госы


Классификация и номенклатура вяжущих веществ, исходные материалы для их производства, добавки
Все строительные минеральные вяжущие вещества в зависимости от их основного свойства твердеть и длительно противостоять воздействию различных факторов окружающей среды делят на три основные группы: воздушные, гидравлические и кислотостойкие.
Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются. К воздушным вяжущим веществам относят гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также воздушную известь.
Гидравлические вяжущие вещества отличаются тем, что после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны в последующем твердеть как в воздушной, так и в водной среде. Гидравлические вяжущие применяют в производстве разнообразных изделий и конструкций, а также при возведении зданий и сооружений, предназначенных к эксплуатации в воздушной и водной среде. В эту группу входят многие вяжущие вещества, которые, в свою очередь, с некоторой условностью можно разделить на несколько подгрупп.
В первую подгруппу включают гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 10— 20 % активных минеральных добавок. В эту подгруппу входят: а) портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий портландцемент без добавок и с добавками, белый портландцемент; б) глиноземистый цемент; в) романцемеит; г) гидравлическая известь.
Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными минеральными добавками, вводимыми в количестве более 10—20%. Основные вяжущие этой подгруппы: а) на основе портландцемента — шлаковый и пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов и др.; б) на основе воздушной и гидравлической извести — известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-белитовый (нефелиновый) и известково-шлаковый цементы и др.; в) на основе глиноземистого и портландского цементов, а также гипса — расширяющиеся и безусадочные цементы; г) на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок— гипсоцементио-пуццолановые вяжущие и др.; д) на основе доменных гранулированных шлаков — сульфатно-шлаковый цемент, шлакощелочное вяжущее.
К кислотостойким вяжущим веществам относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, представляющий собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия пли калия. Это вяжущее после начального твердения в воздушной среде может длительное время сопротивляться агрессивному воздействию неорганических и органических кислот, кроме фтористоводородной.
Строительными нормами и правилами наряду с воздушными и гидравлическими вяжущими веществами в отдельную группу выделены вяжущие автоклавного твердения. Они наиболее эффективно твердеют при автоклавной (гидротермальной) обработке при давлении насыщенного пара 0,8—1,5 МПа (изб.). К их числу, в первую очередь, относят известково-кварцевое, известково-шлаковое вяжущие и тому подобные смеси, не способные к интенсивному твердению при 20—95 СС. Но по существу и эти вяжущие входят в группу гидравлических.
Исходными материалами для производства вяжущих веществ служат различные горные породы и некоторые побочные продукты ряда отраслей промышленности (металлургической, энергетической, химической и др.). Так, для производства гипсовых вяжущих используются гипсовые породы, состоящие в основном из двуводного гипса CaS04-2H20. Для этой же цели применяют и фосфо-гипс, являющийся отходом производства фосфорных удобрений.
Производство магнезиальных вяжущих базируется на использовании природных магнезитов MgC03 и доломитов MgC03-CaCO;j. Карбонатные горные породы в виде известняков, мела, доломитов, мергелей — основа для получения воздушной и гидравлической извести, а также романцемента.
Сырьем для цемента являются известняки, мел, а также глинистые породы (те и другие с минимальными примесями карбоната магния, гипса и щелочных соединений). Для цементного производства используют кремнеземистые породы— диатомит, трепел, опоку, вулканические туф и трасс. Высокоглииоземистые породы (бокситы) применяют в производстве глиноземистого цемента (вместе с чистыми известняками).
В производстве вяжущих веществ целесообразно широко использовать такие побочные продукты других отраслей промышленности, как металлургические шлаки, шлаки и золы от пылевидного сжигания различных видов твердого топлива, шлаки электротермического способа производства фосфора, белитовый (нефелиновый) шлам и т.п. Все эти продукты по химическому составу зачастую близки к различным вяжущим (в том числе и к портландцементу) и обладают значительным запасом химической и тепловой энергии, полученной во время их тепловой обработки в основном производстве. Это предопределяет высокую технико-экономическую эффективность использования таких «полупродуктов» в промышленности вяжущих веществ.
 
2 Гипсовые вяжущие вещества. Технология получения, особенности свойств и применения.
Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, для получения которых используют сырье, содержащее сернокислый кальций. Чаще это природные гипс CaSО4•2H2O и ангидрит CaSO4, реже - некоторые побочные продукты химической промышленности (фосфо-гипс, борогипс).
Гипсовые вяжущие применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, архитектурных, звукопоглощающих и других изделий, а также строительных растворовдля внутренних частей зданий.
Свойства гипсовых вяжущих веществ
Свойства низкообжиговых гипсовых вяжущих во многом одинаковы. Главное различие состоит в прочности, что в основном связано с их разной водопотребностью. Для получения теста нормальной густоты гипс ?-модификации требует 50...70 % воды, а ?-модификации - 30...45 %, в то время как по уравнению гидратации полугидрата в двугидрат необходимо всего 18,6% воды от массы вяжущего вещества. Вследствие значительного количества химически несвязанной воды затвердевший гипс имеет большую пористость - 30...50%.
Стандартом на гипсовые вяжущие установлено 12 марок (МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. При этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.
По тонкости помола, определяемой остатком (в %) при просеивании пробы на сите с отверстиями размером 0,2 мм, гипсовые вяжущие делятся на три группы:
□□грубый,
□□средний,
□□тонкий.
Гипсовые вяжущие относительно быстро схватываются и твердеют. Различают быстротвердеющий (А), нормально твердеющий (Б) и медленно твердеющий (В) гипсы со сроками схватывания соответственно начало - не ранее 2, 6 и 20 мин, конец - не позднее 15, 30 мин (для В - не нормируется).
Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является его способность при твердении увеличиваться в объеме (до 1 %). Так как увеличение объема происходит в еще окончательно не схватившейся массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму. Это позволяет широко применять гипс для отливки художественных изделий сложной формы.
Недостатками затвердевших гипсовых вяжущих являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Для повышения водостойкости гипсовых изделий при изготовлении вводят гидрофобные добавки, молотый доменный гранулированный шлак.
Производство гипса (гипсовых вяжущих веществ)
Создавая соответствующие условия дегидратации двуводного гипса, можно получить различные гипсовые вяжущие вещества, которые разделяют на две группы:
□□низкообжиговые - собственно гипсовые,
□□высокообжиговые (ангидритовые) - ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.
При нагревании двуводного гипса до 180°С двуводный гипс превращается в полуводный: при дальнейшем нагревании до 200°С полностью обезвоживается, превращаясь в безводный растворимый ангидрит CaSО4.
При дальнейшем нагревании до 450...750°С безводный гипс медленно переходит в нерастворимый ангидрит, не обладающий вяжущими свойствами, но если его размолоть и ввести катализаторы, он приобретает способность медленно схватываться и твердеть.
При нагревании до 800...1000°С нерастворимый ангидрит частично разлагается на оксид кальция, сернистый газ и кислород. Полученный продукт, размолотый в порошок, вследствие появления небольшого количества оксида кальция (3...5 %), выполняющего роль катализатора, вновь приобретает свойства схватываться и твердеть.
Термическую обработку природного гипса и помол осуществляют по различным схемам. По одной из схем гипсовый камень измельчают до обжига, по другой - после обжига, а по третьей - помол и обжиг совмещают в одном аппарате (обжиг во взвешенном состоянии).
Для получения гипсовых вяжущих сырье обжигают в печах (вращающихся, шахтных и др.) или в варочных котлах. При обжиге в открытых аппаратах, вода из сырья удаляется в виде пара и гипсовое вяжущее преимущественно состоит из мелких кристаллов ?-модификации CaSО4•0,5Н2О. При обжиге в герметических аппаратах (котлах-автоклавах), в которых обезвоживание природного гипса происходит в среде насыщенного пара под давлением выше атмосферного или в процессе кипячения в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении с последующей сушкой и измельчением, получают гипс, который состоит в основном из ?-модификации CaSО4•0,5Н2О в виде крупных и плотных кристаллов, характеризующихся пониженном водопотребностью но сравнению с ?-полугидратом. Это обусловливает его более плотную структуру и прочность.
3  Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие вещества (ГЦПВ)—продукт тщательного смешивания гипсового вяжущего (5О...75%) с портландцементом или шлакопортландцементом (15...25%) и пуццолановой добавкой— трепелом, диатомитом, опокой и др. (10...25%). Они предложены проф. А. В. Волженским. У этих вяжущих выгодно сочетаются быстрый рост прочности, обусловленный наличием полуводного гипса, и способность в отличие от гипса твердеть во влажных условиях подобно гидравлическим цементам. Необходимость введения в ГЦПВ активной минеральной добавки вызвана тем, что при твердении смеси гипса с цементом (без этой добавки) образуется камень, который через несколько месяцев может разрушиться. Причиной этого явления служит образование высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция — эттрингита ЗСаО-А12Оз-3CaSO4- (31...32) Н2О — с большим увеличением объема. Если в такой твердеющей системе концентрацию гидроксида кальция сильно понизить, а это достигается введением активной минеральной добавки, связывающей Са(ОН)2 в гидросиликаты, то эттрингит практически не образуется. В этом случае возникает низкоосновный гид-росульфоалюминат кальция без заметного увеличения объема, который способствует гидравлическому твердению указанной системы.
Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие быстро схватываются и твердеют, что дает возможность изготовлять строительные изделия при сокращенной тепловлажност-ной обработке или без нее. На основе ГЦПВ можно получать бетоны прочностью 15...20 МПа и выше. Бетоны на ГЦПВ имеют коэффициент размягчения 0,6...0,8, морозостойкость— 25...50 циклов. По сульфастойкости ГЦПВ равноценны сульфатостойкому портландцементу.
Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие вещества используют для изготовления санитарно-технических кабин, панелей основания пола, вентиляционных блоков, изделий для малоэтажных жилых домов и зданий сельскохозяйственного назначения.
4-5 Известь строительная воздушного твердения. Исходные материалы, гидратация и твердение известковых вяжущих.
Свойства воздушной извести и области ее применения
Воздушной известью называется продукт, получаемый путем обжига до возможно более полного выделения углекислоты кальциево-магниевых карбонатных пород, содержащих не более 6% глины.
В зависимости от последующей обработки обожженного продукта различают следующие виды воздушной извести:
негашеную комовую известь-кипелку, состоящую главным образом из СаО;
негашеную молотую известь того же состава;
гидратную известь-пушонку в виде тонкого порошка, полученного гашением комовой извести определенным количеством воды и состоящего в основном из Са(ОН)2;
известковое тесто, полученное гашением комовой извести избыточным количеством воды и состоящим из Са(ОН)2 и механически примешанной воды.
На свойства извести большое влияние оказывает содержание в известняках примесей глины, углекислого магния, кварца и др.: чем больше глинистых и песчаных примесей, тем более тощей получается известь. Известь, свободная от примесей, быстро гасится, выделяя при этом много тепла, и дает высокопластичное тесто.
В зависимости от содержания окиси магния различают воздушную известь маломагнезиальную (MgO не более 5%), магнезиальную (MgO 5—20%) и доломитовую (MgO 20—40%). С увеличением содержания MgO известь гасится медленнее, так как Mg(OH)2 менее растворим в воде, чем Са(ОН)2.
В зависимости от температуры, развивающейся при гашении, различают низкоэкзотермическую (с температурой гашения ниже 70° С) и высокоэкзотермическую (с температурой гашения выше 70° С) известь. .По скорости гашения известь бывает быстрогасящейся (со скоростью гашения до 20 мин) и медленногасящейся (со скоростью гашения свыше 20 мин). В зависимости от содержания в извести СаО и MgO известь делится ка два сорта: в извести I сорта СаО и MgO должно быть не менее 85, а в извести II сорта — не   менее  70%   (от  веса   извести).
Известь применяют как в чистом виде, так и с добавками — молотыми доменными или топливными шлаками и золами, вулканическим пеплом, пемзой, туфом, кварцевым песком, гипсовым камнем, трепелом.
Порошкообразная смесь негашеной извести и карбонатных пород (известняка) называется карбонатной известью.
Негашеная известь
Исходным материалом для производства комовой негашеной извести являются преимущественно плотные известняки, мел, доломитизи-рсванные известняки, доломиты и т. д. Технологический процесс получения негашеной комовой извести состоит из добычи известняка, его подготовки (дробления и сортировки) и обжига. После обжига комовую известью размалывают, получая молотую негашеную известь.
Основным процессом при производстве извести является обжиг, при котором известняк декарбонизируется и превращается в известь (СаО) по реакции:
СаСОз + 42,52 ккал +* СаО + СО2.
Из уравнения следует, что для разложения одной грамм-молекулы СаСОз на СаО и СОг необходимо затратить 42,52 ккал тепла, а для разложения 1 кг СаСОз — 425,2 ккал. В заводских условиях температура обжига известняка обычно составляет 1000—1200° С и устанавливается в зависимости от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов. При обжиге из известняка удаляется углекислый газ, составляющий до 44% его веса, объем же продукта уменьшается всего до 10%, поэтому куски комовой извести имеют пористую структуру.
Обжигают известняк в различных печах: шахтных, вращающихся и
«кипящего» слоя; используют также установки для обжига известняка
во взвешенном состоянии и т. д. Наибольшее распространение получили
шахтные известеобжигательные печи. В зависимости от вида применяе
мого топлива и способа его сжигания различают шахтные печи, рабо
тающие: 1)     на короткопламенном твердом топливе, вводимом обычно в шах
ту перемежающимися с известняком слоями; такой способ обжига на
зывают «пересыпным», а сами печи — пересыпными (36);
2)         на любом твердом топливе, газифицируемом   или  сжигаемом е
выносных топках;
3)         на жидком топливе; .
4)         на газовом топливе.
Применяют также печи, в которых известняк обжигается за счет сжигания короткопламенного топлива, вводимого в шахту вместе с сырьем, и длиннопламенного топлива, одновременно сжигаемого в выносных топках.
По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, по ее выср-те различают три зоны. В верхней части печи зона подогрева (зона а на 36); здесь материал подсушивается и подогревается раскаленными дымовыми газами и выгорают органические примеси. В средней части печи располагается зона обжига (зона б), где температура обжигаемого материала изменяется в пределах 850 -> 1200 ~» 900° С; здесь разлагается известняк и из него удаляется углекислый газ. В зоне охлаждения—нижняя часть печи (зона в) —-известь охлаждается с 900 до 50—100° С поступающим снизу воздухом, который в свою очередь нагревается и попадает в зону обжига для поддержания горения.
Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать тепло отходящих газов на подогрев сырья, а тепло обожженного материала — на подогрев воздуха, переходящего в зону обжига. Поэтому пересыпные шахтные печи экономичны по расходу топлива, однако известь в них загрязняется золой топлива. Обжиг на природном газе или жидком топливе позволяет значительно улучшить ?:ачество извести, однако конструкции шахтных печей, использующих эти виды топлива, требуют усовершенствования, особенно в отношении подачи топлива в печь.
Вращающиеся печи позволяют получать известь высокого качества. В них можно механизировать и автоматизировать процессы обжига, применять все виды топлива — пылевидное, твердое, жидкое и газообразное, но они отличаются большим расходом топлива, повыщенными капиталовложениями и расходом электроэнергии.
Весьма эффективным является обжиг
в «кипящем» слое, обеспечивающий быст
рую передачу большого количества тепла
от газа к обжигаемому материалу. Такие
установки отличаются высокой производи
тельностью. Обжигают известь «в кипя
щем» слое (37) в реакторе, представ
ляющем собой металлическую шахту, от^
футерованную внутри и разделенную по
высоте решетчатыми сводами на 3—5 зон.
Материал из одной зоны в другую переда
ется через трубки, имеющие ограничитель.
Высота «кипящего» слоя определяется
расстоянием от переливной трубки до ре
шетки. По периферии реактора расположе
ны горелки для газа или мазута. Много-
зонность реактора позволяет получать из
весть высокого качества при небольшом
расходе топлива. Применение в известко
вой промышленности установок для обжи
га карбонатных пород в «кипящем» слое
позволяет рационально использовать боль
шие количества мелких фракций сырья,
образующихся обычно на карьерах и заво
дах, оборудованных шахтными и даже вра
щающимися печами. Недостатком этих
установок является повышенный расход
топлива и электроэнергии.
Обжиг измельченного известняка во взвешенном состоянии в опытном порядке осуществляется и на других установках, например в обжиговых трубах, в которых тонкоизмельченные частички карбонатного сырья увлекаются потоком раскаленных газов и обжигаются. Осаждается обожженная известь из газового потока в циклонах   и   фильтрах.
Выгружаемую из печей комовую известь транспортируют на склад
в вагонетках или ленточными транспортерами со стальной лентой, для
которой не опасна повышенная температура извести. Комовую известь
хранят на складах бункерного или силосного типа. При этом необходи
мо обеспечивать надлежащую герметизацию и аспирацию мест возмож
ного пылеобразования с последующей очисткой запыленного воздуха.
Перевозить известь следует в специально оборудованных автомашинах,
Еагонах и т. п.
Гашеная известь
Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения — действием воды на куски комовой извести. Этот процесс протекает по реакции:
СаО -Ь Н2О->Са(ОН)2 + 15,6 ккал.
При гашении извести выделяется значительное количество, тепла, составляющее 15,6 ккал на 1 г-моль, или 277 ккал на 1 кг окиси кальция.
Теоретически для гашения извести в пушонку, необходимо 32,13% воды от веса СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количество воды берут в два, а иногда и в три раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комовой извести: с повышением температуры ускоряется процесс гашения; особенно быстро он протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.
В пушонку известь гасят в специальных машинах-гидраторах. Для гашения извести-кипелки в известковое тесто применяют известегаситель ЮЗ, в котором комовая известь одновременно размалывается, перемешивается с водой до образования известкового молока и сливается в сепаратор-отстойник. После отстаивания молока образуется известковое тесто. Нельзя применять известковое тесто с большим содержанием, не-погасившихся полностью зерен извести, так как они могут погаситься в кладке, что приведет к растрескиванию затвердевшего известкового рас--. твора. Измельчение извести в гасителе ЮЗ способствует практически полному гашению извести, тогда как в других машинах количество не-погасившихся зерен (отходов) может достигать 30%.
Молотая негашеная известь
До недавнего времени воздушную известь применяли в строительстве только в гашеном виде. В 30-х годах И. В. Смирнов предложил применять известь в тонкоизмельченном негашеном виде. Он, а затем и Б. В. Осин показали, что при определенных условиях возможно гид-ратное твердение извести, т. е. твердение при взаимодействии с водой с образованием гидрата окиси кальция, подобно тому, как твердеет портландцемент или гипс при реакции с водой с возникновением гидрат-ных новообразований. Молотая негашеная известь имеет ряд преимуществ при изготовлении растворов и бетонов перед гидратной известью в виде порошка или теста. Для приготовления растворов и бетонов используется вся тонкоизмельченная известь, включая отходы в виде не-погасившихся зерен. При гидратном твердении молотой негашеной извести выделяется значительное количество тепла, что ускоряет процессы твердения извести.
Молотая негашеная известь характеризуется меньшей водопотреб-ностью, чем гашеная известь. Удельная поверхность ее значительно меньше, чем гидратной извести, и требуемую удобоукладываемость бетонной или растворной смеси получают при пониженном расходе воды. Снижение же водопотребности бетонных и растворных смесей способствует увеличению прочности изделий. Кроме того, негашеная известь, гидра-тируясь в уже уложенных растворах и бетонах, связывает большое количество воды, переходящей в твердую фазу. Изделия на негашеной извести имеют повышенную плотность, прочность, водостойкость и долговечность по сравнению с полученными на гашеной извести.
Существенным недостатком негашеной извести является неудобство в работе —' пыление, вредность и др.
- Для ускорения твердения растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести в их состав вводят соляную кислоту, хлористый кальций, а также уменьшают водоизвестковое отношение. Для замедления твердения в начальный период (схватывания) добавляют гипс, сульфат натрия, сульфитно-спиртовую барду и др. или увеличивают водоизвестковое отношение и удлиняют сроки перемешивания смесей. Добавки гипса и хлористого кальция, кроме того, повышают прочность растворов и бетонов, а добавка замедлителей твердения предупреждает образование трещин.
Для производства негашеной извести пригодны известняки, содержащие значительное количество глинистых и магнезиальных примесей, так как при этом не образуются отходы, неизбежные при производстве гидратной извести.
Молотую негашеную известь получают в чистом виде или с активными минеральными добавками. Комовую известь, поступающую со • склада, сначала дробят (в основном на ударно-центробежных дробилках) до зерен размером 5—10 мм. Затем известь тонко размалывают без добавок или с активной минеральной добавкой — гранулированным шлаком, золой от пылевидного сжигания топлива, горелой породой, пуццоланами вулканического или осадочного происхождения и др. При использовании извести для изделий автоклавного твердения возможен ее помол совместно с кварцевым песком. Получают молотую известь обычно в шаровых мельницах, однако для тонкого измельчения активной мягко обожженной извести без твердых включений (пережог, кварцевые примеси и т. п.) можно использовать и валковые, роликовые, бегунко-вые и другие мельницы, работающие по принципу раздавливания материала и трения.
Молотую негашеную известь хранят в закрытых складах не более
5—10 суток во избежание значительной гидратации и карбонизации окиси кальция, а в мешках не более 15 суток, так как и в мешках известь постепенно гидратируется. Транспортируют негашеную известь в битумизированных мешках, контейнерах либо в специально оборудованных загонах, а также в цементовозах.
Твердение извести   -
- В зависимости от вида извести, а также условий, в которых протекает процесс ее твердения, различают три вида твердения: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.
Карбонатное твердение известковых растворов или бетонов на га
шеной извести при обычных температурах складывается из двух одно
временно протекающих процессов:           .
1)         испарение механически примешанной воды и постепенная кри
сталлизация гидрата окиси кальция из насыщенного водного раствора;
2)         образование карбоната кальция по реакции:
Са(ОН)2 + СО2 + пН2О = СаСО3 + (п + 1)Н2О.
Процесс кристаллизации гидрата окиси кальция протекает весьма медленно. Испарение воды вызывает слипание мельчайших частиц Са(ОН)г в более крупные и их кристаллизацию. Растущие в растворе кристаллы Са(ОН)2 срастаются друг с другом, образуя известковый каркас, окружающий частицы песка. Образование СаСО3 протекает достаточно интенсивно только в присутствии влаги. Пленка углекислого кальция, образующаяся в первый период твердения на поверхности раствора, затрудняет попадание углекислоты во внутренние слои. В связи с этим процесс карбонизации, который может идти сравнительно интенсивно в присутствии достаточного количества углекислоты, почти при^ останавливается. Гидрат окиси кальция кристаллизуется тем быстрее, чем интенсивнее испаряется вода, поэтому для твердения извести необходима положительная температура и низкая влажность окружающей среды.
Чистое известковое тесто вследствие сильной усадки при высыхании растрескивается и для устранения этого к нему добавляют от 3 до 5 объемных частей песка. Таким образом, введение надлежащего количества заполнителей целесообразно не только с экономической точки зрения, но и с технической, так как заполнители способствуют улучшению процессов твердения и уменьшению усадочных деформаций, при высыхании.
Прочность известковых растворов на гашеной извести невысока.: при твердении растворов в течение 1 мес. в обычных условиях прочность при сжатии составляет 5—10, а в возрасте нескольких десятков лет достигает 50—70 кГ/см2. Это объясняется не только большой степенью карбонизации раствора или бетона, но и некоторым взаимодействием кремнеземистых и карбонатных заполнителей с гидратом окиси кальция.
Искусственной карбонизацией бетонов и растворов возможно получение их высокой прочности (до 300—400 кГ/см2). Особенно эффективными оказываются бетоны на молотой негашеной извести, а также с добавкой мелассы до 0,2% веса извести, способствующей ускорению процесса карбонизации и увеличению прочности.
Гидратным твердением называют процесс постепенного превращения в твердое камневидное тело известковых растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести, являющийся результатом взаимодействия извести с водой и образования гидрата окиси кальция.
Б. В- Осин считает, что при твердении молотой негашеной извести вначале происходит ее растворение в воде с образованием насыщенного, раствора, который быстро становится пересыщенным, а также вследствие отсасывания воды внутрь зерна еще не погасившейся его частью. При быстром и сильном перенасыщении раствора, приготовленного на негашеной извести, образуются коллоидные массы. Они появляются также и вследствие того, что получающийся (при затворении негашеной извести водой) гидрат окиси кальция состоит из частиц, приближающихся по своим размерам к коллоидным. Коллоидный гидрат окиси кальция быстро коагулирует в гидрогель, склеивающий зерна. По мег ре дальнейшего отсасывания воды внутренними слоями зерен, а также ее испарения, гидрогель уплотняется, что вызывает рост прочности твердеющей извести. Образующийся при твердении гашеной извести гидрогель содержит очень много воды, и его клеящая способность ослаблена, что не наблюдается при твердении негашеной извести. Кристаллизация гидрата окиси кальция в условиях схватывания гасящейся извести способствует дальнейшему росту ее прочности. Последующая карбонизация гидрата окиси кальция также повышает прочность затвердевшего раствора.
Таким образом, при затвррении водой молотой негашеной извести происходит гидратационное твердение, характерное и для других вяжущих веществ, выражающееся в гидратации окиси кальция и последующей коллоидации и кристаллизации продукта гидратации. Для процесса твердения в обычных температурах имеет также значение испарение свободной воды при   высыхании   и   естественная   карбонизация.
Условиями, способствующими гидратационному твердению, являют
ся быстрый и равномерный отвод выделяющегося при твердении тепла,
использование форм, не допускающих увеличения объема твердеющей
массы, и введение добавок типа с.с.б., замедляющих процесс гидрата
ции извести. При этом возникающая в процессе г'идратационного твер
дения коагуляционная структура сохраняется и в ней выкристаллизовы
ваются гидраты новообразований. Если же коагуляционная структура
разрушается из-за повышения температуры или увеличения объема, то
при большой скорости гидратации извести новая структура не успевает
возникнуть, и процесс перекристаллизации заканчивается в отдельных
несросщихся частицах извести. Для улучшения условий гидратационно-
го твердения известь необходимо равномерно обжигать и возможно
тоньше измельчать.  '
Гидросиликатное твердение. Изготовление изделий из известково-
песчаных смесей длительное время не получало развития вследствие то
го, что при обычных температурах гашения известь твердеет очень мед
ленно, а изделия на ее основе имеют небольшую прочность. Если же
известково-песчаные силикатные изделия обрабатывать паром повышен
ного давления — 9—16 атм, — что соответствует температурам 174,5—
200° С, то в автоклаве происходит химическое взаимодействие между из
вестью и кремнеземом песка с образованием гидросиликатов кальция,
обеспечивающих высокую прочность и долговечность получаемых из
делий.
Способ водотепловой обработки известково-песчаных смесей был предложен В. Михаэлисом в 1880 г. и был положен в основу производства силикатного кирпича, а в'последнее время — крупноразмерных силикатных конструкций и изделий.
При автоклавном твердении известково-песчаных материалов известь в основном не представляет собой вяжущего, при гидратации и карбонизации которого возникает прочное камневидное тело требуемой прочности, как при обычных температурах. В данном случае известь является одним из двух компонентов, в результате взаимодействия которых образуется гидросиликат кальция — основное цементирующее вещество автоклавных известково-песчаных материалов. Необходимая прочность их достигается не путем физического сцепления гидратных новообразований вяжущего с зернами заполнителя, а вследствие химического взаимодействия между основными компонентами сырьевой смеси — известью и кварцевым песком.
Твердение известково-кремнеземистых материалов в условиях термообработки паром в автоклавах является следствием ряда сложных физико-химических процессов, проходящих в три стадии
1)         образование кристаллических зародышей гидросиликатов, неко
торый рост кристаллов и увеличение их числа без срастания;
2)         формирование кристаллического сростка;
3)         разрушение (ослабление)  сростка вследствие   перекристаллиза
ции контактов между кристаллами.
Твердеют новообразования, количество и состав которых непрерывно меняется, в течение гидротермальной обработки изделия.
Свойства воздушной извести
В зависимости от содержания активных СаО и MgO, а также непо-гасившихся частиц негашеная и гашеная известь, за исключением карбонатной, делится на два сорта I и П.
Пластичность извести связана с высокой водоудерживающей способностью. Тонкодисперсные частички гидрата окиси кальция, адсорб-ционно удерживая на своей поверхности значительное количество воды, создают своеобразную смазку, уменьшая трение между частицами. Чем известь активнее и полнее гасится, чем больше выход известкового теста из 1 кг комовой извести, тем дисперснее частички извести и больше, ее пластичность.
Водопотребность и водоудерживающая способность строительной извести зависит от ее вида и дисперсности частиц. Для изготовления известковых кладочных растворов на 1 м3 обычно расходуется 300—500 л воды и более.
Повышенной водопотребностью и водоудерживающей способностью
обладает гашеная известь в виде порошка или теста, пониженной —
молотая негашеная. Поэтому из негашеной молотой извести можно при
готовлять растворы и бетоны с пониженным водосодержанием, более
высокой плотности и, следовательно, прочности и долговечности. Удо-
бообрабатываемость же растворных смесей на молотой негашеной из
вести ниже, чем на гашеной.
6 Магнезиальные вяжущие вещества
Сырьем для получения магнезиальных вяжущих веществ является горная порода магнезит, состоящая преимущественно из углекислой соли магния в кристаллическом или аморфном состоянии.
В результате обжига при температуре 700... 800 °С происходит диссоциация кабоната магния и получается порошок — каустический магнезит:
MgC03 = MgO + со2
Каустический магнезит затворяют растворами хлористого или сернокислого магния, иногда для затворения применяют хлористый цинк, сернокислое железо и т.п.
При использовании сырья в виде доломита, представляющего собой двойную углекислую соль магния и кальция, изготавливают каустический доломит.
Магнезиальные вяжущие отличаются высокой плотностью —
2.8.. . 3,4 г/см3; их средняя насыпная плотность — 0,8... 1,1 г/см3. Они относятся к быстротвердеющим вяжущим — прочность магнезиальных вяжущих в растворе может достигать 80... 100 МПа.
Магнезиальные вяжущие в строительстве применяют для устройства теплых бесшовных (ксилолитовы) полов, основным заполнителем которых служат древесные опилки, а также для изготовления фибролита, теплоизоляционных материалов и т.п.
cвойства магнезиальных вяжущих веществ:
· их затворяют не водой, а водными растворами хлористого магния MgCl2 H 2O или сернокислого магния;
· твердеют только при положительной температуре более +12 °С и сравнительно быстро (начало схватывания не ранее 20 мин, окончание — не позднее 6 ч.);
· у каустического доломита сроки схватывания растянуты (начало схватывания через 3-10ч, окончание – через 8-20 ч.);
· хорошо сцепляются с органическими заполнителями (древесными опилками и стружками), придавая им повышенную стойкость против загнивания, возгорания и истирания;
· являются очень гигроскопичными, неводостойкими материалами, поэтому в настоящее время имеют ограниченное применение.
7-8-9 Портландцемент. Состав и классификация.
Сухой и мокрый способ производства, вопросы экономии тепловой энергии, химико-минеральный состав клинкера.
Физико-химические основы схватывания и твердения портландцемента
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70...80 %). 11ортландцемент — основное вяжущее в современном строительстве — является продуктом тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3...5 %).
Сырьевая смесь для производства портландцемента состоит из известняка (75 %) и глины (25 %). В качестве сырья можно использо
вать мел, мергель, глинистые сланцы и отходы различных производств (доменные шлаки, нефелиновый шлам и т. п.). Для обеспечения нужного химического состава сырьевой смеси применяют корректирующие добавки: железосодержащие (Fe203 не менее 40 %), пиритные (колчеданные) огарки; колошниковую пыль; железную руду и отходы ее обогащения; глиноземистые добавки (содержание А1203 не менее 30 %); каолин; бокситы; богатые глиноземом глины; кремнеземистые добавки (содержащие Si02He менее 70 %); кварцевые пески; опоку; трепел.
Для производства портландцемента используют также побочные продукты промышленности. Например, доменные шлаки, содержащие необходимые для получения клинкера оксиды (CaO, Si02, А1203, Fe203).
Нефелиновый шлам, образующийся при производстве глинозема, содержит 25...30% Si02 и 50...55% СаО, поэтому для получения сырьевой смеси необходимого состава к нему добавляют 10...20 % известняка. Использование нефелинового шлама повышает производительность печей примерно на 20 % и снижает расход топлива на
20...25 %. В качестве топлива используют природный газ, мазут и уголь. Наиболее эффективным видом топлива является природный газ.
Производство портландцемента — сложный технологический и энергоемкий процесс, включающий в себя:
а) добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов, известняка и глины;
б) приготовление сырьевой смеси;
в) обжиг сырьевой смеси для получения клинкера;
г) помол клинкера с добавкой гипса;
д) магазинирование готового продукта.
Приготовление сырьевой смеси состоит в тонком измельчении и смешении взятых в установленном соотношении компонентов, что обеспечивает полноту прохождения химических реакций между ними и однородность клинкера. В зависимости от методов приготовления сырьевой смеси различают комбинированный, сухой и мокрый способы производства цемента.
Комбинированный способ предусматривает обезвоживание приготовленного шлама до поступления в печь на специальных установках. Такой способ позволяет снизить расход топлива на 20... 30 % по сравнению с мокрым, но при этом возрастает расход электроэнергии.
Сухой способ заключается в измельчении и тесном смешении сухих (или предварительно высушенных) сырьевых материалов. Такая смесь получается в виде тонкодисперсного порошка, называемого сырьевой мукой, которую затем направляют в силосы, где происходит корректировка состава. В силосах создается также запас сырья, необходимый для бесперебойной работы печей. Такой способ выгоден
при использовании однородных по составу известняка и глины с невысокой карьерной влажностью (10... 15 %).
Мокрый способ применяют, когда используются мягкие породы мела и глины. Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществляют в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидкотекучей массы-шлама с большим содержанием воды (35 ...45 %). В этом случае используется способность мягких горных пород (глины и мела) легко распадаться в воде на мелкие частицы. Глину перерабатывают в водную суспензию в глиноболтушках. Известняк после дробления направляется на совместный помол вместе с глиняным шламом в шаровую мельницу через весовые дозаторы. Совместное измельчение известняка, глины и корректирующих добавок обеспечивает получение однородной сырьевой смеси. Помол сырья производят до остатка на сите № 008 не более 8... 10 %. Таким образом, более 90 % частиц смеси имеет размер менее 80 мкм.
Из мельниц глиняно-известняковый шлам перекачивают насосами в вертикальные и горизонтальные резервуары (шлам-бассейны), в которых производятся окончательная корректировка и усреднение состава шлама.
Вращающаяся печь (рис. 5.3), в которой осуществляется обжиг сырьевой смеси, представляет собой сварной стальной барабан длиной 95/185/230 м, диаметром 5...7 м, футерованный изнутри огнеупорными материалами. Барабан уложен на роликах под углом 3... 4° к горизонту и медленно вращается вокруг своей оси (1 ...2 об./мин). Благодаря этому сырьевая смесь, загруженная в верхнюю часть печи, постепенно перемещается к нижнему концу, куда вдувают топливо, продукты горения которого направляются навстречу сырьевой смеси и обжигают ее.
Характер процессов, протекающих при обжиге сырьевой смеси, приготовленной сухим и мокрым способами, по существу одинаков и определяется температурой нагревания материала в печи. Длина печи зависит от способа производства. Так, печи, работающие по сухому способу, имеют длину 95 м. При этом производительность такой печи диаметром 7 м составляет 3 000 т/сут. На предприятиях, работающих по мокрому способу, применяют печи размером 7 х 230 м, производительностью 3 000 т/сут.
Вращающиеся печи работают по принципу противотока. Сырье в'виде порошка (сухой способ) или шлама (мокрый способ) подается в печь со стороны ее верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливо, сгорающее в виде
20...30-метрового факела. Сырье, занимая лишь часть поперечного сечения печи, при ее вращении медленно движется навстречу горячим газам к нижнему концу, проходя различные температурные зоны.
В зоне испарения, начиная с поступления смеси в печь, происходит высушивание сырьевой смеси при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С (в конце этой зоны), поэтому первую зону
называют еще зоной сушки. Подсушенный материал комкуется, а при вращении печи комья распадаются на более мелкие гранулы.
В зоне подогрева при постепенном повышении температуры от 200 до 700 °С сгорают находящиеся в сырьевой смеси органические примеси, удаляется кристаллохимическая вода (при 450...500°С) и образуется безводный каолинит А1203 • 2Si02.
Зоны испарения и нагрева при мокром способе занимают 50... 60 % длины печи (считая от холодного конца); при сухом способе подготовка сырья сокращается за счет зоны испарения.
В зоне декарбонизации (ее протяженность — 20...23% длины печи) температура обжигаемого материала поднимается с 700 до 1 100 °С. Здесь завершается процесс диссоциации карбонатных солей кальция и магния и появляется значительное количество свободного оксида кальция. Термическая диссоциация СаС03 на СаО + С02 это эндотермический процесс, протекающий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСОэ). В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды Si02, А1203, Fe203, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО • А1203, СаО • А1203 и частично 2СаО • Si02.
В зоне экзотермических реакций (1 100... 1250 °С) проходят твердофазовые реакции образования ЗСаО • А1203, 4СаО • А1203 • Fe203 и белита C2S. Эти экзотермические реакции на коротком участке печи (5... 7 % ее длины) сопровождаются выделением большого количества теплоты и повышением температуры материала на 150...200 °С.
В зоне спекания (1300... 1450... 1300 °С) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения (1450 °С), необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера — алита. В начальный период спекания, начиная с 1300°С, образуется расплав в количестве 20...30% объема обжигаемой массы из относительно легкоплавких материалов ЗСаО ■ А1203, 4СаО • А12Оэ • Fe203, а также MgO и легкоплавких примесей. При повышении температуры до 1450 °С на зернах клинкера появляется жидкая фаза, в которой растворяются 2СаО • Si02 и СаО. В этом расплаве происходит насыщение двухкальциевого силиката оксидом кальция с образованием алита ЗСаО • Si02. Алит плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из него в виде мелких кристаллов, что приводит к дальнейшему растворению в расплаве 2СаО • Si02 и СаО.
Процесс образования алита заканчивается за 15...20 мин пребывания материала в зоне спекания (ее протяженность — 10... 15 % длины печи). Поскольку при вращении печи частично расплавленный материал непрерывно перекатывается, мелкие частички слипаются в гранулы. Понижение температуры с 1 450 до 1300 °С вызывает кристаллизацию из расплава С3А, C4AF и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения, следующей за спеканием
non ^.не ОХЛаждения температура клинкера понижается с 1 300 до
000 С; здесь полностью формируются структура и состав клинкера.
Цементный клинкер при выходе из вращающейся печи в виде камнеподобных зерен - гранул темно-серого или зеленовато-серого цвета интенсивно охлаждается с 1 000 до 100... 200 °С в колосниковых, рекуператорных и других холодильниках воздухом, идущим навстречу клинкеру. После этого клинкер выдерживают на складе в течение одной-двух недель.
После выдержки на складе клинкер превращают в цемент путем помола его с природным двуводным гипсом в тонкий порошок в
щаяся печь™ ТрубнЫХ мельницах- На рис. 5.4 представлена вращаю-
Основными минералами клинкера являются алит, белит трех- кальцевый алюминат и алюмоферрит кальция.
Алит ЗСаО • Si02 (или C3S) — минерал, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; он содержится в клинкере в количестве 45...60 %. Алит представляет собой
силиката и небольшого количества (2... 4 %) MgO, А1203, Fe203, Сг2Оэ и других примесей, которые могут существенно влиять на его структуру и свойства.
Белит 2СаО • Si02 (или C2S) — второй по содержанию (20 30 %) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности в дальнейшем.
Содержание минералов-силикатов в клинкере портландцемента в сумме составляет около 75 %, поэтому гидратация элита и белита в основном определяет технические свойства портландцемента. Остальные 25 % составляет промежуточное вещество, заполняющее объем между кристаллами элита и белита. Промежуточное вещество состо-
к^ГьцияТс^АгГ Трехкальциевого алюмината (С3А) и алюмоферрита
Трехкальциевый алюминат в клинкере содержится в количестве 4. ^ % и при благоприятных условиях обжига получается в виде кубических кристаллов размером до 10... 15 мкм; образует твердые растворы сложного состава. Он очень быстро гидратируется и твердеет, но имеет небольшую прочность; является причиной сульфатной коррозии бетона, поэтому в сульфатостойком портландцементе его содержание ограничено 5 %.
,„,?еТЬ,ГХТГИАеВЫЙ алюмоферрит в клинкере содержится в количестве 10...20%. Алюмоферритная фаза промежуточного вещества клинкера представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава. По скорости гидратации минерал занимает промежуточное положение между алитом и белитом, поэтому он не оказывает определяющего влияния на скорость твердения и тепловыделение портландцемента.
затворения цемента водой начинаются химические реакции. Уже в начальной стадии процесса гидратации цемента происходит быстрое взаимодействие алита с водой с образованием гидросиликата кальция и гидроксида:
2(ЗСаО ■ Si02) + 6Н20 = ЗСаО • 2Si02 ■ ЗН20 + ЗСа(ОН)2
После затворения гидрат оксида кальция образуется из алита, так как белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Са(ОН)2, что видно из уравнения химической реакции
2(2СаО • Si02) + 4Н20 = ЗСаО • 2Si02 • ЗН20 + Са(ОН)2
Гидросиликат кальция ЗСаО • 2Si02- ЗН20 образуется при полной гидратации чистого трехкальциевого силиката в равновесии с насыщенным раствором гидрооксида кальция. Молярное соотношение CaO/Si02 в гидросиликатах, образующихся в цементном тесте, может изменяться в зависимости от состава материала, условий твердения и других обстоятельств. Поэтому применяется термин CSH для всех полукристаллических и аморфных гидратов кальциевых силикатов.
Основной алюмосодержащей фазой в портландцементе является трехкальциевый алюминат ЗСаО • А1203. Он представляет самую активную фазу среди клинкерных минералов. Сразу после соприкосновения ЗСаО • А12Оэ с водой на поверхности непрореагировавших частиц образуется рыхлый слой метастабильных (неустойчивых) гидратов 4СаО • А1203- 19Н20 и 2СаО • А12Оэ- 8Н20 в виде тонких гексагональных пластинок. Рыхлая структура гидроалюминатов ухудшает морозостойкость, а также стойкость к химической коррозии. Это одна из причин ограничения количества трехкальциевого алюмината в специальных портландцементах, применяемых для морозостойких бетонов.
Стабильная форма — шестиводный гидроалюминат ЗСаОх х А1203- 6Н20, кристаллизующийся в кубической форме, образуется в результате быстро протекающей химической реакции:
ЗСаО • А12Оэ + 6Н20 = ЗСаО • А12Оэ • 6Н20
Для замедления схватывания при помоле клинкера добавляют небольшое количество природного гипса (3... 5 % от массы цемента). Сульфат кальция играет роль химически активной составляющей цемента, реагирующей с трехкальциевым алюминатом и связывающей его в гидросульфоалюминат кальция (минерал эттрингит) в начале гидратации портландцемента:
ЗСаО • А12Оэ + 3(CaS04 • 2Н20) + 26НгО =
= ЗСаО А1203 • 3CaS04 • 32Н20
В насыщенном растворе Са(ОН)2 эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности
частиц ЗСаО • А1203, замедляет их гидратацию и оттягивает начало схватывания цемента. Кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе, и эттрингит уже образуется в виде длинных иглоподобных кристаллов. Кристаллы эттрингита и обусловливают раннюю прочность затвердевшего цемента.
Эттрингит, содержащий 31 ...32 молекулы кристаллизационной воды, занимает примерно вдвое больший объем по сравнению с суммой объемов реагирующих веществ (С3А и сульфат кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит повышает его механическую прочность и стойкость. Структура затвердевшего цемента улучшается еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюминатов кальция. Эттрингит взаимодействует с ЗСаО • А1203, оставшимся после израсходования добавки гипса, с образованием моносульфата кальция:
2(ЗСаО • А12Оэ) + ЗСаО • А1203 • 3CaS04 • 32Н20 + 22НгО =
= 3(ЗСаО • А12Оэ • CaS04 • 18Н20)
В результате введения в портландцемент сульфата гидроалюминаты кальция заменяются гидросульфоалюминатом. Четырехкальциевый алюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидроферрит:
4СаО • А1203 • Fe203 + /яН20 =
= ЗСаО • А1203 • 6Н20 + СаО • Fe203 • яН20
Гидроалюминат связывается добавкой природного гипса, как указано ранее, а гидроферрит входит в состав цементного геля.
Формирование структуры цементного теста и прочности происходит следующим образом. Первыми элементами структуры, образующимися после смешивания цемента с водой, являются эттрингит, гидрат оксида кальция и иглы геля CSH, растущие из частиц клинкера. Присутствие эттрингита в виде коротких гексагональных призм обнаружено уже через 2 мин после затворения цемента водой, а спустя несколько часов появляются зародыши кристаллов Са(ОН)2. Частицы геля гидросиликата, имеющие первоначально игольчатую форму, продолжая расти, ветвятся, становятся древовидными.
На рис. 5.5 схематично показано развитие структуры цементного к&мня. Первичная структура представляет собой малопрочный пространственный каркас из дисперсных частиц продуктов гидратации, связанных ван-дер-ваальсовыми силами; переплетение гидратных оболочек, образованных на частицах адсорбированной водой, тоже удерживает частицы друг около друга. Хотя прочность первичной структуры невелика, подвижность твердых частиц все же снижается и цементное тесто загустевает. К концу периода схватывания формируется основная структура цементного теста, которое превращается в цементный камень
10 Структура и свойства цементного теста и затвердевшего цементного камня Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой возникает в виде гелевидных масс, состоящих преимущественно из субмикроскопических кри-сталлитных частичек гидросиликатов кальция. В общей гелевидной массе размещаются также иепрореагировав-шие остатки цементных зерен и относительно крупные кристаллы гидроксиДа кальция и некоторых других новообразований, видимые в оптический микроскоп.
Расчеты показывают, что при полной гидратации трехкальциевого силиката образуется около 60 % гидросиликатов типа CSH(B) и до 40 % Са(ОН)2, при гидратации же C2S тех же соединений образуется соответственно 82 и 18 % по массе. Эти цифры дают известное представление о соотношении в затвердевшей массе гелевидной и крупнокристаллической фаз. Вместе с тем следует еще раз подчеркнуть, что и те частички, которые слагают гель, характеризуются полукристаллической структурой, однако исключительно высокая дисперсность обусловливает их коллоидные свойства.
Таким образом, тесто, представляющее собой вначале пластичную смесь клинкерных частичек, воды и небольшого количества вовлеченного воздуха, в результате твердения превращается в прочный цементный камень, являющийся трехфазной системой (твердая фаза — вода — воздух) и характеризующийся капиллярно-пористым строением.
Цементный камень включает:
непрореагировавшую часть клинкерных зерен, содержание которых с течением времени уменьшается;
гель, состоящий из частичек гидратных новообразований размером 5—20-Ю-3 мкм и более и гелевых пор диаметром от 1—3 10—3 мкм до МО-1 мкм. Объем гелевых пор при твердении цемента в нормальных условиях, по Т. Пауэрсу, составляет 0,28 общего объема геля с порами. Это составляет 0,28/(1—0,28) =0,39 объема твердой фазы геля. При твердении цемента при повышенных температурах под давлением объем гелевых пор, по данным Д. Рой, может уменьшаться до 0,22. Объем пор между частицами гидратных новообразований других вяжущих может значительно отличаться от тех, какие свойственны цементному камню. Так, минимальный объем.пор в гипсовом камне, образующемся при взаимодействии полуводного гипса с водой, составляет 0,15—0,17 объема твердой фазы двугидрата с порами (при условии твердения системы без набухания);
относительно крупные кристаллы таких новообразований, как Са(ОН)2, видимые в микроскоп и не обладающие свойствами коллоидов;
капиллярные поры размером в поперечнике от 0,1 до 20 мкм;
сферические воздушные поры размером от 50— 100 мкм до 2 мм; они образуются в небольшом количестве (2—5 %) вследствие вовлечения воздуха при изготовлении теста.
Такая структура цементного камня позволила В. Н. Юнгу образно назвать его «микробетоном». По представлениям И. А. Рыбьева, подобные структуры являются конгломератными.
Объемы непрореагировавшей части цемента, гелевых и капиллярных пор в значительных пределах изменяются во время твердения цемента. Так, зерна цемента размером до 5 мкм почти полностью гидратируются в течение 1—3 сут, а через месяц полная гидратация   наступает и у частичек до 10 мкм. При этом, естественно, возрастает объем самого геля и гелевых пор.
При изготовлении цементного теста, раствора или бетона воды берется обычно 40—?г0 % массы цемента, т. е. значительно больше, чем химически связывается. Избыточная вода размещается в гелевых порах, а также в промежутках между непрореагировавшей частью цементных зерен. После испарения свободной, не вошедшей в реакцию с цементом воды образуются поры, называемые капиллярными. С увеличением продолжительности твердения цемента объем капиллярных пор уменьшается, так как они заполняются гидратными новообразованиями. В зависимости от количества воды, введенной в тесто или в бетон при их изготовлении (В/Ц), а также от продолжительности твердения объем капиллярных пор в цементном камне колеблется в широких пределах — от 0 до 40 % и более. Таким образом, цементный камень характеризуется сложной тонкопористой структурой, оказывающей решающее влияние на многие его свойства (прочность, проницаемость, стойкость против действия агрессивных факторов, упруговязкопластические свойства и т. д.).
Рассмотрение капиллярных и иных пор по размеру позволяет классифицировать их следующим образом: микропоры, диаметр которых не превышает 0,01 мкм, переходные поры диаметром от 0,01 до 0,1—0,2 мкм, макропоры диаметром более 0,2 мкм.
Поры относятся к капиллярным, если их диаметр не превышает 20—30 мкм. В них вода удерживается силами поверхностного натяжения, причем поверхность мениска имеет вогнутую форму. Пустоты в цементном камне диаметром более 20—40 мкм не являются капиллярными и заполняются водой под действием гидростатического давления.
Объем пор определяют различными приемами —насыщением жидкостями, отсасыванием воздуха из пор и др. Распределение пор по размерам устанавливают методами капиллярной конденсации паров воды, ртутной по-рометрни при высоком (до 130 МПа) и низком (до 0,1 МПа) давлении, вытеснением газом жидкости из капилляров, оптической микроскопией.
Основной объем пор (70—80 %) в цементном камне месячного возраста обычно занимают капилляры диаметром меньше 1 мкм. Дифференциальные кривые распределения пор по размерам характеризуются наличием максимумов в пределах 0,01—0,1 мкм.
Рассматриваемая структура цементного камня обусловливает его исключительно высокую водонепроницаемость. Так, цементный камень, полученный из теста с В/Ц& 0,4...0,45, характеризуется примерно такой же водонепроницаемостью, что и плотный естественный камень с объемом пустот до 2—3 %. Это объясняется огромным сопротивлением прохождению молекул воды через тончайшие микрокапилляры. Увеличение В/Ц до 60 % и более приводит к резкому росту водопроницаемости затвердевшего цемента. В десятки раз повышается водопроницаемость камня и после его высыхания. Последующее же водонасыщение не обеспечивает полного восстановления начальной непроницаемости, по-видимому, вследствие необратимых усадочных процессов, нарушающих тонкую капиллярную структуру цементного камня.
11 Физико-механические свойства цемента
 
Нормальной густотой называют то содержание воды (в %), которое необходимо добавить к цементу, чтобы получить определенную консистенцию цементного теста. Обычно эта величина равна,  22-27% и увеличивается при введении в цемент при помоле тонкомолотых добавок, обладающих большой водопотребностью (трепел, опока и др.). Нормальная густота в известной мере  определяет, реологические свойства цементного теста и тем самым влияет на подвижность бетонной смеси. Чем меньше нормальная густота цемента, тем меньше водопотребность бетонной смеси, необходимая для достижения определенной подвижности (жесткости) смеси. Сокращение расхода воды, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода цемента (при заданном В/Ц). В бетонах желательно применять цементы с пониженной нормальной густотой.
Сроки схватывания цемента, определяемые на специальном приборе по глубине проникания иглы в цементное тесто, характеризуют начало и конец процесса превращения материала в твердое тело. По стандарту требуется, чтобы начало схватывания при температуре 20С наступало не ранее, чем через 45 мин, а конец завершался не позднее 10 ч. с момента затворения цемента водой. На практике начало схватывания наступает через 1-2 ч, а конец – через 5-8 ч. Эти сроки обеспечивают производство бетонных работ, т.к. дают возможность  транспортировать и укладывать  бетонные смеси и растворы до их схватывания. Сроки схватывания можно регулировать путем добавления в бетонную смесь при ее приготовлении различных химических добавок.
Портландцемент имеет, как правило, тонкий помол: через сито N008 (около 4900 отверстий на 1кв.см. с размером ячеек в свету 0.08*0.08 мм) должно проходить не менее 85 % общей массы цемента. Средний размер частиц цемента составляет 15-20 мкм.
Истинная плотность портландцемента без добавки составляет 3,05-3,15 г/см3. Плотность портландцемента при расчете состава бетона условно принимают в уплотненном состоянии 1,3 кг/м3.
 
Схватывание и твердение цемента – экзотермические процессы. Практически 1 кг цемента М400 выделяет в бетоне за 7 суток с момента затворения цемента водой не менее 210 кДж. Для цемента М500 эта цифра составляет порядка 250 кДж. Тепловыделение зависит от минералогического состава цементного клинкера, типа введенных добавок и тонкости помола. Из клинкерных минералов наибольшим тепловыделением обладают трех кальциевый алюминат и трех кальциевый силикат. Основное тепло выделяется в течение первых 3-7 суток твердения цемента.
 
Перевозят и хранят цемент так, чтобы предохранить его от увлажнения, распыления и других потерь. Обычный цемент при нормальных условиях хранения через 3 мес. теряет 20% прочности, через 6 мес. – 30%, через год –40%. При использовании в производстве лежалого цемента время перемешивания бетонной смеси увеличивают в 2-4 раза, вводят добавки- ускорители твердения или применяют активацию цемента.
12 Химическая и физическая коррозия цементного камня
Коррозия цементного камня. Виды коррозии 
Различают физическую, химическую, электрохимическую и биологическую коррозии. 
Физическая коррозия 
Это выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород.
Коррозии растворения носит физико-химический характер (см. ниже коррозии выщелачивания). 
Химическая коррозия 
Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли.
Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Однако связывание извести (скажем за счет SiO2) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция.
Кислоты и некоторые соли вступают в реакцию с Са(ОН)2 и образуют новые соединения, либо легко растворимые в воде, либо непрочные рыхлые, либо кристаллизующиеся со значительным
Все кислоты разрушают портландцементный камень 
Са(ОН)2 + НСl = CaCl + 2 H2O
Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O 
Хлористый кальций легко растворим, а CaSO4 может вступать во вза-имодействие с гидроаллюминатами кальция и образовывать гидросульфоаллюминат кальция. Последний кристаллизуется с увеличением объема.
Гипс также кристаллизуется с увеличением объема.
Хотя в пластовых водах нет непосредственно соляной и серной кислот, (но их образование можно предположить), зато имеется достаточное количество солей агрессивных по отношению к цементному камню. К таким солям относятся сульфаты (MgSO4, CaSO4), хлориды (MgCl2, CaCl2).
Агрессивный сероводород и углекислый газ, которые могут содержаться как в пластовых водах, так и в добываемых нефти и газе.
Рассмотрим основные виды химической коррозии и применение в связи с ними цементов.
Коррозия выщелачивания 
Кристаллогидраты (гидросиликаты, алюминаты и ферриты кальция), образующиеся при взаимодействии с водой клинкерных минералов и составляющие вместе с наполнителями цементный камень, имеют значительную равновесную растворимость в воде. Это значит, что они остаются устойчивыми при контакте с водами, только в том случае, если в воде имеется достаточная концентрация Са(ОН)2. Если концентрация в воде Са(ОН)2 ниже равновесной, то у гидрата будут отщепляться молекулы извести и концентрация будет восстанавливаться до равновесно
Магнезиальная коррозия 
Если в окружающей цементный камень среде содержатся вещества, образующие с Са(ОН)2 малорастворимые соединения, то концентрация извести в ней будет поддерживаться на очень низком уровне.
Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2О = Mg(ОН)2 + Са SO4 × 2Н2О 
Mg(ОН)2 и гипс имеют очень низкую растворимость в воде. Mg(ОН)2 сам по себе представляет рыхлое аморфное вещество. Если подобный процесс будет продолжаться – цементный камень разрушится. Это магнезиальная коррозия. Подобное действие но более слабое, оказывает и хлористый магний.
Углекислотная коррозия 
В пластовых водах как правило присутствует то или иное количество углекислого газа. Он действует разрушающе, поскольку понижает содержание Са(ОН)2 окисляя ее сначала до СаСО3, которая мало растворима, что будет вызывать понижение основности гидратов цемента. При поступлении новых порций СО2, СаСО3 окисляется до бикарбоната [ Са (НСО3)2], который хорошо растворим. При незначительной концентрации Са2 в водах процесс может затухнуть. Однако если кислота содержится в пластовом газе, то вследствие большой проницающей способности, диффузии и осмоса возможно быстрое разрушение камня. Если процесс ограничивается до СаСО3, то низкоосновные, если до Са (НСО3)2 – т о высокоосновные (см. ниже). 
Сульфатная коррозия 
Это вид коррозии, который связан с образованием соединений кристаллизующихся с увеличением объема. Примером такой коррозии являются взаимодействие с сульфатами кальция и натрия. Известно, что гидроалюминаты кальция могут присоединять гипс и образовывать гидросульфоалюминат. Последний кристаллизуется с увеличением объема, что вызывает внутренние напряжения и разрушение цементного камня. 
(3 CaO × Al2O3 × 12H2O + 3(CaSO4 × 2H2O) + 13H2O =
= 3CaO × Al2O3 × 3CaSO4 × 31H2O 
Сероводородная коррозия 
Это один из распространенных на нефтяных и газовых месторождениях видов коррозии. При сероводородной коррозии наблюдается образование малорастворимых сульфидов кальция, алюминия и железа. Это приводит к понижению равновесной концентрации Са(ОН)2, Al(OH)3, Fe(OH)3, что в свою очередь вызывает разрушение гидратов кальция.
Наиболее энергично образуется сульфид железа, поэтому для повышения стойкости против сероводородной коррозии следует ограничивать в цементах содержание окислов железа, марганца и других тяжелых металлов. По отношению к цементному камню безвредны силикаты, карбонаты, щелочи и их соли. Однако сильные щелочи действуют на аллюминаты.
Нефть и нефтепродукты не опасны, но если в них есть нафтеновые кислоты и сульфаты, то они также разрушают цементный камень. 
13 Разновидности портландцемента (быстротвердеющий, сульфатостойкий, белый, цветной и др.).
Для получения портландцемента с заданными специальными свойствами используют следующие основные пути:
1) регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера, оказывающее решающее влияние на все строительнотехнические свойства цемента;
2) введение минеральных и органических добавок, позволяющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер, уменьшать расход цемента в бетоне;
3) регулирование тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, активность, тепловыделение и другие свойства цемента.
Быстротвердеющий портландцемент. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) — портландцемент с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью через 3 сут твердения.
Сульфатостойкий портландцемент. Сульфатостойкие цементы изготавливают на основе клинкера нормированного минерального
состава (с пониженным содержанием C3S — не более 50 %, и СчА — не более 5 /с) и применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкции, обладающих коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию в них сульфатов
Портландцемента с органическими добавками. В современной технологии бетона широко применяют поверхностно-активные вещества, вводимые в малых дозах (0,05...0,30 % от массы цемента) в бетонные и растворные смеси при их изготовлении и добавляемые в цемент при помоле клинкера.
Поверхностно-активные добавки пластифицируют бетонные и растворные смеси, что позволяет улучшать их удобоукладываемость либо снижают количество воды затворения (сохраняя удобоукладываемость) и расход цемента на 10...20%. Оставляя же количество цемента неизменным, достигают снижения пористости бетона повышения его морозостойкости и водонепроницаемости.
Типичные поверхностно-активные добавки можно подразделить на четыре группы: гидрофилизующие, гидрофобизующие, воздухововлекающие и комплексные.
Портландцементы с минеральными добавками. Активными минеральными добавками называются природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой.
Активные минеральные добавки, или гидравлические добавки, содержат диоксид кремния в аморфном, а следовательно, в химически активном состоянии, и поэтому они способны взаимодействовать с гидратом оксида кальция, образуя гидросиликаты кальция.
Активные минеральные добавки могут быть природными (естественными) и искусственными. В качестве природных активных добавок широко используют горные породы (диатомит, трепел, опо- ку, горелые глинистые породы — глиежи), а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемзу, витрофир, трасс). Искусственные активные минеральные добавки представляют собой побочные продукты и отходы промышленности: быстроохлаж- денные (гранулированные) доменные шлаки; белитовый (нефелиновый) шлам — отход глиноземного производства, содержащий в своем составе до 80 % минерала белита (двукальциевого силиката); золу- унос — отход, получившийся при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии и улавливаемый электрофильтрами и другими устройствами.
Шлакопортландцемент. Шлакопортландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе.
Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного (или электротермофосфорного) шлака с необходимым количеством гипса. Допускается раздельный помол компонентов и их последующее смешение. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21 и не более 60 % (от массы цемента). Допускается замена до 10 % шлака трепелом или другой активной минеральной добавкой
Белый и цветные портландцементы. Клинкер белого цемента изготавливают из чистых известняков и белых глин, почти не содержащих окислов железа и марганца, которые придают обычному портландцементу зеленовато-серый цвет. Обжигают сырьевую смесь на беззольном (газовом) топливе. При помоле клинкера предохраняют цемент от попадания в него частиц железа.
Тампонажный портландцемент. Тампонажный портландцемент изготавливают измельчением клинкера, гипса и добавок. Он предназначен для цементирования нефтяных и газовых скважин. Цемент для холодных скважин испытывают при температуре (22 ± 2)°С; для горячих скважин — при температуре (75 ± 3)°С.
Основная прочностная характеристика цемента — предел прочности при изгибе образцов-балочек размером 4 х 4 х 16 см, изготовленных из цементного теста с В/Ц = 0,5. Предусмотрен выпуск специальных разновидностей тампонажного портландцемента: утяжеленного, песчанистого, солестойкого, низкогигроскопичного
14 Роль минеральных добавок в цементе. Пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент
Активными минеральными добавками называются природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой.
Активные минеральные добавки могут быть природными (естественными) и искусственными. В качестве природных активных добавок широко используют горные породы (диатомит, трепел, опо- ку, горелые глинистые породы — глиежи), а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемзу, витрофир, трасс). Искусственные активные минеральные добавки представляют собой побочные продукты и отходы промышленности: быстроохлаж- денные (гранулированные) доменные шлаки; белитовый (нефелиновый) шлам — отход глиноземного производства, содержащий в своем составе до 80 % минерала белита (двукальциевого силиката); золу- унос — отход, получившийся при сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии и улавливаемый электрофильтрами и другими устройствами.
Активная минеральная добавка химически связывает растворимый в воде гидрат оксида кальция, выделяющийся при твердении портландцемента; при этом повышается плотность цементного камня возрастает его сопротивление коррозии. Поэтому активные минеральные добавки применяют для повышения плотности, водостойкости и солестойкости бетонов и растворов.
Пуццолановый портландцемент изготавливают путем совместного помола клинкера и активной минеральной добавки с необходимым количеством гипса
Пуццолановый портландцемент следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводные и подземные части сооружений). На воздухе бетон на пуццолановом портландцементе дает большую усадку и в сухих условиях частично теряет прочность, что объясняется выветриванием воды из гидратных соединений. Кроме того, бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость и не пригодны для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. Пуццолановый портландцемент твердеет в
нормальных условиях медленнее, чем портландцемент, поэтому его не следует применять при проведении зимних бетонных работ.
Пуццолановый портландцемент обладает небольшим тепловыделением и часто применяется для бетонов внутренних частей массивных сооружений (плотин, шлюзов и т.п.).
Шлакопортландцемент. Шлакопортландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе.
Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного (или электротермофосфорного) шлака с необходимым количеством гипса. Допускается раздельный помол компонентов и их последующее смешение
Жаростойкость шлакопортландцемента значительно выше, чем портландцемента, поэтому он широко используется для изготовления жаростойких бетонов. Однако шлакопортландцементу присущ тот же недостаток, что и пуццолановому портландцементу — он медленно набирает прочность в первое время твердения, особенно при пониженных температурах.
15.Роль химических добавок в цементе. Пластифицирующий и гидрофобный портландцемент
Применение химических добавок позволяет существенным образом влиять на цементные растворы и бетоны, повышая их качество и придавая им специфические свойства. Использование добавок практикуется в настоящее время настолько широко, что этот вопрос заслуживает особого внимания для избежания возможных ошибок.
Применяемые добавки могут иметь природное происхождение или могут быть получены искусственным путем в качестве основ-ного или побочного продукта производства. По химическому составу они подразделяются на минеральные и органические. Минеральные добавки, в свою очередь, можно подразделить на растворимые в воде и нерастворимые. К нерастворимым относятся активные минеральные добавки (см. подразд. 8.9), а к растворимым — добавки, ускоряющие твердение бетона, и противоморозные добавки.
Пластифицированный портландцемент (ППЦ) получают помолом портландцементного клинкера вместе с гипсом и пластифицирующими добавками в виде концентрата сульфитно-спиртовой барды (ССБ) или кальциевой соли лигносульфоновой кислоты (ЛСТ) и других добавок в количестве 0,15...0,25 % от массы цемента. Марки этого цемента 400 и 500. Пластифицированный цемент придает растворным и бетонным смесям повышенную подвижность по сравнению с обычным портландцементом при одинаковом расходе воды. Эффект пластификации используют для уменьшения воды в бетоне и растворе, повышения их плотности, морозостойкости и водонепроницаемости. ППЦ рекомендуется для изготовления бетонов, используемых в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.
Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают путем введения при измельчении клинкера 0,1...0,3  % мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот и других гидрофобизи-рующих добавок.
Цементные зерна, покрытые с поверхности тонким слоем гидрофобного вещества, не поглощают влагу из атмосферы, и, следовательно, при хранении на воздухе не происходит гидратация зерен цемента. При длительном хранении портландцемента с гидрофобизирующей добавкой активность его снижается незначительно.
ГПЦ должен удовлетворять тем же требованиям, что и обычный портландцемент. Дополнительное требование - невпитывание капли воды, нанесенной на поверхность пробы цемента, в течение 5 мин. При перемешивании с водой гидрофобные оболочки на зернах цемента разрушаются. Однако портландцемент этого вида несколько замедленно схватывается и набирает прочность по сравнению с обычным портландцементом. Его применяют в гидротехническом, дорожном и аэродромном строительстве.
16. Особые виды цемента: глиноземистые, расширяющиеся и безусадочные, напрягающий цемент
Глиноземистый цемент — быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаны кальция.
Глиноземистый цемент обладает высокой прочностью только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах, не свыше 25 °С. Поэтому глиноземистый цемент нельзя применять для бетонирования массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке. При обычных температурах (до 25 С) в процессе твердения глиноземистого цемента образуется высокопрочное вещество — двухкальциевый гидроалюминат:
2(СаО • А1203) + 11Н20 = 2СаО • А1203 • 8Н20 + 2А1(ОН)3
воздухе он проявляет безусадочные свойства.
Расширяющийся портландцемент (РПЦ) является гидравлическим вяжущим веществом, получаемым совместным тонким измельчением следующих компонентов (в процентах по массе): портландцемент- ного клинкера — 58... 63; глиноземистого шлака или клинкера — 5... 7; гипса — 7... 10; доменного гранулированного шлака или другой активной минеральной добавки — 23...28. РПЦ отличается быстрым твердением в условиях кратковременного пропаривания, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня и способ-
ностью расширяться в водных условиях и на воздухе при постоянном увлажнении в течение первых 3 сут.
Напрягающий цемент, затворенный водой, сначала твердеет и набирает прочность, затем расширяется как твердое тело и напрягает железобетон. Самонапряженный железобетон применяется в напорных трубах, в монолитных и сборных резервуарах для воды, для цементно-бетонных покрытий аэродромов, в спортивных и подземных сооружениях.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент — быстротвер- деющее гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким измельчанием высокоглиноземистых клинкера или шлака и природного двуводного гипса или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Гипсоглиноземистый цемент обладает свойством расширения при твердении в воде; при твердении на воздухе он проявляет безусадочные свойства.
Вяжущие низкой водопотребности (ВНВ), свойства и особенности технологии.
Вяжущие низкой водопотребности ВНВ получают путем совместной обработки цементного клинкера (или портландцемента) и специального модификатора, а также при необходимости активной минеральной добавки (золы-уноса, пуццоланы, шлака и т. п.) и/или наполнителя, а также гипсового камня (гипса) в помольных агрегатах Изготовление ВНВ может производится полунепрерывным (поточным) или периодическим способами производства. Организация производственного процесса основывается на следующих принципах:
Прямоточность – горизонтальная, прямолинейная – сырьё, полупродукты перемещаются к рабочим постам периодически конвейерными механизмами.
Ритмичность – повторяемость каждой операции и всего технологического процесса в целом через строго установленные промежутки времени.
Непрерывность – каждая последующая операция процесса выполняется после окончания предыдущей операции, оборудование и обслуживающий персонал не простаивают.
Производство пенобетона может осуществляться с помощью:
1. Стационарного производственно-технологического комплекса модели ПБУ-10 по выпуску пенобетонных изделий. Предназначен для производства до 10 м3/час пенобетонных изделий методом неавтоклавного твердения в цеховых условиях. Оптимальный вариант использования - организация производства пенобетонных изделий годовой производительностью 40 - 100 тыс. м3/год.
2. Мобильного производственно-технологического комплекса модели ППБУ-4. Предназначен для производства пенобетонных изделий методом неавтоклавного твердения объемом 3,5 - 5 тыс. м3/час. Может использоваться для получения строительных смесей, в том числе растворных, кладочных, штукатурных. Оптимальный вариант использования - организация производства пенобетонных изделий годовой производительностью 5 - 15 тыс. м3/год.
18. Многокомпонентные композиционные вяжущие на основе портландцемента и гипсового вяжущего, активных минеральных добавок, в том числе отходов промышленности и местных материалов, ПАВ, особенности технологии и свойств
19.Фосфатные и шлакощелочные вяжущие
Шлакощелочные вяжущие — это гидравлические вяжущие вещества, получаемые измельчением гранулированных шлаков совместно со щелочными компонентами или затворением молотых шлаков растворами соединений щелочных металлов (натрия или калия), дающих щелочную реакцию. Для получения шлакощелочных вяжущих применяют гранулированные шлаки — доменные, электротермофосфорные, цветной металлургии. Необходимое условие активности шлаков — это наличие стекловидной фазы, способной взаимодействовать со щелочами. Тонкость помола должна соответствовать удельной поверхности не менее 3000 см2/г. Высокая активность соединений щелочных металлов, по сравнению с соединениями кальция, дает возможность получить быстротвердеющие, высокопрочные вяжущие. Наличие щелочей интенсифицирует разрушение и гидролитическое растворение шлакового стекла, образование щелочных гидроалюмосиликатов и создание среды, способствующей образованию и высокой устойчивости низко<эсновных кальциевых гидросиликатов. Малая растворимость новообразований, стабильность структуры во времени являются решающими условиями долговечности шлакощелочного камня.
Начало схватывания этих вяжущих не ранее 30 мин, а конец — не позже 12 ч от начала затворения.
Шлакощелочные вяжущие обладают высокой коррозионной стойкостью и биостойкостью. Щелочные компоненты выполняют роль противоморозных добавок, поэтому вяжущие интенсивно твердеют при отрицательных температурах Фосфатные вяжущие системыОтличительной особенностью этой группы материалов является то, что в основе их монолитизации лежат процессы синтеза фосфатных соединений [ 16] . Для фосфатных цементов отвердевание обусловлено химическим взаимодействием исходного твердого порошкообразного компонента с жидкостью затворения, содержащей фосфатные анионы. В качестве таких жидкостей могут использоваться как водные растворы фосфорных кислот (главным образом ортофосфорной), так и растворы кислых фосфатов (фосфатные связки), например аммония, алюминия, магния, хрома и т. д. В качестве порошкообразного компонента фосфатных композиций используются оксиды и гидроксиды различных металлов, стекла различного состава, соли, бескислородные соединения, порошки металлов и т. д. Основным химическим процессом, инициирующим твердение фосфатных композиций, является кислотно-основное взаимодействие жидкости затворения и твердого вещества. Условия проявления вяжущих свойств зависят как от свойств фосфатного затворителя (степень нейтрализации, химический состав), так и химических особенностей порошковой части. Повышение основности порошкообразной составляющей фосфатной композиции приводит к увеличению его химической активности по отношению к фосфатному затворителю и переходу от фосфатных систем, отвердевающих только в условиях, стимулирующих химическое взаимодействие компонентов (нагрев, механохимическая активация), к системам, твердеющим при нормальных условиях, и далее к объектам, проявляющим вяжущие свойства только при снижении интенсивности взаимодействия порошка и затворителя.
В качестве затворителя наибольшее применение нашли растворы термической ортофосфорной кислоты 40–70%-й концентрации (ГОСТ 6552–80), соли ортофосфорной кислоты, а также алюмофосфатная, алюмохромфосфатная, магнийфосфатная, хромфосфатная связки, которые выпускаются по техническим условиям заводов-изготовителей (АХФС ТУ 6-18-166–83; АБФС ТУ 113-08-606–87).
Фосфатные вяжущие системы нашли наиболее широкое применение в качестве связующего для разработки жаростойких бетонов, огнеупоров, клеев, а также компаундов и клеев с электроизоляционными и токопроводящими свойствами и т. Д
20. Кислотоупорный кварцевый цемент и жидкое стекло
Жидкое стекло (растворимое стекло, растворимый силикат) — это воздушное вяжущее вещество. Оно имеет вид вязкой жидкости темно- желтого или коричневого цвета, представляющей собой коллоидный раствор кремневой кислоты в едкой натриевой или калиевой щелочи.
Жидкое стекло варят в стеклоплавильных печах как обычное стекло. Выпускаемый из печи расплав застывает. Получаемые твердые и прозрачные куски или глыбы (силикат-глыба) растворяют в воде чаще всего при повышенной температуре и давлении 0,6...0,7 МПа. ()бразуется вязкая жидкость — это и есть тот технический продукт, которым обычно пользуются на строительстве.
Основной составляющей частью жидкого стекла являются щелоч- иые силикаты. Состав жидкого стекла выражается формулой 6’;О • «Si02, где R — это Na или К.
Чаще всего применяют натриевое жидкое стекло (уплотнение грунтов, приготовление жароупорных и огнеупорных бетонов, изготовление кислотостойких бетонов). Калиевое жидкое стекло стоит дороже, чем натриевое, и применяется преимущественно для изготовления силикатных красок.
Кислотоупорным кварцевым кремнефтористым цементом называется порошкообразный материал, изготавливаемый путем совместного помола или тщательного смешивания раздельно измельченных кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Название «цемент» для таких порошков имеет условный характер, так как они не обладают самостоятельными вяжущими свойствами. Их надо затворять водным раствором силиката натрия, т. е. жидкого стекла (последнее и является вяжущим веществом).
Кварцевый песок в кислотоупорном цементе может быть заменен порошком андезита или бештаунита. Кислотоупорный цемент ис пользуют для изготовления кислотостойких замазок, растворов и бетонов. При этом применяют мелкий и крупный заполнитель из кислотостойких пород (гранит, андезит, бештаунит
81. Строение и свойства теплоизоляционных материалов. Классификация теплоизоляционных материалов.Теплоизоляционные работы на данный момент являются одними из самых важных в строительстве. При выполнении теплоизоляции трубопроводов большое значение имеет не только тщательное соблюдение строительной технологии монтажа теплоизоляционных материалов, но и соответствие качества и технических характеристик применяемыхутеплителейнормативным требованиям. Характеристики утеплителей отличаются очень низкой теплопроводностью (к <0,18Вт/ м К) и небольшой плотностью, которая не превышает 600 кг/м3. Их используют для теплоизоляции всех наружных строительных конструкций, в качестве звукоизоляции помещений — для внутренних стен и перегородок, а также при выполнении работ по теплоизоляции различных тепловых агрегатов и холодильного оборудования. Материалы для тепловой изоляции очень разнообразны, поэтому классифицируются они по многим параметрам. Классификация теплоизоляционных материалов и их характеристики, в зависимости от структуры: Волокнистые. К ним относятся минераловатные и стекловолокнистые утеплители органического и неорганического происхождения, состоящие из волокон. Перенос тепла в таких материалах осуществляется от волокна к волокну при касаниях, чем меньше сечение волокна, тем выше теплоизолирующие свойства. Минимальная толщина волокон неорганического происхождения — 5-8мк, при превышении этого значения нарушается прочность волокон; Зернистые. К ним относятся вспученные вермикулит, шлак, асбозурит и перлит; Ячеистые. В эту группу входят различные виды пенопласта, пеностекло, конструкции из ячеистого бетона, вулканитовые плиты. В зависимости от формы и внешнего вида, утеплители делятся на: Штучные. К этому виду относятся выполненные из теплоизоляционных материалов блоки, кирпич, плиты,теплоизоляционные цилиндрыи полуцилиндры, скорлупы ппу для изоляции труб, сегменты и другие изделия; Рулонные и шнуровые. К ним относятся различныематы прошивные, жгуты ишнуры. Рыхлые и сыпучие — это минеральная, базальтоваяи стекловата, перлитовый песок и др. По степени горючести современные теплоизоляционные материалы подразделяются на: Несгораемые (минеральная вата, керамзит, ячеистый бетон и др.) Трудносгораемые (ксилолит, цементно — стружечные) Сгораемые ячеистые (торфоплита, камышит, различные пластмассы) В зависимости от сырья утеплители подразделяются на: Неорганические (различные виды минеральной ваты и изделия на её основе, стекловолокно и производимые из него изделия, асбест, а также содержащие его материалы, вспученные вермикулит и перлит, ячеистые материалы, диатомит-трепел, алюминиевая фольга) Органические (торфяные изделия, древесно-волокнистые плиты, эковата, поропласты, пенопласты). Технология теплоизоляционных материалов, в которой утеплитель производится из смеси сырья органического и неорганического происхождения, при превышении неорганического сырья более чем на 50% от массы, позволяет получать неорганический материал. По содержанию связующего вещества материалы и изделия подразделяют на: Современные теплоизоляционные материалы, которые содержат связующее вещество (ячеистый бетон, фибролит и т. д.); Утеплитель, не содержащий связующего вещества (стекло — и минераловатное волокна). По плотности утеплители делятся на: Обладающие особо низкой плотностью (ОНП) — 15,25,35,50,75; Обладающие низкой плотностью (НП) — 100,125,150,175; Обладающие средней плотностью (СП) — 200,225,250,300,350; Плотные (ПЛ) — 400,450,500,600. Если для утеплителей, обладающих жесткостью, плотность соответствует отношению массы находящегося в сухом состоянии материала к его объему, то для волокнистых утеплителей такое соотношение определяется при воздействии на него заданной нагрузке. По степени сжатия материалы классифицируются на: Мягкие (М) — свыше 30 Полужесткие утеплители (ПЖ) — 6-30 Жесткая теплоизоляция (Ж) — до 6; Материалы повышенной жесткости (ПЖ) — до 10 (при воздействии давления 40 Н/кВ. см) Твердые — до 10 (под давлением 100 Н/кВ. см). Свойства материала изменять свою толщину под воздействием определенного давления называется сжатием. Классификация современных теплоизоляционных материалов по теплопроводности: Низкая — 0,06 Вт/(м*°С); Средняя — 0,06 — 0,115 Вт/ (м*°С); Повышенная — 0,115-0,175 Вт/ (м*°С). Плотность утепляющих материалов служит показателем качества, поэтому эти данные обязательно вносятся в маркировку материала. Разновидности утеплителей: Ваты минеральные и неминеральные (имеющие стеклянную, каменную, целлюлозную основу) Теплоизоляционные блоки (газобетон, пенопласты и другие плитные теплоизоляционные материалы для стен и перекрытий) Тонколистовая теплоизоляция; Теплоизоляционные материалы для труб; Уплотняющие ленты, шнуры и профили; Вспенивающийся герметик; Засыпной утеплитель; Асбестовые теплоизолирующие материалы. Сырьем для производства теплоизоляционных материалов служат минеральные, композиционные и полимерные материалы. Комплексное использование теплоизоляции с различного рода паро- и гидроизолирующими пленочными и мембранными материалами, применение тонколистового металла и фольги в качестве экранирующего защитного слоя позволяет значительно увеличить срок службы утеплителя в любых самых агрессивных условиях эксплуатации. Учитывая свойства теплоизоляционных материалов, компоновки теплоизолирующего слоя по различным техническим параметрам позволяют: Создавать в зданиях оптимальный для жизнедеятельности человека температурно — климатический режим, который улучшает самочувствие находящихся в них людей; Снизить продолжительность строительства путем применения конструктивных элементов и конструкций заводского изготовления; Существенно уменьшить применение традиционных строительных материалов (бетон, дерево, кирпич), заменяя их более технологичными; За счет применения легких теплоизоляционных материалов для стен и перекрытий уменьшить вес конструкций стен и перекрытий, что даст возможность выполнять фундаменты и несущий каркас здания менее материалоемкими; Снизить экономические затраты на обогрев здания при его дальнейшей эксплуатации. Минеральная вата Оптимальным и универсальным утеплителем, который можно применять практически во всех конструкциях, начиная от фундаментов и заканчивая крышей, является минеральная вата. Свойства теплоизоляционных материалов на основе минеральной ваты (низкая теплопроводность, экологическая чистота и огнестойкость) делают её оправданным лидером среди утеплителей. Минеральную вату производят или из камней базальтовой группы или из шлаков металлургической промышленности с применением небольшой, до 4,5%, органической добавки в виде синтетической смолы, обеспыливателя и гидрофобизатора. Шлаковая вата по многим параметрам уступает вате из камня, она теряет свои свойства при повышенной влажности и при критических плюсовых и минусовых температурах. Поэтому сфера применения её очень ограничена и распространяется только на дачные домики и временные сооружения. Производство теплоизоляционных материалов в виде минеральной ваты основано на выдувании из расплавленной базальтовой породы тончайшего волокна (диаметр — до 8мкм, длинна — от2 до 10мм), которое при смешивании с органическим связующим позволяет получать волокнистую структуру материала, прочно удерживающего в себе воздух. Свойства минеральной ваты Воздух, содержащийся между волокнами материала, а также маленький диаметр волокон, по которым передается температура, обеспечивает низкую теплопроводность утеплителя. Чем хаотичнее структура минеральной ваты и меньше диаметр волокон, тем ниже коэффициент теплопроводности. Так как сырьем для изготовления минваты служит базальт, температура плавления которого составляет 1000°С, готовый утеплитель также обладает хорошей огнестойкостью. Температурный режим эксплуатации минеральной ваты составляет от -180 до +400°С при отсутствии приложенных к утеплителю нагрузок. Водостойкость минваты обусловлена её негигроскопичностью. В нормальных условиях в ней содержится всего 0,5% влаги от объема материала. Но даже при таких естественных свойствах минеральную вату при изготовлении пропитывают водоотталкивающими соединениями. Волокнистая структура способствует затуханию звуковых волн и поглощению шума, что дает возможность применять этот материал при устройстве перегородок и полов. Минеральная вата обладает химической пассивностью при соприкосновении с различными строительными материалами, не вызывает коррозии и гниения. Благодаря хаотической волокнистой структуре минвата не теряет свою первоначальную форму и почти не подвержена усадке. Утеплители из минеральной ваты бывают разными: по плотности (мягкие, полужесткие, жесткие): по форме (маты, плиты, цилиндры); по обработке (фольгированные, гидрофобизированные); по огнестойкости. Технология теплоизоляционных материалов позволяет на основе минеральной ваты изготовлять минераловатные плиты, минераловатные прошивные и жесткие плиты, маты с защитным слоем из алюминиевой фольги, а также плиты из ваты повышенной жесткости.
82. Физико-химические основы получения материалов волокнистого и высокопористого строения.Вспучивание. Этот способ получил весьма широкое применение при изготовлении нысокоиористых материалов. Его используют в производстве ячеистых бетонов, керамических и огнеупорных теплоизоляционных изделий, изделий из ячеистого стекла, пенопластов, вспученных перлита, вермикулита, гранул из растворимого стекла. Наиболее широкое применение получил способ газообразования. Газообразование. Сущность этого способа состоит в выделении газообразных продуктов во всем объеме поризуемого материала, находящегося в пластично-вязком (в том числе и пиропластиче ском) состоянии. Газообразование имеет ряд разновидностей, различающихся но следующим признакам: химизму процесса газообразования; виду газообразователя; температуре газообразования и вспучивания массы. По химизму процесса газообразование подразделяют на два способа: первый основан на выделении газа при взаимодействии газо - образователя с компонентами вспучиваемой массы (газообразова - тели — алюминиевая пудра, карбонаты, кислоты и др.); второй — на выделении газа из газообразователя без его взаимодействия с поризуемой массой (газообразователи — пероксид водорода, поро - форы, углеродсодержащие вещества). По виду различают газообразователи, вводимые в поризуемую массу (алюминиевая пудра, карбонаты, порофоры и т. д.); газообразователи, являющиеся составной частью вспучиваемою материала (гидратная вода). По температуре газообразования и вспучивания способ газообразования подразделяют на низкотемпературный (температура процессов до 100°С), среднетемпературный (120...400°С) и высокотемпературный (выше 800СС). К га. юобра. тнлгелям иредьинляюг определенные требования: обеспечивать плавное течение процесса газовыделения с получением нетоксичных и не вызывающих коррозию продуктов; выделять большой объем газа, т. е. характеризоваться большим газовым числом (см. ниже); обеспечивать наиболее интенсивное газовыделение в температурном интервале, соответствующем размягчению поризу - емого материала, т. е. нахождению его в пиропластическом состоянии; быть доступным, иметь невысокую стоимость, обладать устойчивостью свойств при хранении и транспортировании. Газовое число — это объем газа, мл, приведенный к нормальным условиям, выделяемый в единицу времени 1 г газообразователя при температуре максимального газовыделения. Этот показатель служит для первичной оценки эффективности газообразова - телей. Способ газообразования наиболее широко применяют для производства высокопористых материалов из масс, представляющих собой высококонцентрированные суспензии. Типичными представителями таких материалов являются ячеистые бетоны, получаемые на основе портландцемента, извести, смешанного цементно-известкового вяжущего и кремнеземистого компонента. В данном случае в качестве газообразователя наиболее широко применяют алюминиевую пудру. Она представляет собой тонкодиспергированный порошок алюминия, частицы которого имеют форму лепестков со средним диаметром 20 ..50 и толщиной 1...3 мкм. Каждая частица алюминия покрыта тонкой пленкой стеарина, придающего пудре гидрофоб - ность. В результате пудра, предназначенная главным образом для производства краски, приобретает высокую кроющую способность и всплываемость. Однако в технологии теплоизоляционных и акустических материалов это обстоятельство существенно усложняет равномерное распределение ее как газообразователя в массе. Для предотвращения венлыпанни частиц пудры необходимо применять массы, вязкость которых не позволяет этим частицам свободно перемещаться п их объеме. Существуют также способы удаления стеариновой пленки непосредственно перед введением пудры в поризусмую массу.
83. Керамические теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные материалы и изделия.КЕРАМИЧЕСКИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ Этот вид теплоизоляционных материалов применяют главным образом для устройства тепловой изоляции различного рода промышленных печей и теплопроводов. Температура применения керамических теплоизоляционных изделий зависит от применяемого для их изготовления сырья и находится в пределах 800... 16003С. Немаловажное значение при выборе теплоизоляционного материала имеет коррозионная стойкость в данных условиях службы, а также термическая стойкость изделий, особенно при их применении в тепловых установках периодического действия. Высокопористое строение керамических теплоизоляционных материалов можно получать различными способами - введением и выжиганием выгорающих добавок, введением высокопористых наполнителей, способами газового вспучивания (газообразованием) и пенообразования; закрепление же полученной высокопористон структуры и придание прочности изделиям во всех случаях достигают только в процессе обжига, что и позволяет объединить все многообразие этих материалов в одну группу керамических изделий.
84. Искусственное минеральное волокно и теплоизоляционные материалы на его основе.Искусственное минеральное волокно широко применяют для производства теплоизоляционных н акустических изделий. Общий объем материалов и изделий на основе искусственных минеральных волокон составляет более 60% от выпуска теплоизоляционных и акустических материалов всех видов. В зависимости от сырья и способа производства искусственное минеральное волокно можно подразделить на следующие разновидности: волокно минеральное с температурой применения до 600°С (рядовое); волокно стеклянное (стекловолокно) с температурой применения до 400°С; высо - котемпературостойкое и огнеупорное волокно с температурой применения соответственно до 1000 и выше 1000°С. Продукт в виде бесформенной волокнистой массы получил название минеральной или стеклянной ваты, в зависимости от химического состава исходных силикатных расплавов. Стеклянная вата характеризуется более высоким содержанием кремнезема и щелочей.
85. Теплоизоляционные материалы и изделия из вспученного вермикулита и перлита.Вермикулитами называют минералы из группы гидрослюд, способные вспучиваться при нагревании. Вермикулиты образуются в природных условиях в результате гидратации и других вторичных изменений различных слюд (магнезиальных и магнези - ально-железистых, алюминиевых и литиевых). Практическое значение имеют вермикулиты, образовавшиеся из магниожелезистых слюд — биотита и флогопита. Для слюд характерна слоистая структура: два элементарных слоя кремнекислородных тетраэдров и слой, состоящий из гидрок - сильных групп и ионов магния и железа (у биотита), образуют прочно связанный слюдяной пакет. В результате замещения иона Si4+ ионом. А13+ каждый пакет имеет избыточный отрицательный заряд, который уравновешивается двумя катионами К+, расположенными между пакетами. Процесс гидратации первичных слюд при их переходе в вермикулит заключается в замене ионов калня молекулами поды, и слой которых втягиваются обменные ионы двухвалентных металлов (чаще всего Mg2+). Между пакетами образуется гидратпый слой, состоящий из гндратированных ионов металлов и молекул воды в свободном состоянии
86. Ячеистое стекло. Виды, свойства и область применения.Ячеистое стекло – это высокопористый теплоизоляционный материал, состоящий из воздушных ячеистых пор, разделенных перегородками из стеклообразного вещества. Ячеистое стекло выпускают в виде плит различных размеров и изделий сложной конфигурации. Плиты имеют размеры: длина 180…500, ширина 80…150, толщина 80…120мм. В зависимости от назначения, ячеистое стекло разделяют на: тепло-изоляционное, звукопоглощающее и специальное (фильтрующее, влагозащитное, высокотемпературное). Характерной особенностью пеностекла является высокая прочность по сравнению с другими ячеистыми материалами, низкое водопоглащение. Например для стекла с преобладанием закрытой пористости водопоглащение составляет 1…10%, с сообщающейся пористостью – до 80% по объему. Коэффициент теплопроводности ячеистого стекла равен 0,055…0,85 Вт/(м0С), коэффициент звукопоглощения – 0,5…0,65. Ячеистое стекло может иметь различные цвета, в зависимости от газообразователя и вида пигмента, но в основном выпускают изделия черного или серого цветов. Область применения ячеистого стекла – это теплоизоляция стен и покрытий гражданских и промышленных зданий, холодильных установок, промоборудования и т.д.
87. Пеногипс. Способ получения. Свойства, область применения.Производство пеногипса организовано с 1942 г. на ряде строек нашей страны. Пеногипс изготовляется из обычного или высокопрочного гипса, извести-кипелки, цемянки, воды и пенообразователя. На 1 часть гипса берут от 0,1 до 0,15 части извести, от 0,03 до 0,05 части цемянки и от 0,9 до 0,8 воды. Пенообразователь в зависимости от заданного объемного веса пеногипса берется в том же количестве, что и для неавтоклавного пенобетона. Гипс в возрасте 7 суток должен иметь прочность при сжатии не менее 150 кгсм2. Тонкость его помола должна характеризоваться остатком на сите с 900 отвсм2 не более 5%. Добавка извести и цемянки увеличивает прочность и атмосферостойкость пеногипса и снижает его водопоглощение. Вводить замедлитель схватывания гипса не требуется, так как пена и большое водогипсовое отношение замедляют процесс гидратации. Цемянка может быть получена либо помолом битого красного кирпича, либо обжигом глины при 700-800° с последующим помолом до полного прохождения через сито с 900 отвсм2. Для приготовления пеногипса может применяться трехбарабан-ная или двухбарабанная пенобетономешалка. В растворном барабане пенобетономешалки готовится гипсо-известково-цемяночный раствор. Сначала в растворный барабан вливают воду, к которой при непрерывном перемешивании добавляют тонкомолотую известь-кипелку. После перемешивания в течение 1 мин. к смеси добавляются последовательно цемянка и гипс. Полученный известково-цемяночно-гипсовый раствор подается в смесительный барабан вместе с пеной, приготовленной на любом пенообразователе в пеновзбивателе. Раствор и пена перемешиваются в смесительном барабане в течение 2 мин. до полной однородности смеси. Затем смесь выливается в бункер, расположенный под пенобетономешалкой, и из бункера разливается в формы, установленные на вагонетках. После сглаживания поверхности ячеистой смеси в формах при помощи металлической рейки устанавливается второй ряд форм, в которые заливается ячеистая смесь, и т. д. до заполнения вагонетки по габариту сушильной камеры. Вагонетки с формами поступают в отделение выстаивания, а затем в сушильную камеру. Сушка изделий из пеногипса происходит при температуре 40- 50° в течение 16 час. Подъем температуры в камере до 40-50° производят в течение 2 час. Затем камера открывается и через час формы с изделиями направляют в отделение распалубки. Пеногипс с добавкой извести и цемянки выдерживает 10-кратное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения; прочность его при этом снижается на 30-40%. Водо-поглощение пеногипса равно 35-65% при пористости 50-80%. Таким образом, поры заполняются водой только на 65-80%, что указывает на их замкнутость. Благодаря этому пеногипс может противостоять разрушающему действию попеременного замораживания и оттаивания. Гигроскопичность пеногипса находится в пределах 5-7%. Пеногипс является несгораемым строительным материалом. Термоизоляционный пеногипс объемным весом 500-600 кгм3 может применяться для термоизоляции покрытий, для термовкладышей в стены, в качестве заполнителя междуэтажных перекрытий и каркасов стен. Пеногипс для термоизоляции покрытий изготовляется в виде пдит размером примерно 50X70 см, толщиной 6-10 см, в зависимости от заданного термического сопротивления покрытия. Термовкладыши выпускаются объемным весом 500-600 кгм3, размером 51Х 36,5 см и толщиной 8-10 см. Институтом сооружений Академии наук Узбекской ССР в 1954 г. разработан термоизоляционный ячеистый бетон на местном вяжущем — ганче, содержащем до 75% гипса. После обжига при 180° ганч приобретает вяжущие свойства. Добавка в ганч при обжиге 0,2% шереша (молотый корень местного растения того же названия) повышает прочность изамедляет сроки схватывания получаемого гипса. Наилучшим пенообразователем, не влияющим отрицательно на свойства ганча. оказался смолосапониновый с добавкой в воду затворения клея в количестве 0,5% от веса ганча. Производство пеноганча аналогично производству пеногипса. Пеноганч объемным весом 500-900 кгм3 имеет предел прочности при сжатии от 5 до 30 кгсм2. Водопоглощение пеноганча объемным весом 600 кгм3 составляет 40% по объему. Коэффициент размягчения равен 0,23, что ограничивает применение пеноганча в строительстве. Этот материал применяется только для внутренних конструкций зданий, не подвергающихся атмосферным воздействиям. Армирование изделий из пеноганча стеблями камыша увеличивает их прочность при изгибе в 2 раза -до 10 кгсм2 (при объемном весе 700 кгм3). В условиях Ташкента 1 м2 перегородок из армопеноганча обходится в 4,5-5 раз дешевле деревянных щитовых перегородок я в 3 раза дешевле шлакобетонных
88. Асбестсодержащие теплоизоляционные материалы. Свойства, область применения. Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы разделяют на асбестовые, состоящие только из асбестового волокна (асбестовая бумага, картон и изделия из них), и асбестосодержащие, изготовляемые из смеси асбестовых волокон с неорганическими вяжущими веществами (магнезиальные вяжущие, известь, цемент) или с трепелом (диатомитом). Порошкообразные смеси этих материалов перед применением затворяют водой и полученную пластическую массу наносят на изолируемую поверхность. В заводских условиях из таких же масс формуют изделия — плиты, сегменты и скорлупы. Асбестовую бумагу изготовляют в виде листов и рулонов из асбестового волокна 5—6-го сортов с небольшим количеством (до 5 %) склеивающих веществ (крахмал, казеин). Толщина бумаги 0,3—1,5 мм, объемная масса 450—950 кг/м3, а теплопроводность при 100 °С — от 0,14 до 0,198 Вт/ (м-К); предельная температура применения 500 °С. Выпускают гладкую и гофрированную бумагу. Гладкую бумагу используют в качестве теплоизоляционной прокладки при изоляции трубопроводов, а гофрированную — для изготовления одной из разновидностей асбестового картона (ячеистый асбестовый картон). Асбестовый картон изготовляют из асбеста 4—5-го сорта с наполнителем (каолин) и склеивающим веществом (крахмал) в виде листов толщиной от 2 до 10 мм. Объемная масса листов 900— 1000 кг/м3, теплопроводность при 100 °С — 0,182 Вт/ (м-К). Асбестовый картон применяют для изоляции трубопроводов (до 500 °С), а также для покрытий деревянных конструкций и дверей, чтобы повысить их огнестойкость. Асбестовый картон ячеистого строения изготовляют путем склеивания жидким стеклом или клеем чередующихся слоев гладкой и гофрированной асбестовой бумаги. Благодаря пористому строению такой картон легок и мало теплопроводен (теплопроводность при 50°С и объемной массе 200—600 кг/м3 составляет 0,052—0,093 Вт/(м-К). В виде плит его применяют для теплоизоляции плоских поверхностей, в виде цилиндрических и полуцилиндрических покрышек — для изоляции трубопроводов. Асбестодиатомовые (асбестотрепельные) теплоизоляционные материалы представляют собой порошки, состоящие из смеси асбеста (15 %) и молотого трепела или диатомита (асбозурит), иногда с добавками других веществ — слюдяных чешуек, отходов асбестоцементных заводов (асбослюда, асботермит). Порошки затворяют водой и в виде тестообразной массы наносят на изолируемую поверхность. Объемная масса изделий из асбозурита в сухом состоянии — 500—800 кг/м3, а теплопроводность при 100 °С — от 0,093 до 0,21 Вт/(м-К); температуростойкость — до 600 °С. Из асбестоизвестковотрепельных теплоизоляционных изделий наибольшее применение нашли вулканитовые изделия. Их изготавливают из смеси диатомита (60 %), асбеста (20 %), извести (20 %) и воды. Изделия в виде плоских или лекальных плит небольших размеров после формования пропаривают в автоклаве, где происходит образование гидросиликатов кальция, обеспечивающих прочность вулканита. Объемная масса вулканитовых плит — до 400 кг/м3, теплопроводность при 50 °С — не выше 0,091 Вт/(м-К), предел прочности при изгибе — не менее 0,3 МПа, максимальная температура применения — 600 °С.Асбестомагнезиальные и асбестодоломитовые теплоизоляционные материалы и изделия изготовляют из смесей асбеста 5—6-го сорта с легкой водной углекислой солью магния (ньювель) или асбеста с водной углекислой солью магния и углекислого кальция (совелит), получаемых соответственно при переработке магнезита и доломита. Ньювель и совелит в виде порошков используют для засыпной или мастичной теплоизоляции, а также для изготовления плит, скорлуп и сегментов. Совелит дешевле и не менее эффективен, чем ньювель. Объемная масса совелитовых изделий — не более 400 кг/м8, теплопроводность при 100 °С — не выше 0,093 Вт/ (м-К), предельная температура применения — 500 °С.
89. Классификация теплоизоляционных материалов на органической основе.Органические теплоизоляционные материалы в зависимости от природы исходного сырья можно условно разделить на два вида: материалы на основе природного органического сырья (древесина, отходы деревообработки, торф, однолетние растения, шерсть животных и т.д.), материалы на основе синтетических смол, так называемые теплоизоляционные пластмассы. Теплоизоляционные материалы из органического сырья могут быть жесткими и гибкими. К жестким относят древесносткужечные, древесноволокнистые, фибролитовые, арболитовые, камышитовые и торфяные, к гибким - строительный войлок и гофрированный картон. Эти теплоизоляционные материалы отличаются низкой водо - и биостойкостью. Древесноволокнистые теплоизоляционные плиты получают из отходов древесины, а также из различных сельскохозяйственных отходов (солома, камыш, костра, стебли кукурузы и др.). Процесс изготовления плит состоит из следующих основных операций: дробление и размол древесного сырья, пропитка волокнистой массы связующим, формование, сушка и обрезка плит. Древесноволокнистые плиты выпускают длиной 1200-2700, шириной 1200-1700 и толщиной 8-25 мм. По плотности их делят на изоляционные (150-250 кг/м3) и изоляционно-отделочные (250-350 кг/м3). Теплопроводность изоляционных плит 0,047-0,07, а изоля-ционно-отделочных - 0,07-0,08 Вт/(м-°С). Предел прочности плит при изгибе составляет 0,4-2 МПа. Древесноволокнистые плиты обладают высокими звукоизоляционными свойствами. Изоляционные и изоляционно - отделочные плиты применяют для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок и перекрытий зданий, акустической изоляции концертных залов и театров (подвесные потолки и облицовка стен). Арболит изготовляют из смеси цемента, органических заполнителей, химических добавок и воды. В качестве органических заполнителей используют дробленые отходы древесных пород, сечку камыша, костру конопли или льна и т.п. Технология изготовления изделий из арболита проста и включает операции по подготовке органических заполнителей, например дробление отходов древесных пород, смешивание заполнителя с цементным раствором, укладку полученной смеси в формы и ее уплотнение, отвердение отформованных изделий. Теплоизоляционные материалы из пластмасс. В последние годы создана довольно большая группа новых теплоизоляционных материалов из пластмасс. Сырьём для их изготовления служат термопластичные (полистирольные; поливинилхлоридные, полиуретановые) и термореактивные (мочевино - формальдегидные) смолы, газообразующие и вспенивающие вещества, наполнители, пластификачоры, красители и др. В строительстве наибольшее распространение в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов получили пластмассы пористо-ячеистой структуры. Образование в пластмассах ячеек или полостей, заполненных газами или воздухом, вызвано химическими, физическими или механическими процессами или их сочетанием. В зависимости от структуры теплоизоляционные пластмассы могут быть разделены на две группы: пенопласты и поропласты. Пенопластами называют ячеистые пластмассы с малой плотностью и наличием несообщающихся между собой полостей или ячеек, заполненных газами или воздухом. Поропласты-пористые пластмассы, структура которых характеризуется сообщающимися между собой полостями. Наибольший интерес для современного индустриального строительства представляют пенополистпрол, пенополивинилхлорид, пенополиуретан и мипора. Пенополистирол - материал в виде белой твердой пены с равномерной замкнутопористой структурой. Пенополистирол выпускают марки ПСБС в виде плит размером 1000х500х100 мм и плотностью 25-40 кг/м3. Этот материал имеет теплопроводность 0,05 Вт/(м-°С), максимальная температура его применения 70°С. Плиты из пенополистирола применяют для утепления стыков крупнопанельных зданий, изоляции промышленных холодильников, а также в качестве звукоизолирующих прокладок. Сотопласты - теплоизоляционные материалы с ячейками, напоминающими форму пчелиных сот. Стенки ячеек могут быть выполнены из различных листовых материалов (крафт - бумаги, хлопчатобумажной ткани, стекло - ткани и др.), пропитанных синтетическими полимерами. Сотопласты изготовляют в виде плит длиной 1-1,5 м, шириной 550 - 650 и толщиной 300 - 350 мм. Их плотность 30-100 кг/м3, теплопроводность 0,046-0,058 Вт/(м-°С). прочность при сжатии 0,3-4 МПа. Применяют сотопласты как заполнитель трехслойных панелей. Теплоизоляционные свойства сотопастов повышаются в результата заполнения сот крошкой мипоры.
90. Теплоизоляционные материалы на основе полистирола, поливинилхлорида, полиуретанов, фенолоформальдегидных смол. Физико-технические свойства, технология производства.основные виды пенопластов, используемых в качестве теплоизоляционных материалов – пенополистирол, пенополиуретан, пенополивинилхлорид, пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол, поропласты на основе мочевиноформальдегидных смол. Пенополистирол. Пенополистирол – общее название пенопластов на основе полистирола. Пенопласты на основе полистирола изготовляют прессовым способом (ПС), беспрессовым способом (ПСБ), экструзионным способом, а также литьем под давлением. Сырьем для изготовления пенопластов марок ПС служит эмульсионный полистирол марки Б (в виде порошка) и порофоры, а для изготовления пенопласта вида ПСБ – суспензионный, состоящий из отдельных гранул. Отличие беспрессового способа изготовления пенопластов вида ПСБ от стандартного, когда синтетические смолы смешиваются с газообразователем, отвердителем и другими компонентами, состоит в том, что при производстве ПСБ уже готовые гранулы полистирола вспучиваются и свариваются между собой в форме при нагревании водой или паром с температурой 80-100 °С. Полистирольные пенопласты — сгораемый материал; при добавлении к ним антипиренов получают трудносгораемый материал (вид ПСБ-С). Добавление антипиренов не влияет на физико-механические показатели свойств полистирольных пенопластов. Полистирольные пенопласты имеют в основном закрытые поры. Такие пенопласты стойки к действию пресной и морской воды, кислот, щелочей, спиртов, но нестойки к действию органических растворителей (бензола, бензина и других нефтепродуктов).Пенополиуретаны. Пенополиуретаны – общее название пенопластов на основе полиуретанов. Пенополиуретаны получают в результате сложных реакций, протекающих при смешивании полиэфира, диизоцианата или полиизоцианата, вспенивающего агента в присутствии катализатора, эмульгатора и добавок. Изменяя состав смеси, можно получать пенополиуретаны с различными свойствами. Полиэфиры применяют простые и сложные. По виду полиэфира получают жесткие или эластичные пенополиуретаны. Диизоцианат – вещество, содержащее уретан. Катализаторы регулируют реакцию образования полиуретана, его вспенивание и отверждение. Эмульгаторы – поверхностно-активные вещества, позволяющие получить равномерную структуру пенополиуретана, однородного по свойствам. В качестве добавок при изготовлении пенополиуретана применяют газообразователи – вещества, обеспечивающие пористость материала, антипирены, повышающие его огнестойкость, и красители. Пенополиуретан изготовляют непрерывным способом, способами заливки и напыления. Промышленность выпускает различные эластичные и жесткие пенополиуретаны.Пенополивинилхлориды. Поливинилхлорид – термопластичный полимер, содержащий до 56,8% связанного хлора, что обеспечивает его пониженную горючесть по сравнению с полистиролом и позволяет отнести его группе трудносгораемых и трудновоспламеняемых материалов. Пенопласты на основе поливинилхлорида изготовляют прессовым (жесткие пенопласты ПХВ-1, ПХВ-2, эластичные ПВХ-Э) и беспрессовым (жесткий пенопласт ПВ-1) способами. В качестве полимера используют латексные поливинилхлориды марок ПВХ-Л5, ПВХ-Л7, в качестве газообразователей – порофор ЧХЗ-57, углекислый аммоний и бикарбонат натрия. Чтобы изготовить эластичные пенопласты, вводят пластификаторы. При применении для тепловой изоляции пенопластов из поливинилхлорида может возникнуть коррозия изолируемых металлических поверхностей в результате выделения хлороводорода, который может образовываться из-за частичного разложения полимера. Поэтому эти материалы испытывают на содержание свободного HCl.Пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол. Фенолоформальдегидные смолы – наиболее распространенные и дешевые полимеры. Пенопласты, изготовленные на их основе, отличаются повышенной тепло- и огнестойкостью по сравнению с остальными. В основном относятся к группе трудносгораемых материалов. Являются химически стойкими материалами. Пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол изготовляют беспрессовым способом и способом заливки. Пенопласты, получаемые беспрессовым способом, изготовляют из смеси, состоящей из новолачной фенолоформальдегидной смолы, отвердителя (уротропин), газообразователя (порофор ЧХЗ-57) и наполнителей (стекловолокно, алюминиевая пудра). Беспрессовым способом получают изделия из пенопластов марок ФФ, ФС-7-2. Пенопласт ФФ – газонаполненная пластмасса с преимущественно замкнутой ячеистой структурой. Пенопласт ФФ морозостоек и относится к группе трудносгораемых материалов. Выпускают в виде плит, покрытых бумагой, с необрезанными и обрезанными торцами. Размер плит с обрезанными торцами не менее 480Х480Х50 мм. Цвет плит от желтого до коричневого.
Технология строительных материалов специального назначения.
Классификация бетонов. Материалы для бетона. - Существует несколько классификаций бетона, основная из которых классификация по средней плотности. По данному признаку различают 5 типов бетона:1. Особо тяжелый. Плотность такого бетона составляет примерно 2500кг/м3 и более. В качестве заполнителя используются обрезки стали, магнетит, железная руда. К такому типу относятся сталебетон, баритовый и магнетитовый (их название напрямую зависит от основного наполнителя). Особо тяжелый бетон применяют при строительстве особых конструкций. Например, для защиты от воздействий радиации, он используется при строительстве АЭС.2. Тяжелый. Имеют плотность от 2000 до 2500кг/м3. В качестве заполнителя используется известняк, гранит и другие горные породы, а также плотный песок. Он широко применяется в тяжелой промышленности – строительство несущих опор зданий и сооружений, фундаментов, зданий с повышенным радиационным фоном.3. Облегченный. Плотность такого бетона от 300 до 2000кг/м3. Основной заполнитель – щебень. Его относят к разновидности обычного бетона, широко применяемого в строительстве жилых домов, закладке фундаментов и стен. Основное преимущество такого вида бетона – его вес, который позволяет применять его в различных областях.4. Легкий. Средняя плотность их составляет 500 – 1800кг/м3. В качестве заполнителя применяют керамзит, пемза, то есть в основном пористые заполнители. В свою очередь этот тип бетона делится на 2 вида:• Конструктивно-теплоизоляционный бетон, средняя плотность которого от 500 до 1400кг/м3.• Конструктивный бетон с плотностью от 1400 до 1800кг/м3.Такой бетон широко применяется при строительстве многоквартирных домов, торговых центров, его легкий вес позволяет широко его использовать в любом из видов гражданского строительства. В зонах с повышенной склонностью к землетрясениям он особенно актуален.5. Особо легкий. Бетон, который имеет плотность меньше 500кг/м3, называют особо легким. Основной заполнитель – перлит или арболит, достаточно легкие породы. К этому виду относятся газо- и пенобетоны. В основном они применяются при строительстве стен жилых домов, при прокладке перекрытий или создания дополнительных теплоизоляционных условий.Такая классификация бетонов, позволяет учитывать среднюю плотность, а значит заполнитель бетонной смеси, его пористость и средний вес. В зависимости от вида строительства, области применения и назначения, используется определенный тип бетона.
Особенности свойств мелкозернистого бетона. Мелкозернистый бетон для фибробетонных и армоцементных конструкций - Для изготовлении тонкостенных железобетонных конструкций применяют мелкозернистый бетон, не содержащий щебня. Армируя этот бетон ткаными сетками, получают армоцемент — высокопрочный материал для тонкостенных конструкций. Мелкозернистый бетон можно также использовать для изготовления железобетонных конструкций в районах, где отсутствуют щебень и гравийно-песчаная смесь.
Свойства мелкозернистого бетона определяются теми же факторами, что и обычного бетона.
Однако мелкозернистый цементно-песчаный бетон имеет некоторые особенности, обусловленные его структурой, для которой характерны большая однородность и мелкозернистость, высокое содержание цементного камня, отсутствие жесткого каменного скелета, повышенные пористость и удельная поверхность твердой фазы
Зависимости прочности песчаного бетона от его состава.
При В/Ц = 0,3 зависимость прочности от расхода цемента прямолинейна: уменьшение расхода цемента приводит к резкому понижению прочности бетона, так как при малом содержании цемента смесь становится все менее удобообрабатываемой, хуже уплотняется, а ее плотность и соответственно прочность постепенно уменьшаются. Наивысшую прочность показывает в этом случае цементный камень.
При более высоких значениях водоцементного отношения (В/Ц=0,4 и выше) наивысшая прочность бетона достигается при определенном оптимальном соотношении между цементом и песком. При этом соотношении достигается максимальная плотность бетонной смеси.
При меньших расходах цемента удобообрабатываемость смеси постепенно снижается, что затрудняет ее укладку и приводит к постепенному понижению прочности и плотности бетона
При более высоком содержании цемента возрастает количество избыточной воды в бетоне, соответственно увеличивается пористость и понижается прочность.
Для каждого состава бетона имеется оптимальное значение В/Ц, при котором получаются наивысшие прочность и плотности бетона.
Мелкозернистый бетон с микронаполнителем - Для экономии цемента в мелкозернистый бетон иногда вводят микронаполнители — золу, известняковую муку, молотый песок и др. Состав в этом случае определяют обычным методом, рассматривая цемент и микронаполнитель как единое вяжущее. Активность вяжущего и его влияние на водопотребность бетонной смеси зависят от содержания и свойств микронаполнителя. Влияние вяжущего на водопотребность устанавливают предварительными испытаниями. Для ориентировочных расчетов можно принять, что уменьшение активности цемента пропорционально увеличению содержания микронаполнителя: при содержании микронаполнителя 20% активность вяжущего уменьшается на 20%.
Влияние микронаполнителя на водопроводность бетонной смеси можно учесть, если известна его водопотребность. В этом случае количество воды, которое надо добавить к расходу воды или, наоборот, на которое надо уменьшить расход воды
Водопотребность бетонной смеси можно определить раздельным учетом водопотребности цемента и микронаполнителя. Составы бетона обязательно необходимо подбирать в соответствии с ГОСТ 27006-86.
При этом следует учитывать технологические особенности вибропрессующего оборудования.
Главным образом, окончательный состав мелкозернистого бетона зависит от свойств и качества исходных материалов.
Кроме этого, вполне возможно пофракционное разделение песка при приготовлении мелкозернистых бетонных смесей.
В последнем случае дозирование воды не потребует большой точности.
Для этой цели песок сначала просеивают через сито 2,5 мм.
Затем то, что прошло через него, просеивают через более мелкое сито 1,2 мм и получают первую фракцию.
Та масса, которая прошла через сито 1,2 мм, просеивается через сито 0,315 мм и, таким образом, получают вторую фракцию.
Для приготовления бетонной смеси берут от 20% до 50% первой фракции, и от 50% до 80% второй фракции.
Следует, однако, подчеркнуть, что технология приготовления мелкозернистого бетона является ориентировочной, но может, тем не менее, быть использована на конкретном производстве.
Разновидности ячеистого бетона, эффективность их применения- ОПИСАНИЕ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА Ячеистый бетон соединяет в себе преимущества, которые могут быть достигнуты только при комбинации различных материалов. Благодаря своей пористой структуре он одновременно массивен и легок. С одной стороны, он прочен и несгораем, как камень, с другой - обладает легкостью и простотой обработки, свойственными дереву. 3аключенный в порах воздух приводит к исключительному теплоизоляционному эффекту. Так, термическое сопротивление ограждающих конструкций из ячеистого бетона в 3 раза выше, чем из керамического кирпича и в 8 раз выше, чем из тяжелого бетона. Ячеистый бетон является единственным стеновым материалом в Республике Беларусь, который может использоваться без дополнительного утепления. В процессе эксплуатации здания из ячеистого бетона расходы на отопление снижаются на 25-30 %. В производстве изделий из ячеистого бетона используется технология заливки в высокоточные формы, изготовленные методом ?лазерной? резки, благодаря чему обеспечивается высокая точность размеров изделий. Точные геометрические характеристи?ки изделий позволяют вести кладку с использованием клеевого раствора, что исключает наличие ?мостиков холода?. Благодаря своей структуре ячеистый бетон легко и точно по размеру пилится, сверлится и фре?зеруется, что позволяет решать вопросы архитектурной выразительности. Благоприятное соотношение веса и объема делает все строительные конструкции удобными для транспортировки и позволяет полностью использовать мощности транспортных средств. Ячеистый бетон, обладая высокими теплозащитными свойствами и теплоаккумулирующей способностью, предотвращает значительные потери тепла зимой и позволяет избежать слишком высо?ких температур летом, исключает резкие колебания температуры в помещениях; позволяет регулировать влажность воздуха в комнате путем впитывания и отдачи влаги, тем самым способствуя созданию благоприятного микроклимата. Ячеистый бетон не только создает максимум удобств, он еще и абсолютно экологичен, то есть. не выделяет токсичных соединений. Согласно проведенным исследованиям, уровень радиоактивности ячеистого бетона значительно ниже допустимых пределов. Коэффициент экологичности ячеистого бетона, по данным Минздрава, составляет - 2, и уступает только дереву (коэффициент - 1). Для примера, этот коэффициент у керамического кирпича составляет 10, а у керамзитобетона - 22. РАЗНОВИДНОСТИ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА Существуют несколько видов ячеистых бетонов. Самые распространенные ? это газобетон и газосиликат. Их производят большинство белорусских комбинатов силикатных изделий (КСИ), ОАО ?Забудова? и др. Газобетон и газосиликат представляют собой ячеистые теплоизоляционные бетоны, получаемые из портландцемента (газобетон) или из смеси извести с молотым кварцевым песком (газосиликат) пут?м вспучивания предварительно приготовленного шлама (теста) с помощью газообразователей (чаще всего это алюминиевая пудра ) и отвердевания в различных условиях (автоклавная обработка или пропаривание). Таким образом, газобетон и газосиликат - это теплоизоляционные л?гкие бетоны, получаемые на основе портландцемента, воды, молотого кварцевого песка и других минеральных материалов. По способу твердения газобетон бывает автоклавный и неавтоклавный, газосиликат - это только автоклавный материал. Главное преимущество газобетона и газосиликата в том что он (при одинаковой плотности) имеет прочность несколько выше, чем пенобетон (за счет автоклавирования).Другая разновидность ячеистого бетона - пенобетон, По своим свойствам и применению подобен газобетону и газосиликату. Он создается путем равномерного распределения пузырьков воздуха по всей массе обычного бетона. В отличие от газобетона, пенобетон получается не при помощи химических реакций, а при помощи механического перемешивания предварительно приготовленной пены с бетонной смесью. Пенобетону (в отличие от газобетона) свойственна преимущественно закрытая структура пористости, то есть пузырьки воздуха внутри материала изолированы друг от друга. Пенобетон практически не впитывает влагу, в отличие от газобетона, имеющего сквозные поры. Благодаря этим свойствам пенобетон обладает более высокими теплозащитными и морозостойкими характеристиками, нет необходимости в антикоррозийной защите арматуры и использовании специальной штукатурки и покраски. Пенобетон может использоваться в местах повышенной влажности и на стыках холод - тепло, т.е. там, где применение газобетона недопустимо (из-за его высокого водопоглощения). Продукция завода соответствует требованиям СТБ 1117-98 и безопасна для окружающей среды.
 
Тяжелый бетон в условиях повышенных температур. Жаростойкие бетоны на портландцементе - Жаростойкий бетон предназначен для конструкций, испытывающих в процессе эксплуатации длительное воздействие высоких температур.
При нагреве бетона, изготовленного на портландцементе, происходят процессы дегидратации Са(ОН)2 и разложения гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, образовавшихся в процессе твердения цемента. В результате прочность бетона значительно уменьшается, а оксид кальция в последующем под воздействием влаги гидратируется и увеличивается в объеме. Это приводит к растрескиванию конструкций.
Для придания бетону на портландцементе необходимой стойкости к действию высоких температур в его состав вводят тонкодисперсные добавки, содержащие активный аморфный кремнезем, который способен связывать оксид кальция при температуре 700...900°С благодаря реакциям в твердом состоянии. В качестве добавок применяют пемзу, золу ТЭС, шамот, доменный гранулированный шлак. Заполнителями в жаростойких бетонах служат огнеупорные материалы: шамот, бой огнеупорного магнезитового кирпича, корунд, хромитовая руда. В качестве вяжущих используют жидкое стекло, глиноземистый и высокоглиноземистый цементы, периклазовый цемент, фосфатное связующее. Тип вяжущего вещества и заполнителей для жаростойкого бетона выбирают с учетом температуры эксплуатации конструкции.
По степени огнеупорности жаростойкие бетоны разделяют на следующие группы: высокоогнеупорные с огнеупорностью в пределах 1580... 1770 °С и жароупорные с огнеупорностью ниже 1580 °С.
Установлены классы жаростойкого бетона по прочности на сжатие (от В1 до В40). В зависимости от предельно допускаемой температуры применения жаростойкие бетоны подразделяют на классы от 3-го (Т = 300 °С) до 18-го (1800 °С).Тяжелый и легкий жаростойкие бетоны применяют для футеровки печей, котлов, устройства дымовых каналов, труб в сооружениях различных отраслей промышленности: черной и цветной металлургии, химической, энергетической, при производстве строительных материалов.
Химически стойкий бетой изготовляют на специальных вяжущих — синтетических смолах, жидком стекле с полимерной добавкой.
Такой бетон оценивают с помощью коэффициента химической стойкости ^хс, равного отношения прочности образцов, подвергавшихся воздействию агрессивной среды, к прочности контрольных образцов. Чем выше этот коэффициент, тем большей стойкостью обладает бетон. Различают бетоны высокой стойкости (Кхс > 0,8), стойкие (0,5...0,8), относительно стойкие (0,3...0,5) и нестойкие (К^с < 0,3).
Необходимая стойкость бетона обеспечивается применением стойких связующих веществ и заполнителей. К связующим относят фурфурол-ацетоновую, полиэфирную, карбамидную или фурано-зпоксидную смолу, жидкое стекло. Заполнители также должны быть кислотостойкими: кварцевый песок, гранитный щебень. Для повышения плотности бетона и сокращения расхода дорогостоящих смол в бетон вводят кислотостойкие наполнители — кварцевую или андезитовую муку.
Марки химически стойких бетонов по прочности на сжатие находятся в пределах М300...МП00, морозостойкость — 300...1000 циклов.
Бетоны на основе полимерных связующих называют полимербетона-ми, а на основе жидкого стекла с добавками полимеров — полимерсили-катами. Химически стойкие бетоны применяют для изготовления конструкций на предприятиях по производству кислот, минеральных удобрений, цветных металлов, искусственного волокна, целлюлозы, сахара, т.е. в тех случаях, когда бетон на портландцементе быстро разрушается.
Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях- Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях имеют плотность менее 2100 кг / м3, теплопроводность в 1 5 - 2 раза меньше, чем у тяжелых бетонов. Применяют пористые заполнители, выдерживающие действие высоких температур ( 700 - 1000 С): керамзит, вспученный перлит, вермикулит, вулканический туф
Легкие жаростойкие бетоны торкретбетоны применяют в качестве теплоизоляционного слоя и рабочей футеровки печей.
Легкий жаростойкий бетон на пористом заполнителе имеет плотность менее 2100 кг / м3, его теплопроводность в 1 5 - 2 раза меньше, чем у тяжелого бетона. Применяют пористые заполнители, выдерживающие действие высоких температур ( 700 - 1000 С): керамзит, вспученный перлит, вермикулит, вулканический туф.  [4]Для легких жаростойких бетонов с керамзитовым заполнителем также характерна низкая жаростойкость, которая связана главным образом, с различными коэффициентами температурных деформаций и теплопроводности цементного камня и керамзита, вызывающими дополнительные деструктивные напряжения в цементном камне. Основная причина низкой термической стойкости бетонов на других заполнителях также связана с существенным различием в значениях названных коэффициентов.  [5]Для изготовления легких жаростойких бетонов применяют гранулированные заполнители в виде керамзита и фосфозита. Технические показатели легкого жаростойкого бетона для футеровки печей на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях приведены в табл. П-2. Для широкого внедрения представляются перспективными футеровки из волокнистых огнеупорных материалов.
Разработан состав особо легкого жаростойкого бетона, в который входят быст-ротвердеющий портландцемент, тонкомолотая силикат-глыба и легкие пористые и волокнистые заполнители.  
Печи футерованы армированным легким жаростойким бетоном, собранным из блоков. Блоки изготавливаются из перлитобетона, вермикулитокерамзитобе - тона или керамзитобетона.  
Вследствие невысокой механической прочности легкий жаростойкий бетон используют в качестве самонесущей конструкции, не воспринимающей дополнительных нагрузок. В печах могут быть применены однослойные и многослойные панели. Толщина слоя футеровки одной панели не превышает 250 мм. Размеры и форма панели определяются конструкцией печи, расположением в ней горелок и с учетом способов транспортирования, производства монтажных к ремонтных работ. Для усиления крупные панели имеют металлическое основание. Возможны варианты футеровки печи нанесением легкого жаростойкого бетона на ее металлический кожух.
Вследствие невысокой механической прочности легкий жаростойкий бетон используют в качестве самонесущей конструкции, не воспринимающей дополнительных нагрузок. В печах могут быть применены однослойные и многослойные панели. Толщина слоя футеровки одной панели не превышает 250 мм. Размеры и форма панели определяются конструкцией печи, расположением в ней горелок и с учетом способов транспортирования, производства монтажных и ремонтных работ. Для усиления крупные панели имеют металлическое основание. Возможны варианты футеровки печи нанесением легкого жаростойкого бетона на ее металлический кожух.
Из-за невысокой механической прочности легкий жаростойкий бетон используют в качестве самонесущей конструкции, не воспринимающей дополнительных нагрузок. В печах могут быть применены однослойные и многослойные панели. Толщина слоя футеровки одной панели не превышает 250 мм. Размеры и формы панели определяются конструкцией печи, расположением в ней горелок и с учетом способов транспортирования, производства монтажных и ремонтных работ. Для усиления крупные панели имеют металлическое основание. Возможны варианты футеровки печи непосредственным нанесением легкого жаростойкого бетона на ее металлический кожух.
Цементно-полимерный бетон. Полимербетоны - В бетонную смесь, в качестве вяжущего, для пропитки готовых бетонных и железобетонных изделий, для дисперсного армирования полимерными волокнами, в виде легких заполнителей или модификации свойств минеральных заполнителей, в качестве микронаполнителя. Каждое из этих направлении имеет свои области применения и технологические особенности.
Здесь и далее рассмотрены бетоны, в которые вводится заметное количество полимеров, создающих в структуре материала полимерную фазу и существенно влияющих на его строение и свойства. В мировой практике для таких бетонов начали употреблять термин «П-бетоны». Подобные материалы можно подразделять на четыре группы цементно-полимерные бетоны, полимербетоны, бетононолимеры и бетоны, содержащие полимерные материалы (заполнители, дисперсную арматуру или микронаполнители)
Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих минерального Вяжущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства- повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионьые свойства, высокую износостойкость, непроницаемость В то же время особенности полимерной составляющей определяют и другие особенности цементно-полимерного бетона, в ряде случаев несколько повышенную деформативность, снижение показателей прочности при водном хранении
Бетонополимеры.- это специальные бетоны на цементе или другом минеральном вяжущем сырье, пропитанные монополимерами с их последующим отверждением.  Данный способ обработки способствует тому, что  поры и дефекты бетона оказываются закупоренными, и тем самым улучшается его физико-механические свойства.
    При обработке бетона полимерами его прочность возрастает в несколько раз, увеличивается его стойкость к воздействию ряда агрессивных сред. К тому же данным способом, возможно обрабатывать уже готовые изделия, для эффективности используется  зонная или поверхностная пропитка. На обработанной  поверхности бетонополимерами увеличивается  коррозийная и морозно стойкость, увеличивается прочность и долговечность.
  В современном производстве бетонополимеры применяются при:
         Пропитке железобетонных, армоцементных и стеклоцементных конструкций;
        Для повышения прочности и долговечности для пропитки балконных плит, деталей лестниц, полы в помещениях сантехники, подоконные доски, кровельные плиты,  закладные детали и т.д.;
        Для конструкций которые эксплуатируются в тяжелых условиях, детали градирен и опреснителей, фундаменты под агрегаты, изоляционные изделия, станины тяжелых машин, трубы для промышленных стоков, элементы отстойников для ряда жидкостей, кровли и прочие изделия;
        Для пропитки мостов и дорожных покрытий, бордюрный камень, тротуарные плиты, трубы, элементы тоннелей, а также ремонт дорожных покрытий и мостов, плиты водосбросов..
Существенным недостатком обычных бетонов является наличие разветвленной сети пор, капилляров, различных микродефектов, образующихся при формовании бетонных и железобетонных изделии, их твердении и в процессе эксплуатации. Дефекты и поры понижают прочность бетона, а также его долговечность и стойкость к воздействию агрессивных сред, так как открывают последним доступ внутрь бетона.
Свойства бетона можно изменить, если поры и капилляры заполнить другим веществом. Для этого готовые бетонные или железобетонные изделия или конструкции подвергают специальной обработке. Эта обработка включает сушку изделий, вакуумирование, пропитку специальным составом и полимеризацию при пропитке мономерами. Окончательные свойства материала будут зависеть как от свойств обрабатываемого бетона и используемого для заполнения пор вещества или состава, так и от технологии обработки.
Силикатный бетон - Изготовление таких материалов основано на автоклавном твердении смеси из негашеной извести, кварцевого или обычного песка и другого заполнителя. Классификация производится по виду заполнителя, плотности, размеру фракций компонентов, структуре и пластичности раствора, а также области применения. Существует несколько видов силикатных бетонов:
тяжелые в них заполнителем является песок смешанный с щебнем или гравием;
легкие с наполнением из керамзита или аглопорита;
ячеистые.
По ряду основных свойств силикатные бетоны очень близки к смесям на основе цемента. Для этого материала справедливы и зависимости свойств от технологических особенностей изготовления, выведенные для изделий из цемента. Он отличается более низкой устойчивостью к воде, которая может быть повышена путем введения специальных пропиток, карбонизацией или покрытием кремнийорганическими составами отталкивающими влагу. Еще один путь заключается во введении добавки из доменного шлака, которая позволяет образовать водостойкую гидросиликатную связку или малорастворимых соединений кальция. Такие составы хорошо противостоят не только воде, но и ряду других агрессивных сред.
Сейчас из автоклавного бетона получают несущие панели для внутренних помещений и перекрытий, а также крупные блоки для наружных стен. Из специальных составов изготавливают железнодорожные шпалы и шифер, в котором не содержится асбеста. Этот материал используется для строительства оснований шоссе, станций метрополитена и при прокладке шахт.
Ячеистые силикатные бетоны тоже получили широкое распространение. Они характеризуются значительным количеством искусственно созданных пор, заполненных газом или воздухом, которое может достигать 80% от общего объема. Такие материалы в свою очередь подразделяются на пенобетоны и газобетоны. Первые изготавливают смешиванием вяжущего с водой, кремнеземистым компонентом и пеной. Вторые добавлением в состав газообразователя: алюминиевой пудры или перекиси водорода.
Теплоизоляционные, которые имеют плотность до 550 кг/М3;
Конструктивно-теплоизоляционные, плотность которых находится в пределах от 550 кг/М3 до 950 кг/М3;
Конструктивные более 950 кг/М3.
Для повышения прочности используется плотный зернистый кремнеземистый компонент, а перемешивание производится в специальном скоростном смесителе. Дисперсное армирование состава волокнистыми добавками увеличивает устойчивость на излом.
Свойства ячеистого бетона улучшаются после вибрационного воздействия на приготовленную смесь это способствует интенсификации процесса газовыделения и созданию однородной мелкопористой структуры.
Силикатный бетон с мелкозернистым наполнителем может иметь предел прочности до 50 МПа, а высокопрочные составы и более 80 МПа. Повышенная морозоустойчивость позволяет изделию перенести более 300 циклов замораживания с последующим оттаиванием без разрушения структуры. Существенный прирост в данном направлении дает добавка портландцемента. Её объем составляет не более 14% от количества известково-кремнеземистого вещества.
Данный материал отлично зарекомендовал себя при проведении различных строительных работ, поэтому сегодня он широко используется во многих областях. Из такого раствора получают различные ЖБИ изделия и элементы конструкций. В первом случае используется тяжелые мелкозернистые смеси, основным компонентом которых является кварцевый песок. Данный материал обеспечивает плотность до 2300 кг/м3 и высокие прочностные характеристики. В ряде случаев изготавливается искусственный камень, выдерживающий до 100 МПа. Для увеличения нагрузочной способности силикатные бетоны смешивают на основе тонкомолотого кварцевого песка и уплотненной известково-кремнеземистой смеси. Оказывает влияние и соответствующий режим автоклавной обработки. Малая толщина армоцементных элементов и строгие допуски предъявляют высокие требования к точности изготовления армоцементных конструкций. Недопустимо кустарное изготовление с ручным уплотнением бетонной смеси без фиксации арматуры, особенно сеток.
В Советском Союзе были разработаны и освоены несколько индустриальных способов изготовления армоцементных конструкций. Ниже рассмотрены машинные способы изготовления, позволяющие получать изделия высокого качества, с заданной высотой сечения, надлежащей толщиной защитного слоя и соблюдением всех необходимых параметров конструкции.
Способ вибропрофилирования. Формуют изделие вибропрофилером. Это машина, нижняя часть которой повторяет форму поперечного сечения конструкции. В средней части располагается бункер, внутри которого размещается вибродиафрагма, подвешенная на упругих подвесках. Поддон с уложенной на нем арматурой движется по рельсам под вибропрофилером. В зазор между ними, по форме поперечного сечения изделия, из бункера поступает бетонная смесь вязкостью до 30 сек, которая уплотняется вибраторами, находящимися на профилере. Скорость передвижения поддона 0,5—1,5 м/мин. Для прохождения бетона сквозь пакет сеток нужно вызвать вибрацию около 3000 кол/мин. Бетон вызревает на поддоне. Технологическая линия — поточная с тепловой обработкой в стационарных пропарочных камерах. Этот способ пригоден для изготовления изделий постоянной высоты, плоской или цилиндрической формы, длиной до 10 м, шириной до 3 м при наибольшем угле наклона открытых поверхностей до 30°. Одним из его недостатков является то, что во время теплообработки изделие находится на поддоне, в результате при массовом производстве требуется большое количество поддонов и большие производственные площади.
Способ формования при помощи скользящего виброштампа пригоден для изготовления длиномерных изделий плоской или цилиндрической формы. Скользящий виброштамп—машина, состоящая из формующей плиты, повторяющей конфигурацию изделия с приподнятой передней частью. Плита жестко скреплена с вибраторами и пригрузом. Вверху находится бункер (рис. 86). Скользящий виброштамп движется по направляющим; бетонная смесь поступает из бункера на стенд-матрицу через щель, ширину которой можно регулировать заслонкой, разравнивается и уплотняется. Полная готовность изделия достигается за несколько проходов штампа. Угол наклона формуемой поверхности к горизонту не должен превышать 15°. Технологическая линия — стендовая или поточно-агрегатная. Скорость передвижения виброштампа — 0,5-1,5 м/мин. Для уплотнения бетона нужно применять вибраторы с частотой до 6000 кол/мин.
Оба способа пригодны для уплотнения бетонов с низким В/Ц = 0,3—0,35.
Их недостатки — сложность оборудования, возможность изготавливать элементы только сравнительно простой формы и постоянного сечения.
Такие и подобные им машины были изготовлены и применялись НИИЖБ, трестом Оргэнергострой в Куйбышеве, заводом Южэнергострой и другими организациями.
Способ виброштампования заключается в уплотнении бетонной смеси вибрированием с пригрузом. При этом применяется стационарный виброштамп с матрицей или виброплощадки с пригрузом. Бетонная смесь укладывается и разравнивается бетоноукладчиком, после чего уплотняется вибрированием. По завершению цикла вибрирования штамп снимается. Этот способ пригоден для формования изделий площадью до 20 м и высотой до 1,5 м. Требуемая частота — 6000 кол/мин, величина пригруза — 80 гс/см2. Допускается немедленная распалубка с отрывом штампа от поверхности изделия, при этом жесткость бетонной смеси по техническому вискозиметру должна составлять 20—40 сек. Технологическая схема агрегатно-поточная или стендовая. В случае снятия штампа до отвердения, вследствие присоса между виброштампом и изделием срывается поверхность бетона. При подъеме виброштампа через 2—3 часа и уменьшении силы присоса подачей сжатого воздуха между штампом и изделием отрыв штампа происходит без помех.
Бетоны, полученные таким способом, характеризуются высокой прочностью (1000 — 1200 кгс/см2), которая растет значительно быстрее, чем при обычном вибрировании.
Этот способ использован НИИСК Госстроя СССР при изготовлении армоцементных панелей подвесных потолков.
Для ускорения изготовления изделий и избежания указанного выше недостатка СибЗНИИЭП предложено между виброштампом и изделием вводить промежуточную металлическую прокладку (рис. 87). Последовательность технологии при этом не меняется, но появляется возможность снять штамп до окончания твердения бетона, так как поверхность изделия защищена прокладкой, которую несложно снять в силу небольшого веса и незначительной силы присоса.
Данный прием изготовления применялся Сибакадемстроем при производстве кровельных панелей двухволнового поперечного очертания.
Способ виброгнутья дает возможность изготовлять элементы складчатой и цилиндрической формы. Он заключается в следующем.
На листогибочном поддоне с помощью вибропрофилера, скользящего виброштампа или другого приспособления формуется плоский или ребристый (ребра и утолщения направлены по длинной стороне) армоцементный лист. Сверху свежеотформованного листа укладывается плита пригруза и гидросистемой поддон изгибается до требуемой конфигурации конструкции (рис. 88). После погиба рекомендуется повторное вибрирование изделия. Значительную роль здесь играет сетчатое армирование, которое связывает и придает эластичность бетонной массе. Скорость погиба — 1/2 рад/мин, максимальный угол загиба — 90°. Таким способом можно изготавливать изделия длиной до 24 м, шириной до 3 м и высотой до 1 м.
Описанная технология изготовления армоцементных конструкций была предложена ГрузНИИЭГС им. Винтера и развита НИИЖБ. По этой технологии изготавливаются армоцементные кровельные панели трапецеидального сечения. Отработана технология изготовления: армоцементных складчатых предварительно напряженных блоков размером в плане 3 х 36 м (трест Тулшахтстрой); армоцементных предварительно напряженных панелей с комбинированным армированием размером 3 х 12 м (панель АПКН-12); армоцементных трапецеидальных секций кабельных каналов для открытых подстанций (Оргэнергострой) и др.
ГрузНИИЭГС им. Винтера на основании изложенного принципа предложено изготавливать элементы, имеющие очертание окружности, на поддоне, выполненном из гибкой ленты вибронавертыванием армоцементной ленты на сердечник (рис. 89). Теплообработка изделия производится на форме с вкладышем. Технологическая линия стендовая.
Армоцементные трубы диаметром свыше 25 см образовываются прямой намоткой ленты шириной 15—20 см и толщиной 2 см. При диаметре труб более 40 см желательна косая спиральная намотка армоцементной ленты. Во избежание неплотности между полосами рекомендуется способ двойной намотки армоцементной полосы толщиной 1 см с перекрытием предыдущего витка последующим на половпну ширины ленты.
НИИСельстрой применил этот способ для изготовления напорных труб. На его основе разработана технология изготовления сборных армоцементных лотков ирригационных систем.
Основные преимущества способа виброгнутья: простота формования, возможность через 4 ч после изготовления изделия отправлять его на склад, выдерживание строгих допусков при минимальной толщине изделия (15—20 мм), пригодность этого способа для изготовления конструкций различной номенклатуры (панелей покрытий, перекрытий, каналов, труб, лотков и др.).
Его недостатки: возможность изготовления конструкции только одинарной кривизны, затруднения при изготовлении элементов переменной по сечению толщины и нарушение структуры бетона в местах перегибов изделия, что приводит к образованию структурных трещин, которые потом становятся очагами зарождения силовых трещин.
Способ вибролитья, предложенный Гидропроектом, заключается в использовании энергии текучести жесткого раствора при вибрации, т. е. преодолении сил сцепления — трения между частицами песка и цемента, вследствие чего жесткий раствор подобно жидкости легко и плотно заполняет форму. Изделия формуются в двойной опалубке на виброплощадке. Форма наполняется достаточно быстро. Применяется бетонная смесь с осадкой конуса 4—6 см. Изделия могут иметь сложную форму, размеры их зависят от грузоподъемности виброплощадки. Термообработка изделий производится в опалубке по такой схеме: плавный подогрев 10—15 град/ч до температуры 60—70°, выдерживание этой температуры в течение 2—3 ч, а затем охлаждение со скоростью 15— 20 град/ч. После распалубки изделие должно находиться во влажной среде 2—3 суток. Технологическая схема агрегатно-поточная.
Положительные стороны технологии: возможность изготовления изделий разнообразной формы; максимальная механизация всех трудоемких работ; высокая точность изготовления — строгие допуски; к моменту распалубки бетон достигает 75% прочности; однородность бетона изделия по основным физико-механическим показателям: прочности, трещиностойкости, водонепроницаемости и морозостойкости; одинаковые по качеству и внешнему виду, не требующие дополнительной обработки, наружная и внутренняя поверхности изделия.
К недостаткам следует отнести: металлоемкость опалубки; сложность обеспечения проектного положения сеток; повышенный расход цемента, что требует увеличения количества воды, уменьшает плотность бетона и увеличивает его усадку и ползучесть; сложность контроля в процессе укладки и вызревания бетона. Этот способ применялся при изготовлении армоцементных конструкций в Ленинграде, Свердловске, Новосибирске.
Способ послойного формования. В основе этого способа лежит совмещение процессов укладки арматуры сеток и бетонной смеси с одновременным уплотнением. Провибрированная бетонная смесь укладывается лентой толщиной 4—6 мм, затем армируется слоем тканой сетки, которая сматывается с барабанов, установленных на формовочной машине. Несколько слоев тканой сетки укладываются уплотняющим органом, состоящим из виброреек, число которых на единицу больше числа сеток, или несколькими проходами формовочной машины, у которых уплотняющий орган состоит из одной виброрейки. На рис. 90 показана принципиальная схема этого агрегата. По сути этот способ разновидность формования скользящим виброштампом.
Укладывается жесткая бетонная смесь с характеристикой 80— 100 сек по техническому вискозиметру. Термообработка изделий осуществляется после предварительного выдерживания по режиму 3 + 6 + 3 при температуре прогрева 70—80° С.
Некоторые из преимуществ данного способа: полная механизация изготовления армоцементных конструкций, возможность формования изделия с наклонной поверхностью 45°. Подвижность бетонной смеси регламентируется только характеристикой уплотняющего органа и не зависит от количества и размера ячеек применяемых сеток. Разрабатывался этот способ ЛенЗНИИЭП и трестом Оргэнергострой. Применен Ленметростроем при изготовлении водозащитных зонтов из армоцементных оболочек для Ленинградского метро.
Пакетный способ. Изделия изготовляются штабелем от 4 до 20 шт. Первое изделие формуется на бетонной матрице и служит поддоном для последующего (рис. 91). Исследования показали, что вибрирование верхнего изделия не нарушает процесса твердения бетона в нижних изделиях. После отформовки всего комплекта бетон может набирать прочность в естественных условиях или весь штабель закрывают и пропаривают. Этот способ был применен НИИСельстрой для изготовления панелей покрытий производственных сельскохозяйственных зданий, которое велось в полигонных условиях. Тканые сетки натягивали на матрицу. Матрицу и каждое отформованное изделие покрывали слоем строительной бумаги. Бетон удобоукладываемостью 20 сек уплотняли поверхностным вибратором И-117. Пакет состоял из 10 панелей. Этот же способ был использован в ЧССР для изготовления волнистых армоцементных панелей жилых, промышленных и сельскохозяйственных зданий. Бетон применялся пластичный с В/Ц = 0,7; он уплотнялся виброотсасыванием на станке Кальчика, при этом создавалось давление до 8000 кгс/м2. Установлено, что при укладке штабеля из 20—30 панелей теплогидратации цемента концентрируется и способствует твердению бетона.
Преимущество этого способа: простота технологии, неметаллоемкое и недорогостоящее оборудование, возможность вести изготовление конструкций в условиях полигона, что не влияет на прочность и качество изделий.
К недостаткам следует отнести: возможность изготовления изделий только постоянной толщины, без ребер и утолщений, длиной до 6 м.
Способ набрызга (пневмобетон). Бетонная смесь подается растворонасосом с пневматической приставкой и наносится на поверхность опалубки (рис. 92), после чего поверхность изделия заглаживают вручную. Бетонная смесь должна быть пластичной с осадкой конуса СтройЦНИИЛ 5—10 см. Бетон уплотняется за счет высокой кинетической энергии растворовоздушной смеси и аэродинамического давления струи, выходящей из сопла установки. Исследованиями установлено, что у мелкозернистого пневмобетона высокие физико-механические показатели и он может успешно заменять обычный бетон.
Комплексное решение приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси по сравнению с другими способами более экономично.
Недостатки: трудность соблюдения постоянной толщины изделия, повышенный расход цемента, большой процент «отскока» и отсутствие механизации при затирке поверхностей.
Применялась и ручная укладка бетонной смеси, в основном при строительстве судов и яхт. Сложность конфигурации и требования монолитности не позволяли изготавливать эти сооружения из сборных элементов.В этом случае применялся более пластичный бетон, который наносили на слой сетки малыми порциями и тщательно растирали на небольшой поверхности до тех пор, пока он не проходил через весь пакет сеток и надежно их закрывал. Этот способ весьма трудоемкий. Поэтому более перспективен вышеописанный способ пневмобетона, почти исключающий ручной труд даже при изготовлении конструкций сложной конфигурации.
Минусом конструкций, для которых используются силикатные бетоны, является низкий модуль упругости, который в несколько раз меньше, чем у цементных смесей. Очевидно, что данный параметр негативно сказывается на деформациях при кратковременном приложении значительных нагрузок. Кроме того, что ползучесть силикатного искусственного камня намного ниже, чем цементного.
Если рассматривать проблему полностью, то силикатные бетоны имеют то же значение суммарных деформаций, что и обычные, поэтому при замене тяжелой смеси на её силикатный аналог не требуется производить изменение структуры армирования.
Несмотря на то, что плотность данного материала часто оказывается ниже, чем у тяжелых смесей, специалисты все же используют его для отделки наружных конструкций промышленных сооружений и гражданских построек.
Силикатные бетоныпо большей части представляют собой мелкозернистые смеси, которые твердеют в автоклаве. Отличие их от других составов заключается в том, что песок здесь не только заполнитель, но и один из компонентов вяжущего вещества известково-кремниземистого типа. Именно химическая реакция между известью и песком, которая происходит в автоклаве, обеспечивает создание твердого искусственного камня.
Использование кварцевого песка легко объяснимо: после того, как известь вступает в реакцию с кварцем, образуются соединения кальция – гидросиликаты. Они играют важную роль в процессе твердения материала и набора им прочности.
Силикатные бетоны изготавливаются из песков, содержание кремнезема в которых может достигать 80%. В ряде случаев допустимо использование аморфных его разновидностей, которые мало чем отличаются от кварца в ходе химической реакции. Данные вещества практически не представляют опасности для такого бетона, поскольку в результат проведения обработки в автоклаве большее количество щелочей связывается кремнеземом. Малая толщина армоцементных элементов и строгие допуски предъявляют высокие требования к точности изготовления армоцементных конструкций. Недопустимо кустарное изготовление с ручным уплотнением бетонной смеси без фиксации арматуры, особенно сеток.
В Советском Союзе были разработаны и освоены несколько индустриальных способов изготовления армоцементных конструкций. Ниже рассмотрены машинные способы изготовления, позволяющие получать изделия высокого качества, с заданной высотой сечения, надлежащей толщиной защитного слоя и соблюдением всех необходимых параметров конструкции.
Способ вибропрофилирования. Формуют изделие вибропрофилером. Это машина, нижняя часть которой повторяет форму поперечного сечения конструкции. В средней части располагается бункер, внутри которого размещается вибродиафрагма, подвешенная на упругих подвесках. Поддон с уложенной на нем арматурой движется по рельсам под вибропрофилером. В зазор между ними, по форме поперечного сечения изделия, из бункера поступает бетонная смесь вязкостью до 30 сек, которая уплотняется вибраторами, находящимися на профилере. Скорость передвижения поддона 0,5—1,5 м/мин. Для прохождения бетона сквозь пакет сеток нужно вызвать вибрацию около 3000 кол/мин. Бетон вызревает на поддоне. Технологическая линия — поточная с тепловой обработкой в стационарных пропарочных камерах. Этот способ пригоден для изготовления изделий постоянной высоты, плоской или цилиндрической формы, длиной до 10 м, шириной до 3 м при наибольшем угле наклона открытых поверхностей до 30°. Одним из его недостатков является то, что во время теплообработки изделие находится на поддоне, в результате при массовом производстве требуется большое количество поддонов и большие производственные площади.
Способ формования при помощи скользящего виброштампа пригоден для изготовления длиномерных изделий плоской или цилиндрической формы. Скользящий виброштамп—машина, состоящая из формующей плиты, повторяющей конфигурацию изделия с приподнятой передней частью. Плита жестко скреплена с вибраторами и пригрузом. Вверху находится бункер (рис. 86). Скользящий виброштамп движется по направляющим; бетонная смесь поступает из бункера на стенд-матрицу через щель, ширину которой можно регулировать заслонкой, разравнивается и уплотняется. Полная готовность изделия достигается за несколько проходов штампа. Угол наклона формуемой поверхности к горизонту не должен превышать 15°. Технологическая линия — стендовая или поточно-агрегатная. Скорость передвижения виброштампа — 0,5-1,5 м/мин. Для уплотнения бетона нужно применять вибраторы с частотой до 6000 кол/мин.
Оба способа пригодны для уплотнения бетонов с низким В/Ц = 0,3—0,35.
Их недостатки — сложность оборудования, возможность изготавливать элементы только сравнительно простой формы и постоянного сечения.
Такие и подобные им машины были изготовлены и применялись НИИЖБ, трестом Оргэнергострой в Куйбышеве, заводом Южэнергострой и другими организациями.
Способ виброштампования заключается в уплотнении бетонной смеси вибрированием с пригрузом. При этом применяется стационарный виброштамп с матрицей или виброплощадки с пригрузом. Бетонная смесь укладывается и разравнивается бетоноукладчиком, после чего уплотняется вибрированием. По завершению цикла вибрирования штамп снимается. Этот способ пригоден для формования изделий площадью до 20 м и высотой до 1,5 м. Требуемая частота — 6000 кол/мин, величина пригруза — 80 гс/см2. Допускается немедленная распалубка с отрывом штампа от поверхности изделия, при этом жесткость бетонной смеси по техническому вискозиметру должна составлять 20—40 сек. Технологическая схема агрегатно-поточная или стендовая. В случае снятия штампа до отвердения, вследствие присоса между виброштампом и изделием срывается поверхность бетона. При подъеме виброштампа через 2—3 часа и уменьшении силы присоса подачей сжатого воздуха между штампом и изделием отрыв штампа происходит без помех.
Бетоны, полученные таким способом, характеризуются высокой прочностью (1000 — 1200 кгс/см2), которая растет значительно быстрее, чем при обычном вибрировании.
Этот способ использован НИИСК Госстроя СССР при изготовлении армоцементных панелей подвесных потолков.
Для ускорения изготовления изделий и избежания указанного выше недостатка СибЗНИИЭП предложено между виброштампом и изделием вводить промежуточную металлическую прокладку (рис. 87). Последовательность технологии при этом не меняется, но появляется возможность снять штамп до окончания твердения бетона, так как поверхность изделия защищена прокладкой, которую несложно снять в силу небольшого веса и незначительной силы присоса.
Данный прием изготовления применялся Сибакадемстроем при производстве кровельных панелей двухволнового поперечного очертания.
Способ виброгнутья дает возможность изготовлять элементы складчатой и цилиндрической формы. Он заключается в следующем.
На листогибочном поддоне с помощью вибропрофилера, скользящего виброштампа или другого приспособления формуется плоский или ребристый (ребра и утолщения направлены по длинной стороне) армоцементный лист. Сверху свежеотформованного листа укладывается плита пригруза и гидросистемой поддон изгибается до требуемой конфигурации конструкции (рис. 88). После погиба рекомендуется повторное вибрирование изделия. Значительную роль здесь играет сетчатое армирование, которое связывает и придает эластичность бетонной массе. Скорость погиба — 1/2 рад/мин, максимальный угол загиба — 90°. Таким способом можно изготавливать изделия длиной до 24 м, шириной до 3 м и высотой до 1 м.
Описанная технология изготовления армоцементных конструкций была предложена ГрузНИИЭГС им. Винтера и развита НИИЖБ. По этой технологии изготавливаются армоцементные кровельные панели трапецеидального сечения. Отработана технология изготовления: армоцементных складчатых предварительно напряженных блоков размером в плане 3 х 36 м (трест Тулшахтстрой); армоцементных предварительно напряженных панелей с комбинированным армированием размером 3 х 12 м (панель АПКН-12); армоцементных трапецеидальных секций кабельных каналов для открытых подстанций (Оргэнергострой) и др.
ГрузНИИЭГС им. Винтера на основании изложенного принципа предложено изготавливать элементы, имеющие очертание окружности, на поддоне, выполненном из гибкой ленты вибронавертыванием армоцементной ленты на сердечник (рис. 89). Теплообработка изделия производится на форме с вкладышем. Технологическая линия стендовая.
Армоцементные трубы диаметром свыше 25 см образовываются прямой намоткой ленты шириной 15—20 см и толщиной 2 см. При диаметре труб более 40 см желательна косая спиральная намотка армоцементной ленты. Во избежание неплотности между полосами рекомендуется способ двойной намотки армоцементной полосы толщиной 1 см с перекрытием предыдущего витка последующим на половпну ширины ленты.
НИИСельстрой применил этот способ для изготовления напорных труб. На его основе разработана технология изготовления сборных армоцементных лотков ирригационных систем.
Основные преимущества способа виброгнутья: простота формования, возможность через 4 ч после изготовления изделия отправлять его на склад, выдерживание строгих допусков при минимальной толщине изделия (15—20 мм), пригодность этого способа для изготовления конструкций различной номенклатуры (панелей покрытий, перекрытий, каналов, труб, лотков и др.).
Его недостатки: возможность изготовления конструкции только одинарной кривизны, затруднения при изготовлении элементов переменной по сечению толщины и нарушение структуры бетона в местах перегибов изделия, что приводит к образованию структурных трещин, которые потом становятся очагами зарождения силовых трещин.
Способ вибролитья, предложенный Гидропроектом, заключается в использовании энергии текучести жесткого раствора при вибрации, т. е. преодолении сил сцепления — трения между частицами песка и цемента, вследствие чего жесткий раствор подобно жидкости легко и плотно заполняет форму. Изделия формуются в двойной опалубке на виброплощадке. Форма наполняется достаточно быстро. Применяется бетонная смесь с осадкой конуса 4—6 см. Изделия могут иметь сложную форму, размеры их зависят от грузоподъемности виброплощадки. Термообработка изделий производится в опалубке по такой схеме: плавный подогрев 10—15 град/ч до температуры 60—70°, выдерживание этой температуры в течение 2—3 ч, а затем охлаждение со скоростью 15— 20 град/ч. После распалубки изделие должно находиться во влажной среде 2—3 суток. Технологическая схема агрегатно-поточная.
Положительные стороны технологии: возможность изготовления изделий разнообразной формы; максимальная механизация всех трудоемких работ; высокая точность изготовления — строгие допуски; к моменту распалубки бетон достигает 75% прочности; однородность бетона изделия по основным физико-механическим показателям: прочности, трещиностойкости, водонепроницаемости и морозостойкости; одинаковые по качеству и внешнему виду, не требующие дополнительной обработки, наружная и внутренняя поверхности изделия.
К недостаткам следует отнести: металлоемкость опалубки; сложность обеспечения проектного положения сеток; повышенный расход цемента, что требует увеличения количества воды, уменьшает плотность бетона и увеличивает его усадку и ползучесть; сложность контроля в процессе укладки и вызревания бетона. Этот способ применялся при изготовлении армоцементных конструкций в Ленинграде, Свердловске, Новосибирске.
Способ послойного формования. В основе этого способа лежит совмещение процессов укладки арматуры сеток и бетонной смеси с одновременным уплотнением. Провибрированная бетонная смесь укладывается лентой толщиной 4—6 мм, затем армируется слоем тканой сетки, которая сматывается с барабанов, установленных на формовочной машине. Несколько слоев тканой сетки укладываются уплотняющим органом, состоящим из виброреек, число которых на единицу больше числа сеток, или несколькими проходами формовочной машины, у которых уплотняющий орган состоит из одной виброрейки. На рис. 90 показана принципиальная схема этого агрегата. По сути этот способ разновидность формования скользящим виброштампом.
Укладывается жесткая бетонная смесь с характеристикой 80— 100 сек по техническому вискозиметру. Термообработка изделий осуществляется после предварительного выдерживания по режиму 3 + 6 + 3 при температуре прогрева 70—80° С.
Некоторые из преимуществ данного способа: полная механизация изготовления армоцементных конструкций, возможность формования изделия с наклонной поверхностью 45°. Подвижность бетонной смеси регламентируется только характеристикой уплотняющего органа и не зависит от количества и размера ячеек применяемых сеток. Разрабатывался этот способ ЛенЗНИИЭП и трестом Оргэнергострой. Применен Ленметростроем при изготовлении водозащитных зонтов из армоцементных оболочек для Ленинградского метро.
Пакетный способ. Изделия изготовляются штабелем от 4 до 20 шт. Первое изделие формуется на бетонной матрице и служит поддоном для последующего (рис. 91). Исследования показали, что вибрирование верхнего изделия не нарушает процесса твердения бетона в нижних изделиях. После отформовки всего комплекта бетон может набирать прочность в естественных условиях или весь штабель закрывают и пропаривают. Этот способ был применен НИИСельстрой для изготовления панелей покрытий производственных сельскохозяйственных зданий, которое велось в полигонных условиях. Тканые сетки натягивали на матрицу. Матрицу и каждое отформованное изделие покрывали слоем строительной бумаги. Бетон удобоукладываемостью 20 сек уплотняли поверхностным вибратором И-117. Пакет состоял из 10 панелей. Этот же способ был использован в ЧССР для изготовления волнистых армоцементных панелей жилых, промышленных и сельскохозяйственных зданий. Бетон применялся пластичный с В/Ц = 0,7; он уплотнялся виброотсасыванием на станке Кальчика, при этом создавалось давление до 8000 кгс/м2. Установлено, что при укладке штабеля из 20—30 панелей теплогидратации цемента концентрируется и способствует твердению бетона.
Преимущество этого способа: простота технологии, неметаллоемкое и недорогостоящее оборудование, возможность вести изготовление конструкций в условиях полигона, что не влияет на прочность и качество изделий.
К недостаткам следует отнести: возможность изготовления изделий только постоянной толщины, без ребер и утолщений, длиной до 6 м.
Способ набрызга (пневмобетон). Бетонная смесь подается растворонасосом с пневматической приставкой и наносится на поверхность опалубки (рис. 92), после чего поверхность изделия заглаживают вручную. Бетонная смесь должна быть пластичной с осадкой конуса СтройЦНИИЛ 5—10 см. Бетон уплотняется за счет высокой кинетической энергии растворовоздушной смеси и аэродинамического давления струи, выходящей из сопла установки. Исследованиями установлено, что у мелкозернистого пневмобетона высокие физико-механические показатели и он может успешно заменять обычный бетон.
Комплексное решение приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси по сравнению с другими способами более экономично.
Недостатки: трудность соблюдения постоянной толщины изделия, повышенный расход цемента, большой процент «отскока» и отсутствие механизации при затирке поверхностей.
Применялась и ручная укладка бетонной смеси, в основном при строительстве судов и яхт. Сложность конфигурации и требования монолитности не позволяли изготавливать эти сооружения из сборных элементов.В этом случае применялся более пластичный бетон, который наносили на слой сетки малыми порциями и тщательно растирали на небольшой поверхности до тех пор, пока он не проходил через весь пакет сеток и надежно их закрывал. Этот способ весьма трудоемкий. Поэтому более перспективен вышеописанный способ пневмобетона, почти исключающий ручной труд даже при изготовлении конструкций сложной конфигурации.
Бетон с использованием вторичного сырья промышленности - Для приготовления бетонов использование вторичного сырья промышленности, в частности шлаков и зол, дает большой экономический эффект.
Шлаки, получаемые в качестве вторичного продукта при выплавке чугуна и в ряде других металлургических процессов, в зависимости от своего состава подразделяют на основные и кислые. Шлаки, богатые глиноземом (Мо>0,65), используют при производстве цементов. Шлаки также могут применяться в виде тонкомолотой добавки в бетоны (для сокращения расхода цемента) и в качестве мелкого и крупного заполнителя. Из вспученных шлаков получают легкий заполнитель—термозит, который используют для различных видов легкого бетона.
При измельчении доменного гранулированного шлака и затворении его растворами соединений металлов (натрия и калия) поучают шлакощелочное вяжущее, которое можно применять для приготовления различных бетонов. Количество щелочного компонента составляет 5... 6% массы шлака. Для затворения молотого шлака используют водные растворы щелочных компонентов 15. . ...20%-ной концентрации по массе В качестве щелочных компонентов применяют соду кальцинированную, поташ, растворимый силикат натрия (с силикатным модулем <2), едкий натр и едкое кали, а также отходы производств, содержащие соединения щелочных металлов или их смеси. Шлакощелочное вяжущее имеет марки 400, 500, 600. Начало схватывания — не ранее 45 мин, конец — не позднее чем через 12 ч от начала затворения.
Назначение состава бетона на основе шлакощелочного вяжущего производится в соответствии с рассмотренной выше методикой на основе предварительного подбора состава бетона с последующим уточнением пробными замесами. Минимальный расход шлакощелочного вяжущего для бетонов на крупном заполнителе составляет 300 кг/м3, для мелкозернистого бетона — 400 кг/м3. Приготовление и укладка бетона производятся обычными способами, однако на бетоносмесительном узле должно быть установлено специальное оборудование для приготовления щелочного компонента (его дробления, дозировки, смешивания с водой). Смесительный бак для приготовления щелочного раствора оборудуется устройством для механического и пневматического перемешивания и подогрева воды. Не допускается смешивание бетонной смеси на шлакощелочном вяжущем с бетонной смесью на других видах вяжущего. Твердение бетонов на шлакощелочном вяжущем происходит прн положительной температуре. Для ускорения твердения применяют прогрев при температуре до 95°С.
Теплоизолирующие огнезащитные штукатурки на гидравлических вяжущих - Марка раствора для кладки наружных стен в зависимости от влажности помещения составляет М10…50, подземной и цокольной М25…50, заполнения горизонтальных швов при монтаже панелей и блоков от М150 до М100 в зависимости от вида используемого бетона – легкого или тяжелого соответственно. При выполнении кладочных работ в зимнее время для обеспечения набора прочности в растворы вводят противоморозные добавки, понижающие температуру замерзания воды, количество которых зависит от температуры окружающего воздуха и составляет от 5 до 15% массы вяжущего. В летний период строительных работ эффективно использование пластифицирующих добавок, повышающих пластичность растворных смесей и замедляющих их загустевание. Отделочные растворымогут быть обычными штукатурнымиидекоративными.Первые подразделяют по виду вяжущих – на цементные, цементно-известковые, известковые, известково-гипсовые, гипсовые, известково-глиняные, глиняные; по назначению – для наружных и внутренних штукатурок; по расположению слоев – подготовительные и отделочные. Для штукатурных растворов очень важным показателем является пластичность, которая должна обеспечивать равномерное распределение раствора тонким слоем по поверхности. С целью повышения водоудерживающей способности и исключения расслаиваемости высокоподвижных смесей вводят пластифицирующие добавки, которые могут быть как органическими, так и в виде известкового или глиняного теста. Выбор вяжущего зависит от условий эксплуатации штукатурного состава. Наружное оштукатуривание фасадов и помещений, эксплуатируемых во влажных условиях (свыше 60%), выполняют растворами на гидравлических вяжущих. При оштукатуривании стен в помещениях с воздушно-сухим режимом эксплуатации (менее 60%) применяют следующие виды штукатурных растворов: - для внутренних поверхностей наружных каменных и бетонных стен – известковые и цементно-известковые; - для поверхностей внутренних каменных или бетонных стен и перегородок – известковые; - для гипсовых перегородок – известково-гипсовые и гипсовые с добавлением наполнителя; - для оштукатуривания и затирки мест сопряжения конструкций, применяемых в крупнопанельном и крупноблочном строительстве, – сухие смеси, затворяемые водой на рабочем месте. Наибольшее распространение нашли известковые растворы, которые хорошо сцепляются с кирпичными, шлакобетонными и деревянными поверхностями, хуже – с цементно-бетонными. Поэтому при оштукатуривании бетонной поверхности первый слой (подготовительный) выполняют цементным или известково-цементным раствором. Так как известковые растворы на гашеной извести медленно схватываются и твердеют, их можно готовить для работы на 2 – 3 сут. Растворы на негашеной извести и гипсе теряют подвижность через 5 – 10 мин, поэтому с целью замедления схватывания и облегчения работы с ними в состав вводят глину, цемент или добавки – замедлители твердения. Для надежного сцепления раствора с ремонтируемой бетонной поверхностью используют полимерцементные растворы с предварительной огрунтовкой дефектных мест эмульсией ПВА или к цементному раствору добавляют 5%-ный водный раствор нитрита натрия. Декоративные растворы должны обладать светостойкостью и иметь хорошее сцепление с отделываемой поверхностью. Цветные известково-песчаные растворы состоят из известкового теста, песка с небольшими добавками белого или обычного цемента и пигментов. Для отделки фасадной стороны панелей в процессе их формования применяют смеси, состоящие из белого цемента и цветной каменной крошки в соотношении от 1:1 до 1:5, которые имитируют различные горные породы. Для внутренней отделки интерьеров чаще применяют известь, гипс, гипсополимерцемент, цементно-полимерное вяжущее. Заполнителями для декоративных растворов служат промытые кварцевые пески или каменная крошка, получаемая путем дробления горных пород. Используют также керамическую, стеклянную, угольную, сланцевую, пластмассовую крошку с размером частиц 2 – 5 мм, приклеиваемую на полимерцементном составе (внешняя отделка) или водоэмульсионной краске (внутренняя отделка). Для получения искрящихся поверхностей в состав раствора вводят слюду или дробленое стекло, в качестве красящих добавок – щелочестойкие пигменты (охру, сурик железный, оксид хрома, ультрамарин и др.). Примеры декоративных растворов для отделки фасадов представлены на ил. 41. Кспециальным видамрастворов относят гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические, кислотостойкие и др. Гидроизоляционные растворыприменяют для оштукатуривания внутренних поверхностей отстойников, хранилищ, тоннелей, а также для устройства водонепроницаемых цементных стяжек в санузлах. Для обеспечения водонепроницаемости в них добавляют растворимое стекло, алюминат натрия, хлорид железа, битумную эмульсию. Растворы с алюминатом натрия применяют для заделки трещин в бетоне, через которые просачивается вода, для устройства водонепроницаемых штукатурок по сырым, невысыхающим поверхностям бетона и каменной кладки. С этой же целью используют инъекционные (нагнетаемые) растворы, которые подают на поверхность под давлением. Теплоизоляционные штукатуркиполучают из смеси гипсового вяжущего и опилок, пропитанных жидким стеклом, или введением таких легких заполнителей, как перлит, керамзит, шлак. Для усиления акустических свойств за счет создания шероховатой поверхности теплоизоляционные штукатурки наносят без затирки и окраски. В огнезащитные штукатурки,которые могут быть как на основе гипса, так и жидкого стеклав сочетании с огнеупорной глиной, вводят минераловатные гранулы или асбест. Кислотостойкие растворы представляют собой смесь кислотостойкого тонкомолотого кварцевого наполнителя с кремнефтористым натрием и кислотостойким заполнителем, затворенную жидким натриевым или калиевым стеклом. Эти растворы применяют в качестве кислотостойких штукатурок для антикоррозионного покрытия различных аппаратов и емкостей, а также при облицовке строительных конструкций штучными кислотостойкими материалами. Для повышения водостойкости, плотности и непроницаемости в состав растворов рекомендуется вводить эмульсию парафина, полимерные добавки. Рентгенозащитные штукатурки выполняют с использованием в качестве заполнителя баритового песка, содержащего сернокислого бария не менее 85%. Этот вид штукатурок применяют взамен дефицитной свинцовой изоляции рентгеновских кабинетов. Строительные растворы различного назначения поступают на стройплощадки в готовом виде с завода или их получают путем затворения водой сухих смесей, поставляемых в специальной таре. Второй способ предпочтительнее и находит все большее распространение, благодаря широкой номенклатуре составов, включающих для придания заданных технологических и эксплуатационных свойств, кроме основных компонентов, добавки широкого спектра действия. Так предприятия ОАО «Забудова» (Беларусь) выпускают сухие растворные смеси 50 различных назначений: для кладки кирпича, бетонных блоков, облицовочных работ, внутреннего и наружного оштукатуривания зданий, выполнения наливных самовыравнивающихся полов, гидроизоляционных работ и т.д.
Общие понятия о дисперсно-армированных бетонах (композитах). Классификация фибробетонов- В общей структуре мирового производства строительной продукции бетон и железобетон в настоящее время занимают приоритетное место. Основной тенденцией в развитии этих материалов является постепенное замещение обычных традиционных бетонов многокомпонентными. В таких бетонах могут использоваться до нескольких химических и реакционно-активных компонентов природного, техногенного и искусственного происхождения.
Новое время диктует правила использования и внедрения новых конструкционных строительных материалов в совокупности с новыми технологиями. Создание "новых материалов из прежних" возможно путем технологии фиброармирования цементных материалов.
Высокодисперсные волокнистые наполнители в цементных композициях оказывают положительное влияние на процессы структурообразования, прочность наполненных бетонов и другие физико-механические и эксплуатационные свойства бетона.
Исследования, проводимые многими учеными в различных странах, убедительно доказывают, что бетоны, армированные волокнами различного происхождения, имеют более высокие физико-механические характеристики:
Дисперсное армирование позволяет компенсировать главные недостатки бетона: низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения.
Фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность на срез, ударную и усталостную динамическую прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость.
Особый интерес представляет возведение зданий и сооружений с учётом возможного воздействия на них сейсмических (инерционных) сил.
В результате совмещения армирующих композиционных элементов и цементной матрицы образуется комплекс свойств цементного камня, не только отражающий характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные материалы не обладают.
Дисперсное армирование бетона сегодня рассматривается как эффективное средство повышения его прочности на растяжение и затруднения образования трещин на всех уровнях его структуры, способствующее повышению долговечности.
В целом, эффективная работа армирования бетонов волокном определяется как минимум тремя факторами: физико-механическими характеристиками волокон, адгезией цементной матрицы к их поверхности, а также долговечностью материала волокон в щелочной среде цементного камня. В последние десятилетие на западе и в России растет интерес к применению фибробетона на основе синтетических фибр в строительных конструкциях. Разработки в этой области ведет челябинская компания ООО «Си Айрлайд».
В силу специфики производства предприятия аналитики компании обратили внимание на полипропиленовую фибру, распространенную на западе. В России синтетические волокна преимущественно были предметом научно-исследовательских работ и ввозились в ограниченном объеме. Самые распространенные и доступные сегодня полипропиленовые волокна западных производителей при диаметре в среднем 20 мкм отличаются от других синтетических волокон низкой прочностью на растяжение (170...300 МПа) и высоким показателем удлинения до разрыва (100 % и более), т.е. характеризуются повышенной деформативностью.
Основными сдерживающими факторами применения широко известных полипропиленовых фиброволокон западных производителей в бетонах являются их низкие механические характеристики и низкие армирующие способности, а также отсутствие каких либо внятных рекомендаций.
Общепризнанные требования, предъявляемые к армирующим фиброволокнам, позволили сформулировать основополагающие требования к разрабатываемым синтетическим волокнам.
Департаменту научных разработок компании «Си Айрлайд» совместно с лабораторией Южно-Уральского государственного университета удалось выявить объединенный конечный эффект композиции нескольких полимеров при формировании свойств полимерной фибры.
Была реализована серия экспериментов и проведен анализ результатов научно-исследовательских работ как зарубежных, так и российских ученых, который позволил утверждать о положительном влиянии синтетической фибры на реологические свойства цементных смесей и подтвердил результаты опытов зарубежных строительных компаний по улучшению свойств бетонных изделий. Благодаря этому стало возможным сделать выводы и определить ключевые физико-химические, механические и технологические аспекты будущих фиброволокон и возможности собственного производства синтетических фибр. Исходя из перечисленных выше предпосылок, были сформированы ключевые требования к созданию совершенно нового типа полимерных волокон (фибры) для дисперсного армирования цементного камня - коаксиального волокна.
Требуемый результат был получен при сочетании положительных качеств (прочность) одного материала и положительных качеств (химическая стойкость) другого. Современные средства химического производства позволяют производить не только моноволокно, но и коаксиальное волокно, имеющее в своей структуре ядро и оболочку. Таким образом, создаются условия для направленного управления физико-механическими и физико-химическими характеристиками фибры (фиброволокон). Удалось повысить начальный модуль упругости и прочность на разрыв введением в полимер ядра волокна химических или ультрадисперсных агентов (нуклеаторов) и последующей технологической структуризацией.
Физико-химические характеристики щелочестойкости и активности поверхности фиброволокна (фибры) реализованы следующими способами:
полиолефины, базовый полимер оболочки, отличается высокой щелочестойкостью;
адгезивные качества волокна определяются гидроксильными и карбоксильными функциональными группами, привитыми в состав полимера оболочки. Полярные молекулы, адсорбируясь на границах возникающих зародышей новой фазы, изменяют форму кристаллов, их размеры.
При направленном управлении структурной и химической модификацией ядра и полярными реакционными свойствами оболочки полимерных волокон удалось одновременно добиться высокого модуля упругости волокна и высокой адгезии (сцепляемости) цементного камня и поверхности волокна.
И в начале 2007 года ВСМ появилось на рынке строительных компонентных добавок, одновременно с разработанными и зарегистрированными ТУ и подачей двух патентных заявок (в мае 2008 г - решение о выдаче патента РФ на изобретение). В марте 2007 года компания совершила научно-технический прорыв и вышла на рынок с новым продуктом - волокном строительным микроармирующим (фибра).
Введение фибры в цементные смеси позволяет влиять на микроструктуру цементного камня, улучшения структуру бетонной композиции за счет контроля расслоения и сплошности смеси. Упругая пространственная многомерная хаотичная сетка из волокон (~250 штук/см3) препятствует седиментации (оседанию) частиц зерновой фракции смеси. Основным достоинством бетона, армированного волокном строительным микроармирующим (ВСМ, фибры), является существенное снижение усадочного трещинообразования, снижение внутренних напряжений, возникающих в композиции в процессе твердения массы бетона.
Дисперсное армирование с применением фибры (ВСМ) изменяет поведение непосредственно цементного камня, как составляющей бетонной структуры, позволяя создавать необходимый запас прочности. Микроармирующее фиброволокно (фибра) обладает уникальной способностью позитивно влиять на свойства бетона, улучшая его качественные характеристики: уменьшает водопоглощение, увеличивает прочность, морозоустойчивость, химическую стойкость, сульфатостойкость, износостойкость и др. Позволяет увеличить долговечность и сопротивляемость внешним воздействиям. Фибра - добавка, вызывающая эффект упрочнения твердеющего цемента с функцией армирования цементного камня. Опыт промышленного применения полимерного волокна «ВСМ» (фибры) в бетонных смесях свидетельствует о снижении расслоения смеси как по водоотделению, так и направленному изменению протекания элементарных стадии гидратации и технологических процессов, приводящих к формированию заданных свойств и позволяет достигать поставленных целей направленного изменения свойств бетонных смесей и бетонов по сравнению с обычными.
В настоящее время (прошло два года) Фибру (ВСМ) покупают не только предприятия, расположенные на территории РФ, но и ближнего зарубежья. Клиентская база насчитывает более 200 предприятий, постоянно применяющих наше строительное фиброволокно, а также 21 дилера, распространяющих и продвигающих ВСМ в 28 регионах России. В России широкое применение нашла современная немецкая технология по устройству полов на промышленных и гражданских объектах, где необходимым армирующим компонентом является полипропиленовая фибра. Проведенные исследования подтвердили эффективность «ВСМ-Челябинск» (фибры) в сравнении с рекомендованными фиброволокнами. Фибробетон, выполненный по технологии микроармирования, обладает следующими техническими преимуществами по сравнению с обычным железобетоном: повышенные трещиностойкость, ударная вязкость, прочность на изгиб, износостойкость. Применение ВСМ в бетонных смесях позволяет снизить трудозатраты на арматурные работы, повысить производительность бетонных работ, а также уменьшить толщину стяжки без потери её прочностных и эксплуатационных характеристик и увеличить срок службы пола. Промышленные полы из модифицированного бетона с добавкой фибры обычно выполняются на объектах, где требуется повышенная прочность на изгиб и трещиностойкость пола.
Теоретические основы конструирования дисперсно-армированных бетонов. Требования к армирующим волокнам и матрице. Теоретические модели дисперсно-армированных цементных систем обычно основываются на том допущении, что ориентированные прерывистые волокна распределены по матрице однородно. Предполагается также, что как волокна, так и матрица обладают упругостью до самого момента разрушения. Зона контакта фибры и матрицы представляется однородной и сплошной. Очевидно, такое допущение нельзя непосредственно применить к микропо- ристым гидратированным цементным матрицам, и поэтому контактная зона гидратированных фиброцементных матриц является предметом интенсивных исследований. Обычно теории, прогнозирующие механические свойства це- ментных композитов, сводятся к расчету таких факторов, как взаимодействие «фибра-фибра», ориентация и длина фибры и поверхностной трещины
Влияние ориентации волокон на прочность дисперсно-армированных бетонов. Особенности приготовления сталефибробетонной смеси.- В настоящее время для дисперсного армирования бетонов применяют металлические (чаще всего стальные) и неметаллические (минеральные, синтетические и др.) высоко- и низкомодульные волокна различной длины и поперечного сечения. При этом стальную фибру получают резанием низкоуглеродистой проволоки, фольги или листовой стали, формованием из расплава, фрезерованием полос и слябов, а также в результате токарного процесса. Неметаллические фибры (стеклянные, базальтовые, синтетические и др.) представляют собой отрезки моноволокон, комплексных нитей и фибриллированных пленок, для изготовления которых в ряде случаев целесообразно использование промышленных отходов соответствующих производств.
Указанное многообразие оказалось достаточным для создания широкого спектра фибробетонов различного состава, плотности и прочности (рис. 1.1), что, в свою очередь, позволяет достаточно масштабно и объективно оценить влияние дисперсного армирования на физико-механические характеристика и долговечность получаемых материалов. Одним из важнейших результатов проведенных исследований следует считать получение данных о повышении предела пропорциональности пенобетона в присутствии волокон и, соответственно, увеличении на 40…45% его растяжимости в момент микротрещинообразования. Подобная картина наблюдалась ранее и в сталефибробетоне, в том числе при  ультразвуковом контроле процесса трещинообразования образцов состава Ц:П=1:2, армированных отрезками проволоки размером dxl=0,3х30мм (рис. 1.5). Однако в данном случае, как в прочем, и в других аналогичных [140], отмеченный эффект был менее заметным, что, видимо, связано с видом применяемых волокон и матрицы, а также их количественным соотношением. Вместе с тем, был сделан вывод о незначительном влиянии дисперсного армирования на поведение композиции в упругой стадии, а обнаруженное Ромуальди явление значительного упрочнения бетонов близко расположенными отрезками тонкой проволоки [161] объяснялось соответствующим увеличением нагрузки видимой трещины. Таким образом, модифицирующее воздействие армирующих волокон на цементные бетоны осталось без внимания, что приводит к определенным противоречиям в оценке их механических характеристик Сталефибробетон является разновидностью дисперсно-армированного железобетона и изготавливается из мелкозернистого или тяжелого бетона (бетон-матрица), в котором в качестве арматуры используются стальные фибры, равномерно распределенные по объёму бетона. Совместность работы бетона и стальных фибр обеспечивается за счёт сцепления по их поверхности и анкеровки фибры за счёт периодического профиля и её кривизны в продольном и поперечном направлении.
В настоящее время сталефибробетон является строительным материалом привычным и отработанным во многих индустриально развитых странах мира. Известен он был и в бывшем СССР, однако разработанные в тот период технологии базировались на применение, прежде всего, отходов металлообрабатывающей промышленности – стружки, обрезков канатных тросов и т.д. и были адаптированы преимущественно под использование жестких бетонных смесей.
Появление новых специально созданных видов стальной фибры – проволочных анкерного, волнового и прямого профиля, фрезерованной из стальных слябов, из резанного листа и т.д., а также применение мощных химических модификаторов супер-и гиперпластификаторов позволило вывести сталефибробетон на принципиально новый технологический уровень, расширяющий его области применения с одновременным резким увеличением основных физико-механических характеристик, прочности бетона на растяжение при изгибе, трещиностойкости, ударостойкости и т.д. С появлением и развитием технологии монолитного бетона материал нашел в этой области свою определенную нишу.
Основные области применения фибры:
в монолитных конструкциях – полы промышленных зданий, склады логистических центров, монолитные обделки метро и тоннелей, взлетно-посадочные полосы аэродромов, стоянки автомобилей и автомобильные дороги, резервуары и бассейны, банковские и сейфовые хранилища, взрывозащитные фортификационные объекты и другие приложения; торкретсталефибробетона – ремонт и усиление железобетонных и каменных конструкций укрепление горных склонов и откосов и т.п.;
сборного сталефибробетона – трубы, тюбинги метро, элементы стеновых панелей и плит перекрытия, железнодорожные шпалы, дорожные плиты, малые архитектурные формы и др.
Исходные материалы, виды и свойства армоцемента - По способу армирования армоцемент может быть комбинированноармированным сетками и стержнями и дисперсноармированным — часто расположенными только сварными или ткаными сетками
П. Л. Нерви придерживался второго направления, исходя из того, что при весе арматуры в виде тонких сеток 400—500 кг на 1 м3 бетона растяжимость армоцемента по сравнению с железобетоном увеличивается в 5 и более раз. Практически при этом на 1 см толщины сечения приходится не менее 4 сеток № 10. Такое армирование определяет высокое сопротивление сечения трещинообразованию, водопроницаемости и местным ударным нагрузкам.
Натурные испытания конструкций показали, что во время эксплуатации в их сечениях возникают деформации растяжения и сжатия, значительно меньшие предельных, т. е. дисперсное армирование создает чрезмерный запас прочностных и деформативных свойств армоцемента, которые не используются. С целью экономии дефицитные и дорогие тканые и особенно сварные сетки частично заменяют стержнями малых диаметров (6—12 мм), располагая их в растянутой зоне конструкции.
В этом случае, как правило, две тканые сетки крепят к каркасной сварной сетке из проволоки диаметром 3—4 мм. Отдельные стержни или каркасы располагают в ребрах или местах утолщений, образуемых пересечением плоскостей конструкции. Такое армирование названо комбинированным и широко применяется в конструкциях, изготовляемых в СССР. Конструкции с таким армированием близки к железобетонным, им свойственны повышенные характеристики: растяжимости мелкозернистого бетона, трещиностойкости, водонепроницаемости и ударной вязкости. Вместе с тем по весу и прочностным показателям конструкции с комбинированным армированием менее эффективны, чем с дисперсным. Однако для большинства армоцементных конструкций (покрытия, подвесные потолки, стены и др.), не требующих значительной трещиностойкости, водонепроницаемости и ударной вязкости, можно рекомендовать комбинированное армирование.
Для предварительно напряженного армоцемента при дисперсном армировании можно применять высокопрочные тканые сеткн. Это позволяет равномерно по всему сечению конструкции передать силу обжатия с арматуры на бетон и значительно повысить его трещиностойкость. Положительным является и то, что для размещения напряженных сеток не требуется создавать ребра и утолщения.
При комбинированном же армировании предварительно напряженную арматуру (стержни, пучки) располагают в ребрах или утолщениях, которые увеличивают вес конструкции; кроме того, сконцентрированная арматура передает силу обжатия бетону неравномерно по сечению конструкции.
Сталефибробетоны - ибровое армирование качественно изменяет свойства бетонных материалов. При насыщении бетонов стальными волокнами формируется новый материал – композит – сталефибробетон, свойства которого зависят от параметров фибрового армирования: типа фибры, её объемного содержания, соотношения между параметрами фибровой арматуры и параметрами структуры бетонной матрицы, уровня дисперсного армирования, соотношения формы и размеров сечения и длины фибры.
Свойства сталефибробетона и конструкций на его основе зависят, кроме того, от технологии производства: технологии приготовления сталефибробетонной смеси (либо без приготовления сталефибробетонной смеси), формования конструкций, условий твердения.
Разные исследователи при определении физико-механических характеристик сталефибробетона, в зависимости от условий экспериментов, получали различные результаты. Ниже приведены некоторые обобщенные краткие данные.
Прочность
Под прочностью материала понимается тот максимальный уровень напряжений, который может выдержать материал без существенных изменений в своей структуре при ожидаемых условиях работы. Прочностные характеристики сталефибробетона зависят от класса исходного бетона - матрицы, параметров фибрового армирования, характера поверхности фибры, её геометрии и размеров сечения элемента и их соотношения.
Прочность при сжатии. Рост прочности СФБ при сжатии прямо пропорционален классу бетона - матрицы, увеличению содержания фибры, уменьшению относительной длины и практически не зависит от их диаметра. По данным исследований расчетное сопротивление СФБ сжатию – Rfb может превысить призменную прочность исходного бетона – Rb от 40% до 2-х раз. Прочность при сжатии СФБ является контрольной характеристикой при проектировании СФБК и может быть выбрана в соответствии с классом СФБ по прочности на сжатие Bf или определена расчетом.
Прочность при растяжении СФБ растет прямо пропорционально увеличению содержания фибры и их длины, а также при увеличении прочности сцепления фибры с матрицей. Прочность СФБ при растяжении является одной из определяющих характеристик материала. Независимо от длины и объемного содержания фибры прочность СФБ при осевом растяжении ( Rfbt ) иссякает с появлением первой трещины. По данным специалистов Rfbt превышает прочность исходного бетона при растяжении Rbt до 5 – 6 раз. Прочность на растяжение может быть выбрана в соответствии с классом СФБ по прочности на растяжение Bft или определена расчетом.
Прочность на растяжение при изгибе является одним из важных показателей СФБ, который зависит от содержания фибры и её длины, прочности её сцепления с бетонной матрицей, класса бетонной матрицы и превышает прочность исходного бетона в 3,5-5 раз. Как другие характеристики СФБ, прочность СФБ при изгибе может быть выбрана в соответствии с классом СФБ по прочности на растяжение при изгибе Bftb или определена расчетом .
Динамическая прочность СФБ при сжатии (призменная) на 35% выше прочности исходного бетона. Она возрастает с увеличением объемного содержания фибры и уменьшением их относительной длины. Развитие трещин и разрушение в сталефибробетоне наступает медленнее, чем в железобетоне, более чем в 10 раз. Причем вязкость разрушения, характерная для СФБ при воздействии ударной нагрузки, до 40 раз выше аналогичной характеристики бетона.
По литературным данным предел выносливости сталефибробетонных конструкций выше железобетонных на 30% и составляет 0,95 Rbn
Деформативность
Силовые деформации. Показателем деформативности СФБ является модуль деформации – непостоянная величина и существенно зависящая от стадийности работы. Начальный модуль упругости СФБ зависит как от соответствующего показателя исходного бетона, так и от коэффициента фибрового армирования. Значение начального модуля упругости СФБ выше соответствующей характеристики бетона матрицы на 30% … 100%.
Деформативность СФБ характеризуется, помимо указанного выше, предельными деформациями сжатия fc,u и растяжения ft,u. Предельная сжимаемость СФБ fc,u превышает сжимаемость бетона до 3-х раз и составляет в среднем 12 x 10-3 , предельная растяжимость СФБ ft,u существенно выше аналогичной характеристики бетона, по имеющимся данным она составляет 6 … 8 x 10-4.
Деформации ползучести СФБ ниже ползучести исходного бетона при сжатии на 10 … 21%, при растяжении - на 40 … 50%.
Объемные деформации усадки. Можно отметить, что фибра сдерживает деформации усадки бетона в СФБ и способствует их более равномерному протеканию. Снижение деформаций усадки СФБ по отношению к неармированному бетону, по оценкам специалистов, составляет 30 … 60%. При повышенных температурах усадка СФБ ниже усадки исходного бетона на 10 … 23%.
Трещиностойкость
Для СФБ характерна высокая трещиностойкость, которая зависит не только от объемного содержания фибры, но и от дисперсности армирования. Чем более однородна бетонная матрица и, чем выше уровень дисперсности армирования, тем выше, при прочих равных условиях, предел трещиностойкости СФБ, который до 20-ти раз может превышать трещиностойкость исходного бетона.
Долговечность
Долговечность материала определяются такими его свойствами как, морозостойкость, коррозионная стойкость, водонепроницаемость и, косвенно, трещиностойкость. По оценкам специалистов СФБ характеризуется высокими показателями долговечности.
По экспериментальным данным, морозостойкость СФБ при объемном коэффициенты армирования ( fv ) 0,01 в 7 раз выше по сравнению с исходным бетоном.
Водонепроницаемость СФБ, как другие его гидрофизические свойства, зависит от структуры материала, прямо пропорциональна дисперсности фибрового армирования и содержанию фибры в объеме материала конструкции. По оценкам специалистов, водонепроницаемость СФБ превышает эту характеристику бетона почти в 2 раза.
Коррозионная и фильтрационная стойкость СФБ определяются количеством фибровой арматуры и структурой порового пространства СФБ. Матрица СФБ обладает повышенными защитными свойствами по отношению к волокнам. Экспериментально доказано, что в СФБ образуются капилляры с размером не более 0,01 мм, а это делает его влагонепроницаемым, а значит и обладающим высокой коррозионной стойкостью, превышающей почти в 2 раза коррозионную стойкость исходного бетона.
Теплофизические свойства
Теплофизические свойства СФБ – теплопроводность f , температуропроводность f , теплоемкость Сf , в общем случае зависят от объемного содержания фибры и влажности материала. Температуропроводность СФБ выше этого показателя исходного бетона до 16%; теплопроводность СФБ f превышает теплопроводность исходного бетона 0 до 30%, теплоемкость СФБ практически равна теплоемкости бетона.
Огнестойкость. Пожаробезопасность. Огнеупорность
Сталефибробетон является более огнестойким материалом, чем сталь и железобетон, так как при температурах пожара он практически сохраняет на нормативный срок свои прочностные и деформативные свойства. Исследования СФБ, подвергнутого высокотемпературному нагреву при пожаре (до t = 500°С), проведенные с целью оценки его работоспособности, показали, что энергия разрушения СФБ до 200 раз превышает этот показатель обычного бетона, а коэффициент интенсивности напряжений – в 12 раз. При этом СФБ с фибрами из низкоуглеродистой стали выдерживает нагрев, без снижения прочности, до температуры 450 – 537°С; с фибрами из нержавеющей стали до температуры 1590 – 1595°С.
Истираемость
Исследования СФБ на истираемость свидетельствуют о структурном улучшении этого материала в сравнении с неармированным бетоном. Показатель истираемости улучшается, в среднем, в 2 раза сравнении с неармированным бетоном и фибры истираются совместно с бетонной матрицей.
Кавитационная стойкость
Кавитационная стойкость – это специфическое свойство СФБ, которое выделяет его из всех известных материалов. Эта характеристика в 2.5 раза выше, чем у неармированного или армированного другими способами бетона. Особенно она повышается при армировании стальными фибрами полимербетона. Для невысоких скоростей потока достаточной кавитационной стойкостью обладает СФБ и без полимерных добавок.
Особенности конструирования композитов на основе высокопористых матриц. Свойства и технология ячеистых фибробетонов.– многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.То, что малые добавки волокна значительно увеличивают прочность и вязкость хрупких материалов, было известно с древнейших времен. Во времена египетского рабства евреи добавляли солому в кирпичи, чтобы они были прочнее и не растрескивались при сушке на жарком солнце
Пожалуй, в каждом современном доме найдутся предметы мебели, сделанные из распространенного в наши дни композиционного материала – древесно-стружечных плит (ДСП), в которых матрица из синтетических смол наполнена древесными стружками и опилками. А наиболее известным на сегодняшний день композитом, вероятнее всего, является железобетон. Сочетание бетона и железных прутьев дает материал, из которого сооружают конструкции (пролеты мостов, балки и т.п.), которые выдерживают большие нагрузки, вызывающие растрескивание обычного бетона. Интересно, что первыми применять железо в качестве арматуры стали древние греки, причем армировали они мрамор. Когда архитектору Мнесиклу в 437 до н.э. понадобилось перекрыть пролеты длиной в 4–6 м, он замуровал в специальных канавках в мраморных плитах двухметровые железные стержни, чтобы перекрытия справились с напряжениями.
Компонентами композитов являются самые разнообразные материалы – металлы, керамика, стекла, пластмассы, углерод и т.п. Известны многокомпонентные композиционные материалы – полиматричные, когда в одном материале сочетают несколько матриц, или гибридные, включающие в себя разные наполнители. Наполнитель определяет прочность, жесткость и деформируемость материала, а матрица обеспечивает монолитность материала, передачу напряжения в наполнителе и стойкость к различным внешним воздействиям. По структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, слоистые, дисперсноупрочненные, упрочненные частицами и нанокомпозиты. Волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными кристаллами – кирпичи с соломой и папье-маше можно отнести как раз к этому классу композитов. Уже небольшое содержание наполнителя в композитах такого типа приводит к появлению качественно новых механических свойств материала. Широко варьировать свойства материала позволяет также изменение ориентации размера и концентрации волокон. Кроме того, армирование волокнами придает материалу анизотропию свойств (различие свойств в разных направлениях), а за счет добавки волокон проводников можно придать материалу электропроводность вдоль заданной оси.
В слоистых композиционных материалах матрица и наполнитель расположены слоями, как, например, в особо прочном стекле, армированном несколькими слоями полимерных пленок.
Микроструктура остальных классов композиционных материалов характеризуется тем, что матрицу наполняют частицами армирующего вещества, а различаются они размерами частиц. В композитах, упрочненных частицами, их размер больше 1 мкм, а содержание составляет 20–25% (по объему), тогда как дисперсноупрочненные композиты включают в себя от 1 до 15% (по объему) частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Размеры частиц, входящих в состав нанокомпозитов – нового класса композиционных материалов – еще меньше и составляют 10–100 нм.Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение в различных областях дает значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000$. В качестве наполнителей ПКМ используется множество различных веществ.
А) Стеклопластики – полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные и т.д.), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и т.д.). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей – куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора. В первых армированных стеклопластиках количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы. Однако со временем назначение матрицы изменилось – она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80% по массе. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя применяется ткань, плетенная из стеклянных волокон, называется стеклотекстолитом.
Стеклопластики – достаточно дешевые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т.п.
Б) Углепластики – наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление – 220° С, карбонизация – 1000–1500° С и графитизация – 1800–3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5% по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков – чаще всего – термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики – очень легкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, черного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении легких велосипедов и другого спортивного инвентаря.
На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы – наиболее термостойкие композиционные материалы (углеуглепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000° С. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000° С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.
В) Боропластики – композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедренные в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетенных вспомогательной стеклянной нитью или лент, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твердости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30% стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.
Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.
Г) Органопластики – композиты, в которых наполнителями служат органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40–70% наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров – полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т.п. – варьируется в значительно больших пределах – от 2 до 70%. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.
Важную роль в улучшении механических характеристик органопластика играет степень ориентация макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.
Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и т.д.
Д) Полимеры, наполненные порошками. Известно более 10000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 в. способ синтеза фенолформфльдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола – вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до ее затвердевания, увеличивает ее прочность. Созданный им материал – бакелит – приобрел большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя – пресс-порошок - под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это – ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс». Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.
Сейчас применяются разнообразные наполнители так термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дешевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет дает возможность окрашивать материал. Применяют для изготовления жестких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т.д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п. По-прежнему широко применяют органические наполнители – древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.
Е) Текстолиты – слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов – покрытия для кухонных столов – трудно переоценить.
Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие – на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон – хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и т.д. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов. При создании композитов на основе металлов в качестве матрицы применяют алюминий, магний, никель, медь и т.д. Наполнителем служат или высокопрочные волокна, или тугоплавкие, не растворяющиеся в основном металле частицы различной дисперсности.
Свойства дисперсноупрочненных металлических композитов изотропны –одинаковы во всех направлениях. Добавление 5–10% армирующих наполнителей (тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов) приводит к повышению сопротивляемости матрицы нагрузкам. Эффект увеличения прочности сравнительно невелик, однако ценно увеличение жаропрочности композита по сравнению с исходной матрицей. Так, введение в жаропрочный хромоникелевый сплав тонкодисперсных порошков оксида тория или оксида циркония позволяет увеличить температуру, при которой изделия из этого сплава способны к длительной работе, с 1000° С до 1200° С. Дисперсноупрочненные металлические композиты получают, вводя порошок наполнителя в расплавленный металл, или методами порошковой металлургии.
Армирование металлов волокнами, нитевидными кристаллами, проволокой значительно повышает как прочность, так и жаростойкость металла. Например, сплавы алюминия, армированные волокнами бора, можно эксплуатировать при температурах до 450–500° С, вместо 250–300° С. Применяют оксидные, боридные, карбидные, нитридные металлические наполнители, углеродные волокна. Керамические и оксидные волокна из-за своей хрупкости не допускают пластическую деформацию материала, что создает значительные технологические трудности при изготовлении изделий, тогда как использование более пластичных металлических наполнителей позволяет переформование. Получают такие композиты пропитыванием пучков волокон расплавами металлов, электроосаждением, смешением с порошком металла и последующим спеканием и т.д.В 1970-х появились первые материалы, армированные нитевидными монокристаллами («усами»). Нитевидные кристаллы получают, протягивая расплав через фильеры. Используются «усы» оксида алюминия, оксида бериллия, карбидов бора и кремния, нитридов алюминия и кремния и т.д. длиной 0,3–15 мм и диаметром 1–30 мкм. Армирование «усами» позволяет значительно увеличить прочность материала и повысить его жаростойкость. Например, предел текучести композита из серебра, содержащего 24% «усов» оксида алюминия, в 30 раз превышает предел текучести серебра и в 2 раза – других композиционных материалов на основе серебра. Армирование «усами» оксида алюминия материалов на основе вольфрама и молибдена вдвое увеличило их прочность при температуре 1650° С, что позволяет использовать эти материалы для изготовления сопел ракет.
Армирование керамических материалов волокнами, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами позволяет получать высокопрочные композиты, однако, ассортимент волокон, пригодных для армирования керамики, ограничен свойствами исходного материала. Часто используют металлические волокна. Сопротивление растяжению растет незначительно, но зато повышается сопротивление тепловым ударам – материал меньше растрескивается при нагревании, но возможны случаи, когда прочность материала падает. Это зависит от соотношения коэффициентов термического расширения матрицы и наполнителя.Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твердые износостойкие керметы используют для изготовления режущих инструментов и деталей. Кроме того, керметы применяют в специальных областях техники – это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и т.д.
Керамические композиционные материалы получают методами горячего прессования (таблетирование с последующим спеканием под давлением) или методом шликерного литья (волокна заливаются суспензией матричного материала, которая после сушки также подвергается спеканию).
Стеклоцементные композиции. Свойства, особенности технологии и области применения стеклоцемента- роизводство стеклоцементных конструкций состоит из трех основных технологических процессов:
1. Приготовление цементной или полимерцементной суспензии, 2. Изготовление стеклоцемента и конструкций из него одним из выбранных приемов, 3. Уход за твердеющим стеклоцементом.
Для приготовления цементной суспензии любого состава используют строительные растворомешалки, как правило, малой емкости (50...80 л). Объясняется это, во-первых, тем, что изделия тонкостенные, следовательно, материалоемкость их невелика, во-вторых, цемент необходимо как можно быстрее уложить в дело, не допуская его схватывания.
Качество стеклоцемента прямо зависит от приготавливаемой цементной или полимерцементной суспензии. Поэтому необходим строгий контроль активности используемого цемента, качества добавок и водоцементного отношения, которое обычно составляет 0,4...0,6. По возможности следует снижать В/Ц, но без ущерба для качества пропитки стекловолокна.
При уменьшении В/Ц увеличивается прочность цементного камня в стеклоцементе, но ухудшается пропитка стекловолокнистых материалов. Для повышения пластичности цементной суспензии при низком В/Ц в состав можно вводить пластификаторы, что повышает удобство работы со стеклоцементом и качество склеивания волокон между собой. Добавки и пластификаторы вводят и состав цементной суспензии с водой затворения.
Основные методы изготовления стеклоцемента: смешивание компонентов с последующей укладкой смеси в форму;
контактное формование;
напыление компонентов стеклоцемента па форму; намотка;
центрифугирование; вибропогружеиие волокна; виброэкструзия; мокрое формование.
Каждый из перечисленных методов можно заканчивать прессованием, вакуумированием, вибрированием, гнутьем сырого стеклоцемента для придания нужной конфигурации, экструзией. Выбор того или иного технологического приема зависит от трех основных факторов: вида армирующего стекловолокнистого компонента; конфигурации стеклоцементной конструкции; назначения ее и требуемых физико-механических показателей стеклоцемента.Метод смешивания компонентов (стекловолокна и суспензии) применяют при использовании коротких стеклянных волокон: штапельного волокна или рубленого стеклоровинга. Трудность его реализации заключается в равномерном распределении волокон в цементной матрице и сохранении их прямолинейности в композиции.
Обычные приемы перемешивания тонких стеклянных волокон с цементной суспензией (подобно тому как смешивают компоненты бетона) не приводят к обеспечению дисперсной структуры армирования. Волокна скатываются в комки-гранулы, связь между которыми осуществляется только за счет склеивания в местах поверхностного контакта гранул. Чем длиннее волокна, тем интенсивнее происходит их комкообразование, и наоборот — диспергирование коротких волокон упрощает эту задачу. Комкование исключено при использовании грубых волокон диаметром более 100 мкм. Однако такие волокна очень хрупкие и в процессе перемешивания интенсивно дробятся, что отрицательно сказывается на прочности композиционного материала при изгибе и растяжении.
В промышленных масштабах отработаны два способа смешивания стеклянных волокон и цементной суспензии.
Первый заключается в том, что штапельные волокна вводят в цементную пеномассу, а не в обычный цементный раствор. Наличие пузырьков воздуха, вовлеченных пенообразователем в цементную суспензию, обеспечивает диспергирование волокон с ориентацией их в трех направлениях. Для этой цели необходимо использовать высокооборотистые лопастные смесители (более 100 об/мин).
Затвердевшая масса представляет собой ячеистый цементный камень, дисперсно армированный волокном. Для получения плотного конструкционного стеклоцемента на основе штапельных волокон и пеномассы необходимо по окончании перемешивания вводить в смеситель осадители пены или интенсивно вибрировать стеклоцементную массу в форме.
Второй способ — рубленое стекловолокно (отрезки стеклоровинга длиной 25...30 мм) диспергируют перемешиванием с полусухой цементной массой (В/Ц=0,2...0,25) в быстроходных смесителях. После перемешивания сырую стеклоцементную композицию прессуют в форме. Если прессование невозможно, то ее разжижают водой до требуемой пластичности и укладывают в форму, после чего уложенную массу виброуплотняют.
Вследствие использования коротких волокон и их хаотического расположения метод смешивания компонентов не позволяет достичь столь высоких показателей прочности стеклоцемента на растяжение и изгиб, как при использовании непрерывного волокна в виде тканей, сеток, холстов. Вместе с тем, при равных количествах диспергированного волокна прочность на сжатие стеклоцемента, приготовленного в смесителе, выше, чем полученного другими методами. Волокна в нем ориентированы в трех плоскостях.
Контактное формование — наименее поддающийся механизации процесс изготовления стеклоцемента. Он заключается в последовательной укладке в форму слоев стекловолокнистого материала и цементной суспензии с уплотнением каждого слоя торцеванием или прокатыванием резиновым рифленым валиком. Этот метод прост, не требует высокой квалификации рабочих, больших затрат на оборудование и технологическую оснастку, обеспечивает высокие показатели прочности стеклоцемента. Однако он малопроизводителен. При формовании занято большое число рабочих. Особенно это проявляется при изготовлении крупногабаритных конструкций.
Применяют метод при индивидуальном и мелкосерийном изготовлении стеклоцементных конструкций и деталей, а также при изготовлении большеразмерных конструкций сложной конфигурации, когда механизация технологического процесса затруднена.
На поверхность формы, покрытой антиадгезионной смазкой, сначала наносят цементную суспензию, а затем — слой армирующего стекловолокнистого материала, после чего происходит их уплотнение торцеванием или укаткой. Количество волокна и цемента должно быть в таком соотношении, чтобы волокна пропитывались полностью, но без излишка суспензии. Толщина одного слоя стеклоцемента 0,8...1,5 мм. Необходимая толщина изделия достигается укладкой соответствующего числа слоев.
При наличии в конструкции гофров, резких выступов или впадин начинают укладывать стеклоцемент в опалубку именно с этих участков небольшими порциями. Первоочередное заполнение стеклоцементом углов и впадин, обрамление отверстий позволяет не допустить образования в этих местах воздушных пузырей и отслаивания, а также уменьшает трудность укладки в углах рулонных стекловолокнистых материалов.
В некоторых случаях в связи со сложной конфигурацией изделия возможна укладка стеклоцемента в форму следующим образом. Стекловолокнистый материал (отрезки стеклоровинга, стеклоткани, холста) окунают в цементную суспензию, вручную пропитывают ею, отжимают избыток суспензии и полученный таким образом сырой стеклоцемент укладывают в форму, где его разравнивают и уплотняют. Необходимо стремиться, чтобы лицевая поверхность изделия при формовании была обращена к форме.
Этот метод — вариант контактного формования, когда механизирован процесс укладки стекловолокна (стеклоровинга) и цементной суспензии. Он исключает ручные операции раскроя армирующих материалов и укладки их в форму, механизирует операцию нанесения цементного связующего. Все это обеспечивает повышение производительности труда и снижение стоимости изделий из стеклоцемента по сравнению с изготовленными контактным методом.
Процесс изготовления стеклоцемента этим методом состоит в том, что на форму при помощи инжекционного сопла наносят цементную суспензию, а затем при помощи пневматическое го пистолета-напылителя (ППН) наносят рубленый на отрезки длиной 30...60 мм стеклоровинг.
Работа ППН заключается в том, что подаваемый с бобины стеклоровинг ложится на резиновый валик и рубится на отрезки, которые попадают в струю сжатого воздуха и выбрасываются из механизма на только что нанесенную цементную суспензию. ППН представляет собой пневматический двигатель с редуктором и специальной приставкой для резки и распыления стеклоровинга. Двигатель с редуктором от пневмоинструмента (пневмодрели) с частотой вращения более 2000 об/мин.
ППН можно укомплектовать соплом для синхронной с волокном подачи цементной суспензии.
Напыление компонентов сопровождают уплотнением каждого слоя путем торцевания или прокатыванием резиновым рифленым уплотняющим валиком. Производительность напыления можно увеличить за счет одновременной рубки двух-трех ровингов одним ППН и соответствующим увеличением производительности инжекционного сопла для цементной суспензии. Изготовление стеклоцемента напылением механизирует процесс формования, позволяет использовать наиболее дешевую разновидность конструкционного стекловолокнистого материала — стеклоровинга.
Способы формования армоцементных и фибробетонных конструкций (вибролитье, метод виброгнутья, виброштампование, виброформование, вибропрофилирование, послойное формование, вибропрессование и др.)- Малая толщина армоцементных элементов и строгие допуски предъявляют высокие требования к точности изготовления армоцементных конструкций. Недопустимо кустарное изготовление с ручным уплотнением бетонной смеси без фиксации арматуры, особенно сеток.
В Советском Союзе были разработаны и освоены несколько индустриальных способов изготовления армоцементных конструкций. Ниже рассмотрены машинные способы изготовления, позволяющие получать изделия высокого качества, с заданной высотой сечения, надлежащей толщиной защитного слоя и соблюдением всех необходимых параметров конструкции.
Способ вибропрофилирования. Формуют изделие вибропрофилером. Это машина,нижняя часть которой повторяет форму поперечного сечения конструкции. В средней части располагается бункер, внутри которого размещается вибродиафрагма, подвешенная на упругих подвесках. Поддон с уложенной на нем арматурой движется по рельсам под вибропрофилером. В зазор между ними, по форме поперечного сечения изделия, из бункера поступает бетонная смесь вязкостью до 30 сек, которая уплотняется вибраторами, находящимися на профилере. Скорость передвижения поддона 0,5—1,5 м/мин. Для прохождения бетона сквозь пакет сеток нужно вызвать вибрацию около 3000 кол/мин. Бетон вызревает на поддоне. Технологическая линия — поточная с тепловой обработкой в стационарных пропарочных камерах. Этот способ пригоден для изготовления изделий постоянной высоты, плоской или цилиндрической формы, длиной до 10 м, шириной до 3 м при наибольшем угле наклона открытых поверхностей до 30°. Одним из его недостатков является то, что во время теплообработки изделие находится на поддоне, в результате при массовом производстве требуется большое количество поддонов и большие производственные площади.
Способ формования при помощи скользящего виброштампа пригоден для изготовления длиномерных изделий плоской или цилиндрической формы. Скользящий виброштамп—машина, состоящая из формующей плиты, повторяющей конфигурацию изделия с приподнятой передней частью. Плита жестко скреплена с вибраторами и пригрузом. Вверху находится бункер (рис. 86). Скользящий виброштамп движется по направляющим; бетонная смесь поступает из бункера на стенд-матрицу через щель, ширину которой можно регулировать заслонкой, разравнивается и уплотняется. Полная готовность изделия достигается за несколько проходов штампа. Угол наклона формуемой поверхности к горизонту не должен превышать 15°. Технологическая линия — стендовая или поточно-агрегатная. Скорость передвижения виброштампа — 0,5-1,5 м/мин. Для уплотнения бетона нужно применять вибраторы с частотой до 6000 кол/мин.Оба способа пригодны для уплотнения бетонов с низким В/Ц = 0,3—0,35.
Их недостатки — сложность оборудования, возможность изготавливать элементы только сравнительно простой формы и постоянного сечения.
Такие и подобные им машины были изготовлены и применялись НИИЖБ, трестом Оргэнергострой в Куйбышеве, заводом Южэнергострой и другими организациями.
Способ виброштампования заключается в уплотнении бетонной смеси вибрированием с пригрузом. При этом применяется стационарный виброштамп с матрицей или виброплощадки с пригрузом. Бетонная смесь укладывается и разравнивается бетоноукладчиком, после чего уплотняется вибрированием. По завершению цикла вибрирования штамп снимается. Этот способ пригоден для формования изделий площадью до 20 м и высотой до 1,5 м. Требуемая частота — 6000 кол/мин, величина пригруза — 80 гс/см2. Допускается немедленная распалубка с отрывом штампа от поверхности изделия, при этом жесткость бетонной смеси по техническому вискозиметру должна составлять 20—40 сек. Технологическая схема агрегатно-поточная или стендовая. В случае снятия штампа до отвердения, вследствие присоса между виброштампом и изделием срывается поверхность бетона. При подъеме виброштампа через 2—3 часа и уменьшении силы присоса подачей сжатого воздуха между штампом и изделием отрыв штампа происходит без помех.
Бетоны, полученные таким способом, характеризуются высокой прочностью (1000 — 1200 кгс/см2), которая растет значительно быстрее, чем при обычном вибрировании
Технико-экономическая эффективность и области применения конструкций и изделий из дисперсно-армированных бетонов - как и традиционный бетон, представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую арматуру. Дисперсное фибровое армирование позволяет в большой степени компенсировать главные недостатки бетона - низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения.
Фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность при растяжении и на срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление кавитации, жаропрочность и пожаростойкость. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и их ремонте.
Свойства фибробетона как композиционного материала определяются свойствами составляющих его компонентов. В определенной степени важнейший компонент - фибра (стальная или неметаллическая). Основные характеристики материалов, используемых в настоящее время для изготовления фибры, приведены в таблице.
Сопротивление различным воздействиям у фибробетонов в несколько раз выше, чем у обычного бетона.
Главными показателями свойств фибробетонов можно считать следующие:
прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжении при изгибе;
начальный модуль деформаций;
морозостойкость;
водонепроницаемость;
истираемость;
ударную прочность (вязкость).
Важнейшая характеристика фибробетона - прочность на растяжение - является не только прямой характеристикой материала, но и косвенной, и отражает его сопротивление другим воздействиям, а также долговечность.
Другая важная характеристика фибробетона - ударная прочность (вязкость разрушения), которая в 3-5 раз превышает ударную прочность обычного бетона.
Экспериментально-теоретические исследования физико-механических свойств фибробетонов и опыт их применения позволили выявить эффективную номенклатуру конструкций, сооружений и изделий из них.
Установлены следующие области рационального применения фибробетонов:
монолитные конструкции и сооружения - автомобильные дороги, перекладка покрытия, промышленные полы, выравнивающие полы, мостовые настилы, ирригационные каналы, взрыво - и взломоустойчивые сооружения, водоотбойные дамбы, огнезащитная штукатурка, емкости для воды и других жидкостей, обделки тоннелей, пространственные покрытия и сооружения, оборонные сооружения, ремонт монолитных конструкций полов, дорог и др.;
сборные элементы и конструкции - железнодорожные шпалы, трубопроводы, склепы, балки, ступени, стеновые панели, кровельные панели и черепица, модули плавающих доков, морские сооружения, взрыво- и взломоустойчивые конструкции, плиты аэродромных, дорожных, тротуарных покрытий и креплений каналов, карнизные элементы мостов, сваи, шпунт, обогревательные элементы, элементы пространственных покрытий и сооружений, уличная фурнитура.
Практически все вышеуказанные конструкции из фибробетона широко применяются за рубежом, имеется положительный опыт их эффективного использования и в отечественном строительстве. Конструкции могут изготовляться как с фибровым, так и с комбинированным армированием, когда имеется фибра и стержневая или проволочная арматура.
Низкое сопротивление растяжению, которое характерно для каменных материалов, - наиболее существенный недостаток, снижающий эффективность использования бетона в конструкциях. Ввиду сложной макроструктуры сопротивление растяжению - определяющий фактор и при других видах напряженного состояния бетона.
Достигаемое фибровым армированием увеличение отношения пределов прочности при растяжении и сжатии (Rbt/Rc) представляет собой средство повышения эффективности бетона как конструкционного материала. Учитывая относительно высокую стоимость и дефицитность волокон, этот показатель решит вопрос о конкурентоспособности фибробетонов по сравнению с другими видами армированных бетонов. Имеются мнения, что для этого потребуется достижение величины Rbt/Rc = 0,5 - 0,6. Практически такое соотношение прочностей возможно только при дисперсном фибровом армировании бетона-матрицы.
Интегральные свойства фибробетона, как и любого композита, обусловливаются свойствами его компонентов (фибры и бетона-матрицы), а также наличием и степенью их совместной работы. В фибробетоне такая работа обеспечивается за счет сцепления и анкеровки фибры в бетоне. За последние годы в НИИЖБ разработана новая перспективная технология получения высокопрочных удобоукладываемых бетонов. Она превосходит уровень мировых стандартов и основана на применении комплексного модификатора бетона марки МБ-01 в виде порошка на органоминеральной основе, включающей микрокремнезем, суперпластификатор и регулятор твердения бетона.
Экспериментально-теоретические исследования, проведенные в институте, показали, что модифицированный высокопрочный бетон - наиболее приемлемая матрица для фибробетона с современной фиброй различных видов.
В основу перспективных разработок следует положить принципы создания фибробетонов нового поколения.
Для получения фибробетона с высокими эксплуатационными характеристиками и долговечностью необходимо выполнить следующее:
достигнуть технологической совместимости фибры и бетона-матрицы (высокая однородность распределения фибры по объему композита; иметь необходимое количество растворной части бетона для размещения в ней фибры и обеспечения ее анкеровки, а также достаточную удобоукладываемость фибробетонной смеси из условий технологии производства изделий, конструкций или возведения сооружений);
обеспечить коррозионную стойкость фибры в среде бетона-матрицы и требуемую долговечность получаемого фибробетона;
создать максимальное заанкеривание фибры в бетоне-матрице с целью наиболее эффективного использования ее прочностных свойств;
выбрать оптимальное сочетание агрегатного состояния (вида), прочности и деформативности фибры и бетона-матрицы для получения наиболее эффективного по эксплуатационным свойствам композита (фибробетона) на их основе.
С учетом выполнения этих условий наиболее перспективно для создания высокоэффективных фибробетонов нового поколения применение высокопрочных модифицированных бетонов на основе комплексных органоминеральных модификаторов типа МБ-01 и эффективной стальной фибры (типа "Харекс", "Драмикс"), щелочестойкой стеклянной (типа СЦ-6 или "CemFil"), базальтовой или полипропиленовой фибры оптимального агрегатного состояния.
В настоящее время имеются практически все возможности для создания высокопрочных фибробетонов нового поколения на основе отечественных материалов. Наличие современных эффективных видов фибры позволяет упростить ее введение и перемешивание в бетонной смеси, что, в свою очередь, дает возможность в большей степени использовать технологическое оборудование, применяемое для обычных бетонов. При этом могут быть получены и использованы фибробетонные смеси высокой подвижности.
Модифицированные высокопрочные мелкозернистые бетоны, обладая сверхнизкой проницаемостью (W20), обеспечивают высокую коррозионную стойкость фибры и долговечность фибробетона, а также ускоренное нарастание прочности. Последнее особенно важно для монолитного строительства.
Учитывая сложившиеся условия и мировой опыт, целесообразно ускорить разработки в области технологии и расчета фибробетонов, более широко применять фибробетонные конструкции при проектировании объектов строительст

Приложенные файлы

  • docx 8873780
    Размер файла: 208 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий