии битум доставляют в специальных
цистернах или контейнерах, имеющих змеевики (рубашки) для подогрева битума паром.
Твердый битум отправляют в вагонах навалом или в бумажной таре.
Нефтяные битумы обладают теми же свойствами, что и природные. В строительстве применяют нефтяные битумы двух видов: строительные и кровельные. Нефтяные битумы в зависимости от их основных свойств (твердости, размягчения и растяжимости) делятся на марки: строительные — БН-IV, БН-V, БН-VK, кровельные — БНК-2 и БНК-5.
Твердость битума характеризуется глубиной проникновения в него иглы прибора
(пенетрометра) под действием груза в 100 г в течение 5 с при температуре 25°. Размягчение битума определяют на специальном приборе «Кольцо и шар» и выражается в °С. Растяжимость битума определяют на фиктилометре и выражают в см. Каждая марка битума
характеризуется определенными показателями, установленными соответствующими ГОСТами (табл. 1).
Таблица 1
Показатели марок битума
Из таблицы видно, что чем выше марка битума (по цифровому значению), тем
большей твердостью и температурой размягчения он обладает.
Твердые битумы имеют высокую температуру размягчения, но малую растяжимость, т. е. они хрупкие. Мягкие битумы размягчаются при невысокой температуре, но
могут сильно растягиваться — они пластичные.
Для строительных целей следует применять такие битумы, свойства которых соответствуют условиям их работы в строительных конструкциях.
Нефтяные битумы по ряду свойств (плотности, пластичности, атмосферостойкости) не уступают природным, но значительно дешевле. Поэтому их широко применяют в
строительстве: для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов (рубероида, пергамина, гидроизола); получения приклеивающих и гидроизоляционных мастик; производства лаков для противокоррозионных покрытий металлических конструкций и изделий (например, чугунных труб).
Асфальтовый раствор. Асфальтовый раствор представляет собой уплотненную
смесь битума (вяжущего), минерального наполнителя (добавки) и песка. В качестве вяжущего обычно используют нефтяные битумы. Из наполнителей применяют асфальтовый
порошок или тонкомолотые известняк, доломит, шлак и др. Наполнители дают экономию
битума и повышают качество раствора. Песок для асфальтового раствора должен быть чистым, сухим, с крупностью зерен до 2 мм. Обычно соотношение по массе между асфальтовым вяжущим и песком составляет 1 : 2. Количество битума в растворе вместе с битумом, содержащимся в асфальтовом порошке, составляет 9—10% от массы раствора.
Асфальтовый раствор, как правило, приготавливают на заводах. Смесь высушенных и подогретых наполнителей и песка вместе с битумом загружают в варочный котел и
снова нагревают до температуры 180° при постоянном перемешивании до получения пол-
ной однородности. Готовый асфальтовый раствор доставляют к месту укладки в горячем
состоянии на самосвалах.
Свежеприготовленный асфальтовый раствор должен иметь плотность не менее
2200 кг/м3, предел прочности на сжатие (при нормальной температуре) не менее 0,3
кН/см2, водопоглощение не более 1,5% по объему. После затвердевания асфальтовый раствор должен иметь достаточную плотность, водонепроницаемость, прочность, теплостойкость. Он не должен размягчаться под действием солнечных лучей или повышенных температур.
Асфальтовый раствор применяют: для покрытия тротуаров, плоских крыш; укладки плиток при облицовке стен и полов промышленных зданий и складов; устройства гидроизоляционных слоев, выравнивающих слоев (стяжек) в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий и сооружений; устройства оснований под паркетные и
линолеумовые полы. При устройстве монолитных покрытий асфальтовый раствор укладывают по сухим уплотненным основаниям. Его распределяют по поверхности оснований
слоем толщиной 1,5— 2,5 см и заглаживают ручными гладилками или уплотняют механическими катками.
Асфальтовый бетон (асфальтобетон) — искусственный строительный материал,
получаемый в результате затвердевания смеси из щебня, песка, минерального порошка и
битума.
Щебень получают из прочных и плотных горных пород (диабаза, базальта, известняка), а также прочных и стойких доменных шлаков. Песок применяют природный и искусственный, получаемый дроблением горных пород. Для получения более плотного асфальтобетона песок и щебень применяют различного зернового состава. Минеральный
порошок приготовляют путем помола известняков, доломитов доменных шлаков. В качестве вяжущих используют нефтяные битумы.
Асфальтобетон приготовляют на асфальтобетонных заводах, оборудованных высокомеханизированными и автоматизированными установками. Сначала подогревают битум, песок и щебень до 175°, а наполнитель — до 105°. Затем подогретые материалы дозируют (отмеривают) и загружают в смеситель. После тщательного перемешивания в течение 5—8 мин и подогрева до 175° бетон выгружают и в автосамосвалах отправляют к
месту укладки.
Требования к качеству асфальтового бетона установлены ГОСТом в зависимости
от его назначения. Так, асфальтобетон, применяемый для дорожных покрытий, должен
обладать следующими свойствами: пределом прочности на сжатие при нормальной температуре (20°)— 0,2—0,25 кН/см2, а при температуре 50°—0,08—0,12 кН/см2; плотностью
не менее 2200 кг/м3; водопоглощением не более 3% по объему. Для гидротехнического
асфальтобетона установлены и другие требования: при температуре 20° его прочность на
сжатие должна составлять не менее 0,35 кН/см2, он должен обладать большой прочностью
при изгибе.
Асфальтобетон менее хрупок, чем обычный бетон. Используют его в холодном состоянии, когда он приобретает необходимую прочность.
Применение. Асфальтобетон применяют для дорожных покрытий, покрытия заводских дворов, полов промышленных зданий. Кроме того, из асфальтобетона устраивают
гидроизоляцию, фундаменты под машины. Укладку асфальтобетона на основание производят при помощи специальных асфальтоукладчиков или непосредственно автосамосвалами с последующим уплотнением катками.
Холодный асфальтобетон. Наряду с горячим асфальтобетоном, который при укладке в дело имеет температуру 150—160°, в строительстве применяют также холодный асфальтобетон. Он состоит из смеси жидкого битума, щебня, песка, минерального порошка.
В отличие от горячих эти бетоны укладывают в холодном состоянии. Твердение бетона
происходит в результате испарения содержащегося в битуме растворителя.
Холодные асфальтобетоны используют главным образом для дорожных покрытий.
Преимущества их перед горячими асфальтобетонами состоят в том, что они проще и дешевле в изготовлении, удобнее в укладке, предпочтительнее с точки зрения техники безопасности. Однако холодный асфальтобетон уступает по долговечности горячему и, кроме
того, с течением времени покрытие приобретает повышенную скользкость.
Дегтевые материалы
Деготь получают путем сухой перегонки (при высокой температуре без доступа
воздуха) твердых топлив — каменного угля, торфа и древесины. В процессе перегонки
химическая структура перегоняемого вещества полностью изменяется, в результате чего
получают каменноугольный, торфяной или древесный деготь. Лучшими строительными
свойствами по сравнению с торфяным или древесным обладает каменноугольный деготь.
Поэтому в строительстве применяют в основном каменноугольный деготь.
Сырой каменноугольный деготь представляет собой черную маслянистую жидкость сложного состава. Каменноугольный деготь применять в сыром виде в строительстве нельзя ввиду того, что он содержит много летучих и легковымывающихся составных
частей и воды. Для повышения качества дегтя из него отгоняют воду, легкие и часть средних масел. В результате получается так называемый отогнанный (дистиллированный) деготь, пригодный к применению в строительстве. Однако наиболее часто в строительстве
используют составленный деготь, получаемый сплавлением песка с антраценовым маслом
или частично отогнанным дегтем.
Деготь имеет в основном те же свойства, что и битум, кроме того, он обладает клеящей и вяжущей способностью, вязкостью, биостойкостью и др. Наиболее характерным
свойством дегтя является его высокая способность прилипать к поверхностям металла,
камня, дерева и других материалов. По сравнению с битумом деготь имеет пониженную
теплоустойчивость. При незначительных повышениях температуры вязкость дегтя быстро
снижается. Кроме того, для дегтя свойственна неустойчивость к процессам старения. При
его эксплуатации под действием атмосферных факторов он становится хрупким. Однако в
противоположность битумным дегтевые материалы обладают высокой гнилостойкостью.
Деготь, как и битум, применяют в качестве вяжущего вещества в дорожном строительстве, для приготовления дегтебетона, изготовления кровельных и гидроизоляционных
материалов (кровельного толя). Кроме того, в строительстве иногда используют каменноугольную или древесную смолу для обмазки деревянных конструкций (столбов). Из дегтя
путем его перегонки получают антраценовое масло, которое также применяют в строительстве.
Каменноугольный пек получают после отгонки из каменноугольного дегтя всех летучих продуктов (маслянистых фракций). Каменноугольный пек изготовляют трех марок:
твердый, средний и мягкий. Марки пека различают по температуре размягчения; твердость его зависит от степени отгонки антраценового масла: чем больше остается антраценового масла, тем мягче пек.
Пек представляет собой черное аморфное вещество, твердое при нормальной температуре.
В строительстве применяют в основном пек двух видов (марок): средний с температурой
размягчения 65—75° и мягкий, имеющий температуру размягчения 45—50°. Пек обычно
применяют в смеси с дегтем или антраценовым маслом. Смешиванием пека с дегтем или
антраценовым маслом получают составы с высокими вяжущими свойствами, слабо размягчающиеся под действием солнечных лучей, обладающие высокими клеящими свойствами и нехрупкие.
Пек в смеси с антраценовым маслом применяют для пропитки кровельного картона, приготовления приклеивающих мастик, лака (кузбасский лак) для окраски стали.
ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Изоляционные материалы используют для защиты конструкций от увлажнения,
тепловых потерь или коррозии. В зависимости от назначения они делятся на гидроизоляционные, теплоизоляционные, противокоррозионные, герметизационные.
Гидроизоляционные материалы служат для защиты конструкций от увлажнения
грунтовыми и атмосферными водами. Они обладают достаточной плотностью, водонепроницаемостью, гидрофобностью. Гидроизоляционные материалы делят на окрасочные
(лаки, краски, мастики), оклеечные (гидроизол, изол, бризол, битуминизированные ткани,
полиэтиленовая пленка, металлоизол, борулин, рубероид, пергамин, толь) и др.
Из пластичных гидроизоляционных материалов применяют борулин.
Теплоизоляционные материалы служат для защиты конструкций, установок, сетей от потерь тепла или холода. Эти материалы отличаются пористым строением, малой
плотностью и низкой теплопроводностью. По составу они делятся на органические, состоящие из остатков растительного или животного происхождения, и минеральные, получаемые из горных пород, шлаков, цемента, стекла.
К органическим теплоизоляционным материалам относятся древесноволокнистые,
древесностружечные, пробковые, торфяные плиты, фибролит, камышит, пористые пластические; к минеральным — минеральная и стеклянная вата и изделия из нее, ячеистое
стекло, материалы на основе асбеста, вспученные вермикулит и перлит.
Противокоррозионные материалы (лакокрасочные, рулонные и листовые, плиточные, пластичные) служат для защиты металлических и железобетонных изделий от коррозии (разрушений). Они имеют высокую атмосферостойкость и не содержат в своем составе веществ, вызывающих окисление черных металлов или коррозию бетона.
Герметизационные материалы—герметики (тиоколовые и полиизобутеленовые
мастики, упругие прокладки), предназначены в основном для герметизации стыков
наружных стеновых панелей в крупнопанельных зданиях, осадочных и температурных
швов в строительных конструкциях. Их обычно изготовляют на основе полимеров. Они
обладают водо- газо- и воздухонепроницаемостью, гнилостойкостью, хорошей адгезией
(липкостью) к большинству строительных материалов и стойкостью к коррозии.
Гидроизоляционные материалы
Окрасочные материалы. Битумные мастики изготовляют из нефтяных битумов с
наполнителями или без них. Для получения нужной температуры размягчения мастики их
изготовляют из битума одной марки или из смеси битумов разных марок.
В строительстве чаще используют битумные мастики с наполнителями. Наполнители делятся на волокнистые и пылевидные. В качестве волокнистых наполнителей применяют асбест низких сортов (VII и VIII), асбестовую пыль, коротковолокнистую минеральную вату, древесные волокна. Волокнистые наполнители применяют в количестве
15—25%. Пылевидными наполнителями для мастик служат: известняковый, доломитовый, кварцевый и кирпичный порошки, тальк, трепел. Количество пылевидных наполнителей составляет 65—70%. Наполнители повышают теплостойкость мастик и уменьшают
их хрупкость при пониженных температурах, а также сокращают расход битума.
По способу укладки битумные мастики подразделяют на горячие и холодные. Горячие мастики применяют с предварительным подогревом до температуры 160—180°, холодные — используют без подогрева при температуре окружающего воздуха +5° и с подогревом до 60— 70° при более низких температурах.
Битумные мастики, как правило, изготовляют на заводах. При температуре 18 ±2°
мастики являются твердыми, однородными, без видимых посторонних включений и примесей, не имеют видимых частиц наполнителя, не покрытых битумом. Мастики при температуре 160— 180° легко наносятся щеткой или гребком по ровной поверхности слоем
до 2 мм и свободно растекаются по изолируемой поверхности слоем такой же толщины
при подаче мастики насосом.
Холодные битумные мастики представляют собой смесь раствора нефтяного битума, минерального наполнителя и антисептика. В качестве растворителя битума применяют
лигроин, керосин, зеленое нефтяное масло. Твердение холодных мастик происходит
вследствие проникновения растворителя в толщу изолируемой поверхности, а также в результате испарения растворителя. Холодные мастики удобны в работе, особенно в холодное время года, но уступают по качеству горячим мастикам.
Битумные мастики применяют для гидроизоляции стен, перекрытий, покрытий,
трубопроводов, ими приклеивают (крепят) битумные гидроизоляционные материалы.
Следовательно, битумные мастики применяют для гидроизоляции конструкций как самостоятельно, так и в сочетании с другими гидроизоляционными материалами (обычно
оклеечными).
Дегтевые мастики изготовляют из дегтевых вяжущих и наполнителей. В качестве
вяжущих применяют каменноугольный и сланцевый деготь, сплав каменноугольного пека
с антраценовым маслом. Наполнителями служат минеральные волокнистые или пылевидные вещества.
Дегтевые мастики в строительстве применяют обычно в горячем виде, причем их
предварительно подогревают до температуры 130— 150оС. По качеству приготовления
они должны отвечать тем же требованиям, что и битумные мастики. Дегтевые мастики
используют для гидроизоляции конструкций и трубопроводов как самостоятельно, так и в
сочетании с другими изоляционными материалами (обычно рулонными). Кроме того, их
используют для крепления оклеечных дегтевых материалов. В качестве гидроизоляционных иногда применяют дегте-битумные мастики, представляющие собой смесь дегтепродуктов с нефтяным битумом.
Мастика изол приготовляют на основе смеси резины, битума и минеральных
наполнителей. Для ее получения используют старую изношенную резину (старые автопокрышки, галоши, резинотехнические изделия). Битум применяют нефтяной невысокой
марки. В качестве минеральных наполнителей применяют тальк, известняк, асбест. Кроме
основных компонентов в состав мастики изол вводят пластификатор — кумароновую
смолу (2%) и антисептик — креозотовое масло (1%).
Мастика изол по своим физико-механическим свойствам отличается от резины и битума.
Она обладает высокой эластичностью и клеящей способностью по отношению к металлу,
бетону, стеклу, керамике. Мастика применяется в основном для гидроизоляции поверхностей сложной формы.
Кроме мастик для гидроизоляции конструкций применяют также разные лакокрасочные составы, которые одновременно служат и для противокоррозионной защиты. Эти
лакокрасочные составы будут рассмотрены ниже.
Оклеечные материалы.
Гидроизол — это рулонный материал, изготовленный из асбестового или асбестоцеллюлозного картона, пропитанного битумом. Ширина рулонов гидроизола 950 мм, общая площадь 20 м2. Гидроизол изготовляют марок ГИ-1 иГИ-2.Марка ГИ-1 имеет более
высокие гидроизоляционные показатели по сравнению с маркой ГИ-2. Гидроизол обладает лучшими гидроизоляционными свойствами по сравнению с такими битумнокартонными рулонными материалами, как рубероид, пергамин, толь; он не гниет и является более долговечным, но имеет относительно невысокие прочность, растяжимость и гибкость. Применяют его для многослойной оклеечной гидроизоляции подземных конструкций зданий и сооружений на горячей битумной мастике.
Изол изготовляют в виде рулонов путем проката смеси из резины, битума и минеральных наполнителей. Этот рулонный материал является безосновным: роль основы в
нем выполняет волокнистый наполнитель (асбест). Рулонный изол выпускают шириной
1000 мм, толщиной 2 мм и длиной 10 м. Он обладает высокими гидроизоляционными
свойствами, является долговечным (в 2 раза долговечнее рубероида), эластичным, гнилостойким, незначительно поглощает воду. Причем его эластичность сохраняется и при от-
рицательных температурах, что дает возможность применять изол в сооружениях, подвергающихся значительным деформациям (осадкам).
Рулонный изол применяют для оклеечной гидроизоляции стен, подвалов, бассейнов, резервуаров. Приклеивают рулоны к основанию мастикой изол или горячей битумной
мастикой.
Бризол представляет собой рулонный материал, изготавливаемый из смеси дробленой вулканизированной резины, нефтяных битумов и асбестовых волокон с добавкой
пластификаторов и вулканизаторов. Размеры рулонов бризола: длина 50 м, ширина 40—
100 см, толщина 1,5—2,5 мм.
Свойства бризола следующие: предел прочности на взрыв не менее, 0,08 кН/см 2,
относительное удлинение не менее 75%, температура размягчения не ниже 140°, водопоглощение за 24 ч не более 1%. Как гидроизоляционный материал бризол характеризуется
высокой водонепроницаемостью, эластичностью, морозостойкостью.
Бризол применяют для оклеечной гидроизоляции тех же конструкций, что и изол. К основанию изолируемых конструкций бризол приклеивают битумной или битумно-резиновой
мастикой.
Битуминизированные ткани. Такие гидроизоляционные ткани получают путем
пропитки стеклянных, асбестовых, джутовых или хлопчатобумажных тканей мягкими битумными мастиками с наполнителями. Гидроизоляционные ткани изготовляют в виде рулонов различных размеров. Стеклоткань, например, изготовляют в рулонах общей площадью 10 м2. Гидроизоляционные ткани обладают повышенной прочностью (до 0,7 кН/см2),
вдвое большей, чем, например, гидроизол; гибкостью и растяжимостью. Их применяют
для многослойной оклеечной гидроизоляции в случаях, если необходима повышенная
прочность изоляции со сложными очертаниями поверхностей, для изоляции гидротехнических сооружений, трубопроводов и конструкций, подвергающихся воздействию ударов.
Для приклеивания тканей к основаниям используют битумные мастики.
Полиэтиленовая пленка. Пленку получают из полиэтилена низкой плотности в
виде полотна нужной длины. Обычно полиэтиленовую пленку изготовляют в виде рулонов длиной 25 м и более, шириной 140—120 и 80—90 см, толщиной 0,06—0,085 и 0,2 мм
(соответственно). Пленка может быть прозрачной или цветной. В зависимости от основных свойств пленку делят на марки. В строительстве применяют марки А и Б, которые характеризуются следующими свойствами: предел прочности на разрыв (в кН/см2) для марки А должен составлять не менее 1, 2, а для марки Б — 1; относительное удлинение (в %)
при разрыве для марки А не менее 300, для марки Б —200, морозостойкость (выдерживание отрицательных температур в град.) для обеих марок до —60°. Полиэтиленовая пленка
обладает гнилостойкостью, высокой пластичностью, водо-паро-газонепроницаемостью,
стойкостью к агрессивным средам.
Недостатком пленки является ее способность к старению, а также возможность повреждения грызунами.
Полиэтиленовую пленку применяют для оклеечной гидроизоляции конструкций
железобетонных бензо- и нефтехранилищ, трубопроводов и др. Пленку наклеивают на
изолируемую поверхность битумными или специальными пластмассовыми мастиками.
При этом швы пленки можно соединять путем проглаживания металлическим гладилом
через бумажную ленту при температуре 90—130°. Легкая свариваемость полиэтиленовых
пленок значительно упрощает стыкование полотен между собой.
Металлоизол — гидроизоляционный оклеечный материал, представляющий собой
металлическую фольгу (обычно алюминиевую), покрытую с обеих сторон слоем тугоплавкого битума в смеси с распушенными асбестовыми волокнами. Его выпускают в виде
ленты шириной около 50 см и толщиной 0,5—2 мм. Он водонепроницаем, обладает высокой пластичностью и растяжимостью. Недостаток его состоит в том, что при повреждении
покровного слоя возможна коррозия алюминия.
Применяют металлоизол для оклеечной гидроизоляции в наиболее ответственных
местах: в подземных и гидротехнических сооружениях I класса, для гидроизоляции подземных сооружений, находящихся под большим гидростатическим напором, и др. Приклеивают металлоизол к основанию изолируемых конструкций битумными мастиками.
Борулин — рулонный материал, получаемый путем прокатывания в подогретом
состоянии смеси, состоящей из 50% асбеста и 50% битума. Этот материал имеет высокие
пластичность и температуру размягчения, значительную водонепроницаемость, малое водопоглощение.
Борулин применяют для гидроизоляции трубопроводов, каналов, мостов, для заполнения осадочных и температурных швов в дорожных покрытиях и гидротехнических
сооружениях. Приклеивают борулин к основаниям изолируемых конструкций битумной
мастикой.
Рубероид, пергамин, толь — оклеечные материалы, применяемые в менее ответственных случаях (для гидроизоляции стен, подвалов и т. п.).
Рубероид изготовляют путем пропитывания бумажного картона легкоплавким битумом с
последующим покрытием с обеих сторон тугоплавким битумом и нанесением на его поверхность тонкого слоя талька. Рубероид изготовляют в виде рулонов общей площадью 20
м2.
Пергамин также изготовляют путем пропитывания бумажного картона расплавленным нефтяным битумом без последующего покрытия тугоплавким битумом. Пергамин,
как и рубероид, изготовляют в виде рулонов общей площадью 20 м2.
Толь получают путем пропитывания бумажного картона легкоплавким каменноугольным дегтем с последующим покрытием с обеих сторон тугоплавким дегтем и нанесением на его поверхность тонкого слоя песка. Кроме покровного изготовляют также беспокровный толь без последующего покрытия тугоплавкими дегтепродуктами. Как покровный, так и беспокровный толь изготовляют в виде рулонов площадью 10÷30 м2.
Недостатками рубероида, пергамина и толя является то, что их основа — картон —
в условиях высокой влажности загнивает. Кроме того, эти материалы недостаточно эластичные, гибкие и прочные. Поэтому их нельзя использовать в качестве гидроизоляционных материалов в наиболее ответственных случаях гидроизоляции конструкций.
Для приклеивания этих материалов к основаниям изолируемых конструкций применяют битумные мастики для рубероида и пергамина и дегтевые — для толя.
Теплоизоляционные материалы
Органические теплоизоляционные материалы. Древесноволокнистые плиты
получают формованием с последующим высушиванием Древесноволокнистой массы и
добавлением синтетических веществ. Для получения древесноволокнистой массы применяют древесные опилки, стружки, бумажную макулатуру, льняную и конопляную костру,
кукурузные и подсолнечные стебли. Плиты изготовляют дли-пой 1800—3000, шириной —
1200 и 1600 и толщиной 8—25 мм. Они обладают следующими свойствами: плотность
150—250 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,046—0,07 Вт/(м*К), предел прочности
0,04—0,12 кН/см2.
Применяют древесноволокнистые плиты для теплоизоляции стен, потолков, полов,
перекрытий. Их крепят гвоздями, шурупами, битумными и специальными мастиками.
Древесностружечные плиты изготовляют путем горячего прессования древесных стружек,
пропитанных синтетическими смолами. Плиты изготовляют длиной 2500—3600, шириной
1200—1800 и толщиной 13—25 мм. Они имеют плотность 250—400 кг/м3, коэффициент
теплопроводности 0,058 Вт/(м*К), предел прочности при изгибе не менее 0,6 кН/см 2. Древесностружечные плиты применяют для теплоизоляции стен, перегородок, перекрытий и
покрытий зданий и сооружений.
Плиты крепят оцинкованными гвоздями или приклеивают мастиками.
Пробковые плиты изготовляют из отходов производства укупорочной пробки,
получаемой из коры пробкового дуба или бархатного дерева. Плиты изготовляют следу-
ющих размеров, длиной 1000, шириной 500, толщиной 25—125 мм. Они обладают следующими свойствами: плотность 150—350 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,046—
0,093 Вт/(м*К), предел прочности на сжатие 0,1—0,15 кН/см2, на изгиб 0,015—0,025
кН/см2. Плиты почти не впитывают воду, не горят, с трудом тлеют, не подвержены заражению дымовым грибком и порче грызунами. Пробковые плиты ввиду дефицитности сырья для их производства применяют в основном для изоляции холодильников. К изолируемым конструкциям плиты приклеивают битумными и другими мастиками.
Торфяные плиты (торфоплиты) изготовляют путем прессования торфяных волокон и последующей их термической обработки. Торфоплиты выпускают длиной 1000,
шириной 500 и толщиной 30 мм. Они характеризуются следующими свойствами: плотность 150—250 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,058—0,017 Вт/(м*К), предел
прочности на изгиб не менее 0,3 кН/см2. Торфоплиты не горят, но долго тлеют. Сухие
торфоплиты не заражаются дымовым грибком и не гниют при влажности менее 35%. Поэтому необходимо применять сухие плиты, а также предохранять их от сырости и загнивания при помощи штукатурки или пропитки антисептирующими составами. Торфоплиты
применяют для теплоизоляции стен и перекрытий промышленных и гражданских зданий,
холодильников и трубопроводов при температуре до 100°. К изолируемым конструкциям
(изделиям) их приклеивают битумными или дегтевыми мастиками или прибивают гвоздями с проволочной сеткой.
Фибролит — плитный материал, получаемый путем прессования массы обычно из
древесных стружек и вяжущего вещества. В качестве вяжущего вещества применяют
портландцемент или магнезиальное вяжущее. Готовые плиты обычно имеют длину 2000 и
2400, ширину 500 и 550, толщину 25, 50, 75 и 100 мм.
Теплоизоляционные цементнофибролитовые плиты обладают следующими основными свойствами: плотность 300—350 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,099—
0,15 Вт/(м*К), предел прочности на изгиб 0,04—0,05 кН/см2. Они не горят открытым пламенем, а тлеют. Домовыми грибками заражается при влажности более 25%. Фибролитовые плиты легко подвергаются механической обработке. Их можно пилить, сверлить, вбивать в них гвозди. Теплоизоляционный фибролит применяют для утепления стен, перекрытий и покрытий. К утепляемым конструкциям его приклеивают битумной мастикой,
известково-цементным раствором или прибивают гвоздями.
Камышит — спрессованные и прошитые стальной проволокой плиты из камыша
длиной 2400—2800, шириной 550—1500 и толщиной 30—100 мм. Плотность камышита
175—250 кг/см3, коэффициент теплопроводности 0,058—0,093 Вт/(м-К), предел прочности на изгиб 0018—0,08 кН/см2. Камышит легко поддается обработке, имеет хорошее
сцепление со штукатуркой без драни, под действием огня не горит открытым пламенем,
но тлеет. Однако камышит подвержен загниванию, порче грызунами, плохо гвоздим. Для
защиты от гниения и грызунов его пропитывают антисептиком.
Камышит применяют для теплоизоляции стен, перекрытий, камер холодильников.
При изоляции камер холодильников его необходимо защищать от увлажнения.
Пористые пластические массы (пластические массы) — материалы, обладающие
на отдельных этапах их производства пластичностью и содержащие в качестве своей основной составной части синтетические смолообразные вещества (полимеры). Для теплоизоляции конструкций обычно применяют пористые пластические массы. Материалы из
пористой пластической массы обладают высокими теплоизоляционными свойствами: малой плотностью и теплопроводностью,
большой прочностью, водо- и гнилостойкостью.
В зависимости от физической структуры
теплоизоляционные пластмассовые материалы подразделяют на пенопласты,
сотопласты и др.
Пенопласты по структуре напоминают застывшую пену и имеют изолированные
ячейки, наполненные газом или воздухом. Пенопласты с сообщающимися ячейками (порами) называются поропластами. Сотопласты отливаются равномерно повторяющимися
полостями (ячейками), имеющими правильную геометрическую форму в виде пчелиных
сот. Среди пенопластов наиболее широкое применение в строительстве имеют пенополистирол, пенополивинилхлорид, пенополиуретан и ми-пора.
П е н о п о л и с т и р о л получают путем вспенивания полистирола. Его изготовляют в виде плит, скорлуп и сегментов разных размеров (рис. 8). Пенополистирольные
плиты изготовляют трех марок: ПС-1, ПС-4 и ПС-5. Каждой марке соответствуют определенные физико-механические свойства. Так, пенополистирол марки ПС-1 имеет следующие показатели: плотность 60—220 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,038
Вт/(м*К), предел прочности на сжатие 0,03—0,3, на растяжение — 0,26 кН/см2, эксплуатационная рабочая температура до 65°. Плиты из пенополистирола не поддаются гниению, имеют малое водопоглощение, хорошо гвоздятся и склеиваются с некоторыми строительными материалами. Существенным недостатком этого материала является его низкая теплостойкость. Пенополистирол применяют для теплоизоляции конструкций, холодильных камер, трубопроводов и различного технологического оборудования.
Пенополивинилхлорид (ПХВ) изготовляют двух видов: жесткий и эластичный.
Жесткий пенополивинилхлорид выпускают в виде плит размером 1000x500 (140—60) мм,
скорлуп и сегментов. Он имеет марки: жесткий ПХВ-1 и ПХВ-2 и эластичный ПХВ-Э.
Каждая марка характеризуется определенными физико-механическими свойствами. Марка ПХВ-1 имеет плотность 60—100 кг/м3, предел прочности на сжатие 0,023—0,09, на
растяжение 0,42 кН/см2. Применяют его для тех же целей, что и пенополистирол.
Пенополиуретан получают путем вспенивания полиуре-тановых смол. Его изготовляют в виде плит, скорлуп, блоков. Жесткий пенополиуретан имеет плотность 50—200
кг/м3, коэффициент теплопроводности его 0,033—0,056 Вт/(м*К), предел прочности на
сжатие 0,02—0,22 кН/см2. Наряду с жестким пенополиуретаном можно применять также и
эластичные пластики как в условиях низких, так и высоких температур (90—120°).
Пенополиуретан применяют для тех же целей, что пенополистирол.
М и п о р а представляет собой пенопласт белого цвета, получаемый в результате
отвердевания пены из мочевино-формальдегидной смолы. Ее изготовляют в виде блоков
толщиной 100 и 200 мм, объемом не менее 0,005 м3. Мипора имеет плотность 20—30
кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,033—0,035 Вт/(м*К), предел прочности на сжатие 0,04—0,05 кН/см2, температуру эксплуатации до 100°. Мипору применяют для теплоизоляции холодильников, заполнения (в виде крошки)
полостей в сотопластах с целью
улучшения их теплотехнических
свойств и др.
Сотопласты получают путем горячего формования листов бумаги или
ткани, пропитанных огнезащитными
составами и синтетическими смолами. Эти материалы изготовляют в
виде блоков или плит разных размеров (рис. 9).
Сотопласты имеют плотность 30—
3
150 кг/м , коэффициент теплопроводности сотопласта в деле (например, сотопластовых
панелей) 0,046— 0,058 Вт/(м*К), предел прочности на сжатие 0,2—0,7 кН/см2 и обладают
примерно такими же физико-химическими свойствами, как и пенопласты, но отличаются
от них более высокой теплостойкостью и
прочностью. Применяются пенопласты в основном для теплоизоляции конструкций промышленных и гражданских зданий.
Минеральные теплоизоляционные материалы. Минеральная вата и изделия из
нее. Минеральную вату получают путем распыления расплавленных горных пород (доломита, известняка, мергелей) или металлургических шлаков. Вату, полученную из шлаков,
называют шлаковой ватой (шлаковата). Минеральная вата в зависимости от сорта и степени ее уплотнения имеет плотность 75—150 кг/м3 и коэффициент теплопроводности
0,035—0,046 Вт/(м*К). Вата не горит, не гниет, не поддается порче грызунов, мало гигроскопична, морозостойка. Минеральную вату применяют для теплоизоляции холодных и горячих (до
600°) поверхностей. Кроме того, минеральную вату в
строительстве широко применяют также в виде изделий из нее: войлока, матов, плит (рис. 10).
Минеральный войлок изготовляют в виде листов
или рулонов из минеральной ваты, слегка пропитанной битумной эмульсией или синтетическими смолами и спрессованный. Листы войлока на битумном
связующем изготовляют длиной 1000—3000, шириной 375— 1250 и толщиной 30—60 мм. Минеральный
войлок имеет плотность 100—150 кг/м3, коэффициент
теплопроводности 0,046—0,052 Вт/(мк*К). Минеральный войлок применяют для теплоизоляции
ограждающих конструкций промышленных и гражданских зданий, технологического оборудования и трубопроводов.
Минераловатные маты получают путем прошивки нитками или проволокой слоя
минеральной ваты, покрытой с одной или двух сторон битуминизированной бумагой, металлической сеткой или стеклотканью. Маты обычно изготовляют длиной 1000—3000,
шириной 500—1000 и толщиной 30 и 50 мм. Плотность минераловатных матов 250 кг/м 3,
коэффициент теплопроводности 0,07 Вт/(м*К), предельная температура применения
+100°. Маты применяют для тех же целей, что и минеральный войлок.
Минераловатные плиты изготовляют мягкими, полужесткими и жесткими на битумной связке или связке из синтетических смол. Плиты делятся на марки. Длина плит
500—2000, ширина 450—500 и толщина 40—100 мм, плотность до 400 кг/м3, коэффициент теплопроводности до 0,081 Вт/(м*К), предел прочности при изгибе не менее 0,011
кН/см2.
Плиты на синтетических связующих (смолах) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами. Так, жесткие минераловатные изделия на синтетическом связующем
имеют плотность 200—250 кг/м3 и коэффициент теплопроводности 0,058—0,064, а изделия на битумном связующем — соответственно 250—400 кг/м3 и 0,064—0,087 Вт/(м*К).
Плиты применяют для теплоизоляции строительных конструкций, трубопроводов, технологического оборудования при температуре изолируемой поверхности до 200—300°, если
они изготовлены на синтетическом связующем, и температуре до 60—70° при изготовлении плит на битумном связующем.
Стеклянная вата и изделия из нее. Стеклянную вату получают из расплавленной
стекломассы. Вата имеет плотность 75÷125 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,041—
0,052 Вт/(м*К), малую гигроскопичность и теплопроводность, высокую морозостойкость
и химическую стойкость, не дает усадки в конструкциях.
Изделия из стеклянной ваты (маты, плиты, скорлупы и другие фасонные изделия)
применяют, главным образом, для теплоизоляции наиболее ответственного промышленного оборудования, тепловых установок и трубопроводов при температуре изолируемых
поверхностей до +450°.
Ячеистое стекло получают путем спекания порошка стекольного боя с газообразователями (известняком, антрацитом) и выпускают в виде блоков или плит пористой (ячеистой) структуры. Блоки и плиты имеют плотность 100—700 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,058—0,128 Вт/(м*К), предел прочности на сжатие 0,2—1,25 кН/см2. Ячеистое
стекло является водостойким, морозостойким и несгораемым материалом, оно легко поддается обработке инструментами. Применяют его для теплоизоляции строительных конструкций, камер холодильников и горячих поверхностей отопительных устройств.
Материалы на основе асбеста изготовляют рулонными, штучными и сыпучими.
Из рулонных материалов применяют асбестовые бумагу, картон и войлок.
Асбестовую бумагу изготовляют в виде листов и рулонов из асбестового волокна
5—6-го сорта с небольшим количеством склеивающих веществ (крахмала или казеина).
Листовую асбестовую бумагу выпускают размером 1000 X 950 X (0,5—1,5) мм, а бумагу в
рулонах — шириной 670—1150 и толщиной 0,3—0,65 мм. Плотность бумаги 450—950
кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,128—0,174 Вт/(м*К).
Асбестовый картон изготовляют из асбеста 4—5-го сортов с наполнителем и
склеивающим веществом в виде листов размеров 1000 X X 1000 X (2— 12) мм. Плотность
картона 900—1000 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,15—0,17 Вт/(м*К).
Асбестовый войлок изготовляют путем склеивания нескольких слоев асбестовой
бумаги общей толщиной 5÷50 мм. Плотность войлока 200— 600 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,052—0,093 Вт/(м*К) при температуре 50°.
Рулонные асбестовые материалы применяют для теплоизоляции горячих поверхностей с температурой до 500°.
Штучные теплоизоляционные материалы на основе асбеста (вулканит, совелит, асбестоцементные изделия) изготовляют в виде плит, скорлуп, сегментов.
Вулканит изготовляют в виде плит размером 500 X 170х(20— 50) мм путем формования и пропаривания в автоклавах смеси асбеста (20%), извести (20%) и диатомита или
трепела (60%). Плотность вулканита не более 400 кг/м3, коэффициент теплопроводности
0,093 Вт/(м* К), предел прочности при изгибе не менее 0,03 кН/см2. Применяют
вулканит для теплоизоляции поверхностей при их температуре до 600°.
Совелит (штучный) изготовляют в виде плит, скорлуп и сегментов из смеси асбеста
(15%) и доломита. Плотность совелита до 400 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,086
Вт/(м*К). Применяют его для теплоизоляции поверхностей температурой нагрева до
500°С.
Асбестоцементные изделия изготовляют в виде плит и скорлуп путем формования и последующей сушки смеси асбеста 6-го сорта и портландцемента. Плотность плит
300—500 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,087—0,104 Вт/(м*К), предел прочности
на изгибе 0,03—0,05 кН/см3. Применяют такие изделия для теплоизоляции поверхностей с
предельной температурой до 450°.
Сыпучие теплоизоляционные материалы на основе асбеста (асбозурит, асботермит, совелит) изготовляют в виде порошков.
Асбозурит получают из смеси асбеста (15%) и трепела или диатомита. Его можно
использовать для теплоизоляции поверхностей с температурой до 600°.
Асботермит представляет собой смесь асбеста (15%), диатомита (15%) и промышленных отходов асбестоцементных заводов (70%). Применяют его для теплоизоляции поверхностей с предельной температурой до 800°.
Совелит порошковый состоит из смеси асбеста (15%) с углекислыми солями магния и кальция, полученных в результате обжига доломита. Его используют для теплоизоляции поверхностей до температуры 500°.
Порошковые теплоизоляционные материалы на основе асбеста применяют как
самостоятельно (засыпная изоляция), так и в виде мастик (растворов), полученных путем
затворения этих порошков водой. Эти материалы применяют в основном для изоляции
поверхности котлов, труб и другого промышленного оборудования, работающих при тем-
пературах в основном до 350—700°. При более высоких температурах используют теплоизоляционный диатомитовый кирпич, пеношамот.
Вспученный вермикулит представляет собой сыпучий пористый материал, полученный путем измельчения и обжига природного минерала — вермикулита. Плотность
его 100—200 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,064—0,075 Вт/(м*К). Из вспученного вермикулита в смеси с вяжущими веществами (портландцемент) можно изготовлять
плиты, скорлупы, сегменты. Вспученный вермикулит применяют для теплоизоляции поверхностей с максимальной температурой 1100°.
Вспученный перлит получают путем измельчения и обжига горной породы —
перлита. Плотность вспученного перлита 75 ÷250 кг/м3, коэффициент теплопроводности
0,041—0,058 Вт/(м*К). Из вспученного перлита с вяжущими веществами можно также изготовлять штучные изделия (плиты, скорлупы, кирпич). Вспученный перлит применяют
для теплоизоляции поверхностей с высокими температурами (котлы, печи, трубопроводы)
в виде изделий или растворов.
Противокоррозионные материалы
Лакокрасочные материалы. Грунты. Они обычно представляют собой суспензию
пигментов (красителей) и наполнителя в различных лаках с добавлением растворителей,
сиккатива и стабилизатора. В зависимости от основных свойств грунты, применяемые в
строительстве, делят на атмосферостойкие и химически стойкие. Атмосферостойкие грунты обладают стойкостью к воздействию солнечной радиации, атмосферных осадков, промышленных газов и пыли, морской атмосферы. К ним относятся: глифталевые грунты ГФ020 и ГФ-138, пента-фталевые ПФ-046, масляные (железный и свинцовый сурики). Эти
грунты применяют для металлических конструкций, эксплуатируемых в условиях атмосферы при воздействии солнечной радиации, осадков и под навесом. Они обладают необходимой стойкостью к воздействию атмосферы, содержащей агрессивные газы и пары
химических и других производств.
К химически стойким относятся грунты: фенольные ФЛ-ОЗК, ФЛ-ОЗКК и ФЛ-045;
фосфатирующие ВЛ-02 и ВЛ-023; перхлорвини-ловые ХС-010, ХС-068, ХВ-050 и ХВ-31,
эпоксидные ЭП-057 и ЭП-00-10. Их применяют для металлических конструкций, эксплуатируемых также в условии атмосферы, но содержащей агрессивные газы и пары. Атмосферостойкие и химически стойкие грунты имеют хорошую адгезию (сцепление) к черным металлам, обладают достаточной противокоррозионной стойкостью, хорошо сочетаются с соответствующими покровными лакокрасочными материалами (эмалями и
красками).
Перед употреблением грунты разводят до рабочей вязкости соответствующим растворителем — сольвентом, ксилолом, лаковым керосином (уайт-спиритом). На поверхность металлических конструкций грунты наносят различными методами: пневматическим распылением, безвоздушным распылением с нагревом, окунанием и др. Время высыхания нанесенного на поверхность конструкции грунта зависит от его вида и колеблется от 15 мин для фосфатирующих грунтов, до 48 ч — для глифталевых (при температуре
18—23°). Грунты используют для первоначального покрытия — грунтования металлических конструкций под покровные слои эмалей и красок, а также для их временной защиты
от коррозии на период транспортирования и монтажа.
Краски. В качестве красок для противокоррозионной защиты металлических конструкций применяют масляные, масляно-битумные и другие краски. Наиболее часто используют масляные краски — густотертые или готовые к употреблению.
Густотертые масляные краски представляют собой пасту, состоящую из смеси сухих пигментов и наполнителя, затертых на натуральной и искусственной олифе. Перед
употреблением в пасту добавляют глифталевую или натуральную олифу и разводят до рабочей вязкости уайт-спиритом, сольвентом, скипидаром или ксилолом. Наносят краски на
поверхности методами пневматического распыления, окунания, кистью. Краски высыха-
ют при температуре 15—23°С в течение 24 ч. Применяют их для окраски предварительно
загрунтованных поверхностей, эксплуатирующихся в атмосферных условиях.
Эмали — готовые красочные составы из пигментов и связующего — лаков (масляно-канифольных, масляно-глифталевых, пентафталевых, перхлорвиннловых, нитроцеллюлозных, масляно-битумных и др.). Эмалевые краски обычно выпускают готовыми к
употреблению. Если необходимо изменить степень вязкости краски, в нее вводят растворители (лаковый керосин и др.). Свойства эмалевых красок зависят в первую очередь от
вида применяемого лакового связующего.
В зависимости от основных свойств и условий применения эмали делятся на атмосферостойкие и химически стойкие. Атмосферостойкие эмали (пентафталевые эмали ПФ133 и ПФ-115, перхлорвиниловые ХВ-11-СО и ХВ-16, хлоркаучуковая КЧ-172, нитроглифталевая НЦ-132) используют для металлических конструкций, эксплуатируемых в
атмосферных условиях при отсутствии агрессивной среды. Химически стойкие эмали
(перхлорвиниловые ХВ-124 и ХСЭ, эпоксидная ЭП-140, хлоркаучуковая КЧ-749) предназначены для металлических конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях при
наличии агрессивной среды (газов, паров и т. п.). Наносят эмали на поверхность конструкций методом пневматического и безвоздушного распыления, а также кистью. Высыхают эмали в естественных условиях при температуре 15—23° в течение 3—24 ч. Однако
для окончательного затвердевания пленки многих эмалей, а также с целью защиты ее от
механических повреждений эмалевые покрытия до транспортирования или монтажа рекомендуется выдерживать не менее 7 суток при температуре 15—23°.
Применяют эмали для окраски предварительно загрунтованных поверхностей, эксплуатируемых в атмосферных условиях.
Лаки — растворы пленкообразующих веществ (природных или синтетических
смол или битумов) в летучих растворителях. В качестве пленкообразователей иногда применяют каменноугольный пек (для кузбаслака), нитроцеллюлозу и др. Растворителями
пленкообразующих служат лаковый керосин, каменноугольная сольвент-нафта, скипидар
и другие жидкости, самостоятельно не растворяющие пленкообразующих, используемые
лишь для уменьшения вязкости связующих и называемые разбавителями, а смеси их с
растворителями называют разжижителями.
В качестве пластификаторов применяют нелетучие жидкости, понижающие вязкость связующих. Они остаются в пленке после высыхания, что придает ей пластичность
и меньшую хрупкость.
Лаки называют большей частью в соответствии с видом пленкообразующего вещества и реже в зависимости от растворителя. Например, смоляные лаки (бакелитовый лак,
фуриловый), битумные, битумно-смоляные.
Лаки могут быть прозрачными и непрозрачными, цветными и бесцветными, давать
блестящую или матовую поверхность, «холодной» и «горячей» сушки.
В зависимости от основных свойств и условия применения противокоррозионные
лаки подразделяют на кислотостойкие, щелочестойкие, термостойкие («печные»).
Применяются лаки для окраски металлических и бетонных поверхностей в холодном и
горячем состояниях.
Для окраски металлических конструкций рекомендуются лаки марок БТ-577 (бывший 177), ХСЛ, ХС-724, ХС-76, ПФ-170 (бывший 170). Лаки можно наносить на перхлорвиниловые грунты марок ХС-010 ГОСТ 9355—60, ХС-068 МРТУ 6-10-820-69, ХВ-050
МРТУ 6-10-934-70.
Рулонные и листовые материалы. Поливинилхлоридный пластикат представляет
собой термопластичный материал, получаемый путем вальцевания смеси поливинилхлоридной смолы с различными пластификаторами и наполнителями или переработкой отходов различных пластиков. Его выпускают в виде рулонов толщиной до 2 мм и листов длиной 1000, шириной 600 и толщиной 1—5 мм. Предел прочности на растяжение пластиката
0,7—1 кН/см2, относительное удлинение 80—150%, предельная температура применения
от —15 до +60°. Он обладает стойкостью к воздействию воды, щелочей, кислот, растворов
и солей.
Пластикат применяют для защиты от коррозии металлических и железобетонных
технологических аппаратов и строительных конструкций (резервуаров, бассейнов, гальванических ванн, полов, лотков, приямков). К основаниям его приклеивают специальными
клеями ВК-П и ЛАР.
Полиизобутилен листовой — полиизобутилен с наполнителями (сажа, графит,
тальк, асбест). Полиизобутиленовые листы выпускают длиной 4000—5000, шириной
800—1000 и толщиной 2,5—3 мм. Предел прочности полиизобутилена на растяжение
0,045— 0,6 кН/см2, относительное удлинение 475—550%, предельная температура применения от —30 до + 60°. Он обладает высокой химической стойкостью к большинству кислот, растворам щелочей и солей. Применяется для облицовки строительных конструкций
и оборудования.
Винипласт — термопластичный материал, получаемый на основе поливинилхлоридной смолы. Листовой винипласт изготовляют главным образом следующих размеров:
1700х840х(1—20) мм. Предел прочности (кН/см2) винипласта на растяжение 4,5—5,5, на
сжатие 8—10, максимальная температура применения от —25 до + 60°. Он обладает стойкостью к действию кислот и щелочей.
Применяют винипласт для сплошного покрытия в наиболее ответственных сооружениях (фундаментах, цокольной части), а также для облицовки бассейнов и резервуаров.
В качестве противокоррозионных рулонных и листовых материалов в строительстве широко используют также гидроизол, изол, бризол, стеклянную ткань, полиэтиленовую
пленку.
Плиточные материалы. Керамические кислотоупорные п л и т к и получают путем формования и обжига специально подобранной обогащенной или природной глины.
Их изготовляют следующих размеров (в мм): 50x50x10, 100x100x10, 100x100x20,
150х150х(20, 25, 30); 175х175х(20, 25, 30) и 200x200 (20, 30, 35, 50). Предел прочности
плиток на сжатие не менее ЗкН/см2, кислотоупорность 96—98%. Плитки, обожженные до
спекания, отличаются высокой плотностью, механической прочностью, газонепроницаемостью, химической стойкостью к действию минеральных и органических кислот и их
смесей при высоких температурах. Однако плитки не устойчивы к действию едких щелочей, плавиковой и фосфорной кислот.
Кислотоупорные керамические плитки применяют для защиты химической аппаратуры и строительных конструкций от действия агрессивных жидкостей и газов.
Фенолитовые плитки изготовляют методом прессования порошка из фенолоформальдегидной смолы с хлорвиниловой смолой. Их выпускают размерами (в мм): 100X 100х(3—5)
и 150Х150Х Х(3—5). Предел прочности (кН/см2) плиток на сжатие 15—20, на растяжение
— 3—4. Плитки устойчивы к действию минеральных и органических кислот, растворителей (керосина, бензина, скипидара, уайт-спирита) и ртути. Фенолитовые плитки применяют для облицовки строительных конструкций в цехах химических производств.
Асбоэбонитовые плитки получают методом прессования смеси из отходов отработанной резины, тонкомолотой асбестовой пыли и шинного регенерата. Их выпускают
размером 150 X 150 X 10 мм. Предел прочности плиток на сжатие 600 кН/см2. Они обладают высокой химической стойкостью, взрывобезопасны, ртутонепроницаемы и имеют
высокие диэлектрические показатели. Применяют плитки для облицовки строительных
конструкций в различных промышленных помещениях.
Пластичные материалы. Асбовинил получают из смеси лака этиноль и измельченного асбеста. Он обладает высокой химической стойкостью к большинству агрессивных сред: неокисляющих минеральных и органических кислот, щелочных сред, растворов
солей, многих органических растворителей, сухих и влажных газов, пресной и морской
воды. Асбовиниловую массу применяют в качестве покрытия для защиты металла и бетона от воздействия различных агрессивных сред.
Эпоксидные составы получают все большее распространение в качестве противокоррозионных материалов, что объясняется их высокими эксплуатационными качествами.
На основе эпоксидных полимеров получают разнообразные по составу грунты, мастики и
растворы (ЭД-5, ЭД-6, ЭД-37, Э-40 и др.) противокоррозионного назначения.
Эпоксидные составы щелочестойки, имеют высокие прочностные и адгезионные показатели, характеризуются отсутствием усадки.
Фаизол представляет собой полимеризующийся материал, получаемый на основе
фурфуролацетонового мономера, кислотного отвердителя и различных наполнителей
(кварцевый песок, уголь, графит). Правильно приготовленный и отвердевший фаизол характеризуется высокой прочностью, стойкостью к воде, маслам, бензину, кислотам (кроме
окисляющих), щелочам и растворам солей. Время схватывания фаизола составляет от 20
мин до 2—3 ч. Фаизол применяют для противокоррозионных покрытий стальных конструкций и аппаратуры.
В качестве пластичных противокоррозионных материалов в строительстве широко
применяют также полимеррастворы, латексцементные составы, цементные растворы, бетоны.
Герметизационные материалы
Тиоколовые мастики получают на основе жидкого тиокола и изготовляют марок
ГС-1, У-ЗОм, У-ЗОс и др. Каждая из указанных мастик состоит из герметизирующей пасты, вулканизирующей пасты, ускорителя вулканизации, наполнителя. В качестве герметизирующей пасты используют жидкий тиокол, который вулканизуется за счет введения в
него вулканизующейся пасты и ускорителя. Вулканизирующие агенты вводят в герметизирующую пасту непосредственно перед употреблением.
Тиоколовые герметики изготовляют непосредственно на объекте путем смешивания компонентов до получения однородной массы. Жизнеспособность готового герметика— 1—1,5 ч и зависит от исходной вязкости тиокола, количества вулканизующих
агентов и температуры воздуха. При обычных условиях (температура воздуха 15—20о)
вулканизация герметика завершается через 7—10 сут. Если необходимо ускорить процесс
вулканизации, герметизированные швы прогревают при температуре 50° в течение 24—36
ч или при температуре 80° 12—18 ч. Это ускоряет процесс вулканизации в 7—10 раз.
Тиоколовые мастики обладают хорошей адгезией ко многим материалам. Они стойки к
воздействию морской и пресной воды, растворителей, разбавленных кислот, слабых щелочей, солнечного света; хорошо сопротивляются окислению, действию атмосферных
осадков, обладают коррозионной стойкостью. Применяются тиоколовые мастики для герметизации стыков железобетонных панелей, заполнения швов в деталях и конструкциях
из металла, пластмассы, керамики и стекла.
Полиизобутиленовые мастики представляют собой однокомпонентную систему,
состоящую из двух фаз — жидко-эластичной и твердой. В жидко-эластичную фазу входят
полиизобутилен, регенированная резина, минеральное масло, а в твердую — тонкомолотый каменный уголь. В зависимости от температуры, ниже которой эластичность значительно уменьшается, полиизобутиленовые мастики делят на три марки: УМ-20, УМ-40,
УМ-60 (цифры указывают низший предел температуры применения). В качестве заполнителя кроме каменного угля используют сажу, тальк, асбест.
В строительстве кроме указанных применяют также полиизобутиленовую мастику
марки УМС-50 (ГОСТ 14791—69), изготовленную на основе полиизобутилена и добавок
(масло нейтральное), молотые мел, мрамор или известняк.
Полиизобутиленовые мастики отличаются высокой эластичностью, атмосферостойкостью, хорошей адгезией к основанию, обладают абсолютной влаго-, паро- и воздухонепроницаемостью. Поставляются мастики на объект в готовом для употребления виде
в бумажных или металлических патронах и применяются для заполнения (герметизации)
полости стыков любой конфигурации.
Упругие прокладки. В качестве упругих прокладок для герметизации стыков сборных конструкций применяют пороизол, гернит и др.
Пороизол — пористый, гнилостойкий и долговечный материал, эластичный при
температуре от +80 до —50°С. В зависимости от назначения выпускают в виде трубок,
лент или жгутов. Изготовляют пороизол двух марок: М — пористый материал с незакрытыми порами на поверхности и П — пористый материал с защитным протектором из
пленки. Пороизол марки М при укладке в стыки сборных конструкций покрывается пленкой изола Г-М для закрытых пор на поверхности материала. Пороизол марки П применяют без какой-либо дополнительной обработки.
Гернит (ГУ 480-1-119-71) изготовляют из резиновой смеси типа НР-73-51 в виде
пористых герметизирующих прокладок круглого, овального или грушевидного сечений с
пленкой на поверхности. Основным эксплуатационным показателем гернита, как и пороизола, является высокое эластическое восстановление после сжатия, что обеспечивает
уплотнение стыка между конструкциями при его деформации. В зависимости от внешнего
вида и размеров гернит подразделяют на I и II сорта. Применяют его в основном для герметизации горизонтальных и вертикальных стыков наружных стеновых панелей.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ
В современном строительстве металл имеет не менее важное значение, чем бетон,
железобетон, каменные и лесные материалы. Из стального проката возводят каркасы промышленных зданий и сооружений, башни, мачты, опоры, мосты, эстакады, резервуары,
газгольдеры. Широко используют в строительстве и такие металлические изделия, как арматура для железобетона, трубы, болты, заклепки, гвозди. Особое значение в современном
строительстве приобрели легкие металлические конструкции зданий и сооружений, применение которых способствует уменьшению трудоемкости, продолжительности и стоимости их монтажа. Все более широкое применение находят алюминиевые строительные конструкции: окна, двери, витражи, перегородки, подвесные потолки, трехслойные стеновые
панели.
Широкое применение металла в строительстве объясняется главным образом наличием свойств, выгодно отличающих его от других строительных материалов,— это высокая прочность, способность к значительным упругим и пластичным деформациям; металл
относительно легко поддается обработке давлением (прокатке, ковке, штамповке) и литью; из него можно получать изделия любых профилей.
Металлы делят на черные и цветные. Черными называются металлы и сплавы, в
которых основным элементом является железо. Кроме того, в них содержатся и такие химические элементы, как углерод, кремний, фосфор, сера и марганец. В зависимости от содержания углерода в железоуглеродистом сплаве черные металлы делятся на чугуны и
стали.
Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержание которого в сплаве превышает 2%.
Сталь — это железоуглеродистый сплав, содержащий до 2% углерода. Цветными
называются металлы и сплавы, в которых основным элементом является какой-либо цветной элемент: алюминий, медь, цинк.
Черные металлы и изделия из них
Чугун. Производство.
Чугун получают путем плавки железной руды в доменных печах. Современные
доменные печи имеют объем до 5000 м3. Процесс получения чугуна из руд называется доменным. Для его осуществления в шахту доменной печи послойно загружают руду, топливо и плавни (флюсы). В качестве топлива обычно используют каменноугольный кокс,
флюса — известняк или доломит. По мере сгорания кокса происходит плавление руды и
флюса при температуре около 1500°. Расплавленный чугун скапливается на поду доменной печи, а более легкий доменный шлак всплывает над чугуном. По мере образования
чугуна и шлака их выпускают через специальные отверстия (лётки) и направляют для
дальнейшей обработки.
В зависимости от свойств и названия чугуны подразделяют на литейные (серые),
передельные (белые), специальные (ферросплавы).
Излом литейных чугунов темно-серого цвета, поэтому их называют также серыми
чугунами. Серый чугун выпускают марок от СЧ12-28 до СЧ38-60, где числа обозначают
предел прочности соответственно на растяжение и изгиб в кг/см2. Предел прочности на
сжатие 0,5— 0,75 кН/см2. Чугун — хрупкий материал.
Излом передельных чугунов белый, крупнокристаллический. Белые чугуны отличаются высокой твердостью и хорошим сопротивлением износу. Однако они так же, как и
серые чугуны, хрупкие и не поддаются обработке обычным режущим инструментом.
Специальные чугуны (ферросплавы) представляют собой сплав железа с кремнием, марганцем.
Серый чугун применяют в основном для изготовления элементов конструкций, работающих на сжатие (колонны, опорные подушки, башмаки, своды, арки), а также отопительных радиаторов, канализационных труб и фасонных частей к ним, плит для полов
промышленных зданий.
Белый чугун в основном идет для производства стали. Кроме того, его используют
для изготовления деталей, от которых требуется высокая поверхностная твердость и сопротивление истиранию (например, валки для прокатки стали). Отливки из белого чугуна
служат также для получения ковкого чугуна, который обладает достаточной пластичностью, вязкостью и легко обрабатывается.
Специальный чугун применяют в качестве добавок при производстве стали с целью повышения ее качества.
Сталь. Производство.
Исходным материалом для производства стали являются передельные чугуны и
стальной лом. В передельных чугунах содержится: углерода С до 4%, кремния Si — 0,2—
2%, марганца Мп — 0,6—3,5%, фосфора Р —0,07—2%, серы S — 0,06—0,08%. Ввиду того, что сталь должна содержать все эти вещества в значительно меньших количествах, чем
чугун, то основная задача при переделке чугуна на сталь заключается в удалении большей
части этих веществ. Следовательно, чтобы получить мягкую строительную сталь, надо
довести содержание углерода до 0,15—0,2%, марганца уменьшить в 2—4 раза, кремния —
в несколько раз. Особенно важно снизить до возможных пределов процент вредных примесей — фосфора и серы.
Фосфор вызывает в сталях хладноломкость, т. е. хрупкость при низких температурах, проявляющуюся чаще при повышенном содержании углерода.
Сера вызывает красноломкость, т. е. хрупкость в условиях высоких температур, что
является причиной образования трещин в стали при горячей прокатке, ковке и сварке.
Количество углерода и примесей уменьшают окислением и переводом их в такие
соединения, которые не растворяются в расплавленном металле,
а всплывают и переходят в шлак
и вместе с ним удаляются из металлургической печи.
Существуют три способа получения стали: конверторный, мартеновский и электроплавильный.
Конверторный
способ производства стали заключается в продувке воздухом расплавленного
чугуна. При этом способе применяют специальную
печь —
конвертор
грушевидной формы емкостью до 100 т, поворачивающийся на горизонтальной
оси (рис. 11). В днище конвертора
имеются отверстия для вдувания
воздуха.
Расплавленный чугун
наливают в наклонный конвертор, заполняя лишь часть его объема. Затем конвертор ставят вертикально, и через
отверстия в днище сквозь расплавленный чугун под давлением
0,15—0,2 МПа продувают воздух.
Кислород воздуха, вступая во
взаимодействие с примесями чугуна (С, Si, Mn), окисляет их и
переводит в шлак. Чугун, теряя
часть указанных примесей, превращается в сталь.
Конверторный способ высокопроизводителен. Процесс сталеварения длится 15—
30 мин.
Мартеновский способ позволяет получать сталь разного качества путем переработки различных чугунов с добавкой чугунного и стального лома (так называемого скрапа) и
даже железных руд. Выплавку стали ведут на поду пламенной отражательной печи (рис.
12), т. е. такой печи, рабочее пространство которой ограничено сводом, отражающим тепловой поток. Такая конструкция печи существенно повышает температуру в рабочем пространстве, где сжигают подогретое горючее (обычно газ). Горючий газ и воздух перед поступлением в печь проходят через насадки (решетчатую кладку) регенераторов. Кладка
регенераторов поочередно то подогревается теплом газов, отходящих от печи, то отдает
свое тепло горючей смеси. Благодаря подогреву горючего газа и воздуха температура в
печи достигает 1700°.
В мартеновскую печь последовательно загружают
стальной лом, флюсы и чугун. После пуска печи металл и флюсы постепенно нагреваются и переходят в
жидкое состояние. Флюсы и образующаяся при окис-
лении железа его окись вступают в химическое взаимодействие с вредными примесями и
переводят их в шлак, который всплывает на поверхности стали. По мере образования
шлака и стали их выпускают из печи через специальные отверстия.
Преимущества мартеновского способа заключаются в возможности использования
стального лома и получении высококачественных сталей требуемого химического состава
и свойств. Мартеновские стали применяют для изготовления наиболее ответственных
строительных конструкций — ферм, подкрановых балок, подкрановых рельсов. Однако в
настоящее время новые мартеновские печи не строятся.
Электроплавильный способ производства стали является наиболее совершенным,
так как в этом случае доступ воздуха в печь весьма не значителен, достигается очень
высокая температура, можно точно регулировать процесс и обеспечить выпуск высококачественных сталей.
Наибольшее распространение при электроплавке получили электродуговые печи
(рис. 13), в которых высокая температура создается в результате образования электрических дуг между угольными электродами и расплавленным металлом. К электродам подводят переменный ток напряжением 110—150 В при силе тока около 103 А.
При изготовлении высоколегированных и легированных сталей плавку также ведут
в высокочастотных индукционных печах, которые питаются током от генератора высокой
частоты. Процесс получения стали в электропечах аналогичен мартеновскому способу и
отличается от него тем, что в электропечь не подводят топливо и воздух для его сжигания.
Такая сталь отличается высоким качеством. Однако стоимость ее значительно выше конверторной и мартеновской, что объясняется большим расходом электроэнергии.
Процесс получения готовой стали (стальных изделий) осуществляется следующим
образом. Расплавленную одним из способов сталь разливают в специальные формыизложницы, где она затвердевает и образует слитки. Для получения нужных изделий
слитки обрабатывают прокатыванием (на прокатных станах), штампованием, ковкой, волочением или литьем. Наиболее широко применяют прокатный способ.
В строительстве применяют углеродистые, легированные и другие виды стали.
Стали делят на отдельные виды главным образом по их химическому составу. Так,
углеродистыми называют стали, которые кроме железа содержат углерод, марганец,
кремний, фосфор и серу. Стали, в которые кроме указанных элементов введены для повышения механических свойств добавочные, так называемые легирующие компоненты
(никель, хром, алюминий), называются легированными сталями. Свойства каждого вида
стали зависят от процентного соотношения элементов, входящих в состав. С повышением
содержания углерода в углеродистых сталях существенно изменяются их свойства, т. е.
уменьшается пластичность, повышаются твердость и хрупкость. Поэтому углеродистые
стали подразделяются на следующие виды: низкоуглеродистую (содержание углерода до
0,25%), среднеуглеродистую (содержание углерода 0,25÷0,6%), высокоуглеродистую (содержание углерода 0,6÷2%).
Кроме того, углеродистые стали подразделяют на обыкновенные конструкционные
и инструментальные. Обыкновенная сталь имеет марки от Ст0 до Ст7 с переделом прочности на сжатие 32—75 кН/см2 и пределом текучести 19—31 кН/см2; конструкционную
сталь в строительстве применяют двух марок: Ст10 и сталь 20 (предел прочности 36—54
кН/см2); инструментальная сталь отличается повышенной прочностью.
Свойства легированных сталей также зависят от вида и количества применяемых легирующих добавок. Легированную сталь, в которой суммарное количество легирующих добавок не превышает 2,5%, называют низколегированной; 2,5—1096 — среднелегированной;
более 10 % — высоколегированной.
Легированные стали делят также на конструкционные, инструментальные и специальные. В строительстве наиболее широко применяют низколегированные конструкционные стали марок 09Г2, 14Г2, 09Г2Т, 15ГС, 10Г2С, 15ХСНД, 10ХСНД и 10Г2СДс пределом
прочности 44— 54 кН/см2 и пределом текучести 30—40 кН/см2. В обозначениях марок
первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, цифры
внутри — содержание легирующего элемента в целых процентах, буквы обозначают
название элементов. Например, условное обозначение марки легированной стали 25ХГ2С
показывает, что в ней содержится 0,25% углерода, 1% хрома (X), 2% марганца (Г) и 1%
кремния (С).
Конструкционную сталь применяют для изготовления ответственных деталей машин и конструкций; инструментальную — для изготовления режущего, измерительного и
ударно-штамповочного инструмента; сталь с особыми физическими и химическими свойствами — для изготовления деталей специального назначения.
Таблица 2
Классификация стали, применяемой для изготовления строительных конструкций
Толщина лиТолщина листостового, сорКласс
Класс
вого, сортового
Марка стали тового и фаМарка стали
стали
стали
и фасонного
сонного пропроката, мм
ката, мм
С38/23 В18Гпс5
5-9
С52/40
10Г2С1
10—40
ВСтЗспб
10-30
5—9
10-25
10ХСНД
4—10
11—15
С44/29
С46/33
М16С
СТТсп
26-40
10-25
09Г2с
21—60
09Г2с
4-10
10Г2С1
10Г2С1Д
15ХСНД
14Г2
11—20
4—10
11—40
5—10
11—32
4—10
11—32
С60/45
С70/60
15ХСНД
10—32
16Г2АФ 18Г2АФпс 4-50 4—32
15Г2СФ
11-32
Г2Г2СМФ
10—32
14ГСМФР
4—40
С85/75
#
Примечание. Цифры в индексе класса обозначают: числитель — минимальная величина предела
прочности на разрыв по ГОСТу (кН/см2), знаменатель— минимальная величина предела текучести
по ГОСТу (кН/см2).
В зависимости от механических свойств при растяжении все стали, применяемые для
стальных конструкций, подразделяются на условные классы прочности.
В табл. 2 дана классификация стали, применяемой для изготовления строительных конструкций.
Применение. Углеродистую сталь обыкновенного качества применяют для изготовления несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, трубопроводов,
арматуры для железобетона, канатов, болтов, заклепок, шурупов, гвоздей, деталей машин,
железнодорожных рельс; качественную углеродистую конструкционную — в основном
для изготовления конструктивных элементов сооружений связи (мачт, башен), а также в
машиностроении; инструментальную углеродистую — для изготовления различных режущих инструментов.
Прокатная сталь. В строительстве наиболее широко применяют прокатную сталь.
Прокатка заключается в том, что нагретый слиток или заготовка зажимается между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего из слитка получается изделие
нужной формы. Для получения строительных прокатных изделий в основном используется углеродистая сталь. Прокатная сталь обычно подразделяется на группы: сортовая сталь,
фасонный прокат, листовой прокат, арматурная сталь для железобетона.
Сортовую сталь выпускают круглого, квадратного, полосового, широкополосного,
тонколенточного и уголкового профилей.
Фасонный прокат включает профили сложного поперечного сечения, к которым
относятся: двутавры различного типа, швеллеры обычные и облегченные, корытные про-
фили для шахтных креплений, профили для шпунтовых свай, оконных переплетов, рельсов.
Листовой прокат содержит сталь тонколистовую, толстолистовую, листовую
рифленую и волнистую, кровельную, рулонную разной толщины (для строительства листовых сооружений — резервуаров, газгольдеров).
Сортамент основного стального проката приведен на рис. 14.
Цветные металлы и сплавы
Цветные металлы. Алюминий — легкий металл, имеет температуру плавления
660°, обладает высокой пластичностью, электропроводностью, теплопроводностью, противокоррозионной стойкостью, но малой прочностью (0,7—0,1 кН/см2). Из-за низкой
прочности алюминий в чистом виде в качестве конструкционного материала не применяется. В строительстве его широко используют главным образом в виде сплавов (дюралюмины), которые обладают более высокой прочностью.
Цинк имеет температуру плавления 420°, обладает высокой атмосферостойкостью,
легко обрабатывается (прокатывается, прессуется), но при обычной температуре хрупок.
В строительстве цинк применяют для кровельных покрытий, водосточных труб, желобов,
а также для противокоррозионных покрытий стальных конструкций.
Свинец — тяжелый и мягкий металл с температурой плавления 327°; обладает высокой атмосферостойкостью, стойкостью против радиоактивного излучения. В строительстве его применяют как в чистом виде, так и в виде сплавов для защиты от радиоактивного излучения, футеровки кислотостойких устройств химических аппаратов, для особых
видов гидроизоляции, зачеканки стыков конструкций и трубопроводов.
Олово — мягкий металл с температурой плавления 232°. В строительстве применяется как в чистом виде, так и в виде сплавов для изготовления фольги, в качестве мягких
припоев, получения бронзы, латуни.
Медь — тяжелый металл с температурой плавления 1083°; обладает высокой тепло- и электропроводностью, коррозионной стойкостью, вязкостью, пластичностью и ковкостью. В строительстве медь применяют для изготовления оконных, дверных и санитарно-техни-ческих приборов, электротехнических изделий.
Сплавы цветных металлов. Дюралюмин (дюраль) — сплав алюминия с медью,
марганцем, магнием, кремнием и титаном, общее количество которых составляет 6—8%.
Дюралюмины в два раза легче стальных конструкций, обладают противокоррозионной
стойкостью, достаточной прочностью, имеют красивый внешний вид. В строительстве
дюрали применяют для изготовления различных профилей — уголков, швеллеров, двутавров, листов, болтов, заклепок, а также для изготовления труб разного сечения. Прокатные профили из дюраля широко используют в легких металлических конструкциях —
оконных переплетах, витринах, дверях, перегородках, стенах, подвесных потолках.
Латунь — сплав меди с цинком (до 40%). Латунь менее элект-ропроводна, чем чистая медь, но имеет более высокие механические свойства и легко поддается горячей и
холодной механической обработке (прокату, штамповке, вытягиванию), легче меди, имеет
высокую коррозионную стойкость, красивый внешний вид. В строительстве ее применяют
для изготовления санитарно-технической аппаратуры,
а также в качестве отделочного и декоративного материала в уникальных зданиях и сооружениях.
Бронза — сплав меди с оловом (до 10%). Кроме оловянистой выпускают также безоловянные бронзы, которые представляют собой сплав меди с алюминием, никелем, марганцем, железом, кремнием. Бронза обладает высокой коррозионной стойкостью, химической стойкостью, малым износом, красива на вид. В строительстве ее применяют для изготовления санитарно-технических приборов (кранов, вентилей), а также в качестве отделочного материала в сооружениях I класса в виде разных литых изделий.
Припои — сплавы цинка и меди (твердые припои) или олова и свинца (мягкие
припои), которые применяют для заполнения зазоров при паянии металлов. Твердые при-
пои имеют температуру плавления 830—885°, мягкие — 220—280°. Прочность шва на
разрыв (кН/см2) составляет: для твердых припоев — 20—40, для мягких — 2—4.
Твердые сплавы включают победит и сталинит.
Победит представляет собой металлокерамический твердый сплав, получаемый
путем прессования и обжига до спекания смеси из порошков карбида, вольфрама, титана и
кобальта. Победит обладает очень высокой твердостью и нечувствителен к высоким температурам (до 1600°). Его применяют для изготовления режущих частей станков по обработке металла, горнобуровых инструментов, врубовых машин.
Сталинит — наплавочный твердый сплав, получаемый из смеси феррохрома,
ферромарганца, чугунной стружки и нефтяного кокса. Применяют его для наплавки и восстановления деталей, подвергающихся сильному износу (электродуговым способом).
ЛЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В современном индустриальном строительстве лесные материалы занимают значительное место среди других строительных материалов. Их применяют для изготовления
несущих и ограждающих деревянных конструкций зданий и сооружений, столярных изделий, опалубки для бетонирования железобетонных конструкций, устройства подмостей
для производства различных строительно-монтажных работ, изготовления шпал под рельсовые пути, устройства различных ограждений на строительно-монтажных объектах, для
гидротехнического строительства. Кроме того, отходы древесины (стружки, опилки, обрезки) широко используют для производства целлюлозы, бумаги, древесноволокнистых и
древесностружечных плит, фибролита, ксилолита.
Широкое применение лесных материалов в строительстве объясняется главным
образом наличием у них ряда положительных свойств. Они обладают высокой прочностью, малой объемной массой, малой теплопроводностью, легкостью обработки, простотой скрепления отдельных элементов (с помощью врубок, гвоздей, клея), высокой морозостойкостью, стойкостью к действию растворов солей, щелочей и органических кислот.
Наряду с положительными свойствами лесные материалы обладают также и недостатками, главные из которых — возгораемость, загниваемость, гигроскопичность (способность лесных материалов поглощать и отдавать влагу при изменении влажности окружающего их воздуха, при этом происходит их разбухание или усушка), анизотропность
(неоднородность строения, вследствие чего в разных направлениях ствол дерева обладает
разными свойствами — прочностью, твердостью, теплопроводностью). Кроме того, лесные материалы могут иметь пороки — трещины, сучки, косослой, которые резко снижают
их качество. Отрицательные свойства древесины необходимо учитывать при приемке, обработке и хранении лесоматериалов, а также при изготовлении и эксплуатации деревянных конструкций.
Все древесные породы делятся на хвойные (сосна, ель, лиственница, пихта, кедр) и
лиственные (дуб, бук, береза, осина, ольха). Хвойные породы имеют большее распространение, лучшее качество древесины, большую длину и прямизну ствола по сравнению с
лиственными.
Древесные породы, применяемые в строительстве
Хвойные породы. Сосна имеет большое распространение (четверть площади всех
лесов) и применение в строительстве. Ее древесина обладает достаточной прочностью,
легкая, мягкая, хорошо поддается всем видам механической обработки. Применяют сосну
для изготовления деревянных конструкций зданий, сооружения мостов, эстакад, изготовления столбов, подмостей, ограждений, столярных изделий, фанеры.
Ель занимает второе место после сосны как по своим запасам, так и по применению в строительстве. Она также обладает хорошими строительными свойствами, хотя и
несколько уступает сосне: имеет ровный и прямой ствол, мягкую древесину, хорошо колется. Кроме того, она менее смолиста, чем сосна. Ель в строительстве используют для тех
же целей, что и сосну, а также для производства бумаги, тары, искусственного шелка.
Лиственница отличается от сосны и ели более тяжелой, твердой и прочной древесиной. Древесина лиственницы хорошо колется и обладает повышенной гнилостойкостью. При длительном нахождении в воде ее прочность несколько повышается. К недостаткам древесины лиственницы относится склонность ее к растрескиванию. Применяется
лиственница для строительства гидротехнических сооружений, мостов, изготовления
столбов, стоек, балок, фанеры, мебели.
Пихта имеет легкую древесину, однако по остальным строительным свойствам
она значительно уступает всем другим хвойным породам. Имеет недостаточно высокую
прочность, легко загнивает. Поэтому в строительстве ее применяют реже других пород в
виде бревен и пиломатериала. Пихту применяют в основном в целлюлозно-бумажном,
тарном и мебельном производстве.
Кедр обладает легкой и мягкой древесиной с красивой текстурой. Но механические
свойства ее ниже сосны. Его применяют в качестве круглого леса и пиломатериалов, а
также для изготовления столярных изделий и облицовочной фанеры.
Из других хвойных пород в строительстве иногда применяют тисе, можжевельник, секвойю.
Лиственные породы.
Дуб имеет плотную, прочную, твердую и гибкую древесину; хорошо сохраняется
как на воздухе, так и под водой; обладает высокой стойкостью против гниения, красива по
цвету и текстуре. К отрицательным свойствам относится повышенная склонность к растрескиванию вследствие значительной усадки при высыхании. Применяют его для более
ответственных конструкций зданий и сооружений, в мостостроении, гидротехническом
строительстве, а также для изготовления столярных изделий, паркета, декоративной фанеры, мебели.
Бук имеет плотную, твердую и прочную древесину, легче, чем дуб, поддается механической обработке, хорошо колется, однако легко поддается гниению, что ограничивает ее применение в строительстве. Бук используют для изготовления паркета, фанеры, мебели.
Береза — наиболее распространенная лиственная порода (занимает свыше 60%
всей площади лиственных пород). Древесина березы относительно плотная, обладает высокой прочностью, по сравнению с другими породами имеет более однородное строение,
хорошо обрабатывается. Однако, как и древесина бука, легко загнивает в сырых и плохо
проветриваемых местах. Ее используют для изготовления фанеры, столярных изделий,
ручек инструментов.
Осина — также распространенная лиственная порода. У нее древесина мягкая, легкая, хорошо раскалывается, склонна к загниванию. Прочность осиновой древесины значительно ниже, чем у березы, поэтому в строительстве ее использование ограничено. Кроме
строительных целей древесину осины используют для изготовления
спичек, бумаги, тары.
Ольха имеет мягкую и легкую древесину, склонную к загниванию. Однако она хорошо сохраняется под водой, поэтому ее используют в подводных сооружениях и, кроме
того, для тех же целей, что и березу.
Виды лесоматериалов и изделия из них
Круглые лесоматериалы. Круглыми лесоматериалыми называются отрезки древесного ствола разных пород и размеров, очищенные от коры и сучьев. Различают следующие виды круглого лесоматериала: бревна, подтоварник и жерди. Бревна — это отрезки
ствола диаметром в верхнем конце (отрубе) не менее 14 см и длиной 4—9 м. Бревна длиной 1,3—2,6 м и диаметром 20 см и более называют также кряжами. По качеству древесина бревен подразделяется на три категории. К первой категории относятся бревна высокого качества, которые могут содержать минимальное количество пороков. Вторая категория включает бревна, которые содержат значительное количество (по сравнению с первой
категорией) пороков, кроме гнили и червоточины. К третьей категории относятся бревна,
в которых допускается содержание многих пороков (кроме гнили). В строительстве применяются бревна как хвойных, так и лиственных пород. Из хвойных пород для этой цели
чаще применяют сосну, ель, лиственницу; из лиственных — березу, дуб, осину, ольху.
Бревна используют для изготовления стропил, балок, ферм, настилов, для крепления откосов земляных выемок.
Кроме того, кряжи применяют для изготовления фанеры.
Подтоварник представляет собой отрезки ствола диаметром в отрубе 8—13 см и
длиной 3—9 м. Применяют подтоварник для изготовления обрешетки в покрытиях,
устройства подмостей, настилов, ограждений.
Жердями называют отрезки ствола диаметром в отрубе 3÷7 см и длиной З÷9 м. Их
используют для устройства обрешетки в покрытиях, ограждений.
Пиленые лесоматериалы (пиломатериалы) получают путем продольного распиливания бревен хвойных и лиственных пород.
В зависимости от качества древесины и распиловки пиломатериалы хвойных пород
делятся на пять сортов: отборный, первый, второй, третий и четвертый. Пиломатериалы
лиственных пород подразделяются на три сорта — первый, второй и третий.
По степени обработки пиломатериалы делят на обрезные и необрезные. К обрезным относятся пиломатериалы, у
которых пропилены все четыре
стороны, к необрезным,— у которых пропилены только две широкие стороны (пласти), а кромки (обзолы) остаются необработанными.
В зависимости от размеров
поперечного сечения пиломатериалы подразделяются на доски, бруски и брусья. Досками называют пиломатериалы, имеющие толщину
не более 100 мм и отношение ширины к толщине более 2. В зависимости от толщины доски делятся на тонкие (13—32 мм) и толстые (толщиной более 40
мм). Тонкие доски называют также тесом. Брусками называют пиломатериалы толщиной
100 мм и менее при отношении ширины к толщине менее 2. Тонкие бруски называют также рейками.
Брусья представляют собой пиломатериалы толщиной и шириной более 100 мм. В
зависимости от обработки брусья делятся на четырехкантные, имеющие обработку с четырех сторон, и двухкантные, обработанные с двух сторон. В строительстве (в качестве
вспомогательных и подсобных материалов) применяются также такие пиломатериалы, как
пластины, четвертины и горбыли.
Пластины получают путем продольной распиловки бревна на две симметричные
части.
Четвертины получают продольной распиловкой бревна по двум взаимно перпендикулярным диаметрам.
Горбыли — это крайние доски, получаемые при продольном распиливании бревен.
Пиломатериалы вырабатывают длиной от 1 до 6,5 м с градацией через 25 см. В строительстве пиломатериалы применяют для изготовления различных деревянных конструкций,
деталей и изделий: ферм, стропил, обрешетки, балок, полов, настилов, столярных изделий.
На рис. 15 показаны основные виды пиломатериалов.
Изделия из лесоматериалов. Доски строганые изготовляют из хвойных и лиственных пород и подразделяют на собственно строганые, шпунтованные и фальцованные
(рис. 16). Шпунтованные доски имеют на одной кромке шпунт (выемку), на другой —
гребень (выступ), входящий в шпунт соседней доски. Форма шпунта и гребня может быть
прямоугольной, треугольной, трапецеидальной и сегментной. Шпунтованные доски применяют для настилки полов, устройства перегородок и др.
Строительную фанеру изготовляют из древесины лиственных и хвойных пород в
виде листов толщиной 2—15, шириной до 2000 и длиной до 3000 мм. Листы изготовляют
путем склеивания так называемых шпонов, которые в свою очередь получают лущением
кряжей на специальных станках. Шпоны склеивают с таким расчетом, чтобы направления
волокон двух смежных шпонов были взаимно перпендикулярны. Для склеивания применяют синтетические (фенолоформальдегид-ные), казеино-цементные и другие клеи.
Фанера, склеенная синтетическими смолами (марка ФСБ), в отличие от фанеры, склеенной белковыми клеями (марка ФБ), является водостойкой. Она выдерживает многократное намокание и высушивание и отличается высокой прочностью. В зависимости от
качества применяемой древесины, количества слоев (шпонов) и внешнего вида фанеру
делят па сорта. В строительстве ее применяют для обшивки стен, потолков и др. Водостойкую фанеру используют для несущих конструкций балок, арок, рам, а также в качестве опалубки при производстве бетонных работ.
Столярные плиты изготовляют путем склеивания строганых досок, реек и брусков с последующей облицовкой фанерой или шпоном (рис. 17). Плиты изготовляют длиной 1200÷5400, шириной 600÷1525 и толщиной 16÷50 мм. Применяют их для устройства
перегородок, пола, изготовления дверей.
Профильные (погонажные) изделия включают: наличники, галтели, плинтусы и
поручни (рис. 18). Наличники применяются для обшивки оконных и дверных коробок.
Галтели и плинтусы служат для заделки углов между полом и стенами. Поручни используют для лестничных перил.
Паркет изготовляют из древесины твердых лесных пород — дуба, бука, вяза, клена, ясеня, лиственницы и др. Различают следующие виды паркета: паркетные доски,
наборный и штучный паркет.
Паркетные доски состоят из нижнего реечного основания и верхнего (лицевого)
покрытия из паркетных планок, наклеенных на основание водостойкими синтетическими
клеями. Доски изготовляют длиной 1200÷3000, шириной до 150 и толщиной 25÷27 мм.
При настилке пола паркетные доски соединяют между собой при помощи пазов и гребней,
имеющихся на их кромках.
Наборный паркет состоит из планок с прямыми кромками, наклеенных лицевой
поверхностью на плотную бумагу. После настилки паркета на основание бумагу вместе с
клеем смывают водой.
Штучный паркет состоит из отдельных планок (дощечек). Паркет имеет длину
150÷400, ширину 30÷60 и толщину от 14-М7 мм.
Паркет всех видов используют для лицевого покрытия полов. К основанию пола паркет
крепят гвоздями, шпильками, мастиками.
Столярные изделия включают оконные и дверные блоки, т. е. оконные переплеты
и дверные полотна, вмонтированные в оконные и дверные коробки, столярные перегородки, брусья для стен, щитовой паркет, полотна ворот. Столярные изделия изготовляют из
древесины хвойных и лиственных пород влажностью не более 15%. Соединение отдельных элементов изделий осуществляют путем склеивания или врубки.
Защита древесины от гниения и возгорания
Гниение — процесс разрушения древесины в результате жизнедеятельности в ней
грибов. Жизнедеятельность грибов возможна только при наличии определенных климатических условий (влажности, тепла, воздуха). Следовательно, древесину необходимо содержать в таких условиях, которые исключали бы возможность зарождения грибов. При
влажности древесины до 20% грибы, вызывающие гниение, не развиваются. Однако если
нельзя обеспечить указанную влажность, древесину защищают от гниения другими мерами: конструктивными, обработкой антисептиками.
К конструктивным мерам относятся все виды покрытий древесины влагостойкими
и влагонепроницаемыми материалами (см. гл. V), а также устройство хорошей естественной вентиляции для удаления избыточной влаги в местах нахождения (эксплуатации) древесины. Обработка антисептиками древесины, находящейся в условиях повышенной влажности, имеет наиболее широкое применение в строительстве. Антисептиками называют вещества, отравляющие грибы, которые вызывают гниение древесины.
Применяемые в строительстве антисептики делятся на водорастворимые и водонерастворимые. К водорастворимым антисептикам относятся: фтористый и кремнефтористый
натрий, динитрофенолят натрия, парофазная фенольная смола. Водонерастворимые (маслянистые) антисептики включают: антраценовое и сланцевое масла и др. Древесину
обычно антисептируют на специальных заводах или в цехах деревообрабатывающих заводов.
В процессе эксплуатации древесины ее необходимо предохранять от возможного возгорания. Применяют различные способы защиты древесины от возгорания: конструктивные, покрытие и пропитка огнезащитными составами.
Конструктивные меры защиты древесины от возгорания включают: удаление деревянных элементов от источников нагревания на безопасные расстояния, деление сооружений на отсеки, защищенные огнестойкими стенами (брандмауэрами) из кирпича, бетона, гипса, асбеста. Покрытие древесины с целью ее защиты от возгорания производят следующими материалами: штукатуркой, асбестоцементными листами, огнезащитными
окрасочными и обмазочными составами. Пропитку древесины от возгорания производят
специальными огнезащитными составами, называемыми антипиренами. Древесину обычно пропитывают Антипиренами в заводских условиях.
КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Каменные материалы с давних пор являются основным строительным материалом.
В современном индустриальном строительстве из каменных материалов возводят фундаменты, стены, опоры различных зданий и сооружений. Эти материалы применяют также
для производства цемента, извести, гипса. Широкое применение каменных материалов в
строительстве объясняется главным образом наличием у них
высоких строительных качеств (прочности, долговечности, морозостойкости) и повсеместным их распространением.
Все каменные материалы, применяемые в строительстве, делятся на природные
(естественные) и искусственные.
Природные каменные материалы получают из горных пород. Горная порода —
это минеральная масса, состоящая из одного или нескольких минералов (химических элементов), имеющих достаточно однородный химический состав и физические свойства
(например, алмаз, кварц, слюда). Из природных каменных материалов в строительстве
наиболее широко применяют бутовый камень, гравий, песок, гранит, мрамор, кварцит.
Искусственные каменные материалы (керамические материалы и изделия, силикатные, асбестоцементные) получают на основе природных каменных материалов и вяжущих веществ различными способами. Керамические материалы и изделия получают
путем формования и обжига глин; силикатные — из смеси кварцевого песка и гашеной
извести путем прессования и пропаривания: асбестоцементные — из смеси асбеста, портландцемента и воды.
Природные каменные материалы.
Бутовый камень — куски горных пород (известняков, доломитов, песчаников) неправильной формы (рваный бут) размером 150—500 мм. Применяемый для кладки строительных конструкций бутовый камень должен быть однородным, не иметь следов выветривания, расслоений и трещин, не содержать рыхлых и глинистых включений. Предел
прочности на сжатие бутового камня должен быть не менее 10 кН/см2, коэффициент размягчения (отношение прочности камня, насыщенного водой, к прочности сухого камня)
— не ниже 0,75, морозостойкость — не менее 15 циклов.
Бутовый камень применяют для бутовой и бутобетонной кладки фундаментов, подземных и надземных стен неотапливаемых зданий, подпорных стен, отстойников, резервуаров. Кроме того, из бутового камня получают щебень, используемый в качестве заполнителя в тяжелом бетоне, для засыпки (подготовки) под бетонные фундаменты в санитарно-технических сооружениях, а также в качестве фильтрующего материала.
Гравий — горная рыхлая порода, состоящая из окатанных зерен размером 5—150
мм. В зависимости от места залегания различают гравий горный или овражный, речной,
озерный и морской. Горный гравий добывают открытым способом с помощью экскаваторов. Для добычи гравия со дна рек, озер и морей применяют экскаваторы, оборудованные
грейферами, или всасывающие механизмы (типа бетононасоса), которые забирают гравий
вместе с водой и транспортируют по трубам к месту его складирования. Применяют гравий в качестве крупного заполнителя в цементных и асфальтовых бетонах, фильтрующего
материала в водопроводных очистных сооружениях.
Песок — горная рыхлая порода, состоящая из зерен размером 0,13—5 мм. В зависимости от минералогического состава различают пески кварцевые, полевошпатные и
карбонатные. По месту залегания пески, как и гравий, подразделяют на горные (овражные), речные, озерные и морские. Добывают пески теми же способами, что и гравий. В
строительстве песок применяют для приготовления раствора и бетона, устройства песча-
ной подготовки под фундаменты (при непесчаных грунтах), в дорожном строительстве,
для изготовления керамических и силикатных изделий.
Гранит — горная порода, состоящая из кварца (20—40%), полевого шпата — ортоклаза (40—70%) и слюды (5—20%). Плотность гранита 2600—2700 кг/м3, предел прочности на сжатие 10—25 кН/см2 и выше. Прочность на растяжение составляет 1/40—1/60
предела прочности при сжатии, т. е. гранит отличается хрупкостью. Гранит обладает
большой плотностью, малым водопоглощением и высокой морозостойкостью: выдерживает 200 и более циклов замораживания и оттаивания. Он хорошо обрабатывается — обтесывается, шлифуется, полируется.
Применяется гранит для внешней облицовки капитальных зданий и сооружений, в
том числе гидротехнических сооружений, набережных, устоев мостов, кладки фундаментов монументальных сооружений, а также для получения щебня в бетонах высоких марок.
Мрамор — горная порода, образовавшаяся из известняков и доломитов под влиянием высоких температур и давления. В отличие от других горных пород мрамор может
быть окрашен в разные цвета (белый, розовый, желтый, красный, черный) и имеет цветные узоры и прожилки. Плотность мрамора 2600—2800 кг/м3, предел прочности на сжатие от 12 до 30 кН/см2. Он обладает высокой плотностью и твердостью, хорошо поддается
обработке: относительно легко распиливается на тонкие плиты, хорошо шлифуется и полируется. Однако под действием атмосферных факторов он теряет декоративный вид и
подвергается коррозии. Применяют мрамор главным образом для внутренней отделки
зданий и сооружений, в виде облицовочных плит для стен, опор, полов, а также для изготовления лестничных ступеней, подоконных досок.
Кварцит — горная порода, состоящая из сцементированных зерен кварца. Обычно
имеет белый, красный, фиолетовый и темно-вишневый цвета, обладает высокой прочностью, твердостью и атмосферостойкостью, плотность 2500—2700 кг/м3, предел прочности
на сжатие до 40 кН/см2, вследствие большой твердости трудно поддается обработке. Применяют кварцит в особо ответственных частях зданий и сооружений: в качестве опорных
камней под фермы мостов, для наружной облицовки повышенной стойкости уникальных
зданий и сооружений, а также в качестве сырья для производства огнеупорных (динасовых) изделий.
Искусственные каменные материалы
Керамические материалы.
Кирпич глиняный обыкновенный получают путем формования и обжига (при
900—1100°С) глины с отощающими добавками или без них. Изготовляют кирпич стандартный (одинарный) размером 250x120x65 мм и модульный (полуторный) размером
250x120x88 мм. Плотность кирпича 1700—1900 кг/м3, коэффициент теплопроводности
0,75—0,81 Вт/(м*К), морозостойкость — не менее 15 циклов. В зависимости от предела
прочности на сжатие кирпич делится на марки: 300, 200, 150, 125, 100 и 75. Кирпич должен иметь нормальный обжиг, так как недожженный кирпич (алого цвета) обладает недостаточной прочностью, водостойкостью и морозостойкостью, а пережженный (железняк)
имеет повышенную плотность, сравнительно высокую теплопроводность и часто искаженную форму. Применяют кирпич для кладки наружных и внутренних стен, столбов, печей, сводов, дымовых труб. Кроме обыкновенного (полнотелого) кирпича в строительстве
применяют также глиняный пустотелый (эффективный) кирпич, обладающий меньшими
объемной массой, теплопроводностью и прочностью.
Огнеупорный кирпич получают из огнеупорных материалов, различных по химической природе. В качестве основного сырья применяют огнеупорную (шамотную) глину.
В соответствии с ГОСТ 8691—58 выпускают следующие виды огнеупорных кирпичей и
изделий: шамотные — Ш, шамотные легковесные — ШЛ, полукислые — П, динасовые —
ДН. Физико-химические показатели, формы и размеры, допускаемые отклонения от раз-
меров установлены соответствующими ГОСТами на огнеупорные материалы и изделия. В
зависимости от назначения применяют огнеупорные кирпичи различных форм и размеров.
По форме кирпичи делятся на прямые, клиновые, фасонные. Прямой кирпич выпускают
двух основных размеров — 230x113x65 и 250x123x65 мм и одного дополнительного —
300x150x65 мм. Для удобства кладки огнеупорные кирпичи изготовляют также полуторными и трехчетвертными.
Огнеупорные кирпичи применяют в основном для кладки промышленных печей
различного назначения — доменных, мартеновских, стекловаренных.
Керамические канализационные трубы изготовляют путем формования и обжига (при температуре 1250—1300°) огнеупорных или тугоплавких глин с отощающими добавками или 'без -них. Поверхность труб снаружи и внутри покрывают кислотостойкой'глазурью (обжигаемой вместе с трубой). Трубы изготовляют длиной 800— 1200 мм и
внутренним диаметром 150—600 мм с раструбом на одном конце (для соединения).
Канализационные трубы должны выдерживать: гидростатическое давление не менее 0,2 МПа, внешнюю нагрузку от 20 до 30 кН на 1 пог. м. Водопоглощение черепка для
труб I сорта не более 9%, II— 11%. Применяют канализационные трубы для отвода сточных вод, кислотных и щелочных растворов на химических заводах, для дворовой канализации. Вследствие их хрупкости внутри зданий они не применяются.
Силикатные изделия.
Силикатный (известково-песчаный) кирпич изготовляют из смеси негашеной извести и кварцевого песка путем прессования и последующего запаривания в автоклавах.
Этот кирпич выпускают размерами 250x120x65 мм и 250X120X88 мм.
Плотность кирпича 1800—1900 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,81—0,87
Вт/(м-К), морозостойкость — не менее 15 циклов. В зависимости от предела прочности на
сжатие силикатный кирпич делится на марки: 200, 150, 125, 100 и 75. По сравнению с глиняным силикатный кирпич имеет некоторые недостатки: меньшие огнестойкость, химическая стойкость, водостойкость, морозостойкость, а также большие плотность и теплопроводность. Применяют силикатный кирпич наряду с глиняным для кладки стен и столбов в
гражданском и промышленном строительстве. Нельзя применять силикатный кирпич для
кладки печей, труб, фундаментов и цоколей зданий из-за недостаточных огне-, водо- и
морозостойкости.
Кроме силикатного кирпича в строительстве применяют также и другие силикатные материалы и изделия: силикатные блоки, плиты перекрытий, облицовочные
плитки, ступени, водосливные трубы.
Асбестоцементные изделия.
Асбестоцементные трубы получают формованием смеси из асбеста, цемента и
воды. По сравнению с металлическими асбестоцементные трубы имеют ряд преимуществ:
они дешевле, легче, менее теплопроводны, более стойки по отношению к коррозии, не
подвергаются разрушению блуждающими токами, имеют более гладкую внутреннюю
поверхность, что увеличивает пропускную способность, например, водопроводных труб.
К недостаткам асбестоцементных труб относят их хрупкость, вследствие чего требуется
весьма осторожное обращение с ними, особенно при погрузке, транспортировании и разгрузке. Применяют асбестоцементные трубы в строительстве для устройства водопровода,
канализации, нефте-и газопровода, дренажа, дымовых и вентиляционных каналов,
мусоропроводов, прокладки телефонных, телеграфных, осветительных кабелей.
Водопроводные напорные трубы изготовляют длиной 3—4 м, внутренним диаметром 50—500 мм при толщине стенок 9—43,5 мм, с рабочим давлением от 0,3 до 1,2 МПа.
Канализационные (безнапорные) трубы выпускают длиной 3—4 м, внутренним диаметром 50—600 мм при толщине стенок 8—18 мм, с давлением не ниже 0,4 МПа. Газопроводные трубы изготовляют с внутренним диаметром 100—500 мм, толщиной стенок 11—
36 мм, давлением газа до 0,5 МПа. Вентиляционные трубы (короба) изготовляют круглого
сечения диаметром до 300 мм и прямоугольного — сечением 200x300 и 400x500 мм.
Для соединения асбестоцементных труб изготовляют различные асбестоцементные муфты.
Асбестоцементные электроизоляционные доски (АЦЭИД) изготовляют из асбеста высоких марок с содержанием асбестоцементной смеси до 30%. Доски изготовляют
длиной 1200, шириной 700—800 и толщиной 4—40 мм. Предел прочности их при изгибе
составляет 3,5—5,0 кН/см2. Применяют электроизоляционные доски для устройства панелей, щитов и оснований электрических аппаратов.