/
Автор: Кривенко П.В.
Теги: підручник матеріалознавство будівництво композіційні матеріали видавництво ліра к інфраструктура
ISBN: 978-966-2609-04-2
Год: 2012
Текст
БУДІВЕЛЬНЕ
’ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,
МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
П.В. Кривенко, К.К. Пушкарьова,
В.Б. Барановський, М.О. Кочевих,
Ю.Г. Гасан, Б.Я. Константинівський,
В.О. Ракша
БУДІВЕ Л ЬНЕ
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
За редакцією доктора технічних наук,
професора П. В. Кривенко
Видання 3-є, перероблене та доповнене
Київ-2012
УДК 691(075.8)
ББК 30.3я73
Б 90
Затверджено Міністерством освіти і науки,
молоді та спорту України як підручник для студентів
будівельних спеціальностей вищих навчальних закладів
(Лист № 1/11-1240 від 26.02.2010)
Рецензенти:
В.В. Мозговий, завідувач кафедри дорожньо-будівельних матеріалів і
хімії Національного транспортного університету, доктор технічних
наук, професор, академік Транспортної академії України;
В.П. Сербія, професор кафедри технології неорганічних речовин та
загальної неорганічної технології Національного технічного універ-
ситету «Київський політехнічний інститут», доктор технічних наук,
професор;
М.А. Саницький, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри
автомобільних шляхів Національного університету «Львівська полі-
техніка».
Кривенко П.В., Пушкарьова К.К., Барановський В.Б., Ко-
чевих М.О., Гасан Ю.Г., Константи пінський Б.Я., Ракша В.О.
Б 90 Будівельне матеріалознавство: Підручник. — К.: «Видав-
ництво Ліра-К», 2012. — 624 с.
І8ВМ 978-966-2609-04-2
У підручнику розглянуті основні наукові положення сучасного будівельного ма-
теріалознавства, що ґрунтуються на загальних принципах побудови композиційних
матеріалів. Наведені фізико-хімічні процеси отримання та направленого регулювання
характеристик будівельних матеріалів різного призначення, що основані на викорис-
танні відомих залежностей між складом, структурою, властивостями та технологією
їх виготовлення. Висвітлені екологічні аспекти виробництва та застосування сучасних
матеріалів, наведені новітні технології утилізації вторинних ресурсів при отриманні
будівельних матеріалів та виробів. Представлені сучасні методи підвищення якості та
довговічності матеріалів з урахуванням швидкості розвитку інфраструктури і спеціа-
льних галузей господарства.
Призначений для студентів будівельних спеціальностей вищих навчальних закла-
дів, аспірантів, докторантів, наукових співробітників та фахівців, що працюють у га-
лузі будівництва.
УДК 691(075.8)
ББК 30.3я73
I8ВN 978-966-2609-04-2
© П.В. Кривенко, К.К. Пушкарьова,
В.Б. Барановський, М.О. Кочевих,
Ю.Г. Гасан, Б.Я. Константинівський,
В.О. Ракша, 2012
© «Видавництво Ліра-К» 2012
Зміст
...........................
іямммшвтіїяімт
>
Передмова........................................................ 9
Розділ 1. ОСНОВИ БУДІВЕЛЬНОГО
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА........................................12
1.1. Мета та завдання будівельного матеріалознавства.............12
1.2. Принципи побудови композиційних матеріалів
будівельного призначення................................15
1.3. Загальна класифікація композиційних матеріалів
будівельного призначення................................19
1.4. Сучасні уявлення про формування структури та її роль
в отриманні будівельних композиційних матеріалів
із заданими властивостями...............................21
1.5. Методи оцінки складу та структури будівельних матеріалів . 26
1.5.1. Хімічні та структурно-механічні методи . . ...........26
1.5.2. Фізико-хімічні методи.................................27
1.6. Властивості будівельних матеріалів..........................39
1.6.1. Фізичні властивості...................................39
1.6.2. Механічні властивості.................................48
1.6.3. Експлуатаційні (спеціальні) властивості...............57
1.6.4. Технологічні властивості..............................74
Список літератури до розділу 1...................................75
Розділ 2. ПРИРОДНІ КАМ’ЯНІ МАТЕРІАЛИ.............................76
2.1. Особливості утворення та класифікація гірських порід .... 77
2.2. Характеристика породотвірних мінералів.............81
2.3. Будова та властивості гірських порід різного походження . . 86
2.3.1. Вивержені породи.............................86
2.3.2. Осадові породи...............................91
2.3.3. Метаморфічні породи..........................96
З
2.4. Вплив складу га структури гірських порід на властивості
кам’яних матеріалів......................................97
2.5. Видобування га методи обробки кам’яних матеріалів...99
2.6. Класифікація га харак теристика матеріалів і виробів
із природного каменю....................................101
2.7. Використання відходів видобування і обробки гірських порід 104
2.8. Проблеми довговічності та захист кам’яних
матеріалів від корозії..................................106
Список літератури до розділу 2...........................ПО
Розділ 3. КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ ТА ВИРОБИ.................111
3.1. Особливості фізико-хімічних процесів формування
структури керамічних матеріалів.........................112
3.2. Головні критерії класифікації керамічних матеріалів
та виробів..............................................115
3.3. Сировина для виробництва керамічних матеріалів.....116
3.4. Матеріали для декорування (глазур, ангоби, керамічні фарби) 120
3.5. Особливості технології виготовлення керамічних виробів . 122
3.6. Характеристика керамічних виробів різного призначення . 127
3.6.1. Стінові вироби...............................127
3.6.2. Вироби для облицювання фасадів...............132
3.6.3. Плитки для внутрішнього облицювання..........135
3.6.4. Плитки для підлог............................136
3.6.5. Вироби спеціального призначення .............138
3.7. Використання техногенної сировини для виробництва
керамічних матеріалів ..................................144
3.8. Довговічність кераміки та способи її підвищення....147
Список літератури до розділу 3......................... 148
Розділ 4. МАТЕРІАЛИ ТА ВИРОБИ
З МІНЕРАЛЬНИХ РОЗПЛАВІВ.................................150
4.1. Особливості формування склуватої і склокристалічної
структури та її вплив на властивості отриманих матеріалів 151
4.2. Класифікація матеріалів на основі мінеральних розплавів . 154
4.3. Сировина, технологія отримання та властивості скла .... 155
4.4. Матеріали та вироби зі скла........................160
4.4.1. Будівельне скло та вироби на його основі.....160
4.4.2. Ніздрюваті та волокнисті вироби зі скла......173
4.4.3. Склокристалічні матеріали....................176
4.5. Матеріали та вироби зі шлакових розплавів..........183
4.6. Матеріали та вироби з кам’яного литва..............186
4
4.7. Використання відходів у виробництві плавлених
силікатних виробів......................................190
4.8. Деякі аспекти довговічності скла та склокристалічних
матеріалів..............................................191
Список літератури до розділу 4..........................193
Розділ 5. МЕТАЛЕВІ МАТЕРІАЛИ............................195
5.1. Загальна характеристика металів....................195
5.2. Основні властивості металів........................197
5.3. Фізико-хімічні основи отримання чорних металів
та сплавів на їхній основі..............................198
5.3.1. Основи отримання чавуну і сталі..............198
5.3.2. Кристалізація та фазовий склад залізовуглецевих
сплавів..............................................201
5.3.3. Класифікація та характеристика чавунів.......205
5.3.4. Класифікація вуглецевих сталей...............207
5.3.5. Модифікування структури та властивостей сталі . . . 209
5.4. Вироби зі сталі....................................210
5.5. Кольорові метали та сплави і матеріали на їхній основі . . . 214
5.6. Проблеми довговічності та захист металевих виробів
від корозії.............................................219
Список літератури до розділу 5..........................220
Розділ 6 НЕОРГАНІЧНІ В’ЯЖУЧІ МАТЕРІАЛИ..................221
6.1. Фізико-хімічні закономірності формування складу
та структури мінеральних в’яжучих речовин...............221
6.2. Класифікація неорганічних в’яжучих речовин.........223
6.3. Повітряні в’яжучі речовини.........................226
6.3.1. Гіпсові в’яжучі матеріали....................226
6.3.2. Повітряне будівельне вапно...................238
6.3.3. Магнезіальні в’яжучі матеріали...............243
6.4. Гідравлічні в’яжучі матеріали......................247
6.4.1. Гідравлічне вапно............................247
6.4.2. Романцемент..................................248
6.4.3. Портландцемент...............................249
6.4.4. Кальційалюмінатні цементи....................277
6.4.5. Лужні цементи................................283
6.5. В’яжучі речовини, що твердіють у спеціальних умовах . . . 292
6.5.1. Розчинне скло................................292
6.5.2. Сірчаний цемент..............................297
6.5.3. Фосфатні цементи.............................298
5
6.6. Використання відходів виробництв та побічних продуктів
при отриманні в’яжучих речовин..........................300
6.7. Мінералогічні аспекти довговічності в’яжучих речовин . . 303
Список літератури до розділу 6...........................306
Розділ 7. БУДІВЕЛЬНІ РОЗЧИНИ.............................307
7.1. Особливості композиційної побудови будівельних
розчинів................................................307
7.2. Матеріали для виготовлення будівельних розчинів....307
7.3. Властивості розчинових сумішей і будівельних розчинів . . 311
7.4. Види будівельних розчинів ..........................314
7.5. Сухі будівельні суміші..............................321
7.5.1. Класифікація сухих будівельних сумішей
та характеристика вихідних матеріалів................322
7.5.2. Характеристика сухих будівельних сумішей
різного призначення..................................325
Список літератури до розділу 7...........................332
Розділ 8. БЕТОНИ.........................................333
8.1. Особливості формування структури та її вплив
на фізико-механічні й спеціальні властивості бетону .... 333
8.2. Стандартизація та класифікація бетонів..............337
8.3. Властивості бетонної суміші.........................340
8.4. Важкі бетони........................................345
8.4.1. Характеристика матеріалів для бетону..........346
8.4.2. Проектування складу бетону....................352
8.4.3. Загальні властивості важкого бетону...........358
8.5. Легкі бетони........................................363
8.5.1. Характеристика вихідних матеріалів............364
8.5.2. Бетони на пористих неорганічних заповнювачах . . . 370
8.5.3. Бетони на пористих органічних заповнювачах...375
8.5.4. Ніздрюваті бетони.............................377
8.6. Дрібнозернисті бетони та вироби на їхній основі.....389
8.7. Армовані бетони та вироби на їхній основі...........400
8.8. Спеціальні бетони...................................428
8.9. Використання техногенної сировини та сировини
з рециклінгу для отримання бетонів......................443
8.10. Проблеми довговічності та захист бетонів від корозії . . . 446
Список літератури до розділу 8...........................450
6
Розділ 9. МАТЕРІАЛИ ТА ВИРОБИ З ДЕРЕВИНИ..............452
9.1. Деревина як природний органічний композиційний
матеріал..............................................452
9.1.1. Загальні відомості....,....................452
9.1.2. Будова деревини............................453
9.2. Основні властивості деревини.....................459
9.3. Характеристика матеріалів і виробів із деревини..466
9.4. Біокомпозити та композиційні матеріали на основі
відходів переробки деревини...........................475
9.5. Проблеми довговічності. Захист деревини
від гниття та займання................................480
Список літератури до розділу 9 ................... 482
Розділ 10. БІТУМНІ ТА ДЬОГТЬОВІ В’ЯЖУЧІ
РЕЧОВИНИ І МАТЕРІАЛИ НА ЇХНІЙ ОСНОВІ 483
10.1. Особливості утворення в’яжучих речовин органічного
походження та їхня класифікація........................483
10.2. Бітумні в’яжучі речовини........................484
10.3. Дьогтьові в’яжучі речовини .....................490
10.4. Асфальто-та дьогтьобетони.......................492
10.5. Характеристика матеріалів на основі бітумних
і дьогтьових в’яжучих речовин..........................496
10.6. Довговічність матеріалів на основі бітумів і дьогтів
та екологічні проблеми, пов’язані з їх використанням . . . 507
Список літератури до розділу 10.......................509
Розділ 11. ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ........................510
11.1. Класифікація полімерних речовин та матеріалів
на їхній основі .......................................510
11.2. Фізико-хімічні особливості спрямованого синтезу
полімерних речовин і матеріалів з потрібними
властивостями ....................................... 512
11.3. Загальна характеристика полімерних речовин......514
11.4. Основні властивості й технологія виготовлення
полімерних матеріалів та виробів.......................518
11.5. Характеристика матеріалів на основі полімерних речовин 522
11.6. Оцінка довговічності полімерних матеріалів.
Екологічні проблеми їх виробництва та застосування ... 539
11.7. Екотехнології вторинного використання пластмас..544
Список літератури до розділу 11 ......................549
7
Розділ 12. ЛАКОФАРБОВІ МАТЕРІАЛИ......................551
12.1. Особливості композиційної будови лакофарбових
матеріалів і покриттів...............................551
12.2. Класифікація лакофарбових матеріалів............553
12.3. Характеристика основних компонентів лакофарбових
матеріалів...........................................556
12.4. Ґрунтовки, шпаклівки, фарбові суміші, лаки й емалі .... 568
12.5. Класифікація та характеристика лакофарбових покриттів . 582
12.6. Особливості використання лакофарбових матеріалів
та оцінка їх екологічності...........................591
Список літератури до розділу 12..................... 596
Додатки...............................................597
Додаток 1 ............................................597
Додаток 2 ............................................599
Додаток 3 ............................................600
Додаток 4 ............................................602
Нормативні документи..................................606
Предметний покажчик...................................612
8
Передмова
Будівельне матеріалознавство слід розглядати як складову час-
тину загального матеріалознавства. На сьогодні у будівельному ма-
теріалознавстві помітний поступовий перехід від традиційного по-
няття проблематики будівельних матеріалів до виявлення причин
явищ і розкриття механізмів процесів, що відбуваються.
Під час проведення наукових досліджень спостерігається пере-
несення уваги від якісного опису явищ до визначення їх кількісної
характеристики; перехід від констатації результатів, отриманих при
дослідженні, до моделювання та оптимізації складу і структури ма-
теріалів.
Розвиток будівельного матеріалознавства обумовлює розширен-
ня номенклатури виробів та матеріалів будівельного призначення,
сприяє подоланню економічної й екологічної кризи за рахунок еко-
номії мінеральних ресурсів і є підставою для розробки нових техно-
логій локалізації токсичних відходів та знешкодження їх при отри-
манні будівельних матеріалів. Разом з тим досягається розширення
обсягу утилізації відходів виробництва при отриманні матеріалів
різного призначення; використання замкнутих циклів виробництва;
підвищення надійності та довговічності будівельних матеріалів, у
тому числі і при виникненні катастрофічних ситуацій; зниження у
складі будівельних матеріалів частки органічних речовин, які відрі-
зняються низькою температурою деструкції та коротким терміном
експлуатації.
«Будівельне матеріалознавство» є однією із перших інженерних
дисциплін, яка створює необхідну базу для вивчення таких спеці-
альних дисциплін, як «В’яжучі речовини», «Заповнювачі для бето-
ну», «Процеси й апарати у виробництві будівельних конструкцій,
виробів та матеріалів, «Технологія бетонних і залізобетонних конс-
трукцій», а також дисциплін цільової підготовки.
9
Структура підручника відповідає програмі дисципліни «Будіве-
льне матеріалознавство», яка є невід’ємною частиною навчального
плану підготовки бакалаврів, спеціалістів та магістрів будівництва, і
передбачає поглиблене вивчення не тільки широкої номенклатури
будівельних матеріалів, виробів та конструкцій, але й ознайомлення
з фізико-хімічними процесами отримання їх і особливостями екс-
плуатації.
При підготовці матеріалів окремих розділів використані найсу-
часніші наукові та технічні розробки українських і зарубіжних уче-
них з урахуванням вимог нормативної літератури, в тому числі ЕМ,
ДСТУ, ДБН, ГОСТів.
У підручнику висвітлено фізико-хімічні особливості побудови та
отримання будівельних матеріалів різного призначення, наведено їх
фізико-технічні і експлуатаційні властивості, основи технології ви-
робництва та галузі застосування. Головний акцент приділено ви-
значенню взаємозв’язку між складом, структурою і властивостями
матеріалів, що відкриває широкі можливості для створення матеріа-
лів із потрібними спеціальними й експлуатаційними характеристи-
ками.
У методологічному плані при викладенні більшості розділів бу-
дівельного матеріалознавства використані основи поліструктурної
теорії. Це дозволило показати, що переважна частина традиційних
природних та штучних матеріалів за характером своєї побудови є
композиційними. Такий підхід не тільки дає змогу регулювати екс-
плуатаційні характеристики вже існуючих матеріалів, але й відкри-
ває широкі можливості для створення нових будівельних композитів
із підвищеними фізико-механічними і спеціальними властивостями.
Підручник складається з 12-ти розділів, поділ на які здійснено
за технологічною ознакою отримання будівельних матеріалів з ура-
хуванням виду вихідної сировини. Кожний розділ містить головні
принципи класифікації тих чи інших матеріалів, особливості впливу
технології переробки і вихідного складу сировини на структуру та
властивості будівельних матеріалів і виробів на їх основі, а також
екологічні аспекти, пов’язані з виробництвом та застосуванням ма-
теріалів у різних галузях промисловості.
Підручник створено колективом викладачів кафедри будівель-
них матеріалів Київського національного університету будівництва і
архітектури. У підготовці рукопису брали участь доктор технічних
наук, професор К.К. Пушкарьова (глави 1, 5, 6, 7, 8, 12); доктор тех-
нічних наук, професор П.В. Кривенко (глава 4); кандидат технічних
наук, доцент В.Б. Барановський (глави 1, 2, 3, 8); кандидат техніч-
10
них наук, доцент М.О. Кочевих (глави 1, 6, 7, 8, 12); кандидат техніч-
них наук, професор Ю.Г. Гасан (глави 8, 11); кандидат технічних
наук, доцент Б.Я. Константинівський (глава 10), кандидат технічних
наук, професор В.А. Ракша (глава 9).
Перше видання підручника вийшло у 2004 р. У зв’язку із зацікав-
леністю деяких навчальних закладів, автори також підготували ро-
сійський варіант підручника «Строительное материаловедение», який
було видано у 2007 р.
Підручник «Будівельне матеріалознавство» за 7 років після пер-
шого видання пройшов випробування часом у вищих навчальних
закладах України. У підготовленому рукопису автори врахували всі
зміни в галузі будівельних матеріалів за останні 7 років і доповнили
його новою інформацією з урахуванням зауважень і пропозицій, що
надійшли. Порівняно з першим виданням, текст підручника «Буді-
вельне матеріалознавство» доповнено відомостями про нові види
будівельних матеріалів, переліком нових нормативних документів
(у т.ч. стандартами ІСО), впорядковано окремі розділи.
Автори висловлюють щиру подяку рецензентам: завідувачу ка-
федри дорожньо-будівельних матеріалів і хімії Національного транс-
портного університету доктору технічних наук, професору, академіку
Транспортної академії України В.В. Мозговому; професору кафедри
технології неорганічних речовин та загальної неорганічної техноло-
гії Національного технічного університету «Київський політехніч-
ний інститут», доктору технічних наук В.П. Сербіну; завідувачу ка-
федри автомобільних шляхів Національного університету «Львів-
ська політехніка», доктору технічних наук, професору М.А. Са-
ницькому за цінні поради та зауваження, які автори врахували при
підготовці рукопису.
11
і | Розділ 1
у*.
основи
БУДІВЕЛЬНОГО
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА
1.1. Мета та завдання будівельного матеріалознавства
Будівельне матеріалознавство — це наука, яка вивчає зв’язок
між складом, структурою і властивостями матеріалів, а також зако-
номірності їх зміни під впливом фізичних, механічних та фізико-
хімічних факторів.
До будівельних матеріалів належать речовини органічного й не-
органічного походження (природні або штучні, спеціально синтезо-
вані людиною), які мають властивості, необхідні для їх застосування
у конструкціях і виробах загальнобудівельного та спеціального при-
значення.
Завдяки розвитку теоретичних основ будівельного матеріало-
знавства відмічається поступовий перехід від традиційних проблем,
пов’язаних із вивченням технічних характеристик будівельних ма-
теріалів та оцінкою їх поведінки в різних умовах експлуатації, до
встановлення фізико-хімічних закономірностей утворення матеріа-
лів із наперед заданими властивостями і розкриття механізмів руй-
нування їх.
Завданням цього курсу є:
- вивчення фундаментальних властивостей будівельних матеріа-
лів та їх зміни в умовах експлуатації;
- встановлення взаємозв’язку «склад — структура — властивос-
ті — технологія» і прогнозування довговічності будівельних матері-
алів різного призначення;
- виявлення шляхів ефективного використання будівельних ма-
теріалів поліфункціонального призначення;
- розробка методів підвищення якості і довговічності матеріалів
з урахуванням сучасного рівня будівництва та швидкості розвитку
інфраструктури і спеціальних галузей господарства.
12
Будівельне матеріалознавство пов’язане з технологією виготов-
лення матеріалів та базується на використанні таких дисциплін, як
загальна і фізична хімія, хімічна термодинаміка та процеси хімічної
технології.
Встановлення закономірностей фізико-хімічних процесів фор-
мування, руйнування і безпечної експлуатації матеріалів неможливе
без застосування основ фізики та фізико-хімічної механіки.
Враховуючи існуючі аналогії між процесами синтезу природних
і штучних матеріалів, подальший розвиток будівельного матеріало-
знавства у напрямку створення нових матеріалів передбачає широке
використання основ геології, геофізики, геохімії, мінералогії, крис-
талографії, кристалохімії та петрографії.
Місце будівельного матеріалознавства серед гуманітарних і тех-
нічних наук може бути визначене за допомогою такої схеми (рис. 1.1):
Гуманітарні науки
Будівельне матеріалознавство
Природничі науки
Технічні науки
Рис. 1.1. Зв’язок будівельного матеріалознавства
з різними галузями науки
Розвиток будівельного матеріалознавства сьогодні неможливий
без застосування комп’ютерного програмування, що приводить до
виділення в його складі окремого напряму — «комп’ютерного мате-
ріалознавства».
Вивчення цієї дисципліни дозволяє вирішити широкий спектр
завдань:
- створення нових матеріалів за рахунок використання раціона-
льних рецептур та режимів з урахуванням імовірнісних показників
якості й надійності;
- розширення вимог до матеріалів з урахуванням умов експлуа-
тації;
- керування якістю матеріалів за рахунок ускладнення рецепту-
ри при введенні коригуючих добавок та використання багатофрак-
ційних наповнювачів;
13
- часткова або повна заміна сировини зі стабільним рівнем якос-
ті відходами промисловості, зменшення витрат дефіцитного компо-
нента за рахунок використання найбільш розповсюдженого аналога
або інтенсифікації технологічних процесів без погіршення норматив-
ного рівня якості матеріалу.
Більшість матеріалів, які виготовляються сьогодні, наприклад,
високоміцні бетони та бетони спеціального призначення, покрівель-
ні матеріали, пластмаси, можна класифікувати як композити, що ви-
значають рівень розвитку сучасного матеріалознавства (табл. 1.1).
Таблиця 1.1
Визначальні матеріали різних епох
Епоха(роки) Визначальний матеріал епохи
До н.е. 30000 Камінь
3500 Мідь
2500 Бронза
1200 Залізо
Н.е. 2000 Композит
Інтенсивний розвиток будівельного матеріалознавства, в тому
числі комп’ютерного, та застосування нових методів і технологій
синтезу матеріалів здійснили революцію на ринку будівельних ма-
теріалів. Збільшилась не тільки гама матеріалів, але й можливості
використання їх, у тому числі у спеціальних галузях.
При створенні будівельних матеріалів із використанням усіх тех-
нічних переваг, які дає наукова база теоретичного та комп’ютерного
матеріалознавства, фахівці, які розробляють сучасні технології та
технології майбутнього, дотримуються відомої концепції «рівномір-
ного або сталого розвитку», яка була сформульована на конференції
ООН в 1992 р. в Ріо-де-Жанейро і передбачала врахування економіч-
них, екологічних, соціальних та ергономічних аспектів життєдіяль-
ності людства та виробництва, а саме:
- забезпечення мінімальних витрат енергії на всіх етапах виготов-
лення і застосування;
- можливість рециркуляції та реновації (відновлення матеріалу);
- максимальне повторне використання компонентів, які входять
до складу матеріалу;
- збереження навколишнього середовища;
14
- безпечність матеріалів та технологій їх виготовлення для здо-
ров’я людини;
-комфортність застосування (що пов’язана з високою якістю
матеріалу).
Дотримання цих принципів забезпечує постійний розвиток нау-
ки і технології, створює умови для вирішення екологічних проблем
та є гарантом існування і прогресивного розвитку майбутніх поко-
лінь.
1.2. Принципи побудови композиційних
матеріалів будівельного призначення
Одним із. головних завдань будівельного матеріалознавства є
створення багатокомпонентних матеріалів із наперед заданими влас-
тивостями. Більшість будівельних матеріалів можна розглядати як
композиційні, що містять різні за фізичними властивостями або хі-
мічним складом частини (фази), відокремлені поверхнями поділу.
Композиційні матеріали (лат. -сотро8Ііо) утворені об’ємним
сполученням хімічно різнорідних компонентів із чіткою границею
поділу між ними і характеризуються властивостями, які відрізня-
ються від властивостей вихідних компонентів.
Характеристичними ознаками композиційних матеріалів, у тому
числі і будівельного призначення, слід вважати:
- гетерогенність та багатофазність;
- багатокомпонентність;
- існування поверхонь поділу між окремими компонентами або
фазами;
- відмінність фізико-технічних властивостей композиційних ма-
теріалів від властивостей складників, при цьому властивості матеріа-
лу деякою мірою обумовлені властивостями кожного з компонентів;
- неоднорідність у мікромасштабі та однорідність у макромас-
штабі;
- склад, форма і розподіл компонентів «запроектовані» заздале-
гідь.
Наука про композити виникла на стику різних галузей знання, і
найвагоміші результати були отримані при розробці високоміцних
матеріалів для авіа-, ракето- та машинобудування. Створення ком-
позитів обумовлене необхідністю конструювання матеріалів із зада-
ними фізико-механічними характеристиками для певних умов екс-
плуатації.
15
На цей час синтезом композиційних матеріалів займаються спе-
ціалісти деяких галузей металознавства, машинобудування та буді-
вельних матеріалів, у тому числі силікатних і полімерних. Компози-
ційні будівельні матеріали, як і більшість матеріалів загальнотех-
нічного призначення, можуть працювати в умовах високих темпе-
ратур (жаростійкі, вогнетривкі), хімічної агресії (луго- та кислото-
стійкі), електричної напруги (електроізоляційні, електропровідні),
відрізнятись звуко-, теплоізоляційними, декоративними та особли-
вими деформаційними властивостями (безусадкові, розширні ма-
теріали).
Номенклатура композиційних будівельних матеріалів є дуже різ-
номанітною і представлена бетонами та розчинами всіх видів, мас-
тиками, замазками, клеями, керамікою, склом, полімерами (табл. 1.2).
Композиційний матеріал зазвичай містить два основні елементи:
зв’язуючий компонент — матрицю та армувальний — наповнювач.
Таблиця 1.2
Приклади композиційної побудови матеріалів
будівельного призначення
Матриця Наповнювач (заповнювач) Будівельний матеріал
Керамічні матеріали
Глина випалена Пісок (як спіснювальна до- бавка) Шамот Керамічні вироби: цегла, бло- ки, плитка та ін.
Волокна (каолінові, мулі- тові, корундові, вуглецеві) Вогнетривкі та спеціальні ке- рамічні вироби
Скло та матеріали на основі мінеральних розплавів
Скло (склоподібна фаза) Склокристалічні включен- ня, повітря, барвники Матеріали на основі мінера- льних розплавів: листове скло, склопакети, склоблоки, авантюринове скло
Кристалічні включення Ситали, шлакоситали
Металева сітка Армоване (безпечне) скло
Полімерна плівка Триплекс (багатошарове скло)
Газоповітряна суміш Ніздрювате скло
Полімер (для про- сочування) Волокна із мінеральних розплавів, повітря Теплоізоляційні матеріали: мінераловатні плити
Металеві матеріали
Залізо Вуглець Сталь, чавун
16
Закінчення табп. 1.2
Матеріали на основі неорганічних в ’яжучих речовин
Неорганічні гідра- влічні в’яжучі ма- теріали Пісок кварцовий, перліто- вий, вермикулітовий, мік- ронаповнювач, пігменти Будівельні розчини загально- го та спеціального призна- чення
Дрібний заповнювач (пісок), крупний заповнювач, мік- ронаповнювач Бетони
Сталеві, азбестові, скляні волокна Фібробетон
Металева арматура Залізобетон
Деревна стружка Арболіт
Гіпсові в’яжучі матеріали Картон Гіпсокартон
Азбестові волокна Акустичні матеріали
Магнезіальні в’яжучі матеріали Деревний наповнювач у вигляді тирси, волокон Ксилоліт, фіброліт
Рідинне скло Повітря Легкі заповнювачі (склопор, бі- сі пор) і матеріали на їх основі
Матеріали на основі деревини
Полімерні в’яжучі матеріали Шпон Фанера, клеєні дерев’яні кон- струкції
Стружка Деревностружкові плити
Волокна Деревноволокнисті плити
Матеріали на основі бітумних та дьогтьових в ’яжучих речовин
Бітум Пісок, щебінь, мінеральні порошки різної дисперс- ності Асфальтобетон
Бітумно-полімерні в’яжучі матеріали Картон, фольга, повсть із скловолокна, полімерного волокна Руберойд, фольгоруберойд, склоруберойд
Полімерні матеріали
Полімерні в’яжучі матеріали Скляні волокна Склопластик
Тонкодисперсні порошки волокна, пігменти, основа (картон, повсть, сітка тощо) Лінолеум, килимові покриття, опоряджувальні матеріали
Лакофарбові матеріали
В’яжучі речовини (плівкоутворювачі) неорганічні або ор- ганічні Тонкодисперсні порошки різної природи, пігменти Фарби, лаки
17
Поверхня (границя) поділу між окремими компонентами або
фазами може бути визначена як область зміни властивостей матері-
алу при переході від одного компонента до іншого або від однієї
структури до іншої. Поверхня поділу може також розглядатися як
зона взаємодії матриці та наповнювача, що має кінцеву товщину. На
поверхні поділу (зоні контакту) відбувається перерозподіл деформа-
цій і напружень між окремими компонентами композиційних мате-
ріалів при дії на них технологічних та експлуатаційних навантажень.
Матриця — зв’язуючий компонент, який забезпечує визначену
міцність зчеплення з наповнювачем, передає навантаження окремим
частинкам наповнювача і сприймає напруження, що діють у напря-
мку, який відрізняється від напрямку орієнтування частинок (воло-
кон).
Матриця в композиційних матеріалах загальнотехнічного при-
значення може бути полімерною (пластики), металевою (металоком-
позити), керамічною та вуглецевою. У композиційних будівельних
матеріалах матриця може бути представлена гіпсовими, вапняними,
цементними в’яжучими речовинами, випаленою глиною, склом, бі-
тумом, полімерами й ін. Матрицею можуть бути і більш складні ма-
теріали, які вже є композитами, наприклад, будівельні розчини та
бетони.
Роль матриці в армованій композиції полягає в наданні виробам
необхідної форми і створенні монолітного матеріалу. Поєднуючи в
одне ціле окремі складові армувального компонента, матриця забез-
печує підвищення опору різним зовнішнім навантаженням: розтягу,
стиску, згину, зсуву, сприяє зростанню несучої здатності компози-
ції, забезпечує передачу зусиль на армувальний компонент (напов-
нювач), а також виконує функцію захисного покриття, що запобігає
руйнуванню наповнювача від механічних пошкоджень та дії агресив-
ного середовища.
Армувальний компонент (наповнювач, заповнювач) — дис-
кретний елемент визначеної форми і поверхневої активності, який
сприймає основні експлуатаційні навантаження і надає композицій-
ному матеріалу заданих властивостей. Як армувальні компоненти
використовують речовини різної дисперсності та форми (порошки,
зерна, волокна, стрижні, пластини). Залежно від цього, композиційні
матеріали можуть бути дисперсно-зміцненими, волокнистими, ша-
руватими, скелетними.
Армувальний компонент повинен мати такі властивості, як міц-
ність (у всьому інтервалі робочих температур) і технологічність, ад-
гезію до матриці, хімічну стійкість, характеризуватися відсутністю
18
(разових перетворень у зоні робочих температур та нетоксичністю
при виготовленні і експлуатації.
Внаслідок особливостей структури та механізму утворення матері-
алу високої міцності, в техніці переважають композити, отримані з ви-
користанням волокнистого, шаруватого і зернистого наповнювачів.
У будівництві найбільшого застосування набули композиційні
матеріали із зернистими та волокнистими заповнювачами і напов-
нювачами, в тому числі бетони, розчини та мастики.
При малому вмісті наповнювача (заповнювача) властивості ком-
позиційних будівельних матеріалів визначаються, в основному, влас-
тивостями матриці. При зростанні кількості наповнювача їх власти-
вості можуть суттєво змінюватись, набувати специфічних ознак,
притаманних лише даному матеріалу. Наприклад, для цементного
бетону збільшення вмісту наповнювача до певної межі сприяє зрос-
танню міцності на 20...30%, асфальтового — на 50...80%. За меха-
нічними властивостями серед композиційних матеріалів найбільш
перспективними є волокнисті, шаруваті з металів, скла, деревини,
азбесту, базальту тощо, причому армування може бути як орієнто-
ване (залізобетон, склоцемент, склопластик), так і дисперсне (фіб-
робетон).
1.3. Загальна класифікація композиційних
матеріалів будівельного призначення
Будівельні композиційні матеріали можуть бути класифіковані
за походженням, призначенням, складом (з урахуванням виду
в’яжучої речовини, розмірів та виду армуючих компонентів), техно-
логіями отримання та способами твердіння, наприклад:
— за походженням', композити природні і синтезовані людиною;
- за призначенням', конструкційні, ізоляційні, оздоблювальні та
композити, що мають спеціальні фізичні і хімічні властивості;
- за типом матриці', неметалеві (полімерні, керамічні, скляні),
металеві, напівпровідникові;
- за формою та розміром компонентів, що використовуються
для армування: порошки, частинки, гранули (дисперсне армування);
волокна; пластини; тримірні каркаси;
— за видом армувального компонента композиційні матеріали
можуть бути макродисперсними (порошкові, зернові) — фарби, роз-
чини, бетони; волокнистими — вироби на основі мінеральної вати,
армоцементи, фібробетони; шаруватими (пластинчастими) — фане-
ра; скелетними — залізобетонні вироби;
19
- за структурою та розташуванням компонентів можна виді-
лити макроскопічно ізотропні — дисперснозміцнені матеріали і ха-
отичноармовані короткими (дискретними) частинками голчастої
форми (короткі волокна, ниткоподібні кристали — вуса), що орієн-
товані у просторі випадково (при цьому композиційні матеріали є
анізотропними у мікрооб’ємі, але ізотропними в об’ємі виробу); ані-
зотропні матеріали, в яких волокна (пластини) орієнтовані у визна-
ченому напрямку;
- за методами отримання (технологічними прийомами, що за-
безпечують кінцеву форму матеріалу): рідко- та твердофазні. Рідко-
фазні методи — це імпрегнація (просочування) та спрямована крис-
талізація розплавів, а твердофазні — пресування, прокатування,
екструзія, штампування, ковка, ущільнення вибухом або іншими
динамічними методами. Як методи отримання можна також виділи-
ти методи осадження (або напилення) і різні комбіновані способи.
Додатково композити на основі матриць, утворених за рахунок
застосування різних видів в’яжучих систем, можна класифікувати як
матеріали, отримані на основі органічних та неорганічних в’яжучих
систем і відповідно розглядати як портландцементні, глиноземні,
шлаколужні, полімерцементні, полімерні.
Використання цементу як матриці в композиційних матеріалах
(бетонах, розчинах) надає їм ряд переваг, серед яких:
- низькоенергоємність виробництва (в порівнянні з металами);
- можливість набувати будь-яких форм (за рахунок віброформу-
вання, пресування або лиття бетонної суміші);
-технологічність (тобто простота виготовлення та можливість
твердіння при нормальних умовах або в умовах тепловологої оброб-
ки й сушіння).
Незважаючи на зазначені переваги, ці матриці мають недоліки,
пов’язані з їхніми фізико-хімічними характеристиками, в тому числі
низьку міцність при розтягуванні та згині, крихкість.
З урахуванням елементів, що використовуються для армування,
композиційні матеріали будівельного призначення можуть бути по-
ділені на 6 класів:
• матричні (без наповнювача) або «матриця в матриці» — клеї,
ґрунтовки, лаки, емалі;
• дисперсно-армовані — отримані з використанням високодис-
персного наповнювача (фарби);
• зміцнені заповнювачами визначеного (різного) ступеня диспер-
сності (бетони та розчини);
20
• армовані волокнами органічного і неорганічного походження -
фіброкомпозити, в тому числі антикорозійні покриття на органічних
в’яжучих та армоцемент;
• армовані волокнами і наповнювачами зернистої будови — роз-
чини та бетони нового покоління;
• імпрегновані (просочені) полімерами або іншими речовинами.
Композиційні будівельні матеріали можна представити як мате-
ріали спеціального функціонального призначення, які найбільш до-
цільно використовувати в таких напрямах:
- захисні покриття різного призначення, в тому числі декоративні;
- тампонажні суміші та розчини;
- будівельні конструкційні матеріали;
- спеціальні матеріали для машино- і суднобудування, для енер-
гетики та енергосистем.
Серед композиційних будівельних матеріалів останнього поко-
ління найбільшу увагу фахівців привертають бетони, отримані з ви-
користанням мікронаповнювачів, полімерно-цементні композити,
бетонні полімерні композити і фібробетони.
1.4. Сучасні уявлення про формування структури
та її роль в отриманні будівельних композиційних
матеріалів із заданими властивостями
Композиційні будівельні матеріали — це грубогетерогенні сис-
теми, властивості яких формуються внаслідок складних процесів
взаємодії похідних складових з утворенням нестабільних структур,
здатних із часом до трансформації (переходу) у більш стабільні.
Відомий логічний ланцюг «склад — технологія — структура —
рівень властивостей» дозволяє розглядати структуру як один із ос-
новних факторів, що визначає якісні показники готового продукту.
Прогнозування експлуатаційних характеристик композиційних
матеріалів можна здійснювати з урахуванням властивостей вихідних
компонентів, особливостей побудови (характеру структури) та тех-
нології отримання їх.
Під властивостями матеріалу можна розуміти комплекс показ-
ників, що характеризують його здатність виконувати функціональне
призначення в спорудах і виявляються через взаємовплив та взаємо-
зв’язок із навколишнім середовищем.
Технічні характеристики будівельних композиційних матеріалів
визначаються видом та кількістю окремих складових, а також особ-
21
ливостями технології, що застосовується. Аналізуючи причини, що
обумовлюють виникнення тих чи інших потрібних властивостей,
композиційний матеріал треба розглядати як гетерогенний, що скла-
дається з окремих структурних елементів, які взаємодіють через по-
верхню поділу. Внаслідок взаємодії компонентів (А/ та ТУ), що вхо-
дять до складу композиційних матеріалів, можуть виникати або
адитивний (підсумовування властивостей), або синергетичний (отри-
мання нових властивостей) ефекти:
У(МА) = У(А0 + У(А) + У(А/)-У(ТУ)
Підсумовування властивостей Взаємна дія
(Адитивний ефект) (Синергетичний ефект)
Для визначених компонентів величина адитивного ефекту зале-
жить від їх кількості (вмісту) в усьому об’ємі композита, а величина
синергетичного ефекту — від співвідношення їх питомих поверхонь
і величини границі фаз, на якій ці ефекти виникають. Кожний ком-
понент бере участь у формуванні властивостей композита за раху-
нок проявлення як адитивного, так і синергетичного ефектів.
Наприклад, при використанні крупного заповнювача в складі бе-
тону (великий об’єм, мала питома поверхня), має місце адитивний
ефект, а при введенні мікронаповнювача (малий об’єм, велика пи-
тома поверхня) переважає синергетичний ефект.
Механічні й інші властивості композитів визначаються, в основно-
му, трьома параметрами: високою міцністю наповнювачів, жорсткістю
матриці і міцністю контактної зони на границі «матриця — наповню-
вач (заповнювач)». Співвідношення між цими параметрами впливає
на тип та якість структури, що формується, і обумовлює відповідний
комплекс властивостей матеріалу та механізм його руйнування.
Структура композиційних матеріалів може бути окреслена як
визначене розташування у просторі окремих структурних елементів
(кристалів новоутворень, пор, наповнювачів та заповнювачів) з ура-
хуванням їх кількісного співвідношення і характеру зв’язку між ни-
ми. Цілісність та властивості композиту забезпечуються взаємодією
складових його структурних елементів різного масштабного рівня.
При аналізі структур будівельних матеріалів з урахуванням мас-
штабного фактора їх умовно поділяють на мікро-, мезо- та макро-
структури.
Мікроструктура характеризується такими складовими, як ново-
утворення різних хімічного і мінералогічного складів, дефекти (по-
ри), залишки вихідної в’яжучої речовини та вода (або рідка фаза),
що частково заповнює пори (рис. 1.2).
22
Рис. 1.2. Мікроструктура цементного каменю
Найважливішими технологічними факторами, що впливають на
формування мікроструктури, є хіміко-мінералогічний склад цементу
та тонкість його подрібнення, водоцементне відношення (В/Ц), умо-
ви тверднення.
Мезо- і макроструктури зазвичай розглядають як конгломерат-
ні структури. Наприклад, для бетону, як типового прикладу компо-
зиційного матеріалу, при визначенні мезоструктури матрицею є це-
мейтний камінь, а при визначенні макроструктури — цементно-
піщаний розчин.
Наведений поділ структур композиційних матеріалів за розмір-
ним показником виправдовується тим, що механізми формування та
властивості мікро- і макроструктур принципово відрізняються між
23
собою. Крім того, вищезазначені рівні можна розглядати самостій-
но, і в цьому випадку вивчення складної багатокомпонентної систе-
ми полягає у дослідженні окремих двокомпонентних структур.
Надійність будівельних композиційних матеріалів обумовлюєть-
ся як правильним вибором вихідних компонентів, так і раціональ-
ною технологією виготовлення, що забезпечує не тільки зберігання
властивостей компонентів, а й виникнення нових властивостей (обу-
мовлених дією синергетичного ефекту). Різноманітність матеріалів,
з яких виготовлені матриці та наповнювачі, і схем армування від-
криває можливості спрямовано змінювати структуру матеріалу, на-
давати йому потрібних експлуатаційних та спеціальних властивостей.
Варіювання складом і структурою дозволяє отримувати будівельні
композиційні матеріали спеціального призначення, в тому числі
конструкційні, теплоізоляційні, гідроізоляційні, акустичні (звукопог-
линальні та звукоізоляційні), опоряджувальні. У табл. 1.3 наведено
деякі характерні приклади матеріалів спеціального призначення і
визначені вимоги до них.
Таблиця 1.3
Деякі приклади матеріалів спеціального призначення
Визначальні властивості (вимоги до даної групи матеріалів) Основні складові композиційних матеріалів Тип структури Характерні приклади виробів або конструкцій
Конструкційні матеріали
Міцність, довго- вічність (коро- зійна стійкість, морозостійкість, вогнестійкість) Металеві вироби (метали або сплави з мікрокристалічними включеннями різної дисперсності) Щільна Сталеві листи, профілі, труби для несучих конс- трукцій промислових будівель, каркасів і вели- копрогонних покриттів громадських споруд, мо- стів, естакад, башт і щогл
Залізобетонні виро- би (бетон та сталева арматура) Монолітні (ферми, гре- блі, шлюзи, фундамен- ти), збірно-монолітні та збірні конструкції, ви- роби у вигляді панелей, блоків і сходових мар- шів
Кам’яні природні та штучні бетонні ви- роби (в’яжучі речо- вини та заповнювачі) Фундаменти, зовнішні та внутрішні стіни, бло- ки, каміння із важкого бетону і природного ка- меню
24
Закінчення табл. 1.3
Гідроізоляційні (покрівельні та герметизуючі) матеріали
Водонепроникність, міцність, теплостій- кість, деформатив- ність, довговічність (хімічна стійкість, біостійкість, водо- стійкість, морозо- стійкість) Органічні в’яжучі ре- човини (бітумні, дьог- тьові, полімерні) 3 наповнювачами різ- ної дисперсності або разом з основою (кар- тон, крафт-папір, скло- тканина, фольга) Щільна Руберойд,склорубе- ройд, фольгоізол, ізол, м’яка бітумна черепиця; приклеювальні, покрі- вельно-ізоляційні, гідро- ізоляційні асфальтові, антикорозійні мастики
Теплоізоляційні матеріали
Коефіцієнт тепло- провідності не вище 0,175 Вт/(мК), середня густина не більше 500 кг/м3 Матеріали на основі мінерального та орга- нічного волокна (мі- неральне або дерев- не волокно та синте- тична зв’язуюча ре- човина) Пористо- волокни- ста Мінераловатні жорсткі, напівжорсткі і м’які плити, вироби на основі базальтового волокна, мінеральна, скляна та каолінова вата, деревно- волокнисті, деревно- стружкові плити
Монолітні ніздрюва- ті матеріали (матри- ця — скло, мінера- льна в’яжуча речовина, полімер) та включення (пові- тря або спучений за- повнювач) Пористо- ніздрю- вата Матеріали із ніздрюва- того скла (піно-, газоск- ло), легкі ніздрюваті пі- но- і газобетони, легкі бетони на основі порис- того заповнювача — спученого перліту, вер- микуліту, керамзиту
Сипкі матеріали (матриця — випале- на мінеральна речо- вина, включення — гази та повітря) Пориста, зерниста Керамзит, склопор, спу- чений перлітовий і вер- микулітовий пісок та ще- бінь, подрібнена шлакова пемза, вулканічний туф, паливні шлаки, золи, до- менні гранульовані шлаки
Акустичні матеріали (звукоізоляційні, звукопоглинальні)
Граничні рівні шуму за рівнем звукового тиску для приміщень: виробничих — 80...85 дБ, адмі- ністративних — 38...71 дБ; коефі- цієнт звукопо- глинання > 0,2; динамічний мо- дуль пружності Жорсткі, м’які та еластичні неоргані- чні і органічні мате- ріали з порами, за- повненими повітрям або прошарками по- вітря Пориста, волокни- ста, нізд- рювата Плити на основі перліту і рідинного скла або син- тетичних смол, мінера- ловатні, деревноволок- нисті, газобетонні, газо- силікати!, гіпсові перфоровані матеріали
25
1.5. Методи оцінки складу та структури
будівельних матеріалів
Залежно від складності структури речовини, стану, в якому вона
перебуває, та відповідного рівня технології, методи аналізу, що за-
стосовуються, можна поділити на хімічні (повний хімічний аналіз,
хімічний аналіз мінералів, експрес-методи), структурно-механічні
(пластометрія, віскозиметрія) та фізико-хімічні, в тому числі елек-
трохімічні (потенціометрія, кондуктометрія); термоаналітичні (ди-
ференціальний термічний аналіз, калориметрія); рентгенівські (рент-
геноструктурний і рентгенофазовий); спектральні (молекулярна
спектроскопія, фотоелектричний метод, фотометрія'полум’я, спект-
рофотометрія електронного та ядерного магнітного резонансів, ін-
фрачервона і ультрафіолетова спектроскопія); оптичні (світлова
мікроскопія, мікроскопія у відбитому світлі, рефрактометрія, електро-
нна та растрова мікроскопія).
1.5.1. Хімічні та структурно-механічні методи
Хімічні методи, в тому числі методи аналітичної хімії, відігра-
ють важливу роль при дослідженні будівельних матеріалів. Оцінка
хімічного складу речовин виконується на підставі повного хімічного
аналізу і передбачає встановлення кількості оксидів силіцію, алюмі-
нію, феруму, магнію, кальцію та ін. Існують також спеціальні мето-
ди визначення хімічного і мінералогічного складу цементного клін-
керу (наприклад, мінералів С38, С28, С3А, С4АГ).
Структурно-механічні методи застосовуються на різних стаді-
ях виготовлення в’яжучих речовин, суспензій та паст, лаків, клеїв,
коли виникає необхідність визначення властивостей пластично-
в’язких тіл (рідиноподібних або твердоподібних), які займають про-
міжне місце між рідиною та твердим тілом. Подібні тіла мають здат-
ність до структуроутворення і, залежно від ступеня розвитку та міц-
ності структури, наближаються за своїми властивостями до твердих
або рідких тіл.
Для визначення структурно-механічних властивостей систем,
що структуровані, використовують методи пластометрії і віско-
зиметрії.
Пластометрія придатна для дослідження пластичної міцності
цементних паст та бітумів. Застосування пластометрів різної конст-
рукції дозволяє реєструвати структурно-механічні характеристики
речовин у широкому діапазоні зміни їх в’язкості.
26
Використовуючи пластометрію при дослідженні процесу твер-
діння цементу, можна спостерігати процеси переходу коагуляційної
структури тіста в коагуляційно-кристалізаційну та кристалізаційну,
яким відповідають характерні точки на кінетичних кривих зміни
пластометричної міцності (пластограм). Аналіз цих кривих дає мож-
ливість вибирати час для здійснення відповідних технологічних
операцій з метою отримання оптимальної структури матеріалу.
На основі даних визначення структурної в’язкості та граничного
напруження зсуву суспензій і шламів можна робити висновки про їх
стабільність, схильність до розшарування та придатність до трива-
лого транспортування.
Віскозиметрія передбачає дослідження в’язкості розплавів, роз-
чинів і дисперсій різної концентрації та виконується за допомогою
віскозиметрів, з яких найбільше поширення мають капілярні і рота-
ційні.
1.5.2. Фізико-хімічні методи
Електрохімічні методи набувають усе більшого значення при
дослідженні будівельних матеріалів. Ці методи засновані на елек-
трофізичних та електрохімічних явищах у відновних середовищах
або на міжфазних границях поділу, які виникають внаслідок зміни
хімічного складу, концентрацій або структури речовини.
Потенціометричний метод полягає у вимірюванні різниці на-
пруги, що має місце при зануренні електродів у розчин. За допомо-
гою потенціометрії можна вивчати корозію арматури у бетонах, але
найчастіше цей метод використовують для визначення величини рН
як суспензій, так і цементних паст. Реєстрація зміни величини рН
дозволяє визначити час тужавлення в’яжучих речовин, спостерігати
за процесом гідратації, оцінити корозійну стійкість цементів в агре-
сивних середовищах та швидкість корозії арматури і заповнювачів.
Кондуктометричний метод — це метод визначення електро-
провідності електролітів (систем з іонним типом провідності, що
представлені водними та неводними розчинами, колоїдними систе-
мами, суспензіями, пастами, розплавами). Цей аналіз дає змогу не
тільки визначити електропровідність колоїдних систем, а й може бу-
ти використаний при вивченні кінетики процесів гідролізу, гідратації і
розчинення, що мають місце при твердненні в’яжучих речовин.
Потенціостатичний метод застосовують при дослідженні коро-
зії металів, наприклад, корозії сталі у бетоні. При проведенні потен-
ціостатичного аналізу використовується триелектродна електрохімі-
27
чна вимірювальна комірка, в якій об’єкт, що досліджується, є робо-
чим електродом. Як допоміжний використовують пластиковий елек-
трод, за допомогою якого на робочий електрод подається розгортка
за заданим законом. Як електрод порівняння застосовують насиче-
ний хлоросрібний або каломельний електроди. Швидкість корозії
визначають за густиною анодного струму при розгортці потенціалу
на досліджуваному робочому електроді. На базі цього методу роз-
роблено кількісний метод визначення корозійної стійкості арматур-
ної сталі у бетоні, при якому можна отримати лінійну швидкість
зношення (корозії) матеріалу (в мм/рік), а також питому вагову
швидкість корозії (у мг/м2-год). Об’єктами потенціостатичних до-
сліджень можуть бути не тільки електропровідні будівельні матеріа-
ли, але й капілярно-пористі, що здатні поглинати електроліти.
Електрокінетичний метод дослідження будівельних матеріалів
пов’язаний із визначенням величини ^-потенціалу та аналізом харак-
теру його зміни. За результатами цього аналізу можна робити ви-
сновки про рухливість та пластичність цементних паст, що тверд-
нуть, про періоди коагуляції та тужавлення, про дифузійну проник-
ність цементного каменю та механізм його розширення, про рео-
логію в’яжучих речовин.
Термоаналітичні методи. Фізико-хімічні процеси, що відбува-
ються при виготовленні та експлуатації будівельних матеріалів, су-
проводжуються виділенням або поглинанням тепла. Виділення тепла
(екзотермічний ефект) має місце при перетворенні нестабільних струк-
тур у стабільні, наприклад, при поліморфних перетвореннях, при крис-
талізації скла, при окисненні та згорянні, при реакціях синтезу.
Поглинання тепла (ендотермічний ефект) фіксується при реакці-
ях розпаду речовин, при руйнуванні кристалічної структури. Зазна-
чені теплові ефекти можуть бути зареєстровані за допомогою дифе-
ренціального термічного аналізу
Диференціальний термічний аналіз використовують для до-
слідження хімічних реакцій та фізичних перетворень, що відбува-
ються під дією тепла у хімічних сполуках.
Більшість перетворень у структурі і складі речовин відбувається
зі зміною маси, яка може бути визначена з високою точністю тер-
могравіметричним методом.
Для одночасної фіксації термічних ефектів і уточнення оцінки
зміни маси зразка використовують диференціальний запис гравімет-
ричної кривої, який здійснюється при застосуванні дериватографа.
Цим приладом одночасно визначають: зміну тепловмісту (ДТА); тем-
ператури (Т), маси (ТГ) і швидкість зміни маси проби, що піддається
28
аналізу (ДТГ). Цей метод знаходить широке використання при до-
слідженні мінеральних та органічних в’яжучих речовин. Як при-
клад, на рис. 1.3 наведено дериватограму цементного каменю.
При вивченні будівельних матеріалів із використанням диферен-
ціального термічного аналізу можуть бути встановлені як ендотер-
мічні перетворення, пов’язані з руйнуванням структури та виділен-
ням газової фази, із поліморфними перетвореннями енантіотропного
(незворотного) характеру і з розплавленням речовини, так і екзотер-
мічні перетворення, обумовлені окисненням, перебудовою кристалі-
чних структур та розкристалізацією скла.
Рис. 1.3. Дериватограма цементного каменю
Калориметрія — це експериментальний метод отримання тер-
мохімічних і термокінетичних даних, що включає сукупність спосо-
бів вимірювання теплових ефектів, які мають місце при синтезі різ-
них видів будівельних матеріалів, наприклад, при реакціях гідра-
тації та тверднення в’яжучих речовин.
Дані про виділення тепла (термокінетика) використовують для
оцінки впливу мінералогічного складу, ступеня подрібнення і вмісту
цементу, хімічних та мінералогічних добавок, водоцементного від-
ношення, температури твердіння на процес формування штучного
каменю.
29
Рентгенівські методи — це сукупність різних методів дослі-
дження, в яких використовується рентгенівське випромінювання.
Застосування рентгенівського випромінювання для дослідження
кристалічних речовин базується на тому, що довжина його хвилі
може бути порівняна з відстанню між упорядковано розташованими
атомами у ґратках кристалів. Кристали — це натуральні дифракцій-
ні ґратки для рентгенівського випромінювання. Рентгенівські про-
мені проникають у глибину кристалічних ґраток і відбиваються від
їх внутрішніх плоских сіток.
Суть рентгенівських методів аналізу полягає у вивченні дифрак-
ційної картини, що утворюється при відбитті рентгенівських проме-
нів атомними площинами (поверхнями) у структурі кристалів. У су-
часних рентгенівських апаратах використовується характеристичне
або монохроматичне випромінювання. Довжина хвилі цього випро-
мінювання залежить від матеріалу антикатода рентгенівської труб-
ки. При дослідженні силікатних матеріалів найчастіше застосовують
мідне випромінювання.
Рентгенографічні методи аналізу широко використовують для ви-
вчення структури, складу та властивостей різних будівельних матеріа-
лів. За допомогою рентгенографічного аналізу досліджують: якісний і
кількісний мінералогічний та фазовий склад матеріалів (рентгенофазо-
вий аналіз}, тонку структуру кристалічних речовин (форму, розмір і тип
елементарної комірки, симетрію кристала, координати атомів у прос-
торі (рентгеноструктурний аналіз)', ступінь досконалості кристалів та
наявність у них зональних напружень, розмір мозаїчних блоків у моно-
кристалах, тип твердих розчинів, ступінь упорядкування їх та границі
розчинності; розмір та орієнтацію частинок у дисперсних системах; те-
кстуру речовини і стан поверхневих шарів різних матеріалів; густину;
коефіцієнт термічного розширення; товщину листових матеріалів та
покриттів; внутрішні мікродефекти у виробах (дефектоскопія); пове-
дінку речовин при низьких і високих температурах та тисках.
Метою якісного рентгенофазового аналізу є визначення (іден-
тифікація) природи кристалічних фаз, що входять до складу дослі-
джуваного матеріалу. Аналіз базується на тому, що кожна індивіду-
альна кристалічна сполука дає специфічну рентгенограму (дифрак-
тограму) (рис. 1.4) з визначеним набором ліній (дифракційних мак-
симумів) та їх інтенсивністю.
Кількісний рентгенофазовий аналіз використовується для ви-
значення вмісту окремих фаз у баготофазових полікристалічних ма-
теріалах. Цей аналіз базується на залежності інтенсивності дифракцій-
них максимумів від вмісту фази, що визначається. Зі збільшенням
ЗО
вмісту тієї чи іншої фази інтенсивність її відбиття збільшується. На
практиці використовують кілька методів кількісного рентгенофазо-
вого аналізу, але найбільш поширеним та точним для порошкових
матеріалів є метод внутрішнього стандарту (метод підмішування).
Рис. 1.4. Рентгенограма кварцу
Спектральні методи — це методи якісного і кількісного аналі-
зу речовин на основі вивчення їхніх спектрів, які можуть бути поді-
лені на спектри випромінювання (емісійні), поглинання (абсорбційні),
комбінаційного розсіювання світла, люмінесцентні та рентгенівські.
В основу емісійного спектрального аналізу покладено вивчення
будови світла, розкладеного за довжиною хвилі у вигляді спектра,
який випромінюється або поглинається збудженими атомами і мо-
лекулами речовини, що аналізується. Хімічний склад речовини мож-
на визначити, ідентифікуючи лінії поглинання або випромінювання
відповідних атомів. При цьому розрізняють якісний та кількісний
спектральний аналізи.
Молекулярна спектроскопія вивчає взаємодію речовини з елек-
тромагнітним випромінюванням у широкому інтервалі частот, по-
чинаючи з радіохвиль і закінчуючи випромінюванням. Цим методом
користуються при вивченні будови та властивостей молекул, а та-
кож природи і сили міжмолекулярної взаємодії.
Найважливішими для аналітичної адсорбційної спектроскопії є
частини спектра, які вміщують ультрафіолетову, видиму й інфрачер-
вону області в інтервалі довжини хвиль від 10 нм до 3 • 105 нм.
Метод інфрачервоної (ІЧ)-спектроскопії побудований на за-
лежності здатності речовини до поглинання випромінювання від дов-
жини його хвилі (або хвильового числа). Вид та характер отрима-
ного спектра дозволяє визначити наявність у пробі тих чи інших
31
сполук (а інколи і їх концентрації), а також отримати інформацію
щодо типів молекулярних зв’язків, оскільки частоти поглинання в
інфрачервоній області визначаються коливаннями атомів або атом-
них груп у молекулах, а характер цих коливань залежить від виду
зв’язку. Використання інфрачервоної спектроскопії дозволяє дослід-
жувати аморфні речовини, які важко або взагалі не ідентифікуються
рентгенівськими методами. Цей метод також може бути використа-
ний для вивчення механізмів тверднення в’яжучих речовин і для
встановлення типу та характеру зв’язування води в мінералах.
Спектроскопія електронного і ядерного магнітного резонан-
сів застосовується при вивченні фізико-хімічних процесів, що ма-
ють місце у твердих, рідких та газоподібних речовинах.
Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) побудований на іс-
нуванні залежності між інтенсивним резонансним поглинанням ви-
сокочастотної енергії при визначених відношеннях напруженості
постійного магнітного поля і частоти та може бути окреслений як
явище вимушеного переходу електронів з одного електричного рів-
ня на інший під дією змінного поля резонансної частоти.
Цей метод використовують при дослідженні будови і перетво-
рень сполук із ненасиченою валентністю (вільних радикалів) під час
хімічних реакцій, що відбуваються в різних технологічних процесах
при отриманні будівельних матеріалів (рис. 1.5). Крім того, ЕПР до-
цільно використовувати для виявлення та кількісного визначення
парамагнітних речовин, наприклад, металів перехідних груп Пері-
одичної системи Д.І.Менделєєва (ферум, манган). За допомогою
ЕПР можна вивчати тонку структуру речовини, наприклад, її дефек-
ти та центри забарвлення.
Рис. 1.5. Вузька компонента гіпсу, що твердіє протягом:
1 — 3 хв, 2 — ЗО хв, 3 — 24 год, 4 — 7 діб
32
Ядерний магнітний резонанс (ЯМР) має місце при значно мен-
ших частотах радіохвиль, ніж електронний. У цьому випадку зміна
енергії, що фіксується, пов’язана з магнітними властивостями ядер.
ЯМР використовують для дослідження твердих неметалевих тіл, вив-
чення структури рідини, кристалів, домішок у кристалах. Найчасті-
ше цей метод застосовують при вивченні характеру зв’язку молекул
води у структурі штучного каменю, отриманого при гідратації в’яжу-
чих речовин.
Оптичні методи. Ці методи аналізу побудовані на визначенні
оптичних властивостей речовин при розповсюдженні світлових
променів у твердих тілах та рідині.
Оптичні властивості речовин обумовлені їхнім хімічним складом
і характером будови. Залежно від розмірів об’єктів, що вивчаються,
можуть бути використані методи оптичної або електронної мікро-
скопії. Нижня границя можливостей світлового мікроскопа визнача-
ється розміром частинок до 0,2 мкм.
Електронна мікроскопія, що використовує як випромінювання
пучок електронів із довжиною хвилі на кілька порядків нижче, ніж
довжина хвилі світла, дає змогу аналізувати об’єкти розміром 10 6 мм
та нижче.
Світлова мікроскопія. Основним методом цього аналізу є крис-
талооптичний, а використання цього методу для дослідження різних
видів будівельних матеріалів стало підставою для виникнення та
розвитку петрографії технічного каменю.
Сутністю петрографічного аналізу є вивчення явищ, пов’язаних
із проходженням світла крізь об’єкт. Головними оптичними констан-
тами, що дозволяють провести кристалооптичні визначення міне-
ралів, можна вважати характер поширення світлових хвиль, показ-
ники заломлення, оптичну осність і оптичний знак кристала, кут оп-
тичних осей. Поляризаційний мікроскоп є головним приладом, що
забезпечує вимірювання кристалооптичних констант мінералів і ви-
користовується для визначення фазового складу та вивчення струк-
турних особливостей будівельних матеріалів.
Петрографічні дослідження виконують на спеціальних препара-
тах: шліфах — прозорих пластинах матеріалів, приклеєних канадсь-
ким бальзамом до предметного скла, або антишліфах — полірова-
них площинах (поверхнях) і порошках.
Використання різного збільшення поляризаційних мікроскопів
дозволяє отримати інформацію про тип та характер структури, міне-
ральний склад заповнювачів і цементного каменю, а також висолів
на його поверхні, розміри, форму й оптичні характеристики окремих
33
кристалів (показник заломлення, двозаломлення, плеохроїзм, спай-
ність, кут погашення, осність тощо), структуру контактних шарів і
склад новоутворень у зоні контакту, форму, розмір та об’єм мікро-
пор, вид мікротріщин й інших дефектів структури. Мікрофотографія
важкого бетону монолітної структури, що характеризується щіль-
ним зрощенням цементного каменю із зернами заповнювача, наве-
дена на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Мікрофотографія важкого бетону:
а — зерна кварцу; б — пори, в — зерно клінкеру; г — цементний камінь
Мікроскопія у відбитому світлі. Речовини, залежно від коефі-
цієнта адсорбції, можна поділити на прозорі та непрозорі або здатні
до абсорбції світла. Непрозорі речовини вивчають у поляризованому
відбитому світлі з використанням полірованих шліфів (це твердий
матеріал, один бік якого має дзеркальну поверхню). В основу мето-
ду дослідження покладено властивість матеріалів (кристалів) відби-
вати світло, що падає на поліровану поверхню визначеної інтенсив-
ності. Відбивна здатність залежить від будови кристалів і пов’язана
з його оптичними характеристиками.
Використання відбитого світла дає змогу отримати додаткові оп-
тичні та фізичні характеристики матеріалу порівняно з тими, які ви-
значаються при дослідженні прозорих шліфів у прохідному світлі.
Це — відбивна здатність і колір мінералів, явище поляризації, внут-
рішні рефлекси, реакція на травлення реактивами, а також мікротвер-
дість та крихкість.
Цей метод також може використовуватися при дослідженні бе-
тонів з метою діагностування основних фаз портландцементного
клінкеру; дослідження зон зрощування різних фаз, контактна зона
яких внаслідок різної твердості порушується при виготовленні шлі-
34
фів; встановлення характеру пористості, в тому числі визначення
пор, що не можуть бути досліджені в прозорих шліфах; визначення
ступеня гідратації цементу; дослідження мікротвердості різних
структурних елементів бетону, в тому числі контактної зони між
в’яжучою речовиною та заповнювачами.
Оптична мікроскопія також дозволяє визначити мікротвердість
мінералів.
Під терміном «мікротвердість» розуміють величину твердості
речовини, яку визначають, використовуючи малі навантаження (від
1 до 200 г).
Мікротвердомір — це оптичний мікроскоп із пристосуванням
для вдавлювання алмазної пірамідки певної конфігурації під дією
навантаження на матеріал, що випробовується. Мікротвердість ха-
рактеризується числом твердості Н, яке розраховують як відношен-
ня навантаження до умовної площі бокової поверхні отриманого
відбитка, і вимірюють у МПа.
Метод вимірювання мікротвердості при вивченні бетонів рекомен-
дується використовувати у двох напрямках: при визначенні мікротвер-
дості матеріалу та при діагностиці фаз, що входять до його складу.
Цей метод застосовують при дослідженні контактної зони між
цементним каменем та заповнювачами у бетонах для встановлення
закономірності зміни мікротвердості безпосередньо на лінії контак-
ту, а також при поступовому віддаленні від неї (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Зміна мікротвердості 7/ц (МПа) цементного каменю
при збільшенні відстані £(мкм) від лінії контакту
для зерен розмірами 0,15 мм (7), 0,25 мм (2), 0,5 мм (3)
35
Рефрактометрія — це метод аналізу, який дає змогу визначити
коефіцієнт заломлення різних речовин і є дуже важливим при вироб-
ництві оптичного скла, а також для визначення з високою точністю
вмісту мінералів. Показник заломлення залежить від деяких зовніш-
ніх чинників, таких, як довжина хвилі, температура та тиск.
Для дослідження характеру зміни показника заломлення від
складу речовини необхідно використати величину, що залежить ви-
нятково від природи досліджуваного об’єкта. Такою величиною є
молярна рефракція.
Методи спеціального мікроскопічного аналізу. За допомогою мі-
кроскопа вивчають кінетику перебігу фізико-хімічних процесів при
високих (до 2000°С) та низьких (до -185°С) температурах. Для де-
яких спеціальних досліджень процесів утворення структури будівель-
них матеріалів використовують інфрачервону, ультрафіолетову та
ультразвукову мікроскопії. За допомогою інфрачервоної мікроскопії
вивчають об’єкти, що є практично непроникними для променів ви-
димої частини спектра, але прозорі для інфрачервоного випроміню-
вання. Такими речовинами є провідникові та напівпровідникові сполу-
ки (кремнеземисті, цинкові, телурові, опалові стекла, хромова руда).
Метод інфрачервоної поляризаційної мікроскопії використовують для
контролю напружень у кристалах і дослідження розподілу залишкових
внутрішніх напружень, пов’язаних із дислокаціями в їхній структурі.
Для вивчення речовин та будівельних матеріалів, окремі склади
яких під впливом зовнішньої енергії (енергії збудження) посилають
випромінювання і починають світитися, використовують люмінес-
центну мікроскопію. При застосуванні цього аналізу можна визна-
чати хімічний склад композицій на окремих малих ділянках, вияви-
ти дрібні включення та дослідити процеси перетворення речовин.
Ультрафіолетова мікроскопія побудована на тому, що більшість
металів і мінералів інакше відбивають промені в ультрафіолетовій
області спектра, ніж у видимій. Для деяких речовин ця різниця є до-
сить суттєвою, що дозволяє прогнозувати значне підвищення їх фа-
зового розмежування в ультрафіолетовому мікроскопі.
При застосуванні ультразвукової мікроскопії як випромінювання
використовують ультразвукові хвилі. Це дає змогу спостерігати
найдрібніші частинки та неоднорідності у будь-яких пружних сере-
довищах, що є проникними для ультразвукових хвиль. Роздільна
здатність мікроскопа визначається довжиною хвилі ультразвуку і
дорівнює 10... 15 мкм.
Високотемпературна мікроскопія використовується для прове-
дення дослідження зразків матеріалів у прохідному та відбитому
36
світлі при температурах від ЗО до 3000°С. За цим методом визнача-
ють температуру плавлення та проводять термоаналіз органічних і
неорганічних речовин.
Електронно-мікроскопічний аналіз виконують із використанням
сучасних електронних мікроскопів, які дають корисне збільшення
понад 300000 разів і дозволяють досліджувати частинки розміром
(3...5) • 10“10м.
Електронний мікрокристалохімічний аналіз широко застосову-
ється у мікрохімії для проведення якісного аналізу. Використовую-
чи реакції утворення характерних кристалічних осадів, за допомо-
гою цього методу оцінюють тільки загальний вигляд кристалів і
роблять висновок про наявність тих чи інших іонів.
Просвічувальна електронна мікроскопія дозволяє проводити
пряме дослідження порошкоподібних та кристалічних дисперсних
об’єктів. При цьому має місце тіньове відображення частинок. Тонкі
прозорі кристали при просвічуванні можуть бути ідентифіковані
методом електронної дифракції.
При використанні просвічувальної мікроскопії головний метод
дослідження цементного каменю — це метод реплік, за яким дослід-
жують: мікроструктуру матеріалу (свіжого відколу); структуроутво-
рення цементного каменю в процесі його тверднення; вплив різних
факторів на мікроструктуру та якість бетону (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Продукти гідратації мінералів С38 (а) та С28 (б)
після тверднення їх в умовах автоклавної обробки
Метод реплік недоцільно використовувати для дослідження бе-
тонів на шамотних, корундових та пористих заповнювачах, а також
для бетонів із гідрофобними та полімерними добавками.
Растрова скануюча мікроскопія (із зондовим аналізом) — це
метод, в основу якого покладено телевізійний принцип розгортки тон-
кого пучка електронів (або іонів) на поверхні непрозорого зразка, що
досліджується. Контрастність відображення, що сканується, залежить
від мікрорельєфу (топографії) поверхні зразка та його хімічного складу.
При використанні цього методу можна отримати розподіл хіміч-
них елементів на поверхні зразка (що важливо для ідентифікації
сполук, які утворюються при гідратації і дегідратації в’яжучих ре-
човин), а також мікрорельєф поверхні зразка (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Кристали етрингіту
Роздільна здатність растрового мікроскопа майже у 10 разів мен-
ша від електронного, але перевагою є висока глибина різкості зоб-
раження, яка досягає 0,6...0,8 мм, що дозволяє вивчати за допомо-
гою растрової мікроскопії поверхню масивних об’єктів.
Із використанням цього методу можна досліджувати полімери та
полімермісткі матеріали; матеріали пористої структури, наприклад,
теплоізоляційні; контактну зону бетонів, у тому числі на пористих
заповнювачах; контакт бетону з арматурою; визначати фазовий
склад новоутворень (за допомогою мікрозондового аналізу).
Для надійної ідентифікації новоутворень потрібно застосовувати
декілька методів аналізу різних груп, вибір яких визначається особ-
ливостями складу та структури досліджуваних речовин. Спектр ме-
тодів, що використовується при вивченні будівельних матеріалів,
постійно розширюється, причому перевага надається тим, де одно-
часно виконується як якісний, так і кількісний аналіз.
38
1.6. Властивості будівельних матеріалів
Властивості матеріалу характеризують особливості його фізичного
стану, здатність певним чином реагувати на дію окремих або сукупних
зовнішніх чи внутрішніх факторів (механічних, фізичних, хімічних,
біологічних та інших), а також впливати на довкілля. Обираючи певний
матеріал з урахуванням умов експлуатації і призначення об’єкта, треба
правильно визначити його властивості та всебічно оцінити їх.
Для оцінки властивостей будівельних матеріалів їх піддають різ-
ним випробуванням у лабораторіях, використовуючи для цього спе-
ціальні прилади, механізми і вимірювальну апаратуру. Порівнюючи
одержані показники з відповідними величинами, встановленими нор-
мативними документами (стандартами, технічними умовами, буді-
вельними нормами), роблять висновок про технічну можливість, а
враховуючи економічні показники, і економічну доцільність вико-
ристання даного будівельного матеріалу в конкретних умовах. У фа-
ховій літературі часто використовують термін технічна характерис-
тика, під яким розуміють не тільки вимоги до властивостей матеріа-
лів та виробів, регламентованих стандартами, але й вимоги, обумов-
лені особливостями їх експлуатації.
Вибір матеріалів відповідної якості і вартості для будівництва кож-
ного об’єкта є одним із основних елементів будівельного проектування.
Визначення числових показників властивостей пов’язане з вимі-
рюваннями, т4 то з порівнянням з іншою однорідною величиною,
що береться за одиницю виміру. Сукупність одиниць вимірювання,
створена за певним принципом, називається системою одиниць.
У нашій країні прийнято Міжнародну систему одиниць (57), засто-
сування якої є обов’язковим при різних вимірюваннях, у тому числі
при вимірюванні властивостей будівельних матеріалів.
У додатку 1 наведені найменування, одиниці виміру та розрахун-
кові формули деяких властивостей будівельних матеріалів, а у додат-
ку 2 — множники та префікси до утворення числових значень цих
показників.
Усі властивості будівельних матеріалів за сукупністю ознак по-
діляють на фізичні, механічні, експлуатаційні (спеціальні) та тех-
нологічні.
1.6.1. Фізичні властивості
Фізичні властивості характеризують особливості фізичного ста-
ну матеріалу, а також його здатність реагувати на зовнішні фактори,
що не впливають на хімічний склад матеріалу.
39
До фізичних властивостей матеріалів належать: істинна та сере-
дня густина, пористість, вологість, водопоглинання, водопроник-
ність, морозостійкість та ін.
Істинна густина р — це маса одиниці об’єму матеріалу в «абсо-
лютно» щільному стані (без пор, пустот), найчастіше її визначають
у г/см3.
Майже всі будівельні матеріали мають пористу будову, за винят-
ком скла, кварцу, ситалу, сталі та деяких інших, які можна вважати
«абсолютно» щільними. Тому, щоб визначити «абсолютний» об’єм
випробовуваного твердого матеріалу, його висушують до сталої ма-
си тс і тонко подрібнюють, щоб кожна частинка не мала в собі пор.
Одержаний порошок засипають у спеціальний прилад (пікнометр
або об’ємомір), заповнений інертною рідиною стосовно до речовини,
що випробовується (водою, бензином, гасом тощо), і за об’ємом ви-
тісненої ним рідини встановлюють «абсолютний» об’єм матеріалу Ка.
Істинна густина
Для рідких та в’язких будівельних матеріалів (рідинне скло, роз-
чини хімічних добавок тощо) р визначають за допомогою ареомет-
ра, занурюючи його в рідину та фіксуючи рівень рідини за шкалою
як показник істинної густини.
Для більшості неорганічних природних і штучних будівельних
матеріалів істинна густина становить 2,4...3,3 г/см3, за винятком ме-
талів (для сталі р = 7,85 г/см3), а для органічних матеріалів —
0,8...1,6 г/см3.
Показник р — довідкова величина, яка застосовується для вико-
нання деяких розрахунків, наприклад, визначення показника порис-
тості.
Середня густина рт — це маса одиниці об’єму матеріалу в при-
родному стані (разом із порами і пустотами):
т
= (1.2)
Середня густина найчастіше вимірюється у кг/м3, проте можна
також використовувати одиниці г/см3 і т/м3.
У разі потреби середню густину встановлюють для матеріалів,
що перебувають у будь-якому стані: зволоженому, повітряно-сухо-
40
му або сухому (тобто висушеному до сталої маси). Середню густину
сипких матеріалів (цементу, вапна, піску, щебеню, гравію тощо) на-
зивають насипною густиною.
Насипна густина рн — це відношення маси сипкого матеріалу
до його об’єму, включаючи простір між частинками.
Середня густина залежить від хімічного та мінералогічного
складів матеріалу, але більшою мірою — від розміру та кількості
пор і пустот. Чим їх більше, тим легший матеріал. Із підвищенням
вологості показник рт збільшується.
Середня густина має велике практичне значення для виконання
різних розрахунків (обсягів транспортування, складування матеріа-
лів, міцності конструкцій). Вона тісно пов’язана з іншими властиво-
стями будівельних матеріалів (пористістю, міцністю, теплопровідніс-
тю, водонепроникністю), що дає змогу, орієнтуючись на показник
рт, визначати доцільні галузі їх використання у будівництві.
У табл. 1.4 наведено числові значення істинної та середньої гус-
тини деяких будівельних матеріалів.
Таблиця 1.4
Показники істинної та середньої
густини деяких будівельних матеріалів
Матеріал Істинна густина, г/см3 Середня густина, кг/м3
Граніт 2,65...2,80 2600...2800
Базальт 2,80...3,30 2800...3300
Бетон важкий 2,60...2,70 2000...2500
Бетон легкий 2,60...2,70 500... 2000
Цегла керамічна звичайна 2,65...2,70 1600... 1800
Камені керамічні порожнисті 2,65...2,70 700... 1600
Скло 2,45...2,65 2450...2650
Піноскло 2,45...2,65 180...800
Мінеральна вата 2,4...2,7 75...150
Сталь 7,80...7,85 7800...7850
Алюміній 2,70 2700
Дуб 1,55 700...900
Сосна 1,55 400...600
Пінопласти 0,9... 1,2 15...75
41
За середньою густиною іноді матеріали поділяють на марки (по-
значають літерою £)), при цьому марка — це середня густина мате-
ріалу в інтервалі, визначеному стандартом.
У ряді випадків використовують поняття відносної густини б/,
тобто відношення середньої густини матеріалу р,„ до густини стан-
дартної речовини (наприклад, води, для якої рв= 1000 кг/м3); сі —
безрозмірна величина.
Відносна густина, як і істинна, має допоміжне значення. Її вико-
ристовують для визначення інших властивостей, наприклад, орієн-
товної теплопровідності, коефіцієнта конструктивної якості.
Пористість П — це ступінь заповнення об’єму матеріалу пора-
ми. Її виражають у процентах або у частках одиниці (коли загальний
об’єм матеріалу приймають за одиницю).
Істинна або загальна, пористість Пі — це сумарний об’єм усіх
пор (відкритих і закритих) по відношенню до загального об’єму ма-
теріалу. Її можна оцінювати в частках одиниці або у процентах.
Істинну пористість обчислюють за формулою
•100%.
(1-3)
Значення істинної пористості коливаються в широких межах, %:
скло, сталь — 0; цегла керамічна — 30...40; граніт, ліпарит —
0,2...0,8; важкий бетон — 5...20; легкий бетон — 35...85; поропласти —
85...95. Порівняння істинної пористості деяких матеріалів наведено
на рис. 1.10.
Алюміній
р ~ 2,7 г/суг
р = 27(Ю кг/м*’
Граніт
р - 2.75 гем
р ~ 2700 кг/м'
Кераміка
р ~ 2,7 г/см '
р - і 700 кг/м’
’іп
Га юбеюн
р ~ 2.7 г/см'
_ з
р ~ /00 кгм
ш
Мі пора
р - 1,4 г/см*
Р - 20 кг/м'
’п*
- тверда субстанція
-повітряні пори
Рис. 1.10. Порівняння пористості деяких матеріалів
42
Відкрита, або уявна, пористість Пв — відносний об’єм пор ма-
теріалу, які поєднуються із зовнішнім середовищем; її можна визна-
чити як відношення сумарного об’єму всіх пор, насичених водою, до
загального об’єму матеріалу:
т -т
11 <
— •100%,
Р»
(1.4)
де шн, тс — маса матеріалу відповідно у насиченому водою та у су-
хому стані, г; рв — густина води, г/см3; V — об’єм матеріалу в при-
родному стані, см3.
Закрита пористість П3 — відносний об’єм пор матеріалу, які не
сполучаються із зовнішнім середовищем:
П3-Пі-Пв. (1.5)
Пористість є важливою характеристикою, оскільки з нею
пов’язані такі технічні властивості матеріалу, як міцність, водопог-
линання, морозостійкість, теплопровідність тощо. Легкі пористі ма-
теріали мають зазвичай невелику міцність і велике водопоглинання,
щільні (Пі= 0...0,8%) — значну міцність і незначне водопоглинання.
Проте, крім кількості пор у матеріалі, на його властивості істот-
но впливає також характер пористості. Матеріали можуть бути круп-
нопористими з розмірами пор від 10 і до 3 мм і дрібнопористими з
розмірами пор 1(Г2...10~6мм. Самі пори можуть бути закритими, тоб-
то недоступними для заповнення водою, і відкритими.
Для дослідження пористості використовують порометрію — су-
купність методів, які дозволяють визначити розподіл пор у матеріалі
за розмірами.
Будівельні матеріали навіть із значною пористістю, але з неве-
ликими або переважно закритими порами мають невелике водопог-
линання і значну морозостійкість, тоді як матеріали з таким самим
числовим показником пористості, але з відкритими порами не мо-
жуть застосовуватися у місцях з високою вологістю.
Таким чином, вибираючи матеріал для різних за призначенням
споруд та умов експлуатації, необхідно орієнтуватися не лише на
числове значення пористості, а й на будову пор.
Щільність — це ступінь заповнення об’єму матеріалу твердою
речовиною. Якщо матеріал у природному стані займає об’єм V, а в
V
абсолютно щільному — Иа, то відношення -^- = Щ виражатиме
щільність матеріалу в частках або у процентах:
43
Щ = -^-100%
V
т ш , . .
але Уа =—,а V = —, тоді щільність дорівнюватиме:
Р Р™
або в процентах
щ=—,
р
Щ = р£.-100%,
р
(1-6)
(1-7)
(1-8)
тобто щільність являє собою відношення середньої густини матеріа-
лу до його істинної густини.
Неважко зрозуміти, що П,+ Щ = 1, або (1.9)
Ц+Щ=100%. (1.10)
Пустотність характеризується наявністю порожнин (пустот) у
будівельних виробах (порожниста цегла, панелі) або між зернами в
сипких матеріалах (пісок, щебінь) і визначається в процентах від за-
гального об’єму виробу чи матеріалу.
Пустотність виробів сприяє зниженню маси будівельних конст-
рукцій і поліпшенню теплозахисних властивостей.
Пустотність можна обчислити за тими самими формулами, що й
пористість, проте для піску замість рт потрібно брати насипну гус-
тину, для щебеню та гравію замість р і рт — середню густину зерна
та насипну густину заповнювача, а для виробів замість р — середню
густину виробу.
Приклади показника пу статності: керамічна порожниста цегла —
15...50%, щебінь і пісок — 35...45%.
Водопоглинання — властивість матеріалу вбирати й утримува-
ти в собі воду. Щоб визначити водопоглинання, зразок матеріалу
поступово занурюють у воду й витримують там до досягнення ним
сталої маси.
Повне водонасичення матеріалу (до остаточного заповнення до-
ступних для води пор) досягається під вакуумом або його кип’ятін-
ням із наступним охолодженням у воді.
Водопоглинання за масою Жм визначають як відношення кількос-
ті поглинутої води тв до маси сухого матеріалу тс:
т їті —т
1Гм=-^-100% = ^-----^--100%, (1.11)
т. тс
де тн, тс — маса матеріалу у насиченому водою та у сухому стані, г.
44
Водопоглинання за об'ємом що характеризується ступенем
заповненості пор матеріалу водою при насиченні, виражається від-
ношенням об’єму поглинутої води Гв до загального об’єму матеріа-
лу в природному стані V:
І/ ПІ —
= -2- • 100% = " с • 100%
Г рв-V
(1-12)
де рв — густина води, г/см;.
Порівняння водопоглинання деяких матеріалів наведено на
рис. 1.11.
Алюміній
По=*<)%
ям«о%
Граніт
135%
Пм=* 0,5()%
Кераміка
ПМ=2О%
Газобетон
40%
И^57%
Мі пора
Ио-50%
Нм^2500%
7/Л
— тверда субстанція
— пори, не заповнені водою
— вода
Рис. 1.11. Порівняння водопоглинання деяких матеріалів
Відношення водопоглинання за об’ємом і за масою чисельно до-
рівнює відносній густині будівельного матеріалу:
=(^ ‘Р» - - Р™ н І3)
(т„ -тс)/тс V -рв Рв
ЗВІДСИ РКо = РГМ • б/.
Водопоглинання за об’ємом завжди менше 100%, а за масою для
дуже пористих матеріалів (теплоізоляційних) із відкритими порами
може значно перевищувати 100%, що має місце, наприклад, для пі-
нополіуретану.
Таким чином, водопоглинання матеріалу пов’язане з показником
середньої густини, залежить від характеру пористості і коливається
в широких межах для різних будівельних матеріалів, % за масою:
для керамічної цегли — 8...20, важкого бетону — 2...6, вапняку —
1,5...З, граніту — 0,02...0,70.
45
Насичення матеріалів водою істотно позначається на інших вла-
стивостях: підвищується середня густина, теплопровідність, знижу-
ються міцність, морозостійкість.
Вологість 17 — вміст вільної води в порах і на поверхні матері-
алу. Вологість визначають у процентах за масою або об’ємом. Вона
може бути абсолютною або відносною.
Абсолютну вологість 17а визначають як відношення маси воло-
ги, яка міститься у матеріалі, до маси сухого матеріалу:
т — т
1¥а = • 100(%), (1.14)
т
с
а відносну — як відношення маси вологи до маси матеріалу у во-
логому стані:
т — т
=-2----с- • 100(%), (1.15)
де тв, тс — маси, відповідно, вологого та сухого матеріалу, г.
Вологість матеріалу у будівельних конструкціях залежить від
вологості навколишнього середовища, атмосферних явищ (дощ, та-
нення снігу). Із зволоженням погіршуються теплозахисні властивос-
ті, морозостійкість та інші показники.
Будівельні матеріали і вироби під час транспортування, збері-
гання та експлуатації зазнають дії води або водяної пари. При цьому
капілярно-пористі матеріали зволожуються за рахунок поглинання
вологи із навколишнього повітря або при безпосередньому контакті
з водою. Тому будівельні матеріали у спорудах зазвичай перебува-
ють у зволоженому стані.
Гігроскопічність — це властивість матеріалу поглинати і кон-
денсувати водяну пару з повітря. Вбирання вологи з повітря, відоме
як сорбція, обумовлюється адсорбцією водяної пари на внутрішній
поверхні пор та капілярною конденсацією. Коли цей процес супро-
воджується хімічною взаємодією з матеріалом, його називають хе-
мосорбцією. Остання може бути шкідливою. Наприклад, портланд-
цемент при тривалому зберіганні, внаслідок хемосорбції, поступово
грудкується і втрачає свою активність.
Сорбційну вологість ІГсорб визначають у процентах, як відно-
шення максимально можливої кількості вологи, поглинутої з повітря
сухим матеріалом, до його маси у сухому стані:
т — т
^орб=—---------100%, (1.16)
тс
46
де тсорб — маса матеріалу після досягнення рівноважної вологості;
тс — маса матеріалу в сухому стані.
Капілярно-пористі матеріали, внаслідок адсорбції та капілярної
конденсації водяної пари з повітря, можуть містити значну кількість
вологи навіть при тривалому перебуванні на повітрі. Наприклад, рів-
новажна вологість деревини становить 12... 18%, а стінових матеріа-
лів — 5...7% за масою.
Вологовіддача (швидкість висихання) — це здатність матеріалу
віддавати воду при зміні температури та вологості навколишнього
середовища. Ця здатність характеризується інтенсивністю втрати
вологи за добу при відносній вологості навколишнього повітря 60%
і температурі 20°С (293,15 К).
Коли матеріал обдувається сухим повітрям, волога дифундує з
матеріалу, кількість її знижується доти, доки не настане рівновага
між показниками вологості матеріалу й навколишнього повітря. Ма-
теріал у такому стані характеризується як повітряно-сухий.
Гідрофільність — це здатність матеріалу змочуватися водою.
Майже всі будівельні матеріали є гідрофільними, і відкриті пори в
них легко заповнюються водою. Це не стосується водонепроникних
матеріалів, що не насичуються водою незалежно від того, які влас-
тивості має їх поверхня.
Основною причиною гідрофільності більшості будівельних ма-
теріалів є хімічна природа їх поверхні.
Гідрофобність — це здатність матеріалу не змочуватися водою
(відштовхувати воду). Проникнення води крізь пори, що мають гід-
рофобну внутрішню поверхню, значно ускладнене, хоча вони легко
пропускають повітря та водяну пару. Гідрофобність матеріалів ви-
значається, насамперед, хімічною природою їх поверхні та рідини,
що змочує її, тобто фаз, які взаємодіють. До гідрофобних матеріалів
належать парафін, жирові мастила, бітум і т.п.
Для підвищення здатності матеріалів відштовхувти воду їх поверх-
ню обробляють гідрофобізаторами (спеціальними поверхнево-актив-
ними речовинами). Гідрофобізація сприяє підвищенню водонепро-
никності, водо- та морозостійкості, збереженню кольору та фактури
будівельних матеріалів.
Деформацїі усадки або набухання — це здатність матеріалу
змінювати свій об’єм зі зміною вологості, що може бути причиною
структурних напружень у ньому.
Набухання — властивість матеріалу збільшувати об’єм унаслідок
вбирання води, розраховується у частках одиниці або процентах від
початкового об’єму матеріалу.
47
Із зменшенням вологості (при висиханні) деякі матеріали да-
ють усадку, тобто зменшуються в об’ємі та розмірах (наприклад,
паркет), оскільки частинки матеріалу зближуються під дією капі-
лярних сил.
Значна усадка зазвичай властива високопористим матеріалам із
дрібними порами, наприклад, усадка (мм/м) деревини (впоперек во-
локон) становить ЗО... 100, бетону ніздрюватого — 1...3; бетону важ-
кого — 0,3...0,7; цегли керамічної — 0,03...0,10.
Зміну об’єму матеріалів слід враховувати, вибираючи умови їх
зберігання й використання у будівництві.
1.6.2. Механічні властивості
Механічні властивості вказують на здатність матеріалу чинити
опір руйнуванню або деформаціям (зміна форми і розмірів) під дією
зовнішніх навантажень.
Такими властивостями є твердість, міцність, пружність, розтяж-
ність, пластичність, крихкість. Будівельні матеріали в спорудах за-
знають дії різних зовнішніх сил та інших факторів, які можуть при-
звести до появи тріщин, зміни початкової форми без зміни струк-
тури, зниження міцності та інших явищ, пов’язаних із фізико-меха-
нічними властивостями.
Міцність — це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від
внутрішніх напружень, що виникають під дією різних зовнішніх на-
вантажень. У процесі експлуатації будівель і споруд будівельні ма-
теріали найчастіше зазнають напружень стиску, згину, розтягу, зрізу
та удару.
Будівельні матеріали неоднаково сприймають різні навантажен-
ня. Це залежить від хімічного і мінералогічного складів матеріалу,
структури та будови. Так, природні кам’яні матеріали, цегла та бе-
тон добре працюють на стиск, але погано на розтяг і згин. На розтяг
вони витримують навантаження в 10... 15 разів менші, ніж на стиск.
Тому такі матеріали застосовують переважно в конструкціях, які
працюють здебільшого на стиск (колони, стіни). Матеріали з волок-
нистими наповнювачами мають підвищену міцність на згин, показ-
ник якої порівняно з міцністю на стиск нижчий усього лише в 1,5...З
рази (наприклад, азбестоцементні покрівельні вироби). Ряд будіве-
льних матеріалів, наприклад, деревина, сталь, деякі полімерні мате-
ріали (склопластики), мають високі показники міцності на стиск і
згин, а тому їх застосовують у таких несучих конструкціях, як бал-
ки, ферми, труби.
48
Міцність будівельних матеріалів характеризується границею міц-
ності при стиску, згині тощо. Вона чисельно дорівнює напруженню
в матеріалі, яке відповідає навантаженню, що призвело до руйну-
вання зразка і вимірюється в мегапаскалях (МПа).
Границю міцності при стиску 7?ст визначають зазвичай на зраз-
ках у формі кубів, циліндрів, призм, а також на натурних зразках
(керамічне порожнисте каміння). При випробуванні зразків матеріа-
лу у формі кубів показник міцності залежить від масштабного фак-
тора (міцність малих кубиків вища, ніж великих).
Оскільки будівельні матеріали неоднорідні, то границя міцності
визначається як середній результат випробування серії зразків (не
менше трьох). Зразки будівельних матеріалів випробовують, як пра-
вило, на спеціальних пресах до руйнування, а границю міцності при
стиску, МПа, обчислюють за формулою:
де Р — руйнівне навантаження (сила), МН; Г — площа поперечного
перерізу зразка до випробування, м2.
У табл. 1.5 систематизовані характерні зразки, які використову-
ють для визначення міцності при стиску будівельних матеріалів.
Крім традиційних руйнівних методів, для визначення міцності
будівельних матеріалів можна застосовувати також і неруйнівні ме-
тоди, наприклад, ультразвуковий.
Границя міцності при стиску для різних будівельних матеріалів
може набувати значень від 0,5 до 1000 МПа. Числове значення гра-
ниці міцності при стиску для багатьох матеріалів є підставою для
встановлення їх марки або класу — найважливіших показників якос-
ті матеріалу.
Міцність матеріалу одного виду, наприклад, цегли, залежить від
його середньої густини і буде тим більшою, чим вищий цей показ-
ник. На міцність матеріалу впливає також ступінь насиченості його
водою. Внаслідок зволоження міцність багатьох будівельних мате-
ріалів знижується.
Границю міцності при згині КЗГ визначають на зразках-балочках
квадратного чи прямокутного перерізу, розміри яких установлені
відповідними стандартами, а також на натурних зразках (цегла, че-
репиця, азбестоцементні листи).
Випробування на згин виконують за схемою балки, встановленої
на двох опорах при зосередженому навантаженні, прикладеному по-
середині прогону, до її руйнування.
49
Схеми стандартних методів визначення міцності
Матеріал Зразок Розміри стандартного зразка, см Схема випробування Розрахункова формула
Бетон Будівельний розчин Природний камінь Куб 15x15x15 7,07x7,07x7,07 5x5x5; 10x10x10; 15x15x15; 20x20x20 а2
' ті Д Д
Бетон Природний камінь Циліндр г/ = 15;й = 30 <7=й = 5; 7; 10; 15 ІР К = ^- па2
/і
Бетон а = 10; 15; 20; А Р
Деревина Призма ♦ й = 40; 60; 80 а = 2; її = 3 1 і Я= — лр 2 а
Цегла Складений зразок а - 12; в = 12,5; /7= 14 А ДІ . р II |
Закінчення табл. 1.5
Матеріал Зразок Розміри стандартного зразка, см Схема випробування Розрахункова формула
Цемент Половина зразка- призми, виготов- леної з цементно- піщаного розчину Р- 25 см2 4 1 1 1О> Ір і^25| р
Щільний крупний заповнювач для бе- тону Проба щебеню (гравію) у циліндрі <7 = 15;/?= 15 'д |р сЬ Д -4С^ 100 т\
Пористий крупний заповнювач для бе- тону • Проба щебеню (гравію) у циліндрі е7= 15;Р = 177см2 1 р ж 1-. д. І
Границю міцності при згині, МПа, при випробуванні в’яжучих
речовин та цегли визначають за формулою:
Лзг
ЗР/
26Л2’
(1.18)
де Р — руйнівне навантаження, МН; / — відстань між опорами, м; Ь,
к — ширина й висота поперечного перерізу зразка, м.
При випробуванні інших будівельних матеріалів, залежно від
схеми навантаження, використовують формули, наведені у табл. 1.6.
Таблиця 1.6
Схеми стандартних методів визначення
міцності на згин і розтяг
Матеріал Зразок Розміри стандартного зразка, см Схема випробування Розрахункова формула
Випробування на згин
В’яжучі речовини Деревина Цегла Призма Цегла в натураль- ному ви- гляді 4x4x16 2x2x30;/= 24 12x6,5x25; / = 20 9 п _ ЗР/ 1\зг — 2Ьн2
//А
І ? 1 . і .
Бетон Деревина Призма 15x15x60; 1 = 45 2x2x30; / = 25 1 Ьн2
771 ** *
1 % %
: Є—
Випробування на розтяг
Бетон Сталь «Вісімка», призма Стрижень 10x10x80 5x5x50; б/= 1; /=5;/> 10б/ й я (р \ і \р "'7
52
Закінчення табл. 1.6
Матеріал Зразок Розміри стандартного зразка, см Схема випробування Розрахункова формула
Бетон Циліндр, куб 15; 15x15x15 іР X 1 псії _ 0,527а а
Якщо випробовують балку на двох опорах, то у верхній частині
вона зазнає стиску, а в нижній — розтягу. Оскільки границя міцнос-
ті на розтяг, як правило, менша за границю міцності на стиск, то са-
ме в нижній зоні з’являються тріщини і починається руйнування ма-
теріалу при згині.
Границю міцності при розтягу Кр визначають за допомогою
спеціальних приладів та машин, застосовуючи виготовлені з випро-
бовуваного матеріалу зразки встановленої форми і розмірів (призм,
круглих стрижнів, стрижнів прямокутного перерізу, вісімок, смуг),
залежно від виду будівельного матеріалу. Зразки закріплюють у зах-
ватах приладів та піддають розтягу до моменту розриву.
Для кам’яних матеріалів, металів, деревини й інших матеріалів
границя міцності при розтягу, МПа,
Лр=р (1.19)
де Р — руйнівне навантаження, МН; Р — площа перерізу зразка в
найтоншому місці до випробування, м2.
Для рулонних матеріалів міцність при розтягу оцінюють руйнів-
ною силою, для бітумів визначають розтяжність у сантиметрах у
момент розриву. Показники міцності деяких будівельних матеріалів
наведено у табл. 1.7.
Напруження, що виникають під час експлуатації споруд, повинні
бути нижчими за границю їх міцності, тобто передбачається запас
міцності, який може перевищувати її границю у декілька разів. За-
пас міцності встановлюється нормативними документами залежно
від виду, якості матеріалу, довговічності та класу споруди.
53
Таблиця 1.7
Міцність деяких будівельних матеріалів
Матеріал Границя міцності, МПа
при стиску при згині при розтягу
Бетон важкий 15...80 0,5...10 1...4
Вапняк щільної структури 10...150 7 0,5...4,0
Граніт 100...250 14 8
Плити деревноволокнисті — 0,4...20,0 —
Склопластики 250...400 240...550 220...350
Сосна вздовж волокон ЗО...65 60...120 70...130
Сталь — — 380...450
Цегла керамічна 7,5...ЗО 1,5...5,0 0,8...3,0
Шлакоситал 500...600 90...120 25...35
При визначенні міцності будівельних матеріалів, крім руйнівних
методів, можна застосовувати також адеструктивні (неруйнівні) ме-
тоди.
Для порівняльної оцінки ефективності різних матеріалів викори-
стовують коефіцієнт конструктивної якості, Кк я, МПа, який харак-
теризується відношенням границі міцності при стиску або розтягу
до відносної густини:
Ккя^ — (для матеріалів із різними видами структур,
і/
крім ніздрюватої), (1.20)
Кк.я^— (для матеріалів ніздрюватої структури). (1-21)
сі
Найефективнішими є матеріали, які поєднують у собі легкість і
міцність. Наприклад, усереднені значення Кк я, МПа становлять: для
цегли — 11, важкого бетону — 21, сталі — 52, сосни — 95, СВАМ
(різновид склопластика) — 225. Чим вище значення А*к.я, тим ефек-
тивнішим є конструкційний матеріал.
Твердість — це здатність матеріалу чинити опір місцевим де-
формаціям, які виникають тоді, коли в нього проникають інші, твер-
діші тіла. Твердість матеріалів не завжди відповідає їх міцності,
тобто при різній міцності твердість їх може бути однаковою.
Твердість металів, бетону, деревини та деяких інших матеріалів
визначають, вдавлюючи у зразки з певним зусиллям сталеву кульку
або наконечник (конус, піраміду). Ступінь твердості встановлюють
за розміром відбитка. Число твердості за Брінеллем (НВ) визначають
54
відношенням прикладеного навантаження Р до площі поверхні від-
битка Р і обчислюють за формулою, МПа,
НВ=—.
(1.22)
Ступінь твердості мінералів гірських порід визначають за шка-
лою порівняльної твердості Мооса, яка складається з десяти мінера-
лів-еталонів: тальк — 1; гіпс — 2; кальцит — 3; плавиковий шпат —
4; апатит — 5; ортоклаз — 6; кварц — 7; топаз — 8; корунд — 9;
алмаз — 10.
Стираність — це властивість матеріалу чинити опір впливу
стиральних зусиль. Стирання залежить від твердості матеріалу і ха-
рактеризується зменшенням маси на одиницю площі поверхні зраз-
ка, що стирається, та визначається за формулою, кг/м",
(1.23)
де т\ і /я2 —маси зразка, відповідно, до й після стирання, кг; Р—
площа стираної поверхні, м2.
Показник стираності має вирішальне значення під час вибору
матеріалів для підлог, дорожніх покриттів тощо.
Значення стираності деяких будівельних матеріалів, кг/м~: квар-
цит — 0,6...1,2; граніт — 1...5; клінкерна цегла — 2,2...4,3; керамічні
плитки для підлог — 2,5...3,0; вапняк — 3...8; цементний розчин —
6...15.
Ударна міцність 7?уд — це здатність матеріалу протидіяти руй-
нуванню при короткочасному навантаженні ударного характеру.
Природні і штучні кам’яні матеріали, які застосовують для влашту-
вання доріг, підлог, фундаментів під молоти, зазнають у процесі
експлуатації ударних впливів.
Ударна міцність 7?уд, Дж/м3, характеризується роботою, затраче-
ною на руйнування зразка матеріалу та віднесеною до одиниці
об’єму матеріалу, і обчислюється за формулою
__ гщк
уд 77~
(1.24)
де п — кількість ударів; с[ — вага гирі, Я; к — висота її падіння, м;
V— об’єм зразка, м3.
Опір зношуванню визначають переважно для дорожніх матері-
алів, а також для матеріалів підлог, які в процесі експлуатації зазна-
ють одночасної дії стирання та ударів. Зношування визначають у
55
спеціальних барабанах із кулями за втратою маси завантаженого в
прилад матеріалу (% до початкової маси).
Деформативні властивості. Під дією зовнішніх сил у будівель-
них конструкціях виникають деформації різного походження. Основ-
ними деформативними властивостями будівельних матеріалів є пруж-
ність, пластичність, крихкість та повзучість.
Пружність — це здатність твердого тіла деформуватися під ді-
єю зовнішніх сил і самочинно відновлювати початкову форму після
припинення дії навантаження. Початкова форма може відновлюва-
тися повністю або частково. Пружну деформацію, яка повністю зни-
кає із зняттям зовнішніх сил, називають оборотною. Якщо форма
тіла відновлюється частково, то мають місце залишкові деформації.
Для деяких високоеластичних матеріалів (еластомери), наприклад,
каучуку, пружна деформація може перевищувати 100% внаслідок
розриву зв’язків випрямлених молекул, тобто об’єм матеріалу після
зняття навантаження може бути більшим за початковий.
Здатність матеріалу деформуватися під дією зовнішніх сил ха-
рактеризує модуль пружності Е, МПа. Наприклад, для заліза Е =
= 21,1 • 10-4, алюмінію — 7 • 10-4, свинцю — 1,5 • 10 4, полістиролу —
0,3 • 10-4, каучуку — 0,007 • 10-4 МПа.
Пластичність — це властивість матеріалу змінювати без руйну-
вання форму та розміри під впливом навантаження або внутрішніх
напружень, стійко зберігаючи утворену форму і розміри після при-
пинення цього впливу. Такі пластичні (залишкові) деформації нази-
вають необоротними. Пластичність деяких будівельних матеріалів
змінюється під дією температури: при нагріванні — підвищується,
при охолодженні — знижується. До таких матеріалів належать біту-
ми, деякі сорти сталі та полімери.
Крихкість — це властивість протилежна пластичності, яка ха-
рактеризує здатність твердих матеріалів руйнуватися під впливом
механічних напружень без помітної пластичної деформації. Для
крихких матеріалів характерні слабкий опір ударним навантажен-
ням та значна різниця між показниками границі міцності при стиску
і розтягу. Наприклад, для щільних та міцних кам’яних (природних)
матеріалів 7?р = (1/40... 1/60) /?ст. До крихких матеріалів належать та-
кож скло, чавун, бетон і деякі полімерні матеріали.
Повзучість — це властивість матеріалів повільно та безперерв-
но пластично деформуватися під впливом постійного навантаження.
Для деяких матеріалів (бетону, гіпсових, азбестоцементних виробів)
ця здатність спостерігається при звичайних температурах, для мета-
лів — при підвищених.
56
1.6.3. Експлуатаційні (спеціальні) властивості
Довговічність будівельних матеріалів обумовлюється стабільні-
стю їх фізичних, механічних, а також експлуатаційних властивостей.
Експлуатаційними (спеціальними) називаються властивості матері-
алів, пов’язані зі специфічними умовами експлуатації і впливом їх
на довкілля. До них належать хімічні, термічні, акустичні, декорати-
вні та інші властивості.
Властивостями, які обумовлюють стабільність фізико-механіч-
них характеристик матеріалів у різних умовах експлуатації, є водо-
стійкість, морозостійкість тощо.
Водостійкість — це здатність матеріалу зберігати фізико-меха-
нічні властивості у насиченому водою стані, характеризується кое-
фіцієнтом розм’якшення Кр (або водостійкості). Цей показник ви-
значається відношенням міцності насиченого водою матеріалу Ан до
його міцності в сухому стані Кс\
Кр=^. (1.25)
Водостійкими вважаються будівельні матеріали з коефіцієнтом
розм’якшення понад 0,8. Це означає, що кам’яні природні та штучні
матеріали з Кр< 0,8 не можна застосовувати в місцях із підвищеною
вологістю.
Деякі матеріали при зволоженні втрачають міцність і деформу-
ються (цегла-сирець має Кр = 0); такі, наприклад, як скло, сталь не
змінюють міцності (Ар = 1), а цементний бетон може навіть підви-
щувати її.
Морозостійкість — це здатність матеріалу витримувати у водо-
насиченому стані багаторазове навперемінне заморожування і відта-
вання без суттєвих втрат міцності і маси. Допустимі втрати міцності
і маси після випробування на морозостійкість для різних матеріалів
наведені у відповідних нормативних документах.
Під дією від’ємних температур вода у крупних порах замерзає,
перетворюючись на лід зі збільшенням об’єму приблизно на 9%, що
призводить до виникнення тиску на стінки пор, який становить близь-
ко 210 МПа при температурі -20°С. При цьому в матеріалі з’явля-
ються внутрішні напруження, які можуть спричинити його руйну-
вання, особливо, якщо коефіцієнт водопоглинання наближається до
одиниці, тобто всі пори відкриті.
Вода, що замерзає у відносно крупних порах матеріалу, під тис-
ком утвореного льоду проникає у дрібні пори та капіляри і, відповід-
57
но, не викликає такого швидкого руйнування матеріалу, як при
утворенні льоду. Таким чином, матеріали з переважно крупними по-
рами мають меншу морозостійкість, ніж матеріали, які поряд із круп-
ними мають сполучені з ними дрібні пори.
Щоб визначити морозостійкість, зразки матеріалу насичують во-
дою, а далі піддають навперемінному заморожуванню при темпера-
турі — (18 ± 2)°С і відтаванню у воді з температурою (18 ± 2)°С до
певного числа циклів, установленого нормативними документами,
або до початку руйнування зразка. Крім основного (базового), існу-
ють прискорені методи визначення морозостійкості, наведені у від-
повідних стандартах.
Найбільш морозостійкими є однорідні за структурою щільні ма-
теріали з низьким водопоглинанням Пористі матеріали вважають
морозостійкими, якщо ступінь заповнення водою всіх доступних
пор (відкриті пори) становить 80...85%. Коефіцієнт розм’якшення
морозостійких матеріалів має бути не нижчим 0,9. Регулювання мо-
розостійкості можливе за рахунок зміни капілярно-пористої струк-
тури матеріалу в процесі його виготовлення та застосування поверх-
нево-активних речовин (ПАР).
За морозостійкістю будівельні матеріали поділяють на марки.
Марка за морозостійкістю Р— це число циклів навперемінного
заморожування і відтавання цілих виробів або зразків із матеріалів у
насиченому водою стані при збереженні ними початкових фізичних
та фізико-механічних властивостей у нормованих межах. Цикл ви-
пробування складається з одного заморожування та відтавання зраз-
ків протягом визначеного часу.
Залежно від призначення, до матеріалів висувають різні вимоги
щодо морозостійкості. Так, рядова цеїла повинна мати марку не мен-
ше Р15, облицювальна — не менше Р50, облицювальні вироби з гра-
ніту, габро, базальту — не менше Р50, бетон гідротехнічних споруд —
не менше Р200 тощо.
Властивості структури матеріалу визначаються її здатністю до
водо-, паро — та газопроникності.
Водопроникність — це здатність матеріалу пропускати крізь
себе воду при певному гідростатичному тиску, вона характеризуєть-
ся коефіцієнтом фільтрації Кф (м/с), який визначають за формулою
де V — об’єм води, що пройшла крізь товщу матеріалу, м3; 8 — тов-
щина зразка матеріалу, м; Р — площа зразка, крізь яку просочува-
58
лась вода, м2; (Л - Р2) — різниця тисків водяного стовпа на проти-
лежних боках зразка, м ; т — тривалість випробування, с.
Отже, коефіцієнт фільтрації — це швидкість водопроникнення
матеріалу крізь площу зразка 1 м2 завтовшки 1 м за 1 с при різниці
тисків на протилежних боках зразка, який створюється 1 м водяного
стовпа.
Показник коефіцієнта фільтрації особливо важливий для матері-
алів, які застосовуються у гідротехнічному та комунальному будів-
ництві.
Ступінь водопроникності залежить від щільності та будови ма-
теріалу, форми і розмірів пор. Чим більше відкритих пор і порожнин
має матеріал, тим більша його водопроникність. Ця властивість є
негативною для покрівельних та гідроізоляційних матеріалів.
Для деяких матеріалів (зокрема рулонних покрівельних) визна-
чають протилежну властивість — водонепроникність — здатність
матеріалу не пропускати воду при заданому тиску за встановлений
час. Наприклад, на поверхні склоруберойду при гідростатичному
тиску 0,08 МПа протягом 10 хв не повинно бути ознак проникнення
води. Для інших матеріалів (наприклад, гідротехнічного бетону, на-
пірних труб) водонепроникність характеризують найбільшим тис-
ком води (МПа), при якому ще не спостерігається її просочування
крізь матеріал. Залежно від цього, матеріали поділяють на марки,
наприклад, \У0,2; \У0,4; \У0,6.
До водонепроникних належать абсолютно щільні матеріали (на-
приклад, скло), а також практично водонепроникні матеріали з дуже
малими закритими порами (пінополістирол, газоскло).
Паропроникність — це здатність матеріалу пропускати водяну
пару за наявності різниці тиску біля поверхонь огороджень. Стіни
житлових будинків, лікарень та інших приміщень мають «дихати»,
тобто бути досить проникними для водяної пари без її конденсації
(природна вентиляція). Стіни виробничих приміщень, в яких відбу-
ваються процеси, що спричинюють підвищення вологості середо-
вища, мають із середини захищені від проникнення водяної пари,
оскільки в зимовий час відбувається конденсація пари, різко підви-
щується вологість матеріалів із зовнішнього боку, що може призвес-
ти до зниження міцності і навіть до руйнування конструкції. Паро-
проникність характеризується коефіцієнтом паропроникності
який визначають за формулою
Кп = —---------—, (1-27)
59
де т — маса пари, що пройшла крізь товщу матеріалу, кг; 5 — тов-
щина зразка матеріалу, м; Р — площа зразка, крізь яку просочува-
лась пара, м~; (р\ ~рі) — різниця тисків пари на протилежних сторо-
нах зразка, Па; т — тривалість випробування, с.
Наприклад, Л*п, кг/(м-с-Па), становить: для туфу — 2,4 • 10 8, для
важкого бетону — 1,2 • 10-8, для сосни впоперек волокон — 1,6 • 10~8,
для цегли керамічної — 2,24 • 10~8, для шлаковати — 10,2 • 10-8.
Хімічні властивості характеризують здатність матеріалу до вза-
ємодії з речовинами, що контактують із ним. До них належать: роз-
чинність, кислотостійкість, лугостійкість та інші.
Розчинність — здатність матеріалу розчинюватись у воді, олії,
бензині, скипидарі й інших речовинах-розчинниках. Розчинність
може відігравати і позитивну, і негативну роль. Наприклад, якщо
облицювальний синтетичний матеріал у процесі експлуатації руйну-
ється під дією розчинника, розчинність є шкідливою.
Кислотостійкість — це здатність матеріалу (виробу) чинити
опір дії розчинів кислот або їх сумішей у межах, установлених нор-
мативними документами. Вона оцінюється за втратою маси (або міц-
ності) дослідних зразків, витриманих у розчині кислоти певної кон-
центрації. Час витримування, концентрація кислот та інші пара-
метри випробування регламентуються відповідними нормативними
документами. Наприклад, кислотостійкість каналізаційних кераміч-
них труб становить не менше 92% (тобто втрати за масою — до 8%),
а шлакоситалів — до 99%.
Лугостійкість — це здатність матеріалу (виробу) чинити опір
дії лугів у межах, установлених нормативними документами.
Методика визначення лугостійкості така сама, як і кислотостій-
кості. Якщо в складі матеріалу переважають основні оксиди, то він
зазвичай є лугостійким, але вступає у взаємодію з кислотами і може
руйнуватися. Якщо будівельний матеріал має значний вміст діокси-
ду силіцію (кремнезему), то він є кислотостійким, але реагує з основ-
ними оксидами.
Щоб дати умовну оцінку стійкості кам’яних матеріалів із гірсь-
ких порід у кислих і лужних середовищах, застосовують модуль ос-
новності Мо:
СаО + М&О + Иа2О(К2О)
8іО2 + Аі2О3
(1-28)
Корозійна стійкість — це здатність матеріалу не руйнуватися
під впливом речовин, з якими він стикається у процесі експлуатації.
60
Корозійному руйнуванню піддаються не тільки метали, але й
кам’яні матеріали, бетони, пластмаси, деревина. Корозія обумовлена
хімічними та електрохімічними процесами, які відбуваються у твер-
дих тілах при взаємодії із зовнішнім середовищем.
Основними агресивними агентами, що викликають корозію бу-
дівельних матеріалів, є: прісна та мінералізована води, розчинені у
дощовій воді гази (8О2, 8О3, ЬЮ2), що утворюються внаслідок робо-
ти підприємств та автотранспорту. На промислових підприємствах
корозію будівельних матеріалів часто викликають більш сильні аген-
ти: розчини лугів і кислот, розплавлені матеріали та гарячі гази.
Особливий вид корозії — біокорозія — руйнування матеріалу
під дією живих організмів (грибів, мікробів, комах).
Біокорозія — це не тільки гниття органічних матеріалів (дере-
вини, бітуму), але й руйнування природного каменю, бетону і мета-
лу продуктами життєдіяльності мікроорганізмів.
Корозія будівельних матеріалів небезпечна не стільки хімічними
змінами в матеріалі, скільки пов’язаними з ними змінами фізико-
механічних характеристик конструкцій, виготовлених із цих матері-
алів.
Термічні властивості матеріалу виявляються при дії темпера-
турного чинника. До них належать теплопровідність, теплоємність,
термічна стійкість, жаростійкість, вогнестійкість, вогнетривкість.
Теплопровідність — це здатність матеріалу передавати теплоту
від однієї поверхні до іншої за наявності різниці температур на цих
поверхнях. Така здатність характеризується коефіцієнтом теплопро-
відності, який визначають за формулою
<2 • 5 Вт
(1.29)
де 2 — кількість тепла, що пройшло крізь товщу матеріалу, Дж; 5 —
товщина зразка,м; (^ - /2) — різниця температур на поверхнях, К;
Р — площа зразка, крізь яку проходило тепло, м2, т — тривалість
випробування, с.
Отже, коефіцієнт теплопровідності 1 — кількість тепла, що
проходить крізь зразок матеріалу завтовшки 1 м, площею 1 м2 за 1
секунду при різниці температур на протилежних боках зразка в один
градус.
Значення теплопровідності залежить від ступеня пористості і ха-
рактеру пор, структури, вологості, температури, а також від виду
матеріалу.
61
Найбільше на теплопровідність впливає пористість. Чим менша
середня густина матеріалу, тим більше у ньому пор, наповнених по-
вітрям. З усіх природних та штучних речовин повітря має найменшу
теплопровідність — 0,023 Вт/(м-К), тому теплопровідність сухих лег-
ких пористих матеріалів невелика і має проміжне значення між теп-
лопровідністю твердої речовини та повітря.
Проте показник теплопровідності залежить не лише від кількос-
ті, а й від розміру та форми пор. Будівельні матеріали з дрібними і
закритими порами менш теплопровідні, тоді як матеріали з велики-
ми та сполученими порами характеризуються вищим показником
теплопровідності, оскільки в таких порах виникає рух повітря, що
супроводжується перенесенням теплоти (конвекція).
Необхідно враховувати, що матеріали одного й того самого поход-
ження, але різного структурного стану можуть мати різну теплопро-
відність. Так, волокнисті матеріали мають неоднакову теплопровід-
ність у різних напрямах. Наприклад, для сухої соснової деревини, якщо
тепловий потік спрямований уздовж волокон, то X = 0,17 Вт/(м • К), а
якщо впоперек, то X = 0,34 Вт/(м • К).
Теплопровідність кристалічних речовин вища, ніж аморфних.
Наприклад, такі щільні мінеральні матеріали, як граніт і скло із се-
редньою густиною майже 2700 кг/м3, значно відрізняються за теп-
лопровідністю: для граніту (кристалічний матеріал) X = 2,8 Вт/(м-К),
для скла (аморфний матеріал) X = 0,8 Вт/(м-К).
Матеріали органічного походження порівняно з мінеральними
при однаковій середній густини мають меншу теплопровідність.
Теплопровідність будівельних матеріалів визначають у лабора-
торіях за допомогою спеціальних приладів та установок. Проте, вра-
хувавши загальну залежність X від рт і скориставшись емпіричною
формулою професора В.П. Некрасова, можна орієнтовно визначити
теплопровідність для повітряно-сухих (із природною вологістю 1...7%)
матеріалів мінерального походження (Вт/(м-К):
А, = 1,1б7о,О196 + О,224/2 -0,16, (1.30)
де сі— відносна густина.
Зміна вологості будівельних матеріалів істотно позначається на
їх теплопровідності. Оскільки для води X = 0,58 Вт/(м • К), тобто у
25 разів більше, ніж для повітря, то пори, заповнені водою, легше
пропускають тепловий потік, і теплопровідність водонасичених ма-
теріалів підвищується.
62
На рисунку 1.12 наведено графік залежності теплопровідності
неорганічних сухих матеріалів від середньої густини.
Рис. 1.12. Залежність теплопровідності від середньої густини
сухих неорганічних матеріалів
Теплопровідність насичених водою і заморожених матеріалів ще
вища, оскільки теплопровідність льоду приблизно в чотири рази біль-
ша, ніж води: Хл = 2,3 Вт/(м • К). Отже, якщо матеріали для теплової
ізоляції використовуються в місцях із підвищеною вологістю, треба
передбачати гідроізоляцію їх поверхні.
Для більшості матеріалів значення теплопровідності збільшуєть-
ся з підвищенням температури, при якій передається тепловий потік.
Виняток становлять метали, для яких із підвищенням температури
значення теплопровідності дещо знижується.
Теплопровідність — один із найважливіших показників, що ха-
рактеризують теплозахисні властивості матеріалів, за яким визна-
чають їх належність до групи теплоізоляційних або конструкційно-
теплоізоляційних. Зокрема, теплоізоляційні матеріали повинні мати
показник теплопровідності не більше 0,175 Вт/(м • К) і середню гус-
тину до 500 кг/м3.
З теплопровідністю пов’язана така важлива характеристика ма-
теріалів, застосовуваних для зовнішніх огороджувальних конструк-
цій, як опір теплопередачі (або термічний опір), який визначають
за формулою:
/?.=-, м2-К/Вт, (1.31)
О 7
де 8 — товщина стінового матеріалу, м; X — теплопровідність сті-
нового матеріалу, Вт/(м • К).
63
Від показника опору теплопередачі залежить товщина зовнішніх
стін і витрата палива на опалення будівель. Розраховуючи опір теп-
лопередачі багатошарової огороджувальної конструкції, враховують
теплопровідність матеріалів шарів, з яких вона складається:
(1-32)
де 8і, 32, ..., 8„ — товщина окремого шару, м; Л2,..., — коефіці-
єнти теплопровідності окремих шарів, Вт/(м • К).
Опір теплопередачі є нормованим показником. У табл. 1.8 наве-
дені мінімальні значення величин цього показника для огороджу-
вальних конструкцій житлових та громадських будинків, що експлуа-
туються в різних температурних зонах України.
Таблиця 1.8
Мінімально допустимі значення опору теплопередачі огороджувальних
конструкцій житлових та громадських будинків 7?чп1111(мтК/Вт)
Вид огороджувальної конструкції Значення Кцтіп для температурної зони
І >3500 ГДОП II 3001...3500 ГДОП ПІ 2501...3000 ГДОП IV < 2500 ГДОП
Зовнішні стіни 2,8 2,5 2,2 2,0
Покриття і перекриття неопалюваних горищ 4.95 4,5 3,9 з,з
з,з 3,о 2,6 2,2
Перекриття над проїздами та холод- ними підвалами, що межують із хо- лодним повітрям 3,5 3,3 3,0 2,5
Перекриття над неопалюваними підва- лами, що розташовані вище рівня землі 2,8 2,6 2,2 2,0
Перекриття над неопалюваними підвала- ми. що розташовані нижче рівня землі 3,75 3,45 3,*о 2,7
2,5 2,3 2,0 1,8
Вікна, балконні двері, вітрини, віт- ражі, світлопрозорі фасади 0,6 0,56 0,5 0,45
0,5 0,5 0,5 0,45
Вхідні двері у багатоквартирні жит- лові будинки та громадські будинки 0,44 0,41 0,39 0,32
Вхідні двері у малоповерхові будин- ки та квартири, що розташовані на перших поверхах багатоповерхових будинків 0,6 0,56 0,54 0,45
Вхідні двері в квартири, що розта- шовані вище першого поверху 0,25 0,25 0,25 0,25
64
Належність тієї чи іншої території країни до певної температур-
ної зони визначається кількістю градусо-діб опалювального періоду
(ГДОП). Усього передбачено чотири такі зони з дискретністю 500
одиниць ГДОП (рис. 1.13).
Рис. 1.13. Температурні зони України
Нові норми опору теплопередачі огороджувальних конструкцій
примушують радикально змінювати підхід до вибору матеріалів і
конструкцій огороджень, у тому числі за рахунок використання
ефективних утеплювачів, які можуть розташовуватися із зовнішньо-
го, внутрішнього боку або в середині огородження (рис. 1.14). Такі
конструкції одержали назву систем, наприклад, система скріпленої
теплоізоляції, система утеплення з вентильованим фасадом тощо.
Рис. 1.14. Схеми огороджувальних конструкцій
із різним розташуванням утеплювача:
1 — із зовнішнього боку; 2 — у середині конструкції; 3 — з внутрішнього боку
65
Теплоємність — це здатність матеріалу під час нагрівання по-
глинати теплоту. Вона характеризується питомою теплоємністю
(коефіцієнтом теплоємності), тобто кількістю теплоти, необхідної
для нагрівання одиниці маси на один градус, Дж/(кг • К):
с =----, (1.33)
- 1І)
де 0 — кількість теплоти, необхідної для нагрівання матеріалу, Дж;
т — маса матеріалу, кг; Л — відповідно, кінцева та початкова
температури нагрівання, К.
Теплоємність матеріалів має велике значення у тих випадках,
коли потрібно враховувати акумуляцію теплоти огороджувальними
конструкціями з метою збереження температур без різких коливань
у приміщенні або в тепловому промисловому агрегаті при зміні теп-
лового режиму. Це буває, наприклад, коли розраховують і конструю-
ють теплостійкі огородження (стіни, перекриття, печі) або передба-
чають підігрівання матеріалів для зимового бетонування.
Із зволоженням питома теплоємність матеріалу збільшується,
оскільки теплоємність води велика й становить 4,2 кДж/(кг • К). Для
огороджувальних конструкцій житлових та опалюваних будівель
вибирають матеріали з невеликою теплопровідністю, але з вищою
питомою теплоємністю.
Питома теплоємність (кДж/(кг • К)) кам’яних природних і штуч-
них матеріалів становить 0,76...0,92, скла — 0,67, сталі — 0,48, алю-
мінію — 0,87. Деревні та інші органічні матеріали мають вищий ко-
ефіцієнт теплоємності (наприклад, для деревини у сухому стані —
2,7...3,0 кДж/(кг • К)) і акумулюють більше теплоти, ніж кам’яні, а
згодом можуть віддавати її в середину приміщення.
Теплостійкість — це здатність матеріалу витримувати нагрі-
вання до певної температури (нижчої за температуру плавлення) без
переходу в пластичний стан. Деякі будівельні матеріали мають низь-
ку теплостійкість. Наприклад, бітуми розм’якшуються при темпера-
турі 45...90°С, а полімерні матеріали — при 80...180°С.
Знання теплостійкості необхідне для визначення температурних
режимів експлуатації будівельних матеріалів.
Термічна стійкість — це здатність матеріалу витримувати нав-
перемінне нагрівання й охолодження без руйнування. Вона зале-
жить від ступеня однорідності матеріалу, його природи та показника
температурного коефіцієнта лінійного розширення, причому чим
менший останній, тим вища термічна стійкість матеріалу. Стійкими
до різких змін температур мають бути матеріали для футерування
66
(внутрішньої кладки) пічних агрегатів. Термічностійкими є шамот,
динас, базальт, клінкер, термічно нестійкими — кварц, граніт, скло.
Температурні деформації обумовлені здатністю матеріалу під
дією зміни температур у процесі експлуатації змінювати свої розмі-
ри (переважно розширюватися при нагріванні і стискуватися при
охолодженні).
Температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) харак-
теризує відносне видовження матеріалу під час нагрівання на один
градус, вимірюється в К'1, розраховується за формулою
де І та /і — довжини зразка до і після нагрівання, м; — кінцева
та початкова температури нагрівання, К.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення має особливе
значення для тих матеріалів, які під час експлуатації зазнають нагрі-
вання й охолодження. Оскільки деформації матеріалу в конструкці-
ях при розширенні можуть бути досить значними, у спорудах вели-
кої протяжності потрібно передбачати деформаційні шви.
Показники ТКЛР деяких будівельних матеріалів, К1: алюміній —
25,5 • 10 6; сталь — (11,0... 11,9) • 10-6; бетон — (10...14) • 10"6; граніт —
(8... 10) • 10-6; скло — (8,5...9,7) • 10-6; деревина вздовж волокон —
(3...5) • 10-6.
Прикладом негативного впливу температурних коливань може
бути руйнування гірських порід порфироподібної структури, скла-
дові мінерали яких мають різні значення ТКЛР. Так, порода граніту
«рапаківі» під дією різких перепадів температур вкривається сіткою
дрібних тріщин, які започатковують його подальше руйнування.
Для деяких силікатних матеріалів характерна вогнева усадка,
тобто здатність змінювати свої розміри та об’єм внаслідок спікання
чи оплавлення частинок під дією високих температур.
Вогнестійкість — це здатність матеріалу витримувати дію ви-
соких температур або вогню і води (під час пожеж), не руйнуючись.
За ступенем вогнестійкості будівельні матеріали поділяють на три
групи: негорючі, важкогорючі та горючі.
Негорючі (неспалимі) — це матеріали, які під дією вогню чи ви-
соких температур не горять, не тліють і не обвуглюються. Негорючі
матеріали поділяють на вогнестійкі, що практично не деформуються
(цегла, черепиця, жаростійкий бетон, сієніт), вогнетривкі та терміч-
но стійкі.
67
Проте деякі негорючі матеріали можуть значно деформуватися
(сталь) або руйнуватися при розтріскуванні (кварц, граніт й інші по-
роди, що містять кварц). В останньому випадку руйнування відбува-
ється за рахунок модифікаційних перетворень кварцу. До групи не-
горючих належать мінеральні матеріали.
Важкогорючі (важкоспалимі) — це матеріали, які під дією вог-
ню або високих температур злегка займаються, тліють або обвуг-
люються, а коли віддаляється джерело вогню, ці процеси припиня-
ються. До таких матеріалів належать здебільшого мінералоорганічні
матеріали, які поєднують у собі мінеральні й органічні компоненти
(гідроізол, фіброліт, асфальтобетон тощо).
Горючі (спалимі) — це матеріали, які під дією вогню чи високої
температури займаються або тліють, і ці явища тривають і тоді, коли
усунуто джерело вогню. До цієї групи належить значна частина ма-
теріалів органічного походження, не просочених спеціальними за-
хисними сполуками (деревина, бітуми, полімерні матеріали).
Відповідно до ДСТУ БВ,2.7-19-95, горючі матеріали поділяють
на окремі групи (табл. 1.9).
Таблиця 1.9
Групи горючості будівельних матеріалів
Група горючості матеріалів Температура димових газів, °С Ступінь пошкодження за довжиною, % Ступінь пошкодження за масою, % Тривалість горіння, с
Г1 <135 <65 <20 0
Г2 <235 <85 <50 <30
ГЗ <250 >85 <80 <60
Г4 >250 >85 >80 >60
Границя вогнестійкості характеризується проміжком часу від
початку займання до виникнення в конструкції граничного стану:
втрати несучої здатності, виникнення наскрізних тріщин, нагрівання
протилежної від вогню поверхні, що може призвести до самозай-
мання.
Вогнетривкість — це властивість матеріалу протистояти, не
розплавляючись, впливу високих температур. Вона характеризуєть-
ся температурою, під впливом якої зразок випробуваного матеріалу
у вигляді зрізаної тригранної піраміди (піроскопа) розм’якшується і
деформується так, що його вершина дотикається підставки (рис. 1.15).
68
Рис. 1.15. Визначення температури плавлення
матеріалів за допомогою піроскопів:
1 — піроскопи; 2 — вогнетривка підставка
За ступенем вогнетривкості матеріали поділяють на власне вог-
нетривкі, які витримують тривалу дію температури 1580°С і вище
(наприклад, шамот, динас, хромомагнезит); тугоплавкі, що витри-
мують температуру 135О...158О°С; легкоплавкі — з вогнетривкістю
менше 1350°С (наприклад, звичайна керамічна цегла).
Жаростійкість — це здатність матеріалу за умов тривалої дії
температур у заданому інтервалі зберігати або незначно змінювати
свої фізичні або механічні властивості. Наприклад, для жаростійких
бетонів цей інтервал температур становить ЗОО...18ОО°С. До жаро-
стійких матеріалів належать жаростійкий бетон, чавун та сталь, різні
види вогнетривів.
Акустичні властивості характеризують здатність матеріалу пев-
ним чином реагувати на дію звукових хвиль різної частоти і сили.
При взаємодії з огороджувальною конструкцією звукова енергія част-
ково відбивається від її поверхні, частково поглинається і частково
проходить крізь неї. Співвідношення між окремими частинами зву-
кової енергії визначається характером поверхні, а також ступенем
пружності та масою матеріалу конструкції.
Будівельні матеріали, здатні поглинати звукову енергію, а також
знижувати рівень сили й гучності звуків, які проходять крізь них і
виникають як у повітрі, так і у матеріалі огородження, називаються
акустичними. їх поділяють на звукопоглинальні та звукоізоляційні.
Звукопоглинальні матеріали призначені, в основному, для гашення
повітряного шуму, а звукоізоляційні — для послаблення ударного
шуму при проходженні звукових хвиль крізь конструкцію.
Основною величиною, за якою оцінюють ефективність звуко-
поглинальних матеріалів, є коефіцієнт звукопоглинання а, який роз-
раховують за формулою
69
а=±погл_ (1.35)
Е
пад
де Епогп, Епад. — кількість відповідно поглинутої та падаючої на ма-
теріал звукової енергії за одиницю часу.
За величиною цього коефіцієнта звукопоглинальні матеріали поді-
ляють на групи: І— а> 0,81; II — 0,41 < а< 0,8; III — 0,21 < а< 0,4.
Найпоширенішими звукопоглинальними матеріалами є: мінера-
ловатні плити (а = 0,50...0,95), піноскло (а = 0,3...0,5); плити «акміг-
ран» (а = 0,7...0,9), деревноволокнисті плити (а = 0,75...0,80); фібро-
літові плити (а = 0,45...0,50); гіпсові перфоровані плити (а = 0,9).
Основною характеристикою для оцінки якості звукоізоляційних
матеріалів є динамічний модуль пружності ЕД: чим менша його ве-
личина, тим ефективніший матеріал. Найпоширеніші звукоізоляцій-
ні матеріали: мати і плити напівжорсткі на синтетичній зв’язуючій
речовині, мати прошивні скловатні, деревноволокнисті плити, про-
кладки з пористої гуми та еластичних полівінілхлоридних або полі-
уретанових поропластів.
Екологічні властивості матеріалів характеризують ступінь їх
впливу на навколишнє середовище і живі організми.
Токсичність — це здатність матеріалу в процесі виготовлення й
особливо експлуатації за певних умов виділяти шкідливі для здо-
ров’я людини (отруйні) речовини. Такими речовинами можуть бути
фенольні сполуки, що містяться в дорожних дьогтях, деревноструж-
кових плитах, а також ксилол, ацетон, метанол, які використовують-
ся як розчинники в лакофарбових матеріалах. Полімерні матеріали
при пожежах виділяють отруйні речовини, наприклад, діоксин, бен-
зопірен тощо.
Деякі будівельні матеріали не дозволяється використовувати,
наприклад, у житлових приміщеннях, дитячих закладах тощо. Зок-
рема, це стосується матеріалів, виготовлених на основі синтетичних
смол (полімерів), а також пігментів, які містять сполуки свинцю, мі-
ді, миш’яку, цинку.
Для екологічної оцінки якості будівельних матеріалів викорис-
товують показник гранично допустимої концентрації (ГДК). Якщо
концентрація токсичних речовин, які виділяє матеріал, не переви-
щує значень ГДК, він вважається екологічно чистим.
Радіоактивність будівельних матеріалів обумовлена природни-
ми довгоіснуючими радіонуклідами, переважно радієм-226, торієм-
232 та калієм-40. Ці радіоактивні елементи присутні практично в
70
усіх гірських породах, які використовуються як мінеральна сирови-
на для виготовлення більшості неорганічних будівельних матеріалів.
Основною характеристикою радіоактивності будівельних мате-
ріалів є ефективна сумарна питома активність природних радіонук-
лідів (ПРН). Її величину (Леф) визначають як виважену суму питомої
активності радію-226 (ЛКа), торію-232 (Лть) і калію-40 (Ак) за форму-
лою
Леф — 1,31Лть+0,085т4к,
(136)
де 1,31 і 0,085 — відповідно виважуючі коефіцієнти активності то-
рію-232 і калію-40 щодо радію-226.
Активність визначають у Бк/кг. За величиною сумарної питомої
активності будівельні матеріали поділяють на класи, за якими ви-
значають можливі галузі їх використання (табл. 1.10).
Таблиця 1.10
Класифікація будівельних матеріалів за величиною Аеф
Клас АСф, Бк/кг Галузі використання
І Не більше 370 Для всіх видів будівництва без обмежень
II 370...740 Для об’єктів дорожнього та промислового будівництва
III 740...1350 Для об’єктів промислового призначення, де виключа- ється перебування людей; для об’єктів дорожнього призначення поза населеними пунктами; для об’єктів дорожнього призначення в межах населених пунктів за умовою покриття шаром ґрунту або іншого матері- алу завтовшки не менше 0,5 м.
Якщо будівельні матеріали мають Аеф > 1350 Бк/кг, то питання
про можливі сфери використання їх у будівництві вирішується в
кожному випадку окремо за дозволом Міністерства охорони здо-
ров’я України.
Вибіркові дослідження показали, що середня ефективна питома
активність будівельних матеріалів України становить 105,1 Бк/кг,
що дещо більше, ніж для будівельних матеріалів колишнього СРСР
(93,5 Бк/кг). Деякі усереднені дані про радіоактивність будівельних
матеріалів України наведено у табл. 1.11.
Останнім часом спостерігається підвищений інтерес до промис-
лових відходів як дешевої сировини для виготовлення будівельних
матеріалів. Використання відходів виробництва дозволяє зберегти
природні ресурси, зменшити забруднення довкілля, скоротити загальні
71
витрати виробництва, однак безконтрольне застосування їх може
призвести до підвищення загальної дози опромінення населення,
оскільки радіоактивність техногенних продуктів, як правило, вища,
ніж у природних матеріалів.
Таблиця 1.11
Радіоактивність деяких будівельних матеріалів України
Матеріал Питома активність радіонуклідів, Бк/кг
Радій-226 Торій-232 Калій-40 А еф
Глина 41,0 78,0 574,0 204,0
Пісок 12,0 33,0 165,0 68,0
Щебінь 36,6 79,3 971,0 223,0
Гранітний відсів 43,0 118,2 1171,0 297,3
Вапно 58,0 44,0 139,0 127,0
Гіпс 38,0 8,0 194,0 65,0
Бетон 25,0 36,0 380,0 106,0
Цегла 44,0 51,0 704,0 171,0
Плитка керамічна 89,0 102,0 680,0 280,0
Гравій керамзитовий 37,0 28,0 658,0 130,0
Будівельні матеріали поділяють на дві категорії: обов’язкового
та рекомендованого радіаційного контролю. Обов’язковому контро-
лю підлягають деякі види матеріалів природного походження (піски,
глини, гравій, крейда, сланці, технічна вода); штучного походження
(заповнювачі всіх видів, у тому числі щебінь; в’яжучі речовини);
арматура і конструкційна сталь; відходи промислового виробництва
(золи, шлаки та ін).
До об’єктів рекомендованого радіаційного контролю належать
будівельні вироби і конструкції, оздоблювальні матеріали та ви-
роби.
Радіаційна стійкість — властивість матеріалу протистояти дії
радіоактивного випромінювання, яке змінює його структуру і влас-
тивості. Споруди атомної енергетики, деякі науково-дослідні, ліку-
вально-профілактичні установи необхідно захищати від радіоактив-
ного випромінювання, в першу чергу від потоку нейтронів та у-про-
менів, небезпечних для живих істот. Ступінь захисту залежить від
виду випромінювання, природи захисного матеріалу, товщини ого-
роджувальної конструкції.
Для захисту від нейтронного випромінювання застосовують ма-
теріали, що містять велику кількість хімічно зв’язаної води (напри-
клад, гідратні бетони), а від у-випромінювання — матеріали з вели-
кою середньою густиною (особливо важкі бетони, свинець, барит).
72
Для порівняння радіаційно-захисних властивостей різних матеріалів
введено термін «товщина шару подвійного послаблення», під яким
розуміють товщину шару захисного матеріалу, що забезпечує по-
слаблення радіоактивного випромінювання удвічі порівняно з почат-
ковим.
Естетичні властивості характеризують рівень художньої ви-
разності будівельного матеріалу. Для більшості будівельних ма-
теріалів естетичні властивості оцінюють за показниками їх деко-
ративності, до яких належать форма, колір, фактура, малюнок,
текстура тощо.
Форма будівельного виробу та його лицьової поверхні харак-
теризується геометричними параметрами і пропорціями. Форма
може бути кубічною, циліндричною тощо, а у випадку формоутво-
рення у площині — квадратною, прямокутною, трикутною, круг-
лою тощо.
Колір матеріалу — зорове відчуття, яке виникає під дією на сіт-
ківку ока людини електромагнітних коливань, відбитих від лицьової
поверхні в результаті дії світла. Кольори поділяють на дві групи: ах-
роматичні (білі, чорні та сірі ) і хроматичні (червоні, помаранчові,
жовті, зелені, блакитні, сині, фіолетові).
Основними характеристиками кольору є кольорова тональність
та насиченість. Оцінюючи колір матеріалу, слід ураховувати ком-
плекс факторів: характер джерела світла і освітленість, напрямок
розповсюдження світла; колір та яскравість фону; властивості поверхні
(гладка, шорстка, рифлена); розміри лицьової поверхні та наявність
у полі зору інших об’єктів.
Фактура будівельних матеріалів — це видима будова поверхні,
яку можна створити або змінити. Вона визначається характером рель-
єфу і блиском.
Малюнок характеризує взаємне розташування елементів на ли-
цьовій поверхні матеріалу. Він може бути обумовлений природою
будівельного матеріалу або штучно створеним людиною. Якщо ви-
щезгадані елементи створені природою, тоді малюнок називають
текстурою. Створення штучного малюнка досягається фарбуван-
ням поверхні, нанесенням орнаменту, візерунка тощо. Орнамент
може бути геометричний, рослинний, слабко або явно виражений,
крупний або дрібномасштабний.
Найчастіше естетичні властивості оцінюють візуально, зазвичай
порівнянням зразків досліджуваного матеріалу із затвердженими
еталонами.
73
1.6.4. Технологічні властивості
Група технологічних властивостей характеризує здатність мате-
ріалу до сприйняття певних технологічних операцій, виконуваних з
метою зміни його форми, розмірів, характеру поверхні, щільності
тощо. Ці властивості виявляються у процесі виробництва та експлу-
атації матеріалів і виробів на їхній основі. Технологічні властивості
будівельних матеріалів оцінюють візуально або з допомогою спеці-
альних приладів та методів випробувань. До них відносять форму-
вальність, подрібнюваність, розпилюваність, пробійність, поліруваль-
ність тощо.
Формувальність характеризує здатність матеріалу набувати пев-
ної (заданої) форми внаслідок різних механічних впливів (вібруван-
ня, пресування, видавлювання, прокатування). Вона залежить, як
правило, від в’язкопластичних властивостей вихідних мас (глиняне
тісто, розчинова і бетонна суміш, полімерні маси).
Подрібнюваність — це здатність матеріалу до диспергацїі внас-
лідок механічної дії переважно ударних навантажень з утворенням
зернистого матеріалу у вигляді щебеню та піску. Подрібнення мож-
на виконувати також, використовуючи дію електричного струму,
термічного удару, електрогідравлічного ефекту тощо.
Розпилюваність — це здатність матеріалу сприймати пиляння
без істотного порушення структури. Прикладами матеріалів, що
піддаються розпилюванню, є деревина та вироби з неї, м’які гірські
породи тощо.
Пробійність виражає здатність матеріалу утримувати цвяхи й
шурупи за певних умов висмикування. Ця властивість особливо важ-
лива для стінових матеріалів у житловому будівництві. Висока про-
бійність притаманна деревині та ніздрюватому бетону.
Полірувальність — це здатність матеріалу сприймати обробку
тонкими абразивними матеріалами. При цьому створюється гладенька
блискуча поверхня і найяскравіше виявляються декоративні влас-
тивості матеріалу. Найчастіше поліруванню піддають природні
кам’яні матеріали, що застосовуються для облицювання (мармур,
граніт, кварцит та інші).
Технологічність — це властивість матеріалу, яка дозволяє ви-
користовувати для виробництва, експлуатації і ремонту найбільш
економічні технологічні процеси. Вона також сприяє розширенню
номенклатури будівельних матеріалів певної групи (наприклад, із
деревини, пластмас). Технологічні властивості будівельних матеріа-
лів оцінюють візуально або за допомогою спеціальних приладів і
методів випробувань.
74
Список літератури до розділу 1
1. Горбунов Г. И. Основьі строительного материаловедения. —
М: Издательство АСВ, 2002. — 168 с.
2. Горшков В. С, Осокин А. П., Колитина М. А. Химическая тех-
нологія полиминеральньїх композиционньїх материалов. —
М.: 1998. —250 с.
3. Горшков В. С., Тимашев В. В., Савельев Г. Г Методьі физико-
химического анализа вяжущих веществ. — М.: Вьісш. шк.,
1981. —334 с.
4. Дворкін Л. Й. Теоретичні основи будівельного матеріало-
знавства: Навч. посібник. — К.: НВК МО, 1992. — 156 с.
5. Дорожно-строительньїе материальт / Грушко И. М., Коро-
лев И. Б., Борщ И. М., Мищенко Г. М. — М.: Транспорт,
1991. —357 с.
6. Композиционньїе материальї. Справочник / Под ред. Д. М. Кар-
пиноса. — К.: Наукова думка, 1985. — 592 с.
7. Композиционньїе строительньїе материальї пониженной мате-
риалоемкости / Соломатов В. И., Вьіровой В. Н., Дорофеев В. С.,
Сиренко А. В. — К.: Будівельник, 1991. — 144 с.
8. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строитель-
ньіх материалов. — М.: Стройиздат, 1988. — 303 с.
9. Рьібьев Й А. Строительное материаловедение: Учеб. пособие
для строит. спец, вузов. — М.: Вьісш. шк., 2002. — 701 с.
10. Структура и свойства композиционньїх материалов / К. И. Порт-
ной, С. Е. Салибеков и др. — М.: Машиностроение, 1979. —
255 с.
11. Ушеров-Маршак А. В. Калориметрия цемента и бетона. Изб-
ранньїе трудьі. — Харьков: Факт, 2002. — 180 с.
12. Кєуіііє А. М. \У1а8СІ\¥О8СІ Ьеіопи, хуудапіе 4, Кгако\у, 2000. —
874 8.
75
І
і Розділ 2
і
ш»»1 т адл ;_
•ядаяяя От
ПРИРОДНІ КАМ’ЯНІ
МАТЕРІАЛИ
Природними кам’яними матеріалами називають матеріали і
вироби, які одержують механічною обробкою (подрібненням, роз-
колюванням, розпилюванням тощо) гірських порід, не змінюючи їх
природної структури та властивостей. Серед будівельних матеріалів
природні кам’яні матеріали займають одне з основних місць. Загаль-
на частка затрат у будівництві на ці матеріали перевищує 20%.
В усьому світі розширюються галузі застосування природного каме-
ню і, на думку спеціалістів, достойної заміни цьому матеріалу поки
що не передбачається.
Гірські породи — це природні мінеральні утворення, які сфор-
мувались унаслідок геологічних процесів у земній корі, відрізня-
ються ступенем щільності, складаються з одного або кількох міне-
ралів, характеризуються відносно сталим мінералогічним складом,
певними будовою та властивостями і мають досить великі площі за-
лягання. Залежно від кількості породотвірних мінералів, гірські по-
роди поділяють на мономінеральні, що складаються лише з одного
мінералу, та полімінеральні — з двох або більше мінералів. Біль-
шість гірських порід є полімінеральними.
Природні мінерали — це новоутворення, що відрізняються по-
стійними хімічним складом, структурою і властивостями та беруть
участь у формуванні гірських порід.
У будівництві природні кам’яні матеріали застосовують з глибо-
кої давнини, про що свідчать пам’ятки архітектури багатьох країн
світу, у тому числі і нашої. І сьогодні практично всі монументальні
споруди виконуються з використанням природного каменю, що
обумовлено його високою довговічністю і декоративністю.
Залежно від виду обробки, природні кам’яні матеріали бувають
подрібнені (щебінь, висівки), колоті (бутовий камінь, шашка), пиля-
ні (блоки, плити) та штучні вироби різного ступеня обробки.
76
Надра України багаті на різноманітні гірські породи. Широко ві-
домий Український кристалічний масив, що простягнувся більш ніж
на 1000 км з північного заходу на південний схід і займає територію
площею більше 200 тис. км2. На цьому масиві багаті родовища кра-
щих гірських порід світу: гранітів, габро, лабрадоритів, порфіритів,
кварцитів.
2.1. Особливості утворення
та класифікація гірських порід
За сучасними уявленнями наша планета Земля складається з
концентричних оболонок — геосфер різної щільності (рис. 2.1).
Кожна оболонка характеризується певним хімічним складом і фізич-
ним станом речовини.
Геосфери поділяють на зовнішні та внутрішні. До зовнішніх від-
носять атмосферу, гідросферу та біосферу, до внутрішніх — верхню
оболонку, симатичну оболонку, проміжну оболонку та ядро Землі.
Рис. 2.1. Будова Землі:
А — земна кора; Б — симатична оболонка; В — проміжна оболонка;
Г— зовнішнє ядро; Д— внутрішнє ядро
77
Верхня оболонка (літосфера, або земна кора) — це тверда оболон-
ка Землі з непостійною товщиною і будовою. Її товщина на конти-
нентах від 20 до 70 км, а в океанах — від 5 до 15 км. Середня густи-
на літосфери становить 2700 кг/м3. У хімічному складі земної кори
переважають кисень, силіцій, алюміній, ферум, кальцій, натрій, ка-
лій та магній.
За літосферою розміщена симатична оболонка, назва якої похо-
дить від перших складів слів «силіцій» та «магній», що відбиває хі-
мічну природу цієї оболонки. Симатична оболонка простягається до
глибини 900 км, неоднорідна за складом і має середню густину
3300...4500 кг/м3.
Проміжна оболонка простягається до глибини 2900 км і має се-
редню густину 5300...6500 кг/м3.
Ядро є найщільнішою частиною планети і складається з двох час-
тин: зовнішньої і внутрішньої, межа між якими фіксується на гли-
бині 5100 км від поверхні. Вважається, що зовнішнє ядро перебуває
в рідкому стані, а внутрішнє — у твердому. Густина речовини у
центрі Землі сягає 12500 кг/м3, а тиск — майже 400000 МПа. Біль-
шість фахівців вважає, що ядро складається, в основному, із заліза,
яке перебуває в особливому металізованому стані.
Середній показник густини Землі 5520 кг/м3. Земля — це веле-
тенський магніт, навколо якого існує магнітне поле — магнітосфера.
Утворення гірських порід пов’язане з геологічними процесами,
які постійно відбуваються у земній корі під дією різних сил. Ці ру-
шійні сили поділяють на внутрішні (ендогенні) та зовнішні (екзо-
генні). Джерелом енергії ендогенних процесів значною мірою є вну-
трішня теплота Землі. До ендогенних процесів належать: тектонічні
рухи — переміщення гірських порід; магматизм — сукупність явищ,
пов’язаних з утворенням магми, зміною її складу та переміщенням з
надр до поверхні Землі; сейсмічні явища — землетруси; метамор-
фізм — фізико-хімічні процеси зміни структури, мінерального, а
іноді й хімічного складу гірських порід під впливом підвищених тем-
ператур, тиску і газів.
Магма — це вогняно-рідкий складний (зазвичай силікатний)
розплав, який виникає в надрах Землі при порушенні термодинаміч-
ної рівноваги у літосфері. Головною складовою магми є оксид силі-
цію (8іО2), вміст якого становить 40...75%. Крім нього, магма міс-
тить оксиди алюмінію, феруму, магнію, кальцію, натрію та інших
елементів. Деякі з них здатні переходити у газоподібний стан. При
виливанні магми на поверхню вона втрачає значну частину летких
компонентів і утворює лаву. За вмістом 8іО2 магму (лаву) поділяють
78
на чотири типи: кислу (8іО?> 65%), середню (8іО2= 65...52%), основ-
ну (8ІО2 — 52...45%) та ультраосновну ($ІС>2< 45%).
Екзогенні процеси відбуваються на поверхні земної кори або на
невеликій глибині, а також у зовнішніх оболонках Землі — атмос-
фері, гідросфері та біосфері. Джерелом їх енергії є дія Сонця, вітру,
текучих і підземних вод, льодовиків тощо.
Залежно від факторів, які діють на гірські породи, виділяють такі
типи вивітрювання: фізичне (механічне) — руйнування порід під
дією коливань температури; хімічне — зміна хімічного первинного
складу порід під впливом кисню повітря, вуглекислоти, води і роз-
чинених у ній газів та солей; органічне — процес руйнування гірсь-
ких порід під дією організмів і рослин.
При фізичному вивітрюванні внаслідок періодичних коливань
температури відбувається нерівномірна зміна об’ємів мінеральних
зерен гірських порід, послаблюються сили зчеплення між ними, що
викликає розтріскування та розколювання порід на окремі уламки і
брили. Руйнуванню порід сприяє також вода, що міститься в їх по-
рах та при замерзанні, збільшуючись в об’ємі, розсуває частинки
порід, утворює тріщини і поступово розрихлює породи.
При хімічному вивітрюванні відбуваються реакції окиснення, гі-
дролізу, гідратації та розчинення, внаслідок чого можуть утворюва-
тися нові мінерали.
При органічному вивітрюванні корені рослин і тваринні організ-
ми виділяють органічні кислоти, які призводять до хімічного розпа-
ду гірських порід.
Слід підкреслити, що всі типи вивітрювання тісно пов’язані між
собою, діють одночасно, і тільки залежно від природних умов один
тип вивітрювання може переважати інші.
Екзогенні та ендогенні процеси відбуваються безперервно, взаєм-
но обумовлюють один одного і в результаті створюють всю різно-
манітність гірських порід. Для вивчення гірських порід їх поділяють
на окремі групи. Найбільш поширеною є класифікація гірських
порід за походженням, або генетична, відповідно до якої всі породи
поділяють на три групи (рис. 2.2): вивержені, або магматичні (пер-
винні), які утворилися внаслідок охолодження і затвердіння магми;
осадові (вторинні), які виникли в поверхневих шарах земної кори
внаслідок процесів вивітрювання (руйнування) існуючих порід під
дією сонячної енергії, повітря, води та життєдіяльності організмів;
метаморфічні (видозмінені), утворені з вивержених і осадових вна-
слідок складних фізико-хімічних процесів, що супроводжуються ді-
єю високих температур та тисків.
79
ГІРСЬКІ ПОРОДИ
Рис. 2.2. Генетична класифікація гірських порід
80
Для визначення фізико-механічних властивостей гірських порід
необхідно знати властивості породотвірних мінералів, з яких вони
складаються.
2.2. Характеристика породотвірних мінералів
У земній корі мінерали зустрічаються у складі гірських порід і
менше — у вільному стані. З невеликої кількості хімічних елементів
природа створила більше 2-х тисяч різноманітних мінералів, з яких
тільки 450 є широко розповсюдженими; інші зустрічаються рідко. За
розповсюдженістю в земній корі їх поділяють на породотвірні, що
складають гірські породи; другорядні, вміст яких у гірських породах
не перебільшує 1%; рідкісні — самородні метали, дорогоцінні каме-
ні, які зустрічаються дуже рідко і в невеликих кількостях.
Кожний мінерал має комплекс притаманних тільки йому ознак і
властивостей, за якими його ідентифікують. До них належать: хіміч-
ний склад і будова, щільність, твердість, спайність, оптичні влас-
тивості (колір, блиск, світлозаломлення) тощо.
Характеристика найголовніших породотвірних мінералів наве-
дена у додатку 3.
Основними породотвірними мінералами вивержених (первинних)
гірських порід є кварц, польові шпати, слюди та залізисто-магне-
зіальні силікати.
Як головні породотвірні мінерали осадових (вторинних) гірських
порід слід розглядати мінерали групи карбонатів, сульфатів, гідро-
алюмосилікати і аморфізовані різновиди кремнезему.
Мінералогічний склад метаморфічних порід визначається скла-
дом вихідної породи та умовами її перетворення (метаморфізації).
При вивченні породотвірних мінералів, що входять до складу
гірських порід, які найчастіше використовуються у будівництві, їх
доцільно класифікувати не тільки за походженням, але й за хімічним
складом.
Група кварцу. До цієї групи належить ряд мінералів, що є моди-
фікаціями діоксиду кремнію: кварц, халцедон, опал.
Кварц (8іО2) — це кристалічна форма діоксиду силіцію, основ-
ний породотвірний мінерал земної кори. Міцний, твердий і стійкий
мінерал: міцність на стиск до 2000 МПа, твердість за Моосом — 7,
добре чинить опір стиранню та хімічним впливам (при звичайній
температурі взаємодіє лише з плавиковою кислотою), істинна гус-
тина — 2,65 г/см3. Спайність (здатність розколюватися при ударі по
81
певних поверхнях) відсутня; злом нерівний; блиск скляний. Форма
кристалів — шестигранні призми з шестигранними пірамідами на
основах. Кварц буває безбарвним, білим, сірим, димчастим, роже-
вим, залежно від домішок.
При підвищених температурах у середовищі насиченої пари
кварц взаємодіє з лугами, наприклад, з Са(ОН)2, утворюючи гідро-
силікати. При нагріванні до температури 575°С кварц з «-модифі-
кації переходить у р-модифікацію, стрибкоподібно збільшуючись в
об’ємі приблизно на 1,5%; при температурі 870°С починає перехо-
дити у тридиміт, також значно збільшуючись в об’ємі. Температура
плавлення становить 1710°С, при швидкому охолодженні дає квар-
цове скло. Кварц входить до складу гранітів, пісковиків, кварцитів,
діоритів.
Опал (8іО2 • яН2О) — це гідратований аморфний кремнезем. Вміст
води в ньому становить 2... 12%. Істинна густина — 1,9...2,5 г/см3,
твердість — 5...6, крихкий. Колір білий, залежно від домішок —
блакитний, бурий, зелений, чорний; блиск скляний. Менш міцний та
стійкий, ніж кварц. Має підвищену внутрішню мікропористість і ви-
сокодисперсну структуру, високу реакційну здатність до гідроксиду
кальцію. Цю властивість аморфного кремнезему широко використо-
вують при виготовленні мінеральних змішаних в’яжучих речовин.
Зустрічається в гірських породах: діатомітах, опоках, трепелах, мер-
телях.
Приховано-кристалічні різновиди кремнезему відомі як халце-
дони (істинна густина — 2,6 г/см3; твердість за шкалою Мооса —
6,5...7; спайність відсутня).
У хімічному складі халцедону переважає 8іО2 (90...99%), присут-
ні домішки оксидів заліза, магнію, кальцію та алюмінію; в порах
фіксується до 1,5% води.
Смугастий різновид халцедону називається агатом. Це мінерал
із блакитно-сірим, темно-сірим або білим забарвленням. Особливо
цінуються як ювелірно-виробні камені кольорові халцедони й агати,
декоративні властивості яких пов’язані з наявністю в складі їх струк-
тури залишків мінералотвірного розчину.
До групи кварцу відносять також яшму (мінерал різнокольоро-
вого строкатого, смугастого чи плямистого забарвлення, який вико-
ристовують як декоративний і виробний камінь) та кремінь (халце-
дон, засмічений домішками піску та глини).
Фізичні властивості агату, яшми та кременю подібні до власти-
востей халцедонів.
82
Група алюмосилікатів. Друге місце після кремнезему в земній
корі займає глинозем (А12О3). Вільний глинозем зустрічається у ви-
гляді корунду та інших мінералів. Це один із найтвердіших мінера-
лів (твердість за шкалою Мооса 9). Істинна густина 4 г/см3, колір різ-
ний, зазвичай блакитнуватий, сизо-сірий. Зустрічається у вигляді
короткостовпчастих кристалів або зернистих агрегатів. Глинозем
використовують при виробництві високовогнетривких матеріалів.
Діаспор — це моногідрат глинозему А12О3 Н2О, входить до
складу бокситів, які використовують при виробництві глиноземис-
того цементу.
Найчастіше глинозем зустрічається у природі у вигляді сполук із
кремнеземом — алюмосилікатів, до яких належать польові шпати,
слюди, глинисті мінерали.
Польові шпати — це алюмосилікати калію, натрію, кальцію або
їхні суміші, що становлять до 60% земної кори. Характерна особли-
вість — яскраво виражена спайність за двома напрямами. Розрізня-
ють ортоклаз (пряморозколюваний) — калієвий польовий шпат
К2О • А12О3 • 68іО2 та плагіоклази (косорозколювані) — натрієві та каль-
цієві польові шпати, до яких належать альбіт Ма2О • А12О3 • 68іО2,
анортит СаО • А12О3 • 28іО2 та їх суміші (наприклад, лабрадор міс-
тить 51...70% альбіту, решта — анортит).
Істинна густина польових шпатів становить 2,55...2,70 г/см3, твер-
дість — 6, міцність при стиску — 120... 170 МПа, температура плав-
лення — 1170... 1550 °С. Колір білий, сірий, жовтий, від рожевого до
темно-червоного. Хімічна стійкість польових шпатів значно нижча,
ніж у кварцу. Так, під дією води та вуглекислоти польові шпати
руйнуються (вивітрюються) з утворенням глинистих мінералів:
К2ОА12Оз-68іО2 + иН2О + СО2 = АЬОг28іО7-2ЬЬО + 48іО7-(/7-2)Н2О + К2ССЬ
Ч____'----------------------... ----'V-~~У—
ортоклаз каолініт водний кремнезем поташ
Глинисті мінерали (А12О3 • т8іО2 • Н2О) — найпоширеніші мі-
нерали осадових порід, характеризуються високою дисперсністю.
Це каолініт А12О3 • 28іО2 • 2Н2О (істинна густина — 2,6 г/см3, твер-
дість — 1...2 за шкалою Мооса, колір — білий або буруватий), іліт
та монтморилоніт — складні водні алюмосилікати (істинна густина —
2,0...2,6 г/см3, твердість — 1...2 за шкалою Мооса, колір — зеленува-
тий або світло-коричневий).
Слюди — це група водних алюмосилікатів шаруватої структури
з вельми досконалою спайністю в одній площині, тобто здатністю
83
легко розщеплюватись на тонкі пружні пластинки. Мають скляний
блиск, твердість за шкалою Мооса — 2,5...3. При вивітрюванні слю-
ди здатні до розшаровування, знижуючи міцність гірських порід і
прискорюючи їх руйнування.
Найпоширенішими є такі види слюд: мусковіт, біотит, вермикуліт.
Мусковіт — це прозора калієва слюда, досить стійка, тугоплав-
ка, з істинною густиною 2,7...3,1 г/см3.
Біотит — це чорна залізисто-магнезіальна слюда, з істинною
густиною 2,8...3,2 г/см3. Вивітрюється легше, ніж мусковіт.
Вермикуліт — це бронзово-жовта залізисто-магнезіальна слюда,
з істинною густиною 2,4...2,7 г/см3. Містить молекулярну міжшарову
воду, яка при температурі 9ОО...11ОО°С випаровується, лусочки роз-
щеплюються і збільшуються в об’ємі до 15...25 разів; при цьому утво-
рюється спучений вермикуліт із середньою густиною 100...200 кг/м3 —
ефективний тепло- та звукоізоляційний матеріал.
Група залізисто-магнезіальних силікатів. Мінерали цієї групи
мають темний колір, тому їх ще називають темнозабарвленими. Най-
поширенішими мінералами цієї групи є авгіт, олівін, рогова обманка.
Вони відрізняються високою істинною густиною — 3,2...3,6 г/см3, твер-
дістю — 5,0...7,0 за шкалою Мооса, значною ударною в’язкістю, завдя-
ки якій породи, що їх містять, мають меншу крихкість.
Авгіт — це складний залізисто-магнезіальний силікат темно-
зеленого, чорно-бурого або чорного кольору зі скляним блиском,
має досконалу спайність.
Олівін — це мінерал оливково-зеленого, жовтувато-зеленого,
чорного кольору, має скляний блиск і недосконалу спайність.
Рогова обманка — це складний залізисто-магнезіальний алю-
мосилікат темно-бурого, зеленого, чорного кольору зі скляним блис-
ком і досконалою спайністю.
Група карбонатів. Мінерали цієї групи — це солі карбонової
кислоти. Вони відрізняються невисокою стійкістю. До них належать
кальцит, магнезит, доломіт.
Кальцит, або вапняковий шпат, СаСО3 — один із найпошире-
ніших мінералів земної кори. Зустрічається у вигляді кристалів різ-
ної форми; безбарвний або молочно- білого кольору з різними від-
тінками. Має скляний блиск; істинна густина становить 2,7 г/см3;
твердість — 3; спайність — досконала. Легко розкладається кисло-
тами. Так, під дією розчину соляної кислоти «кипить» із бурхливим
виділенням вуглекислого газу:
СаСОз + 2НС1 = СаС12 + Н2О + СО2Т.
84
Цим прийомом користуються для розпізнавання карбонатних
гірських порід.
У воді кальцит розчиняється слабо — 0,03 г/л, але при наяв-
ності у воді (наприклад, ґрунтовій) вуглекислоти переходить у бі-
карбонат кальцію, розчинність якого приблизно у 100 разів вища,
ніж кальциту:
СаСОз + Н2О + СО2 = Са(НСО3)2.
Тому породи, що містять кальцит, швидко руйнуються при кон-
такті з водою, насиченою карбоновою кислотою.
Магнезит М§СО3 — це кристалічний мінерал, за структурою і
формою кристалів схожий на кальцит, але більш важкий та твердий
і менш хімічно активний. Має істинну густину 2,9...3,1 г/см3. Твер-
дість становить 4...4,5; колір — білий із жовтуватим чи сіруватим
відтінком; блиск — скляний; спайність — досконала. Взаємодіє із
соляною кислотою лише у подрібненому вигляді при кип’ятінні.
Доломіт СаСОз-МцСОз за властивостями займає проміжне поло-
ження між кальцитом і магнезитом. Колір — сірувато-білий із різ-
ними відтінками, блиск — скляний, істинна густина — 2,8...2,9 г/см3,
твердість — 3,5...4, спайність — досконала.
Група сульфатів. Мінерали цієї групи — це солі сульфатної ки-
слоти. Найпоширенішими з них є гіпс, ангідрит, барит.
Гіпс Са8О4-2Н2О — це кристалічний мінерал пластинчастої,
волокнистої або зернистої будови з істинною густиною 2,3 г/см3,
твердість — 2, в чистому вигляді прозорий, але частіше завдяки
домішкам має світло-сірий, жовтуватий, рожевий та інші кольо-
ри. Спайність його досконала, блиск — скляний, розчинність у
воді — 2,05 г/л, що приблизно у 70 разів більше, ніж розчинність
у воді кальциту.
Ангідрит Са8О4 — це безводний різновид гіпсу. Він важчий і
твердіший за гіпс; істинна густина становить 2,8...3,0 г/см3, твер-
дість — 3,0...3,5; колір — світло-сірий, сіро-блакитний, спайність —
досконала; блиск — скляний. При тривалій дії води переходить у
гіпс, збільшуючись в об’ємі до 30%.
Барит Ва8О4 (важкий шпат) — це кристалічний мінерал біло-
го чи сірого кольору зі скляним блиском. Важкий, істинна густи-
на становить 4,3...4,7 г/см3, але твердість невисока — 3...3,5,
спайність — досконала. Відрізняється здатністю поглинати рент-
генівські промені.
85
2.3. Будова та властивості гірських порід
різного походження
Гірські породи складаються зі щільних або сипких скупчень різ-
номанітних мінералів та уламків інших порід. Властивості гірських
порід залежать від умов їх утворення і пов’язаних з ними структур-
них і текстурних особливостей. Характеристику найголовніших гір-
ських порід наведено у додатку 3.
2.3.1. Вивержені породи
Вивержені, або первинні, гірські породи поділяють на масивні та
уламкові. Масивні утворюються внаслідок охолодження і затвердін-
ня вогняно-рідкої лави (магми) в надрах або біля поверхні землі,
уламкові — здебільшого внаслідок вулканічної діяльності, тому їх
називають також вулканічними.
Залежно від глибини остигання магми, вивержені масивні гірські
породи поділяють на глибинні, або інтрузивні, та вилиті, або ефузивні.
Вивержені масивні глибинні породи. Ці породи утворилися
внаслідок повільного та рівномірного охолодження магми під вели-
ким тиском. Магма охолоджувалася і залишалася на великій глибині
у земній корі, що сприяло утворенню у породах мінералів зернисто-
кристалічної будови без цементуючої речовини (гранітна будова).
Основні властивості цих порід: масивність залягання, високі се-
редня густина та міцність при стиску, незначне водопоглинання, іс-
тотна морозостійкість, велика теплопровідність.
До вивержених глибинних порід належать граніт, сієніт, діорит,
габро, лабрадорит.
Граніти — це найпоширеніші
зернистокристалічні породи. Мінера-
логічний склад, %: кварц — 20...40;
польові шпати — 40...70; можливий
вміст слюд — 5... 10 та темнозабарв-
лених мінералів у невеликій кількості.
Залежно від розмірів зерен роз-
різняють крупно- та дрібнозернисті
граніти (останні найстійкіші). Мік-
роструктуру граніту зображено на
рис. 2.3.
Колір породи залежить від ко-
льору польового шпату, змінюється
Рис. 2.3. Структура граніту:
К — кварц; О — ортоклаз; С — слюда
86
від світло-сірого до чорного, від рожевого до темно-червоного. Зу-
стрічаються граніти порфіроподібної будови, коли в основній дріб-
нозернистій масі чітко виділяються включення крупних зерен шпату
у вигляді вкраплень.
Середня густина становить 2600...2800 кг/м3. Через малу порис-
тість (до 1,5%) граніти мають низьке водопоглинання й високу (по-
над 200 циклів) морозостійкість. Механічна міцність висока: міц-
ність при стиску 100...250 МПа, а при розтягу у 30...60 разів менша,
як і для інших кам’яних матеріалів подібного складу та структури. Доб-
ре чинить опір стиранню. Теплопровідність становить 2,7...3,2 Вт/(м К).
Внаслідок поліморфного перетворення кварцу вогнестійкість грані-
тів обмежена температурою 600°С; при вищій температурі вони роз-
тріскуються.
Граніти добре обробляються — обтісуються, шліфуються й по-
ліруються, їх широко використовують у будівництві для зовнішньо-
го облицювання будівель і споруд, виготовлення плит для підлог, у
дорожньому й гідротехнічному будівництві, а також у вигляді буто-
вого каменю й щебеню для бетону.
В Україні широко відомі такі родовища гранітів: Омелянівське
(Житомирська обл.) — червонувото-коричневі граніти; Токівське
(Дніпропетровська обл.) — червонувато-фіолетові; Коростишівське
(Житомирська обл.) — сірі; Гніванське (Вінницька обл.) — темно-
сірі та чорні; Корнинське (Житомирська обл.) — сірі з вкраплення-
ми рожевого польового шпату. Значні родовища гранітів у Росії, Ка-
захстані, Німеччині, Італії, Швеції, Швейцарії, Австрії, Польщі, Че-
хії, Франції.
Сієніти відрізняються від гранітів відсутністю або незначним
вмістом кварцу. Темнозабарвлених мінералів (рогової обманки, рід-
ше — біотиту) може бути до 15%. Колір сієнітів, як правило, сірий,
сіро-блакитний, зеленуватий. За фізико-механічними властивостями
сієніти близькі до гранітів (середня густина 2600...2800 кг/м3, міц-
ність при стиску до 220 МПа), хоча стійкість щодо вивітрювання
буває трохи нижчою. За крупністю зерен вони можуть бути крупно-,
середньо-, та дрібнозернистими. Зустрічаються рідше, ніж граніти.
Сієніти, які містять кварц, називають граносієнітами, або кварцови-
ми сієнітами. Відомі родовища в південно-західній частині України,
а також у Росії, Середній Азії, Швеції, Німеччині, Італії.
Діорити на % складаються з польових шпатів (плагіоклазів), реш-
ту становлять темнозабарвлені мінерали — рогова обманка, авгіт,
іноді міститься трохи кварцу (гранодіорит). Середня густина стано-
вить 2800...3000 кг/м3, міцність при стиску 150...300 МПа. Мають
87
високу ударну в’язкість і морозостійкість. Характерне темно-сіре
забарвлення із зеленим відтінком. Добре поліруються. Застосовують
їх як матеріали для облицювання, дорожнього будівництва. Найві-
доміші родовища діоритів у Криму, Росії, Середній Азії, Німеччині,
Чехії, Словаччині, Італії.
Габро містять приблизно однакову кількість польових шпатів
(плагіоклазів) та темнозабарвлених мінералів (авгіту, олівіну, рого-
вої обманки). їх структура рівномірно крупнокристалічна; забарв-
лення темно-сіре, темно-зелене, чорне. Якщо польовий шпат пред-
ставлений лабрадором, то порода називається лабрадоритом (ха-
рактерна особливість — іризація, тобто переливи блакитного,
синього, іноді золотавого кольорів). Середня густина становить
2900...3200 кг/м3; міцність при стиску — 200...400 МПа. Застосову-
ють, насамперед, як облицювальний матеріал, особливо лабрадори-
ти. Значні родовища лабрадоритів є в Україні (Житомирська обл.), а
також у Росії, Середній Азії, Швеції, Італії, Німеччині, Польщі.
Вивержені масивні вилиті породи. На відміну від глибинних
порід вилиті утворилися внаслідок охолодження магми у вигляді ла-
ви на поверхні землі або близько до неї. Охолодження відбувалося
більш швидко і менш рівномірно при відносно швидкому спаданні
тиску або навіть при атмосферному тиску. Такі умови не сприяли
утворенню крупних кристалів і замість них утворювалися нові гене-
тичні структури: приховано-кристалічна, дрібнокристалічна або на-
віть аморфна (склоподібна). Внаслідок активного газовиділення в
період формування можлива значна пористість вилитих порід.
Усі вилиті породи є аналогами описаних глибинних порід, тобто
мають із ними спільний хімічний склад, але відрізняються за струк-
турою. Існують давні й нові вилиті породи. До підгрупи давніх ви-
литих порід належать порфіри. Вони мають характерну порфіропо-
дібну будову, тобто їм притаманна наявність крупних кристалів —
порфіроїдів (украплень), які містяться в основній дрібнозернистій
або склоподібній масі. Залежно від складу вкраплень, розрізняють
кварцові порфіри (аналоги гранітів), ортоклазові порфіри (аналоги
сієнітів), порфірити (аналоги діоритів). В останньому випадку вкра-
плення складаються з плагіоклазів. Через неоднорідність будови пор-
фіри менш стійкі до вивітрювання, ніж відповідні глибинні породи,
менше здатні чинити опір стиранню, міцність їх менша. Середня
густина порфірів становить 2400...2500 кг/м3, міцність при стиску —
120...130 МПа; колір різний, залежно від кольору основної маси і
вкраплень (сірий, зеленуватий, коричневий тощо).
88
До підгрупи нових вилитих порід належать ліпарити (аналоги
гранітів) та трахіти (аналоги сієнітів). Це, як правило, дрібнопористі,
ніздрюваті породи з шорсткою поверхнею злому. Структура буває
мікропорфірова з вмістом склоподібної фази. Забарвлення світле —
біле, сіре, жовтувате; середня густина — майже 2200 кг/м3; міцність
при стиску — 50...90 МПа. їх застосовують як стінові матеріали,
щебінь для бетону. Родовища цієї групи порід є в Україні (Крим, За-
карпаття), а також у Росії, Вірменії, Казахстані.
Андезити — також вилиті породи підгрупи нових, аналоги діо-
ритів. Колір сірий, бурий, чорний; структура порфірова, вкраплення
представлені переважно плагіоклазами. Частина з них має ніздрюва-
ту будову. Середня густина становить 2200...2700 кг/м3, міцність
при стиску — 60...240 МПа. Використовують для отримання кисло-
тостійких виробів. Серед відомих родовищ слід виділити родовища
в Україні (Закарпаття), Росії та Німеччині.
Вилитими аналогами габрових порід є діабази (підгрупа давніх)
та базальти (підгрупа нових). Це зазвичай дуже щільні породи.
Перші мають дрібнокристалічну, другі — навіть склоподібну будову;
колір темно-сірий, темно-зелений, чорний. Середня густина діабазів
становить 3100 кг/м3, а базальтів — 3300 кг/м3, міцність при стиску,
відповідно, 200...400 і 100...500 МПа. Мають велику ударну в’яз-
кість і малу стираність, тому їх широко використовують у дорож-
ньому будівництві. У зв’язку з низькою (порівняно з іншими поро-
дами) температурою плавлення їх застосовують для виготовлення
литих кам’яних виробів (плити, труби тощо). Родовища діабазів і
базальтів є в Україні ( Рівненська та Закарпатська обл.), а також у
Росії, Німеччині, Великій Британії, Польщі.
Вивержені уламкові (вулканічні) породи. Ці породи можуть бу-
ти сипкими і зцементованими, тому їх властивості змінюються в
широких межах.
Сипкі порошкоподібні частинки (до 1 мм) називають вулканіч-
ним попелом, крупніші (до 5 см) — вулканічними пісками, а найкруп-
ніші (до 30 см) — пемзою.
Вулканічні попіл та піски переважно складаються з вулканічного
скла й аморфного кремнезему (у пісках менше скла), насипна густи-
на майже 500 кг/м3. Вони є активними мінеральними добавками, що
зв’язують вапно в менш розчинні сполуки. З часів Стародавнього
Риму такі добавки називають пуцолановими. Вулканічний пісок є за-
повнювачем для легких бетонів і розчинів.
Пемза — це спучене кисле вулканічне скло, середня густина
якого становить 300...600 кг/м3. Використовують як активну мінераль-
89
ну добавку, заповнювач для легких розчинів та бетонів. Найвідоміші
родовища пемзи в Росії, Вірменії, Середній Азії.
Вулканічні лави є продуктами виверження вулканів, що застиг-
ли на поверхні Землі у вигляді крупних масивів, які відрізняються
пористою будовою.
Вулканічні туфи — це пористі породи, утворені внаслідок ущіль-
нення і природного зцементування вулканічних попелу та пісків,
мають пористу будову. Найщільніші різновиди називають трасами.
Породи, які є проміжними між туфами і лавами, називають туфо-
вими лавами. Всі ці породи міцні, морозостійкі, добре чинять опір
вивітрюванню, мають низьку теплопровідність. Найтиповіший пред-
ставник цієї групи — артикський туф. точніше — туфолава (родо-
вище поблизу м. Артик, Вірменія), має такі показники: істинна гус-
тина становить 2,6 г/см3; середня густина — 700... 1400 кг/м3, тобто
пористість у середньому 50...70%; міцність при стиску — 5... 15 МПа
(буває до 30 МПа); теплопровідність — 0,4...0,5 Вт/(м-К); колір —
рожево-фіолетовий.
Туфи Закарпаття більш щільні і міцні: середня густина — до
2000 кг/м3, міцність при стиску до 120 МПа; колір — білий з кремо-
вим відтінком, світло-зелений, зелений.
Туфи легко піддаються розпилюванню. їх застосовують у вигля-
ді пиляного каміння та великих блоків для укладання стін житлових
будинків, для влаштування перегородок і вогнестійких перекриттів.
Різноманітність забарвлення (сірі, жовті, рожевуваті, коричневі, чор-
ні), легкість обробки поверхні (надання декоративного рельєфу або
шліфування) та висока міцність зумовлюють цінність цих порід як
декоративного матеріалу для зовнішнього й внутрішнього облицю-
вання будівель. Щебінь і пісок із туфів (відходи при обробці виробів
або одержані спеціально) використовують як заповнювачі для лег-
ких бетонів, а пилувата фракція є активною мінеральною (пуцола-
новою) добавкою до в’яжучих речовин.
Вулканічні стекла утворюються, коли швидко охолоджуються
кислі вулканічні алюмосилікатні породи, що містять у своєму складі
деяку кількість лугів (№ьО, К2О) та хімічно зв’язану воду. До них
належать обсидіан — темна, часто чорна порода зі скляним блиском
та перліт — вулканічне скло сірувато-блакитного кольору з перлі-
товою структурою у вигляді концентричних шкаралуп кулястої фор-
ми. Шляхом термічної обробки цих порід одержують легкий порис-
тий матеріал — спучений перліт. Це високоефективний заповнювач
для легких бетонів і розчинів, а також основа для виготовлення теп-
ло- і звукоізоляційних матеріалів.
90
Значні запаси перлітів є в Закарпатті. їх властивості: середня гус-
тина до 2000 кг/м3; міцність при стиску — ЗО... 100 МПа; пористість —
4... 19%. Найбільш відомі родовища в світі у США, Греції, Японії,
Туреччині, Угорщині та Росії.
2.3.2. Осадові породи
Осадові, або вторинні, породи поділяють залежно від умов утво-
рення на три групи: механічні відклади', хімічні осади', органогенні
відклади рослинного (фітогенного) чи тваринного (зоогенного) по-
ходження. Внаслідок різноманітного походження структура і влас-
тивості осадових порід також досить різноманітні.
Характерні особливості осадових порід: шаруватість залягання
(тому їх називають пластовими), у більшості випадків більш порис-
та будова і менша міцність, ніж у щільних вивержених порід.
Механічні відклади (уламкові породи). Механічні відклади
утворилися внаслідок руйнування гірських порід різного походжен-
ня. На відміну від вивержених порід, вони менш однорідні.
Механічні відклади ділять на сипкі та зцементовані. Сипкі меха-
нічні відклади мають різноманітні мінералогічні склади, але їх роз-
різняють, насамперед, за крупністю зерен. Найкрупнішими є валуни
(понад 300 мм) та булижники (150...300 мм). Гравій — це, як пра-
вило, обкочені зерна розмірами від 5 до 150 мм. Гострокутний гра-
вій називають жорствою, або природним щебенем, на відміну від
звичайного щебеню, який одержують подрібненням гірських порід
на каменедробильних машинах. У природі часто зустрічаються ро-
довища гравію зі значними домішками піщаних зерен. Такий мате-
ріал називають гравійно-піщаною сумішшю. Піски є сипкою суміш-
шю кварцових, рідше польовошпатних та інших зерен розмірами від
0,16 до 5,0 мм. Дрібніші зерна (до 0,01 мм) називають пилуватими
частинками', це нанесені вітром відклади — лес, а також найтонкіші
відклади, нанесені водою, — мул. Найбільш дисперсними є глини,
розмір зерен яких не перевищує 0,005 мм. За хімічним складом це
водні алюмосилікати з різними домішками. Найпоширеніші мінера-
ли глин — каолініт, монтморилоніт, галуазит, іліт. Часто зустрі-
чаються суміші глин із пісками: супіски, суглинки тощо.
Усі сипкі механічні відклади досить поширені на поверхні зем-
ної кори та використовуються у будівництві як заповнювачі для бе-
тону, сировина для виробництва керамічних та інших будівельних
матеріалів.
91
Зцементовані механічні відклади утворилися внаслідок зв’язу-
вання сипких відкладів певною природною речовиною. Якщо зце-
ментовані зерна піску, то породу називають пісковиком, якщо зце-
ментовані обкачані зерна гравію — конгломератом, а якщо гостро-
кутні зерна природного щебеню — брекчією.
Пісковики складаються із зерен піску (як правило, кварцового),
скріплених природною цементуючою речовиною, залежно від скла-
ду якої порода дістає свою назву, наприклад крем’янисті, вапнякові,
глинисті, залізисті та інші пісковики. Для них характерна шарувата
будова.
Середня густина пісковиків — 1900...2800 кг/м3, а міцність при
стиску змінюється в широких межах (10... 250 МПа), залежно від
виду природної цементуючої речовини, характеру зчеплення її із зер-
нами піску та щільності породи. Більш міцними є крем’янисті піско-
вики; невелика міцність у глинистих пісковиків, які швидко руйну-
ються при насиченні водою або навперемінному заморожуванні та
відтаванні, вапнякові пісковики взагалі неводостійкі. Колір піскови-
ків залежить від цементуючої речовини: крем’янисті і вапнякові
мають білі та світлі тони; залізисті — жовті і червонуваті; структура
дрібно- і тонкозерниста. їх можна використовувати для укладання
фундаментів, стін неопалюваних будинків, для виготовлення троту-
арних та облицювальних плит, буту, щебеню. Пісковики, що містять
не менше 97% кремнезему, використовують для виготовлення кис-
лототривких матеріалів, для одержання вогнетривів, абразивних ви-
робів тощо. В Україні пісковики зустрічаються в Тернопільській та
Житомирській областях. Значні родовища пісковиків також у Росії,
Молдові, Німеччині, Швейцарії, Польщі.
Конгломерати — це зцементовані природними в’яжучими ре-
човинами обкочені уламки гірських порід і мінералів (рис. 2.4). Во-
ни мають строкате забарвлення — від світлого до бурого кольору;
середня густина — 1500...2900 кг/м3; міцність при стиску змінюєть-
ся в межах від 5 до 160 МПа. Використовують конгломерати для ви-
готовлення буту і щебеню, а більш щільні та міцні різновиди із за-
фарбованою у різні кольори галькою, — як облицювальний мате-
ріал. В Україні родовища конгломератів є в Закарпатті й Криму,
зустрічаються також у Середній Азії.
Брекчії — це уламкові породи, що складаються з кутастих улам-
ків дресви або щебеню, зцементованих природними речовинами
(рис. 2.5).
Кутаста форма уламків забезпечує їх добре зчеплення з природ-
ними цементами, тому при деяких видах цих цементів брекчії мають
92
досить велику міцність, що дозволяє використовувати їх для обли-
цювання. Інші види використовують для виготовлення буту, щебе-
ню, вкладання фундаментів.
Колір брекчій найчастіше бурий. В Україні ця порода зустріча-
ється в Закарпатській області.
Хімічні осади (хемогенні породи). Хемогенні породи утворили-
ся внаслідок випадання в осад речовин, що перейшли у водний роз-
чин під час руйнування гірських порід. До них належать вапняки,
вапнякові туфи, магнезити, доломіти, гіпси, ангідрити, барити.
Рис. 2.4. Конгломерат Рис. 2.5. Брекчія
Вапняки складаються, в основному, з СаСО3 і мають пористість
до 20%, забарвлення біле, сіре аж до чорного, жовтувате, буре; серед-
ня густина — 1800...2600 кг/м3, міцність при стиску — 10...150 МПа.
Застосування: бутовий камінь, щебінь для бетону, облицювальні
матеріали (особливо вапняки із оолітовою структурою), сировина
для виготовлення вапна та цементу. Кількість глинистої домішки
у вапняках може змінюватися в широких межах. Родовища вапняків
зустрічаються в Україні (Донецька, Львівська, Одеська обл.), а та-
кож у Росії, Молдові, Німеччині.
Мергелі — це тонкозернисті вапнякові породи, що містять
25...50% глинистої речовини, однорідні за структурою, сірі, жовті,
коричневі, червоні, зелені, нестійкі до хімічного вивітрювання. Се-
редня густина — 1900...2500 кг/м3, міцність при стиску — 10...60 МПа.
Використовують мергелі як якісну сировину для виготовлення
портландцементу. Поклади мергелів зустрічаються у Криму.
Вапнякові туфи мають пористу, ніздрювату будову. Вони утво-
рилися внаслідок випадання карбонату кальцію з підземних мінера-
льних джерел (холодних або гарячих). Зазвичай вони сірі та сірува-
то-жовті, оксиди заліза забарвлюють їх до буро-червоних, а домішки
93
органічних речовин надають їм темного кольору. Середня густина
становить 1400...1800 г/м3, міцність при стиску — 5...80 МПа. Міцні
туфи з рівномірною пористістю називають травертинами. Туфи
легко піддаються розпилюванню, їх використовують як стіновий та
облицювальний матеріал. Родовища травертину є в Україні (Терно-
пільська та Хмельницька обл.), Росії.
Доломіти і магнезити за властивостями близькі до щільних вап-
няків. Для них характерна зернисто-кристалічна структура, вони
стійкіші проти вивітрювання.
Доломіт — щільна, приховано-кристалічна карбонатна порода,
що складається переважно з мінералу доломіту СаСО3М§СО3, жов-
тувато-білого кольору, іноді з буруватим відтінком. Середня густина
становить 2500...2900 кг/м3, міцність при стиску — 100... 150 МПа.
Використовують доломіт при виробництві в’яжучих речовин, вогне-
тривів, теплоізоляційних матеріалів, скла, а також як заповнювач
для бетонів. Зустрічається він в Україні, Італії, Німеччині, Польщі.
Магнезит — це карбонатна порода, що складається переважно з
мінералу магнезиту М^СО3; міцність і середня густина вищі, ніж у
щільних вапняків. Використовують магнезит для виготовлення мі-
неральної в’яжучої речовини — каустичного магнезиту, а також вог-
нетривких виробів.
Гіпс (гіпсовий камінь) — це м’яка кристалічна порода, складена
з кристалів Са8О4*2Н?О. Колір буває білий, сірий, жовтуватий. Се-
редня густина — 2000...2300 кг/м3, міцність при стиску — до 30 МПа.
Різновиди природного гіпсу: селеніт, який має волокнисту структуру,
алебастр — щільна дрібнозерниста порода сніжно-білого кольору.
Через високу розчинність мінералу гіпсові породи нестійкі. Ви-
користовують їх здебільшого для виготовлення в’яжучих речовин, у
тому числі спеціальних (модельного, медичного гіпсу), як добавку
при виробництві портландцементу, для внутрішнього облицювання,
виготовлення різних декоративних виробів, для скульптурних робіт
(особливо алебастр).
Великі родовища гіпсових порід є в Україні (Донбас та західні
області), а також Росії, Середній Азії, Німеччині, Польщі.
Ангідрит Са8О4 складається з мінералу з такою самою назвою,
дещо твердіший за гіпс. Колір — блакитнувато-білий, різні відтінки
сірого, середня густина становить 2500...2900 кг/м3; міцність при стис-
ку — 50...80 МПа. Використовують для виготовлення гіпсових в’яжу-
чих речовин підвищеної міцності, декоративних виробів, для внутріш-
нього облицювання. В Україні відоме Журавнівське родовище ангід-
риту у Львівській області, а також є поклади у Польщі та Росії.
94
Барит — мономінеральна сульфатна порода, що складається з
мінералу бариту Ва8О4, білого чи сірого кольору, дуже важка (серед-
ня густина 4300...4500 кг/м3). Використовують як заповнювач у бе-
тонах і розчинах для захисту від радіоактивних впливів, а також для
приготування фарб.
Органогенні відклади. Фітогенні породи утворилися внаслідок
відкладання панцерів морських водоростей.
Діатоміт містить переважно найдрібніші ажурні панцері діато-
мових водоростей, складених з аморфного опалоподібного кремне-
зему 8іО2-дН2О. Колір білий, сірий, жовтуватий, блідо-рожевий.
Трепел за зовнішнім виглядом, складом та властивостями дуже
подібний до діатоміту. Він складається з опалу у вигляді дрібних
кульок та окремих панцерів діатомових водоростей. Вважають, що
трепели виникли внаслідок перетворення діатомітів. Вміст аморфно-
го кремнезему в цих породах становить 75...96%, середня густина —
350...800 кг/м3, теплопровідність — 0,17...0,23 Вт/(м • К). Міц-
ність невисока, діатоміти зустрічаються навіть у сипкому стані.
Родовища в Україні розробляються у Вінницькій та Миколаївсь-
кій областях. Діатоміти та трепели використовують як активні міне-
ральні добавки до в’яжучих речовин, для виготовлення теплоізоля-
ційних матеріалів, легкої цегли.
Опока — порода, утворена внаслідок ущільнення й цементуван-
ня трепелів та діатомітів. Цементуючою речовиною є аморфний
кремнезем, іноді карбонат кальцію (вапняна опока). Середня густи-
на — 600... 1800 кг/м3; міцність при стиску 5... 15 МПа; легко підда-
ється обробці. Застосовують як стіновий матеріал, заповнювач для
легкого бетону та активну мінеральну добавку. Родовища опоки в
Україні відкрито у Вінницькій області.
Зоогенні породи утворилися внаслідок відкладання черепашок
найпростіших тварин. Крейда — біла м’яка вапнякова порода, за-
тверділий морський осад, що складається з мікроскопічних черепа-
шок радіолярій, форамініфер та інших найпростіших тварин. На
90...98% вона складається з СаСО3, зазвичай містить домішки гли-
нистих частинок. Крейду застосовують для виробництва вапна, це-
менту і скла, приготування фарб, замазок, шпатлівок тощо. Родови-
ща розміщені на території південних областей України.
Вапняк-черепашник — це пориста порода, що складається з
черепашок і панцерів молюсків, слабко зцементованих вапняковою
речовиною, містить домішки глини, кремнезему. Середня густина
800... 1800 кг/м3; міцність при стиску — 0,4... 15,0 МПа і більше. Лег-
ко піддається розпилюванню. Використовують його як місцевий
95
стіновий матеріал для малоповерхового житлового будівництва. Різ-
новид вапняку-черепашнику з міцністю до 15 МПа застосовують
для облицювання стін, виготовлення щебеню для легкого бетону, а
також для мурування стін у вигляді каміння та великих блоків. Ро-
довища вапняку-черепашнику в Україні зустрічаються у Придніп-
ров’ї та Криму.
2.3.3. Метаморфічні породи
Ці породи утворилися внаслідок процесів метаморфізації пер-
винних (вивержених) та вторинних (осадових) порід під дією висо-
ких тисків та температур. Залежно від текстурних особливостей, їх
поділють на масивні (мармур, кварцит) та шаруваті (гнейс, сланці).
Мармури утворилися внаслідок перекристалізації вапняків, іно-
ді доломітів під впливом високих температур і тисків. Складаються,
в основному, з кальциту; їх структура буває дрібно-, середньо- та
крупнозернистою; колір різноманітний, із багатьма відтінками за-
лежно від виду домішок, а саме: білий, сірий, жовтуватий, блідо-ро-
жевий, червоний, бурий, зеленуватий, чорний, часто зустрічаються
прожилки та візерунки. Найдовговічнішими є білі дрібнозернисті
мармури.
Середня густина становить 2600...2800 кг/м3 (у доломітових до
2900 кг/м3); водопоглинання — 0,1...0,7%; міцність при стиску —
50...300 МПа. Легко розпилюються на тонкі плити, добре шліфу-
ються й поліруються (особливо дрібнозернисті). Під дією атмосфер-
них факторів, особливо в умовах сульфатної корозії, поверхня полі-
рованого мармуру втрачає свій вигляд і зазнає помітного руйну-
вання. При цьому процес хімічної корозії доповнюється фізичною —
розпушуванням кальциту зі збільшенням об’єму на 10... 15%. У зв’язку
з цим не рекомендується використовувати мармурові плити без за-
хисту для зовнішнього облицювання, недоцільно його застосовувати
для влаштування підлог у спорудах з інтенсивним рухом людей
(швидко зношується). Найчастіше мармур використовують для вну-
трішнього облицювання громадських споруд, виготовлення декора-
тивно-художніх виробів, а мармурові відходи (дрібняк) — для деко-
ративних бетонів і мозаїчних виробів. Відомі родовища мармурів
в Закарпатській, Чернівецькій, Івано-Франківській, Житомирській,
Донецькій, Харківській, Кам’янець-Подільській областях, а також у
Криму.
Кварцити — це перекристалізовані в умовах метаморфізму квар-
цові пісковики, в яких зерна кварцу невіддільні від крем’янистого
96
цементу. Вони містять 95...99% 8ІО2; колір — білий, сірий, від ро-
жевого до темно-вишневого та бурого; середня густина — 2650 кг/м3;
міцність при стиску — 100...500 МПа. Висока кислотостійкість і ат-
мосферостійкість обумовлюють довговічність цих порід.
Через високу твердість важко обробляються, їх застосовують в
особливо відповідальних частинах споруд і конструкцій, для зовніш-
ніх облицювань високого класу, а також як бутовий камінь і щебінь,
сировину для динасових вогнетривких виробів. Відомі родовища в
Житомирській області, в Криворіжжі.
Гнейси є найпоширенішими серед видозмінених вивержених
порід. За мінералогічним складом, середньою густиною та міцністю
вони подібні до гранітів, з яких і утворилися в умовах метаморфіз-
му, мають так звану сланцювату будову.
Порівно з гранітами вони є менш міцними і менш стійкими до
вивітрювання. Застосовують гнейси здебільшого для укладання фун-
даментів, бутової кладки, брукування доріг, а використання у вигля-
ді щебеню для бетону обмежується через лещадну форму зерен. За-
звичай гнейси залягають разом з гранітами. Зустрічаються проміжні
породи — гранітогнейси.
Глинисті сланці — це щільні й тверді глинисті породи сланцю-
ватої будови. Вони утворюються з глин внаслідок процесів мета-
морфізму та набувають високої водостійкості й стійкості проти ви-
вітрювання. Колір зазвичай — темно-сірий, коричневий, чорний.
Істинна густина становить 2,7...2,8 г/см3; пористість — 0,3...3,0%;
міцність при стиску — 50...240 МПа. Застосовують для виготовлен-
ня керамічних матеріалів і виробів. Відомі родовиша в Запорізькій
області, Карпатах.
2.4. Вплив складу та структури гірських порід
на властивості кам’яних матеріалів
Властивості порід обумовлені хіміко-мінералогічним складом,
структурою та умовами їх формування, причому домінантність про-
явлення того чи іншого фактора залежить від ступеня їх полімінераль-
ності.
Для мономінеральних порід фізичні та фізико-механічні харак-
теристики визначаються переважно типом породотвірного мінералу.
Так, наприклад, значення густини, міцності та пружності щільних
карбонатних мономінеральних порід наближаються до аналогічних
показників породотвірного мінералу — кальциту. Завдяки остан-
97
ньому вони відрізняються невисокою міцністю і здатністю до роз-
чинення у воді.
Ця закономірність є справедливою і для кварцитів, у складі яких
переважає мінерал кварц (95...99%), і тому ці метаморфічні породи
відрізняються високою міцністю та твердістю, стійкістю до вивіт-
рювання.
Фізичні та фізико-механічні властивості полімінеральних порід
визначаються не тільки наявністю тих чи інших породотвірних мі-
нералів, але й кількісним співвідношенням та характером зв’язку
між ними.
Наприклад, для гранітів, зі збільшенням в їх складі кількості
кварцу, який має високу міцність при стиску (близько 2000 МПа),
відмічається зростання міцності, а збільшення кількості польових
шпатів сприяє зниженню міцності породи. Це пов’язано з тим, що
польові шпати є менш міцними, ніж кварц (близько 170 МПа). З ін-
шого боку, польові шпати забарвлюють граніт в різні кольори, під-
вищуючи його декоративні властивості. Різновидом граніту є рапа-
ківі, порода, що містить у своєму складі підвищену кількість
польових шпатів у вигляді крупних включень, які надають їй над-
звичайної декоративної виразності, водночас має низьку стійкість
проти вивітрювання, і без використання спеціальних засобів захисту
вироби з рапаківі швидко руйнуються при експлуатації їх навіть у
звичайних умовах. Саме через це відому Олександрійську колону у
Санкт-Петербурзі, виконану з рапаківі, довелося реставрувати декіль-
ка разів.
Необхідно зауважити також, що немає прямої залежності між
властивостями полімінеральних порід та їх мінералогічним складом.
Деякі мінерали, наприклад, слюда та рогова обманка, при наявності
в невеликій кількості сприяють підвищенню міцності та ударної
в’язкості граніту. Збільшення в складі граніту слюди, що має здат-
ність утворювати площі ковзання, призводить до механічного руй-
нування граніту при виникненні внутрішніх напружень сколювання.
Показовим також є вплив на міцність та довговічність граніту
розміру зерен мінералів: дрібнозернисті породи мають значно біль-
шу міцність (200...250 МПа), ніж крупнозернисті (120...140 МПа).
Більшість осадових порід є полімінеральними, деякі з них (кон-
гломерати, брекчії) складаються з різних за розміром уламків міне-
ралів і первинних порід. У цьому випадку їх властивості визнача-
ються не тільки характеристиками окремих уламків, але й власти-
востями природної в’яжучої речовини, яка за своєю структурою
може бути кристалічною або аморфною. Найбільшу міцність мають
98
породи, в яких з’вязуюча речовина представлена рівномірно розпо-
діленим кремнеземмістким мономінеральним цементом.
До природних цементів можна також віднести глини, гіпси та
інші, але слід зазначити, що утворені ними породи не відрізняються
високими міцнісними характеристиками.
Вищенаведене умовне розчленування окремих елементів струк-
тури полімінеральних гірських порід на в’яжучі та заповнювачі до-
зволяє більшість із них розглядати як природні композиційні мате-
ріали.
Важливим елементом структури гірських порід є пори, які разом
із мінералами та природними в’яжучими речовинами беруть участь
у формуванні їх властивостей, у тому числі деформаційних. Установ-
лено, що при малій пористості (менше 1%) пружні властивості порід
визначаються їх мінералогічним складом.
З підвищенням пористості порід інтенсифікуються процеси їх
вивітрювання, спостерігається швидкий спад міцності, наприклад,
для граніту величина цей показник становить 80...60 МПа. Аналогіч-
ний негативний вплив збільшення пористості відбивається на показ-
никах модуля пружності: при збільшенні пористості у 5 разів зна-
чення його знижується з 6,0 • 104 до 1,6 • 104 МПа, крім того має
місце зростання залишкової деформації. Для базальтових порід при
підвищенні пористості з 1 до 10% має місце зменшення міцності при
стиску з 500 до 100 МПа.
Таким чином, при виборі гірських порід для виготовлення кам’я-
них виробів потрібно враховувати їх хіміко-мінералогічний склад,
ступінь кристалічності, характер структури та текстури, а також
ступінь їх вивітрювання, що має визначальний вплив не тільки на
фізико-механічні, але й на експлуатаційні характеристики.
2.5. Видобування та методи обробки
кам’яних матеріалів
Усі гірські породи, що використовуються у будівництві, класи-
фікують за твердістю: тверді, до складу яких входять мінерали з
твердістю 6...7 (кварцит, граніт, сієніт, діорит, габро); середні, які
мають твердість не більше 5 (мармур, щільний вапняк, доломіт);
м які, що мають твердість 2...З (гіпс, ангідрит, вапняк-черепашник).
Розробляючи тверді породи, спочатку від них відокремлюють
великий моноліт, який далі поділяють на блоки. Це виконують бу-
роклиновим, буропідривним методами або за допомогою ударних
99
врубових машин. Для порід, що містять кварц, можна використати
термогазоструменевий метод. Він ґрунтується на руйнівній дії внут-
рішніх напружень, які виникають при поліморфних перетвореннях
кварцу під впливом високої температури.
Прогресивним для відокремлення монолітів від масиву і розко-
лювання їх на блоки є використання невибухових руйнівних складів
(НРС). Для цього в попередньо пробурені в гірській породі шпури
заливають суміш порошку НРС з водою. Основним компонентом
НРС є негашене вапно СаО, яке при гідратації утворює гашене вап-
но Са(ОН)2 зі збільшенням об’єму НРС приблизно удвічі, що викли-
кає внутрішні напруження розширення не менше 40 МПа. Перева-
гами використання НРС є зниження енерго- та трудомісткості опе-
рацій розколювання каменю, підвищення безпеки робіт (цей метод
називають «тихим вибухом»), поліпшення екології довкілля.
При розробці кар’єрів порід середньої твердості блоки відо-
кремлюють машинами з канатними пилками. Видобуті блоки до-
ставляють із кар’єру на каменеобробний завод, де їх розпилюють
на плити або виготовляють із них фасонні вироби. Для розпилю-
вання блоків застосовують рамні пилки з гладенькими полотнами,
під які підсипають абразивні матеріали: для середніх порід — квар-
цовий пісок, а для твердих — чавунний дріб. Найчастіше як абра-
зивний матеріал застосовують надтверді матеріали — штучні ал-
мази, що дає змогу в 5...10 разів збільшити швидкість і продук-
тивність різання.
Середні та м’які породи видобувають у кар’єрах за допомогою
каменерізальних машин, які мають твердосплавні дискові й ланцю-
гові пилки.
При виготовленні облицювальних виробів природному каменю
надають тієї чи іншої фактури, використовуючи ударну чи абразив-
ну обробку.
Ударна обробка полягає в обколюванні поверхні каменю за до-
помогою каменетесального інструменту зі змінними наконечниками.
Абразивна обробка, крім згаданого розпилювання, передбачає
також фрезерування, шліфування й полірування. Внаслідок абразив-
ної обробки можна дістати такі фактури: пиляну — з тонкими штри-
хами та борозенками завглибшки до 2 мм; шліфовану — рівномірно-
шорстку з глибиною рельєфу до 0,5 мм; лощену — гладеньку окса-
мито-матову з виявленням рисунка гірської породи; поліровану — гла-
деньку з дзеркальним блиском.
Сипкі гірські породи (пісок, гравій) найчастіше розробляють
гідромеханічним способом. Вода, що подається гідромонітором під
100
великим тиском, розмиває грунт. З пульпи (суміш ґрунту з водою)
виділяється пісок або гравій певних розмірів. Гравій та валунний
камінь видобувають спеціальними плавучими механізмами — дра-
гами чи землечерпалками.
2.6. Класифікація та характеристика матеріалів
і виробів із природного каменю
Галузі застосування природного каменю дуже різноманітні. В
цьому розділі розглядається використання каменю у безпосередньо-
му вигляді, тобто підданому тільки механічній обробці. Гірські по-
роди як сировина для одержання інших будівельних матеріалів роз-
глядаються у відповідних розділах.
Природні кам’яні матеріали і вироби класифікують за такими
ознаками:
- за середньою густиною', важкі (р„2> 1800 кг/м3) та легкі
(р™ < 1800 кг/м3);
— за міцністю при стиску (кгс/см2): марки: М4; М7; М10; М15;
М25; М35; М50; М75; М100; М125; М150; М200; М300; М400;
М500; М600; М800, МІ000 (відповідно у МПа від 0,4 до 100), при-
чому легкі кам’яні матеріали мають марки до 200, а важкі — від 100
і вище;
— за морозостійкістю', марки: Р10; Р15; Е25; Г50; Р100; Е200;
ЕЗОО; Е500;
-за коефіцієнтом розм’якшення'. 0,6; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0.
Залежно від ступеня обробки розрізнюють грубооброблені кам’яні
матеріали, колоті, пиляні та профільовані вироби.
До грубооброблених матеріалів відносять: бутовий камінь, ще-
бінь, гравій, пісок.
Бутовий камінь (бут) — це куски каменю неправильної форми
розміром 150...500 мм, масою 20...40 кг. Бутовий камінь може бути
рваним (неправильної форми) та постілистим. Рваний бут розроб-
ляють здебільшого підривним способом. Постілистий бут одержу-
ють із порід пластового залягання. З буту зводять греблі та інші гід-
ротехнічні споруди, підпірні стінки, фундаменти, його також
переробляють на щебінь.
Щебінь — це шмат каменю неправильної форми розмірами від 5
до 150 мм, які одержують, головним чином, подрібненням великих
шматів гірських порід із наступним просіюванням (зустрічається і
природний щебінь — «дресва»).
101
Гравій — це обкочені (округлі) зерна розмірами від 5 до 150 мм,
які одержують просіюванням сипких порід; у разі потреби їх проми-
вають, щоб видалити шкідливі домішки (глину, пил).
Пісок — це мінеральні зерна розміром від 0,16 до 5 мм, які одер-
жують просіюванням дрібних сипких порід (природний пісок) або
подрібненням і просіюванням відходів каменеобробки (штучний пі-
сок). Щебінь, гравій та пісок використовують як заповнювачі для
бетонів і розчинів.
Колоті та пиляні вироби з природного каменю використовують
для мурування і облицювання стін (рис. 2.6), влаштування підлог,
дорожніх покриттів, гідротехнічних споруд тощо.
Рис. 2.6. Колоті та пиляні вироби для мурування і облицювання стін:
облицювальні плити: тесані (а) та пиляні (б);
стінові блоки: колоті (в)ч тесані (г), пиляні (д)
Вироби з природного каменю за призначенням поділяють на сті-
нові, облицювальні, дорожні, спеціальні тощо.
Стінові вироби (камені та блоки). Багато пористих гірських
порід легко розпилюються на камені та блоки правильної геометрич-
ної форми (прямокутні паралелепіпеди). Основні розміри каменів
для зведення стін: 390x190x188 мм; 390x190x288 мм; 490x240x188 мм.
Кожен такий камінь замінює 8... 16 цеглин. Маса каменя не повинна
перевищувати 16 кг, маса дрібного блока — 40 кг.
Камені та блоки застосовують для зведення зовнішніх стін, пере-
городок та інших частин будівель і споруд.
Камені та блоки виготовляють із м’яких гірських порід (порис-
тих вапняків, опок, вулканічних туфів), які повинні мати такі фізи-
ко-механічні показники: середню густину не більше 2100 кг/м3; во-
допоглинання за масою не більше 50% для вапнякових туфів і опок
та не більше 30% для вапняків і вулканічних туфів; морозостійкість
не менше 15 циклів; коефіцієнт розм’якшення не менше 0,6.
Облицювальні вироби. Облицювальні камені та плити, а також
архітектурно-будівельні вироби виготовляють, розпилюючи блоки
102
або вдаючись до безпосереднього випилювання з масиву гірської
породи. Можна виготовляти також колоті вироби.
Для зовнішнього облицювання використовують щільні атмосфе-
ростійкі породи (граніти, сієніти, габро тощо) або щільні вапняки,
для внутрішнього облицювання — породи середньої твердості:
мармури, пористі вапняки (травертин, черепашник), вулканічні туфи
тощо. Пористі породи, крім декоративного ефекту, забезпечують
добру акустику приміщень, тому їх застосовують для оздоблення
театрів, кінотеатрів та інших громадських споруд.
Цокольні плити, а також деталі карнизів та інших частин будівлі,
що виступають, виготовляють з атмосферостійких порід.
Вироби для підлог та сходів виготовляють із твердих щільних
порід (граніт, сієніт, лабрадорит тощо) у вигляді полірованих (або
шліфованих) плит. У приміщеннях з малою інтенсивністю руху і ви-
сокими вимогами щодо декоративності можливе використання мар-
муру. Товщина плит для підлоги має бути не менше 20 мм.
Дорожні вироби виготовляють із щільних, міцних і зносостій-
ких порід (граніту, діориту, габро, базальту), оскільки умови їх екс-
плуатації надзвичайно суворі. До них відносять: брущатку, колотий
та булижний камені; тротуарні плити і бордюрний камінь (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Матеріали та вироби для дорожнього будівництва:
бордюрний камінь: а — прямий; б — лекальний; в — для влаштування з’їзду;
камені для брукування: г — брущатка, д — шашка
Брущатий камінь (брущатка, або бруківка) призначається для
впорядкування покриттів проїжджої частини доріг. Виготовляють
брущатку та шашку для мозаїчного бруку з однорідних дрібно- і се-
редньозернистих порід.
Колотий і булижний камені використовують для влаштування
основ доріг, а також дорожніх покриттів, для укріплення схилів зем-
ляних споруд тощо.
Тротуарні плити виготовляють із шаруватих гірських порід
(прямокутні або квадратні) зі стороною 200...800 мм та рівною ли-
цьовою поверхнею (завтовшки 40... 150 мм).
103
Бортові камені, що відокремлюють проїжджу частину дороги
від тротуару, виготовляють із щільних вивержених порід із високою
морозо- і зносостійкістю, а також міцністю (граніт, сієніт). Залежно
від способу виготовлення вони бувають пиляні й колоті.
Матеріали та вироби для гідротехнічних споруд. Для річкових
і морських гідротехнічних споруд застосовують камені правильної
та неправильної геометричних форм. Камені неправильної форми —
рваний камінь (який одержують підриванням гірських порід), обко-
чений камінь (валуни, булижники), щебінь і гравій — використову-
ють для влаштування гребель, перемичок, дамб, берегоукріплень та
інших споруд. Камені правильної форми (колоті та пиляні) викорис-
товують для облицювання гребель, набережних, шлюзів. До всіх ма-
теріалів висуваються вимоги не лише до міцності, а й до водо- та
морозостійкості. Особливо несприятливими є умови експлуатації
матеріалів у зоні змінного рівня води. Захисне облицювання в цій
зоні виконують із щільних вивержених порід із водопоглинанням не
більше 1%, міцністю при стиску не нижче 80... 100 МПа і морозо-
стійкістю не менше 300 циклів (це граніти, сієніти, діабази тощо).
Хімічно стійкі та жаростійкі матеріали й вироби. Для захис-
ту від дії кислот використовують гірські породи: граніт, сієніт, ба-
зальт, андезит, кварцит, а від дії лугів — карбонатні породи: щільні
вапняки, доломіти, магнезити, мармури. Для жаростійких облицю-
вань застосовують вироби з базальту, діабазу, вулканічних туфів. Із
цих гірських порід виготовляють тесані плити, цеглу, бруски, фа-
сонні вироби потрібної форми та заповнювачі для бетонів.
2.7. Використання відходів видобування
і обробки гірських порід
При видобуванні, обробці та переробці гірських порід у кар’єрах
і на каменеобробних заводах утворюється багато відходів, кількість
яких може сягати до 80% від об’єму порід, що розробляються. З
економічної та екологічної точок зору ці відходи доцільно викорис-
товувати для виготовлення щебеню і піску, штучних блоків та деко-
ративних плит.
Щебінь і пісок — фракціоновані матеріали, які одержують із від-
ходів каменевидобування або каменеобробки шляхом їх подрібнен-
ня, сортування та збагачення. Подрібнення і грохочення відбуваєть-
ся у декілька стадій (зазвичай 3-4), при остаточному грохоченні
подрібнений матеріал розподіляють на окремі фракції: пісок — на
104
дві (до 2,5 мм та від 2,5 до 5,0 мм), а щебінь — на три (5...10, 10...20
та 20...40 мм). Міцність при стиску гірських порід, з відходів яких
виготовляють щебінь і пісок, повинна бути не меншою 80, 40 та 30
МПа, відповідно, для вивержених, метаморфічних і осадових порід.
Готовий щебінь повинен мати марку за морозостійкістю не мен-
ше Р15. Обмежується також наявність у щебені пластинчастих та
голчастих зерен (до 35% за масою), слабких зерен із 7?ст<20 МПа
(до 5%). Крім того, у щебені й піску обмежується кількість пилува-
тих домішок (від 1 до 5% за масою). При виготовленні гранітного
щебеню утворюється велика кількість кремнеземистих відходів у
вигляді пульпи (при промиванні щебеню) або відсівів із розмірами
зерен до 5 мм. Ці відходи можна використовувати при виробництві
силікатної цегли, ніздрюватого бетону, а також декоративних пресо-
ваних виробів. Щебінь і пісок з підвищеними декоративними влас-
тивостями застосовують для виготовлення штучних блоків та плит.
Штучні блоки виготовляють із бетонних сумішей на основі де-
коративних щебеню і піску та портландцементу (білого чи кольоро-
вого). Готові вироби мають форму прямокутного паралелепіпеда з
чіткими гранями й кутами і рівними поверхнями сторін. Вони при-
значені для наступної переробки на плити та інші види облицюваль-
них виробів з декоративного бетону. Блоки характеризуються таки-
ми показниками: границя міцності при стиску становить не менше
ЗО МПа, при згині — не менше 3 МПа; водопоглинання — не біль-
ше 8%, стираність — не більше 2,2 г/см2. Для блоків, виготовлених
на основі заповнювачів із пористих порід (черепашнику, туфу, тра-
вертину), допускається водопоглинання до 13% за масою.
Одним із якісних показників декоративних блоків є коефіцієнт
камененасичення, який визначається як відношення об’єму декора-
тивного заповнювача до загального об’єму бетону. Він повинен ста-
новити не менше 0,7.
Залежно від призначення плит, які випилюють із штучних бло-
ків, останні поділяють на два типи: для влаштування покриттів під-
лог і елементів сходів та для облицювання стін і колон.
Декоративні плити на основі природного каменю — це плоскі
вироби, які виготовляють із декоративних щебеню і піску та неорга-
нічних або полімерних в’яжучих речовин. Вони призначені для зов-
нішнього та внутрішнього облицювання будівель та споруд. Залеж-
но від способу виготовлення їх поділяють на пресовані або фор-
мовані; пиляні з штучних блоків; склеєні із шматків природного
каменю. Рисунок лицьової поверхні плит може бути мозаїчним або
брекчієподібним. Мозаїчну поверхню одержують при використанні
105
декоративних щебеню й піску, брекчієподібну — із шматків (улам-
ків) природного каменю або із суміші шматків каменю та декоратив-
них щебеню й піску.
Для поліпшення декоративних властивостей плит їх лицьову по-
верхню шліфують і полірують. Плити виготовляють різних розмірів
( довжина — 200...1500 мм, ширина — 200...1200 мм, товщина —
10...60 мм) із наступними фізико-механічими характеристиками:
границя міцності при стиску — не менше 20 МПа для пресованих і
формованих, не менше 30 МПа для пиляних плит; границя міцності
при згині — не менше 3 МПа; водопоглинання за масою — не біль-
ше 8%; стираність плит для підлог — не більше 2,2 г/см2; морозо-
стійкість плит для зовнішнього облицювання — не менше 50 циклів;
коефіцієнт камененасичення — не менше 0,45...0,60.
2.8. Проблеми довговічності та захист
кам’яних матеріалів від корозії
Довговічність природних кам’яних матеріалів залежить від ряду
властивостей вихідної гірської породи: пористості, водопоглинання,
морозостійкості, міцності, стираності, хімічної стійкості.
Для облицювальних кам’яних матеріалів довговічність оціню-
ють тривалістю служби каменю в роках до появи перших ознак руй-
нування і до стану загрозливого руйнування. Залежно від цього їх
поділяють на чотири категорії (табл. 2.3).
Таблиця 2.3
Класифікація облицювального каменю за довговічністю
Категорія довговічності Найменування гірських порід Теоретична довговічність у роках
початок руйнування загрозливе руйнування
Дуже довговічні Кварцити, дрібно- і серед- ньозернисті граніти 650 Більше 1500
Довговічні Граніти крупнозернисті, ла- брадорити, сієніти, габро 250...350 650...1000
Середньої довговічності Білі і сірі мармури, щільні вапняки і доломіти, кремни- сті пісковики 75...150 200...400
Зниженої довговічності Кольорові мармури, гіпси, пористі вапняки 20...75 50...200
106
Під час експлуатації в спорудах природні кам’яні матеріали по-
стійно зазнають агресивного впливу навколишнього середовища, що
призводить до поступового руйнування їх. На довговічність каменю
впливають кліматичні, механічні, хімічні та біологічні фактори.
Негативна дія кліматичних факторів обумовлена зволоженням
каменю атмосферними осадами, переміщенням і випаровуванням
вологи, різкими коливаннями температури з переходами через ну-
льову температуру. У камені утворюються мікротріщини, вимива-
ються розчинні сполуки, порода втрачає міцність і поступово руй-
нується. Процес корозії облицювальних кам’яних матеріалів відбу-
вається тим інтенсивніше, чим більший вміст у них нестійких
мінералів, чим більша пористість і чим шорсткіша поверхня.
Механічні фактори обумовлені напруженнями, що виникають
при дії ударних, стиральних (на покриттях підлог, сходів, доріг),
стискувальних і згинальних навантажень (у тому числі при усадці
споруд).
До хімічних факторів, що негативно впливають на довговічність
кам’яних виробів, належать відкладання солей, які проникають з
ґрунтовою водою при недостатній гідроізоляції, наявність значної
кількості газових викидів у повітрі промислових міст, особливо сір-
чаного газу, який при зволоженні породи утворює сірчану кислоту
чи сірчанокислі солі. Тривала дія хімічних факторів може бути при-
чиною утворення висолів на поверхні каменю і навіть руйнування
його.
Знижують довговічність кам’яних виробів та біологічні фактори.
Вони є результатом життєдіяльності тваринних і рослинних мікро-
та макроорганізмів: бактерій, екскрементів птахів і тварин, дріжд-
жів, плісеневих грибів, мохів, лишайників тощо. Так, лишайники й
мох, що ростуть на камені, витягають для свого живлення солі й ви-
діляють органічні кислоти, які й спричинюють корозію.
Довговічність кам’яних матеріалів також різко скорочується че-
рез різні конструктивні помилки при проектуванні і виконанні об-
лицювальних робіт. До таких помилок належать: відсутність чи не-
достатню герметичність гідроізоляції в місцях стикування природ-
ного каменю з ґрунтом; використання залізних кріпильних елемен-
тів; неврахування деформацій усадки при експлуатації споруд;
неправильне призначення складів розчинових сумішей для запов-
нення простору між стіною і облицюванням.
Довговічність гірських порід різна. Вивержені гірські породи ха-
рактеризуються здебільшого високою водо- та морозостійкістю,
значною кислотостійкістю й достатньою лугостійкістю. Існує зако-
107
номірність, що дрібнозернисті породи менше піддаються корозії по-
рівняно з крупнозернистими.
Осадові породи не мають високої корозійної стійкості. Виня-
ток становлять механічні відклади (уламкові породи) — пісок і
гравій, які зберігають властивості первинних порід. Із карбонат-
них порід менш кислотостійкими є звичайні вапняки, повільніше
руйнуються доломіти й магнезити, а також щільні кремнисто-
вапнякові породи.
Гіпсовий камінь Са8О4-2Н2О та ангідрит Са8О4 розчинні у воді,
дуже легко піддаються корозійному руйнуванню під дією кислот,
але дії лугів вони чинять опір дещо краще.
Корозійна стійкість пісковиків залежить від виду природної ре-
човини, яка зв’язує окремі зерна кварцу. Стійкість глинистих та мер-
гелистих пісковиків невисока.
Метаморфічні породи, як правило, досить стійкі проти корозії.
Гнейси мають достатню стійкість при відсутності тріщинуватості
структури. Сланці — досить стійкі породи. Особливо кислото- та
лугостійкими є кварцити. З метаморфічних порід найменш стійкими
є мармури. Вони атмосферонестійкі, у зовнішніх облицюваннях під-
даються руйнуванню, яке швидко розвивається, особливо на неполі-
рованих поверхнях. Під дією сірчистих газів і води утворюється сір-
чиста, а далі сірчана кислоти, які перетворюють кальцит на розчин-
ний гіпсовий камінь
Таким чином, захисту від руйнування (корозії) потребують, у
першу чергу, кам’яні матеріали з порід: за походженням — осадо-
вих, за будовою — пористих, за мінералогічним складом — карбо-
натних.
Заходи захисту природних кам’яних матеріалів від корозії
поділяють на конструктивні та фізико-хімічні. В основному вони
спрямовані на захист від впливу води і підвищення поверхневої
щільності природного каменю.
До конструктивних заходів належать: організація стоку води,
уникання в конструктивних елементах виступів, шліфування та по-
лірування поверхні виробів.
Фізико-хімічні заходи полягають у створенні на лицьовій поверх-
ні каменю щільного водонепроникного шару.
Для ущільнення поверхневого шару виконують консервування
каменю — послідовне просочування його двома розчинами, внаслі-
док реакції між якими утворюються нерозчинні речовини, що коль-
матують пори і мікротріщини. До таких способів належать силікату-
вання, флюатування, а також модифікування полімерами.
108
Силікатування полягає в просочуванні верхнього шару каменю
розчином рідкого скла, а після висихання — розчином хлориду
кальцію. При цьому відбувається реакція:
Иа2О • т8іО2 • иН2О + СаС12 —> СаО • т8іО2 • иН2О + 2КаС1.
Утворений гідросилікат кальцію є практично нерозчинною спо-
лукою, а хлорид кальцію змивається водою.
Флюатування (кремнефторизацію) застосовують для обробки
вапняків та інших порід, що містять кальцит. Каміння просочують
розчинами кремнефтористих солей. Так, коли вапняк обробляють
кремнефторидом магнію, відбувається реакція:
М§8іР6 + 2СаСО3 -> 8іО2 +2СаР2 + М§Р2 + 2СО2?,
в результаті якої утворюються практично нерозчинні у воді кремне-
зем і фториди кальцію та магнію. Заповнюючи пори матеріалу, вони
зменшують його пористість і водопоглинання, а також дещо пере-
шкоджають забрудненню поверхні пилом. При цьому також під-
вищується міцність і морозостійкість каменю.
Крім кремнефториду магнію, використовують також кремнефто-
рид алюмінію, який надає поверхні каменю матово-білого кольору.
Для обробки порід із низьким вмістом СаСОз і некарбонатних
пористих порід використовують метод аванфлюатування, тобто по-
переднє просочування поверхні каменю розчином хлориду кальцію,
а після висихання — розчином соди. При цьому відбувається реак-
ція утворення СаСОз:
СаС12 + Иа2СОз -» СаСОз + 2ИаС1.
Наступне флюатування ущільнює поверхню каменю.
Можна також модифікувати пористі кам’яні матеріали просочу-
ванням їх полімерами. Особливо надійною є обробка матеріалів мо-
номерами з наступною полімеризацією їх при термокаталітичній чи
радіаційній обробці. У модифікованих таким методом гірських по-
родах значно поліпшуються фізико-механічні властивості й особли-
во довговічність. Цей метод найефективніший для обробки порис-
тих гірських порід. Наприклад, внаслідок модифікації вулканічного
туфу отримують практично новий вид будівельного матеріалу —
туфополімер, властивості якого значно відрізняються від властивос-
тей необробленого туфу.
Щоб підвищити водонепроникність кам’яних матеріалів, засто-
совують цілий ряд способів. Наприклад, покривають нагріту поверх-
ню каменю оліфою, безбарвними лаками, мінеральними маслами,
109
розчинами парафіну, стеарину, металевих мил у летких органічних
розчинниках. Певного ефекту можна також досягти гідрофобізацією
кремнієорганічними рідинами, які наносять на лицьову поверхню
облицювальних виробів у вигляді водних або водно-спиртових роз-
чинів 3... 10%-ї концентрації. Однак термін служби таких покриттів
становить 3...5 років, після чого гідрофобізацію треба повторювати.
Для забезпечення тривалого збереження зовнішнього облицювання
природні кам’яні матеріали потребують систематичного догляду: їх
необхідно своєчасно очищувати щітками з промиванням піскостру-
минним або пароструминним методами.
Список літератури до розділу 2
1. Батти X., Принг А. Минералогия для студентов. Пер. с англ. —
М.: Мир, 2001. —429 с.
2. Берлин Ю. Я., Сьічев Ю. И., Кипнис Л. Г Материаловедение
для камнеобработчиков. —Л.: Стройиздат, 1990. — 272 с.
3. Лебединский В. И. В удивительном мире камня. — М.: Недра,
1978. — 160 с.
4. Льісенко М. П. Состав и физико-механические свойства грун-
тов. — М.: Недра, 1980. — 272 с.
5. Перельман А. И. Геохимия. — М.: Вьісш. шк., 1979. — 423 с.
6. Перспективи развития минерально-сьірьевой базьі промьіш-
ленности строительньїх материалов Украинской ССР. — К.:
Наукова думка, 1976. — 424 с.
7. Чехов А. П. Коррозионная стойкость материалов: Справочник. —
Днепропетровск: Промінь, 1980. — 190 с.
8. Юбельт Р., Шрайтер П. Определитель горньїх пород. — М.:
Мир, 1977. —236 с.
110
І Розділ З
ЖШМ1Н
' вщщ' оВл1 '^'г^лтит^^^чіщшищмузді.
І КЕРАМІЧНІ
вявиздя^^
МАТЕРІАЛИ ТА ВИРОБИ
Керамічними називають матеріали й вироби, які одержують
формуванням і подальшим випалюванням глинистої та інших видів
мінеральної сировини з різними добавками або без них.
Як глинисту сировину використовують глини, суглинки, глинис-
ті сланці, аргіліти, леси. Можуть застосовуватися й інші види міне-
ральної сировини, в тому числі діатоміти, трепели, кварцити, магне-
зити, боксити, хромисті залізняки та деякі промислові відходи
(наприклад, відходи вуглевидобутку й вуглезбагачення). Для одер-
жання технічної (спеціальної) кераміки використовують чисті окси-
ди алюмінію, кальцію, магнію, діоксиди цирконію, торію тощо. Та-
ку кераміку застосовують, наприклад, в радіо- та космічній техніці.
Керамічні матеріали — найдавніші з усіх штучних кам’яних ма-
теріалів. Вік керамічної цегли становить понад 5000 років. Залишки
будівель та споруд із керамічної цегли знайдені археологами на те-
риторії Стародавнього Єгипту (З...1-ше тисячоліття до н.е.). Кераміч-
на цегла була відома також в Індії. У Китаї для покрівель викорис-
товували керамічну черепицю, а для оздоблення будівель — гла-
зуровану кераміку, фарфор. У Стародавній Греції перший храм Гери
в Олімпії (VI ст. до н.е.) мав дах із черепиці та прикраси з теракоти.
З керамічної цегли у Стародавньому Римі будували 3...4-поверхові
житлові будинки, а також арки і мости, деякі з них збереглися до
нашого часу (на території Іспанії, Франції, Великої Британії) і вра-
жають гармонійністю та красою архітектурних вирішень.
На території України знайдені вироби з кераміки, що датуються
3...2-М тисячоліттям до н.е. (Трипільська культура), а також зберег-
лися історичні пам’ятники Київської Русі Х...ХІ ст. (залишки Деся-
тинної церкви, Золотих воріт, Софійський Собор), які були збудова-
ні з використанням керамічної цегли та керамічних плиток для
підлоги. В Київській Русі та Візантії основним матеріалом для зве-
111
дення стін, арок, бань, склепінь (Софійський собор і церква Спаса на
Берестові у Києві) була плінфа — плоска випалена великорозмірна
цегла ЗО...40 см завширшки, 2,5...5 см завтовшки.
Довговічність і простота виготовлення керамічних матеріалів за-
безпечили їм одне з перших місць серед інших будівельних матеріа-
лів. Випуск керамічної цегли становить майже половину обсягу ви-
робництва всіх стінових матеріалів. Керамічні облицювальні плитки
й досі лишаються основними матеріалами для опорядження санітар-
них вузлів та багатьох інших приміщень. Не втратили свого значен-
ня й керамічні матеріали для зовнішнього облицювання будівель.
Висока міцність, універсальність властивостей і широкий асорти-
мент дають змогу використовувати керамічні вироби у найрізнома-
нітніших конструкціях будівель і споруд: для теплових агрегатів, як
облицювальні матеріали для підлог і стін; для мереж каналізації, як
легкі пористі заповнювачі для бетонних і залізобетонних виробів
тощо.
Поряд із позитивними якостями керамічні вироби мають і деякі
недоліки, а саме: крихкість; крім того, їх виробництво є досить енер-
гоємним і потребує використання спеціального сушильного та випа-
лювального обладнання.
3.1. Особливості фізико-хімічних процесів
формування структури керамічних матеріалів
Утворення керамічного черепка пов’язане не тільки з протікан-
ням реакцій за участю рідких компонентів (як це має місце при твер-
дінні бетону), але й реакцій між речовинами у твердій фазі, які від-
буваються при випалюванні штучного каменю.
Структура керамічних виробів, яку можна визначити як взаємо-
розташування окремих елементів (кристалічна фаза, склофаза, пори)
з урахуванням характеру взаємодії та взаємозв’язку між ними, фор-
мується на всіх етапах технологічного процесу, але остаточно вияв-
ляється і закріплюється при сушінні та випалюванні.
Реакції у твердих фазах часто супроводжуються спіканням —
складним фізико-хімічним процесом, який відбувається при високих
температурах і полягає у заповненні розплавом пор у керамічній ма-
сі, що зумовлює підвищення щільності матеріалу без деформування
його структури.
Керамічні матеріали є композиційними, в яких на макрорівні
матриця (безперервна фаза) — це охолоджений розплав із дрібно-
112
кристалічними включеннями новоутворень, а дисперсна фаза — за-
лишки глинистих, піщаних та органічних частинок, що не прореагу-
вали, а також пори та пустоти, заповнені повітрям. У свою чергу,
на мікрорівні матриця може розглядатися як мікрокомпозиційний
матеріал, який складається з безперервної склоподібної фази,
утвореної внаслідок охолодження розплаву, та дисперсної фази —
кристалічних новоутворень типу силіманіту, муліту, різних моди-
фікацій кремнезему та інших речовин переважно алюмосилікат-
ного складу.
У цілому структура керамічного черепка складається з кристаліч-
ної, склоподібної та газової фаз, наявність та співвідношення між
якими визначають фізико-технічні властивості керамічних виробів і
галузі їх використання. Наприклад, специфічні властивості багатьох
видів технічної кераміки можна забезпечити тільки при відсутності
в структурі матеріалу склоподібної фази, в той же час одержання
виробів із високою щільністю і мінімальною пористістю досягається
за рахунок реалізації процесу спікання з утворенням обмеженої кіль-
кості рідкої фази.
Співвідношення між фазами суттєво залежить від режиму випа-
лювання, керуючи яким можна одержувати керамічні вироби зі
щільним спіклим або пористим черепком.
У грубокерамічних виробах., випалених в інтервалі температур
950... 1050°С, кількість склофази становить лише 8... 10%, а кіль-
кість кварцу майже не змінюється порівняно з його вмістом у кера-
мічній масі. З підвищенням температури і тривалості випалювання
інтенсифікується процес утворення склофази та збільшується її кіль-
кість. У спіклому фарфоровому черепку вона є основною (45...85%),
інші фази дисперговані у ній, а кількість залишкового кварцу стано-
вить 8...24%. У фаянсовому черепку переважає кристалічна фаза, а
склоподібна розподілена у вигляді найтонших плівок між кристала-
ми, зв’язуючи їх між собою.
Наявність склофази знижує термостійкість виробів і підвищує їх
крихкість. Кристалічна фаза, яка складається переважно з кварцу
(22...28%), сприяє підвищенню міцності керамічних виробів. При
подальшому збільшенні вмісту кварцу різко знижується їх термічна
стійкість, що зумовлено різницею температурного коефіцієнта лі-
нійного розширення між кварцом та склоподібною фазою.
При випалюванні виробів з керамічних мас, починаючи з темпе-
ратур вище 600°С, відбуваються твердофазові реакції за участю рід-
кої фази, яка зазвичай містить силікати заліза, лужні та лужноземель-
ні оксиди.
113
Унаслідок спікання утворюються муліт (ЗАЬОз • 28іО2) та тверді
розчини алюмосилікатного складу. Одночасно можуть відбуватися
поліморфні перетворення кварцу та його різновидів.
Основний мінерал глин — каолініт — втрачає хімічно зв’язану
воду в інтервалі температур 500...550°С. Процеси, що відбуваються
при дегідратації каолініту, — складні, супроводжуються утворенням
проміжних продуктів і, за даними деяких дослідників, відбуваються
за такою схемою:
А12О3 • 28іО2 • 2Н2О (400...600°С)
метакаолініт
2(А120з • 28іО2) (925°С)
фази типу шпінелі
А12О3 • 28іО2
2АІ2Оз-38іО2+8іО2
2А120з • 38іО2
псев до муліт
(1100°С)
2(А120з • 8іО2) + 8іО2
3(А120з • 8іО2)
(11ОО...14ОО°С)
ЗА120з • 28іО2 + 8іО2
муліт кристобаліт
У цьому ряду перетворень найбільш стійкою сполукою є муліт —
кристалічне новоутворення, яке істотно впливає на міцність та тер-
мостійкість керамічних виробів.
У гідрослюдистих та монтморилонітових глинах поряд із мулі-
том при випалюванні в інтервалі температур 850...1200°С утворю-
ються шпінелі, які при 1300°С розчинюються у скляному розплаві.
При підвищенні температури до 1200...1240°С з аморфного крем-
незему, що залишився після утворення муліту, кристалізується сс-крис-
тобаліт (кубічна сингонія діоксиду кремнію). Цей процес супроводжу-
ється інтенсивною усадкою матеріалу. Кристобаліт перешкоджає
спіканню керамічної маси, розрихлює утворюваний черепок, знижує
термічну стійкість і підвищує водопоглинання готових виробів.
Газова фаза керамічного черепка заповнює закриті пори, які
завжди є в матеріалі. Причинами її утворення є: повітря, газоподібні
продукти, що виникли під час дегідратації, декарбонізації, розкладу
сульфатів та інших мінералів, відновлення оксидів заліза, окиснення
органічних залишків у сировині. Вміст відкритих і закритих пор за-
лежить від ступеня ущільнення матеріалу при випалюванні. Порис-
тість матеріалу при його щільності до 85% залишається майже пов-
ністю відкритою, а при підвищенні щільності до 95% — стає пе-
реважно закритою.
114
Наявність пор істотно погіршує міцність виробів. Наприклад,
збільшення пористості фарфорових виробів на 1% при певних умо-
вах знижує міцність на 4%.
На етапі визначення складу сировини важливим є правильний
вибір сировинних компонентів та їх співвідношення. При виробниц-
тві стінових виробів застосовують, в основному, легкоплавкі глини і
випалювання виконують при температурі 900... 1100°С. Для отри-
мання виробів із нормованим обмеженим водопоглинанням, а отже,
з більшою щільністю (облицювальні плитки, клінкерна цегла, сані-
тарно-технічні вироби) використовують тугоплавкі глини і під-
вищують температуру випалювання до 1300... 1400°С. Для одер-
жання вогнетривких виробів використовують вогнетривку глину,
магнезит, кварцит тощо і випалювання виконують при темпера-
турі 1300... 1800°С.
Для отримання фарфору як сировину використовують каолініти
з відповідними коригувальними добавками, які дають змогу регу-
лювати співвідношення між кристалічною та склоподібною фазами
випалених виробів і впливати таким чином на зміну їх декоративних
властивостей. Просвічуваність черепка зростає зі збільшенням кіль-
кості склоподібної фази та зі зменшенням вмісту муліту, причому
бажано щоб його кристали були якомога більшими.
3.2. Головні критерії класифікації керамічних
матеріалів та виробів
Головними критеріями класифікації керамічних матеріалів та
виробів є характер будови черепка, спосіб формування, характер по-
верхні та призначення.
Залежно від будови черепка, що характеризує його текстуру,
розрізняють грубу (неоднорідну крупнозернисту) та тонку (однорід-
ну дрібнозернисту) кераміку. Більшість будівельних керамічних ма-
теріалів (цегла, камені, черепиця, дренажні труби) належать до гру-
бої пористої кераміки з водопоглинанням 5... 15%, дорожня та
кислототривка цегла, каналізаційні труби — до грубої щільної кера-
міки з водопоглинанням не вище 10%. За тонку пористу кераміку
вважають вироби із фаянсу і майоліки, за тонку щільну — вироби з
фарфору і деякі вогнетривкі, кислототривкі і електроізоляційні ке-
рамічні матеріали.
Залежно від структури черепка керамічні матеріали і вироби
поділяють на дві групи: пористі й щільні. До пористих умовно на-
115
лежать матеріали і вироби з водопоглинанням більше 5% за масою
(стінові вироби, черепиця, облицювальні плитки для стін, заповню-
вачі для легких бетонів, теплоізоляційні вироби, фаянсові санітарно-
технічні вироби тощо). До щільних матеріалів належать ті, що мають
водопоглинання за масою менше 5% (плитки для підлог, клінкерна
цегла, фарфорові санітарно-технічні вироби).
Залежно від виду поверхні керамічні матеріали та вироби можуть
бути: глазуровані і неглазуровані; однокольорові, багатокольорові і
з малюнком; із рівною поверхнею та рельєфні.
Залежно від способу формування керамічні матеріали кваліфі-
кують як матеріали, одержані пластичним формуванням, напівсухим
пресуванням або шлікерним способом.
Залежно від призначення керамічні матеріали та вироби поділя-
ють на такі види: стінові (цегла, порожнисті камені); покрівельні
(черепиця); елементи перекриттів; вироби для облицювання фасадів
(лицьові цегла і камені, плитки фасадні; килимово-мозаїчні плитки;
архітектурно-художні деталі); вироби для внутрішнього облицю-
вання (глазуровані плитки і фасонні деталі до них — карнизи, кут-
ники, пояски); заповнювачі для бетонів (керамзит і його різновиди,
аглопорит); теплоізоляційні вироби (діатомітові, трепельні, перліто-
бентонітові вироби, ніздрювата кераміка); вироби для підлог і дорож-
ніх покриттів (плитки для підлог, дорожня (клінкерна) цегла); сані-
тарно-технічні вироби (умивальники, унітази, ванни, труби); кисло-
тотривкі вироби; вогнетривкі вироби.
3.3. Сировина для виробництва керамічних матеріалів
Сировиною для виробництва будівельної кераміки є глинисті
породи, які забезпечують одержання керамічної маси, придатної до
формування та наступного випалювання з утворенням міцного во-
достійкого черепка. Також іноді можуть використовуватись деякі
види кремнеземистих порід. Як компоненти, що покращують техно-
логічні властивості формувальної суміші (полегшують сушіння,
зменшують усадку, знижують температуру випалювання) і надають
готовим виробам потрібних властивостей (пористості, теплопровід-
ності, кольору тощо) використовують спіснювальні, поротвірні, пла-
стифікуючі та інші добавки.
Основним пластичним сировинним компонентом будівельної
кераміки є глини — полімінеральні осадові гірські породи, що утво-
рилися внаслідок вивітрювання вивержених польовошпатових гір-
116
ських порід і є природними гідроалюмосилікатами, здатними при
замішуванні з водою утворювати пластичне тісто, яке після випалю-
вання переходить у каменеподібний стан.
Визначальними характеристиками глинистої сировини для вироб-
ництва керамічних будівельних матеріалів є хімічний, мінералогіч-
ний та гранулометричний склади.
У хімічному складі глинистої сировини переважають оксиди:
А12О3, 8іО2, Ре2О3, СаО, М§0, Иа2О, К2О. Найбільший вплив на гли-
нисту сировину має глинозем (А12О3), зі збільшенням його кількості
підвищуються пластичність та вогнетривкість. Оксиди заліза (Ре2О3,
РеО, Ре3О4) є сильними плавнями, знижують температурний інтер-
вал спікання, надають виробам певного кольору (від світло-кремо-
вого до вишнево-червоного) залежно від виду оксиду і середовища у
печі (окисного чи відновного) на кінцевій стадії випалювання. Ок-
сид кальцію СаО, що входить до глинистої сировини у складі кар-
бонатів і сульфатів, зменшує її зв’язувальну здатність, знижує тем-
пературу плавлення і скорочує інтервал спікання, підвищує порис-
тість виробів та освітлює їх і може бути причиною руйнування
поверхні виробів.
Оксиди лужних металів (Иа2О, К2О) є сильними плавнями, спри-
яють підвищенню усадкових деформацій, зниженню температури
утворення розплаву, ущільненню і зміцненню керамічних виробів.
Мінералогічний склад осадових гірських порід визначається
переважно умовами їх утворення. Основними мінералами глин є ка-
олініт (А12О3 • 28іО2 • 2Н2О), монтморилоніт (А12О3 • 48іО2 • яН2О), а
також іліт та гідрослюда. Залежно від переважаючої кількості (по-
над 50%) одного з цих мінералів виділяють каолінітові, гідрослюди-
сті та монтморилонітові групи сировини. До змішаних груп відно-
сять гідрослюдисто-каолінітові, монтморилоніто-каолінітові та монт-
морилоніто-гідрослюдисті. Сировина, що містить три і більше гли-
нистих мінералів, називається полімінеральною.
Глинисті мінерали надають сировині пластичності при зволо-
женні, міцності при висиханні і здатності до спікання при випалю-
ванні.
Крім глинистих мінералів, сировина містить також інші мінерали,
що впливають на її технологічні властивості і на якість готової про-
дукції. Це можуть бути: кварц (8іО2); польові шпати; карбонати —
кальцит (СаСО3), доломіт (СаСО3 • М§СО3); залізисті мінерали —
лимоніт (Ре2О3 • иН2О), пірит (Ре82), сидерит (РеСО3) тощо.
Водорозчинні солі у вигляді сульфатів і хлоридів натрію, каль-
цію, магнію, заліза є небажаними в глинистій сировині, тому що во-
117
ни погіршують зовнішній вигляд керамічних виробів через утворен-
ня висолів (білих нальотів) на поверхні і сприяють руйнуванню по-
верхневого шару.
Органічні домішки у вигляді залишків рослин і гумусових речо-
вин знижують вогнетривкість, підвищують повітряну усадку сиро-
вини, надають випаленим виробам темного забарвлення. При випа-
люванні вони вигоряють, підвищуючи пористість виробів, а також
створюють відновне середовище в середині черепка. Тому вони є
шкідливими при виготовленні виробів світлого кольору, виробів зі
щільним черепком і корисні при виготовленні стінової кераміки та
пористих заповнювачів.
Гранулометричний склад глин тісно пов’язаний з мінералогіч-
ним та хімічним складом, істотно впливає на їх технологічні власти-
вості — пластичність, зв’язувальну здатність, повітряну і вогневу
усадку, спікливість, вогнетривкість. Найдрібніші мінеральні частин-
ки глин розмірами до 5 мкм називають глинистою фракцією, частин-
ки від 5 до 50 мкм — милоподібною, від 50 мкм до 2 мм — піщаною.
Від кількості і розміру глинистих та інших частинок залежить
основна властивість глини — пластичність — здатність у вологому
стані під дією зовнішніх сил набирати будь-якої форми без утворен-
ня тріщин і розривів та зберігати її після припинення дії цих сил.
Технічним показником пластичності є число пластичності Плг
ПЛ=ЖТ-^Р,
де Г Иг і ІТр — вологості, які відповідають межам текучості і розкочу-
вання глиняного джгута, %.
Залежно від числа пластичності, глинисту сировину поділя-
ють на такі групи: високопластичні (Пл>25%), середньопластичні
(Пл= 15...25%), помірнопластичні (Пл = 7... 15%), малопластичні
(Пл= 3...7%), непластичні — ті, що не дають пластичного тіста. Для
виготовлення будівельних керамічних виробів застосовують пере-
важно помірнопластичні глини.
Пластичність глинистої сировини регулюють використанням до-
бавок (спіснювальних чи пластифікуючих), тривалим вилежуванням
і виморожуванням, відмулюванням, обробкою парою, механічною
обробкою на глинопереробних машинах (бігунах, вальцях тощо).
Зв’язувальна здатність — властивість глини зв’язувати частин-
ки керамічної маси, яку оцінюють за міцністю відформованих і ви-
сушених до сталої маси зразків. Зв’язувальна здатність має істотне
значення при укладанні виробів на пічні вагонетки і транспортуван-
ні у випалювальні печі.
118
Повітряна усадка — зменшення лінійних розмірів та об’єму
відформованих виробів у процесі сушіння. Вона коливається у ме-
жах від 2 до 12%, збільшуючись з підвищенням вмісту тонкодисперс-
них фракцій. Повітряна усадка істотно впливає на тріщиностійкість
виробів під час сушіння. Для зменшення повітряної усадки до скла-
ду керамічної маси додають добавки (спіснювальні, поверхнево-
активні), при її формуванні додатково використовують вакууму-
вання.
Вогнева усадка — зменшення лінійних розмірів та об’єму виро-
бів після випалювання (попередньо відформованих і висушених до
повітряно-сухого стану). Залежно від складу глин, вогнева усадка
становить 2... 8%.
Повна усадка дорівнює сумі повітряної й вогневої усадки і ко-
ливається в межах 5... 18%.
Спікливість — здатність глинистої сировини утворювати при
випалюванні щільний каменеподібний водостійкий черепок. Залеж-
но від ступеня спікливості, глинисту сировину поділяють на групи:
сильноспікливі, здатні при випалюванні утворювати черепок без
ознак перепалу з водопоглинанням до 2%; середньоспіюіиві із водо-
поглинанням черепка від 2 до 5%; неспікливі, які дають черепок із
водопоглинанням більше 5% за масою.
За температурою спікливості розрізняють глинисту сировину
низькотемпературної (до 1100°С), середньотемпературної (від 1100
до 1300°С) та високотемпературної (вище 1300°С) спікливості.
Температурний інтервал спікання — важливий технологічний
показник глинистої сировини. Він визначає режим кінцевої стадії
випалювання виробів, при якому вони набувають кондиційних влас-
тивостей. Його визначають як різницю між температурою завер-
шення спікання, при якій мають місце ознаки оплавлення або спучу-
вання, і температурою початку спікання, при якій починається
інтенсивне ущільнення виробу, який випалюється. Найменший ін-
тервал спікання мають легкоплавкі глини (5О...1ОО°С), а найбільший —
вогнетривкі (до 400°С).
Вогнетривкість — властивість глинистої сировини протистоя-
ти, не розплавляючись, впливу високих температур. За цим показ-
ником глинисту сировину поділяють на такі групи: легкоплавкі (вог-
нетривкість менше 1350°С), тугоплавкі (вогнетривкість від 1350 до
1580°С включно) та вогнетривкі (вогнетривкість більше 1580°С).
Як компоненти, що покращують технологічні властивості кера-
мічних мас і властивості випалених виробів, використовують певні
добавки.
119
Спіснювальні добавки вводять у керамічну масу, щоб знизити
пластичність і зменшити повітряну та вогневу усадки. Для цього ви-
користовують шамот, дегідратовану глину, кварцовий пісок, грану-
льований шлак, золу ТЕС. Шамот — це зернистий порошок із зер-
нами 0,16...2,5 мм, який отримують подрібненням попередньо
випаленої до спікання глини. Шамот поліпшує сушильні й випа-
лювальні властивості глин. Дегідратовану глину одержують ви-
палюванням її при температурі 7ОО...75О°С з наступним подріб-
нюванням.
Плавні знижують температуру випалювання й спікання глини,
підвищують щільність виробів. Як плавні використовують польові
шпати, залізну руду, доломіт тощо.
Поротвірні добавки вводять у сировинну масу для одержання
легких керамічних виробів з підвищеною пористістю. Такими до-
бавками є магнезит, крейда, доломіт, які під час випалювання ви-
діляють СО?, а також вигоряючі добавки — тирса, відходи вугле-
збагачувальних фабрик, золи ТЕС, лігнін, подрібнене буре ву-
гілля.
Пластифікуючі добавки сприяють підвищенню пластичності
маси й поліпшенню її здатності до формування при отриманні виро-
бів. До них належать високопластичні глини, бентоніти, а також по-
верхнево-активні речовини.
3.4. Матеріали для декорування
(глазур, ангоби, керамічні фарби)
Декоративні властивості виробів визначаються складом кераміч-
них мас, що забезпечує отримання черепка потрібного кольору та
структури. Додаткове декорування виробів може бути здійснено по-
криттям їх ангобами, глазурами, емалями, керамічними фарбами;
рельєфною та фактурною обробкою; металізацією.
Глазур (полива) — склоподібне покриття, завтовшки 0,1...0,2 мм,
яке наносять на поверхню керамічного виробу і закріплюють випа-
люванням. Крім підвищення декоративних властивостей, глазур
знижує водопроникність, підвищує міцність та атмосферостійкість
керамічних виробів. Основні компоненти глазурі: кварц, польовий
шпат, каолін, солі лужних і лужноземельних металів. Вони можуть
містити також пегматит, крейду, доломіт, перліт, буру, борну кисло-
ту, оксиди свинцю, цинку тощо. Склади глазурі можуть бути різно-
манітними, але в усіх випадках вони містять не менше 85...90%
кремнезему та оксиду алюмінію.
120
Глазурі бувають прозорі і глухі (емалі), безбарвні і забарвлені,
глянсові і матові, тугоплавкі і легкоплавкі.
При одноразовому випалюванні виробів склад глазурі розрахо-
вують так, щоб температура її плавлення була близькою до темпера-
тури спікання черепка і щоб вона мала однаковий із ним коефіцієнт
термічного розширення (для запобігання утворенню цека — тонких
тріщин на поверхні готових виробів).
Залежно від способу приготування глазурі поділяють на сирі
(нефритовані) та сплавлені (фритовані). Нефритовані глазурі вико-
ристовують для декорування виробів із напівфарфорових та фарфо-
рових мас, а фритовані — для виробів із фаянсових мас.
Глазурі наносять у вигляді тонкодисперсної водної суспензії на
попередньо випалені або добре висушені вироби методами занурен-
ня, поливання або пульверизації. Вироби вбирають вологу, а тверда
речовина поливи відкладається на поверхні щільним шаром, який
при випалюванні розплавляється на ній у вигляді тонкої склоподіб-
ної плівки. Випалювання виконують за тим самим режимом, що й
неглазурованих виробів, при підтриманні нейтрального або слабко-
окиснювального газового середовища.
Ангоб виготовляють із білої або кольорової глини і наносять на
поверхню невипаленого керамічного виробу (сирцю) тонким шаром
(завтовшки 0,2...0,3 мм) у вигляді водної суспензії. На відміну від
поливи, ангоб при випалюванні не розплавляється і надає виробу
матової поверхні. Ангобування застосовують у виробництві лицьо-
вої цегли, при цьому ангоб наносять на поздовжню і поперечну по-
верхні глиняного бруса, що виходить зі стрічкового преса, методом
розпилювання.
Керамічні фарби — це забарвлені мінеральні сполуки металів із
керамічними масами і глазурами, утворені у процесі випалювання.
Барвниками в них є природні або штучні пігменти різного кольору
(наприклад, графіт — сірий, оксид заліза — коричневий, оксид хро-
му — зелений, оксид кобальту — синій, антимонат свинцю — жов-
тий тощо).
Керамічні фарби бувають надглазурні і підглазурні; надглазурні —
це суміш пігментів з флюсами (легкоплавкими стеклами), а підгла-
зурні — суміш пігментів із глазур’ю. Колір та інтенсивність забарв-
лення виробів залежать від температури випалювання, кількості і
виду пігменту. Випалюють надглазурні фарби при 550...860°С, а
підглазурні — не більше 1450°С.
121
3.5. Особливості технології
виготовлення керамічних виробів
Виробництво керамічних матеріалів і виробів передбачає вико-
нання таких технологічних операцій: добування сировинних матері-
алів, підготовка керамічної маси (шихти), формування виробів (сир-
цю), сушіння, випалювання та пакування.
Видобуток сировини здійснюють на кар’єрах відкритим спосо-
бом — екскаваторами. Від кар’єру до заводу сировину перевозять
автосамоскидами, вагонетками чи конвеєрами.
Зазвичай глина з кар’єру непридатна для формування виробів,
тому попередньо необхідно приготувати керамічну масу. Метою
цього процесу є руйнування природної структури сировини, вида-
лення шкідливих домішок, забезпечення рівномірного змішування
всіх компонентів до одержання однорідної маси, придатної для фор-
мування.
Попередня підготовка глинистої сировини може бути природ-
ною (використання процесів вивітрювання), механічною (розпушу-
вання, подрібнення) та комбінованою (парозволоження, вакууму-
вання, введення спеціальних добавок).
Для одержання легкоукладальної гомогенної маси передбачаєть-
ся використання різного технологічного обладнання залежно від
властивостей сировини і виду виробів: для грубого помелу глинис-
тої сировини — дезінтеграторні вальці; для видалення каміння —
гвинтові вальці; для подрібнення — дробарки валкові, зубчасті; дис-
козубчасті, глинорізки (стругачі); для підготовки добавок — дробар-
ки щокові, молоткові, комбіновані; для тонкого подрібнення глинис-
тої сировини — бігуни сухого чи мокрого помелу; для помелу сухої
глини, шамоту, дегідратованої глини — кульові млини; для про-
сіювання подрібнених матеріалів — сито-бурат, інерційні грохоти
тощо.
Переробку сировинної маси та формування виробів залежно
від властивостей вихідної сировини й виду виробів, що виготовля-
ються, виконують пластичним, напівсухим або шлікерним (мокрим)
способами.
Пластичне формування застосовують тоді, коли глиниста сиро-
вина волога, пухка, добре розмокає у воді, утворюючи однорідну
масу. Для цього використовують легкоплавкі середньо- та помірно-
пластичні глини, що містять 40...50% піску. Найчастіше цим спосо-
бом виготовляють керамічну цеглу і камені, черепицю, труби і деякі
види керамічних плиток.
122
Застосовуючи пластичний спосіб формування виробів (рис. 3.1),
глину подрібнюють на вальцях грубого і тонкого помелу. Для ефек-
тивнішого подрібнення її ще піддають переробці у бігунах. Після
подрібнення глину подають у глинозмішувач, де вона перемішуєть-
ся з добавками до однорідної пластичної маси й зволожується до во-
логості 20...25%. Такий спосіб передбачає формування виробів на
стрічкових пресах — вакуумних або безвакуумних.
Рис. 3.1. Технологічна схема виготовлення керамічної
цегли пластичним способом:
1 — бункер глинистої сировини; 2 — глинорозпушувач; З — ящиковий жи-
вильник; 4, 6, 9, 13 — стрічкові конвеєри; 5, 7 — вальці грубого і тонкого
помелу; 8 — глинозмішувач з парозволоженням; 10 — витратний бункер;
11 — стрічковий прес; 12 — різальний автомат; 14 — вагонетка; 15 — ту-
нельна сушарка; 16 — тунельна піч
Вакуумуванням із керамічної маси видаляється повітря, що
сприяє збільшенню щільності (на 6...8%) і міцності (у 1,5 рази) сир-
цю; міцність випалених виробів збільшується на ЗО...40%, середня
густина — на 3...4%, а водопоглинання зменшується на 10... 15%.
Доцільно вакуумування проводити з парозволоженням маси для запо-
бігання утворенню тріщин під час сушінні відформованих виробів.
При виробництві звичайної цегли мундштук (формувальна час-
тина преса) має прямокутний переріз, а при виготовленні порожнис-
тих виробів його обладнують кернами, які надають порожнинам пев-
ного профілю (круглого, прямокутного, квадратного). Для форму-
вання черепиці використовують фасонні вставки у вигляді вузької
щілини, а для керамічних труб — кільцеві.
123
З мундштука преса під тиском 1,0... 1,5 МПа виходить безперер-
вна керамічна стрічка певного профілю, яку розрізують автоматич-
ним пристроєм на сирцеві вироби потрібного розміру (з урахуван-
ням подальшої усадки при сушінні і випалюванні).
Сучасним різновидом пластичного способу є жорстке форму-
вання, яке дає змогу зменшити формувальну вологість керамічної
маси до 13... 18%. У цьому процесі використовують глинозмішувачі
і стрічкові преси більшої потужності, а також безшнекові роторні
преси, які уможливлюють формування виробів під тиском 8... 10 МПа
і одержання сирцю підвищеної міцності (до 0,2...0,4 МПа).
Напівсухий спосіб передбачає пресування виробів із сипких по-
рошкоподібних мас (прес-порошку) вологістю 8... 12% під великим
тиском (15...40 МПа). Різновидом його є сухий спосіб, що передба-
чає пресування керамічних порошків вологістю 2...8%.
За напівсухим способом виробництва (рис. 3.2) глину спочатку
подрібнюють і підсушують до вологості 6...8%, потім подрібнюють
у дезінтеграторах, просіюють, зволожують до потрібної вологості
і ретельно перемішують у глинозмішувачі.
Рис. 3.2. Технологічна схема виробництва цегли
методом напівсухого пресування:
1 — бункер глинистої сировини; 2 — глинорозпушувач; 3 — ящиковий жи-
вильник; < 6 — стрічкові конвеєри; 5 — дезінтеграторні вальці; 7 — су-
шильний барабан; 8, 11 — елеватори; 9, 13 — бункери; 10 — дезінтегратор;
12 — грохот; 14 — глинозмішувач із парозволожуванням; 75 — прес; 16 —
вагонетка; 17 — тунельна піч
124
Напівсухе пресування застосовується при виготовленні плоских
тонкостінних виробів (плиток), а також для виробництва керамічної
цегли і порожнистих каменів.
Цей спосіб є менш енерговитратним порівняно з пластичним
формуванням. Крім того, він має ряд переваг, а саме: можливе вико-
ристання малопластичних глин, відформовані вироби мають більш
точні розміри і правильну геометричну форму; виключається з тех-
нологічного циклу процес сушіння, скорочується тривалість усього
технологічного циклу, зменшується потреба у виробничих площах і
кількості працівників.
Пресування виробів відбувається в індивідуальних прес-формах на
пресах різних конструкцій: колінно-важільних, ротаційних і гідравліч-
них; воно може бути одно- чи двостороннім. Оптимальна величина
пресового тиску залежить від виду сировини (для глин тиск становить
20...ЗО МПа, а для відходів вуглезбагачення від 25 до 40 МПа).
Недоліками напівсухого пресування є потреба у використанні
більш складного пресового обладнання та підвищена температура
випалювання виробів.
Шлікерний (мокрий) спосіб полягає в тому, що вихідні матеріали
подрібнюють разом із водою в кульовому млині при вологості
45...60% до одержання однорідної маси — шлікера. Залежно від
способу формування шлікер використовують безпосередньо для отри-
мання виробів методом лиття або після його підсушування до порош-
коподібного стану — для виготовлення виробів напівсухим пресу-
ванням. Методом лиття виготовляють тонкостінні вироби (мозаїчні
плитки) та вироби складної конфігурації (санітарно-технічні).
Проміжною операцією технологічного процесу виробництва ке-
рамічних виробів є сушіння. Воно необхідне для надання сирцю
механічної міцності й підготовки його до випалювання.
Сушіння — складний процес, пов’язаний із тепло- і масообміном
між вологим сирцем і навколишнім середовищем. У процесі сушін-
ня відбувається переміщення вологи із середини до поверхні сирцю
(внутрішня дифузія) і випаровування вологи з поверхні сирцю у нав-
колишнє середовище (зовнішня дифузія).
Регулювання процесів внутрішньої та зовнішньої дифузії дозво-
ляє одержати вироби без тріщин і деформацій за досить короткий
час із найменшими витратами палива і енергії.
Сушіння відформованих виробів здійснюється на відкритому
повітрі та у спеціальних сушарках періодичної або безперервної дії.
До сушарок періодичної дії належать камерні сушарки, які пра-
цюють за циклами: завантаження, сушіння, розвантаження.
125
Режим сушіння у камерних сушарках характеризується такими
параметрами: температура теплоносія в центральному каналі 13О...17О°С,
відпрацьованого теплоносія — 4О...5О°С, тривалість сушіння ЗО...72 год.
Як теплоносій використовують гаряче повітря із зони охолодження
печей або калориферів. У камерних сушарках сушать керамічну цег-
лу, санітарно-технічні вироби, каналізаційні труби.
Сушарками безперервної дії є тунельні сушарки, які працюють за
принципом протитечії: назустріч сирцю рухається теплоносій, що
подається в тунель із розвантажувального кінця печі.
Сирець надходить до тунельних сушарок на вагонетках (су-
шильних або пічних), які пересуваються у тунелях по рейкових ко-
ліях за допомогою пересувних або канатних штовханів. Температура
теплоносія, що подається у центральний підвідний канал, становить
1ОО...14О°С, а при видаленні з сушарки — ЗО...45°С (при відносній
вологості 75...95%); тривалість сушіння 12...50 год. Тунельні сушар-
ки використовують для сушіння керамічної цегли і каменів, обли-
цювальних плиток, санітарно-технічних виробів, дренажних та ка-
налізаційних труб.
До сушарок безперервної дії належать також конвеєрні сушарки,
які широко застосовують для сушіння керамічних плиток різних ви-
дів. Вони можуть бути радіаційними або радіаційно-конвективними
з однорядним сушінням на роликових, сітчастих чи ланцюгових
конвеєрах, що дозволяє скоротити термін сушіння до 7...9 хв. Вико-
ристання таких сушарок у комплексі з шлікерним способом підготов-
ки керамічної маси, одержанням прес-порошку у баштових розпо-
рошувальних сушарках і однорядним випалюванням у щілинних
печах дало змогу створити потоково-автоматизовані конвеєрні лінії
для виготовлення плиток із різними джерелами теплопостачання і
різною продуктивністю.
Конвеєрні сушарки використовують також для сушіння виробів
стінової кераміки, санітарно-технічних виробів і труб.
Випалювання є завершальною стадією виготовлення кераміч-
них виробів, на якій формуються їх основні властивості: щільність,
міцність, водо-, кислото- і морозостійкість тощо. Режиму випалю-
вання треба приділяти особливу увагу, оскільки дефекти виробів,
що виникають на цій стадії, є необоротними.
При нагріванні сирцевих виробів до 200°С видаляється вільна гіг-
роскопічна волога та відбувається досушування виробів. При подаль-
шому нагріванні до 300...400°С відбувається вигоряння органічних
речовин та видалення летких сполук.
126
Глинисті мінерали при температурі 450...700°С втрачають хіміч-
но зв’язану воду, що супроводжується невеликою усадкою матері-
алу. В інтервалі температур 700...1000°С утворюється в невеликій
кількості рідка фаза, в якій частково розчиняються деякі складові
глинистої сировини, і розпочинається синтез штучних мінералів.
Формування міцного керамічного черепка пов’язане з перебігом ре-
акцій у твердій фазі, зрощенням новоутворених кристалічних форм,
а також рекристалізацією первинних сполук.
Процес випалювання поділяють умовно на три етапи: нагрівання
до максимальної температури, ізотермічна витримка та охолоджен-
ня. Режим випалювання призначають для кожного виду керамічних
виробів окремо.
Для випалювання керамічних виробів використовують спеціаль-
ні печі: кільцеві, тунельні, щілинні, роликові тощо. За принципом дії
печі можуть бути безперервної та періодичної дії.
Найбільшого поширення набули тунельні печі безперервної дії.
Тунельна піч має три зони: підігрівання, випалювання та охолод-
ження. Режим випалювання в тунельних печах призначають залеж-
но від виду, форми, розмірів виробів і виду теплоносія.
Для виготовлення керамічних виробів із малочутливої до сушін-
ня глинистої сировини краще застосовувати теплові установки, в
яких відбувається сушіння і випалювання в одному агрегаті. Це доз-
воляє знизити трудові витрати на 35%, витрати палива на 20...25%,
собівартість виробів на 25...30%, повністю автоматизувати вироб-
ництво.
3.6. Характеристика керамічних виробів
різного призначення
3.6.1. Стінові вироби
Згідно зі стандартом (ДСТУ БВ.2.7-61:2008), цеглу та керамічні
камені рядові та лицьові виготовляють способом напівсухого пресу-
вання або пластичного формування глинистих та кремнеземистих
(трепел, діатоміт) осадових порід і промислових відходів з мінераль-
ними та органічними добавками або без них.
За призначенням вироби поділяють на рядові та лицьові.
Рядові вироби використовують для мурування зовнішніх і внут-
рішніх стін та інших елементів будинків і споруд, для виготовлення
стінових панелей та блоків, а також для мурування фундаментів.
Крупноформатні вироби виготовляють тільки рядові.
127
Лицьові вироби використовують для мурування і одночасного
облицювання стін та інших елементів будинків і споруд.
Керамічну цеглу виготовляють повнотілою або порожнистою,
камінь — тільки порожнистим. Порожнини у виробах можуть роз-
ташовуватись як вертикально, так і горизонтально. Лицьову порож-
нисту цеглу виготовляють із порожнистістю не більше 48%.
Цегла може бути повнотілою або порожнистою (об’ємом порож-
нин більше 13%), а камені — тільки порожнистими. В Україні випус-
каються керамічні стінові вироби з порожнистістю до 55%. Порож-
нини можуть бути різними: наскрізні та ненаскрізні, розташовані
перпендикулярно або паралельно постелі.
Цеглу керамічну нормального формату одинарну виготовля-
ють розмірами 250x120x65 мм (коефіцієнт перерахунку на умовну
цеглу НФ дорівнює 1,0), цеглу модульних розмірів одинарну —
288x138x65 мм (коефіцієнт перерахунку 1,32), цеглу потовщену —
250x120x88 мм (коефіцієнт перерахунку 1,35), камінь звичайних
розмірів 250x120x138 мм (коефіцієнт перерахунку 2,12) модуль-
них розмірів — 288x138x138 мм (коефіцієнт перерахунку 2,81),
камінь укрупнений — 250x250x120 мм (коефіцієнт перерахунку 4,42),
камінь крупноформатний з максимальними розмірами 510x250x219 мм
(коефіцієнт перерахунку 14,31). Існують також вироби інших роз-
мірів.
Залежно від границі міцності при стиску цеглу та камінь виготов-
ляють марок 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, крупноформатні
камені — марок 50...300, цеглу та камені з горизонтально розташо-
ваними пустотами — марок 35, 50, 75, 100.
За морозостійкістю вироби характеризуються марками Р15, Р25,
Р35, Р50, Р75, Р100. Цеглу марки Р15 використовують для внутріш-
ніх конструкцій та для самонесучих огороджувальних конструкцій,
які захищені від зовнішнього впливу. Лицьові вироби повинні мати
марку за морозостійкістю не нижче Р50.
Водопоглинання рядових виробів повинно бути для рядових
виробів не менше 8% за масою, порожнистих — не менше 6%,
лицьових повнотілих та порожнистих виробів — не менше 6%,
але для останніх — не більше 10...28% залежно від виду викори-
станих глин.
За показником середньої густини вироби поділяють на п’ять
класів: 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 2,0. За теплотехнічними властивостями ви-
роби залежно від класу середньої густини поділяють на п’ять груп
(табл. 3.1).
128
Таблиця З 1
Класифікація керамічних виробів
за теплотехнічними властивостями
Група виробів за теплотехнічними властивостями Теплопровідність виробів, Вт/(м-К) Клас середньої густини Середня густина виробів, кг/м3
Високої ефективності <0,24 0,8 <800
Збільшеної ефективності 0,24...0,36 1,0 801...1000
Ефективні 0,36...0,46 1,2 1001... 1400
Умовно ефективні 0,46...0,58 1,4 1401...1600
Малоефективні >0,58 2,0 >1600
За точністю розмірів і зовнішнім виглядом цегла та керамічні
камені мають задовольняти вимоги стандарту. Недопал чи перепал
цегли і каменів не допускаються.
В різних країнах випускають стінові матеріали, які відрізняються
між собою за номенклатурою, типорозмірами та марками. Так, мар-
ка цегли в країнах Європи становить 125...600, причому переважа-
ють вироби марки 400. Наприклад, за німецькими стандартами, пе-
редбачено випуск 14 типів звичайної керамічної цегли та каменів
марок від М40 до М280, 13 типорозмірів легких порожнистих виро-
бів марок М20 до М280 та високоміцних виробів марок М360, М480,
М600.
Звичайну повнотілу керамічну цеглу використовують для муру-
вання зовнішніх і внутрішніх стін, фундаментів, мурування печей і
димових труб у зонах, де температура не перевищує температуру
випалювання цегли, а також у стовпах, колонах, склепіннях. Цеглу
напівсухого пресування не дозволяється застосовувати для укладан-
ня цоколів і фундаментів нижче гідроізоляційного шару.
В сучасних несучих стінових конструкціях основне навантажен-
ня припадає на бетонний каркас, а ефективну цеглу використовують
для заповнення простору між бетонними рамами. Порожнисту цеглу
не можна застосовувати для мурування перших п’яти цокольних ря-
дів для запобігання проникненню вологи у стіну.
Застосування порожнистих керамічних виробів дає змогу змен-
шити товщину зовнішніх стін і знизити матеріаломісткість огород-
жувальних конструкцій на 20...30%, скоротити транспортні витрати
і навантаження на фундамент. Також стіни із ефективної цегли ха-
рактеризуються покращеними звукоізоляційними властивостями.
129
Екологія стін із порожнистої цегли також покращується внаслідок
того, що шари повітря зупиняють проникнення шкідливих речовин
у приміщення.
Рис. 3.3. Цегла та камені керамічні (ДСТУ БВ.2.7-61:2008):
а) — пластичного формування; б) — напівсухого пресування; 1 — цегла звичайна;
2 — цегла порожниста з 19-ма пустотами (порожнистість — 13%); 3 — цегла поро-
жниста з 21 пустотою (порожнистість 34%, 45% ); 4 — камінь із 7 пустотами (по-
рожнистість — 25%, 33%); 5 — камінь з 18 пустотами (порожнистість — 27%,
36%); 6 — камінь із 28 пустотами (порожнистість — 32%, 42%); 7 — цегла із 6 го-
ризонтальними пустотами; 8 — камінь із 11 горизонтальними пустотами; 9 — ка-
мінь з 3-ма горизонтальними пустотами; 10 — цегла з 8 ненаскрізними отворами
(порожнистість — 11%); 11 — цегла з 8 наскрізними отворами (порожнистість — 6%);
12 — цегла із 17 наскрізними отворами (порожнистість — 12,7%)
130
У сучасному будівництві існує тенденція до збільшення різно-
манітності форм і розмірів керамічних виробів та зменшення їх ма-
си; поширюється виробництво керамічних каменів збільшених роз-
мірів підвищеної порожнистості з покращеними теплофізичними
характеристиками (рис. 3.4).
а
Рис. 3.4. Крупноформатні керамічні камені:
а) для зовнішніх стін; б) для перегородок
Сучасними конструктивними елементами пазово-гребеневої кон-
струкції для мурування стін завтовшки 120, 250, 380, 510 мм є круп-
ноформатні камені. Перевагами такого матеріалу є високі теплоізо-
ляційні властивості (коефіцієнт теплопровідності 0,29...0,34 Вт/(м-К))
і можливість використання одношарової конструкції зовнішньої сті-
ни (для блоків завтовшки 380...510 мм) без додаткового утеплення;
марка за міцністю МІ00...МІ50; висока паропроникність, стійкість
до ультрафіолету, кислот і лугів; добра звукоізоляція; екологічна
чистота; швидкість зведення стін (в 4 рази швидше, ніж мурування
із звичайної цегли); не вимагає розчину у вертикальних швах завдя-
ки сполученню «паз-гребінь» (більше ніж в 4 рази зменшується ви-
трата розчину порівняно з муруванням зі звичайної цегли); суміс-
ність із різними видами оздоблювальних матеріалів; зменшення
витрати розчинів (штукатурки, клею) за рахунок отримання рівної
поверхні стіни.
Керамічну цеглу і камені виготовляють пластичним формуванням
або напівсухим пресуванням.
Виробництво порожнистих виробів вимагає ретельної підготов-
ки керамічної маси і досконалого обладнання, але потребує менших
витрат сировини та пального, прискорює сушіння і випалювання
тонкостінних виробів, що значно підвищує продуктивність сушарок
та печей. Застосування порожнистих керамічних виробів дає змогу
зменшити товщину зовнішніх стін і знизити матеріаломісткість ого-
131
роджувальних конструкцій на 20...30%, скоротити транспортні ви-
трати та навантаження на фундамент.
Порожнисту цеглу і камені використовують як і звичайну повно-
тілу цеглу, за винятком укладання фундаментів, підземних частин
стін, печей, димових каналів та стін приміщень із вологим режимом
експлуатації.
3.6.2. Вироби для облицювання фасадів
Для облицювання фасадів будівель використовують різні за фор-
мою, розмірами та декоративними властивостями керамічні вироби.
Фасадні керамічні вироби застосовують для облицювання фасадних
поверхонь, стінових панелей, блоків, цоколів будівель, лоджій, ство-
рення декоративних панно.
Загальні вимоги до керамічних виробів для зовнішнього обли-
цювання визначаються естетичними міркуваннями та умовами
експлуатації. Ці вироби повинні бути правильної форми, рівномір-
ного забарвлення і не змінювати його з часом під дією вологи і га-
зів, що містяться у повітрі, легко відчищатися від пилу і бруду; не
пропускати вологу до основного матеріалу стіни, а також бути во-
гне- та морозостійкими.
Лицьова цегла та камені призначені для мурування і одночас-
ного облицювання зовнішніх стін будівель і споруд, можуть мати
дві лицьові поверхні — поперечикову і довжикову. їх виготовляють
із керамічної маси на основі природної або штучно забарвленої гли-
нистої сировини методом пластичного формування або напівсухого
пресування з нанесенням фактурного шару чи без нього.
Для підвищення декоративних і конструктивних можливостей
кладки поряд з лицьовими керамічними виробами у формі прямокут-
ного паралелепіпеда виготовляють цеглу та камені з округлими реб-
рами і кутами, а також фігурні вироби (рис. 3.5).
Цегла та камені для облицювання фасадів можуть мати гладку
(глазуровану), декоровану (ангобовану) або рельєфну (торкретовану
мінеральним дрібняком) лицьову поверхню.
Лицьову цеглу світлих тонів виготовляють із червоних тугоплав-
ких глин: добираючи склад керамічних мас (використанням шамоту
та відповідних добавок) і регулюючи режим випалювання, надають
цеглі білого, кремового та інших кольорів.
Двошарову цеглу формують із місцевих червоних глин, а лицьо-
вий шар (3...5 мм завтовшки) — з каолінових глин.
132
Рис. 3.5. Фігурні цегляні вироби
Ангобована цегла має лицьову декоративну поверхню. Отриму-
ють ангоби з білої глини (80%), скляного бою (13...20%) і мінераль-
ного барвника (5...7%). Ангоб наносять на відформований виріб у
вигляді суспензії — шлікера, а потім випалюють.
Глазуровану цеглу застосовують для декоративних вставок, які
надають фасаду будівлі більшої архітектурної виразності. Довговіч-
ність такого оздоблення — десятки і навіть сотні років.
Марка за міцністю лицьової цегли і каменів повинна бути М100
та вище, а для виробів із горизонтальним розташуванням порожнин —
не менше М50. Водопоглинання лицьових виробів має бути не мен-
ше 6% за масою, але не більше 28 мас. % (залежно від виду викори-
станої сировини), марка за морозостійкістю не менше Р50.
Порівняно із рядовими стіновими виробами, до лицьової цегли
і каменів висувають більш жорсткі вимоги щодо точності геометричних
розмірів та показників зовнішнього вигляду (кольору, рельєфу тощо).
Для оздоблення фасадів використовують різнорозмірні плитки
та плити (ДСТУ Б В.2.7-67-98), килимову кераміку, а також архітек-
турно-художню кераміку.
Плитки керамічні фасадні використовують для зовнішнього
облицювання стін, стінових панелей, цоколів будинків і споруд. Виго-
товляють їх прямокутними чи квадратними (від 50x50 до 300x150 мм,
завтовшки 7 і 9 мм). з різними координаційними розмірами. Коор-
динаційний розмір — це сумарна величина номінального розміру
плитки (ширини або довжини) і ширини шва розчину, яка зазвичай
становить 4...8 мм. Лицьова поверхня плиток може бути гладкою,
рельєфною, ангобованою, неглазурованою та глазурованою: глазур —
блискучою або матовою.
133
Тильна (монтажна) поверхня плиток повинна мати пази або опук-
лості розмірами 0,7 або 2,0 мм (залежно від довжини плитки) для
кращого зчеплення з розчином. Лицьова поверхня плиток не повин-
на мати тріщин, щербин, зазублин та інших дефектів, вид і кількість
яких регламентується стандартом.
Виготовляють фасадні плитки з вогнетривких та тугоплавких
глин (з добавками або без них) методом напівсухого пресування чи
пластичного формування.
Водопоглинання плиток повинно бути не менше 2 і не більше
5... 12% (залежно від виду керамічної маси та призначення плиток).
При стандартних випробуваннях на морозостійкість плитки повинні
витримувати не менше 40 (при облицюванні стін) і 50 (при облицю-
ванні цоколів) циклів заморожування і відтавання. Границя міцності
при згині не менше: 16 МПа (для стін) і 18 МПа (для цоколів). Для
глазурованих плиток твердість глазурі за Моосом має бути не мен-
ше 5, а термічна стійкість — не менше 125°С.
Килимова кераміка — дрібнорозмірні тонкостінні плитки різ-
ного кольору (мозаїка), які виготовляють шлікерним способом. Во-
ни бувають квадратної, прямокутної та інших форм зі стороною
22...29 мм, завтовшки 2...З мм, глазуровані та неглазуровані. їх на-
клеюють лицьовою поверхнею на паперову основу (крафт-папір),
внаслідок чого утворюється килим. При проведенні облицювальних
робіт килими з плиткою укладають за допомогою розчинової суміші
на поверхню, а потім змивають крафт-папір водою. Водопоглинання
плиток не повинно перевищувати 16,5 %, морозостійкість — не мен-
ше 35 циклів. Килимову кераміку застосовують для облицювання
зовнішніх стін будівель різного призначення.
У сучасному будівництві спостерігається тенденція до збіль-
шення розмірів плиток, причому плитки з координаційними розмі-
рами більше 200 мм вважають великорозмірними.
Великорозмірні керамічні плитки та плити виготовляють зі
щільним черепком (водопоглинання менше 1 %) розмірами до
1000x1000 мм, завтовшки 6... 10 мм. На фасаді ці плити кріплять ме-
талевими розкладками. Такі вироби виготовляють із традиційних
керамічних мас або з додаванням спеціальних пігментів. Широке
розповсюдження набув матеріал, відомий як керамічний граніт
(«§ге8 рогсеїіапаіо»), що означає кам’яний фарфор, або фарфорова
кераміка. Вперше його було виготовлено в Італії. Це дуже щільний
матеріал, в якому зберігається визначене співвідношення між крис-
талічною та склоподібною фазами. Плитки формують на пресі під
тиском близько 50 МПа, а потім випалюють при Т = 1250°С. Розміри
134
плиток від 200x200 мм до 300x300 мм при товщині від 7,5 до 12 мм.
Вони не поступаються природному граніту за показниками міцності,
зносостійкості, морозостійкості, а також відрізняються високою
термостійкістю. Цей матеріал привертає увагу будівельників, архі-
текторів та дизайнерів і використовується для оздоблення фасадів та
влаштування підлог.
Архітектурно-художня кераміка призначена для художнього
оздоблення будівель, інтер’єрів, переходів тощо. Залежно від приз-
начення вироби бувають неглазурованими, глазурованими і ангобо-
ваними. Вимоги до виробів архітектурно-художньої кераміки такі
самі, що й до облицювальних плит.
Вироби архітектурно-художньої кераміки формують із пластич-
них керамічних мас, причому плити — на стрічкових пресах, а архі-
тектурні деталі — шлікерним методом у гіпсових, дерев’яних чи ме-
талевих формах.
Однотонні неглазуровані природно забарвлені керамічні вироби,
колір яких змінюється від світло-кремового до червоно-коричне-
вого, майже чорного, називають теракотою. Незважаючи на те, що
історія виникнення теракоти пов язана із Стародавньою Грецією,
вона знаходить широке застосування і сьогодні у вигляді стінових та
облицювальних матеріалів, архітектурних деталей (частин колон,
карнизів, наличників) та малих архітектурних форм.
3.6.3. Плитки для внутрішнього облицювання
Плитки для внутрішнього облицювання, залежно від виду сиро-
вини, що використовується, поділяють на два види: майолікові та
фаянсові.
Майолікові плитки, в тому числі кахлі для печей та елементи
декору, виготовляють із мергелистих або легкоплавких глин із дода-
ванням до 20% карбонату кальцію у вигляді крейди. Внаслідок ви-
палювання плиток утворюється пористий черепок, лицьову поверх-
ню якого покривають кольоровою глазур’ю, а на тильний бік нано-
сять борозенки для кращого зчеплення з розчином.
Облицювальні вироби з малюнком по білому ангобу, покриті
прозорою глазур’ю, називаються натвмайолікою.
Фаянсові плитки виготовляють із вогнетривких глин, додаючи
кварцовий пісок і плавні (зокрема, польовий шпат). Плитки після
випалювання мають білий або світлозабарвлений черепок. Лицьова
поверхня плиток може бути гладенькою або рельєфною, одно- або
багатоколірною. Декорування здійснюють методом серіографії
135
(рис. 3.6), набризку, нанесенням глазурі — блискучої або матової,
прозорої чи глухої. Тильний бік плитки має рифлену поверхню.
Залежно від форми плитки бувають квадратними, прямокутними і
фасонними. Для внутрішнього облицювання застосовують плитки
завдовжки 150 мм та завширшки 25, 50, 75 і 150 мм. Товщина пли-
ток не повинна перевищувати 6 мм, а для плінтусу — 10 мм. Водо-
поглинання плиток має становити не більше 16%.
Рис. 3.6. Керамічні плитки для внутрішнього
облицювання стін, декоровані методом серіографії
Плитки для внутрішнього облицювання стін повинні мати пра-
вильну геометричну форму, чіткі грані й кути, бути термостійкими.
Технологія виготовлення фаянсових плиток має деякі особливості.
Сировиною є переважно маси із пластичної глини, каоліну, кварцу
та польового шпату. Вихідні матеріали підсушують, дозують за ма-
сою і подрібнюють у кульових млинах із водою до утворення рідкої
суспензії, яку проціджують крізь сито і направляють у збірник. Із
збірника суспензію під тиском 1,2 МПа подають до форсунки роз-
пилювальної сушарки, де при температурі 300...350°С вона висушу-
ється, перетворюючись на гранули крупністю до 5 мм і вологістю до
7%, які потім використовують для пресування плиток. Сушіння та
випалювання виробів виконують у роликових випалювальних печах.
Такі плитки широко застосовують для облицювання санітарно-
технічних вузлів та кухонь у житлових і громадських будівлях, у лі-
карнях, на підприємствах харчової та хімічної промисловості.
3.6.4. Плитки для підлог
Керамічні плитки для підлоги (відомі ще як метлаські), повин-
ні мати правильну форму — квадратну, прямокутну, багатогранну
та фігурну (рис. 3.7). їх поверхня може бути гладкою чи рельєфною,
глазурованою і неглазурованою (ДСТУ Б В. 2.7-117-2002). Розріз-
няють плитки основні та бордюрні.
136
Розміри квадратних плиток: від 150x150 мм до 500x500 мм; пря-
мокутних — від 200... 150 мм до 500x300 мм, товщина повинна бути
не менше 7,5 мм.
Керамічні плитки для підлоги виготовляють напівсухим пресу-
ванням із тугоплавких або вогнетривких глин, випалюючи до повного
спікання, із барвними добавками чи без них. Плитки призначені для
настилання підлог у санітарних вузлах, вестибюлях і на сходових
площадках житлових та громадських будівель, а також у виробничих
і допоміжних будівлях промислових підприємств. Неглазуровані
плитки використовують для влаштування підлог на балконах і в
лоджіях.
Рис. 3.7. Деякі різновиди (за розмірами та формою)
плиток для підлоги
Плитки можуть бути одно- та багатоколірними і декоровані різ-
ними методами (рис. 3.8).
Рис. 3.8. Фрагмент підлоги, виконаної
з використанням декорованої плитки
137
Плитки повинні мати незначне водопоглинання за масою (до
3,5% для неглазурованих і до 4,5 % — для глазурованих), підвище-
ний опір щодо стирання (стираність — не більше 0,18 г/см2 для
неглазурованих плиток), границю міцності при згині — не менше
28 МПа (для плиток завтовшки до 9 мм) і не менше 25 МПа (для
плиток завтовшки понад 9 мм). Твердість глазурі за шкалою Мооса
повинна бути не менше 5, глазур має бути хімічно стійкою. Термо-
стійкість глазурованих плиток — 125°С при випробуванні за стан-
дартною методикою.
Плитки керамічні мозаїчні для підлог виготовляють квадрат-
ними зі стороною 23 і 48 мм, завтовшки 6 і 8 мм. На заводі плитки
лицьовою поверхнею наклеюють на крафт-папір або картон за пев-
ним рисунком, одержуючи килими розміром 398x598 мм. Товщина
шва між плитками 2 мм. Укладають килими на пластичну цементно-
піщану розчинову суміш. Після завершення укладання плитки
крафт-папір чи картон змивають.
Для влаштування підлог у виробничих цехах, магазинах, ресто-
ранах, виставкових залах, лабораторіях, адміністративних спорудах
використовують великорозмірні плитки з «керамічного граніту»,
технологія отримання яких наведена в розділі 3.6.2. Це вироби зі
спіклим черепком (водопоглинання 0,1 мас. %), водо- і кислотостій-
кі, твердість за Моосом 7, границя міцності при згині 4,0 МПа. Роз-
міри плиток від 200x200 до 600x600 мм, завтовшки 9... 15 мм. Вони
можуть бути різного кольору та мати малюнок, що імітує природний
камінь із включеннями дрібних або крупних фракцій.
3.6.5. Вироби спеціального призначення
Керамічна черепиця (ДСТУ Б В. 2.7-28-95) — це покрівельний
матеріал, який завдяки довговічності, вогнестійкості і високим де-
коративним якостям не втратив свого значення до наших часів. Ке-
рамічні покрівлі (дахівки) виробляються понад 4000 років. Грецькі
та римські античні споруди були покриті, як правило, керамічною
черепицею. Від римлян її запозичили північні народи. Саме на Пів-
ночі у VIII ст. з’являється дахівка у формі «риб’ячої луски», взірцем
для якої був дерев’яний гонт. Відомо багато форм «риб’ячої луски»,
з прямим, загостреним або округленим зовнішнім краєм. Така форма
дахівки отримала широке розповсюдження у всьому світі. Навіть
королівський палац у Бангкоку перекритий дахом із глазурованих
«риб’ячих лусок», відформованих уручну. Пізніше у XV ст. у Фланд-
рії з’явилася черепиця у формі літери 5. Ще раніше така форма че-
репиці була відомою в Китаї та Японії.
138
Виготовляють черепицю з легкоплавкої глинистої сировини із
добавками або без них пластичним формуванням, штампуванням
або напівсухим пресуванням. Одержаний сирець випалюють в ін-
тервалі температур 9ОО...1О5О°С.
Черепиця за умовами формування поділяється на види, а за кон-
фігурацією — на типи, а саме: штампована (рис. 3.9, а-г) — пазова,
марсельська, голландська, 5-подібна, мунк-нун, гребенева та гребе-
нева укрупнена; пластичного формування — стрічкова пазова, стріч-
кова плоска (рис. 3.9, д, е) та стрічкова 5-подібна; напівсухого пресу-
вання — плоска типу «бобровий хвіст» (рис. 3.9, б).
Черепицю виготовляють із декоративним покриттям (глазур, ан-
гоб тощо), яке може бути блискучим або матовим, прозорим чи не-
прозорим. Кожний тип черепиці має стандартизовані розміри: габа-
ритні (є, <7) та покрівельні (я, Ь) (позначення на рис. 3.9). Черепиця
повинна бути водонепроникною та морозостійкою (не менше Р25
для виробів пластичного формування та Р35 для виробів напівсухо-
го пресування), а також витримувати механічне навантаження в ме-
жах 800... 1500 Н.
До недоліків черепиці належать: велика маса (у водонасиченому
стані вона не повинна перевищувати 74 кг на 1 м“ покриття), крих-
кість, значна трудомісткість влаштування покрівлі і необхідність
підготовки міцної кроквової системи з великим нахилом (більше 30°)
для швидкого стікання води.
У сучасному будівництві черепиця стала не тільки частиною
огороджувальної конструкції, але й важливим декоративним елемен-
том, що надає будинку індивідуальної неповторності. Номенклатура
керамічних виробів постійно урізноманітнюється за формою, типо-
розмірами та кольоровою гамою, причому використання новітніх
технологій забезпечує виготовлення не тільки широкого асортимен-
ту черепиці, але й супутніх елементів покриття дахів.
Дорожня (клінкерна) цегла — це штучні камені, які виготов-
ляють формуванням і наступним випалюванням до повного спікан-
ня. Як сировину застосовують тугоплавкі глини з великим інтерва-
лом температур між початком спікання й початком деформування
(8О...1ОО°С).
Марки цегли за міцністю МІ000, М600 і М400, за морозостійкіс-
тю Р100, Р50 і РЗО, водопоглинання — не більше 2; 4; 6 мас.%, опір
стиранню (коефіцієнт зношування) не менше 14, 16 і 18%, випробу-
вання на удар не менше 8, 12, 16. Її застосовують для влаштування
підлог промислових будівель, облицювання мостових опор, бруку-
вання доріг і тротуарів, мурування каналізаційних колекторів.
139
Рис. 3.9. Види керамічної черепиці:
а — штампована пазова; б — стрічкова пазова; в — стрічкова плоска; г —
штампована голландська; д — штампована мунк; е — штампована гребе-
нева звичайна
в
Дренажні труби виготовляють пластичним формуванням (із ви-
сокопластичних глин) круглого, шести- чи восьмигранного перерізу,
внутрішнім діаметром від 25 до 250 мм і завдовжки 333 або 500 мм.
Як спіснювальні добавки використовують шамот, кварцовий пісок
без пиловидних фракцій, дегідратовану глину; для підвищення по-
ристості при використанні дисперсних глин додають 2...3% тонко-
меленого вугілля.
140
Труби невеликого діаметра формують на горизонтальних стріч-
кових пресах, а великого діаметра — на вертикальних вакуумних.
Відформовані вироби сушать при температурі теплоносія 75...90°С,
випалюють у тунельних (рідше — кільцевих) печах при температурі
920...1050°С. Вони можуть бути неглазурованими, глазурованими з
розтрубами та перфорацією на стінках. Частіше виготовляють без-
розтрубні труби, які з’єднують між собою керамічними муфтами.
Вода у дренажні труби надходить крізь стики і отвори в стінках
труб. Водопоглинання черепка становить не більше 15 мас. %, моро-
зостійкість не нижча Р15.
Дренажні труби використовують для меліоративних робіт, а та-
кож при осушенні ґрунтових основ будівель і споруд.
Каналізаційні труби виготовляють із тугоплавких або вогне-
тривких глин із спіснювальними добавками (тонкомеленим шамо-
том або піском) чи без них, циліндричної форми з розтрубом на од-
ному кінці. Керамічну масу готують пластичним способом. Труби
формують у вертикальних трубних пресах, покривають із середини і
ззовні кислотостійкою глазур’ю й випалюють при температурі
1250...1300°С. їх виготовляють діаметром 150...600 мм і 800... 1200 мм
завдовжки. Вони мають бути водонепроникними і витримувати вну-
трішній гідравлічний тиск не менше 0,2 МПа. Водопоглинання труб
не повинно перевищувати 8 мас.%. Кислотостійкість труб становить
не менше 93%.
Для кращої герметичності стиків кожна труба має нарізки — не
менше п’яти витків на зовнішній стороні кінця труби і стільки ж на
внутрішній стороні розтруба.
Труби призначені для будівництва безнапірних мереж каналіза-
ції, якими транспортуються промислові, побутові та дощові неагре-
сивні й агресивні стічні води. Для монтажу трубопроводів виготов-
ляють хрестовини, трійники, коліна тощо.
Кислототривкі керамічні вироби виготовляють із пластичних
глин без домішок карбонатів, сульфіду заліза, гіпсу. До таких виро-
бів належать: кислототривка цегла (границя міцності 15...25 МПа,
кислотостійкість 92...96 %, водопоглинення за масою 8...12%, тер-
мостійкість не менше 2 теплозмін); плитки кислототривкі і термо-
кислототривкі (границя міцності при стиску не менше 30 МПа, ки-
слотостійкість 96...98 %, водопоглинання за масою 6...9 %, тепло-
стійкість 2...8 теплозмін); труби та фасонні частини до них (грани-
ця міцності при стиску 30...40 МПа, кислотостійкість 97...98%,
водопоглинання за масою 3...5 %). Кислототривка цегла та плитки
призначені для опорядження підлог, футерування башт, резервуарів
141
і печей на промислових підприємствах. Керамічні кислототривкі
труби виготовляють глазурованими з обох сторін і застосовують для
перекачування неорганічних і органічних кислот та газів під тиском
до 0,3 МПа.
Санітарно-технічна кераміка — це ванни, раковини, унітази та
інше обладнання санітарно-технічних вузлів житлових і виробничих
приміщень, виготовлене з фарфору й фаянсу. Сировиною є каолінові
глини, кварц і польовий шпат, використані в різних співвідношен-
нях (табл. 3.2).
Таблиця 3.2
Склад сировини для виробів санітарно-технічної кераміки
Складові Вміст, % за масою
у фаянсі у напівфарфорі у санітарно-технічному фарфорі
Каолінові глини 55...50 48...50 45...50
Кварц 40...50 40...45 ЗО...35
Польовий шпат 5...10 7...12 18...22
Вироби з фаянсу мають пористий, а з фарфору — щільний, дуже
спіклий черепок. Сировинні матеріали піддають ретельній перероб-
ці: помелу, відмулюванню, просіюванню. Після цього віддозовану
суміш розмелюють у кульовому млині з водою, одержуючи шлікер,
з якого литтям у гіпсових формах формують вироби. Гіпс убирає
надлишок води, після чого вироби виймають із форм, підв’ялюють на
повітрі, оправляють (обрізають), сушать, вкривають глазур’ю і випа-
люють при температурі 125О...13ОО°С.
Границя міцності при стиску виробів із фаянсу становить майже
100 МПа, водопоглинання не більше 12 %, з напівфарфору — відпо-
відно 150...200 МПа, не більше 5%, з фарфору — до 500 МПа і не
більше 1 %.
Вогнетривкими виробами називають вироби, які застосовують
для будівництва промислових печей, топок і апаратів, що працюють
при високих температурах. їх поділяють на вогнетривкі (158О...177О°С),
високовогнетривкі (1700...2000°С) та найвищої вогнетривкості (по-
над 2000°С).
Із вогнетривких матеріалів найширше застосовують кремнезе-
мисті та алюмосилікатні, а також магнезіальні та хромисті.
Кремнеземисті (динасові) вогнетривкі матеріали містять не мен-
ше 93 % 8ІО2. Вони мають вогнетривкість 167О...179О°С, але неви-
142
соку стійкість і при швидкому нагріванні втрачають міцність, роз-
тріскуються й руйнуються. Застосовують динас для укладання скле-
пінь металургійних і скловарних печей.
Алюмосилікатні вогнетриви поділяють на три групи:
напівкислі з вмістом $ІО2 понад 65% і А120з не менше 28% та вог-
нетривкістю 1610... 1710°С. Застосовують їх для футерування шахт-
них і тунельних печей, вагранок тощо;
шамотні матеріали з вмістом АЬОз ЗО...45% мають високу тер-
мічну стійкість і міцність, вогнетривкість 1580...1730°С. Застосову-
ють їх для футерування обертових печей, димоходів тощо;
високоглшюземисті матеріали з вмістом А12О3 понад 45% мають
вогнетривкість 182О...186О°С. Використовують їх у скловарній про-
мисловості, для укладання доменних печей тощо.
Магнезіальні вироби складаються, в основному, з периклазу
М§0 (80...85%), їх вогнетривкість досягає 2000°С.
Хромисті вироби одержують із хромистого залізняку з добав-
ками магнезиту й глинозему. Вогнетривкість їх 1800...2000°С. Вико-
ристовують у сталеливарних печах.
Легковагові вогнетриви мають середню густину 400... 1300 кг/м3
і загальну пористість 45...85%, відрізняються високою вогнетривкіс-
тю, малою теплопровідністю і достатньою міцністю. їх використо-
вують для футерування різних за призначенням промислових печей,
що дозволяє істотно зменшити витрату палива (у 2...З рази) і трива-
лість розігріву печей (у 3...4 рази).
До легких заповнювачів на основі глинистої сировини нале-
жать керамзит і аглопорит (ДСТУ Б В. 2.7.-17-95).
Керамзит — легкий штучний пористий заповнювач ніздрюватої
будови у вигляді гравію чи піску, який одержують при випалюванні
легкоплавких глинистих порід, здатних спучуватися при швидкому
нагріванні до І050...1250°С. Застосовується як заповнювач для лег-
ких бетонів і як теплоізоляційна засипка.
Аглопорит — легкий штучний пористий заповнювач, який одер-
жують спіканням при температурі 1200...1300°С суміші глинистої си-
ровини з вугіллям. Використовують як заповнювач для легких бетонів.
До теплоізоляційних матеріалів належать матеріали із середньою
густиною до 500 кг/м3 і теплопровідністю не більше 0,175 Вт/(м • К). За-
стосовують їх для теплової ізоляції будівельних конструкцій з тем-
пературою експлуатації до 900°С. Вироби виготовляють у вигляді
цегли, плит, шкаралуп, сегментів, фасонних каменів тощо. Як сиро-
вину використовують діатоміт, трепел, легкоплавкі глини і вигоря-
ючі або пінотвірні добавки.
143
Діатомітова цегла має розміри 250x123x65; 230x113x40;
230x113x65 мм, середню густину 500...600 кг/м3, теплопровідність
0,12...0,14 Вт/(м-К). Технологія виготовлення аналогічна технології
виготовлення звичайної керамічної цегли. Випалюють вироби при
8ОО...1ООО°С за швидкісним режимом (16...20 год).
Виготовляють також пінодіатомітові і пінотрепельні вироби, пер-
літобентонітові та газокерамічні, використовуючи як піноутворювач
клеєканіфольну емульсію, а як газоутворювач — алюмінієвий по-
рошок із вапном.
3.7. Використання техногенної сировини
для виробництва керамічних матеріалів
При виробництві керамічних виробів для економії або повної
заміни глинистої сировини, регулювання властивостей керамічної
маси, інтенсифікації технологічного процесу і надання готовій
продукції потрібних якостей використовують техногенну сирови-
ну — супутні продукти і відходи різних виробництв. Залежно від
природи, вони можуть бути мінеральними і органічними. Це від-
ходи гірничодобувної промисловості, чорної та кольорової мета-
лургії, теплоенергетики, хімічної промисловості, лісової і дере-
вообробної промисловості, а також промисловості будівельних
матеріалів.
Відходи гірничодобувної промисловості у вигляді розкривних і
супутних порід (глини, суглинки) використовуються як основна си-
ровина при виробництві різних керамічних матеріалів (стінових, по-
крівельних та облицювальних, пористих заповнювачів тощо) або як
коригувальна добавка при приготуванні керамічних мас.
Для виробництва будівельної кераміки використовують відходи
вуглевидобутку та вуглезбагачення, що містять паливну складову.
Більш ефективними є відходи вуглезбагачення, які мають стабіль-
ніший хімічний склад порівняно з відходами вуглевидобутку.
Відходи вуглезбагачення — це органомінеральна сировина, яку
використовують як коригувальний компонент керамічної маси або
як основну сировину. За хімічним складом вони близькі до тради-
ційної глинистої сировини. Кількість добавки відходів вуглезбага-
чення до керамічної маси становить 10...50% залежно від властивос-
тей глинистої сировини та складу відходів. Доцільнішим є вико-
ристання відходів вуглезбагачення (зокрема, відходів вуглефлотації
коксохімічних заводів) як основної сировини при виробництві буді-
144
вельної кераміки. Це уможливлює зменшення витрат глинистої си-
ровини та технологічного палива. Відходи вуглезбагачення найчас-
тіше застосовують при виробництві керамічної цегли і каменів.
Додавання відходів вуглезбагачення позитивно впливає на процес
сушіння глин та покращує експлуатаційні властивості керамічних
виробів (зменшується коефіцієнт теплопровідності, підвищується
морозостійкість).
Відходи вуглевидобутку при зберіганні у териконах утворюють
так звану горілу породу — каменеподібну глинисту речовину, що не
розмокає у воді; вона містить продукти дегідратації глини або гли-
нистого сланцю. Використовують горілу породу як спіснювальну
добавку, зокрема, при виробництві аглопоритового щебеню і піску.
Відходи чорної металургії у вигляді шлаків (продуктів високо-
температурної взаємодії палива, руди, флюсів та газового середо-
вища) в технології будівельної кераміки застосовують переважно як
спіснювальну добавку.
Досить широко в технології кераміки використовують відходи
теплоенергетики у вигляді золи, шлаку або золошлакової суміші,
що утворюються на теплових електростанціях і котельних установ-
ках внаслідок спалювання при температурі 1260... 1770°С твердого
палива: антрациту, кам’яного та бурого вугілля, горючих сланців,
торфу.
Основною складовою паливних відходів є склоподібна алюмо-
силікатна фаза, яка становить у золі-винесення 40...65 %, а у шлаках —
до 85...98% за масою. Крім того, паливні відходи містять неспалені
частинки твердого палива — у шлаках до 1 %, у золі — від 1 до 25 %
за масою, залежно від виду палива і умов спалювання.
Зазначені властивості паливних відходів зумовлюють їх викорис-
тання в технології кераміки, а саме: як спіснювальну та вигоряючу
добавку, а також як основну сировину при виготовленні легких за-
повнювачів: шлакового гравію, аглопоритового гравію і піску. Золи
теплових електростанцій, крім того, використовують як добавку для
підвищення міцності керамзитового гравію, а вогнетривкі золи ТЕС —
як добавку для підвищення спучуваності сировини при виробництві
керамзитового гравію.
Супутні тонкомелені відходи гірничозбагачувальних комбіна-
тів у вигляді нефелінових концентратів (нефелін-сієніт) містять до
20% за масою лужних оксидів, завдяки чому їх використовують як
ефективні плавні при виготовленні керамічних виробів.
Відходи кольорової металургії: шлаки виробництва алюмініє-
вих сплавів, міді, а також відходи збагачення титанозалізних руд
145
використовують при виготовленні керамзиту як добавку (2...20 %
за масою) для підвищення спучення сировини і зменшення насипної
густини заповнювача.
Відходи виробництва глинозему із бокситової сировини у
вигляді так званого червоного шламу використовують як добавку
до глинистої сировини при виробництві порожнистих стінових
виробів.
Із відходів хімічної промисловості для виробництва кераміч-
них виробів використовують фосфорні шлаки, залізисті та кремне-
земисті відходи, лігнін тощо.
Фосфорні шлаки — побічний продукт виробництва фосфору в
електропечах, за хімічним складом близькі до доменних із сумарним
вмістом СаО та 8іО2 до 95 % за масою. Ці шлаки використовують як
добавку-плавень для збільшення рідкої фази при випалюванні і по-
кращенні спікання, а також для підвищення міцності керамічних ви-
робів (завдяки голчастій будові псевдоволастоніту, що діє як арму-
вальний компонент). Можливе використання фосфорних шлаків і як
основної сировини при виробництві фасадної кераміки.
Піритні недопалки — побічний продукт переробки сірчаного
колчедану (піриту) у сульфатну (сірчану) кислоту. Це дисперсний
матеріал (кількість зерен до 0,16 мм більше 90 % за масою), у хіміч-
ному складі якого переважає Ре2О3 (56...77%), значно менше 8іО2
(9...22%), А12О3 (1... 18%), СаО (0,8...5%). За мінералогічним скла-
дом — це суміш оксидів заліза із піритом та оксидами інших мета-
лів, у незначних кількостях — домішки сірчанокислих солей лужно-
земельних металів, свинцю, цинку, міді, кремнезему.
В технології кераміки піритні недопалки використовують як до-
бавку при виробництві стінових виробів (2...4%) та фасадних пли-
ток (5...50%) для зниження температури випалювання, підвищення
якості і надання кольору; при виробництві керамзиту для підвищен-
ня спучення глинистої сировини і зменшення насипної густини ви-
паленого продукту.
Кремнеземисті відходи є супутними високодисперсними продук-
тами виробництва сульфату чи хлориду алюмінію, у складі яких пе-
реважають аморфний кремнезем, оксиди алюмінію та сірки. їх ви-
користовують замість шамоту при виготовленні вогнетривких кера-
мічних виробів, а також як спіснювальну добавку при виробництві
керамічної цегли.
Гідролізний лігнін — побічний продукт переробки деревини,
аморфний полімер складної будови, що містить, крім самого лігніну,
залишки полісахаридів, мінеральні та органічні кислоти, смоли, віск,
146
азотні речовини. Він має високу дисперсність (питома поверхня —
700...800 м2/кг), пластичність та здатність до сорбції. Застосовують
його як ефективну поротвірну і вигоряючу добавку при виробництві
стінових керамічних виробів (в кількості 20...25% за об’ємом), теп-
лоізоляційних керамічних виробів, замість тирси у виробництві аг-
лопориту.
Із відходів деревообробної промисловості найбільшого поши-
рення у виробництві кераміки набула тирса, яку використовують як
вигоряючу і спіснювальну добавку при виготовленні керамічної
цегли, керамзиту та аглопориту.
У виробництві кераміки також застосовують відходи промисло-
вості будівельних матеріалів. Наприклад, сушильний брак кераміч-
них виробів використовують як добавку для зниження вологості
керамічних мас, бій керамічних виробів — у складі керамічних мас
як шамот при виготовленні облицювальних та санітарно-технічних
виробів.
При виготовленні аглопоритового щебеню чи гравію утворюєть-
ся значна кількість відходів у вигляді недопалених зерен матеріалу,
що спікається. Недопал повертають на агломераційну машину для
підвищення газопроникності шихти, поліпшення умов агломерації і
якості готової продукції.
Скляний бій використовують як добавку до керамічних мас для
підвищення міцності та морозостійкості готових виробів, а також
збільшення продуктивності випалювальних печей.
Отже, використання техногенної сировини у виробництві кера-
мічних виробів сприяє вдосконаленню технологічних процесів, змен-
шенню енерговитрат, підвищенню якості готової продукції, а також
вирішенню завдань створення безвідхідних технологій і охорони
довкілля.
3.8. Довговічність кераміки і способи її підвищення
За умов якісного виготовлення і правильної експлуатації буді-
вель кераміка є довговічним матеріалом, який може експлуатува-
тися десятиріччями і навіть століттями. Однак із часом, під дією
атмосферних факторів, агресивного середовища і механічного на-
вантаження керамічні вироби можуть втрачати свої властивості і
руйнуватися. Залежно від умов експлуатації, довговічність керамі-
ки оцінюють за багатьма чинниками, наприклад, для стінових ма-
147
теріалів (цегла, порожнисті камені, фасадна плитка, черепиця)
таким є морозостійкість. Основними факторами, що визначають
морозостійкість керамічних виробів є мінералогічний та хімічний
склад глинистої сировини, якість її переробки, формування та ви-
палювання, мікро- та макроструктура черепка, структура пор та їх
розміри.
Головним показником довговічності керамічних виробів, що
експлуатуються в агресивному середовищі (каналізаційні труби, са-
нітарно-технічні вироби), є хімічна стійкість. Її визначають за здат-
ністю виробів протистояти дії розчинів кислот і лугів. Усі види ке-
рамічних матеріалів, особливо щільної структури, мають високу
кислотостійкість. Звичайна керамічна цегла менш стійка проти дії
водних розчинів лугів, які при взаємодії з глиноземом утворюють
легкорозчинні солі, що вимиваються водою.
Керамічні плитки, завдяки високому вмісту алюмосилікатів, є
стійкими до дії всіх органічних і мінеральних кислот (крім плавико-
вої). їх лугостійкість залежить від хіміко-мінералогічного складу та
щільності структури. Плитки зі щільним черепком є досить луго-
стійкими, а з підвищеною пористістю можуть руйнуватися під дією
лужних розчинів. Хімічна стійкість глазурі визначається кількістю
лужних і лужноземельних оксидів та відношенням 8іО2:А12Оз у її
складі; залежить також від мінералогічного та фазового складу матері-
алу, його пористості, структури і текстури, вмісту та форми муліту.
Найбільш агресивними для керамічних виробів є розчини Н?8О4
та ІЧаОН (особливо концентрації 20% та вище). Дія хлоридної та
нітратної кислот на керамічні вироби вдвічі слабша порівняно із
сульфатною.
Особливістю хімічно стійкої кераміки є щільний спіклий чере-
пок, в якому переважають нерозчинні алюмосилікатні сполуки. Зі
збільшенням у складі випаленої кераміки вмісту муліту підвищуєть-
ся її здатність протистояти тривалому впливу лугів та кислот.
Список літератури до розділу З
1. Крупа А. А., Городов В. С. Химическая технология керамичес-
ких материалов: Учеб. пособие — К.: Вища шк., 1990. — 399 с.
2. Мороз И. И. Технология строительной керамики: Учеб. посо-
бие для вузов. — К.: Вища шк., 1980. — 384 с.
148
3. Общая технология силикатов / Под общ. ред. А. А. Пащенко —
К.: Вища шк., Головное изд-во, 1983. — 408 с.
4. Основи виробництва стінових та оздоблювальних матеріалів: Під-
ручник / Р. Ф. Рунова, Л. О. Шейніч, А. Г. Гелевера, В. І. Гоц. —
К.: КНУБА, 2001. —354 с.
5. Стрелов К. К. Теоретические основні технологии огнеупор-
ньіх материалов. — М.: Металлургия, 1985. — 480 с.
6. Чаус К. В. и др. Технология производства строительньїх мате-
риалов, изделий и конструкций: Учебник для вузов. — М.:
Стройиздат, 1988. — 448 с.
149
||
Розділ 4
___і !___________________
ждаДйтяттяявя»^
||
1 МАТЕРІАЛИ
ТА ВИРОБИ З МІНЕРАЛЬНИХ
РОЗПЛАВІВ
Матеріали та вироби цієї групи отримують шляхом переохоло-
дження силікатних розплавів. Характерною особливістю мінераль-
них розплавів є їх здатність при швидкому охолодженні переходити
в склоподібний стан (аморфний різновид твердого стану). Спільною
ознакою технології виготовлення будівельних матеріалів цієї групи
є приготування мінеральних розплавів, їх швидке охолодження
до певної температури з наступним формування та охолодженням
отриманих виробів.
При введенні до силікатного розплаву спеціальних добавок
(кристалізаторів) і виборі відповідного режиму термічної обробки
можна одержати склокристалічні матеріали (ситали, шлакоситали).
Перші центри скловаріння виникли в Єгипті та Месопотамії,
причому єгиптяни віддавали перевагу кольоровому склу, а в Месо-
потамії виготовляли переважно прозоре скло. Археологами виявлені
залишки давніх скляних майстерень на східному березі Нілу, що іс-
нували приблизно 3400 років тому. Пізніше скло почали виготовля-
ти в Мікенах (Греція), Китаї та Індії. З X ст. до н.е. почало розвива-
тися виробництво скла на Далекому Сході, а з IX ст. до н.е. центром
скловаріння стає Олександрія, а потім і Рим.
Важливим кроком у скловарінні стало відкриття методу виду-
вання скла сирійськими майстрами у Вавилоні. В останньому сто-
літті до н.е. скловиробництво інтенсивно розвивається в Римській
імперії. Саме римляни почали використовувати скло в архітектур-
них цілях, особливо після відкриття прозорого скла шляхом дода-
вання до скломаси оксиду мангану.
Із розпадом Римської імперії скловиробництво в різних регіонах
стало набувати своїх особливостей. З XI ст. німецькі, а з XIII венеці-
анські майстри розробили технологію виробництва листового скла.
150
У ці часи центром скловиробництва стає італійське місто Венеція.
У XVII ст. у Франції були розроблені нові методи виготовлення скла
та дзеркал, причому рівень технології був настільки високим, що
тільки через 300 років виробництво скла вийшло на якісно новий
промисловий рівень.
Повний переворот у скляній індустрії здійснив у 1905 р. бельгі-
єць Фурко, який почав вертикально витягувати із печі безперервне
скляне волокно. В кінці Першої світової війни інший бельгієць
Е. Бішеруа розробив технологічний процес, при якому скло витягу-
валося із печі між двома роликами. Подібно методу Фурко, застосу-
вання цього способу перетворювало подальший процес полірування
скла на більш легкий та економний.
У 1910 р. французький учений Е. Бенедіктус запровадив спосіб
виробництва ламінованого скла, відомого під назвою «триплекс».
У 50-х роках минулого століття був відкритий метод каталізова-
ної кристалізації скла, який дозволив керувати властивостями отри-
маних полікристалічних матеріалів. У різних країнах ці матеріали
отримали різні назви: «румунська порцеляна» — Румунія, «піроке-
рам» — США, «кристон» — Чехословаччина, «девітрокерам» —
Японія, «мінельбіт» — Угорщина, «ситал» — колишній СРСР.
В кінці XX ст. були закладені нові перспективи створення ком-
позиційних ламінованих матеріалів із листового скла з підвищеним
опором крихкому руйнуванню. Це дозволяє отримувати скляні та
склокристалічні матеріали поліфункціонального призначення, які
характеризуються значно меншим рівнем крихкості, можуть мати
підвищену деформативність, є безпечними навіть під час руйнуван-
ня окремих шарів скла і за механічною поведінкою наближаються
до пластичних матеріалів.
4.1. Особливості формування склуватої
і склокристалічної структури та її вплив
на властивості отриманих матеріалів
Схильність мінеральних розплавів до утворення скла. Голов-
ними ознаками склоподібного стану речовини є відсутність чітко
визначеної температури плавлення (речовина поступово розм’якшу-
ється або твердне у визначеному інтервалі температур), гомоген-
ність та ізотропність, а також наявність підвищеної внутрішньої
енергії кристалізації.
Скло — це аморфний матеріал, який отримують переохолод-
женням розплаву, внаслідок чого відбувається поступове зростання
151
в’язкості, що приводить до утворення твердого тіла з певними меха-
нічними властивостями, причому процес переходу з рідинного стану
у твердий склоподібний повинен бути зворотним.
Скло — це переохолоджений розплав, який перебуває у термо-
динамічно нестійкому (метастабільному) стані, однак, унаслідок ви-
сокої в’язкості (~1016 Па • с при нормальній температурі), що запобі-
гає кристалізації, воно в нормальних умовах може існувати невиз-
начено довго.
Схильність до утворення скла залежить від багатьох факторів,
які пов’язані зі складом і тугоплавкістю розплаву, умовами варіння
скломаси, температурою нагрівання, параметрами охолодження та
переохолодження, характером теплової обробки тощо.
Існує декілька гіпотез будови скла, але найбільшого розповсюд-
ження набули гіпотези: безперервної хаотичної сітки (В. Захаріасена),
кристалітна (О. Лебедєва) та полімерно-поліморфно-кристалоїдної
будови.
Гіпотеза безперервної хаотичної сітки розглядає скло як су-
цільну атомну сітку, яка не має симетрії та періодичності. Відповід-
но до цієї гіпотези, основою структури складного скла є кисневий
поліедр, у центрі якого міститься склотвірний катіон (8і4+, Се4+, В4+,
Р5+ та інші), а катіони-модифікатори (№+, Са2+, М§ 2+ та інші)
статично розміщуються у порожнинах («дірках»,) сітки.
Кристалітна гіпотеза базується на припущенні, що скло скла-
дається із мікрокристалічних областей відповідного хімічного скла-
ду. Центральна частина мікрообласті має структуру кристалічної
ґратки, яка поступово спотворюється і переходить на периферійних
ділянках в аморфну. Аморфні прошарки зв’язують кристали в єдине
ціле. За допомогою кристалітної гіпотези можна пояснити деякі
явища, пов’язані з процесом отримання ситалів, оскільки вона при-
пускає виникнення у склі геометрично впорядкованих груп того чи
іншого хімічного складу, що підтверджує мікрогетерогенність струк-
тури скла.
На сьогодні більшість учених дотримується гіпотези, що скло
має полімерно- поліморфно-кристалоїдну будову. Носіями далекого
порядку є кристаліти, що здатні агрегувати (перетворюватися) у
кристалоїди (частинки речовини, що перебувають у подрібненому
вигляді (до розміру молекул) і здатні до кристалізації). Останні від-
різняються відсутністю дальнього порядку, але здатні до полімери-
зації або до поліморфних перетворень із наступною полімеризацією.
При охолодженні скломаси відбувається переміщення та поліме-
ризація дво- та тримірних сіток; також мають місце поліморфні пе-
152
ретворення кристалоїдів, причому сополімеризація може відбувати-
ся між кристалоїдами різних поліморфних модифікацій.
Таким чином, полімерно-кристалітна концепція трансформуєть-
ся у полімерно-кристалоїдну, а остання, враховуючи здатність крис-
талоїдів різних поліморфних модифікацій до сополімеризації — у
концепцію полімерної поліморфно-кристалоїдної будови скла, яка
припускає співіснування в його структурі порядку та деякого хаосу.
Кристалізація мінеральних розплавів. Кристалізацією розплаву
або скла називають процес переходу речовини з термодинамічно не-
стійкого стану з невпорядкованою або маловпорядкованою структу-
рою до стійкого стану з упорядкованою кристалічною граткою.
Кристалізація силікатних розплавів є важливим етапом техноло-
гічних процесів виробництва багатьох силікатних матеріалів і впли-
ває на основні властивості сплавів, кристалічних емалей, колоїдно-
забарвлених стекол, кераміки, вогнетривів тощо.
Процес кристалізації нової фази складається з двох основних
етапів: перший — утворення центрів кристалізації або нуклеація;
другий — подальше зростання кристалів за рахунок накопичення
структурних елементів на центрах аж до об’ємної кристалізації всієї
маси розплаву.
Утворення центрів кристалізації може бути гомогенним (спон-
танним), якщо вони мають той самий склад, що і майбутні кристали,
та гетерогенним, коли для утворення центрів кристалізації викорис-
товують речовини, що відрізняються за складом від майбутньої крис-
талічної фази. їх називають каталізаторами кристалізації.
Утворення центрів крис-
талізації та ріст кристалів по-
різному залежать від в’язкості
розплаву, яка змінюється при
його охолодженні. Криві швид-
кості утворення центрів крис-
талізації та росту кристалів
мають максимуми, взаємне роз-
ташування яких впливає на
здатність речовини до криста-
лізації (рис. 4.1).
При співпаданні максиму-
мів неможливим є отримання
речовини у склоподібному ста-
ні: вона буде кристалізуватися
при будь-якій швидкості охо-
*— Охолодження розплаву
Рис. 4.1. Вплив температури
розплаву на швидкість утворення
центрів кристалізації (7) та росту
кристалів (2) (за Г. Тамманом)
153
лодження. В разі, коли максимум на кривій швидкості утворення
центрів кристалізації досягається при температурі значно нижчій,
ніж максимум на кривій швидкості росту кристалів, речовина здатна
до переохолодження і переходу у склоподібний стан.
Зазначена закономірність широко використовується в технології
скловаріння та дозволяє отримувати склоподібні матеріали з різним
ступенем кристалізації і відповідно з різними технічними властивос-
тями, в тому числі глушені та колоїдно-забарвлені стекла, емалі,
склокристалічні матеріали (ситали).
При визначених умовах у склі можуть відбуватися процеси лік-
вації (фазового розшарування), керуючи якими можна отримувати
матеріали з потрібними оптичними, декоративними та іншими спе-
ціальними властивостями. При модифікації будівельного скла за ра-
хунок введення каталізаторів, барвників або глушників, а також ви-
користання відповідних режимів термічної обробки як скляної маси,
так і поверхні виробів, отримують різноманітні облицювальні мате-
ріали: авантюринове скло, скломармур, стемаліт, сигран.
Додавання до скломаси речовин, які сприяють утворенню газо-
вої фази та формуванню гетерогенної структури, дає змогу отриму-
вати ізоляційні матеріали ніздрюватої структури (піноскло) та деко-
ративні матеріали (килимово-мозаїчні плитки).
4.2. Класифікація матеріалів на основі
мінеральних розплавів
Скло та інші плавлені матеріали і вироби отримують із міне-
ральних розплавів, сировиною для яких є широко розповсюджені
гірські породи і деякі відходи промисловості.
Мінеральні розплави залежно від сировини поділяють на такі
групи: скляні, кам’яні та шлакові. Сировиною для силікатних роз-
плавів є поширені гірські породи (піски, глини, базальти, діабази,
граніти, гнейси, сієніти, сланці, серпентини тощо), побічні продукти
й відходи промисловості (металургійні шлаки, золи та шлаки ТЕС,
склобій).
Залежно від основних склотвірних компонентів за хімічним
складом розрізняють такі класи розплавів та матеріалів на їх основі:
оксидні — силікатні (8іО2), алюмосилікатні (А12О3, 8іО2), боросилі-
катні (В2О3, 8іО2), бороалюмосилікатні (В2О3, А12О3, 8іО2) тощо.
Стекла дістають назви за видом склотвірного оксиду, наприклад,
силікатні, боратні тощо. Як правило, до складу промислових стекол
154
входить не менше п’яти компонентів, а стекла спеціального призна-
чення можуть містити більше десяти компонентів.
Залежно від здатності розплавів до кристалізації отримані ма-
теріали за характером мікроструктури поділяють на скляні або
аморфні (що не містять чітко вираженої кристалічної фази), скло-
кристалічні з вмістом кристалічної фази до 30% та склокристалічні
з вмістом кристалічної фази більше 30%.
За характером макроструктури матеріали на основі мінераль-
них розплавів поділяють на щільні (скло віконне, марбліт), пористо-
волокнисті (вироби на основі мінеральної або скловати) та ніздрю-
вато-пористі (газо- та піноскло).
За призначенням стекла класифікують як архітектурно-будівель-
ні, технічні, світлотехнічні, безпечні, спеціальні. В окрему групу ви-
діляють скляні вироби, наприклад, труби, скловолокно, газоскло, пі-
носкло тощо.
4.3. Сировина, технологія отримання
та властивості скла
Скло — універсальний матеріал, який може виконувати різні
функції, в тому числі конструкційні та декоративні.
Сировинні матеріали для виробництва скла умовно поділяють
на основні й допоміжні. Основні вихідні матеріали представлені квар-
цовим піском, вапняком (крейдою), польовими шпатами та содою.
Основні матеріали містять оксиди, які утворюють структуру
скла і визначають його властивості. Так, оксид Иа2О прискорює
процес варіння, знижуючи температуру плавлення, але зменшує
хімічну стійкість скла. Оксид СаО, навпаки, підвищує хімічну
СТІЙКІСТЬ, ОКСИД А12Оз підвищує міцність, термічну і хімічну СТІЙ-
КІСТЬ, оксид РЬО підвищує показник світлозаломлення.
Допоміжні матеріали вводять для покращання реологічних харак-
теристик скломаси, прискорення її варіння, забарвлення, освітлю-
вання, сприяння кристалізації тощо.
Сировинні матеріали можуть застосовуватися як у вигляді при-
родної сировини, так і у вигляді відходів хімічної, металургійної,
гірничодобувної промисловості.
Технологія виготовлення скла та виробів на його основі пе-
редбачає такі операції та процеси: підготовку сировинних матеріа-
лів, приготування скляної шихти, скловаріння, формування зі скло-
маси матеріалів та виробів, механічну, термічну й хімічну обробку
виробів для підвищення експлуатаційних властивостей.
155
Підготовка включає подрібнення та розмелювання крупних
шматків, сушіння вологих матеріалів, класифікацію дисперсних ма-
теріалів.
Приготування скляної шихти починається з усереднення, дозу-
вання та перемішування компонентів.
Скловаріння здійснюється у печах безперервної (ванні печі) і пе-
ріодичної (горщикові печі) дії.
Процес варіння скла складається з п’яти етапів: силікатоутво-
рення, склоутворення, освітлення, гомогенізації та охолодження.
На першому етапі утворюються силікати та інші проміжні спо-
луки, і, внаслідок плавлення евтектичних сумішей, з’являється рідка
фаза. Утворені в шихті силікати разом з рідкою фазою та компонен-
тами, що не прореагували, спікаються в щільну масу. Процес силі-
катоутворення розпочинається при температурі майже 725°С і закін-
чується майже при 1150°С. З подальшим підвищенням температури
в розплаві завершуються реакції силікатоутворення, відбувається вза-
ємне розчинення силікатів і надлишкового кремнезему, внаслідок чо-
го утворюється скломаса, насичена газовими бульбашками. Процес
склоутворення зазвичай завершується при температурі майже 1250°С.
Освітлення та гомогенізація скломаси відбуваються майже в од-
ному інтервалі температур. З цією метою скломасу нагрівають до
температури 1150... 1600°С. З підвищенням температури різко зни-
жується в’язкість розплаву й відповідно полегшується видалення
великих і малих газових бульбашок, тобто розплав усереднюється за
складом, стаючи однорідним.
Процес скловаріння завершується охолодженням скломаси на
300...400°С, внаслідок чого вона набуває в’язкості, необхідної для
формування виробів (витягування, прокатування, пресування, лиття
тощо).
Формування виробів здійснюється різними методами: верти-
кальним (рис. 4.2) та горизонтальним витягуванням, прокатуванням,
способом плаваючої стрічки (флоат-спосіб, рис. 4.3), пресуванням,
видуванням, пресовидуванням тощо.
Спосіб плаваючої стрічки є найбільш досконалим із усіх спосо-
бів, відомих на цей час. Він дозволяє виготовляти скло з високою
якістю поверхні. Особливістю цього способу є те, що процес фор-
мування стрічки протікає на поверхні розплавленого олова. Нижня
поверхня скла виходить рівною за рахунок контакту з розплавленим
металом, а верхня — завдяки дії сил поверхневого натягу скломаси.
Після формування поверхня листового скла не потребує подальшого
полірування.
156
Рис. 4.2. Схема машини для вертикального витягування скла:
1 — відломлювальна площадка; 2 — скати для видалення бою; З — вал-
ки; 4 — шахта машини; 5 — холодильники; 6 — човник; 7 — скломаса
Рис. 4.3. Схема виготовлення полірованого скла
з використанням флоат-способу:
1 — канал вироблення; 2 — шибери; 3 — скломаса; 4 — зливний лоток;
5 — басейн для розплаву; 6 — олово; 7 — холодильник; 8 — бортоутри-
мувальні ролики; 9 — графітові обмежувачі; 10 — випалювальна піч
157
Відпалювання — обов’язкова операція при виробництві виробів.
При швидкому охолодженні у виробах виникають великі внутрішні
напруження, які можуть призвести до їх саморуйнування.
Гартування — ця операція застосовується для підвищення фізико-
механічних характеристик скла і здійснюється доведенням скла до пла-
стичного стану з подальшим різким охолодженням його поверхні.
Для покращання механічних властивостей скла застосовують до-
датково термічну, механічну, хімічну або комплексну обробку. Тер-
мічна обробка передбачає гартування, механічна — полірування по-
верхні та нанесення м’яких або твердих покриттів, а хімічна — трав-
лення, електрохімічну обробку поверхні або мікрокристалізацію.
Опір згину скла збільшується при гартуванні у 4...5 разів, а в ра-
зі застосування травлення з покриттям плівкою — у 5... 10, мікро-
кристалізації — у 10... 15. Ударна в’язкість загартованого скла у
5...6 разів вища, ніж у відпаленого, а у скла, загартованого травлен-
ням плавиковою (фтороводневою) кислотою, — у 3...4 рази вища,
порівняно з необробленим склом.
Властивості скла. Структура скла зумовлює ряд його специфіч-
них властивостей, у тому числі прозорість, міцність, стійкість до ат-
мосферних впливів, водо- та газонепроникність.
Найбільш важливими для скла є не тільки оптичні властивості,
що перетворюють його в унікальний матеріал, але й механічні, ос-
кільки його використання є багатоцільовим.
Оптичні властивості скла характеризуються прозорістю, світ-
лопроникністю, світлопоглинанням, світловідбиванням, світлороз-
сіюванням тощо. Звичайні віконні стекла пропускають видиму час-
тину світлового спектра й не пропускають інфрачервоних та ультра-
фіолетових променів. Світлопроникнення вимірюють коефіцієнтом
пропускання, який визначається відношенням кількості світлової
енергії, що пройшла крізь скло, до повної його енергії. Світлопропус-
кання віконного скла при товщині 5 мм становить 84...87% і зале-
жить не лише від виду скла, а й від кута падіння світлових променів.
У будівельних конструкціях скло зазнає дії розтягувальних й
ударних навантажень, рідше — дії стиску, тому основними характе-
ристиками, що визначають його якість, є міцність при розтягу та
крихкість.
Теоретична міцність скла при стиску становить більше 20000 МПа,
а при розтягу — 12000 МПа, фактична — значно нижча (при стиску —
500...2000 МПа, при розтягу — 35... 100 МПа).
Однією з причин великої різниці між теоретичною і реальною
міцністю скла є дефектність поверхні реального скла — наявність
158
мікротріщин, що сильно послаблюють опір тендітного матеріалу
впливу зовнішніх навантажень.
Вважають, що утворення поверхневих дефектів залежить від
ступеня однорідності вихідної скломаси, способу і умов формування
виробів, характеру механічної і термічної обробки, температури і
вологості навколишнього середовища, тривалості дії навантаження,
масштабного фактора.
Видалення дефектного шару, наприклад, із поверхні листового
скла шляхом обробки її плавиковою кислотою дає змогу підвищити
міцність скла при згині до значень, що перевищують 300 МПа, од-
нак необхідні додаткові заходи щодо подальшого захисту поверхні
від контактних ушкоджень. Локалізація дії поверхневих дефектів
шляхом загартування скла дозволяє підвищити міцність при згині до
50 МПа, а обробка поверхні шляхом іонного обміну — до 70 МПа.
Модуль пружності скла становить (4,5...9,8) • 104 МПа, а коефі-
цієнт Пуассона дорівнює 0,22. Твердість звичайного скла становить
5 за шкалою Мооса, мікротвердість — (5,4. ..5,7) • 103 МПа.
Скло є крихким матеріалом. Для нього характерна відсутність
пластичних деформацій.
Крихкість як показник деформативності є головним недоліком
скла, характеризується відношенням модуля пружності Е до границі
міцності при розтягу Ар. Чим більша крихкість, тим при меншій де-
формації напруження в матеріалі відбувається його руйнування. По-
казник крихкості скла Е/Ар= 300... 1500, у той час, як для сталі він
дорівнює 400...450, а для гуми — 0,4...0,6.
Густина скла (при відсутності пористості істинна співпадає із
середньою) становить 2,45...2,55 г/см3, а для спеціальних стекол во-
на може досягати 8,0 г/см3.
Теплопровідність звичайного скла становить 0,40...0,82 Вт/(м • К),
а теплоємність — 0,63... 1,05 кДж/(кг • К).
Термічна стійкість. Оскільки руйнування скла починається з
поверхні і міцність скла при стиску у багато разів більша міцності
при розтягу, різке охолодження скловиробів більш небезпечне, ніж
швидке нагрівання. Зазвичай термостійкість скла залежить від хіміч-
ного складу, температурного коефіцієнта лінійного розширення (який
дорівнює (9,6...15,0) • 10 6К-1) і товщини виробів (так, для віконного
скла завтовшки 2 мм термостійкість становить 100°С, а завтовшки
5 мм — усього 80°С).
Скло має значну густину і водночас високу звукоізоляційну здат-
ність. За цим показником скло завтовшки 1 см відповідає цегляній
стіні завтовшки 12 см.
159
Хімічна стійкість скла залежить від його складу. Силікатне скло
має високу стійкість до більшості розчинів кислот, за винятком НР
та Н3РО4.
4.4. Матеріали та вироби зі скла
Номенклатура матеріалів змінюється залежно від рівня техніч-
ного розвитку суспільства, зростають вимоги до виробів, розширю-
ються галузі застосування їх. За мікроструктурою розрізняють скля-
ні матеріали, технологія виготовлення яких не передбачає кристалі-
зації (будівельне скло та вироби на його основі) і склокристалічні
матеріали (марбліт, скломармур, ситали), які підлягають частковій
кристалізації у процесі виготовлення.
4.4.1. Будівельне скло /па вироби на його основі
Будівельне скло і скляні вироби широко застосовують при склін-
ні, оздобленні та декоруванні споруд. Галузі застосування основних
видів скла і виробів з нього наведено в табл. 4.1.
Модифікування будівельного скла здійснюється введенням до
його складу каталізаторів, барвників чи глушників у поєднанні з
відповідними режимами обробки. Це дає змогу отримувати нові об-
лицювальні матеріали: плити з авантюринового скла, глушені білі та
кольорові плити, сигран тощо. Деякі облицювальні матеріали на ос-
нові скла (склокремнезит, склокристаліт, порокремнезит, пінодекор,
кольорова мозаїчна плитка) виготовляють спіканням скла з добав-
ками.
За призначенням будівельне скло може бути конструкційним
(для створення прозорих огороджувальних конструкцій), безпечним
(армоване, загартоване, багатошарове та ламіноване), декоративним
(кольорове, візерунчасте, дзеркальне) та спеціальним (теплопогли-
нальне, тепловідбивне, теплозахисне тощо).
Листове будівельне та декоративне скло. Листове скло
(ГОСТ 111) застосовують для заповнення світлових прорізів у спо-
лученні з рамами різноманітних конструкцій. Його використовують
також для виробництва загартованого скла, триплекса (тришарового
листового виробу), склопакетів тощо. Випускають вісім марок лис-
тового скла завтовшки 2...6 мм (табл. 4.2).
Листове скло виготовляють за розмірами і специфікацією замов-
ника (твердих розмірів) або у заводському асортименті (вільних
розмірів).
160
До недоліків, що допускаються в невеликій кількості, належать:
пузирчики та сторонні включення, зеленкуватий або блакитнуватий
відтінки за умови, що ці відтінки не зменшують коефіцієнта направ-
леного пропускання світла.
Вітринне поліроване скло (ГОСТ 13454) виготовляють флоат-
способом. Поверхню полірованого скла обробляють так, щоб не бу-
ло оптичних спотворень (мікронерівності не повинні перевищувати
0,01 мкм). Виготовляють його завтовшки 5,5 і 6,5 мм і постачають у
вигляді 16 стандартних типорозмірів від 1380x1340 мм до 2950x2950 мм.
Світлопропускання полірованого скла становить не менше 87%.
Таблиця 4.1
Основні види виробів із будівельного скла і їх застосування
Вироби Вид скла Застосування
Листове будівель- не та декоративне скло Віконне та вітринне неполіроване Вітринне поліроване Візерункове кольорове та безбарвне. «Мороз» і «Заметіль» Армоване кольорове та безбарвне Скління вікон, дверей, вітрин, лі- хтарів верхнього світла Скління вітрин, вікон, дверей, виготовлення дзеркал, елементів меблів Скління світлових прорізів у сті- нах та покриттях, влаштування внутрішніх перегородок, напів- прозорих екранів і світлопрозо- рих огорож Скління прорізів стін і ліхтарів верхнього світла, влаштування внут- рішніх перегородок і огорож бал- конів
Листове скло зі спеціальними влас- тивостями Увіолеве (пропускає ультрафіолетові про- мені) Таке, що вбирає ульт- рафіолетові промені 3 напівпрозорими дзер- кальними покриттями Тепловбирне Тепловідбивне Теплозахисне Скління віконних прорізів шкіль- них закладів, дитячих і лікуваль- них установ, спортивних і оздо- ровчих споруд Скління книгосховищ, архівів, му- зеїв. виставкових залів, бібліотек Скління, що виключає проглядання приміщень ззовні, скління внут- рішніх перегородок Скління прорізів будівель, які по- требують сонцезахисту Скління для зниження тепловтрат взимку Скління приміщень, які не допу- скають запітніння або утворення конденсату на поверхні скла
161
Закінчення табл. 4.1
Вироби Вид скла Застосування
Теплопровідне Загартоване Влаштування електронагріваль- них скляних споруд у північних районах країни або будівель із під- вищеними гігієнічними вимогами Скління навчально-виховних, спор- тивних, видовищних, торгових спо- руд, влаштування внутрішніх пе- регородок, скляні навісні огорожі
Кольорове та ху- дожнє скло Вітражне, забарвлене в масі або накладне, пофарбоване електро- хімічним способом Скляна мозаїка, смаль- та Виготовлення художніх вітражів, напівпрозорих екранів, декору- вання стін, стель, перегородок Декоративне скління прорізів, перегородок, екранів Зовнішнє та внутрішнє опоряд- ження споруд, виготовлення ху- дожніх панно та картин
Будівельні вироби Скляні порожнисті блоки Призми, лінзи, плитки Профільне скло ко- льорове та безбарвне, армоване та неармо- ване: коробчасте, швелерне та ребристе Склопакети зі скла зви- чайного та зі спеціаль- ними властивостями Скляні загартовані дверні полотна Труби скляні Ніздрювате скло Скляне волокно Заповнення світлових прорізів у стінах, перегородках, покриттях, у тому числі у великорозмірних залізобетонних панелях стін та покриттів Залізобетонні панелі стін, по- криттів і перекриттів. Споруд- ження стін неопалюваних споруд, заповнення віконних прорізів, улаштування внутрішніх перего- родок, ліхтарів верхнього світла, козирків, піддашків, огорож бал- конів, лоджій Заповнення світлових прорізів стін і покриттів, влаштування огорож Створення інтер’єру громадських споруд Напірні, безнапірні та вакуумні трубопроводи для транспорту- вання агресивних речовин (крім плавикової кислоти) Тепло- та звукоізоляційні вироби Теплоізоляційні вироби (гнучкі, тканинні, напівжорсткі), армуван- ня виробів замість металу
162
Марки листового скла
Таблиця 4.2
Марка скла Товщина, мм Умовна назва Рекомендована галузь застосування
МІ 2...6 Дзеркальне поліпшене Виготовлення високоякісних дзер- кал, вітрових стекол легкових авто- мобілів
М2 2...6 Дзеркальне Виготовлення дзеркал загального призначення, безпечних стекол транспортних засобів
МЗ 2...6 Технічне поліроване Виготовлення декоративних дзер- кал, безпечних стекол транспортних засобів
М4 2...6 Віконне поліроване Високоякісне скління світлопрозо- рих конструкцій
М5 2...6 Віконне неполіроване Скління світлопрозорих конструк- цій, безпечних стекол для сільсько- господарських машин
М6 2...6 Те саме Скління світлопрозорих конструкцій
М7 6,5...12 Вітринне поліроване Високоякісне скління вітрин, вітражів
М8 6,5...12 Вітринне неполіроване Скління вітрин, вітражів, ліхтарів
Візерункове кольорове та безбарвне скло (ГОСТ 5533) виготов-
ляють методом безперервного прокатування. Воно відрізняється від
звичайного тим, що по всій його поверхні на одному чи обох боках є
рельєфний візерунок. Випускають візерунчасте скло у вигляді лис-
тів завширшки 400... 1200 мм і завдовжки 600... 1600 мм (для стекол
завтовшки 3,5 і 5,0 мм) та завширшки 800... 1600 мм і завдовжки
1000...2500 мм (для стекол завтовшки 6 і 7 мм). Світлопропускання
візерункового скла з візерунком на одній поверхні становить не
менш 75%, а з візерунком на двох поверхнях — не менш 65%. Різ-
новидами візерункового скла є стекла типу «Мороз» та «Заметіль».
Кольорове та художнє скло виготовляють із кольорової скло-
маси. Його поділяють на два види — забарвлене у масі (глушене) і
накладне (на одну із поверхонь наносять шар забарвленого скла зав-
товшки 0,2... 1,5 мм).
За характером забарвлення кольорове скло буває прозоре та глушене.
Основні кольори прозорого скла: червоний, оранжевий, жовтий,
зелений, блакитний і синій із відтінками — чорним, місячно-білим,
лимонним та молочним.
163
Кольорове листове скло виготовляють методом вертикального
витягування з фарбованої прозорої або глушеної скломаси.
Максимальний розмір кольорових стекол — 1000x750 мм при
товщині 3 мм, розмір скла молочного відтінку — 1000x1000 мм при
товщині 4,5 мм.
Прозоре кольорове скло використовують для виготовлення віт-
ражів, технологія виготовлення яких була започаткована ще в XI ст.
Сучасні вітражі виконують як із використанням класичної техніки
монтажу, так і сучасних технологій. Незважаючи на високий рівень
останніх, як і в стародавні часи, художня якість вітражів залежить
від таланту та майстерності виконавців.
Листове скло зі спеціальними властивостями — це таке, що
пропускає (увіолеве) або вбирає ультрафіолетові промені, тепловби-
рне, тепловідбивне, скло з напівпрозорим дзеркальним покриттям,
теплозахисне, теплопровідне, термічно поліроване, зміцнене тощо.
Увіолеве скло характеризується здатністю пропускати промені
ультрафіолетового діапазону (не менше 25%). Виготовляють його із
скломаси з мінімальним вмістом оксидів заліза (не більше 0,01%),
титану й хрому.
З часом увіолеве скло «старішає», набуваючи при цьому фіоле-
тового або жовтого кольору, при цьому знижується його здатність
пропускати ультрафіолетові промені.
Скло тепловбирне належить до групи сонцезахисних. Це скло
забарвлене у масі оксидами металів, що має широку кольорову гаму.
Сонцезахисні стекла мають високу здатність до поглинання інфра-
червоних променів. Ці види скла рекомендується використовувати у
будинках із кондиціонерним режимом і підвищеними вимогами до
захисту об’єктів та устаткування в середині приміщень від інфрачер-
воних променів (музеї, виставкові зали, бібліотеки тощо), а також у
житлових будинках із максимальною інсоляцією. Світлопропускан-
ня тепловбирних стекол становить 65...75%, проникнення інфрачер-
воних променів — 20.. .45%.
Сонцезахисні стекла випускають трьох видів: забарвлені у масі
оксидами феруму, цинку, купруму або іншими сполуками металів; із
плівковими оксидно-металевими покриттями; з прозорими метале-
вими покриттями. Такі стекла мають сіро-блакитний або зеленкува-
то-блакитний колір різної інтенсивності.
Слід пам’ятати, що тепловбирні стекла нагріваються на 3...5°С
більше за звичайні і зазнають відповідно більших температурних
деформацій, тому в конструкції світлового прорізу таке скло має пе-
164
ребувати у вільному стані. При розмірах листа понад 150x800 мм
використовують гумові прокладки.
Тепловбирне скло рекомендується використовувати як зовнішнє
при подвійному склінні з обов’язковим провітрюванням простору
між рамами.
Теплозахисні та тепловідбивні стекла — це поліровані стекла
відомі як низькоемісійні, з плівковими покриттями на основі оксидів
металів. Для виробництва їх використовують прозорі плівки від сі-
ро-димчастого до синьо-фіолетового кольору. Інтенсивність кольору
можна регулювати товщиною шару покриття, яка змінюється в ме-
жах 0,3... 1 мкм. Світлопропускання теплозахисного скла становить
ЗО...70% незалежно від товщини.
Нанесення на скло тепловідбивної плівки практично не змінює
прозорості скла щодо сонячної радіації, але значно зменшує його
здатність поглинати довгохвильове випромінювання.
Плівкові покриття мають властивості світлового фільтра, і візу-
ально емісійні стекла не відрізняються від звичайних. Є два типи
низькоемісійних покриттів: тверде (А) та м’яке (£).
Тверде покриття наносять піролітичним методом на гарячу по-
верхню скла, і в момент його виготовлення утворюються хімічно
стійкі сполуки. Перевагами скла з твердим покриттям є стійкість до
механічних та атмосферних впливів, недоліком — нерівномірність
нанесеного покриття.
М’яке покриття наносять на поліроване скло методом іонно-
плазмового напилення у вакуумі. Скло з таким покриттям відоме як
Еоуу-Е.
Головною характеристикою теплозбереження є випромінюваль-
на здатність скла (емісія). Чим менша випромінювальна здатність
скла, тим нижчими будуть втрати тепла. Величина випромінюваль-
ної здатності простого скла — 0,83; /С-скла — 0,2, скла Ьоуу-Е —
0,04...1,2. Таким чином, Ьоуу-Е скло за своїми теплозберігаючими влас-
тивостями може перевищувати звичайне скло у 21 раз, а /Сскло —
у 5 разів.
Тепловідбивне скло зменшує теплові витрати через віконні про-
різи та інші види світлопрозорих огорож у будинках, теплицях, а та-
кож захищає від теплоти, яку випромінюють технічні джерела.
Термічно поліроване скло випускають двох видів: дзеркальне —
для виготовлення виробів, до яких ставляться підвищені вимоги що-
до оптичних показників: дзеркал, вітрових стекол автомобілів і спе-
ціальних виробів; технічне — для скління засобів транспорту (крім
вітрових стекол автомобілів), меблів та будівельних споруд.
165
Термічно поліроване скло випускають таких розмірів: довжина —
від 600 до 1600 мм, ширина — від 400 до 1300 мм, товщина — 2, З,
4, 5, 6 і 7 мм. Відхилення розмірів не повинні перевищувати ±2 мм —
для листів площею до 1 м~; ±3 мм — для листів площею понад 1 м\
Коефіцієнт загальної світлопроникності термічно полірованого
скла має бути не менше 0,84 (у перерахунку на 1 см товщини).
Скло повинно бути безбарвним, іноді спостерігаються зеленку-
ватий та блакитнуватий відтінки. Кольорові та іризуючі плями не
допускаються.
Дзеркальне скло (ГОСТ 17716) виготовляють із полірованого
скла товщиною 4... 10 мм нанесенням на тильний бік шару металево-
го срібла або алюмінію та захисного покриття (часто у вигляді ла-
ків). В архітектурі сучасного інтер’єру дзеркала використовують не
тільки за прямим функціональним призначенням, але й як декорати-
вно-оздоблювальний матеріал та як засіб для створення ілюзорно
розширеного простору. Крім крупнорозмірних дзеркал, як облицю-
вальний матеріал використовують дзеркальні плитки, смужки (із
відходів), а також дрібний дзеркальний бій.
За міжнародною класифікацією до безпечного скла поряд з ар-
мованим та багатошаровим склом, відомим як триплекс, та ламіно-
ваним і моліруваним належить скло загартоване.
Армоване кольорове та безбарвне скло (ГОСТ 7481) виготовляють
методом безперервного прокатування з одночасним армуванням мета-
левою сіткою. Поверхня листа може бути гладкою чи візерунчастою.
Для армування застосовують зварну сітку зі сталевого дроту ді-
аметром 0,5...0,60 мм із захисним покриттям.
Армоване скло випускають завдовжки 800...2000 мм, завширш-
ки 400... 1600 мм і завтовшки 5,5 мм для безбарвного й 6,0 мм для
кольорового скла. Таке скло характеризується підвищеною безпеч-
ністю й вогнетривкістю, оскільки при його руйнуванні уламки
утримуються сіткою.
Хвилясте армоване скло жорсткіше за плоске. Його застосову-
ють для скління великих прогонів.
Багатошарове ламіноване скло, яке в літературі відоме як «три-
плекс», складається з кількох листів полірованого чи неполірованого
скла, міцно склеєних між собою прозорою еластичною прокладкою.
Як склеювальний матеріал застосовують бутафоль-полівінілбути-
раль, пластифікований дибутилсебаціанатом. Внутрішня плівка має
високу прозорість, світло- та теплостійкість, високу адгезію до скла.
Наявність плівки забезпечує основну властивість триплексу — безу-
ламковість при руйнуванні скла.
166
Існує дві основні технології виготовлення триплексу:
- «плівкова» (полівінілбутиральна плівка ПВБ розміщується між
листами, які склеюються між собою при автоклавній обробці);
- «заливна» (між листами скла заливається рідкий полімер, який
полімеризується (залежно від типу полімеру) або під дією темпера-
турного фактора, або ультрафіолетового випромінювання). Три-
плекс, виготовлений за першою технологією, має кращі оптичні ха-
рактеристики, а за другою — міцнісні (за рахунок регулювання
товщини полімеру).
Товщина триплексу становить не менше 9 мм, а маса 1 м“ —
близько 20 кг. За рахунок великої товщини триплекс характеризу-
ється найбільшим термічним опором та високою здатністю до зву-
коізоляції. Світлопроникнеиня триплексу залежно від типу й тов-
щини скла становить 69...78%, термостійкість — понад 100°С,
теплостійкість у межах 100. ..110°С.
Ламіноване скло доцільно використовувати для структурного
скління будівель, балконів, улаштування скляних підлог, бокових
поверхонь ескалаторів та східців.
Різновидом багатошарового скла є моліруване (гнуте) скло, яке
отримують із використанням спеціальних технологій, що передба-
чають термічну обробку та гнуття за фіксованим радіусом в одній
площині з утворенням 8, V, ./-подібних форм або у двох площинах.
Таке скло використовується для виготовлення декоративних еле-
ментів при оздобленні приміщень.
Скло плоске загартоване (ДСТУ Б В.2.7-110-2001) характеризу-
ється підвищеною механічною міцністю, термостійкістю та безпеч-
ним характером руйнування. Гартування скла передбачає його тер-
мообробку, тобто нагрівання до температури 600...900°С із наступ-
ним різким, але рівномірним охолодженням поверхневого шару
повітрям або рідинами. Загартоване скло поділяють на поліроване
(ЗПП) і неполіроване (ЗП). При експлуатації допустимим є перепад
температур не менше 120°С. Границя міцності при згині досягає
250 МПа. Загартоване скло не піддається різанню, свердлінню, фре-
зеруванню й іншим видам механічної обробки; зазвичай його роз-
міри встановлюють відповідно до специфікації споживача, передба-
чаючи при цьому необхідні отвори для кріплення, які мають ви-
конуватись до початку загартування. Випускають скло розмірами
2100x3000 мм при товщині від 4 до 19 мм.
Скло загартоване призначене для безпечного скління світлопро-
зорих будівельних конструкцій (віконних і дверних блоків, вітрин,
167
лоджій, балконів). Скло може використовуватися як складовий еле-
мент скляних конструкцій, у тому числі багатошарових. Викорис-
тання загартованого скла практично виключає можливість його
руйнування у склопакеті при добових перепадах температур до 90°С
по внутрішній поверхні зовнішнього скла у пакеті.
Різновидом загартованого скла є стемаліт. На його основі
отримують листи (панелі), які широко застосовують для зовнішньо-
го та внутрішнього облицювання у будівлях різного призначення.
Стемаліт — це загартоване емальоване скло завтовшки 5,0...7,5 мм,
одна поверхня якого покрита кольоровою силікатною фарбою.
Фізико-механічні властивості стемаліту: границя міцності, МПа,
при стиску становить 800...900, при згині — 250, при розтягу — 231;
термостійкість — 1ОО...2ОО°С; термічний коефіцієнт лінійного роз-
ширення в інтервалі температур 2О...ЗОО°С — 9 • 106К-1.
Поверхня листів стемаліту може бути полірованою, кованою, ві-
зерунчастою. Його випускають різних кольорів і відтінків.
Залежно від способу термічної обробки, розрізняють стемаліт
загартований і відпалений.
Технологія виготовлення загартованого стемаліту полягає в то-
му, що листи скла із висушеним шаром фарби нагрівають до темпе-
ратури гартування (620 ..650°С) протягом 3...4 хв за умови постій-
ного охолодження струменем повітря.
Технологічний процес виготовлення відпаленого стемаліту від-
різняється від загартованого тим, що замість загартовування відбу-
вається відпалювання скла за спеціальним режимом.
Будівельні вироби зі скляних розплавів. Зі скляних розплавів
виробляють багато різноманітних матеріалів, які поділяють на щіль-
ні, ніздрюваті, волокнисті.
Щільні вироби. Скляні порожнисті блоки (ТОСТ 9272) виго-
товляють методом пресування півблоків та зварювання чи склею-
вання їх у порожнистий блок. При цьому в середині блока утво-
рюється вакуумна повітряна порожнина. Лицьова поверхня бло-
ків може бути гладкою чи рифленою, а на внутрішній для кра-
щого світлорозсіювання випресовують паралельні ребра, лінзи чи
призми (рис. 4.4).
За формою блоки можуть бути квадратними, прямокутними, ку-
товими та радіальними; за світлотехнічними характеристиками їх
поділяють на декоративні, світлорозсіювальні, нерозсіювальні світ-
лоспрямовувальні та теплопоглинальні; за конструктивним оформ-
ленням — на одно- та двокамерні; залежно від кольору скла, вони
можуть бути безбарвними та забарвленими. Блоки випускають та-
168
ких типорозмірів: 194x194 мм, 244x244, 294x294 мм завтовшки
98 мм і 244x244 мм завтовшки 75 мм. Товщина лицьових стінок не
менша 8 мм.
Рис. 4.4. Скляні порожнисті блоки:
а — квадратний; б — радіальний:
1 — півблоки пресовані; 2 — повітряна порожнина;
З — рифлі; 4 — площина зварного шва
Світлопропускання становить 50...65%, а світлорозсіювання —
до 25%, коефіцієнт теплопровідності — 0,42 Вт/(м-К), термічна
стійкість — ЗО...5О°С.
Середня густина блоків — 800 кг/м3. Механічна міцність блоків
досить висока: границя міцності при стиску в напрямі, перпендику-
лярному до лицьової поверхні, становить 20...22 МПа, при стиску в
торець блока— 1,5...4,0 МПа.
Стіни зі скляних блоків характеризуються коефіцієнтом заглу-
шення звуку 38...40 дБ.
Склопакепги (ДСТУ Б В. 2.7-110-2001) (рис. 4.5) виготовляють
дво- або тришаровими (ще їх називають, відповідно, одно- або дво-
камерними — за кількістю порожнин між стеклами). Для цього пло-
скі стекла по периметру приклеюють до металевої рамки спеціаль-
ними мастиками так, щоб між ними утворилися герметичні порож-
нини. Торці склопакетів обробляють герметизуючими мастиками.
Склопакети можуть мати металеву обкантовку.
169
Випускають склопакети таких розмірів: довжина — 400...2550 мм,
ширина 400...2950 мм, товщина — до 46 мм. Відстань між стеклами
у двошарових склопакетах становить 9, 12, 15 мм, у тришарових —
9 і 12 мм. Товщина стекол має бути не меншою 3 мм.
Двошарові склопакети застосовують для скління при розрахун-
ковій температурі зовнішнього повітря, не нижчій за -40°С, триша-
рові — при температурі, не нижчій за -50°С.
У прошарках клеєних склопакетів зазвичай розміщують актив-
ний вологовбирний компонент, що в поєднанні з їх герметичністю
дає змогу запобігти утворенню конденсату на внутрішніх поверхнях
при температурі зовнішнього повітря, що досягає -40 або +50°С.
Клеєні склопакети мають рамки зі сталі, алюмінію, деревини або
синтетичних матеріалів. Простір між рамкою та ребрами стекол за-
повнюють ущільнювальною еластичною масою. Основні властивос-
ті склопакетів наведено в табл. 4.3.
Рис. 4.5. Конструкції склопакетів:
а — двошарових (однокамерних); б — тришарових (двокамерних):
1 — скло; 2 — повітряні порожнини; 3 — металева рамка;
4 — герметик; 5 — осушувач; 6 — обкантовка
б
Клеєними склопакетами заповнюють зовнішні прорізи з однорам-
ними коробками — вікна, вітрини, зенітні ліхтарі та балконні двері
споруд різного призначення.
170
Таблиця 4 З
Фізичні властивості склопакетів
Показник Склопакет з повітряним прошарком, мм
із 2-х стекол із 3-х стекол
15 20 15 20
Коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м2 Світлопропускання, % Звукоізолююча здатність при ча- стоті 550 Гц, дБ 3,13 70 40...45 2,72 70 40...45 1,97 60 48...55 1,74 60 48...55
Застосування склопакетів дає змогу зменшити товщину конструк-
цій рам приблизно у 2,5 рази, масу — на 15%, витрати матеріалів на
виготовлення рам — на ЗО...40%, підвищити несучу здатність стекол
щодо вітрових і снігових навантажень у 1,4 рази, поліпшити світ-
лотехнічні показники скління.
Різновидом склопакетів є спіевіт — виріб із двох листів скла,
з’єднаних по периметру герметиком та обкантованих водостійкою
еластичною стрічкою, між якими вкладена світлорозсіювальна про-
кладка зі скловолокнистого матеріалу.
Застосовується він за умов необхідності обладнання світлопро-
зорих огорож у приміщеннях, де потрібне м’яке освітлення, рівно-
мірний розподіл світла з виключенням наскрізної видимості та змен-
шенням сонячної радіації.
Особливо ефективними є супертеплозберігаючі склопакети «Те-
плове дзеркало», які пропускають крізь скло видиму частину соняч-
ного спектра (А,і = 0,4...0,7), відбивають інфрачервоні (теплові) про-
мені та блокують ультрафіолетові.
Такі властивості склопакети набувають за рахунок нанесення
покриттів способом напилення у вакуумі.
Профільне скло (склопрофіліт) (ТОСТ 21992) представлено дов-
гомірними виробами швелерного, таврового, напівкруглого, 2- та
И-подібного профілів, виготовлених методом безперервного прока-
тування (рис. 4.6).
Профільне скло швелерного перерізу випускають завдовжки до
5 м, коробчастого — до 7 м. Ширина склопрофіліту швелерного пе-
рерізу 250...500 мм, коробчастого — 250...300 мм. Маса 1 м погон-
ного склопрофіліту швелерного перерізу становить 4,0...4,5 кг, ко-
робчастого — 8,5...9,0 кг.
Профільне скло виготовляють із гладкою чи рифленою або візе-
рунчастою поверхнею, армованим та неармованим, безбарвним та
171
кольоровим (із кольоровим аерозольним покриттям або забарвленим
у масі). Профільне скло характеризується високими експлуатацій-
ними властивостями (стійкістю до деформації під дією зовнішніх
навантажень, водо- та кислотостійкістю) і розраховане на перепад
температур не менше 40°С.
б
Рис. 4.6. Види профільного скла:
а — відкритого перерізу; б — закритого перерізу;
І — швелерне; II, III — ребристе; IV — обрізне; V — коробчасте з одним
швом КП; VI — коробчасте з двома швами КП-2; VII — коробчасте з оваль-
ними кромками бічних стінок; VIII — коробчасте з козирком
Світлопропускання безбарвного профільного склопрофіліту шве-
лерного перерізу — 0,55...0,65, коробчастого перерізу — 0,50...0,55;
границя міцності при стиску і згині становить, відповідно, 17,5
і 9,0 МПа.
Коробчасте профільне скло, яке встановлюється вертикально,
рекомендується робити не більше 4,8 м заввишки, а швелерне —
2,4 м.
Труби скляні та фасонні частини до них призначаються для спо-
рудження напірних (до 0,6 МПа), безнапірних і вакуумних трубо-
проводів, якими транспортуються агресивні (крім плавикової кислоти)
рідини, гази, харчові продукти, вода при температурах -5О...+12О°С.
Випускають такі труби діаметром умовного проходу 40...200 мм, зов-
нішнім діаметром 45...221 мм і завдовжки 1500...3000 мм з інтерва-
лом, кратним 250 мм. Для з’єднання, зміни напряму та розгалужу-
вання в комплекті з трубами постачають фасонні частини до них:
осьоводи під кутом 15, 30, 45, 60, 75 і 90°; осьоводи подвійні, відво-
ди, трійники, хрестовини й переходи. Форми й розміри фасонних
частин, а також допустимі відхилення їх розмірів регламентуються
стандартами.
172
4.4.2. Ніздрюваті та волокнисті вироби зі скла
Вироби такого типу використовують переважно для теплоізоля-
ції будівель та промислового обладнання.
Ніздрюваті вироби. Ніздрювате скло — це штучний силікат-
ний матеріал із рівномірно розміщеними порами (0,1...5,0 мм), роз-
діленими тонкими перегородками із склоподібної речовини. За тех-
нологією отримання розрізняють піно- та газоскло.
Процес виробництва ніздрюватого газоскла полягає в тому, що
тонкоподрібнений склопорошок засипають у спеціальні металеві
форми, вводять добавки (1...2%), які в процесі варіння скла сприя-
ють утворенню газоподібних продуктів. Як газоутворювач застосо-
вують антрацит, кокс, графіт, вапняк, мармур. У процесі нагрівання
до 600...850°С порошок скла в поверхневому шарі плавиться, утво-
рюючи газонепроникну кірку, завдяки чому гази, що виділяються,
не мають можливості залишити шихту і спінюють її. Об’єм склома-
си збільшується, заповнюючи всю форму. Коли закінчується процес
поризації, форми надходять у конвеєрну піч для відпалювання.
Ніздрювате піноскло отримують за «холодною» технологією,
яка передбачає помел склопорошку та його змішування з піноутво-
рювачем і стабілізатором піни. Отриману суміш розливають у металеві
форми, подають на сушіння, а після розкриття форм напівфабрикати!
вироби відправляють на випалювання при температурі 65О...7ОО°С.
Як піноутворювач можна використовувати мильний корінь
(0,5...2% від маси скла) та бентонітову і вогнетривку глину — 2...4%.
Ніздрювате скло за призначенням поділяється на:
- ізоляційне (для утеплення огороджувальних конструкцій буді-
вель);
- ізоляційно-монтажне (для ізоляції морозильних установок і те-
плових агрегатів із температурою від -160 до +400°С);
- вологозахисне ( з водопоглинанням не більш 1,8%);
- спеціальне.
Основні властивості деяких видів ніздрюватого скла наведено в
табл. 4.4. Ніздрювате скло легко піддається розпилюванню, шліфу-
ванню, свердлінню, склеюванню цементами, має підвищену біостій-
кість. Застосовують його у виробах для тепло- та звукоізоляції.
Одним із разновидів піноскла є пінодекор. Його виготовляють
у вигляді плит марок за середньою густиною (кг/м3) 400, 800, 1000
і 1200, завдовжки і завширшки 150, 200, 300, 400, 450 мм, завтовшки
15...40 мм. Лицьова поверхня плит з пінодекору покрита суцільною
склоподібною кольоровою плівкою, зворотний бік шорсткий для
надійного зчеплення з розчином.
173
Таблиця 4.4
Характеристики різних видів ніздрюватого скла
Показник Ніздрювате скло
ізоляційне ізоляційно- монтажне волого- захисне спеціальне
Середня густина, кг/м3 150...250 130...160 140...180 250...500
Коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м • К) 0,06...0,087 0,055...0,07 0,06...0,07 0,1...0,125
Границя міцності при стиску, МПа 0,08...2,0 0,5...0,8 0,6...0,9 3...5
Максимально допустима тем- пература застосування,°С +400 -160...+400 +600 —
Плити з пінодекору призначені для зовнішнього та внутрішнього
облицювання будівель з одночасною теплоізоляцією стін.
Волокнисті вироби. Виробництво скляного волокна та вати
ґрунтується на здатності розм’якшеної скломаси витягуватися в тонкі
нитки. Шихта для отримання скляного волокна складається з квар-
цового піску, соди або сульфату натрію, польового шпату, іноді до-
дають крейду, доломіт, каолініт та скляний бій.
Залежно від довжини ниток, скловолокно поділяють на неперервне
та штапельне (завдовжки до 50 см). За діаметром скловолокно бу-
ває: ультратонким <1; супертонким 1...2; тонким 3...10; потовщеним
11...20; грубим — понад 20 мкм. Залежно від галузі застосування,
скловолокно поділяють на текстильне (діаметр 3...7 мкм) і штапель-
не (діаметр частинок коливається від 1 до ЗО мкм).
Технологія виробництва скловолокна передбачає такі етапи: під-
готовка шихти, варіння скломаси та виготовлення волокна. Варять
скломасу в печах, причому температура варіння залежить від хіміч-
ного складу і становить 1500...1600°С та більше (вогнетривке волокно).
Виготовляють скловолокно такими способами: штабиковим, фі-
льєрним, відцентровим одноступінчастим, дуттьовим, фільєрно-дут-
тьовим, відцентрово-фільєрно-дуттьовим.
Штабиковий спосіб ґрунтується на підігріванні до розплавлення
скляних паличок — штабиків та витягування з них скляного волок-
на, намотуваного на барабан.
Фільєрний спосіб ґрунтується на витягуванні волокон із склома-
си крізь фільєри та намотування їх на барабан, що обертається.
Фільєрний, штабиковий та відцентровий способи характеризу-
ються низькою продуктивністю, а тому скловолокно одержують пе-
174
реважно дуттьовим, фільєрно-дуттьовим або відцентрово-фільєрно-
дуттьовим способами (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Виготовлення скловолокна відцентровим {а)
і дуттьовим (б) способами:
1 — ванна з розплавом; 2 — струмінь розплаву; З — пальник; 4 — патрубок
подачі стислого повітря чи пари; 5 — центрифуга; 6 — скляне волокно
Дуттьовий спосіб передбачає розпилення скляного розплаву
струменем пари або стислого повітря під тиском 0,5... 1 МПа і дозво-
ляє отримати скловолокно діаметром 10... 13 мкм невеликої довжини
з мінімальною кількістю неволокнистих включень (корольків), які
зазвичай погіршують теплоізоляційні властивості матеріалу. Таке
скловолокно називають скловатою.
Скловата складається з тонких волокон склоподібної структури,
чим менша їх товщина, тим кращі теплоізоляційні властивості мате-
ріалу. Довжина волокон визначається хімічним складом розплаву,
технологією отримання і становить 2...300 мм, причому більш довгі
волокна надають виробам більшої міцності та еластичності.
Скловата відрізняється від мінеральної вати більшою хімічною
стійкістю при майже однаковому коефіцієнті теплопровідності.
Температуростійкість її залежить від хімічного складу. Вона не годить,
не жевріє, її середня густина у пухкому стані становить 130 кг/м3.
Номенклатура виробів на основі скловати є достатньо широкою і
може бути відображена такою класифікацією:
-штучні вироби, що можуть бути м’якими, напівжорсткими,
жорсткими, підвищеної жорсткості та твердими (плити, циліндри,
напівциліндри, сегменти);
175
- рулонні або гнучкі (мати в рулонах , шнури, джгути);
-пухкі (мінеральна вата сира, мінеральна вата гранульована).
Гнучкі вироби на основі скловати випускають як із використанням
в’яжучої речовини, так і без неї. Отримані вироби (мати) характери-
зуються середньою густиною 50... 100 кг/м3, коефіцієнтом теплопро-
відності 0,03...0,067 Вт/(м • К), максимально допустимою температу-
рою застосування 500°С. Середня густина шнурів досягає 90 кг/м3,
коефіцієнт теплопровідності — 0,052 Вт/(м • К), максимально допу-
стима температура застосування — 450°С.
Для виготовлення напівжорстких та жорстких виробів найчасті-
ше використовують органічні в’яжучі речовини, в тому числі фенол-
формальдегідні та карбамідні смоли. Також можуть бути викорис-
тані неорганічні матеріали, наприклад, глинисті зв’язки та лужні
алюмосилікатні в’яжучі речовини. Середня густина отриманих ви-
робів на основі органічних в’яжучих становить 50...75 та 100... 150 кг/м3,
коефіцієнт теплопровідності — 0,041...0,046 Вт/(м • К), максимально
допустима температура застосування — 150°С.
Скловолокно найчастіше використовують для виготовлення ру-
лонних або гнучких матеріалів (джгути (ровінги), скляна тканина,
рогожка, неткане полотно), а також як армуючий компонент для
отримання фібробетонів та інших композиційних матеріалів. Кисло-
тостійкість скловолокна є досить високою, лугостійкість можна під-
вищити завдяки введенню до скломаси оксидів цирконію, феруму,
цинку, лантану тощо. Температуростійкість залежить від хімічного
складу скломаси: для кварцового, корундового становить 1200...1500°С,
для магнієалюмосилікатного — 940...1000°С, для лужного — 600...750°С;
гігроскопічність — 0,1...0,2%. Скляні волокна, скловату та вироби
на їх основі використовують для теплоізоляції поверхонь промисло-
вого обладнання і трубопроводів, для виготовлення легких багато-
шарових стінових панелей, плит покриттів та звукопоглинальних і
звукоізолюючих конструкцій.
4.4.3. Склокристалічні матеріали
Склокристалічними називають штучні полікристалічні матері-
али, які одержують кристалізацією скла або кам’яного розплаву від-
повідного хімічного складу.
Структура склокристалічних матеріалів нагадує мікробетон, де
наповнювачем є кристалічна фаза з розміром кристалів 1...2 мкм, а
в’яжучою речовиною — прошарки скла між кристалами. Залежно
від співвідношення кристалічної та скляної фаз склокристалічні ма-
176
теріали поділяють на матеріали з переважанням склоподібної фази
та матеріали з переважанням кристалічної фази (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Класифікація склокристалічних матеріалів
Сировиною для склокристалічних матеріалів є ті самі природні
матеріали, що й для скла (з підвищеними вимогами щодо чистоти), а
також ряд спеціальних домішок — каталізаторів (модифікаторів),
які інтенсифікують процес кристалізації скла.
Склокристалічні матеріали з переважанням склофази (вміст
кристалічної не перевищує 30%) представлені переважно декорати-
вними облицювальними виробами.
Облицювальну плитку виготовляють із незабарвленого чи кольо-
рового глушеного скла безперервним прокатуванням або пресуван-
ням. Розміри плиток від 50x50 до 150x50 мм; товщина 4, 5 і 6 мм.
Лицьова поверхня плиток може бути полірованою чи матовою, гла-
денькою чи з рельєфним рисунком, причому зворотний бік обов’яз-
ково роблять рельєфним.
Емальовану плитку виготовляють із відходів кольорового вікон-
ного чи візерунчастого скла, розрізаючи його на формати розмірами
від 100x100 до 200x200мм. Товщина плиток — 4, 5 і 6 мм. Після на-
несення непрозорої емалі на одну поверхню плиток їх сушать, а по-
тім відпалюють при температурі 700...800°С. Під час відпалювання
емаль оплавляється і спікається з поверхнею скла, утворюючи шар
завтовшки 0,2...0,3 мм.
Скляна емальована плитка характеризується високою хімічною
стійкістю та застосовується для облицювання приміщень з агресив-
ними середовищами.
177
Килимово-мозаїчні плитки (ГОСТ 17057) виготовляють розміра-
ми від 20x20 до 30x30 мм і завтовшки 3...5 мм із кольорової глуше-
ної скломаси методом безперервного прокатування або пресування.
Смальта — це плоскі плитки неправильної форми з глушеного
скла. Мають характерний колір та злом. Виготовляють смальту ме-
тодом пресування чи лиття скломаси у форму, а також пресуванням
напівсухих скляних порошків. Розміри смальти: довжина 13... 15 мм,
ширина 8,5... 10 мм, товщина 5...20 мм (площа 1...2 см2).
Смальту застосовують для мозаїчних панно, картин і різних де-
коративних композицій на фасадах будинків тощо. Наприклад, у
Софійському соборі (X ст., м.Київ) збереглася мозаїка, виконана зі
смальти, що має 177 відтінків різних кольорів, у тому числі червоно-
рожевих — 19, синіх — 21, зелених — 34, золотих — 25.
Крім смальт, для створення мозаїки використовують «канто-
рель» — прозорі скляні плитки, зворотний бік яких має непрозорий
фон, отриманий методом металізації.
Скляну крихту застосовують для декоративного оздоблення фа-
садів, інтер’єрів будівель громадського призначення. Одержують її
подрібненням глушеного або незабарвленого скла. Розмір зерен
крихти — 0,4... 10,0 мм.
Скло марбліт виготовляють забарвленим у масі (глушеним) у різ-
номанітні кольори: жовтий, молочний, кремовий, чорний, сірий,
зелений, рожевий тощо. Таке скло може бути й мармуроподібним.
Виготовляють його прокатуванням чи литтям плит завтовшки 5... 12 мм
і розміром 500x500 мм. Зовнішня поверхня може бути полірованою,
візерунчастою, шорсткою чи вогняно-полірованою. Для забезпечен-
ня зручності закріплення плит за допомогою розчинів зворотний бік
роблять з нарізкою або рифленим.
Декоративний марбліт (авантюринове скло) — кольорове скло з
кристалічними включеннями хром- та залізомістких сполук або кри-
сталів купруму, які забезпечують мерехтіння і блиск за рахунок їх
високого показника заломлення порівняно з основним склом. Плити
виготовляють методом прокату з використанням одновалкової ротор-
ної машини.
Скломармур одержують обмеженим змішуванням розплаву ви-
хідного скла і глушеного забарвленого, хімічний склад якого є подіб-
ним до складу вихідного розплаву. Ефект глушення скла досягаєть-
ся використанням домішок (сполук фтору або фосфору) або стекол
визначеного складу, що мають здатність при охолодженні до ліква-
цїї, тобто до фазового розшарування. Як барвники використовують
відходи різних виробництв, у тому числі гальванічного.
178
Технологічна лінія складається із скловарної печі, прокатної ма-
шини та роликової печі відпалювання.
Випускають скломармурові вироби у вигляді плит розмірами від
200x200 до 500x500 мм і завтовшки 7 і 10 мм, які можуть мати різну
кольорову гаму.
Також освоєно випуск склокристалічних облицювальних компо-
зиційних матеріалів: склокремнезиту і склокераміту.
Склокремнезит — це дво- або тришаровий матеріал; нижній шар
є спеченою сумішшю безбарвних скляних гранул і кварцового піску,
а верхній складається з розплавлених гранул кольорового скла. Се-
редній шар може бути з глушеного скла. Структура склокремнезиту
подібна до структури полірованих щільних гірських порід. Випус-
каються плити розміром 200x300 мм, завтовшки 15 мм.
Склокераміки — це двошаровий матеріал, нижній шар якого
(підкладка) складається із 75% подрібненого склобою. 5% кварцово-
го піску й 20% глини. Підкладку формують на пресах або отриму-
ють у вигляді безперервної стрічки методом екструзії. Декоратив-
ний шар створюють, посипаючи кольоровий склогранулят на
поверхню відформованої підкладки. Підготовлені плити відпалюють
у роликових тунельних печах, далі охолоджують й розрізують алмаз-
ними дисками на плитки заданих розмірів. Технологія виготовлення
склокераміту дає змогу утилізувати значну кількість склобою. Роз-
міри плит 300x300 і 300x150 мм, товщина 15 мм. Лицьова поверхня
плит полірована, а тильна — грубошорстка.
Плитки застосовують для облицювання внутрішніх та зовнішніх
стін будівель і споруд різного призначення, а також для покриття
підлог.
Склокристалічні матеріали з переважанням кристалічної
фази відрізняються від вищерозглянутих необмеженим терміном
експлуатації, тобто характеризуються атмосферо- та світлостійкіс-
тю, зносостійкістю, водонепроникністю, стійкістю до вицвітання під
впливом сонячного випромінювання та миючих засобів. Всі ці пере-
ваги досягаються завдяки формуванню специфічної структури, кри-
сталічна фаза якої представлена воластонітом або іншими мінералами,
що утворюються при термообробці у вигляді голчастих кристалів.
Особливе місце серед цього класу матеріалів займають технічні
ситали, які характеризуються унікальним діапазоном фізико-меха-
нічних властивостей, а саме нульовим коефіцієнтом термічного роз-
ширення, специфічними оптичними показниками, високою міцніс-
тю, термостійкістю, а також низьким коефіцієнтом тертя і підви-
щеною абразивною стійкістю.
179
Технологія виготовлення ситалів передбачає використання ос-
новних етапів технології скляного виробництва (приготування ших-
ти —> варіння скла —> формування виробів —> відпалювання виробів),
але відрізняється процесом кристалізації виробів, який відбувається
відразу за формуванням, без відпалювання, або здійснюється після
відпалювання. Крім того, температура варіння скломаси для ситалів
може бути вищою, ніж для будівельного скла: 1300... 1700°С. Крис-
талізація виробів відбувається у дві стадії. Перша стадія реалізуєть-
ся в інтервалі температур, який сприяє утворенню центрів кристалі-
зації; а друга — в інтервалі температур, що забезпечує максималь-
ний ріст кристалів. Зазначені температури залежать від виду шихти
й можуть перебувати в межах: для стадії І — 700..740°С, для стадії
II — 900...1150°С. Змінюючи режим термообробки, можна регулю-
вати розміром і кількістю утворюваних кристалів, а отже, і власти-
востями отриманого матеріалу (рис. 4.9).
Рис. 4.9. Температурний режим виготовлення ситалів
із кремнеземистих порід (діатоміту, трепелу, опоки)
Відпалювання (охолодження) виробів малих розмірів виконують
за режимом охолодження скляних виробів. Великогабаритні вироби
охолоджують повільніше за режимом, який виключає виникнення
небезпечних напружень.
За зовнішнім виглядом ситал — це щільний дрібнозернистий ма-
теріал, колір якого залежить від складу шихти та каталізатора. На-
приклад, колір ситалу, виготовленого зі скляної шихти та каталіза-
тора, що представлений сульфідом феруму, — чорний, оксидом
цинку — білий, оксидом хрому — блакитний.
Ситали порівняно з іншими будівельними матеріалами мають
високу середню густину, підвищену міцність, зносо- та корозійну
стійкість (табл. 4.5). Ці властивості визначають їх довговічність при
експлуатації в різних умовах.
180
Порівняння властивостей ситалів
та відомих будівельних матеріалів
Сталь о о 00 420...550 400...1600 210...220 О 1
Граніт 2600...2800 100...250 15 8...25 0,1...0,5 95...95,5
Скло віконне 2500...2600 600... 700 60...70 60...70 о 55...58 о ос о о <4 о
Петроситал 2900...3000 700...850 130...170 40...50 о 99,8 94...96
Шлакоситал 2600...2800 500...650 90...130 90...100 о 98,8...99,8 94,7...90,0 10‘0
Ситал 2600...2900 800... 1000 100...225 72...135 о 97,8...98,9 1
Показник Середня густина, кг/мл Границя міцності, МПа: при стиску при згині Модуль пружності, Е 103, МПа Водопоглинання, % с х о £ □ 2 3 □ 0 0 ІМІ □ 3 о 1 1 )! ! о £ 2 л» -> о Стираність, г/м2
181
Листи і плити із ситалів застосовують як облицювальний матері-
ал, для футерування резервуарів хімічної промисловості, а також
для виготовлення труб. Плоскі та хвилясті вироби із ситалу можна
використовувати для влаштування покрівель.
Сигран — це склокристалічний матеріал, в основу отримання
якого покладено принцип направленої сферолітової кристалізації
скла воластонітового складу (СаО-8іО2). Як каталізатори використо-
вують оксиди титану та цирконію. Вироби виготовляють методом
пресування скломаси у вигляді плиток. Поверхня сиграну імітує
граніт. Лицьову поверхню плиток шліфують і полірують, а тильну —
рифлюють. Розміри плиток — 300x300 і 300x150 мм, товщина 15 мм.
Перспективним є отримання склокристалічних матеріалів мето-
дом спікання гранул із наступною кристалізацією їх. Цим способом
Рис. 4.10. Схема отримання матеріалу типу неопар’є:
а — гранули скла при кімнатній температурі; б — спікання гранул при
Т- 950°С; в — початок кристалізації при Т= 950°С; г — кінець кристалізації
при Т= 1100°С, час витримки — 1 год
Шихту, що містить мас. % 8іО2 — 5, А12О3 — 7, В2О3 — 1, СаО —
17, 2пО — 6,5, ВаО — 4, Иа2О — З, К2О — 2 8Ь263 — 0,5, варять
при Т= 1500°С. Отриманий розплав гранулюють і одержують гра-
нули розміром 1...7 мм. Після сушіння гранули укладають на піддо-
ни і подають до тунельної печі, де відбувається їх спікання та крис-
талізація. Після термообробки спечений склокристалічний матеріал
містить 40% кристалічної фази, що дозволяє надавати виробам при
повторному нагріванні будь-якої форми, завдяки чому відкривається
можливість виготовляти круглі колони та арочні склепіння, вироби
малої архітектури.
Поверхня виробів шліфується та полірується для підкреслення
мармуроподібного малюнка, який створюється голчастими криста-
лами воластоніту. Неопар’є використовують для покриття підлог,
зовнішнього та внутрішнього оздоблення будинків і споруд.
182
4.5. Матеріали та вироби зі шлакових розплавів
Найбільш розповсюдженими відходами, що використовуються у
виробництві скляних та склокристалічних матеріалів, є шлаки чор-
ної і кольорової металургії та хімічної промисловості.
Шлаками називають штучні силікатні матеріали, які утворю-
ються під час плавлення чорних та кольорових металів із руди. За-
лежно від етапу переробки металу (виробництво чавуну або сталі)
утворюються доменні або сталеплавильні шлаки.
За хімічним складом шлаки, залежно від модуля основності
Мо = (СаО+М^О) / (8іО2+А12О3),
поділяють на основні (Мо> 1); нейтральні (Мо= 1); кислі (Мо< 1).
Ефективність застосування металургійних шлаків полягає в то-
му, що їх перероблюють не тільки у твердому стані, але і у вогняно-
рідкому.
Регулювання швидкості охолодження шлакового розплаву —
основний засіб впливу на фазові перетворення при кристалізації ви-
робів. Швидке охолодження вогнянорідкого шлакового розплаву
водою — найпоширеніший спосіб виробництва гранульованого мате-
ріалу склоподібної структури зі специфічними властивостями. Оброб-
ка шлакового розплаву меншою (порівняно з грануляцією) кількістю
води сприяє утворенню пористого матеріалу — шлакової пемзи.
У переробці металургійних шлаків існують два напрями: перший —
масова переробка з одержанням шлакомістких, але менш ефектив-
них з економічного боку матеріалів (гранульований шлак, шлакова
пемза, щільний литий щебінь); другий — виробництво менш шла-
комістких, але цінніших матеріалів (шлакова вата й вироби з неї,
шлакоситали, шлакове литво).
Для одержання гранульованого шлаку застосовують установки
різних видів: басейнові, жолобні мокрого гранулювання, барабанні,
гідроударні напівсухого гранулювання та придоменні.
Усі способи можна об’єднати в три групи: мокре, напівсухе, та
сухе гранулювання.
При мокрій грануляції шлаковий розплав зливають у басейн із
водою, причому вологість продукту становить 25...30%.
Напівсухе гранулювання полягає в тому, що шлаковий розплав
обробляється обмеженою кількістю води, а далі відлежується на
площадці доти, доки вологість його стане 10... 15%. Залежно від виду
застосовуваного обладнання, напівсухий спосіб поділяють на гідро-
жолобний, барабанний та гідроударний.
183
При сухій грануляції для охолодження й подрібнення шлакового
розплаву подають обмежену кількість води, щоб забезпечити її пов-
не випаровування. Розповсюдження набули такі способи сухого
гранулювання: відцентровий, валковий, барабанний та водо дуттьо-
вий. Вологість гранульованого шлаку становить 6... 10%.
Зауважимо, що одержувати гранульований шлак із низькою во-
логістю безпосередньо на установці для грануляції економічніше,
ніж із наступним збезводненням або сушінням.
За зерновим складом гранульовані шлаки належать до крупних
пористих пісків (фракція 0...10 мм) із модулем крупності 2,5...3,5.
Шлакова пемза — це пористий матеріал, який одержують по-
ризацією шлакового розплаву, його наступним подрібненням та сор-
туванням.
Залежно від насипної густини (кг/м3), шлакову пемзу (щебінь
або гравій) поділяють на такі марки: 400, 450, 500, 550, 600, 650,
700, 750, 800, 850 і 900. Міцність шлакової пемзи при стискуванні в
циліндрі має бути не менш як 0,5...2,5 МПа.
На металургійних підприємствах застосовують різні способи ви-
робництва шлакової пемзи: траншейно-бризкальний, басейновий,
вододуттьовий та гідроекранний.
Пористий пісок одержують подрібненням шлакової пемзи (рядо-
вий — фракції 0...5мм, дрібний — фракції менше 1,25 і крупний —
1,25...5,00 мм) і залежно від насипної густини поділяють на марки
600, 700, 800, 900 і 1000.
Щебінь щільної структури одержують подрібненням відвальних
шлаків або спеціальною водотермічною обробкою шлакових роз-
плавів (литий щебінь).
Технологія одержання щебеню з вогнянорідких шлакових роз-
плавів полягає в пошаровому (8... 10 см) зливанні шлаку в траншеї
або ливарні площадки з наступним охолодженням водою кожного
шару.
Шлаковий щебінь повинен мати достатню хімічну стійкість, ме-
ханічну міцність та морозостійкість. Міцність щебеню залежить від
його середньої густини, хімічного та мінералогічного складів і
швидкості охолодження. Густину шлакового розплаву можна регу-
лювати введенням домішок (оксидів феруму) або продуванням па-
рою. Внаслідок коригування складу розплаву та застосування відпо-
відних технологічних заходів можна одержати щебінь із насипною
густиною 1350... 1400 кг/м3. Щільний щебінь використовується для
виготовлення бетонів, мінеральної вати, а також для дорожнього бу-
дівництва.
184
Шлакове литво — один із перспективних напрямів викорис-
тання шлаків. Вироби з шлакового литва мають високу зносостій-
кість, стійкість у лужних середовищах, морській воді та забрудненій
атмосфері. Вироби за своїми характеристиками не поступаються за-
лізобетонним, а за рядом показників (зносостійкість, жаростійкість)
переважають їх. Середня густина литих виробів досягає 3000 кг/м3,
границя міцності при стиску 500 МПа, при згині — 50 МПа.
Методом шлакового лиття можна виготовляти дрібноштучні ви-
роби (каміння для вимощування доріг і підлог промислових буді-
вель, плитки й плити) та великогабаритні (бордюрне каміння, дорож-
ні плити, тюбінги), труби та фасонні вироби. При виготовленні
дрібноштучних виробів вміст наповнювачів (заповнювачів) стано-
вить 10...25%, а великогабаритних — 40...60%. Великогабаритні
вироби можна армувати сталевою арматурою.
Технологія виготовлення металоіилакових труб мас деякі особ-
ливості і передбачає використання двох способів: відцентрового та
способу «наморожування». За відцентровим способом у виливницю,
що обертається, заливають рідкий метал, а потім шлак. Труби вихо-
дять двошаровими: іззовні — металеві, усередині — шлакові.
«Наморожування» шлакового шару на металевий кожух полягає
в тому, що металевий кожух попередньо нагрівають до температури
5ОО...7ОО°С. Шлаковий розплав заливають у кожух при температурі
на 50...100°С вищій за його температуру кристалізації. Щоб досягти
потрібної товщини шлакового шару, тривалість «наморожування»
має становити 3...5 хв і більше.
Шлакоситали — це різновид склокристалічних матеріалів,
які виготовляють направленою кристалізацією шлакових стекол.
До складу шихти входять гранульований доменний шлак, кварцо-
вий пісок та каталізатори кристалізації (сульфат натрію, кремне-
фторид натрію, оксиди й сульфіди хрому, титану, мангану, цинку,
феруму тощо).
Виробництво шлакоситалів складається з двох основних етапів:
перший — одержання шлакового скла і формування з нього виробів;
другий — термічна обробка виробів, внаслідок якої утворюється
склокристалічна структура. Розмір утворених кристалів — 0,1.. .3,0 мкм,
а вміст їх — 60...70%.
Із шлакових розплавів, що підлягають направленій кристалізації,
методом пресування виготовляють плити завтовшки до 15 мм і роз-
мірами від 100x100 до 1500x3000 мм, шліфовані плитки завтовшки
10...20 мм і розмірами від 200x200 до 300x300 мм з обробленими
бічними гранями.
185
Шлакоситали виготовляють білого й темно-сірого кольорів; їм
можна надати будь-якого кольору додаванням до відбіленої склома-
си відповідних барвників. Поверхню шлакоситалів можна зафарбу-
вати кольоровими керамічними фарбами.
Труби діаметром до 500 мм виготовляють методом безперервно-
го формування з пластичного шлакоситалового листа, який згорта-
ють за допомогою трубоформувального пристрою з одночасним
зварюванням шва та калібруванням труби спеціальними жолобчас-
тими роликами.
4.6. Матеріали та вироби з кам’яного литва
Литі кам’яні вироби — це штучні силікатні матеріали, одержа-
ні на основі розплавлених гірських порід: базальту, діабазу, менілі-
тових сланців, доломіту тощо.
Технологія виготовлення литих кам’яних виробів передбачає такі
етапи: підготовку сировинних компонентів, плавлення їх, формуван-
ня виробів, кристалізацію та відпалювання. Підготовка шихти вклю-
чає в себе подрібнення й розмелювання вихідних компонентів, пере-
мішування їх до однорідної маси. Масу при температурі 1400...1500°С
плавлять у вагранках, а також у мартенівських, шахтних і електро-
дугових печах. При такій температури в’язкість розплаву є досить
низькою, що сприяє його дегазації. Після зниження температури
розплаву до 1250°С його розливають у форми. У процесі охолод-
ження розпочинається первинна кристалізація. Щоб зменшити
внутрішні напруження, які виникають при охолодженні, відливки
піддають кристалізації та відпалюванню в печах. Кристалізація від-
бувається при температурі 800...900°С. За процесом кристалізації
йде операція повільного охолодження виробів — відпалювання.
Змінюючи умови структуроутворення, одержують матеріали різ-
ної структури: щільні, ніздрюваті і волокнисті.
Щільні матеріали та вироби. З кам’яного литва випускають
вироби у вигляді плоских і вигнутих плиток, деталей жолобів, труб,
штуцерів. Литі вироби світлих тонів застосовують у будівництві як
облицювальний матеріал (плитки, пояски, цоколі тощо), архітектур-
ні деталі, а також в інших галузях промисловості.
Плавлені вироби характеризуються досить великою середньою
густиною (2900...3000 кг/м3). Через малу пористість (до 2%) і закри-
тий характер пор вони мають низьке водопоглинання (до 0,22%) і
підвищену морозостійкість (до 500 циклів). Висока довговічність їх
186
зумовлена підвищеними значеннями кислото- (98,6...99,8%) та луго-
стійкості (до 90%). Стираність виробів із кам’яного литва становить
усього 0,04...0,08 г/см~, тобто в 3...5 разів менша, ніж, наприклад,
граніту. Границя міцності при стиску становить 230...300 МПа, при
згині — 30...50 МПа, при розтягу — 15...30 МПа. Литі кам’яні ви-
роби відрізняються діелектричними властивостями та високою тер-
мостійкістю (до 900°С).
Вироби щільної структури виготовляють із розплаву центрифу-
гуванням, виливанням у касетні форми, а також прокатуванням на
спеціальних станах чи штампуванням. Потім вироби проходять ста-
дії кристалізації й відпалювання. їх витримують у печі при темпера-
турі 9ОО...1ООО°С для одержання кристалічної структури і зняття на-
пружень, що виникають при охолодженні відливка.
Плавлені вироби з вивержених порід мають темний колір. Для їх
відбілювання до складу шихти додатково вводять доломіт, крейду,
мармур і оксид цинку (до 0,8%). Світлі розплавлені маси можна за-
фарбувати у будь-який колір, використовуючи різні оксиди металів.
Для зниження температури плавлення і зменшення в’язкості
розплаву застосовують домішки-плавні, наприклад, плавиковий шпат
СаР2. З метою одержання дрібнозернистої однорідної структури і
прискорення процесу кристалізації в розплав додають домішки-
кристалізатори (хроміт, магнезит). Змінюючи хімічний склад сиро-
винної суміші, можна регулювати термостійкість, температурний
коефіцієнт лінійного розширення й інші властивості виробів.
Волокнисті матеріали виготовляють на основі мінерального во-
локна. Як сировину використовують вивержені гірські породи (габро,
базальт, діабаз, сієніт) або метаморфічні (гнейси, слюдяні сланці).
Залежно від виду сировини та способу виробництва штучне мі-
неральне волокно можна класифікувати так: мінеральне волокно з
температурою застосування 600°С (рядове); високотемпературостій-
ке й вогнетривке волокно з температурою застосування до 1000°С і
вище.
З мінеральних розплавів виготовляють мінеральну вату та виро-
би на її основі. Високі теплоізоляційні властивості мінеральної вати
зумовлюються її малою середньою густиною за рахунок високої по-
ристості (93...95%). Об’єм і розмір пор залежать від діаметра й дов-
жини волокна та наявності «корольків». Довжина волокна колива-
ється від 2 до 30 см. Діаметр волокон здебільшого коливається від
2 до 15 мкм. Теплопровідність мінеральної вати не повинна переви-
щувати 0,045 Вт/(м-К) при температурі (25 ± 5)°С; 0,064 Вт/(м-К) —
при (125 ± 5)°С; 0,105 Вт/(мК) — при (300 ± 5)°С.
187
Мінеральна вата не сприяє розвитку грибів, проте, внаслідок ви-
ділення останніми органічних кислот, вона може руйнуватися.
Мінеральну вату застосовують як тепло- та звукоізоляційний ма-
теріал, а також як основу для виготовлення різних виробів, номенк-
латура яких є досить широкою. З урахуванням екологічних аспектів
виробництва та наявності широкої сировинної бази мінеральна вата
та вироби на її основі займають перше місце серед теплоізоляційних
матеріалів. Вироби з мінеральної вати поділяють на такі групи: ру-
лонні — шнури, джгути, мати; штучні — плити, циліндри, півцилінд-
ри, сегменти (рис. 4.11), сипкі — гранульована вата.
Шнурові матеріали одержують, набиваючи подрібнену вату в
обплетення з металевого дроту, скляних чи бавовняних ниток. Про-
шивні мати виготовляють, обкладаючи шар мінеральної вати гнуч-
кими матеріалами у вигляді металевої сітки, азбестової та склотка-
нини, водонепроникного паперу. Решту видів виробів виготовляють,
використовуючи в’яжучі речовини, які скріплюють волокна між со-
бою і створюють суцільний каркас різної жорсткості. Для виробів з
мінерального волокна застосовують в’яжучі речовини неорганічного
й органічного походження.
Рис. 4.11. Вироби з мінеральної вати:
а — прошивні мати; б — ламельні мати; в — гнучкий пух-шнур;
г — шкаралупи і циліндри
Штучні вироби, залежно від відносної деформації стиску під на-
вантаженням, поділяють на такі види: м’які, напівжорсткі, жорсткі,
підвищеної жорсткості, тверді.
188
Термічні та механічні властивості штучних виробів наведено в
табл. 4.6.
Як органічні в’яжучі речовини для отримання теплоізоляційних
матеріалів на основі мінеральної вати використовують синтетичні
смоли, бітуми, декстрин, крохмаль тощо. Для розчинення зв’язую-
чих речовин найчастіше застосовують такі розчинники, як вода,
спирти, ефіри. Найбільш розповсюдженим видом синтетичних зв’я-
зуючих речовин у виготовленні мінераловатних виробів є фенол-
формальдегідні смоли, зокрема термореактивні фенолоспирти. Також
використовують карбамідні смоли.
Фенолоспирти є водорозчинними фенолформальдегідними полі-
конденсаційними смолами. Фенольні смоли переходять у твердий
нерозчинний стан при температурі 16О...17О°С протягом 10...30 хв
під час проникнення гарячого газоподібного теплоносія через товщу
мінераловатної ковдри. Термін затвердіння фенолоспиртів скорочу-
ється зі збільшенням їх концентрації у водному розчині.
Фенолформальдегідні смоли мають високі адгезійні властивості,
але характеризуються токсичністю, крихкістю затверділих плівок та
швидким старінням.
Карбамідні смоли дешевші за фенолоспирти, мають високу адге-
зію до волокон, не горять, дозволяють одержувати мінераловатні
вироби з високими експлуатаційними характеристиками. Темпера-
тура переходу їх у твердий стан — 130... 140°С.
Таблиця 4.6
Деякі властивості штучних виробів із мінеральної вати
Вироби Марка виробів за середньою густиною, кг/м3 Границя міцності при роз гягу, МПа, не менше Стиску ваність під питомим навантаженням 0,002 МПа, % Теплопро- відність. Вг/(м К). при і / = (25±5іҐС. не більше 1
— ... ... ! На синтетичній в’яжучій речовині
Плити м’які 50 0,008 — 0,047
75 0,008 0,047
Плити: напівжорсткі, 100 — 20 0,049
підвищеної жорсткості 125 — 15 0,049
Циліндри 150 — 6 0,051
150 0,010 — 0,051
200 0,015 0,054
250 0,020 — 0,056
Півциліндри 100 0,010 — 0,047
150 0,015 — 0,051
200 0,020 ’ — 0,054
189
Однак їх більш широке використання стримується нестабільніс-
тю властивостей, значними коливаннями фізико-механічних харак-
теристик готових виробів при однакових технологічних режимах.
Крім того, вони досить чутливі до режимів теплової обробки і недо-
статньо водостійкі. Час зберігання робочих розчинів невеликий.
Останнім часом все ширше використовують багатокомпонентні
в’яжучі, які вміщують композиції смол із різними пластифікатора-
ми, що підвищують еластичність мінераловатних виробів.
4.7. Використання відходів у виробництві
плавлених силікатних виробів
Проблема створення безвідхідних технологій у виробництві скла
та комплексного використання сировини є як ніколи актуальною,
оскільки спрямована на подолання екологічної кризи та вирішення
проблем енергозбереження.
Відходи скляного виробництва поділяють на відходи повернення
(власні) та вторинні (покупні), що обумовлено різними джерелами їх
утворення (сфера виробництва та сфера споживання).
Власні відходи майже повністю утилізуються у технологічному
циклі заводів із виробництва скла, їх додають як добавку до шихти в
кількості 20...30%. Виняток становлять відходи виробництва армо-
ваного скла, триплексу та дзеркал.
Утилізація некондиційного армованого скла можлива в разі вико-
ристання електроімпульсного методу подрібнення бою скла або методу
розчинення відходів у скляному розплаві під дією окиснювачів (КМО3,
А$2О3, СеО2). Використання останнього методу дає змогу отримувати
вироби для внутрішнього та зовнішнього облицювання будинків.
Вторинні відходи можуть бути залучені до виробництва склота-
ри у кількості 20...70%, а також для виробництва теплоізоляційного
волокна, склокульок, що використовуються як наповнювач у фарбах
для дорожніх знаків, для виготовлення кольорового скла. Крім того,
такі відходи застосовують до виготовлення деяких будівельних ма-
теріалів: цегли, декоративних плит, піноскла, бітумного дорожнього
покриття «гласфальт», що містить 45...73% подрібненого скляного
бою та 4...7% асфальту, будівельних панелей, склокришталю, пли-
ток «тераццо», різнокольорової мозаїки.
Відходи килимово-мозаїчної та облицювальної плитки з глуше-
ного та кольорового скла майже повністю переробляються на деко-
ративну скляну крихту. Цікавими є розробки щодо отримання скло-
мармуру на основі відходів скла (тарного та сортового посуду).
190
Широке використання склобою у промисловості України стри-
мується його низькою вартістю, складністю сортування та вилучен-
ня його з інших видів відходів.
Відоме використання склобою як одного з компонентів запов-
нювача для влаштування доріг, наприклад, у США та Канаді. Ця до-
бавка полегшує гальмування та підвищує довговічність автострад.
Відходи шліфування скла використовують як кремнеземистий
компонент для заміни меленого піску при отриманні автоклавних
силікатних виробів.
У виготовленні виробів із силікатних розплавів утилізації підля-
гають не тільки відходи, що представлені склобоєм, але й відходи
металургії, тобто шлаки. Останні використовують як основну сиро-
вину при виготовленні шлакоситалів, шлаковати, а також як барвни-
ки та освітлювачі при виробництві тарного скла, що дає змогу зни-
зити витрати палива та сприяє зменшенню температури варіння на
6О...8О°С без зниження продуктивності виробництва та якості скла.
В деяких країнах шлак використовують для отримання шлакової
склокераміки. До складу шихти для варіння шлакових стекол вво-
дять 30% подрібненого кварцового піску разом із каталізаторами
кристалізації. Шлаки відрізняються високим вмістом лужноземель-
них оксидів, внаслідок чого кристалізація починається вже під час
формування, а отримані вироби мають крупнокристалічну структуру.
Термообробку виробів ведуть спочатку при Т = 700...800°С, а далі
при Т = 900... 1100°С. Використання цієї технології дозволяє отриму-
вати матеріали з високими експлуатаційними властивостями: міц-
ність при стиску — 210 МПа, при згині — 140 МПа, твердість за
Моосом — 8...9, жаростійкість — 900°С.
Таким чином, утилізація відходів скляного виробництва є ефек-
тивним методом економії матеріальних ресурсів: 1 т склобою здатна
замінити 1,2...1,3 т сировинних матеріалів (кальцинованої соди, квар-
цового піску, крейди, доломіту, сполук фтору). Як показує досвід,
доцільним є не тільки використання відходів як добавок у виробни-
цтві тарного, технічного та будівельного скла, але й як основної си-
ровини при виробництві склокристалічних матеріалів: марбліту,
склокераміту, склокремнезиту, скломармуру.
4.8. Деякі аспекти довговічності скла
та склокристалічних матеріалів
До найбільш важливих характеристик, які визначають довговіч-
ність склокристалічних матеріалів, відносять міцність, термічну та
191
хімічну стійкість. Листове скло також має витримувати вплив атмо-
сфери, не втрачаючи при цьому головної властивості — прозорості.
Довговічність скла залежить від його хімічного складу та природи
діючого реагенту. Процес старіння скла починається відразу після
його виготовлення, причому втрата функціональних властивостей
може бути пов’язана як із процесами кристалізації скла, так і з дією
факторів різної природи (механічних, хімічних, фізичних). Зміна зов-
нішнього вигляду скла відбувається по-різному: на поверхні може
з’являтися тонка іризуюча плівка або крапельний наліт, або білі
плями.
Хімічна стійкість оцінюється спроможністю скла протистояти
дії агресивних середовищ і визначається переважно його хімічним
складом. Негативний вплив оксидів лужних металів, що містяться в
склі, різко знижується при введенні до його складу оксидів алюмі-
нію, бору, цирконію,титану.
Стосовно впливу кислот (крім фосфатної та фтористоводневої)
стекла поділяють на кілька груп. Звичайні стекла — віконне, тарне
та інші — руйнуються кислотами; втрати маси стекол при обробці
кислотами прямо пропорційні тривалості впливу кислоти.
Руйнування скла під впливом кислот збільшується при зростанні
їх концентрації до рН = 1,5. При подальшому підвищенні концент-
рації кислоти швидкість руйнування зменшується, а в дуже концен-
трованих кислотах навіть припиняється.
Хіміко-лабораторні стекла також безупинно втрачають масу при
обробці кислотами, але криві втрати маси мають параболічний харак-
тер. Кварцове скло характеризується надзвичайно малими втратами
маси, але при повторних періодичних впливах кислот втрати зрос-
тають зі збільшенням часу. Деякі стекла — боросиликатні, безлуж-
ні, що мають мікролікваційну структуру, — вилуговуються в роз-
чинах кислот з утворенням пористих висококремнеземистих залиш-
ків, що зберігають форму вихідного виробу.
Розчини лугів, фосфатної й особливо фтористоводневої кислот
згодом руйнують скло цілком, оскільки взаємодіють із кремнеземи-
стою складовою скла. Зростання температури і тиску різко підси-
люють хімічну корозію скла. Підвищеною лугостійкістю відрізня-
ються алюмосилікатні стекла, що містять оксиди цирконію, строн-
цію і лантану. До дії фтористоводневої кислоти НР стійкі безлужні
алюмофосфатні і бороалюмофосфатні стекла, що містять оксиди бе-
рилію, магнію, цинку.
Хімічну стійкість скла можна підвищити у 5... 10 разів кислот-
ною обробкою або ще більше — суміщенням кислотної та термічної
192
обробки при Т-400...450°С. Хімічна стійкість скла також зростає
при нанесенні захисних покриттів із гідрофобними властивостями,
що являють собою прозорі плівки складу, наприклад, А12О3 або ХпО,
які не погіршують оптичних характеристик виробів.
Серед сучасних технологій захисту скла відомі технології, що
передбачають надання йому гідрофобних властивостей при одно-
часному вирівнюванні поверхні, що досягається за рахунок вико-
ристання низькомолекулярних реагентів, які представлені суміш-
шю кремнієорганічних сполук (модифікованих силанів) або
силіконовими маслами. Довговічність таких покриттів — від 2 до
5 років.
Хімічна стійкість склокристалічних матеріалів, у тому числі
ситалів, залежить від стійкості кристалічних та аморфних фаз, що
входять до їх складу. На ситали можна поширити відому законо-
мірність, що чим менше лужних оксидів містить матеріал, тим
вища його хімічна стійкість. Кристалічна фаза завжди є більш
стійкою, ніж матричне скло. Шлакоситали характеризуються до-
статньо високою кислото- та лугостійкістю. Крім того, ці матері-
али відрізняються високою міцністю і низьким коефіцієнтом тер-
мічного розширення, а також достатньо високою термостійкістю
(вище 1000°С).
Серед відомих силікатних матеріалів ситали можна вважати
найбільш довговічними матеріалами, що використовують у склад-
них умовах, тобто при дії температурних, хімічно агресивних та ме-
ханічних факторів.
Список літератури до розділу 4
1. Борулько В. И., Гомозова В. Г. Прикладньїе исследования в
технологии производства стекла и стеклокристаллических ма-
териалов / Строительньїе материальї и изделия, 2002 — №1. —
С. 26-28.
2. БьїковА. С. Стеклокремнезит. Технология и применение в строи-
тельстве. — М.: Стройиздат, 1994. — 252 с.
3. Лясин В. Ф., Саркисов П. Д. Новьіе облицовочньїе материальї
на основе стекла. — М.: Стройиздат, 1987. — 193 с.
4. Орлова Л. А., Спиридонов Ю. А. Строительньїе стеклокристал-
лические материальї І Строительньїе материальї. — 2000. —
№6 —С. 17-20.
193
5. Павлушкин Н. М. Основні технологии ситаллов. — М.: Строй-
издат, 1979. — 360 с.
6. Родічев Ю. М. Новітні технології та конструкційна міцність
перспективних матеріалів на основі скла та кераміки І Скло і
кераміка. — 2003. — №2(4). — С. 11-13.
7. Саркисов 77. Д. Направленная кристаллизация стекла — осно-
ва получения многофункциональньїх кристаллических мате-
риалов. — М.: РХТУ, 1997. — 150 с.
8. Стекло. Справочник / Под ред. Н. М. Павлушкина. — М.:
Стройиздат, 1973. — 487 с.
194
11 Розділ 5
І МЕТАЛЕВІ
МАТЕРІАЛИ
Із 117 відомих хімічних елементів близько 85 є металами, решта —
це неметали (металоїди). Однак чіткої границі між металами та не-
металами немає, бо деякі елементи, наприклад Силіцій, Германій,
Станум, Арсен, Селен, Телур, можуть виявляти як металічні, так і
неметалічні властивості.
5.1. Загальна характеристика металів
Металами називають матеріали, які мають велику електро- і те-
плопровідність, непрозорі, здатні до значних пластичних деформа-
цій, що дає можливість обробляти їх під тиском: прокатуванням, ку-
ванням, штампуванням, волочінням. Вони добре зварюються, пра-
цюють при низьких та високих температурах.
Металевий блиск і пластичність — це основні властивості, які
притаманні всім металам. Усі метали в твердому стані мають крис-
талічну будову. Розташування атомів (іонів) у кристалічній речовині
зображують у вигляді елементарної комірки, яка є найменшим ком-
плексом атомів. Багаторазове повторення її відображає розташуван-
ня атомів у об’ємі всієї речовини.
Для металів характерні, в основному, три типи кристалічних ґра-
ток: об’ємоцентрична кубічна (ОЦК); гранецентрична кубічна (ГЦК)
і гексагональна щільно упакована (ГЩУ).
Більшість кристалічних ґраток металів належать до кубічної та
гексагональної систем. Кубічна система може бути простою чи
складною. Так, складна система утворюється тоді, коли іони розмі-
щені не лише у вершинах куба, але й у його центрі — ОЦК, або в
центрах його граней — ГЦК.
195
Об'ємоцентричну гратку (ОЦК) мають тугоплавкі метали (ва-
надій, ніобій, тантал, хром, молібден, вольфрам).
Гранецентрична кубічна гратка (ГЦК) притаманна міді, сріблу, зо-
лоту, алюмінію, свинцю, платині тощо, а також у-залізу, Р-кобальту.
Гексагональна гратка може бути простою, коли іони розташо-
вуються у вершинах шестигранної призми та в центрах її базисів, і
компактною, якщо до них додаються ще три іони з площини, що пе-
ретинає середину призми.
Гексагональну щільно упаковану гратку мають такі метали, як
берилій, магній, цинк, кадмій, гафній тощо, а також ос-кобальт, ос-
титан, ос-цирконій.
Кристалічна будова реальних металів і сплавів не є ідеальною,
тобто періодичність розташування атомів (іонів) у кристалічній гра-
тці порушується численними мікродефектами, які поділяють на точ-
кові, лінійні та поверхневі. Також існують об’ємні мікродефекти.
Точкові дефекти мають невеликі розміри в усіх трьох вимірах —
не більше кількох діаметрів атомів. До них належать вакансії, між-
вузлові або домішкові атоми та їх комплекси. Лінійні мікродефекти
мають малі розміри у двох вимірах і велику протяжність у третьому
вимірі. Такі недосконалості кристалічної будови називають дисло-
каціями. Поверхневі дефекти мають малі розміри тільки в одному
вимірі. До них належать межі зерен і структурних елементів, з яких
складаються зерна.
Вони суттєво впливають на властивості кристалічних тіл, особ-
ливо на їх міцність, ударну в’язкість тощо. У деяких металів (Ре, 8п,
Ті) при зміні температури відбувається перебудова атомів у просто-
рі, тобто змінюється форма кристалічної ґратки. Існування речовини
в різних кристалічних формах (модифікаціях) називається полімор-
фізмом, а перехід з однієї модифікації в іншу — поліморфним пере-
творенням.
Окремі поліморфні модифікації позначають літерами грецької
абетки а, Р, у, 8 тощо, які додають до назв металів, наприклад:
ос-залізо, Р-олово, або до їх символів — Реа, 8пр. При цьому літерою
а позначають модифікації, які існують при температурі, нижчій за
температуру першого поліморфного перетворення.
Під час поліморфних перетворень змінюється не тільки будова
кристалічної ґратки металу, а його властивості — об’єм, пластич-
ність, здатність розчиняти в собі різні домішки тощо.
Чисті метали у звичайному структурному стані мають недостат-
ню міцність і не забезпечують потрібних властивостей, тому у про-
196
мисловості частіше використовують сплави. їх отримують сплав-
ленням чи спіканням порошків двох або більше металів, або металів
із неметалами.
Метали і сплави поділяють на чорні й кольорові. До чорних ме-
талів належать залізо та сплави на його основі (чавун, сталь, феро-
сплави), а до кольорових — мідь, алюміній, цинк, нікель та ін. Як
правило, використовують не чисті метали, а їх сплави, що дає змогу
значно підвищити властивості кінцевого продукту, наприклад, якщо
твердість заліза в умовних одиницях (у.о.) становить 50...80, то при
сплавленні його з вуглецем отримують чавун твердістю 230...410 у.о., а
при сплавленні заліза з вуглецем та хромом отримують інструмен-
тальну сталь, твердість якої в межах 450...700 у.о.
5.2. Основні властивості металів
Особливості структури металів обумовлюють їх фізичні власти-
вості, тобто високу густину, твердість, тепло- та електропровідність,
тугоплавкість, ковкість.
Істинна густина металів змінюється в широких межах: найлег-
шим є калій — 0,86 г/см3, найважчим — осмій (22,5 г/см3). Метали з
густиною до 5 г/см3 належать до легких, а з густиною більше 5 г/см3 —
до важких. Більшість відомих металів є важкими.
Висока електропровідність металів пояснюється наявністю ві-
льних електронів, які переміщуються в потенціальному полі ґратки.
З підвищенням температури збільшуються коливання іонів (атомів),
утворюються вакансії та порушується правильна періодичність по-
тенціального поля, що ускладнює рух електронів та призводить до
збільшення електроопору. При низьких температурах коливальний
рух іонів зменшується і електропровідність збільшується. Деяким
металам, внаслідок утворення пар електронів (при Т < 20 К), прита-
манне явище надпровідності.
Висока теплопровідність металів обумовлюється більшою рух-
ливістю вільних електронів, а висока пластичність — періодичніс-
тю їх атомної будови та відсутністю спрямованості металевого
зв’язку. Наприклад, при прокатуванні залізного бруска товщиною
80... 100 мм отримують дріт товщиною 4 мм та менше. Мідь можна
витягувати у дріт товщиною менше кілька сотих часток міліметра, а
вольфрам — 0,015 мм. При пластичній деформації (кування, прока-
тування) металу відбувається зміщення окремих його об’ємів, але
зв’язок між іонами не порушується. Для порівняння, кристали з іон-
197
ними та ковалентними зв’язками є крихкими, оскільки при дефор-
мації ці зв’язки порушуються.
Метали відрізняються температурами плавлення (ртуть — 39°С,
а вольфрам — 3370°С), твердістю (найм’якіший — свинець, можна
подряпати навіть нігтем, найтвердіший — хром). Деякі метали ма-
ють магнітні властивості і тому називаються феромагнітними (залі-
зо, кобальт, нікель). При нагріванні до певної температури ці метали
втрачають магнітні властивості, наприклад, залізо змінює свої хара-
ктеристики при 7= 770°С, кобальт при Т= 1100°С, нікель при 350°С.
Основні властивості металів, що мають найбільше використання у
будівництві, наведені у табл. 5.1.
Таблиця 5.1
Основні фізико-механічні властивості чистих металів
Хімічний елемент Істинна густина, г/см? Теплоємність, Дж/(кгК) Температура плавлення, °С Твердість, НВ Міцність при стиску, МПа Відносне видовження, % Питомий електричний опір, Ом-м-10-6
А1 2,7 0,88 660,0 280 90 40 0,026
Ге 7,87 0,45 1539,0 800 170...210 40 0,106
Си 8,96 0,38 1083,0 45 250 45(60) 0,045
7.п 7,13 0,12 419,5 360 80 12 0,057
Мі 8,9 0,38 1453,0 350 400...500 50 0,017
РЬ 11,3 0,23 327,4 50 18 40 0,015
XV 19,3 0,13 3410,0 2900 1100 — 0,050
5.3. Фізико-хімічні основи отримання
чорних металів та сплавів на їхній основі
5.3.1. Основи отримання чавуну та сталі
Чавун — це сплав заліза з вуглецем, вміст якого становить понад
2,14%. Його виплавляють у доменних печах. Принцип одержання
чавуну в доменній печі полягає у відновленні заліза, насиченні його
вуглецем та іншими домішками — марганцем, сіркою, фосфором та ін.
Вихідними матеріалами для виробництва чавуну є залізні руди,
флюсуючі матеріали та паливо. Залізна руда — це порода, яка міс-
тить різну кількість заліза у вигляді його хімічних сполук. Мінерали
залізної руди, які не містять металу, називають пустою породою.
198
Руди з малим вмістом заліза перед завантаженням у доменну піч
збагачують методом магнітної сепарації.
У доменному виробництві застосовують такі руди: магнітний за-
лізняк (Ре3О4), що містить заліза до 70%, червоний залізняк (Ре2О3) —
до 60%, бурий залізняк (2Ре2Оз-ЗН2О) — до 40%. Використовують
також руди, які містять, крім заліза, легуючі домішки — хром, ні-
кель, титан, ванадій.
Для зниження температури плавлення пустої породи та відокре-
млення її від металу в доменну піч додають флюси (основні або кислі).
Як флюсуючі матеріали, що утворюють сплав із кремнеземом
(8іО2), використовують породи, які містять СаО (основний флюс) —
крейду, вапняки. Якщо пустою породою в руді є вапняк, як флюси
використовують кремнеземисті породи (кислий флюс).
Введені в шахту доменної печі флюси утворюють з пустою по-
родою руди сплав, який відокремлюють від металу у вигляді шлаків.
Кількість останніх коливається від 0,3 до 1 т на 1 т чавуну.
Як паливо в доменному виробництві застосовують висококало-
рійні малозольні матеріали. Найбільше значення має кокс, який одер-
жують у результаті сухої перегонки кам’яного вугілля без доступу
повітря.
Доменний процес проходить у вертикальній металевій шахті ви-
сотою до 40 м і діаметром до 10 м. Всередині шахта відфутерована
вогнетривкою цеглою (динасовою, шамотною, магнезіальною або
доломітовою), оскільки температура в деяких її зонах досягає понад
1500°С, а також вона зазнає дії газів, тертя шихти, рідких шлаків та ін.
У процесі плавлення залізної руди кокс, з’єднуючись із киснем
повітря, інтенсивно згоряє і утворює вуглекислий газ, який віднов-
лює оксиди феруму до чистого заліза за схемою
Ре2О3 —> Ре3О4 —» РеО —» Ре.
Головними реакціями відновлення є:
ЗРе2О3 + СО = 2Ре3О4 + СО2Т;
Ре3О4 + СО = ЗРеО + СО2Т;
РеО + СО = Ре + СО2?;
Ре2О3 + ЗСО = 2Ре + ЗСО2?.
При цьому відновлюються й інші сполуки, що містяться в руді:
оксиди силіцію (8іО2), мангану (Мп2О3), фосфору (Р2О5), які з част-
кою сірки переходять у чавун.
При температурі 1130°С (в зоні розпарювання) чавун (сплав залі-
за з вуглецем у кількості 2,14...6,67%) розплавляється, краплями сті-
199
кає у горн і збирається в його нижній частині, а над ним міститься
шар розплавленого шлаку, який складається з оксидів, що входять
до складу пустої породи руди. Чавун і шлак у вигляді розплаву періо-
дично (4...6 разів на добу) випускають через нижню чавунну і верх-
ню шлакову льотки.
У процесі доменної плавки можна одержати: переробний (білий)
чавун у кількості до 90%, який використовують переважно для ви-
робництва сталі; ливарний (сірий) чавун — 8... 15%, з якого вироб-
ляють чавунні відливки, феросплави (до 3%) із підвищеним вмістом
мангану та силіцію, в тому числі феросиліцій із вмістом силіцію по-
над 9%; феромарганець із вмістом мангану понад 70%; дзеркальний
чавун із вмістом до 25% мангану і до 2% силіцію, які використову-
ють як домішки при виробництві сталі.
Існує декілька способів виробництва сталі, в тому числі марте-
нівський, конвертерний та електросталеплавильний.
Мартенівський спосіб виробництва полягає в тому, що сталь
виплавляють із переробного чавуну, сталевого брухту з додаванням
руди та флюсів на поді полуменевої відбивної печі, яка має регене-
ратори для підігрівання повітря й газу. При мартенівському способі
у розплавленому металі може міститися залізо у вигляді ГеО, яке
знижує якість сталі. Для відновлення цієї сполуки у розплав перед
випуском додають розкиснювачі (феромарганець, алюміній тощо).
Універсальність мартенівського способу дозволяє отримувати якісні
сталі різних марок.
Конвертерний спосіб виробництва сталі полягає в тому, що
розплавлений чавун, який міститься у конвертері, продувається кис-
нем крізь спеціальні отвори, рівномірно розподілені у днищі конвер-
тера. Крім того, цей спосіб дає змогу використовувати як шихту рід-
кий чавун, до 50% металевого брухту, руду, флюс.
Собівартість конвертерної сталі на 5% нижча від мартенівської,
значно вища продуктивність праці.
Електроплавильний спосіб передбачає отримання сталі у дуго-
вих або індукційних електропечах, при цьому використовують ста-
левий скрап, залізну руду та рідкі сталі, що надходять із мартенівсь-
кої печі або конвертера.
Порівняно з іншими плавильними агрегатами, електропечі ма-
ють деякі переваги: можливість швидкого нагрівання і підтримання
потрібної температури в межах до 2000°С, створення окиснюваль-
ної, відновлювальної або нейтральної атмосфери, а також вакууму.
Це дає змогу виплавляти в електричних печах сталі, в тому числі
високолеговані, та інші сплави з мінімальною кількістю шкідли-
200
вих домішок, з оптимальним вмістом компонентів із високими якос-
тями і спеціальними властивостями.
Незалежно від обраного способу, виробництво сталі передбачає
процеси окиснення вуглецю та інших домішок (8і, Мп, Р, 8) у чаву-
ні, наступне розкиснення та доведення вмісту вуглецю до потрібно-
го рівня. У процесі окиснення вуглецю та домішок розплав заліза
поглинає кисень, при цьому утворюється також оксид феруму ЕеО.
При твердінні у відливку РеО реагує з вуглецем і утворюється СО:
РеО + С = Ре + СО.
Виділення газу СО з рідкого металу створює враження, що роз-
плав кипить. Такий ефект має місце, якщо сталь не розкиснювати
або розкиснювати тільки манганом. Тому її називають киплячою. На
кінець плавки у розплаві залишається частина оксиду феруму РеО,
що не прореагувала, і це призводить до зниження механічних влас-
тивостей сталі. Аби позбутися РеО і довести вміст вуглецю до зада-
ного значення, наприкінці плавки проводять розкиснення сталі, для
чого у рідкий метал вводять відповідні добавки мангану та силіцію
(у вигляді феромарганцю або феросиліцію). Процес розкиснення
проходить за такими реакціями:
РеО + Мп = Ре + МпО;
2РеО + 8і = 2Ре + 8іО2;
ЗРеО + 2А1 = ЗРе + А12О3.
Оксиди, що утворилися, спливають і видаляються разом із шла-
ком. При розкисненні сталі марганцем, кремнієм та алюмінієм ефект
кипіння повністю усувається і таку сталь називають спокійною.
Проміжний варіант — розкиснення марганцем та алюмінієм — дає
можливість отримати нстівспокійну сталь.
5.5.2. Кристалізація та фазовий склад
залізовуглецевих сплавів
Металеві сплави, в тому числі чавун та сталь, одержують внаслі-
док сплавлення декількох хімічних елементів та їх спільної криста-
лізації з утворенням механічної суміші, твердого розчину або хіміч-
них сполук. Можливість утворення сплаву того чи іншого типу
визначається характером взаємодії елементів у процесі кристалізації.
Механічні суміші складаються з двох компонентів —А і В, оде-
ржаних зрощенням кристалів між собою, при цьому кожний із них
зберігає свої специфічні властивості.
201
Тверді розчини мають основний метал — розчинник (А) і роз-
чинену речовину (В), атоми якої входять до кристалічної ґратки роз-
чинника і розміщуються в ній хаотично. (Розчинником називають
той компонент, який зберігає у сплаві кристалічну гратку). Атоми
розчиненого компонента змінюють розміри елементарної кристаліч-
ної комірки розчинника і спотворюють її.
Хімічні сполуки утворюються внаслідок хімічної взаємодії ком-
понентів, при цьому атоми перебувають у певному кількісному
співвідношенні і розміщуються у чіткому порядку. Наприклад, у
сплавах заліза з вуглецем утворюється карбід заліза, який називаєть-
ся цементитом
ЗРе + С = Ре3С.
Ця сполука тверда, міцна, але дуже крихка. Наявність її у сплаві
веде до його зміцнення з одночасним зниженням пластичності та
ударної в’язкості.
Будова сплаву визначає його властивості, тому потрібно знати,
як вона буде змінюватись при зміні температури та складу сплаву.
Залежність між будовою сплаву, його складом і температурою ви-
значається за допомогою діаграми стану (рис. 5.1).
Її будують експериментально за критичними точками, одержа-
ними на кривих охолодження сплавів даної системи. За діаграмою
стану конкретного сплаву можна визначити температури кристалі-
зації й перетворень у твердому стані і структуру при заданій темпе-
ратурі, що дає змогу приблизно оцінити механічні, фізичні та хіміч-
ні властивості сплаву і правильно призначити режими термічної
обробки, обробки тиском, зварювання тощо.
Вид діаграми стану подвійної системи визначається взаємодією
її компонентів у рідкому та твердому станах (утворенням рідких і
твердих розчинів, хімічних сполук та проміжних фаз), а також наяв-
ністю поліморфних модифікацій компонентів.
Основними структурами, що складають залізовуглецеві сплави, є
такі:
• ферит — твердий розчин вуглецю в а-Ре (при температурі
723°С граничний вміст вуглецю 0,02%; при відсутності домішок не
кородує; характеризується низькою твердістю (80... 100 НВ), пласти-
чністю, ковкістю);
• аустеніт — твердий розчин вуглецю в у-Ре (максимальна роз-
чинність вуглецю при 1147°С досягає 2,14%; стійкий тільки при ви-
сокій температурі, а із застосуванням легуючих домішок Мп, Сг —
при звичайних і навіть низьких температурах; твердість аустеніту
202
170..220 НВ; як у фериті, так і в аустеніті, має місце металевий тип
міжатомного зв’язку; ферит і аустеніт — фази м’які та пластичні,
оскільки як тверді розчини зберігають основні властивості металу-
розчинника — заліза);
Рис. 5.1. Діаграма стану залізовуглецевих сплавів:
а — діаграма; І — рідкий сплав; II — рідкий сплав і кристали аустеніту; III — рід-
кий сплав і цементит; IV — аустеніт; V — цементит і аустеніт; VI — аустеніт, це-
ментит, ледебурит; VII — цементит і ледебурит; VIII — ферит і аустеніт; IX — фе-
рит і перліт; X — цементит і перліт; XI — перліт, цементит і ледебурит; XII —
цементит і ледебурит; б — орієнтовні відношення структурних складових у різних
частинах діаграми
• цементит — карбід заліза Ре3С — хімічна сполука, яка містить
6,67% вуглецю, є складовою частиною евтектичної суміші, а також
самостійною структурною складовою. Цементит здатний утворюва-
ти тверді розчини, нестійкий, розпадається при термічній обробці,
ївсрдий (800 НВ) та крихкий; має електричну провідність та феро-
магнітні властивості (точка Кюрі — 210°С); температура плавлення —
1600°С;
203
• перліт — евтектоїдна суміш фериту і цементиту, утворюється
під час розпаду аустеніту при температурі 723°С і вмісті вуглецю
0,83% (домішки 8і і Мп сприяють утворенню перліту й при меншо-
му вмісті вуглецю; твердість перліту 160...260 НВ; вирізняється до-
брим поєднанням міцності, пластичності, в’язкості);
• ледебурит — евтектична суміш аустеніту і цементиту, утворю-
ється при 1130°С, містить 4,3% вуглецю (досить твердий (700 НВ)
та крихкий; його структура нестійка: при охолодженні аустеніт, що
входить до складу ледебуриту, розпадається на вторинний цементит
та перліт; ледебурит утворюється тільки в тих сплавах, що містять
більше 2,14% С; його можна розглядати як композит, оскільки евтек-
тична кристалізація ледебуриту відбувається за рахунок проростан-
ня цементитної матриці (основи) дендритами аустеніту);
• графіт — м’яка і крихка складова чавуну, яка містить різнови-
ди вуглецю (є найменш міцною фазою у залізовуглецевих сплавах,
температура плавлення майже 3500 °С; зустрічається у сірих та ков-
ких чавунах).
Усі лінії на діаграмі стану відповідають критичним точкам, тоб-
то тим температурам, при яких відбуваються структурні зміни у
сплавах.
Чим більше вуглецю у сплавах, тим вища твердість, але нижчі їх
пластичні властивості. Механічні властивості сплавів залежать та-
кож від форми та розміру частинок структурних складових. Твер-
дість і міцність сталі тим вищі, чим менші частинки фериту і цемен-
титу. Зі збільшенням вмісту вуглецю у залізовуглецевих сплавах
підвищуються їх електроопір та коерцитивна сила, зменшується ма-
гнітна проникність.
З метою поліпшення структури та отримання заданих механіч-
них властивостей готові металеві вироби піддають термічній оброб-
ці. Основними видами термічної обробки є відпалювання, загарту-
вання, відпускання та нормалізація.
Відпалювання здійснюють з метою усунення внутрішніх напру-
жень у металі, подрібнення його зерен, зниження твердості та по-
ліпшення здатності до обробки. Під час відпалювання після досяг-
нення певної температури вироби витримують деякий час в печі та
повільно охолоджують. Прискорене відпалювання називається нор-
малізацією.
Загартування полягає у нагріванні металевих виробів до певної
температури, ізотермічному витримуванні та швидкому охолоджен-
ні. Залежно від режиму загартування та виду охолоджуючого сере-
довища, утворюються різні структури та відповідно змінюються ме-
204
ханічні властивості металів. Загартовані вироби з метою зняття вну-
трішніх напружень, стабілізації структури, зниження твердості та
збільшення в’язкості піддають відпусканню. Ця операція полягає у
нагріванні загартованої сталі до Т=650°С, ізотермічному витриму-
ванні та повільному охолодженні.
З метою поверхневого зміцнення сталі, підвищення зносо-, жаро-
та корозійної стійкості здійснюють хіміко-термічну обробку, напри-
клад, цементацію, азотування, ціанування, алітування.
Цементація — це процес насичення сталі карбоном в атомарно-
му стані до концентрації 0,75... 1,2%. Метод використовують для
збільшення міцності та зносостійкості поверхні виробів.
Азотування — процес насичення сталі нітрогеном, при цьому
утворюються нітриди, що відрізняються твердістю. Цей метод спри-
яє підвищенню твердості та корозійної стійкості.
Ціанування передбачає одночасне насичення поверхневого шару
сталі карбоном та нітрогеном, що обумовлює підвищення твердості
та зносостійкості виробів.
Алітування — процес поверхневого збагачення алюмінієм, який
використовується для підвищення жаростійкості виробів зі сталі.
5.3.3. Класифікація та характеристика чавунів
Білі чавуни — це сплави, в яких практично увесь вуглець пе-
ребуває у зв’язаному стані — у вигляді цементиту. Ці чавуни ма-
ють високу твердість та крихкість і практично не обробляються ні
різанням, ні тиском. Проте значна кількість цементиту обумов-
лює високу зносостійкість білих чавунів, особливо в умовах абра-
зивного зносу.
Цей чавун майже не застосовують у будівництві через велику
твердість і крихкість, його переробляють на сталь та сірі чавуни.
Сірі чавуни характеризуються наявністю в структурі вуглецю у
вільному стані — у вигляді графіту пластинчастої форми. Вміст ву-
глецю становить 2,4...3,8%; чим більше вуглецю, тим більше у сіро-
му чавуні утворюється графіту і тим нижчі його механічні властиво-
сті. Ось чому кількість карбону не повинна перевищувати 3,8%, але
для забезпечення високих ливарних якостей його повинно бути не
менше 2,4%.
Сірі чавуни поділяють на власне сірі, високоміцні, леговані й ковкі.
Незважаючи на низькі механічні властивості, сірі чавуни мають
ряд позитивних якостей, що обумовлює їх широке використання, а
саме: низька собівартість, високі ливарні якості, добрі антифрикцій-
205
ні властивості (за рахунок дії графіту як твердого мастила), висока
корозійна стійкість, у тому числі жаростійкість.
Із сірих чавунів виготовляють елементи будівельних конструкцій, у
тому числі й таких відповідальних, як опорні частини залізобетонних
балок, ферм, тунелі метрополітену, башмаки під колони тощо.
Ковкий чавун отримують із білого тривалим відпалюванням при
високих температурах. При цьому в його структурі утворюються
графітові включення у формі пластівців.
Маркують ковкі чавуни літерами КЧ, за якими вказують дві гру-
пи цифр. Першою позначено границю міцності, другою — відносне
видовження у процентах. Наприклад, КЧ 350-10 — ковкий чавун
міцністю 350 МПа, відносне видовження становить 10%.
Із ковких чавунів виготовляють крюки, скоби, картери редукто-
рів, фланці, елементи карданних валів, ролики конвеєрів тощо.
Високоміцні чавуни отримують модифікуванням, тобто перед
розливанням у рідкий чавун додають домішки магнію або церію у
невеликій кількості (до 1%). Під дією магнію в процесі кристалізації
графіту (в складі чавуну) змінюється його форма з пластинчастої до
майже кулястої. Такі включення є значно менш активними концент-
раторами напружень, і тому чавун, що містить їх у своєму складі,
називається високоміцним і витримує більші зовнішні навантаження
без руйнування, ніж звичайний чавун.
Високоміцні чавуни у багатьох виробах та конструкціях ефекти-
вно замінюють сталь. Із них виготовляють колінчасті вали двигунів,
поршневі кільця, зубчасті колеса, прокатні валки, які працюють у
складних умовах — під дією змінних напружень та ударних наван-
тажень.
За ДСТУ 3925-98, високоміцні чавуни маркують літерами ВЧ і
двома групами цифр: перша — границя міцності при розтягу; друга —
відносне видовження, наприклад, ВЧ 800-2 — високоміцний чавун
міцністю 800 МПа, відносне видовження становить 2%.
Чавун із вермикулярішм графітом (ЧВГ) — це «наймолодший» з
усіх видів чавуну (створений у 1970 р.). Він поєднує в собі високі
ливарні, механічні та теплофізичні властивості, отже, придатний для
виливання деталей складної конфігурації, в тому числі тонкостін-
них, що витримують значні силові та теплові навантаження.
Особливістю структури цього типу чавуну є те, що кожна частин-
ка кулястого графіту росте з окремого центру кристалізації. При
цьому вона також оточена аустенітом, але не суцільно: кінчики за-
лишаються у контакті з розплавом, ростуть швидше за аустеніт і пе-
ретворюються на округлі червоподібні відростки.
206
Завдяки особливій структурі чавуну він вирізняється міцністю,
меншою схильністю до вибілювання і усадки, вищими тепло- та
електропровідністю, більшою довговічністю (щодо термічної вто-
ми), кращими ливарними властивостями, що дозволяє виготовляти
вироби складної форми.
Відповідно до ДСТУ 3926-99, марки чавунів із вермикулярним
графітом позначаються так: ЧВГ 400-4, що значить: чавун, верми-
кулярний графіт, має тимчасовий опір при розтягу 400 МПа, віднос-
не видовження становить 4%.
Залежно від призначення, виплавляють ливарний і передільний
чавуни. Ливарні чавуни використовують для виробництва чавунних
виливків (у вагранках), переробні — для виробництва сталі.
Звичайні ливарні чавуни містять 1,25...4,25% силіцію, 3...3,5%
карбону, 0,5... 1% мангану, до 0,3% фосфору.
Чавун, призначений для мартенівської сталі, може бути різного
складу залежно від того, основним чи кислим процесом він перероб-
лятиметься на сталь. При основному процесі в чавуні не повинно
міститися силіцію понад 1,5% і мангану більше 3,5%. При кислому
процесі чавун не повинен містити більше 2% силіцію; 1,5% мангану
і 0,07% фосфору.
5.3.4. Класифікація вуглецевих сталей
Залежно від вмісту шкідливих домішок сірки та фосфору вугле-
цеві сталі поділяють на:
- сталі звичайної якості (5 < 0,05%, Р < 0,04%);
- якісні сталі (5< 0,04%, Р< 0,35...0,04%);
- високоякісні сталі (5 < 0,02%, Р < 0,03%).
Вуглецеві сталі, повністю розкислені після виплавлення, нази-
вають спокійними (СП), розкислені частково — напівспокійними
(НС) і киплячими (КП). Спокійні сталі твердіють без помітного виді-
лення газів. Порівняно з напівспокійними та киплячими сталями їм
притаманні кращі міцнісні властивості, але водночас менший вихід
металу при прокатуванні й вища вартість.
Сталі звичайної якості (будівельні) — найбільш дешеві, їх ви-
користовують у мостобудуванні у вигляді зварних, клепаних чи бол-
тових конструкцій (швелери, балки, труби, листи, апарати, каркаси
парових котлів, конструкції підйомних кранів).
Маркування таких сталей починається з літер Ст (сталь) а далі —
цифри від 0 до 6. Ці цифри позначають умовний номер марки сталі,
залежно від хімічного складу і механічних властивостей. Чим біль-
207
ша цифра, тим більше у складі сталі вуглецю і тим вища міцність.
Для позначення ступеня розкиснення сталі після цифри ставлять ін-
декси: кп — кипляча; сп — спокійна; не — напівспокійна, напри-
клад, Стісп, СтЗсп, Стбнс. Зварні конструкції виготовляють пере-
важно зі спокійних чи напівспокійних низьковуглецевих сталей
типів Сті, СтЗ, Ст. Підвищити міцність сталей можна за рахунок тер-
мічної обробки.
Наприклад, СтЗнс2 означає, що сталь марки СтЗ, напівспокій-
на, другої категорії. Між індексом, який указує на степінь розки-
снення, та номером марки може стояти літера Г, що означає під-
вищений вміст мангану, наприклад, ВСтЗГнс2. Якщо зростає марка
сталі, то зростають її міцність і твердість, зменшується відносне
видовження.
Сталі звичайної якості поділяють на три групи: група А — з но-
рмованим складом; Б — нормованими властивостями; В — з нормо-
ваними механічними властивостями та хімічним складом. Сталь ко-
жної групи додатково поділяють на категорії залежно від нормо-
ваних показників. Сталь групи А має три, групи Б — дві, групи В —
шість категорій.
Для армування залізобетонних конструкцій використовують сталь
круглого та періодичного профілю. Залежно від механічних власти-
востей, її поділяють на 4 класи: А-І, А-ІІ, А-Ш, А-IV. Стрижні арма-
турної сталі класу А-І випускають круглими та гладкими, а стрижні
класів А-ІІ, А-1П, А-IV — періодичного профілю.
Основною для будівельних зварних конструкцій є сталь групи В.
Для неї встановлені такі марки: ВСт2, ВСтЗ, ВСтЗГнс, ВСт4, ВСт5.
Якісні сталі, залежно від призначення, поділяють на конструк-
ційні та інструментальні.
Конструкційні сталі використовують для виготовлення дета-
лей, вузлів машин та механізмів. Маркуються вони цифрами 08, 10,
15, 20...80, 85, які відповідають середньому вмісту вуглецю у сотих
частках процента.
Для будівельних конструкцій застосовують переважно конструк-
ційну вуглецеву сталь, що містить 0,65...0,70% вуглецю.
Інструментальні сталі використовують для виготовлення різа-
льного, штампувального та вимірювального інструменту. Вуглецеві
інструментальні сталі маркують за літерою У і цифрою, що вказує
на вміст вуглецю у десятих частках процента: У7,У10, У11,У12,
У13, тобто це високовуглецеві сталі.
Зі збільшенням вмісту вуглецю зростає міцність і твердість ста-
лей, але знижуються пластичність та зварюваність.
208
Істотним недоліком вуглецевих сплавів є зменшення пластично-
сті та в’язкості з підвищенням вмісту вуглецю. Для покращення вла-
стивостей вуглецевих сталей до їх складу вводять спеціальні легую-
чі елементи (домішки).
5.5.5. Модифікування структури
та властивостей сталі
Якість виплавлених у різних плавильних агрегатах сталей не
завжди відповідає вимогам сучасної техніки. Суттєвим недоліком
вуглецевої сталі є зменшення пластичності та в’язкості при збіль-
шенні кількості вуглецю. Для покращання властивостей вуглецевих
сталей до їх складу додають легуючі елементи, наприклад, домішки
алюмінію, молібдену, мангану, купруму, кобальту, хрому. Залежно
від вмісту цих домішок, розрізняють сталі: низьколеговані (до 2,5%),
середньолеговані (2,5... 10%) та високолеговані (більше 10%). Дода-
вання легуючих елементів приводить до зміни механічних, фізичних
та хімічних властивостей. Наприклад, додавання хрому сприяє під-
вищенню міцності та зносостійкості, мангану — твердості, міцності,
покращується здатність до зварювання та прожарювання, силіцію —
твердості, пружності, міцності, купруму — корозійної стійкості. Ці
домішки по-різному взаємодіють із залізом та вуглецем. Вони мо-
жуть утворювати з у- або а-залізом тверді розчини різної концент-
рації, наприклад, входити до складу аустеніту та фериту, змінюючи
їх властивості. Більшість легованих сталей набувають потрібних фі-
зико-механічних властивостей тільки після термічної обробки.
Маркування легованих сталей передбачає використання таких
позначень: X — хром, Н — нікель, Г — манган, С — силіцій, В —
вольфрам, М — молібден, Ф — ванадій, К — кобальт, Т — титан,
Ю — алюміній, Д — купрум, Б — ніобій, Р — бор.
Марка легованої сталі означає її наближений хімічний склад:
цифри перед літерами — середній вміст вуглецю, збільшений у 100
разів; цифри після літер — вміст легуючої домішки у процентах, на-
приклад, марка 09Г2СД розшифровується так: карбону 0,09%, ман-
гану до 2%, силіцію до 1%, купруму до 1%.
За призначенням леговані сталі поділяють на конструкційні, ін-
струментальні та сталі з особливими фізико-механічними властиво-
стями (нержавіючі, жаростійкі, з особливими магнітними та елект-
ричними характеристиками).
Вибираючи марки сталі, враховують ступінь відповідальності
та умови експлуатації сталевих конструкцій. У найважчих умовах
209
працюють зварні конструкції при низьких від’ємних температу-
рах, а також під дією динамічних вібраційних або рухомих наван-
тажень.
5.4. Вироби зі сталі
Сталеві конструкції виготовляють із прокатних виробів, а також
із гнутих та зварних профілів (ДСТУ ЕИ 10079-2002) (рис. 5.2).
Найчастіше використовують прокатні вироби, які поділяють на
чотири групи: сортову сталь, листову сталь, спеціальні види прока-
ту, труби. З прокатних профілів збирають найрізноманітніші гратча-
сті та суцільні конструкції: колони, балки, бункери, щогли, башти,
трубопроводи, резервуари тощо.
Рис. 5.2. Прокатні вироби із сталі різного профілю:
/ — кругла; 2 — квадратна; 3 — штабова; 4 — періодичного
профілю; 5 — рифлена; 6 — хвильова; 7 — кутикова рівнобока;
8 — кутикова нерівнобока; 9 — швелер; 10 — двотавр; 11 —
двотавр зварний; 12 — рейки кранові; 13 — рейки залізничні;
14 — шпунтова паля
Сортова сталь (ДСТУ 2254-93, ДСТУ 2255-93, ДСТУ 3436-96,
ДСТУ 2252-93) включає профілі масового попиту (круглу, квадрат-
ну, кутикову), швелери, двотаври та профілі спеціального призна-
чення (рейки та ін.).
210
Із сортової сталі у будівництві найширше використовують кути-
кові профілі, двотаври, швелери. Кутиковий профіль може бути
двох типів: рівнополицевий та нерівнополицевий. Найлегші кутико-
ві профілі мають розміри 20x20 мм та товщину 3 мм (20x3), а най-
важчі — відповідно, 250x250 та 30 мм.
Двотаври та швелери вибирають за номерами, що відповідають
їх висоті в сантиметрах. Номери двотаврів змінюються від 10 до 60.
швелерів — від 5 до 40. Двотаври прокатують завдовжки до 19 м. а
швелери — до 18 м. їх застосовують, в основному, як балки, що пра-
цюють на згин та осьове навантаження. Форма швелерів спрощує
кріплення до їх стінок інших елементів, тому їх широко використо-
вують як прогони покрівель промислових споруд.
Листову сталь, залежно від товщини листів, розподіляють на
товстолистову (4... 160 мм), тонколистову (0,2...4 мм), універсальну
широкополицеву (4...60 мм), рулонну та рифлену.
Тонколистова сталь (ДСТУ 3360-96, ДСТУ Б В.2.7-58-97) має
вигляд листів шириною 8500 мм та довжиною до 12 мм. Найбі-
льше у будівництві використовують сталеві листи завтовшки до
40 мм. Листи тонколистової сталі мають довжину до 4 м, ши-
рину — 600... 1400 мм. Її застосовують при виготовленні гнутих
тонкостінних профілів та профільованого настилу. Виготовлення
гнутих профілів дає змогу суттєво спростити технологію вироб-
ництва деталей та зекономити до 10% металу. Профільний настил
використовують для влаштування легкої та зручної при монту-
ванні покрівлі.
Металочерепиця — це багатошаровий виріб, який широко ви-
користовується для влаштування покрівель як пластичний архітек-
турно-виразний матеріал. Виготовляється з гарячеоцинкованої хо-
лоднокатаної листової сталі (прокату) товщиною 0,5 мм, покритої
після пасивації та ґрунтування шаром кольорового полімерного
покриття, наприклад, поліестром, матполіестром, пуралом. плас-
тизолом. Також можуть бути використані нестандартні покриття,
що забезпечують отримання ефекту «блискучості» або кольорів
підвищеної насиченості (яскравості). Довжина панелі може бути
від 500 до 8000 мм, а крок (або довжина модуля) — 275...450 мм.
Деякі приклади цих виробів із різним контуром хвилі наведено на
рис. 5.3.
Металочерепиця відрізняється високими експлуатаційними ха-
рактеристиками, в тому числі високою корозійною стійкістю, довго-
вічністю та здатністю до пластичного деформування.
211
Розміри:
Ширина хвилі — ІКЛ..*> мм
РохмірП
Висота
— -П мм
Ширина хвн » -1X1,^ мм
Коріїуііа ширина — Но» мм_____
Ширина інега проклн — №<> мм
Рис. 5.3. Металочерепиця з різним профілем хвилі:
а — класичний; б — престижний
Основним видом спеціального прокату для будівництва є арма-
турна сталь (ДСТУ 3760-98) у вигляді стрижнів гладкого та пері-
одичного профілів, дроту та канатів (рис. 5.4).
Розрізняють: стрижневу арматуру — клас А; дріт — клас В; ар-
матурні канати — клас К. Також може зазначатися спосіб виготов-
лення, особливі властивості або призначення арматури. Термічно
оброблену стрижневу арматурну сталь позначають Ат, сталь для
конструкцій, які використовують у районах півночі — Ас, термічно
оброблену зварювану сталь — індексом «С» (наприклад А400 С), а
зварювану сталь з підвищеною стійкістю проти корозійного розтріс-
кування під напруженням — «К» (наприклад, А800 С К).
212
Арматуру класу А 240С виготовляють круглого перерізу з глад-
кою поверхнею. Арматура інших класів має періодичний профіль.
Арматурна сталь періодичного профілю має вигляд круглих стриж-
нів із двОіМа поздовжніми ребрами та поперечними виступами, шо
йдуть по тризахідній гвинтовій лінії. Використовують також арма-
туру з профілем «ялинка».
Рис. 5.4. Арматура:
а, б — прутки класу А 400С, А 500С. 6 — дріт періодичного
профілю (Вр); г — канат
Арматурний дріт випускають діаметром 3...8 мм та поділяють за
формою поперечного перерізу на дріт гладкого (В) і періодичного
профілю (Вр).
Для зведення башт, опор високочастотних ліній електропередач,
інших ґратчастих конструкцій широко використовують металеві
труби (ДСТУ 3666-97, ДСТУ 3667-97). За способом виготовлення їх
213
поділяють на безшовні гаряче- та холодноформовані й електрозварні
з поздовжнім прямим або спіральним швом (табл. 5.2).
Таблиця 5.2
Основні розміри сталевих труб
Труби Зовнішній діаметр, мм Товщина стінки, мм Довжина, м
Безшовні гарячеформовоні 25...820 2,5...75 4...12,5
Безшовні холодноформовані особливо тонкостінні 2...250 0,3...9 4...12,5
Безшовні тонкостінні 5...250 0,6...20 4...12,5
Товстостінні та особливо товстостінні 6...250 1,6...24 4...12,5
Прямошовні електрозварні 8...1620 0,8...20 5...12,0
Електрозварні зі спіральним швом 159...1420 3,5...14 10...18,0
Поряд із круглими зварними трубами для сталевих конструкцій
використовують квадратні та прямокутні гнутозварні труби.
Метал, призначений для зведення будівельних конструкцій, збе-
рігають у штабелях відповідно з його профілем, розміром та мар-
кою. Вкладають його на металеві або дерев’яні підкладки шириною
не менше 15 см. Щоб запобігти виникненню електрохімічної корозії
металу, дерев’яні підкладки просочують спеціальною сумішшю та
фарбують лакофарбовими матеріалами. Ширину штабеля при вкла-
данні кутикової сталі, швелерів та двотаврових балок беруть 2,0...2,5 м,
висота в усіх випадках не повинна перевищувати 1,5 м. Для збері-
гання труб, круглої та квадратної сталі встановлюють металеві сте-
лажі, які запобігають розриванню штабеля.
5.5. Кольорові метали та сплави
і матеріали на їхній основі
Кольорові метали, на відміну від чорних, мають вищу пластич-
ність при нормальних температурах, більшу стійкість проти корозії,
більш тепло- і електропровідні, мають нижчу температуру плавлення.
У будівництві кольорові метали використовують у вигляді сплавів.
Алюміній і його сплави. З усіх кольорових металів у будівниц-
тві найбільш поширеним є алюміній. Його масова частка у земній
214
корі становить 8,8%, густина — 2,7 г/см3, температура плавлення —
660°С. Алюмінієвими рудами є боксити, нефеліни, апатити й алуніти.
Для виробництва алюмінієвих сплавів, фольги, кабельних та
струмопровідних виробів використовують алюміній технічної чис-
тоти, який містить 0,15...!% домішок.
Сплави з алюмінію поділяють на дві групи: сплави, що дефор-
муються, з яких прокатуванням, пресуванням, волочінням, куванням
і штампуванням отримують різноманітні вироби, і ливарні, призна-
чені для виготовлення відливок. Найтиповіші алюмінієві сплави, що
деформуються (типу дюралюмінію), містять 2,2...5,2% Си, до 1,75%
М§, до 1% 8і, до 1% Ре та до 1% Мп.
Ливарні алюмінієві сплави містять підвищену кількість силіцію,
міді, магнію, цинку. Серед ливарних алюмінієвих сплавів найпоши-
реніші силуміни — сплави алюмінію з кремнієм (в кількості 4... 13%).
Ці сплави мають високі ливарні якості, малу усадку і пористість,
тверді й міцні. Ливарні сплави АЛ8, АЛ13 застосовують для виготов-
лення виробів та деталей, які несуть високі та середні статичні й
ударні навантаження та працюють в умовах контакту з корозійноак-
тивними середовищами.
Для будівельних конструкцій використовують сплави з магнієм
(магналії), які вирізняються здатністю до зварювання та високою
корозійною стійкістю; сплави з магнієм та силіцієм (авіалії); сплави
з міддю та магнієм (дюралюміни), що мають високу міцність, але
меншу корозійну стійкість порівняно з магналіями.
Сплави алюмінію використовують для виготовлення зварних де-
талей, трубопроводів, бункерів та інших деталей і виробів.
Вироби та конструкції з алюмінієвих сплавів є антимагнітними,
вогне- та сейсмостійкими, при ударі не дають іскор. Вони економіч-
ні, мають добрий зовнішній вигляд, не потребують додаткової обро-
бки лицьової поверхні, легко обробляються різанням.
Останнім часом алюміній набуває широкого використання у бу-
дівництві для виготовлення конструкцій, у тому числі панелей зов-
нішніх стін та покриттів безперервного типу, підвісних стель, збір-
но-розбірних та листових конструкцій. У несучих конструкціях
використання алюмінію є невигідним, за винятком багатопрогонних
покриттів та експлуатації в умовах дії агресивного середовища.
Вироби з алюмінієвих сплавів у вигляді листового прокату, гну-
тих і пресованих профілів широко застосовують для виготовлення
огороджувальних конструкцій та вікон і дверей. Пресування дає
змогу отримати алюмінієві профілі, не тільки схожі зі сталевими, а й
ряд інших, у тому числі досить складної форми.
215
Висока стійкість алюмінієвих сплавів до корозії дає змогу ви-
користовувати елементи мінімальної товщини в агресивних сере-
довищах, враховуючи тільки вимоги за міцністю (згідно з проек-
том), а не вимоги захисту проти корозії. Висока холодостійкість
алюмінієвих сплавів дозволяє застосовувати їх для будівництва в
північних районах.
Як недоліки алюмінієвих сплавів слід зазначити низький модуль
пружності (7,1 • 104 МПа), високий коефіцієнт лінійного розширення
(21 • ЇО^...26 • 10 ( К1) та відносну складність з’єднання конструкцій.
Мідь — це метал густиною 8,94 г/м3, температура плавлення
становить 1083°С, міцність у відпаленому стані — ов = 250 МПа,
твердість — 45 НВ, пластичність — 45%. Як конструкційний метал
чисту мідь у машинобудуванні використовують рідко. Частіше її за-
стосовують для утворення сплавів (латуні, бронзи, мельхіору, ніке-
ліну тощо).
Латунями називають сплави міді з цинком. Цинк із міддю у кі-
лькості до 39% утворює твердий розчин — а-латунь. При більшому
вмісті цинку в сплавах утворюється друга фаза — р-твердий розчин.
Двофазні латуні називають (а + Р)-латунями. Наявність у структурі
міцнішої і твердішої Р-фази сприяє підвищенню міцності латуні,
проте знижує її пластичність. Однофазні латуні використовують для
обробки тиском, а двофазні — різанням або для лиття.
Бронзи — це сплави міді з такими легуючими елементами як
олово, алюміній, берилій, силіцій.
За хімічним складом бронзи поділяють на олов’яні та безо-
лов’яні. Бронзи, як і латуні, бувають простими і складними.
Серед бронз особливе місце займають берилієві, які містять бли-
зько 2% Ве. Після гартування при температури 780°С і старіння при
300°С вони мають міцність ов = 1300 МПа, твердість 370 НВ, високу
пружність і добру корозійну стійкість. Це дає змогу застосовувати їх
для виготовлення таких виробів, як пружини, мембрани, слюсарний
інструмент тощо.
Магній і його сплави. Магній — метал із мінімальною серед
конструкційних металів густиною 1,74 г/см3. У зв’язку з малою міцні-
стю (в литому стані ов = ЗО МПа) і малою корозійною стійкістю тех-
нічно чистий магній як конструкційний матеріал не використовують.
Магнієві сплави містять до 10% А1, 2,5% Мп, 3% 2п. Іноді у
сплави вводять домішки церію, кадмію, берилію, а останнім часом —
цирконій, торій, неодим. Алюміній і цинк поліпшують механічні
властивості, манган підвищує корозійну стійкість, інші домішки
підвищують пластичність і теплостійкість сплаву.
216
Титан і його сплави. Титан належить до легких металів, його
густина 4,5 г/см3. Він має міцність ов = 300...500 МПа, відносне ви-
довження — до 30%, твердість — 115... 165 НВ і високу корозійну
стійкість. Механічні властивості титану поліпшують легуванням йо-
го елементами А1, Сг, Мо, N6, V, 7г, 8п тощо. Шкідливими доміш-
ками в титані і його сплавах є гази (О2, N2, Н2) і вуглець.
Незважаючи на відносно високу температуру плавлення титану
(1668°С), титанові сплави тривалий час можуть експлуатуватися
лише при температурі до 550°С. Пояснюється це тим, що при під-
вищенні температури титан активно поглинає гази, в тому числі во-
день, починаючи з Г=50...70°С; кисень з Т = 400...500°С та азот і
вуглекислий газ з Т= 600...700°С.
У зв’язку з високою хімічною активністю сплави титану зварю-
ють в інертному середовищі (в аргоні). Таке саме середовище (або
вакуум) потрібне при плавленні та утворенні виливків із титанових
сплавів.
Нікель і його сплави. Нікель — це метал білого кольору густи-
ною 8,9 г/см3, температура плавлення становить 1455°С. Це однин із
найважливіших промислових металів. Чистий нікель має високу мі-
цність (ов= 400...500 МПа), пластичність (видовження становить 50%),
є хімічно стійким.
Сплави на основі нікелю мають підвищену міцність, жаро- та
корозійну стійкість, особливі електричні та магнітні властивості.
Сплави на основі олова і свинцю. Олово і свинець (істинна гу-
стина 7,3 і 11,3 г/см3 відповідно) мають низькі температури плав-
лення (232 і 327,4°С), малу міцність (ов~20 і 18 МПа), але високу
пластичність (5 = 40...50%).
Технічне олово застосовують для лудіння металів і виготовлення
фольги; свинець — для футерування електролітних ванн і сірчано-
кислотних камер, виготовлення фольги і кабельних оболонок.
Сплави олова та свинцю з іншими елементами використовують
як антифрикційні матеріали і легкоплавкі припої.
Тугоплавкі метали та їх сплави використовують в авіаційній,
космічній і ядерній техніці, приладобудівній та хімічній промисло-
вості. Значна кількість цих металів витрачається для легування залі-
зовуглецевих сплавів — сталей і чавунів та деяких кольорових ме-
талів.
Спечені порошкові матеріали поділяють на конструкційні, ін-
струментальні та електротехнічні.
Конструкційні порошкові матеріали — це насамперед антифри-
кційні та фрикційні матеріали, пористі матеріали для фільтрів.
217
Антифрикційні матеріали — композиції, які отримують пресу-
ванням та спіканням порошків заліза або бронзи з 2...5% графіту.
Умови пресування та спікання вибирають такими, щоб пористість
матеріалів становила близько 15...30%. Після спікання матеріали
просочують мінеральним маслом.
Своєрідна структура (графіт і заповнені маслом пори) забезпе-
чують цим матеріалам малий коефіцієнт тертя, високу стійкість до
спрацювання та здатність працювати у багатьох випадках без додат-
кового змащування. Застосовують їх для виготовлення підшипників
ковзання різного устаткування і приладів.
Фрикційні матеріали мають високий коефіцієнт тертя, тому їх
застосовують для виготовлення деталей гальмівних пристроїв, дис-
ків зчеплення тощо. Виготовляють ці матеріали на залізній і мідній
основах з домішками свинцю, графіту, азбесту, кремнезему та ін.
Матеріали на залізній основі призначені для роботи в умовах сухого
тертя, а на мідній — у масляному середовищі.
Інструментальні порошкові матеріали — це тверді сплави. Ви-
готовляють їх із порошків карбідів \УС, ТіС і ТаС із додаванням по-
рошку кобальту. Ці матеріали відрізняються твердістю, стійкістю до
спрацювання, міцністю, теплостійкістю, що досягає 9ОО...1ООО°С. За
своїми різальними властивостями інструменти, оснащені твердими
сплавами, значно перевершують інструменти навіть із легованих ін-
струментальних сталей і допускають обробку зі швидкістю різання
до 800 м/хв.
Тверді сплави поділяють на три групи: вольфрамові ВК, титано-
вольфрамові — ТК і титанотанталовольфрамові — ТТК. Ці сплави
складаються з відповідних типів карбідів, зцементованих кобальтом.
Зі збільшенням вмісту кобальту в сплаві міцність і в’язкість його
підвищуються, а твердість і стійкість до спрацювання зменшуються.
Сплави з більшим вмістом кобальту застосовують для виготовлення
інструментів, які призначені для роботи при великих і нерівномір-
них навантаженнях і, навпаки, сплави з малим вмістом кобальту —
для швидкоріжучих інструментів, що працюють із невеликим наван-
таженням.
Серед інструментальних порошкових матеріалів окрему групу
становлять металокерамічні матеріали, їх виготовляють з оксиду
алюмінію (99%) із домішкою оксиду магнію — ЦМ-332, з оксиду
алюмінію (до 80%) і карбідів тугоплавких металів — ВОК-60, В-3, з
нітриду силіцію з іншими домішками — силеніт-Р.
Із цих матеріалів, як і з твердих сплавів, виготовляють пластинки
певних розмірів і форми для оснащення різального інструменту.
218
Основною перевагою металокераміки є висока теплостійкість
(до 1200°С), що дає змогу обробляти різні матеріали із значно біль-
шими швидкостями, ніж інструментами з твердих сплавів. Проте
слід враховувати, що металокераміка характеризується також вели-
кою крихкістю та малим опором згину. Тому її використовують пе-
реважно для інструментів чистової обробки різанням без ударів.
Електротехнічні порошкові матеріали призначені для виготов-
лення розривних контактів (на основі порошків тугоплавких металів
(XV, Мо) і металів високої електропровідності (Си, А§) та ковзних
контактів (на основі графіту і порошків міді або бронзи).
З магнітних матеріалів методом порошкової металургії виготов-
ляють магнітодіелектрики, які є композиціями порошків заліза ви-
сокої чистоти, пермалою або інших матеріалів із різними діелектри-
ками, магнітотверді сплави типу алніко і магніко, а також ферити —
матеріали, які одержують із оксиду заліза Ре2О3 і оксидів деяких ін-
ших металів — N10, МпО, ХпО.
5.6. Проблеми довговічності
та захист металевих виробів від корозії
Руйнування металів і сплавів внаслідок хімічного та електрохі-
мічного впливу зовнішнього середовища називається корозією. Стій-
кими до корозії є деякі рідкісні метали, наприклад, золото, платина.
Розрізняють хімічну та елетрохімічну корозію. При хімічній ко-
розії процес руйнування металу не супроводжується виникненням
електричного струму. Залізо та його сплави розчинюються в суль-
фатній, хлоридній (хлористоводневій) та нітратній кислотах. Міцна
нітратна кислота та луги низьких концентрацій пасивують сплави
заліза (тобто утворюють захисну плівку), а висококонцентровані
розчини лугів, особливо при підвищенні температури, руйнують їх.
За характером середовища корозія може бути: газовою, атмос-
ферною, рідкою, а за характером руйнування —рівномірною та не-
рівномірною. Електрохімічна корозія пов’язана з виникненням пари
гальванічних елементів. Розрізняють макро- та мікрокорозію. Мак-
рокорозія пов’язана з розчиненням металу, спричиненого більшим
напруженням розчинення (ніж у другого металу, що входить до
складу утвореного гальванічного елемента). Мікрокорозія виникає
внаслідок неоднорідності складу металу або напружень, що мають
місце при різних видах обробки металів. Наприклад, корозії зазнава-
тимуть метали однакового складу, якщо один із них наклепаний,
причому він руйнується насамперед.
219
Отже, внаслідок структурної неоднорідності, металева деталь,
занурена у розчин, являє собою гальванічну пару, в якій одна із
структурних складових піддається розчиненню. Щоб запобігти ко-
розії, слід застосовувати метали однорідної структури, уникати не-
рівномірного надклепування та контактів із металевими сплавами,
що мають різні напруження розчинення, ізолювати металеві деталі
від впливу блукаючих струмів, що сприяють електрокорозїї.
В результаті дії корозійних процесів може мати місце рівномірне
чи нерівномірне руйнування металу, а також міжкристалітна коро-
зія, коли метал під впливом зовнішнього середовища руйнується по
межах зерен, внаслідок чого набуває підвищеної крихкості.
Міжкристалітної корозії зазнають сплави алюмінію та нержаві-
ючі сталі аустенітного класу, якщо вони містять підвищену кількість
вуглецю, а також коли немає відповідної термічної обробки. Для за-
хисту сталі від цього типу корозії використовують її легування, на-
приклад, титаном, у кількості не більше 0,8%.
При одночасному впливі змінних навантажень і корозійного се-
редовища знижується границя витривалості металу, має місце коро-
зійна втома.
Як основні засоби попередження корозії металів слід розгляда-
ти: застосування стійких сплавів, захисних покриттів та електрохі-
мічних методів, у тому числі катодного захисту.
Захисні покриття можуть бути металеві, лакові, фарбові, неорга-
нічні (оксидні, фосфатні, сульфатні, цементні). Також використову-
ють органічні і неорганічні накладки (гума, пластмаси, скло).
Захисні покриття наносять термомеханічними, термохімічними,
хімічними, гальванічними, дифузійними способами, а також мето-
дом металізації.
Список літератури до розділу 5
1. Волков М. И., Борщ И М., Грушко И. М., Королев И. В. Дорожно-
строительньте материальї. — М.: Транспорт. — 1975. — 528 с.
2. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.:
Машиностроение, 1980. — 493 с.
3. Бабичев А. П. Физические величини. — М.: Знергоатомиздат,
1991. —232 с.
4. Бялік О. М., Черненко В. С., Писаренко В. М., Москаленко Ю. Н.
Металознавство. — К.: Політехніка, 2001. — 374 с.
220
Розділ 6
1 НЕОРГАНІЧНІ
В’ЯЖУЧІ МАТЕРІАЛИ
6.1. Фізико-хімічні закономірності формування складу
та структури неорганічних в’яжучих речовин
До неорганічних в’яжучих речовин належать переважно порош-
коподібні матеріали, що утворюють при змішуванні з водою або ін-
шою рідиною (наприклад, розчинами солей, лугів та кислот) плас-
тичне тісто, яке внаслідок певних фізико-хімічних процесів перетво-
рюється у каменеподібне тіло.
Процес твердіння в’яжучих речовин починається з тужавлення
пластичного тіста (ущільнення та загуснення) з поступовим пере-
творенням його у каменеподібне тіло, що здатне з часом набирати
міцності завдяки процесам структуроутворення.
Природа в’яжучих властивостей є досить складною й неодно-
значною, вивченню її присвячено багато праць, проте поки що не
існує загальновизнаної теорії, яка б пояснювала наявність або від-
сутність в’яжучих властивостей у певної групи хімічних сполук і
встановлювала зв’язок між їх мінералогічним складом, видом про-
дуктів гідратації та в’яжучими властивостями.
Узагальнення сучасних уявлень про механізми виявлення в яжу-
чих властивостей дає змогу зробити деякі висновки щодо природи
та властивостей мінеральних в’яжучих речовин різного типу:
1) в’яжучими речовинами вважаються безводні або напівводні
сполуки, які взаємодіють із водою (або розчинами деяких електролі-
тів) з утворенням істинних або колоїдних розчинів;
2) ця взаємодія має відбуватися з визначеною, але не дуже висо-
кою швидкістю;
3) в’яжучі матеріали мають бути у пухкому або порошкоподіб-
ному стані, до того ж при взаємодії з рідкою фазою вони переходять
221
у дисперсний колоїдний стан з утворенням пересичених систем, що
трансформуються у пластичні пасти, здатні з часом до твердіння;
4) міцнісні та спеціальні властивості затверділого штучного (це-
ментного) каменю загалом пов’язані з його структурою, яка при за-
даних технологічних умовах виготовлення є похідною від фазового
складу продуктів гідратації;
5) склад та послідовність кристалізації гідратних фаз визначають-
ся найбільшою термодинамічною вірогідністю їх утворення, яка за-
лежить як від технологічних факторів (температури, тиску, швидкості
та тривалості змішування тощо), так і від складу в’яжучої системи;
6) при встановленні здатності мінеральних в’яжучих речовин до
гідратаційного твердіння вимоги щодо обмеження розчинності слід
висувати не до речовин, що входять до вихідного складу в’яжучих, а
до продуктів гідратації;
7) довговічність утвореного штучного каменю визначається сту-
пенем нерозчинності та термодинамічною стабільністю сполук, що
входять до складу продуктів твердіння.
На швидкість гідратації і твердіння в’яжучих речовин впливають
різні домішки та характер дефектності кристалів твердої фази.
Водночас гідратаційна активність вихідних фаз — кристалічних
і аморфних — зумовлюється не тільки їх структурою, але й ступе-
нем хімічної та фізичної активації, а також питомою поверхнею та
кількістю активних центрів на поверхні в’яжучої речовини.
Враховуючи постійно зростаючу кількість мінеральних в’яжу-
чих речовин, а також багатогранність та складність процесів твер-
діння, поки що залишаються дискусійними такі питання, як причина
виявлення в’яжучих властивостей, механізм гідратації в’яжучих ре-
човин та нарощування міцності утвореного штучного каменю.
Існують дві протилежні думки щодо механізму гідратації та твер-
діння в’яжучих. Згідно з першою версією, якої дотримувалися
П.О. Ребіндер, В.Б. Ратінов, О.П. Полак, спочатку відбувається роз-
чинення в’яжучої речовини, а потім її гідратація й кристалізація;
згідно з другою версією, прихильниками якої є І.П. Виродов та
І.М. Стрєлков, гідратація в’яжучих відбувається топохімічно, тобто
вода приєднується безпосередньо до твердої речовини.
За теорією О.О. Байкова, твердіння в’яжучих речовин здійсню-
ється за змішаним механізмом: спочатку продукти гідратації пере-
бувають у колоїдному стані, а потім має місце їх перекристалізація у
більш стабільні сполуки.
Багато дослідників (О.В. Волженський, Т.В. Кузнєцова, 0.0. Па-
щенко, В.В. Тімашев) вважають, що під час твердіння в’яжучих мо-
222
жливі обидва процеси, причому більш розчинні сполуки, до яких
належить гіпс, гідратуються в розчині, а малорозчинні (силікати
кальцію) — топохімічно.
Вищерозглянуті механізми виникнення новоутворень пов’язані з
процесами структуроутворення і впливають на формування струк-
тури та «синтез міцності» штучного каменю.
Загалом міцність цементного каменю як композиційного матері-
алу визначається співвідношенням кількості гелевидної та кристалі-
чної фаз, довжиною і діаметром кристалів, їх міцністю та міцністю
матриці.
Процес синтезу міцності цементного каменю у дисперсних систе-
мах проходить два етапи. На першому етапі відбувається утворення
каркаса кристалічної структури і виникають контакти зрощення між
кристалами новоутворень. На другому етапі нові контакти не утво-
рюються, і має місце переважно зміцнення вже існуючого каркаса. З
одного боку, це зумовлює нарощування міцності, а з іншого — сприяє
виникненню внутрішніх напружень, що можуть негативно впливати
на кінетику зміни міцності каменю у разі його тривалого зберігання.
У науковій літературі поки що існує різне трактування процесів
синтезу та розпаду новоутворень на ранніх стадіях гідратації. Так,
на відміну від теорії Х.Ф.У. Тейлора, в якій розвиваються уявлення
про домінуючу роль гідросилікатної фази як у процесах тужавіння,
так і в процесах твердіння портландцементних в’яжучих систем,
О.П. Мчедлов-Петросян запропонував «кінетичну теорію» твердін-
ня, в якій процес розвитку структури розглядається з урахуванням
особливостей формування гідросульфоалюмінатної та силікатної
фаз, при цьому головна роль у синтезі міцності відводиться гідроси-
лікатам кальцію, але відмічається, що на першій стадії спочатку ви-
никають гідросульфоалюмінати кальцію, які відіграють роль під-
кладки у процесі кристалізації гідросилікатних сполук.
Подальше вивчення та розкриття механізму гідратації різних ви-
дів в’яжучих систем буде сприяти розширенню уявлень щодо мож-
ливостей направленого синтезу штучного каменю і регулювання йо-
го фізико-механічних та спеціальних властивостей.
6.2. Класифікація неорганічних в’яжучих речовин
Різноманітність в’яжучих матеріалів створює певні труднощі при
їх вивченні та класифікації. Як визначальні критерії класифікації
можуть бути обрані способи виробництва, галузі застосування або
223
фізико-хімічні процеси, що відбуваються при твердінні (В.Ф. Жура-
вльов, М.Ф. Федоров, М.М. Сичов, О.О. Пащенко).
Мінеральні в’яжучі речовини, які за складом можуть бути як мо-
но-, так і полікомпонентними, згідно з діючими в Україні норматив-
ними документами (ДСТУ Б В.2.7-91-99) поділяють на:
групи, залежно від їх фізико-механічних властивостей (міцність при
стиску, швидкість тужавіння та твердіння, спеціальні властивості);
класи, що визначаються умовами і механізмом твердіння;
види, що пов’язані з хімічною природою визначальних сполук
(лужноземельні, магнезіальні, лужні, лужно-лужноземельні та ін.).
Найбільше визнання в світі має класифікація, що передбачає по-
діл неорганічних в’яжучих речовин, залежно від умов твердіння та
зміни міцності в часі, на повітряні, гідравлічні та автоклавні.
Повітряні в’яжучі речовини можуть тверднути та набирати мі-
цності у повітряно-сухих умовах. До них належать гіпсоангідритові
в’яжучі речовини, повітряне вапно та його різновиди, магнезіальні
в’яжучі речовини та розчинне скло.
Гідравлічні в’яжучі речовини тверднуть та зберігають (або
підвищують) міцність після тужавіння в повітряно-сухих умовах та
наступного витримування у воді. До них належать гідравлічне вап-
но, романцемент; портландцемент та його різновиди, пуцолановий
цемент, шлакопортландцемент, композиційний цемент; лужні в’яжучі
системи, в тому числі шлаколужні, лужні алюмосилікатні в’яжучі
(грунтоцементи); глиноземистий, високоглиноземистий та розширні
цементи.
В’яжучі речовини автоклавного твердіння здатні тверднути й
утворювати міцний камінь в автоклавах (в умовах підвищених тем-
ператур, тиску і вологості). До таких в’яжучих речовин належать
вапняно-кремнеземисті, вапняно-шлакові та вапняно-зольні. Виді-
лення цих в’яжучих в окрему групу не має достатніх підстав (як фі-
зико-хімічних, так і технологічних), бо у формуванні новоутворень
при гідротермальному синтезі беруть участь усі компоненти сиро-
винних сумішей — в’яжучі речовини та заповнювачі різної диспер-
сності. Враховуючи, що реалізація в’яжучих властивостей вищена-
ведених композицій є неможливою без участі заповнювачів, вони
будуть розглянуті при вивченні автоклавних матеріалів.
За механізмом твердіння в’яжучі речовини поділяють на гідра-
таційні, контактно-конденсаційні, коагуляційні та поліконденсаційні
(рис. 6.1).
Гідратаційний механізм твердіння характеризується утворен-
ням міцного каменеподібного тіла при додаванні до порошку води,
224
водного розчину або золю за рахунок зміни складу в’яжучої речови-
ни від безводного (або частково зневодненого^ до гідратного. За гід-
ратаційним механізмом тверднуть повітряні, гідравлічні та автокла-
вні в’яжучі речовини. Характерними представниками класу таких
в’яжучих речовин є вапно, портландцемент, гіпсоангідритові, шла-
колужні в’яжучі речовини.
Автоклавні
Гідравлічні
Гіпсо-
ангід-
ритові
Повіт-
ряне
вапно
та його
різно-
види
Магнезі
альні
в’яжучі
Гідравлічне вапно —
Роман- цемент
Портланд- цемент і його різновиди —
Шлако- портланд цемент
Пуцола- новий цемент
Компо- зиційний цемент —
Глино- земистий цемент
Лужні цементи —
Вапняно-
кремне-
земисті
Рис. 6.1. Класифікація в’яжучих речовин,
що мають найбільше використання у будівництві,
залежно від механізму твердіння
225
Контактно-конденсаційний механізм твердіння характеризу-
ється утворенням каменеподібного тіла в разі виникнення контактів
унаслідок фізичних поверхневих явищ між макрочастинками речо-
вини (аморфної або нестабільної кристалічної структури) без зміни
її хімічного складу. За таким механізмом тверднуть гідратні продук-
ти хімічного синтезу, гідратовані технічні силікати і алюмосилікати
(відходи). Характерними представниками цього класу є гідросиліка-
ти} та металосилікатні в’яжучі речовини.
Коагуляційний механізм твердіння здійснюється при утворенні
маломіцного каменеподібного тіла в разі додавання до порошку во-
ди внаслідок формування висококонцентрованого колоїду в умовах
видалення вільної води. Характерними представниками такого класу
в’яжучих речовин є глини.
Поліконденсаційний механізм твердіння здійснюється в разі
утворення міцного каменеподібного тіла при додаванні до порошку
розчинів унаслідок реакцій конденсації і утворення гелю або внаслі-
док охолодження високотемпературного розплаву. До таких в’яжучих
речовин належать розчинне скло, сірчаний та фосфатний цементи.
У практиці будівництва найпоширенішими є в’яжучі речовини з
гідратаційним механізмом твердіння, в тому числі повітряні та гід-
равлічні (розділи 6.3, 6.4). У зв’язку з розвитком нових технологій
також привертають увагу фахівців в’яжучі, що твердіють в спеціа-
льних умовах (унаслідок проявлення як гідратаційного, так і поліко-
нденсаційного механізмів), у тому числі сірчані та фосфатні цемен-
ти (розділ 6.5).
6.3. Повітряні в’яжучі речовини
6.3.1. Гіпсові в’яжучі матеріали
Згідно з ДСТУ Б В. 2.7-82-99, гіпс є типовим прикладом повіт-
ряних в’яжучих речовин. Гіпсові в’яжучі речовини складаються пе-
реважно з напівводного гіпсу Са8О4 • 0,5Н2О або ангідриту Са8О4.
Одержують їх тепловою обробкою вихідної сировини та її розмелю-
ванням. Продукт твердіння таких в’яжучих вважається майже ідеа-
льним будівельним матеріалом, бо є екологічно безпечним, негорю-
чим та вогнестійким.
Як вихідну сировину для виготовлення гіпсових в’яжучих речо-
вин використовують гірські породи — природний гіпс (гіпсовий ка-
мінь), що складається переважно з мінералу гіпсу Са8О4-2Н2О; ангі-
226
дрит Са8О4; а також природну сировину у вигляді гажі і глиногіпсу
та деякі відходи промисловості (борогіпс, фосфогіпс, фторгіпс, фе-
рогіпс; титаногіпс; гідролізний гіпс).
Залежно від умов термообробки гіпсової сировини утворюються
ос- або Р- модифікації напівгідрату і розчинного ангідриту. Якщо
процес має місце в середовищі насиченої пари або в розчинах де-
яких солей, то утворюється ос-модифікація, якщо у відкритих апара-
тах, сполучених з атмосферою, — Р-модифікація.
Твердіння гіпсових в’яжучих речовин відбувається внаслідок
розчинення напівводного сульфату кальцію (напівгідрату) й появи
насиченого розчину, в якому відбуваються реакції гідратації з утво-
ренням двоводного сульфату кальцію:
Са8О4 * 0,5Н2О + 1,5Н2О = Са8О4 • 2Н2О.
Залежно від параметрів термічної обробки, гіпсові в’яжучі речо-
вини поділяють на дві групи: низько- та високовипалювальні.
Низьковипалювальні гіпсові в’яжучі речовини, що швидко
тужавіють та тверднуть, отримують тепловою обробкою природного
гіпсу при низьких температурах (11О...16О°С), або обробкою парою
під тиском 0,13...0,70 МПа. Такі в’яжучі речовини складаються пе-
реважно з напівводного гіпсу, оскільки дегідратація сировини в за-
значених умовах зумовлює перетворення двоводного гіпсу на напів-
гідрат (ос або Р) Са8О40,5Н2О за схемою:
Са8О4 • 2Н2О = Са8О4 • 0,5Н2О + 1,5Н2О.
Реакція дегідратації відбувається з поглинанням теплоти, і для
отримання 1 кг напівводного гіпсу з двогідрату теоретично потрібно
затратити 580 кДж теплоти.
Гіпсові в’яжучі речовини, що складаються переважно з а-моди-
фікації Са8О4-0,5Н2О і відрізняються від вищенаведених підвище-
ною міцністю (25...60 МПа) та меншою пористістю, виготовляють
обробкою гіпсового каменю під тиском (0,13...0,7 МПа) або витри-
муванням у рідких середовищах (наприклад, із використанням СаС12).
До низьковипалювальних гіпсових в’яжучих речовин належать:
гіпс будівельний, формувальний та високоміцний, різновидом якого
< супергіпс.
Будівельний гіпс виготовляють низькотемпературним випалюван-
ням гіпсової породи (гіпсового каменю). Найпоширенішою є схема, що
передбачає термообробку у відкритих апаратах, які сполучаються з
.нмосферою. Вода із сировини видаляється у вигляді пари, а гіпсова
227
в’яжуча речовина складається переважно із дрібних кристалів 0-мо-
дифікації Са8О4-0,5Н2О, певної кількості ангідриту Са8О4 і части-
нок нерозкладеної сировини. На окремих заводах після випалюван-
ня гіпс повторно розмелюють.
У твердому стані будівельний гіпс характеризується невисокою
міцністю (2... 16 МПа), яка зменшується зі зволоженням виробів.
Формувальний гіпс складається переважно з 0-модифікації
Са8О4 • 0,5Н2О і відрізняється від будівельного гіпсу тонкістю по-
мелу, більшою міцністю та постійністю властивостей. Він містить
незначну кількість добавок. Використовують формувальний гіпс у
керамічній та фарфоро-фаянсовій, а також машинобудівній промис-
ловостях для виготовлення форм та моделей.
Високоміцний гіпс одержують термічною обробкою гіпсового ка-
меню в герметично закритих апаратах (автоклавах) у середовищі на-
сиченої пари при тиску, вищому за атмосферний, або при кип’ятінні
у водних розчинах деяких солей із наступним сушінням та помелом
до отримання тонкодисперсного порошку. Такий гіпс складається
переважно з а-модифікації Са8О4 • 0,5Н2О, яка має відносно крупні
та щільні кристали і характеризується меншою водопотребою порі-
вняно з 0-модифікацією Са8О4 • 0,5Н2О. Вказані особливості дають
можливість отримати досить щільний камінь, міцність якого пере-
буває у межах 25...60 МПа.
Супергіпс — це високоміцна в’яжуча речовина, яка використо-
вується для виготовлення різних видів облицювальних плит, фігур-
них тонкостінних будівельних виробів, улаштування безшовних на-
ливних підготовок для підлог. Може також застосовуватись як
компонент, що додається до формувального гіпсу у керамічній про-
мисловості.
Особливості технології виготовлення супергіпсу дають змогу
використовувати дрібну фракцію гіпсового каменю (до 10 мм) будь-
якої кристалічної структури. 1 ехнологія виробництва складається з
підготовки гіпсової сировини, брикетування, автоклавування та су-
шіння брикетів, помелу та пакування готового продукту.
Характеристика готового продукту: кількість води для отриман-
ня тіста нормальної консистенції становить 24...26%, початок тужа-
влення — 5...8 хв, кінець — 9... 12 хв, міцність при стиску в сухому
стані — 60...70 МПа.
Низьковипалювальні гіпсові в’яжучі широко застосовують у бу-
дівництві для виготовлення панелей-перегородок, блоків, тепло- і
звукоізоляційних плит, декоративних плит, пінобетонних виробів,
сухої штукатурки. Гіпс також використовується для виробництва
228
форм і моделей у фарфоро-фаянсовій, машинобудівній та інших га-
лузях промисловості.
Високовипалювальні гіпсові в’яжучі речовини, що повільно
тужавіють і тверднуть, виготовляють випалюванням гіпсового ка-
меню при температурі вище 600°С (600...950°С). Такі в’яжучі речо-
вини складаються переважно з ангідриту Са$О4. До них належать
ангідритовий цемент, опоряджувальний гіпсовий цемент, високови-
палювальний гіпс (естрих-гіпс).
Ангідритовий цемент отримують тонким помелом нерозчинного
ангідриту з добавками-каталізаторами (за способом П.П. Будинко-
ва). Як активізатори твердіння використовують сульфати (Ка28О4,
НаН8О4, К28О4, Рє8О4 та ін.), а також матеріали, що містять певну
кількість вільного вапна (доменний шлак, вапно, доломіт та ін.). Ан-
гідритовий цемент порівняно з будівельним гіпсом характеризується
меншою водопотребою (ЗО...35%), більш повільними строками ту-
жавлення та більш високою водостійкістю (коефіцієнт розм’якшен-
ня 0,4...0,5). Цей цемент використовують для влаштування безшов-
них підлог, підготовок під лінолеум, для приготування розчинів та
отримання штучного мармуру, а також для бетонів, призначених для
мурування стін малоповерхових будівель при відносній вологості
повітря не більше 70%.
Ангідритовий опоряджувальний цемент — це в’яжуча речовина,
отримана одно- чи дворазовим випалюванням гіпсового каменю ра-
зом з активізаторами (алюмокалієві квасці або бура) при температу-
рі 600...750°С і наступним тонким помелом продукту випалення.
Водопотреба такого цементу становить 37...43%, міцність при стис-
ку через 28 діб — 25...35 МПа, коефіцієнт відбиття (ступінь білиз-
ни) в порошку — 90%. Його використовують для виготовлення
штучного мармуру, опоряджувальних розчинів, архітектурних дета-
лей. Вироби зазвичай полірують, і для надання їм блиску та для за-
хисту від атмосферної дії покривають воском або парафіном.
Високовшгалювальний гіпс (естрих-гіпс) отримують випалюван-
ням природного гіпсового каменю при температурі 8ОО...1ООО°С з
наступним помелом продукту. При цьому гіпс майже повністю зне-
воднюється, а деяка кількість Са8О4 піддається термічній дисоціації
з утворенням СаО, що активізує хімічну взаємодію в’яжучої речо-
вини з водою.
Естрих-гіпс характеризується повільнішими строками тужавлен-
ня, ніж ангідритовий цемент. Водопотреба його становить 28...32%,
міцність при стиску — 10...20 МПа. Порівняно з іншими гіпсовими
в’яжучими речовинами, він вирізняється більш високими водо- та
229
морозостійкістю, однак залишається при цьому повітряною в’яжу-
чою речовиною. Найчастіше естрих-гіпс використовують для без-
шовних підлог та підготовок під лінолеум.
Технічні характеристики гіпсових в’яжучих оцінюються ви-
значенням тонкості помелу, водопотреби, строків тужавлення, міц-
ності при згині і стиску, водостійкості.
Істинна густина гіпсових вяжучих коливається у межах 2,6...
...2,75 г/см3 і обумовлена їх фазовим складом. Так, для р-Са8О4- 0,5Н2О
істинна густина дорівнює 2,66...2,68 г/см3; для сх-Са8О4- 0,5Н2О —
2,72...2,73 г/см3; ангідриту — 2,9...3,1 г/см3.
Насипна густина гіпсу становить 800...1100 кг/м3. Тонкість по-
мелу оцінюється залишком на ситі № 02 і для гіпсу грубого помелу
не більше 23%, середнього — 14% і тонкого — 2% (позначається
відповідно І, II, III). Збільшення тонкості помелу зумовлює підви-
щення пластичності гіпсового тіста, міцності гіпсових виливків, але
водночас збільшує водопотребу.
Водопотреба визначається кількістю води, потрібної для приго-
тування тіста стандартної консистенції (діаметр розпливу 180 ±5
мм), і залежить від виду та співвідношення модифікацій сульфату
кальцію. Для отримання тіста нормальної густоти з р-Са8О4 • 0,5Н2О
потрібно 50...70% води, а з модифікації ос-Са804-0,5Н20 - 30...40%.
Висока водопотреба гіпсових в’яжучих призводить до того, що ви-
роби з них відрізняються підвищеною пористістю (40...60%), оскі-
льки теоретично для реакції гідратації потрібно тільки 18,6% води.
Висока пористість гіпсових виливків зумовлює їх відносно невисоку
міцність, але в той самий час надає добрі технологічні властивості.
Зменшити водопотребу можна введенням добавок, наприклад, суль-
фітного лугу, синтетичних жирних кислот або первинних алкіламі-
нів у кількості 0,1...0,3% від маси в’яжучого матеріалу.
Залежно від строків тужавлення, гіпсові в’яжучі поділяють на
види: швидкотверднучі (А) — з початком тужавлення не раніше 2 хв
і кінцем — не пізніше 15 хв, нормальнотверднучі (Б) — з початком
тужавлення не раніше 6 хв і кінцем — не пізніше 30 хв і повільно-
тверднучі (В) — з початком тужавлення не раніше 20 хв.
Збільшення тонкості помелу та зменшення водогіпсового відно-
шення призводить до скорочення строків тужавлення.
Процес тужавіння гіпсу є чутливим до зміни температурного фак-
тора. Так, зі зниженням температури до 10°С строки тужавлення
подовжуються, а з підвищенням температури до 4О...5О°С спостері-
гається їх скорочення. При подальшому підвищенні температури
строки тужавлення подовжуються, а при Т = 90...100°С гіпс не тужа-
230
віє взагалі. Це обумовлено тим, що за цих температур розчинність
напівгідрату у воді нижча за розчинність двогідрату.
Міцнісні характеристики гіпсових в’яжучих визначають випро-
буванням зразків-балочок розмірами 40x40x160 мм із гіпсового тіс-
та стандартної консистенції через 2 години після виготовлення. Зна-
чення міцності залежить від складу в’яжучої речовини, водогіпсо-
вого відношення та вологості. Міцність виливка з ос-напівгідрату
значно вища за міцність виливка з р-напівгідрату, що пов’язано з їх
різною водопотребою. Зі збільшенням водогіпсового відношення
міцність гіпсу різко знижується.
Гіпсові в’яжучі є повітряними, вони мають найбільшу міц-
ність у сухому стані. Вже при вологості виливка 1% міцність його
на стиск зменшується на 40%, при підвищенні вологості до 10%
продовжується зниження міцності, але при подальшому збіль-
шенні вологості міцність виливка вже практично не змінюється.
Висушування гіпсових виливків до сталої маси збільшує їх міц-
ність майже у 2 рази.
Здатність гіпсу до збільшення в об’ємі визначається його міне-
ралогічним складом. Найменше розширення характерне для Р-напів-
гідрату (0,05...0,15%), а найбільше — для розчинного ангідриту
(0,7...0,8%).
Гіпс має велику повзучість^ тобто здатен виявляти пластичні де-
формації при навантаженні, причому найбільша повзучість гіпсу має
місце під дією сил згинання, і це обмежує його застосовування для
виготовлення конструкцій, що працюють на згин.
Гіпс характеризується незначною адгезією до заповнювачів, що
пояснюється відсутністю взаємодії на межі «заповнювач — в’яжуча
речовина». Як заповнювачі у виробах із гіпсу застосовують речови-
ни мінерального (пісок, шлак) та органічного (костриця, відходи пе-
реробки деревини) походження.
За стандартом гіпс випробовують у зразках із тіста нормальної
густоти. Залежно від міцності при стиску через 2 години після виго-
товлення зразків передбачено 12 марок гіпсових в’яжучих — від Г-2
до Г-25, де цифра означає нормовану границю міцності при стиску в
мегапаскалях (МПа). Границя міцності при згині змінюється відпо-
відно від 1,2 до 8 МПа.
Маркування гіпсу здійснюється з урахуванням його міцності,
строків тужавлення та тонкості помелу. Наприклад, гіпсова в’яжуча
речовина з позначкою ГВ Г-5-А-ІІ ДСТУ Б В.2.7-82-99 відповідає
марці Г-5, є швидкотверднучою в’яжучою речовиною та характери-
зується середньою тонкістю помелу.
231
В’яжучі речовини марок Г-2...Г-7 використовують для виготов-
лення різноманітних гіпсових будівельних виробів; Г-4...Г-7 — для
отримання тонкостінних будівельних виробів і декоративних деталей;
Г-2...Г-25 — для штукатурних робіт, зарівнювання швів, виготовлен-
ня сухих сумішей і проведення спеціальних будівельних робіт.
Гіпс також використовують як компонент композиційних цемен-
тів, у тому числі гіпсоцементнопуцоланових та гіпсошлакоцемент-
них в’яжучих, які можна класифікувати як гідравлічні, якщо коефі-
цієнт розм’якшення становить не менш ніж 0,8.
Гіпсоцементнопуцоланові в'яжучі (ГЦПВ) отримують змішу-
ванням будівельного гіпсу марок Г-4, Г-5 або високоміцного гіпсу
марок Г-10 і вище з портландцементом і активною мінеральною до-
бавкою (трепел, опока, кисла зола ТЕС) або з пуцолановим порт-
ландцементом, або з шлакопортландцементом. Вміст напівводного
гіпсу в суміші становить 50...80% за масою, пуцоланового порт-
ландцементу, шлакопортландцементу або портландцементу з актив-
ною мінеральною добавкою (з урахуванням її вмісту у цементі) —
від 20 до 50%. Мінімальна кількість цементу у ГЦПВ становить 15%
за масою.
ГЦПВ виготовляють марок МІ00 та МІ50. Ці в’яжучі характери-
зуються швидким тужавленням та твердінням, підвищеною водо- і
сульфатостійкістю. Міцність бетонів на основі ГЦПВ становить
15...30 МПа, причому вже після 2...З годин від моменту виготов-
лення їх міцність досягає 30...40% марочної. Коефіцієнт розм’як-
шення — 0,6...0,8, морозостійкість — 25...30 циклів. Для прискоре-
ного твердіння бетонів на основі ГЦПВ можливе їх пропарювання
при температурі 70...80°С. Як і в гіпсових бетонах, арматуру в бето-
нах на ГЦПВ потрібно захищати від корозії відповідними покриттями.
Поряд із ГЦПВ виготовляють також гіпсошлакоцементні в ’яжучі,
що містять напівгідрат гіпсу 40...65%, портландцемент 5...8%, кис-
лий доменний шлак 30...50%. У разі використання основного шлаку
до складу в’яжучої речовини вводять пуцоланову добавку в кількос-
ті 10...15%.
Гіпсоцементнопуцоланові та гіпсошлакоцементні в’яжучі вико-
ристовують для виготовлення панелей та блоків зовнішніх і внутрі-
шніх стін споруд, перегородок та об’ємних кабін санвузлів, венти-
ляційних блоків, основ підлог й інших виробів, а також мурувальних
та опоряджувальних розчинів.
Вироби на основні гіпсових в’яжучих речовин займають осо-
бливе місце серед будівельних матеріалів завдяки їх високій комфо-
ртності й екологічності. Ці властивості обумовлені не лише хіміч-
232
ним складом, а й характером порової структури гіпсових матеріалів,
унаслідок чого вони можуть працювати як постійно діючий «конди-
ціонер», здатний регулювати відносну вологість повітря всередині
приміщень і створювати сприятливий мікроклімат.
Гіпсові вироби характеризуються високими тепло- та звукоізо-
ляційними властивостями, є неспалимими, корозійно- та біостійки-
ми, мають високу вогнестійкість.
Водостійкість гіпсових виробів є невисокою: коефіцієнт розм’як-
шення виробів із будівельного гіпсу становить 0,35...0,40, а з висо-
коміцного — 0,40...0,45. Основні способи підвищення водостійкості
гіпсових виробів — зменшення розчинності гіпсу із введенням до-
бавок; ущільнення гіпсових виливків; просочування або обмазуван-
ня виробів речовинами, що запобігають проникненню води.
Істотно підвищується водостійкість гіпсу при додаванні вапна
(5...25%), суміші вапна і гідравлічної добавки (трепелу, опоки,
шлаку), суміші портландцементу та гідравлічної (або пуцоланової)
добавки.
Технології виготовлення гіпсових виробів відрізняються достат-
ньою простотою, низькою енергоємністю, різноманітністю способів
формування, швидкістю твердіння, можливістю вдосконалення яко-
сті поверхні виробів і утворення будь-якої текстури, а також регу-
лювання їх експлуатаційних характеристик (пористості, міцності,
водостійкості). Крім того, гіпсові вироби є зручними при монтажі
завдяки легкості розрізання, висвердлювання, фарбування тощо.
Вироби на основі гіпсових в’яжучих можуть виготовлятись із гіп-
сового тіста, розчинової та бетонної сумішей.
Для виробництва гіпсових і гіпсобетонних виробів використо-
вують гіпс будівельний, високоміцний, іноді формувальний, а також
змішані гіпсоцементнопуцоланові та зологіпсоцементні в’яжучі, які
не тільки підвищують водостійкість, але й збільшують міцність,
суттєво розширюючи галузі їх застосування.
Як мінеральні заповнювачі застосовують щебінь із пористих гір-
ських порід, паливні та металургійні шлаки, а як органічні заповню-
вачі — деревну тирсу, січку соломи, очерету, кострицю льону, по-
дрібнену паперову макулатуру, тобто речовини з якими гіпсовий
камінь зчіплюється краще, ніж із кварцовим піском та крупними за-
повнювачами з щільних гірських порід.
За призначенням гіпсові, гіпсорозчинові та гіпсобетонні вироби
поділяють на такі групи: конструкційні (стінові камені, плити й па-
нелі для перегородок, перекриттів), облицювальні (гіпсокартонні ли-
сти — «суха штукатурка»), теплоізоляційні вироби (цегла, плити,
233
сегменти для ізоляції трубопроводів); акустичні вироби (плити, ар-
мовані скловолокном із наскрізною перфорацією); архітектурно-
декоративні деталі (колони, капітелі, карнизи, тяги, розетки, баля-
сини, ніші, арки, фризи тощо).
Камені стінові виготовляють на основі гіпсових чи змішаних (гіп-
соцементнопуцоланових, зологіпсоцементних) в’яжучих речовин.
За призначенням вони бувають рядовими та лицьовими (нефар-
бовані та кольорові). Стінові камені можуть бути повнотілими й по-
рожнистими.
Відповідно до ДСТУ Б В.2.7-36-95 за габаритними розмірами
розрізняють стінові камені цілі (390x190x188 мм), половинки каме-
ню (390x90x188 мм), перегородки (590x90x188 мм).
За середньою густиною вони поділяються на ефективні (густи-
ною до 1450 кг/м3), умовно ефективні (1451... 1650 кг/м3) та важкі
(більше 1650 кг/м3). Залежно від міцності при стиску (МПа), стінові
камені поділяють за марками: М3,5; М5,0; М7,5; М10; М12,5; М15.
Використовують камені для внутрішніх стін будівель із віднос-
ною вологістю повітря до 60° о, а також для мурування зовнішніх
стін малоповерхових будівель. У цьому разі має бути забезпечена
гідрофобізація зовнішньої поверхні каменів.
Гіпсокартонні листи («суха штукатурка»), згідно з ДСТУ Б
В.2.7-95-2000 — листовий оздоблювальний матеріал, що складаєть-
ся з тонкого шару затверділої гіпсової в’яжучої речовини, вкритої з
обох сторін картоном і міцно з’єднаної з ним.
Виробництво гіпсокартонних листів складається з таких основ-
них операцій: виготовлення гіпсобетонної суміші; подавання та роз-
поділ її на нижньому шарі картону, який розгортається з рулону й
рухається на конвеєрі; накладання верхнього шару картону на гіпсо-
ве осердя; прокатування тришарового виробу між формувальними
валками, відстань між якими дорівнює товщині листа; підрізування,
підклеювання й загинання бічного краю нижнього листа для закрит-
тя кромки; розрізування затверділої стрічки на листи потрібних роз-
мірів; сушіння листів та складування їх.
Залежно від властивостей та галузей застосування, розрізняють
такі види листів: звичайні (ГКЛ); вологостійкі (ГКЛВ); з підвище-
ним опором впливу відкритого полум’я (ГКЛП); вологостійкі, що
відрізняються підвищеним опором впливу відкритого полум’я
(ГКЛВП). Вологостійкий матеріал виготовляють із добавкою гранул
силікону, а вогнестійкий — із добавкою скловолокна.
Довжина гіпсокартонних листів 2000...4000 мм з кроком 50 мм,
тобто на висоту поверху приміщення, ширина 600 та 1200 мм, а то-
234
вщина 6,5...24,0 мм. Середня густина гіпсокартонних листів стано-
вить 800...900 кг/м3, а відпускна вологість не повинна перевищувати
1% за масою. Водопоглинання листів ГКЛВ та ГКЛВП не повинно
бути більшим за 10%, а опір впливу відкритого полум’я повинен бу-
ти не менше 20 хв.
Для поліпшення декоративних властивостей гіпсокартонні листи
покривають полімерними плівками чи текстурним папером (під де-
рево, мармур), а зверху — прозорим лаком. Таким чином одержу-
ють декоративні облицювальні панелі типу «Декорот».
Іноді гіпсоволокнисті листи виготовляють без картону (безкар-
пюнні гіпсоволокнисті листи). Як армувальний матеріал, що забез-
печує високу міцність при згині, застосовують подрібнену деревину,
паперову макулатуру, лляну кострицю тощо, які додають до гіпсової
в’яжучої речовини у кількості до 10%. Такі листи не поступаються
за міцністю гіпсокартонним, а вартість їх значно нижча. Застосову-
ючи як наповнювач до будівельного гіпсу марок Г4...Г5 розпушену
у воді целюлозну макулатуру, методом напівсухого пресування
отримують гіпсоволокнисті листи 10 мм завтовшки і розмірами
1200x2500 мм, яким властиві висока вогнестійкість та звукоізоля-
ційність. Такі листи мають міцність при згині не нижче 5,3 МПа, мі-
цність при стиску — не нижче 10 МПа, середню густину 1250 кг/м3,
коефіцієнт теплопровідності 0,22...0,36 Вт/(м-К), і тому їх можна за-
стосовувати не лише для влаштування і опорядження стін, перего-
родок і стель, а також для влаштування підвалин підлоги.
Для зменшення середньої густини до складу гіпсобетонних су-
мішей іноді додають піноутворювач (казеїн+омилена каніфоль, кау-
стична сода).
Зазвичай гіпсокартон застосовують для облицювання стін («суха
штукатурка»), стель, дахових приміщень, вирівнювання підлог су-
хим способом, а також для влаштування стінок та перегородок.
Плити гіпсові декоративні виготовляють із гіпсової в’яжучої ре-
човини і армують скловолокном або склосіткою. Плити мають квад-
ратну форму (600x600 мм), товщину 15, 20 або 25 мм; призначені
для внутрішнього опорядження стін та стель у приміщеннях із від-
носною вологістю до 70%.
Гіпсові плити для стель і кесонів є одночасно оздоблювальними
та декоративними виробами. Сучасний асортимент таких плит відрі-
зняється широким різноманіттям текстур і малюнків, що дозволяє
оформлювати інтер’єр приміщення у будь-якому стилі. Як правило,
виробники виготовляють плити чисто білого кольору (коефіцієнт
235
світловідбиття більше 80%), однак при необхідності їх можна легко
перефарбувати у різні кольори.
Гіпсові плити належать до класу неспалимих матеріалів, вони є
екологічними та довговічними. Деякі різновиди плит армують скло-
волокном, що сприяє підвищенню їх міцності.
Високоміцні облицювальні гіпсові плити для внутрішнього опо-
рядження будівель отримують методом двоступеневого пресування.
Декоративна фактура поверхні плит може бути різною, у тому числі
імітувати природний мармур.
Технологія отримання високоміцних декоративних плит перед-
бачає використання фільтраційного способу пресування пластичних
водогіпсових сумішей на основі низькомарочних гіпсових в’яжучих
при тиску 5... 10 МПа і дозволяє виготовляти вироби з міцністю при
стиску до 50...70 МПа, придатні для облицювання інтер’єрів буді-
вель і споруд замість природного мармуру. Поверхня цих плит може
бути плоскою та рельєфною, лощеною і полірованою. Застосовуючи
різні заповнювачі, армувальні компоненти та добавки, виготовляють
плити зі спеціальними властивостями, завдяки чому розширюються
галузі їх використання.
Гіпсові плити пазогребеневої конструкції призначені для влаш-
тування внутрішніх ненесучих перегородок у приміщеннях із сухим
і нормальним режимом вологості. У приміщеннях із підвищеною
вологістю використовують вологостійкі (гідрофобні) гіпсові плити.
Плити гіпсові для перегородок та внутрішнього облицювання
стін (ДСТУ Б В.2.7-111-2001) виготовляють у формі прямокутного
паралелепіпеда двох типів: пазогребеневі (з пазами і виступами) та
пазові (з пазами).
Залежно від призначення, розрізняють плити:
а) перегородкові — середня густина не більше 1350 кг/м3, міц-
ність при стиску та при згині становить, відповідно, 5,0 та 2,4 МПа;
б) облицювальні — середня густина не більше 1100 кг/м3, міц-
ність при стиску та при згині становить, відповідно, 3,5 та 2,0 МПа.
Випускають два види пазогребеневих плиг: звичайні і вологос-
тійкі. Маса однієї плити приблизно ЗО кг. Максимальна висота пере-
городки з пазогребеневих плит 3,6 м, а довжина — 6 м. Перегородки
більшої довжини чи висоти можна зводити з окремих елементів
конструкції стіни 3,6x6,0м і роз’єднувальних елементів із металу чи
залізобетону, які треба надійно скріплювати з конструкціями елемен-
тів будівлі.
Гіпсоволокнисті конструкційні елементи і вироби (панелі, пере-
городки, підвіконні дошки, декоративні плити) виготовляють пере-
236
важно методом екструзійного формування. Такі вироби мають глад-
ку поверхню, точні геометричні розміри, підвищену міцність (при
стиску — до ЗО МПа, при згині — до 20 МПа) і не потребують теп-
лової обробки.
Акустичні вироби виготовляють у вигляді плит, призначених для
поглинання звукових хвиль. Часто вони виконують також декоратив-
ну функцію.
Плити звукопоглинальні гіпсові литі випускають розмірами
600x600x30 (40) і 600x300x30 (40) мм. Вони складаються з гіпсової
перфорованої матриці, заповненої звукопоглинальним матеріалом
(наприклад, мінеральною ватою), і призначаються для влаштування
підвісних стель та внутрішнього облицювання стін.
Теплоізоляційні вироби виготовляють із ніздрюватого гіпсобето-
ну. Вони призначені для теплоізоляції стінових конструкцій та пе-
рекриттів. Границя міцності при стиску таких виробів становить
0,3...0,5 МПа, а середня густина не перевищує 500 кг/м3.
Пінополімергіпсові плитки призначені для теплової ізоляції різ-
них будівель, виготовляють за литтьовою технологією на формува-
льному конвеєрі. Розміри плит 600(750)х500(600)х50(100) мм, їх се-
редня густина становить від 100 до 300 кг/м3, границя міцності при
стиску — 0,08...0,4 МПа, коефіцієнт теплопровідності — 0,06...
...0,1 Вт/(м • К), морозостійкість — не нижче 50 циклів.
Архітектурно-декоративні вироби та деталі — колони, капіте-
лі, ніші, розетки, карнизи, тяги, кронштейни, елементи балюстрад
тощо — виготовляють із гіпсових, гіпсоцементнопуцоланових та зо-
логіпсоцементних в’яжучих чи з розчинових або бетонних сумішей
на їх основі.
Формують вироби способом лиття у жорсткі або гнучкі (силіко-
нові, поліуретанові) форми; способом протягування на твердій і рів-
ній поверхні за допомогою спеціального формоутворюючого шаб-
лона; «викруткою» на верстатах типу токарних, чи гончарного
кругу, використовуючи змінні шаблони. Вироби складної форми
(капітелі, скульптурні композиції) виготовляють методом склею-
вання з окремих більш простих елементів.
Іноді для поліпшення експлуатаційних властивостей опоряджу-
вальних матеріалів гіпсомісткі композиції модифікують полімерами.
З уведенням карбамідної смоли в кількості 25% (від маси в’яжучої
речовини) до складу будівельного гіпсу Р-модифікації марки Г-5
одержують матеріали з міцністю при стиску до 20 МПа, а в разі ви-
користання цієї добавки до гіпсової в’яжучої речовини, представле-
ної сс-модифікацією Са8О4 • 0,5Н2О, можливе отримання матеріалів
237
міцністю до 60 МПа. Модифікація гіпсу полімерами сприяє поліп-
шенню й інших властивостей виробів: водопоглинання знижується
до 3%, коефіцієнт розм’якшення зростає до 0,96, морозостійкість
підвищується до 100 циклів. Це дає змогу використовувати полімер-
гіпсові матеріали не тільки для внутрішнього, а й для зовнішнього
облицювання споруд та будівель різного призначення.
6.3.2. Повітряне будівельне вапно
Повітряне будівельне вапно (ДСТУ Б В.2.7-90-99) — продукт
випалювання не до спікання (при температурі 1ООО...12ОО°С) кальці-
єво-магнієвих гірських порід (вапняку, крейди, вапняку-черепаш-
нику, доломітизованого вапняку), що містять не більше 6% глинис-
тих домішок. Високодисперсний кремнезем та глинисті домішки
при їх обмеженому вмісті 5...7% і відповідно вибраному режимі ви-
палювання не знижують якість вапна. Домішки гіпсу та піриту небажа-
ні, оскільки вони сприяють утворенню вапна, що гаситься повільно.
У процесі випалювання утворюється продукт у вигляді пористих
кусків — грудкове негашене вапно'.
СаСО3 + 178 кДж = СаО + СО2|.
Продукт випалювання містить, окрім головної складової части-
ни, також деяку кількість оксиду магнію, який утворюється внаслі-
док термічної дисоціації:
М8СО3 = М£О + СО2Т.
Для випалювання карбонатної сировини використовують печі різ-
них конструкцій: шахтні, обертові, з «киплячим» шаром, циклонно-
вихрові, де випалювання відбувається у завислому стані, а також
рухомі агломераційні гратки. Найчастіше випалювання здійснюєть-
ся в шахтних печах, економічних та надійних в експлуатації.
Недовипалення чи перевипалення вапна в печі знижує його
якість. Особливо небезпечним є перевипалення, оскільки тоді час-
тинки вапна повільно гасяться, збільшуючись в об’ємі, що може
призвести до утворення тріщин та руйнування виробів.
Залежно від вмісту оксиду магнію, повітряне вапно поділяють на
кальцієве (вміст М§О не перевищує 5%), магнезіальне (5...20% М&О)
та доломітове (20...40%М§0).
Залежно від способу отримання розрізняють повітряне вапно:
негашене грудкове (вапно-кипілка) — продукт випалювання кар-
бонатних порід;
238
негашене мелене — продукт помелу грудкового вапна;
гідратне (гашене) вапно — тонкий пухкий порошок, який утво-
рюється при змішуванні грудкового вапна з водою.
Мелене негашене вапно транспортують у герметично закритих
металевих контейнерах або мішках. Зберігати мелене вапно можна
не більше 15 діб на сухих складах, тому що внаслідок поглинання
вологи з повітря воно втрачає в’яжучі властивості.
Гашене вапно утворюється за реакцією
СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 63,7 кДж.
У заводських умовах вапно гасять у гідраторах періодичної або
безперервної дії. Теоретично для гашення вапна потрібно 32,13%
води від маси СаО.
Залежно від того, скільки води витрачається для гашення, отри-
мують три різних продукти.
Якщо кількість води становить близько 70% від маси вапна,
отримують вапно-пушонку або гідратне вапно, яке збільшується в
об’ємі в 2...3,5 рази (розпушується) порівняно з грудковим вапном, і
має насипну густину 400...450 кг/м3. Перехід СаО в Са(ОН)2 супро-
воджується інтенсивним підігріванням маси і пароутворенням, теп-
ловиділення становить 1160 кДж/кг.
Якщо кількість води при гашенні досягає 200...250% від маси
вапна, то утворюється пластичне вапняне тісто, що містить при-
близно 50% води. Ця вода відіграє роль своєрідного гідродинаміч-
ного мастила, забезпечуючи високу пластичність вапняного тіста та
будівельних розчинів на його основі. При витраті ще більшої кіль-
кості води утворюється вапняне молоко.
Гашене вапно, змішане з кварцовим піском та іншими дрібними
заповнювачами, використовують для отримання будівельних розчи-
нів, що здатні повільно тверднути.
Твердіння гашеного вапна при замішуванні з водою пов’язане з
двома процесами: кристалізацією гідроксиду кальцію Са(ОН)2 при
висиханні вапняних розчинів {гідратне твердіння) та наступною
його карбонізацією {карбонатне твердіння)'.
СаО + Н2О = Са(ОН)2;
Са(ОН)2 + СО2 + иН2О = СаСОз + {п + 1)Н2О.
Утворений карбонат кальцію СаСО3 зростається з кристалами
Са(ОН)2 і зміцнює вапняний розчин та підвищує його водостійкість.
Щоб прискорити твердіння, до вапна додають цемент і гіпс, а також
239
збільшують вміст вуглекислого газу в повітрі, піддаючи вироби
штучній карбонізації.
В разі використання автоклавної обробки (при умові додавання
силікатного компонента до вапняних розчинів) можлива реалізація
ще одного виду твердіння — гідросилікатного, який спостерігається
при отриманні силікатної цегли та силікатних бетонів. Реакція між
кварцовим заповнювачем та Са(ОН)2 за нормальних умов практично
не відбувається. Проте якщо замість кварцового піску використову-
вати активні мінеральні добавки (шлаки, золи, подрібнену випалену
цеглу та ін.), то поряд з утворенням карбонатів має місце синтез де-
якої кількості гідросилікатів кальцію, які підвищують міцність роз-
чинів. Взаємодія вапна з кварцовим піском може відбуватися й у ра-
зі додавання піску в тонкомеленому стані.
Технічні характеристики будівельного вапна оцінюються ви-
значенням активності, тонкості помелу, швидкості гашення, водопо-
треби, строків тужавлення, міцності при стиску.
Істинна густина негашеного вапна — 3,1...3,3 г/см3, а гашеного
у кристалічному стані Са(ОН)2 — 2,23 г/см3. Насипна густина груд-
кового вапна — 1600...2600 кг/м3, а меленого негашеного вапна —
900... 1100 кг/м3, гідратного (гашеного) вапна — 400...500 кг/м3, вап-
няного тіста — 1300... 1400 кг/м3.
Згідно з вимогами стандарту сорт будівельного повітряного вап-
на визначається залежно від його активності, що оцінюється вміс-
том активних оксидів (СаО + М§О), який становить не менше
70...90% (табл. 6.1).
Таблиця 6.1
Вимоги до негашеного і гідратного вапна
(згідно з ДСТУ Б В.2.7-90-99)
Характеристики якості вапна Норми для сортів вапна
негашеного гашеного
І 11 111 1 II
Вміст активних (СаО + М&О), %, не більше: без добавок 90 80 70 67 60
з добавками 65 55 — 50 40
Вміст СО2, %, не більше: без добавок 3 5 7 3 5
з добавками 4 6 — 2 4
Непогашені зерна, %, не більше 7 11 14 — —
240
Повітряне будівельне вапно характеризується пластичністю.
пов’язаною з його високою водоутримувальною здатністю, внаслі-
док чого вапняні розчини мають високу легкоукладальність, рівно-
мірно розподіляються тонким шаром на поверхні цегли або бетону,
добре зчеплюються з ними.
Водопотреба і водоутримувальна здатність повітряного буді-
вельного вапна досить високі та залежать від виду вапна і дисперс-
ності його частинок.
Будівельні розчини на основі вапна мають різні строки тужав-
лення. Будівельні розчини на основі гашеного вапна тужавіють дуже
повільно (протягом 5...7 діб), причому цей процес прискорюється
при сушінні.
Будівельні розчини та бетони на основі меленого негашеного ва-
пна швидко тужавіють і тверднуть (через 15...60 хв після замішу-
вання), причому водовапняне відношення зазвичай становить
0,9... 1,5. Розчини та бетони, що здатні до самонагрівання під час гід-
ратації, доцільно використовувати в разі проведення робіт у зимо-
вий період (штукатурення, мурування, бетонування тощо).
Під час твердіння розчинів та бетонів, що виготовлені із будіве-
льного повітряного вапна, мають місце деформації, які можуть бути
пов’язані зі зміною вологості (усадка і набухання), температури та
об’єму внаслідок повільного протікання реакцій гідратації переви-
палених частинок. Останній вид деформацій, пов’язаний із нерівно-
мірними змінами об’єму, майже не піддається контролю і може при-
звести до виникнення напружень, які досягають критичних значень і
викликають розтріскування виробів та деформацію мурування. У про-
цесі твердіння на повітрі вапняні розчини та бетони, особливо виго-
товлені на гашеному вапні, дають значну усадку.
Міцність будівельних розчинів та бетонів на основі повітряного
будівельного вапна залежить від умов його твердіння. Будівельні
розчини на основі гашеного вапна повільно тверднуть при звичай-
них температурах (1О...2О°С) і через місяць набувають невеликої
міцності (0,5... 1,5 МПа). Твердіння розчинів на основі негашеного
вапна в повітряних умовах через 28 діб сприяє отриманню каме-
ню міцністю 2...З МПа. У разі автоклавного твердіння щільних
вапняно-піщаних бетонів отримують камінь міцністю ЗО...40 МПа
та вище.
Маркування вапна здійснюється з урахуванням його міцності,
швидкості гашення та активності, наприклад, вапно з позначкою
ВП-А-1 ДСТУ Б В. 2.7-90-99 відповідає вапну повітряному, швидко
гашеному, першого сорту.
241
Вапняні вироби, в яких пройшли процеси карбонізації, відрізня-
ються підвищеною водо- та морозостійкістю. Також досить довгові-
чні автоклавні бетони, виготовлені на основі меленого негашеного
вапна (див. розділ 8.6).
Вапняно-шлакоеі цементи (ДСТУ Б В.2.7-22-95) належать до
композиційних низькоактивних безклінкерних в’яжучих речовин.
Такі цементи випускають марок М50, МІ00, МІ50, М200, М250.
Для регулювання строків тужавлення і поліпшення їх властивостей
при виготовленні додають 5% гіпсового каменю. Для вапняно-
шлакових цементів характерне інтенсивне твердіння при підвище-
них температурах, низька морозостійкість, але висока стійкість в аг-
ресивних водах і мала екзотермія.
Вапняно-зольні цементи — безклінкерні зольні в’яжучі речови-
ни, які отримують спільним помелом або ретельним змішуванням
окремо помелених золи та вапна. Оптимальний вміст вапна в цих
цементах становить 10...40%. Тонкість помелу таких в’яжучих речо-
вин, оцінена за залишком на ситі № 008, не більше 10%, початок ту-
жавлення — не раніше, ніж через 25 хв, кінець — не пізніше 24 год від
початку замішування. Збільшення температури та терміну гідротер-
мальної обробки, а також збільшення питомої поверхні золи дозво-
ляє підвищити активність таких в’яжучих. Марки вапняно-зольних
в’яжучих: М50, МІ00, МІ 50 та М200. Автоклавна обробка дає змогу
отримати на основі таких в’яжучих бетони міцністю 15...25 МПа.
Основною галуззю використання вапняно-зольних цементів є
мурувальні та штукатурні розчини, а також вироби автоклавного
твердіння.
Вапняні розчини та бетони — повітряностійкі матеріали. При
витримуванні в нормальних умовах створюються можливості для
зміцнення їх внаслідок поступової карбонізації гідроксиду кальцію
на повітрі. У вологих умовах розчини та бетони, що тверділи у зви-
чайних умовах, поступово втрачають міцність і руйнуються, причо-
му швидкість руйнування прискорюється при їх заморожуванні та
відтаванні.
Повітряне вапно використовують для приготування мурувальних
розчинів, а також для виготовлення штучних бетонних виробів, си-
лікатної цегли й інших вапняно-піщаних виробів автоклавного твер-
діння, змішаних гідравлічних в’яжучих речовин (вапняно-шлакових,
вапняно-зольних, вапняно-пуцоланових цементів) та фарбових су-
мішей.
Як заповнювачі для отримання матеріалів і виробів на основі по-
вітряного вапна і вапняно-шлакових та вапняно-зольних цементів
242
використовують кварцовий пісок, золошлакові відходи, шлаки ме-
талургійного виробництва, цегляний бій та дрібні заповнювачі на
основі карбонатних порід (вапняк-черепашник, мармур, травертин).
Вироби і матеріали на основі вапняних та вапномістких
в’яжучих відомі як силікатні (цегла одинарна, потовщена, кольоро-
ва, камені), ніздрюваті (газо- і піносилікат).
6.3.3. Магнезіальні в'яжучі матеріали
До групи магнезіальних в’яжучих речовин належать каустичний
магнезит та каустичний доломіт — дисперсні порошки, головною
складовою частиною яких є оксид магнію. Особливістю цих в’яжу-
чих речовин є те, що вони замішуються не водою, а водними розчи-
нами солей. Магнезіальні цементи, відомі як цементи Сореля, не по-
требують вологих умов твердіння, забезпечують високу вогнестій-
кість, низьку теплопровідність, підвищені зносостійкість та міцність
утвореного штучного каменю.
Як сировину для магнезіальних в’яжучих найчастіше використо-
вують магнезит М§СОз (іноді доломіт М^СОз • СаСОз).
Виготовлення магнезіальних в’яжучих речовин складається із
попереднього подрібнення сировини, випалювання та помелу.
Магнезит випалюють при температурі 75О...85О°С до повного
розкладання М§СО3 на оксиди:
М^СОз = МеО + СО2.
З підвищенням температури випалювання спостерігається зрос-
тання кристалів та їх рекристалізація, що зумовлює зменшення ак-
тивності М&О та швидкості його гідратації. Випалювання при тем-
пературі 1400°С сприяє утворенню намертво випаленого магнезиту,
який використовується в металургійній промисловості для виготов-
лення вогнетривів.
Розкладання доломітів в інтервалі температур 700...900°С про-
ходить у дві стадії: на першій стадії вірогідно утворюється каустич-
ний магнезит, що складається з М§0 та СаСО3:
СаСОз • М8СО3 = СаСОз + М§О + СО2,
а на другій стадії відбувається декарбонізація вапняку:
СаСОз = СаО + СО2.
Швидкість дисоціації доломіту значно менша за швидкість ди-
соціації кальциту СаСОз та магнезиту М§СО3, що зумовлено більш
складною перебудовою кристалічної гратки.
243
Залежно від температури випалювання доломіту, можна одержа-
ти: при температурі приблизно 750°С — каустичний доломіт, що
складається з М^О та СаСО3; при 8ОО...85О°С — доломітовий це-
мент, що складається з М&О, СаО та СаСО3; при 900... 1000°С — до-
ломітове вапно, що складається із М§О та СаО; при 1400...1500°С —
металургійний доломіт, що випалюється до спікання.
Магнезіальні в’яжучі речовини замішують водним розчином
хлориду магнію М§С12- 6Н2О (густиною 1,08...1,25 г/см3) або інших
магнезіальних солей, наприклад, сульфату магнію М§804 • 7Н2О (гу-
стиною 1,10... 1,15 г/см3). З підвищенням концентрації розчинів упо-
вільнюються процеси тужавіння та твердіння, але зростає кінцева
міцність; у разі використання розчинів із густиною більше 1,30 г/см3
має місце поява тріщин та утворення висолів.
Застосування водних розчинів солей магнію сприяє прискорен-
ню твердіння та підвищенню міцності магнезіальних в’яжучих,
оскільки, поряд із гідратацією оксиду магнію та утворенням бру-
ситу М§(ОН)2, відбувається процес синтезу гідрохлориду магнію
М^СЬ • ЗМ§(ОН)2 • 7Н2О, який кристалізується у вигляді волокон і
підвищує міцність матеріалу при згині.
При гідратації випаленого магнезиту в присутності М&§04 утво-
рюється кристалогідрат М§8О4- 5М&(ОН)2- ЗН2О, який при темпе-
ратурі вище 50°С переходить у М^ЗО4 • ЗМе(ОН)2 • 8Н2О.
Каустичний магнезит — в’яжуча речовина швидкого твердін-
ня, яка має початок тужавлення не раніше як через 20 хв, кінець —
не пізніше 6 год.
Каустичний доломіт відрізняється уповільненими строками ту-
жавлення: початок через 3... 10 год, кінець — не раніше 8...20 год.
Магнезіальні в’яжучі речовини характеризуються високою міц-
ністю при стиску, що досягає 60... 100 МПа. В початкові строки темп
зростання міцності досить високий: на першу добу міцність бетонів
і будівельних розчинів становить 30...50%, а на сьому добу —
60...90% від максимально можливої. Після 28 діб приросту міцності
майже немає. Ці в'яжучі є стійкими до дії мастил, лаків, фарб, орга-
нічних розчинників, лугів та солей, у тому числі сульфатів, а також
відрізняються бактерицидними властивостями.
Магнезіальні в’яжучі речовини мають високу адгезію не тільки
до мінеральних, але й органічних заповнювачів. Вони утворюють
якісні розчини в суміші зі стружкою, тирсою та іншими відходами
деревообробної промисловості, що зумовлено відносно низьким
значенням рН магнезіального цементу при його твердінні та висо-
кою щільністю штучного каменю, що утворюється. Зважаючи на те,
244
що каустичний магнезит та каустичний доломіт — повітряні в’яжучі,
то у воді та на вологому повітрі їх міцність різко зменшується.
Матеріали і вироби на основі магнезіальних в’яжучих виго-
товляють змішуванням та формуванням суміші каустичного магне-
зиту чи доломіту, заповнювача і розчину хлориду чи сульфату маг-
нію. Як органічні заповнювачі використовують відходи деревини:
стружку, тирсу чи деревну вовну. У процесі твердіння магнезіаль-
них в’яжучих утворюється оксихлорид магнію, який забезпечує збе-
режність органічних заповнювачів у готових виробах під час їх екс-
плуатації. Завдяки невеликій густині органічних заповнювачів
матеріали та вироби на основі магнезіальних в’яжучих мають високі
тепло- та звукоізоляційні властивості. Найпоширенішими матеріа-
лами цієї групи є фіброліт та ксилоліт.
Фіброліт — матеріал, виготовлений із деревної вовни чи струж-
ки, зв’язаної магнезіальними в’яжучими композиціями.
Для отримання фібролітових плит каустичний магнезит чи до-
ломіт замішують розчином хлориду магнію. Суміш разом із запов-
нювачем завантажують у металеві чи дерев’яні форми та пресують
під тиском 0,04...0,05 МПа, після чого сушать у сушильних камерах
при температурі 150...200°С.
Залежно від середньої густини, фіброліт має марки 0300, 0350.
0400 і 0500. Використовують фібролітові плити як акустичні або
теплоізоляційні вироби для утеплення стін, підлог, покриттів, для
заповнення багатошарових стін, перегородок, перекриттів каркасних
будівель.
Середня густина теплоізоляційного фіброліту — 300...350 кг/м3,
акустичного — 350...400кг/м3, конструкційно-теплоізоляційного —
400...500 кг/м3. Водостійкість фіброліту незначна, тому його потріб-
но захищати від зволоження. Теплопровідність фіброліту в сухому
стані дорівнює 0,10...0,15 Вт/(м-К).
На основі фібролітової суміші виготовляють також фібролітову
фанеру, яку використовують як «суху штукатурку».
Ксилоліт одержують унаслідок твердіння суміші тирси, маг-
незіальної в’яжучої речовини і розчину хлориду магнію. Іноді до
складу суміші додають азбест, трепел, кварцовий пісок та барв-
ники. Ксилолітову масу готують ретельним перемішуванням су-
хих заповнювачів, каустичного магнезиту, добавок із наступним
замішуванням водним розчином хлориду магнію. Щоб зменшити
гігроскопічність матеріалу, добавляють розчин сульфату магнію.
Отриману масу використовують для влаштування підлог чи для
виготовлення плит.
245
Ксилолітові підлоги теплі, безшумні, зносостійкі, мають непога-
ний декоративний вигляд, добре забарвлюються. Завдяки високій
міцності та незначній стираності ці підлоги можна застосовувати у
промисловому, житловому та цивільному будівництві: на текстиль-
них фабриках, харчових, виноробних і консервних виробництвах; у
приміщеннях з інтенсивним рухом — вестибюлях клубів, кінотеат-
рів, їдалень, у коридорах шкіл, дитячих садків, лікарень. Особливо
ефективні ксилолітові підлоги у вибухонебезпечних приміщеннях,
де потрібні антистатичні підлоги.
Ксилолітові підлоги за своїми властивостями наближаються до
дерев’яних, їм притаманна властивість «дихати», що сприяє підви-
щенню комфортності приміщення завдяки регулюванню відносної
вологості повітря. На відміну від дерев’яних підлог, ксилолітові
мають ряд переваг: вони неспалимі (витримують температуру до
1000°С); мають високу адгезію до будь-якої основи, а також до різ-
них лаків і фарб; відрізняються низькою стираністю. Ці підлоги не
пліснявіють та не гниють, перешкоджають появі шкідливих мікро-
організмів. оскільки до складу магнезіальної в’яжучої речовини вхо-
дять бішофіт (М§С12 • 6Н2О) та магнезит.
Ксилолітові плити виготовляють пресуванням гарячої ксилолі-
тової маси жорсткої консистенції при тиску до ЗО МПа. Склад маси
визначається відношенням за об’ємом в’яжучої речовини до тирси,
яке становить 1:4. Плити виготовляють двошаровими: нижній шар більш
пористий, верхній щільний. Середня густина плит— 1500... 1600 кг/м3,
границя міцності при стиску — 85 МПа, а при згині — 48 МПа.
Застосовують ксилолітові плити для влаштування підлог та опоря-
дження стін.
Облицювальні плити (штучний мармур) виготовляють змішу-
ванням каустичного доломіту, бішофіту, деревної тирси, пігментів
і добавок, що підвищують водо- та морозостійкість. Суміш уклада-
ють у форми, віброущільнюють, сушать при температурі 4О...5О°С,
вивільнюють із форм через 10... 12 год.
Совеліт — теплоізоляційний матеріал на основі каустичного до-
ломіту та азбесту. Середня густина совеліту становить 350...400 кг/м3,
границя міцності при згині — 0,20...0,22 МПа, теплопровідність —
0,08...0,09 Вт/(м • К). Із совеліту виготовляють плити, сегменти, шка-
ралупи, які використовують для теплової ізоляції промислових пе-
чей, труб із температурою експлуатації до 500°С. Совеліт використо-
вують також у вигляді порошку із середньою густиною до 350 кг/м3 —
для приготування теплоізоляційної мастики.
246
Піно- та газомагнезити — теплоізоляційні матеріали, які отри-
мують на основі магнезіальних в’яжучих речовин. Каустичний
магнезит замішують розчином хлориду магнію і змішують зі стій-
кою піною чи газоутворювачем. Із цієї суміші формують вироби,
що мають середню густину 250...280 кг/м , теплопровідність —
0,07...0,17 Вт/(м • К). Для підвищення водостійкості виробів до їх
складу добавляють мелений гранульований шлак або золу.
6.4. Гідравлічні в’яжучі матеріали
6.4.1. Гідравлічне вапно
Гідравлічне вапно — продукт, отриманий випалюванням мерге-
листих вапняків, що містять від 6 до 20% глинистих або високодис-
персних піщаних домішок. Головною характеристикою сировини
для отримання гідравлічного вапна є гідравлічний модуль:
СаО
(8іО2 + А12О3 + Ге2О3) ’
який повинен бути у межах 9... 1,7.
Чим вищий цей модуль, тим гірші гідравлічні властивості про-
дукту випалювання, і він за своїми характеристиками наближається
до повітряного вапна. Якщо гідравлічний модуль низький і дорів-
нює 2,2... 1,7, то вапно не здатне до гашення і за своїми властивос-
тями подібне до романцементу.
Основними операціями при виробництві гідравлічного вапна є
добування сировини, її подрібнення, випалювання і помел. Процес
випалювання здійснюють у шахтних або обертових печах при тем-
пературі від 900 до 1150, а іноді й 1200°С.
Під час випалювання, паралельно з процесами зневоднення гли-
нистих мінералів і розкладання карбонатів кальцію та магнію, утво-
рюються не лише вільні оксиди СаО та М&О, а й їх сполуки із 8іО?
та дегідратованою глиною у вигляді кальцієвих силікатів, алюміна-
тів та феритів, які надають вапну гідравлічних властивостей.
Гідравлічне вапно перші сім діб має тверднути на повітрі, а далі
може тверднути й набувати міцності як на повітрі, так і у воді. Чим
вищий гідравлічний модуль, тим триваліший час потрібно витриму-
вати вироби з вапна у повітряно-сухих умовах твердіння.
Гідравлічне вапно має такі технічні характеристики: істинна
густина становить 2,6...3,0 г/см3, а насипна — 700...800 кг/м3. Во-
247
допотреба та водоутримувальна здатність гідравлічного вапна ниж-
чі, ніж повітряного. Строки тужавлення гідравлічного вапна зале-
жать від вмісту вільного СаО.
Згідно з вимогами ДСТУ Б В. 2.7-90-99, вапно вважається слабо-
гідравлічним, якщо границя міцності при стиску на 28 добу твердін-
ня становить 1,7; а при згині — 0,4 МПа; сильногідравлічним, якщо
границя міцності при стиску та згині на 28 добу твердіння становить
відповідно 5,0 та 1,0 МПа.
Слабогідравлічне вапно тужавіє швидше, а твердне повільніше,
ніж сильиогідравлічне. Початок тужавлення зазвичай становить
0,5...2,0 год, а закінчення — 8... 16 год. Штучний камінь на основі
гідравлічного вапна не характеризується високою міцністю. Після
28 діб комбінованого зберігання міцність при стиску зразків із вап-
няно-піщаного розчину (складу 1:3 за масою) становить 2...5 МПа.
Водночас гідравлічне вапно з гідравлічним модулем 2...4 у разі
правильно підібраного режиму випалювання і ретельного помелу
має міцність при стику 6... 15 МПа, інколи й 20 МПа.
Гідравлічне вапно застосовують для приготування будівельних
розчинів підвищеної водостійкості, мурувальних та штукатурних
розчинів, для виробництва вапняно-пуцоланових цементів, легких і
важких бетонів низьких класів, для виготовлення стінового камін-
ня, призначеного для експлуатації в умовах різної вологості, для
стабілізації ґрунтів при будівництві шляхів із малою інтенсивністю
руху. Ця речовина входить до складу сухих будівельних сумішей
та широко використовується для виготовлення шпаклівок, замазок
і фарб.
Гідравлічне вапно можна застосовувати як основу під фресковий
живопис, тобто при нанесенні малюнків розбавленими у воді міне-
ральними фарбами на свіжу штукатурку. Розчини та бетони на гід-
равлічному вапні мають високу довговічність за експлуатації у пові-
тряно-сухих умовах. Навперемінне зволожування та висушування, а
також заморожування і відтавання негативно впливають на довгові-
чність виробів, що зумовлено невисокою їх щільністю.
6.4.2. Романцемент
Цей цемент найчастіше розглядають як один з етапів у розвитку
технології отримання гідравлічних в’яжучих речовин, подібних до
портландцементу. Його виготовляють випалюванням не до спікання
та наступним помелом вапнякових або магнезіальних мергелів, які
містять понад 25% глинистих домішок. Для регулювання властивос-
248
тей у романцемент можна вводити до 5% гіпсу і до 15% активних
мінеральних добавок.
Гідравлічний модуль сировини для отримання романцементу має
дорівнювати 1,1... 1,7. Виробництво романцементу полягає в добу-
ванні сировини, її подрібненні та випалюванні з наступним поме-
лом. Випалювання відбувається у шахтних печах при температурі
900... 1000°С. При цьому майже все вапно зв’язується у силікати,
алюмінати, алюмоферити, також утворюється деяка кількість геле-
ніту та воластоніту. Вміст вільного вапна не перевищує 1 ...2%, і то-
му для його гідратації вологою повітря продукт випалювання ви-
тримують на складі протягом 3...5 діб.
Водопотреба романцементу менша, ніж гідравлічного вапна, і
становить ЗО...50% від маси цементу. Тужавіння й твердіння роман-
цементу відбувається за рахунок утворення гідросилікатів кальцію
групи С8Н(І), трикальцієвого гідроалюмінату СзАН6та гідроферитів
С3РН6.
Початок тужавлення відбувається через 15...ЗО хв, кінець — че-
рез 12...24 год. При твердінні зразків у вологих умовах міцність на
28 добу становить 5...7 МПа.
У минулому романцемент застосовували для приготування буді-
вельних розчинів та бетонів, виготовлення стінового каміння неви-
сокої міцності, що давало змогу економити більш коштовний про-
дукт — портландцемент. Сьогодні виробництво романцементу є
нерентабельним і цементні заводи його майже не виготовляють.
6.4.3. Портландцемент
Портландцемент — гідравлічна в’яжуча речовина, яку виготов-
ляють спільним тонким подрібненням клінкеру з гіпсом або іншими
добавками.
Перший патент на спосіб виробництва штучного каменю під на-
звою портландський цемент отримав у 1824 році Джозеф Аспдін. За
минулі роки поліпшилась якість портландцементу, його середня мі-
цність виросла майже у 10 разів, що є результатом не тільки модер-
нізації технології, але й зміни складу шихти для отримання клінке-
ру. У практиці світового будівництва портландцемент є головним
матеріалом для виробництва бетону, залізобетону та будівельних
розчинів. Світове виробництво цементу перевищує 1,5 млрд.т.
Портландцементний клінкер отримують випалюванням до спі-
кання (при температурі приблизно 1450°С) сировинної суміші пев-
ного складу, що забезпечує синтез переважно високоосновних силі-
249
катів кальцію. Гіпс до складу портландцементу вводять для регулю-
вання строків тужавлення і підвищення міцності.
Сировиною для виготовлення портландцементного клінкеру є
карбонатні породи (приблизно 75%) у суміші з алюмосилікатними
речовинами (25%). Як карбонатні породи використовують вапняки,
крейду, вапняки-черепашники, вапнякові туфи, а як алюмосилікат-
ний компонент — глини, але при відповідному економічному об-
ґрунтуванні можна застосовувати суглинки, леси, аргіліти та глини-
сті сланці. Також як сировину використовують природні суміші
вапняків із глинами — мергелі.
До найпоширеніших побічних продуктів, придатних для вироб-
ництва портландцементного клінкеру, належать доменні гранульо-
вані шлаки, які завдяки хімічному складу (8іО2 — 38...40%, СаО —
43...44%, АЬОз — 5... 14%) іноді використовуються замість частини
глинистого або карбонатного компонентів.
З метою коригування складу шихти також застосовують елект-
ротермофосфорні шлаки, паливні золи, відходи вуглезбагачення та
різні шлами, в тому числі нефеліновий (белітовий), монокальцієвий
і червоний.
Технологія виробництва цементу. Виробництво цементу може
бути організоване сухим, мокрим та комбінованим способами.
Процес приготування сировинної суміші для отримання порт-
ландцементного клінкеру складається з подрібнення (крупне й тон-
ке), дозування, змішування сировинних компонентів, коригування
хімічного складу отриманої суміші, її гомогенізації та випалювання.
Сухий спосіб виробництва полягає у подрібненні і ретельному
перемішуванні сухих або попередньо висушених сировинних мате-
ріалів. Цей спосіб є доцільним при застосуванні однорідних за скла-
дом та структурою вапняку та глини вологістю від 10 до 15%.
Мокрий спосіб виробництва доцільний, якщо м’яка сировина
(крейда, глина) має значну вологість. Вихідні компоненти подріб-
нюють і змішують із великою кількістю води (36...42% від маси су-
хої речовини) до утворення рідкотекучої маси у вигляді суспензії
(шламу). Мокрий спосіб дає змогу знизити енергоємність процесу
подрібнення, полегшити транспортування і перемішування сиро-
винної суміші, проте витрати палива на її випалювання в печі в
1,5...2 рази більші, ніж при сухому способі.
Комбінований спосіб виробництва передбачає підготовку сиро-
винної суміші з отриманням шламу, який потім зневоднюють до во-
логості 16... 18% та переробляють на гранули. Реалізація цього спо-
250
собу виробництва, порівняно з мокрим, дає змогу економити 20...30%
палива.
Після випалювання в обертових або шахтних печах клінкер інтен-
сивно охолоджується у барабанних рекуператорах та холодильниках
(до температури 1ОО...2ОО°С), щоб попередити утворення крупних кри-
сталів та забезпечити формування певної кількості склоподібної фа-
зи. Із холодильників клінкер надходить на склад, де його витриму-
ють протягом 1...2 тижнів для стабілізації властивостей.
Помел клінкеру здійснюється у трубчастих (кульових) млинах.
Під час помелу до клінкеру додають двоводний гіпс (до 3,5% за ма-
сою у розрахунку на 8О3) для сповільнення тужавіння портландце-
менту. Зазвичай тонкість помелу портландцементу, оцінена за вели-
чиною питомої поверхні, становить 250...350 м7кг.
Із млинів портландцемент пневмотранспортом відправляють на
зберігання в залізобетонні силоси, які обладнані циклонами-осад-
жувачами та фільтрами. У силосах цемент повністю охолоджується
після помелу й звідти його завантажують у спеціальні криті заліз-
ничні вагони, цистерни, автоцементовози або пакують у багатоша-
рові паперові мішки.
Характеристика хіміко-мінералогічного складу портлаидце-
ментного клінкеру. Під час випалювання сировинної суміші відбу-
ваються фізичні та фізико-хімічні перетворення у складі шихти, що
дають спікання та формування зерен клінкеру розміром 20...ЗО мм,
мінералогічний та хімічний склад яких різко відрізняється від скла-
ду вихідної сировини.
У хімічному складі клінкеру можна виділити чотири основні ок-
сиди: СаО — 63...67%; 8іО2 — 20...24 %; А12О3 — 4...9 %; Ре2О3 —
2...4 %. їх загальний вміст становить 95...97%; в невеликій кількості
залежно від виду сировини, що застосовується, в клінкері містяться
також М§О, 8О3, №2О, К2О, ТіО2, Р2О5 та ін. Під час аналізу якості
клінкеру визначають не тільки загальну кількість окремих оксидів,
але й ступінь зв’язування СаО і 8іО2.
Наявність у складі клінкеру оксиду кальцію СаО (при умові його
повного зв’язування у силікатні та алюмосилікатні сполуки) зумов-
лює високу міцність та швидке твердіння цементу.
Оксид силіцію 8іО2 зв’язує СаО в силікати, здатні до гідравліч-
ного твердіння. Збільшення вмісту 8іО2 у клінкері спричинює спові-
льнення тужавіння та твердіння, в той же час такі цементи мають
високу міцність у пізні строки твердіння, їх класифікують як цемен-
ти з помірним тепловиділенням, що вирізняються водо- і сульфато-
стійкістю.
251
Підвищення у складі клінкеру оксиду алюмінію А12О3 зумовлює
швидке тужавіння і прискорене твердіння цементу, але одночасно
негативно впливає на сульфато- та морозостійкість.
Оксид феруму Ре2О3 є не тільки фарбувальним оксидом, але й
плавнем, що поліпшує спікання клінкеру. Цементи з підвищеним
вмістом Ге2О3 і малим вмістом глинозему характеризуються достат-
ньо високою сульфатостійкістю. За швидкістю зростання міцності
вони наближаються до висококремнеземистих.
Оксиди калію та натрію негативно впливають на процеси гідра-
тації цементу, призводять до утворення висолів на поверхні виробів.
Крім того, луги здатні до взаємодії з активним кремнеземом запов-
нювачів і спричинюють надлишкове розширення та руйнування бу-
дівельного розчину та бетону. Ось чому в цементах, наприклад, для
гідротехнічного будівництва, кількість лужних оксидів не повинна
перевищувати 0,6%.
У процесі випалювання сировинної суміші до спікання
(Т = 1450°С) утворюються чотири основні мінерали (фази) цемент-
ного клінкеру: трикальцієвий силікат ЗСаО-8іО2 — аліт; двокальці-
євий силікат 2СаО-8іО2 — беліт; трикальцісвии алюмінат ЗСаОА12О3;
чотирикальцієвий алюмоферит 4СаОА12О3Ре2О3. Скорочений умов-
ний запис цих мінералів відповідно такий: С38, С28, С3А, С4АР. Зви-
чайно, це не чисті мінерали, а тверді розчини, склад і будова яких
залежать від складу сировинної суміші, тонкості її помелу, режиму
термічної обробки та багатьох інших факторів.
Відносний вміст цих мінералів у портландцементному клінкері
може бути в таких межах, %: С38 — 45...60; С?8 — 20...30; С3А —
4... 14; С4АР — 10... 18. Крім кристалічних мінералів, у складі клінкеру
ідентифікують периклаз М§О, вільний оксид кальцію СаО та клін-
керне скло, яке має змінний склад та містить підвищену кількість
А12О3 і Ре2О3.
Аліт С38— найважливіша фаза клінкеру і є твердим розчином,
що модифікований іонами М§2+, А13+, Ре3+. Форма кристалів пластин-
часта або шестикутна. Аліт швидко реагує з водою і відіграє голов-
ну роль у синтезі міцності штучного каменю, особливо на ранніх
стадіях твердіння.
Беліт С2$ зазвичай існує у вигляді (З-модифікації. Ця фаза пові-
льно реагує з водою і не впливає на міцність штучного каменю на
ранніх стадіях гідратації. У пізні строки твердіння (після одного ро-
ку) міцнісні характеристики зразків, отриманих на основі гідратова-
них в однакових умовах аліту та беліту, майже не відрізняються.
252
Вміст мінералів-силікатів у клінкері становить приблизно 75%, а
решту 25% складає проміжна речовина або фаза, яка заповнює
об’єм між кристалами аліту і беліту. Ця фаза може бути представле-
на алюмоферитами кальцію, кристалами С3А та клінкерним склом,
що не встигло закристалізуватись. Залежно від швидкості охоло-
дження вміст склоподібної фази може змінюватись від І до 22%, у
нормально охолоджених клінкерах утворюється близько 6... 12%
скла. Склоподібна фаза має різний склад, в якому завжди є певна кі-
лькість оксидів Ре2О3, АЬО3, Ка2О, К2О.
На фізико-механічні властивості цементу впливає не тільки мі-
нералогічний склад клінкеру, але й розмір та форма зерен окремих
мінералів. Найсприятливішою є дрібнокристалічна структура міне-
ралів, що синтезується при швидкому охолодженні клінкеру.
Трикальцісвий алюмінат С3А — фаза кубічної сингонії, струк-
тура якої модифікована за рахунок присутності іонів 8і , Рел+, Иаг,
К+. Вона входить до складу клінкеру як проміжна речовина, пред-
ставлена складними твердими розчинами, що швидко піддаються гід-
ратації та твердінню з утворенням штучного каменю невеликої міц-
ності. Наявність трикальцієвого алюмінату може бути причиною
виникнення сульфатної корозії бетону.
Чотирикальцієвий алюмоферит С4АЕ — феритна фаза, моди-
фікована різними іонами, входить до складу клінкеру як проміжна
речовина.
Оксид магнію (периклаз) піддається повільній гідратації з утво-
ренням М§(ОН)2, що призводить до збільшення об’єму. Якщо його
вміст у клінкері перевищує 5%, то він може бути причиною нерів-
номірності зміни об’єму цементу та розтріскування бетону.
Оксид кальцію перебуває у клінкері у вільному стані, вміст його
не повинен перевищувати 1%, оскільки перехід СаО в гідратну фор-
му Са(ОН)2 призводить до нерівномірної зміни об’єму та руйнуван-
ня бетону або будівельного розчину.
За мінералогічним складом розрізняють такі види портландце-
менту: високоалітовий (понад 60% С38); алітовий (50...60% Сз$);
белітовий (понад 35% Р-С28); алюмінатний (понад 12% С3А); алю-
моферитний (не більше 2% С3А, понад 18% С4АР).
Твердіння портландцементу. Внаслідок змішування цементу з
водою відбувається його гідратація, яка спричинює тужавіння та
твердіння цементного тіста з утворенням штучного (цементного)
каменю.
Тужавіння портландцементного тіста — це втрата його пластичнос-
ті без значного розвитку міцності штучного каменю, що утворюється.
253
Твердіння зумовлене комплексом хімічних, фізико-хімічних та
фізичних процесів, які мають місце при взаємодії клінкерних міне-
ралів з водою і пов’язані із структуроутворенням та нарощуванням
міцності штучного каменю у часі.
Взаємодія клінкерних мінералів із водою відбувається за такою
схемою:
аліт піддається гідратації з утворенням гідросилікатів кальцію
та портландиту’.
2(ЗСаО • 8іО2) + 6Н2О = ЗСаО • 28іО2- ЗН2О + ЗСа(ОН)2; (6.1)
беліт гідратується з утворенням таких самих продуктів як і аліт,
але в іншому співвідношенні:
2(2СаО-8іО2) + 4Н2О = ЗСаО-28іО2-ЗН2О + Са(ОН)2; (6.2)
алюмінат кальцію гідратується з утворенням гідрокалюміту:
ЗСаО-А120з + Са(ОН)2 + 12Н2О = 4СаОА12О3-1ЗН2О. (6.3)
У разі використання гіпсу (як добавки) при гідратації алюмінату
кальцію також можливе утворення етрингіту:
ЗСаОА12О3 + 3(Са8О4-2Н?О) + 26Н2О =
ЗСаОА12О3-ЗСа8О4-32Н2О. (6.4)
У подальшому продукти реакцій (6.3) та (6.4) реагують між со-
бою, і має місце синтез моносульфату кальцію та портландиту'.
ЗСаО-А12О3-ЗСа8О4-32Н2О + 2(4СаОА12О3-13Н2О) =
3(СаОА12Оз-Са8О412Н2О) + 8Са(ОН)2+ 14Н2О. (6.5)
Склад новоутворень (гідросилікати, гідроалюмінати, гідросуль-
фоалюмінати кальцію, гідроксид кальцію) визначається не тільки
хіміко-мінералогічним складом портландцементу, але й умовами
твердіння, співвідношенням твердої і рідкої фаз та певною мірою
складом і властивостями заповнювача.
Стійкість цементного каменю в агресивних середовищах ви-
значається як його хіміко-мінералогічним складом, так і умовами
експлуатації.
Корозія цементного каменю може відбуватись під дією морських
і грунтових вод, відходів хімічних підприємств, розчинів кислот та
газів.
В.М. Москвін поділяє корозійні процеси, що виникають у цемент-
них бетонах під дією водного середовища, на три види:
254
І вид — корозія внаслідок розчинення компонентів цементного
каменю під дією вод із малою тимчасовою жорсткістю (м’яких вод);
II вид — корозія під дією вод, що містять речовини, які взаємо-
діють із компонентами цементного каменю з утворенням легкороз-
чинних сполук, що вимиваються водою, або аморфних мас;
ІП вид — корозія, при якій у порах і капілярах цементного каме-
ню за рахунок обмінної реакції з його компонентами кристалізують-
ся певні речовини, що спричинюють внутрішні напруження й руй-
нування.
Корозія І виду (вилуговування) цементного каменю відбувається
внаслідок розчинення й вимивання деяких його складових частин,
наприклад Са(ОН)2, що призводить до підвищення пористості та
зниження міцності каменю. Зовні цей процес проявляється білими
плямами на поверхні виробів.
Процес вилуговування сповільнюється, якщо у поверхневому шарі
цементного каменю утворюється малорозчинний СаСО3 внаслідок при-
родної або штучної карбонізації Са(ОН)2 вуглекислим газом. Врахову-
ючи, що найстійкішим серед усіх гідратних новоутворень є низькоосно-
вний гідросилікат кальцію С8Н(І) ((0,8...1,5)СаО • 8іО2(0,5...2,5)Н2О),
іншим напрямком зниження швидкості корозії є обмеження в складі
цементу кількості С38 до 50%. Проте головний засіб боротьби з цим
видом корозії — введення у цемент активних мінеральних добавок, що
містять аморфний кремнезем, який хімічно зв’язує Са(ОН)2 в малороз-
чинний гідросилікат кальцію виду С8Н(І):
Са(ОН)2 + 8іО2 + шН2О = СаО-8іО2/7Н2О.
Корозія 11 виду пов’язана з перебігом реакцій обміну між компо-
нентами цементного каменю і речовинами, розчиненими у воді.
Загальиокислотиа корозія відбувається під дією розчинів будь-
яких кислот, що мають значення водневого показника рН <7 (крім
Н28іО3 та Н28іР6)« Насамперед руйнуються поверхневі карбонізовані
шари бетону.
Кислоти вступають у хімічну взаємодію з гідроксидом кальцію,
утворюючи розчинні солі, які потім вимиваються водою, або солі,
які збільшуються в об’ємі, що призводить до повного руйнування
штучного каменю. Серед органічних кислот найбільшу агресивність
щодо цементного каменю мають оцтова, молочна та винна. Жирні
насичені та ненасичені кислоти (олеїнова, стеаринова та ін.) руйну-
ють штучний камінь, оскільки при взаємодії з Са(ОН)2 вони оми-
люються. Досить агресивними щодо цементного каменю є мінера-
льні добрива, особливо аміачна селітра, сульфат амонію та супер-
255
фосфат. Хлорид кальцію СаСІ2 підвищує розчинність Са(ОН)2 і
прискорює корозію цементного каменю.
Вуглекислотна корозія виникає під дією на цементний камінь
води, що містить вільний діоксид карбону і сприяє утворенню роз-
чинного гідрокарбонату кальцію:
СаСОз + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2.
Для запобігання цього виду корозії навколо бетонної конструкції
влаштовують засипки із карбонатних порід, що сприяють зменшен-
ню агресивності води під час її фільтрування крізь матеріал.
Магнезіальна корозія відбувається внаслідок дії солей магнію,
причому на цей процес також впливає вид аніонів цих солей. Солі
магнію містяться у морській воді та грунтових водах. Розчини солей
магнію вважають агресивними, якщо в них міститься понад 500 мг/л
іонів М§2+. Сіль магнію вступає у взаємодію із Са(ОН)2, внаслідок
чого утворюються розчинна сіль кальцію, що легко вимивається во-
дою, та М§(ОН)2, що відкладається у вигляді крихкої маси:
Са(ОН)2+ М§С12 = СаС12 + Мц(ОН)2.
Корозія III виду відбувається внаслідок відкладання солей у по-
рах цементного каменю, що спричинюється дією як фізичних, так і
хімічних факторів. До фізичних факторів належить кристалізація
сольових розчинів у порах цементного каменю після утворення на-
сиченого розчину цієї солі. Процес кристалізації супроводжується
зростанням тиску на стінки пор і капілярів, виникненням напру-
жень, що зумовлюють не тільки деформації в цементному камені, а
навіть і його руйнування.
Відкладання солей у порах цементного каменю може відбува-
тись при хімічній корозії як результат хімічної реакції між компонен-
тами цементного каменю та агресивним середовищем. Найпошире-
нішим видом хімічної сольової корозії є сульфатна і магнезіально-
сульфатна. Сульфатна корозія відбувається під дією сульфатів та
їдких лугів. Сульфатно-алюмінатна корозія виникає у водах (напри-
клад, морських), що містять понад 250 мг/л іонів 8О42-. При цьому
Са(ОН)2 взаємодіє із 8О42~ з утворенням гіпсу:
Са(ОН)2 + Иа28О4 + 2Н2О = Са8О4-2Н2О + 2НаОН.
Гіпс, у свою чергу, взаємодіє з високоосновними алюмінатами
кальцію з утворенням етрингіту:
ЗСаО • А120з • 6Н2О + 3(Са8О4 • 2Н2О) + 20Н2О =
ЗСаО • А120з • ЗСа8О4 • 32Н2О.
256
Важкорозчинний гідросульфоалюмінат кальцію (етрингіт), який
кристалізується в порах цементного каменю, поглинає велику кіль-
кість води, збільшуючись в об’ємі у 2,5 рази і також руйнує цемент-
ний камінь.
Вторинний етрингіт в складі новоутворень синтезується тільки
при концентрації Са(ОН)2, що перевищує 460 мг/л (у перерахунку на
СаО). Якщо концентрація Са(ОН)2 у розчині незначна, що спостері-
гається при введенні активних мінеральних добавок, етрингіт не
утворюється, і тому у сульфатних водах пуцолановий цемент є стій-
кішим, ніж звичайний портландцемент. Бетони на пуцолановому
цементі не руйнуються у водах із концентрацією солей Иа28О4,
Са8О4 або М^8О4 до 0,5%.
Розчини лугів №ОН, КОН під дією СО2 повітря карбонізуються
у порах цементного каменю й утворюють кристали Ка2СОч- ЮН2О
або К2СО3- 1,5Н2О, що призводить до виникнення внутрішніх на-
пружень та зниження міцності цементного каменю. Найбільш під-
даються такій корозії цементи з високим вмістом алюмінатів кальцію.
Ефективним заходом щодо усунення сульфагно-алюмінатної ко-
розії є направлена зміна мінералогічного складу цементу, зниження
вмісту С38 та С3А при помірному вмісті С4АЕ. Якщо бетони не під-
даються навперемінному заморожуванню і відтаванню, краще за-
стосовувати пуцоланові та шлакові цементи.
Корозія, спричинена лугами цементів, називається внутрішньою
і відбувається при взаємодії лугів цементу з активним кремнеземом
заповнювача.
До активних різновидів кремнезему належать опал, халцедон,
тридиміт, кристобаліт, вулканічне скло, трепел, опока. Найчастіше
вони зустрічаються в осадових і метаморфічних породах (гравій, га-
лька, кварцити, сланці, доломітизовані вапняки), а також у вилитих
магматичних породах. Для попередження цього виду корозії потріб-
но обмежувати кількість лугів у цементі (до 0,6%), вводити тонко-
мелені добавки (мікронаповнювачі), які вступають у реакцію з лу-
гами ще на початковій стадії твердіння, а також використовувати
деякі гідрофобізуючі речовини.
Технічні характеристики портландцементу. Істинна густина
цементу без мінеральних добавок становить 3,0...3,2 г/см3, насипна
густина — приблизно 1300 кг/м3.
Тонкість помелу цементу повинна бути такою, щоб при просію-
ванні крізь сито № 008 проходило не менше 85% маси вихідної про-
би (табл. 6.2). За Блейном питома поверхня цементу має становити
280...320 м2/кг. За сучасними європейськими нормами тонкість по-
257
мелу портландцементу (оцінена за питомою поверхнею) повинна
становити 400...450 м2/кг.
Таблиця 6.2
Оцінка властивостей портландцементу
(згідно з вимогами ДСТУ Б В.2.7-46-96, ДСТУ Б В.2.7-112-2002)
1 Властивість портландцементу Показник
Істинна густина, г/смч 3,0...3,2
Тонкість помелу: залишок на ситі № 008 (не більше), мас. % 15,0
Водопотреба (тісто нормальної густоти' І,% 22...28
Строки тужавлення: початок (не раніше), хв кінець (не пізніше), год 45(60) 10
Рівномірність зміни об’єму: наявність на зразках-плескачиках діаметром 7...8 см та завтовшки 1 см радіальних тріщин за діаметром, посічки тріщин, деформованої поверхні не допускається
Вміст ангідриду сірчаної кислоти % 4,0...4,5
Граничне значення стандартної міцності при стиску після 28 діб (не менше), МПа (за ДСТУ Б В.2.7-112-2002) для марки: мзоо М400 М500 М550 М600 28,5 38,0 47,5 52,5 57,5
Водопотреба цементу — це мінімальна кількість води, необхід-
на для приготування тіста заданої консистенції, зазвичай становить
24...28%. Підвищена водопотреба призводить до збільшення порис-
тості каменю, а отже, спричинює погіршення його експлуатаційних
властивостей. Зниження водопотреби досягається використанням по-
верхнево-активних добавок-пластифікаторів і суперпластифікаторів.
Строки тужавлення цементу — це час, протягом якого цемент-
не тісто (паста) втрачає свою пластичність, переходячи майже в твер-
дий стан. Розрізняють умовний початок тужавлення (початок втрати
пластичності) і кінець тужавлення (повна втрата пластичності). Для
портландцементу марок М300, М400, М500 початок тужавлення
має бути не раніше як через 60 хв, марок М550 і М600 — не раніше
45 хв, а кінець — не пізніше ніж через 10 годин після замішування
(для усіх марок).
258
Для регулювання строків тужавлення використовуються добавки —
сповільнювальні або прискорювальні — як органічного, так і неорга-
нічного походження.
Рівномірність зміни об'єму пов’язана із запізнілою гідратацією
деяких компонентів портландцементу. Основними причинами цього
явища є гашення вільного (намертво випаленого) вапна або перик-
лазу. У деяких випадках (при підвищенні кількості добавки гіпсу)
така нерівномірність зумовлена утворенням у затверділій структурі
гідросульфоалюмінатів кальцію.
Міцність цементу — це результат когезії частинок цементу між
собою та адгезії їх до заповнювача. Оскільки цемент застосовується,
в основному, у бетонах і розчинах, стандарти всіх країн передбача-
ють дослідження зразків у розчині. Міцність цементу встановлюють
за показником границі міцності при стиску половинок зразків-
балочок розмірами 160x40x40 мм, які виготовляють із цементно-
піщаної розчинової суміші складу 1:3 (за масою) при водоцемент-
ному відношенні (В/Ц), що забезпечує нормальну консистенцію
розчинової суміші. Протягом першої доби їх зберігають у камері з
вологим повітрям, а після цього — у ванні з водою протягом 27 діб.
Значення границі міцності при стиску таких зразків називають
активністю цементу, а значення активності, визначене в кгс/см“
і округлене у бік зменшення до величини, наведеної в стандарті
ДСТУ БВ.270-112-2002, —маркою цементу. Згідно зі стандартами
України встановлено марки портландцементу: М300, М400, М500,
М55О, М600.
В умовному позначенні цементу вказують його тип, марку і спе-
ціальні ознаки (висока міцність в раньому віці — Р; пластифікація і
гідрофобізація — ПЛ, ГФ; використання клінкеру нормованого
складу — Н). Наприклад, портландцемент марки М400 з добавкою
до 20% шлаку, пластифікований, швидкотверднучий позначається
ПЦ-ІІ/А-Ш-400Р-ПЛ ДСТУ Б В 2.7-46-96.
Відповідно до європейських стандартів для оцінки міцності при
стиску цементних зразків замість марок використовують класи (ви-
значені в МПа), а саме: 32,5; 42,5 та 52,5. Цементи цих класів також
поділяють на цементи нормального та прискореного твердіння (до
останніх додають літеру К).
Спеціальні види портландцементу — це цементи з поліпше-
ними властивостями, що отримані регулюванням мінералогічного
складу портландцементу, ступеня його дисперсності й додаванням
у процесі помелу мінеральних та органічних добавок.
259
Крім портландцементу загальнобудівельного призначення, що
містить основні клінкерні мінерали в межах, мас. %: С38 — 45...60,
С28 — 20...ЗО, С3А — 4... 14, СдАР — 10... 18, випускають цементи зі
спеціальними властивостями, які визначають можливості їх застосу-
вання у специфічних умовах. Ці цементи характеризуються або особ-
ливим мінералогічним складом клінкеру, або наявністю добавок, які
вводять під час помелу. Технологія виробництва таких цементів дещо
відрізняється від технології виробництва рядових портландцементів.
Залежно від речовинного складу та границі міцності при стиску
(на 28 добу), цементи загальнобудівельного призначення поділяють
на такі типи і марки (ГОСТ 310.4, ДСТУ Б В.2.7-46-96):
тип і — портландцемент (містить від 0 до 5% мінеральних доба-
вок), марки М300, М400, М500, М55О, М600;
тип 11 — портландцемент із мінеральними добавками (від 6 до
35%), марки М300, М400, М500, М550, М600;
тип III — шлакопортландцемент (від 36 до 80% доменного гра-
нульованого шлаку), марки М300, М400, М500;
тип IV — пуцолановий цемент (від 21 до 55% мінеральних доба-
вок), марки М300, М400, М500;
тип V — композиційний цемент (від 36 до 80° о мінеральних до-
бавок, причому доменного гранульованого шлаку від 18 до 60%, пу-
цолани від 10 до 40%). Марки М300, М400, М500.
Цементи з прискореним нарощуванням міцності — група це-
ментів, які відрізняються відносно високою міцністю в початкові
строки твердіння. Існує декілька шляхів отримання швидкотвердну-
чих цементів, зокрема зміною співвідношення між головними фаза-
ми в складі портландцементного клінкеру, підвищенням тонкості
помелу, введенням пластифікаторів та суперпластифікаторів, а та-
кож шляхом модифікації складу клінкеру, наприклад, галогенміст-
кими речовинами.
Швидкотверднучий портландцемент одержують тонким подріб-
ненням клінкеру (до питомої поверхні не менш як 350 м2/кг), дода-
ючи як регулятор строків тужавлення 3...5% гіпсу. Цей цемент ви-
пускають марок М400Р і М500Р (Р — позначення цементу з висо-
кою міцністю в ранньому віці).
У мінералогічному складі цього цементу переважає алітова фаза
при обмеженій кількості С3А (до 8%). Швидкотверднучий порт-
ландцемент характеризується більш інтенсивним, ніж звичайний
портландцемент, нарощуванням міцності в початковий період твер-
діння: через дві доби його міцність при стиску досягає 15...25 МПа,
тобто становить майже половину марочної міцності.
260
Застосування швидкотверднучого цементу у будівництві дозво-
ляє скорочувати строки тепловологової обробки бетонів або повніс-
тю виключити її, значно прискорювати темпи будівництва, викону-
вати бетонні роботи на морозі. Вироби на основі цього цементу
рекомендується пропарювати при температурі не вищій за 80°С.
Цикл пропарювання скорочується до 4...5 год (замість 8... 10), якщо
використовуються бетони на звичайних цементах.
Наявність підвищеного тепловиділення швидкотверднучого порт-
ландцементу при твердінні виключає можливість його застосування
при виготовленні масивних конструкцій.
Особливошвидкотверднучий високоміцний портландцемент від-
різняється прискореною кінетикою зміни міцності (на 1 добу міц-
ність при стиску досягає 20...25 МПа). Інтенсивність її нарощування
пов’язана з високою тонкістю помелу (400 м7кг) цементу та особли-
востями його мінералогічного складу (високий вміст С38 (65...68%)
при помірній кількості С3А (до 8%)). Введення активних мінераль-
них добавок до складу такого цементу не дозволяється, бо вони
знижують фізико-механічні характеристики каменю в початкові
строки твердіння. Застосування цього цементу замість звичайного
при виробництві високоміцних бетонів дає змогу на 15...20% знизи-
ти витрати в’яжучої речовини та скоротити час і енергоємність теп-
лової обробки виробів.
Надшвидкотверднучий портландцемент одержують на базі клін-
керу, що синтезується з використанням галогенмістких речовин
(фторидів або хлоридів кальцію).
Вперше надшвидкотверднучий цемент, відомий як «Зеі-цемент»,
було розроблено в 70-х роках XX ст. в Японії. Це модифікований
портландцемент, одержаний змішуванням звичайного портландце-
менту та 5...30% галогеналюмінату кальцію, який синтезують окремо
(або в складі клінкеру) із загальною формулою 1 ІСаО • 7А12О3 • СаХ2
(СИА7Р), де X — галогени (Р, СІ, Вг та І). Із наведених галогеналю-
мінатів найперспективнішими як з економічної, так і з екологічної
точки зору (з урахуванням токсичності), є використання фторалю-
мінату 1 ІСаО • 7АІ2О3 • СаР2.
Гідратаційна активність СцА7Р підвищується зі збільшенням тем-
ператури випалювання від 1250 до 1450°С. Порівняно з портландце-
ментом, «Леі-цемент» містить більше сульфату (в перерахуванні на
8О3), тому що це необхідно для утворення етрингіту із фторалюмі-
нату кальцію СцА7Р. Маючи марочну міцність 40...50 МПа, цей це-
мент відрізняється короткими строками тужавлення та підвищеною
міцністю в початкові строки твердіння: вже після 12 год міцність
261
досягає 15... 18 МПа, а після 24 год — 22...29 МПа, що зумовлено
утворенням етрингіту та деякої кількості моносульфоалюмінату
кальцію. Подальше нарощування міцності пов’язане з утворенням
гідросилікатів кальцію, і на сьому добу міцність цементного каменю
становить 35...45 МПа.
Завдяки швидкому зростанню міцності ці цементи можна вико-
ристовувати для бетонування взимку. Бетон на такому цементі зі
значною кількістю СцА7 • СаР2 є морозостійким. Сульфатостійкість
його досить низька, але може бути підвищена заміною 20% цього
цементу золою-винесення, унаслідок чого відбувається зв’язування
вільного гідроксиду кальцію в гідросилікатні фази.
Висока швидкість набирання міцності робить перспективним
застосування такого цементу для деяких збірних конструкцій, при
будівництві злітних доріжок аеродромів та проведенні ремонтних
робіт.
Алінітовий портландцемент отримують спільним помелом алі-
нітового клінкеру і гіпсу, також можливе введення мінеральних до-
бавок до 10... 15% і гранульованих доменних шлаків до 20%.
Алінітовий клінкер одержують за низькотемпературною сольо-
вою технологією (НТС), розробленою Б.І.Нудельманом, яка відріз-
няється тим, що в шихту, крім традиційних компонентів, уводять
10...12% СаС12 або М§С12. Реакції клінкероутворення мають місце
при температурі 1ООО...12ОО°С і відбуваються за наявності розплаву
хлоридів (найчастіше СаС12), що виконує роль рідкої фази. Особли-
вістю цієї технології є знесолення отриманого клінкеру та регенера-
ція СаС12, оскільки останній негативно впливає на властивості цемен-
ту, а в разі використання в залізобетоні — і на корозійну стійкість
сталевої арматури.
Виготовляють алінітовий цемент марок М400, М500, М550; його
границя міцності при згині — від 5,5 до 6,2 МПа. За своїми техноло-
гічними властивостями такий цемент наближається до звичайного,
але відрізняється інтенсивним набором міцності, особливо в почат-
кові строки твердіння.
Використання НТС-технології для отримання клінкеру уможли-
влює зниження температури випалювання на 2ОО...ЗОО°С, зменшен-
ня витрати палива на 25...30%, збільшення потужність агрегатів на
30...40% та зниження витрат цементу на 15...20% при отриманні
бетонів такого самого класу.
Алінітовий цемент доцільно використовувати в гідротехнічному
будівництві для облицювання каналів, для цементування свердло-
вин, а також під час зимового бетонування. Не рекомендується ви-
262
користовувати цей цемент у залізобетонних конструкціях із попере-
днім напруженням арматури та для конструкцій, що експлуатуються
у вологих умовах і під впливом динамічних навантажень.
Флюоралінітовий цемент отримують на основі клінкеру, що
характеризується підвищеним (порівняно з Іеї-цементом) вмістом
флюориту СаР2. Такий клінкер утворюється в разі низькотемпе-
ратурного випалювання (Т = 950...1 100°С) відповідного складу
шихти, що містить промислові відходи та добавки СаР2. Як нові
фази, що при цьому синтезуються, ідентифіковані флюоралініт
€1987- 2СаР2 та флюормісткі алюмінати СцА7- СаР2. При застосу-
ванні наведеної технології поліпшується здатність клінкеру до
розмелювання та значно зменшується загроза виникнення корозії
сталевої арматури у бетоні порівняно, наприклад, із бетоном на
основі алінітового цементу.
Пластифікований портландцемент виготовляють тонким по-
дрібненням портландцементного клінкеру з двовідним гіпсом (3...5%)
та пластифікуючою добавкою, наприклад, лігносульфонатом техніч-
ним (ЛСТ) в кількості 0,15...0,25%. Лігносульфонати (кальцієві та
натрієві солі лігносульфонових кислот) утворюють на поверхні зе-
рен цементу плівку, що утримує шар води, за рахунок дії молекуля-
рних сил та сил адсорбції. Ці водні оболонки перешкоджають зли-
панню зерен цементу, що підлягають гідратації, і збільшують
рухливість цементного тіста. Пластифікуючий ефект, який досяга-
ється при використанні такого цементу, дає змогу зменшити водо-
цементне відношення та підвищити щільність, морозостійкість і во-
донепроникність, а отже, і сульфатостійкість бетону. Якщо водоце-
ментне відношення зберігається незмінним, то можна знизити вит-
рати цементу на 10... 15% без погіршення якості бетону.
Пластифікований цемент має такі самі марки, як і звичайний
портландцемент. Найдоцільніше його використовувати в гідротех-
нічному та шляховому будівництві.
Гідрофобний портландцемент одержують подрібненням порт-
ландцементного клінкеру з двовідним гіпсом (3...5%) та гідрофобі-
зуючими добавками в кількості 0,08...0,25%. Як добавки використо-
вують олеїнову кислоту, асидол, милонафт, а також кремнієорга-
нічні сполуки. Згідно з вимогами стандартів, гідрофобний цемент не
повинен вбирати в себе воду протягом 5 хв від моменту нанесення
краплі води на поверхню шару цементу.
Суть гідрофобізації полягає в тому, що на поверхні цементних
зерен утворюються мономолекулярні адсорбційні водовідштовхува-
льні плівки, які зменшують гігроскопічність матеріалу під час його
263
перевезення та складування в умовах з підвищеною вологістю пові-
тря без втрати активності.
При перемішуванні розчинової чи бетонної суміші з таким це-
ментом руйнується цілісність гідрофобної плівки й цемент взаємодіє
з водою. Гідрофобні добавки не тільки позитивно впливають на
якість бетонної суміші, але й поліпшують спеціальні властивості ви-
робів (підвищують водонепроникність, морозостійкість і корозійну
стійкість). Недоліком гідрофобного цементу є деяке сповільнення
процесів тужавіння в початкові строки твердіння.
Гідрофобний цемент доцільно використовувати при виготовлен-
ні бетонів для гідротехнічного, шляхового, аеродромного та інших
видів будівництва, де враховуються його специфічні властивості, в
тому числі підвищена водо-, морозостійкість, стійкість в умовах
змінної вологості. Також застосування цього цементу ефективне при
виконанні штукатурно-оздоблювальних робіт, оскільки він певною
мірою запобігає висолоутворенню.
В'яжучі речовини низької водопотреби (ВНВ) отримують спі-
льним помелом (механохімічною активацією) портландцементу і
суперпластифікатора С-3 (питома поверхня становить 480...520 м2/кг).
У разі замішування цементного тіста стандартної консистенції на
основі такого цементу водопотреба не перевищує 16% (порівняно з
24...30% для звичайного портландцементу).
Залежно від вмісту портландцементу М400 (відповідно від 100
до 30 мас.%), отримують цементи марок ВНВ-100 (без мінеральної
добавки) до ВНВ-30. Як мінеральні добавки використовують грану-
льовані шлаки, золу винесення, діатоміти, туфи, пемзи, траси, квар-
цовий пісок. З підвищенням вмісту мінеральної добавки міцність
при стиску зменшується від 90... 100 до 40...50 МПа. Морозостій-
кість бетону на основі в’яжучих низької водопотреби перевищує 500
циклів.
Міцність бетонів на основі ВНВ після пропарювання перевищує
проектне значення на 15...35%, а у віці 28 діб зростає майже у 2 ра-
зи. При рівних витратах в’яжучої речовини відпускна міцність бето-
нів на ВНВ вище міцності бетонів на основі тонкомелених цементів
(навіть за наявності суперпластифікатора С-3) на 18...28%, а у віці
28 діб — на 50...60%. Порівняно з бетоном на основі шлакопортлан-
дцементу підвищення міцності бетонів на ВНВ досягає 120.. 155%.
Цементи низької водопотреби найдоцільніше застосовувати
для високоміцних бетонів класів В50...В70 при витраті цементу
250...400 кг/м3, малоцементних бетонів класів В10...В40 — при
витраті цементу 150...200 кг/м3, бетонів із високорухливих сумі-
264
шей класів В15...В50 — при витраті цементу 200...З50 кг/м3, дріб-
нозернистих бетонів класів В10...В50 — при витраті цементу
250...400 кг/м3.
Використання різновидів ВНВ найефективніше в таких напрямках:
ВНВ з підвищеним вмістом клінкерної складової (марок ВНВ-
70...ВНВ-100) застосовують для виготовлення збірних і монолітних
залізобетонних конструкцій, у тому числі й тонкостінних (об’ємні
блоки, оболонки), що експлуатуються в умовах інтенсивних наван-
тажень, а також для прискорення строків будівництва та скорочення
витрат на тепловологу обробку до повного відмовлення від неї;
ВНВ із середнім вмістом клінкерної складової (марок ВНВ-
40...ВНВ-60) використовують для заміни портландцементу марок
400...600 при виготовленні виробів і конструкцій із бетонів класів
В15...В55;
ВНВ із низьким вмістом клінкерної складової (до 30%) придатні
для виготовлення виробів із бетонів загального призначення серед-
ніх класів, неармованих або низькоармованих конструкцій (фунда-
ментні та стінові блоки).
Сульфатостійкі портландцементи (ДСТУ Б В.2.7-85-99, ГОСТ
22266) — це цементи, що утворюють камінь, стійкий до дії водних
середовищ, що містять сульфат-аніони. Головною причиною руйну-
вання цементного каменю під дією сульфатної агресії є утворення
етрингіту та пов’язане з цим виникнення об’ємних деформацій. Го-
ловним засобом запобігання розвиткові сульфатної агресії є викори-
стання цементів із низьким вмістом С3А.
Існує декілька різновидів таких цементів: сульфатостійкий порт-
ландцемент, сульфатостійкий портландцемент із мінеральними до-
бавками, сульфатостійкий шлакопортландцемент, пуцолановий порт-
ландцемент.
Сульфатостійкий портландцемент отримують на основі клін-
керу відповідного мінералогічного складу, в якому вміст С38 не по-
винен перевищувати 50%, С3А — не більше 6%, а сума С3А і С4АР —
не більше 22%.
Сульфатостійкий портландцемент із мінеральними добавками
може містити від 10 до 20% гранульованих шлаків, пуцоланів або їх
суміші. Сульфатостійкий цемент випускають марок М400, М500 і
використовують для отримання гідротехнічних бетонів, що експлуа-
туються у мінералізованих і прісних водах.
Такий цемент по суті белітовий та відрізняється повільним на-
рощуванням міцності, особливо в початкові строки твердіння. Вод-
ночас, цей цемент за порівняно низького вмісту С3А та С4АГ має ви-
265
сокий вміст кремнезему і тому з часом характеризується досить ви-
сокою міцністю. Поряд із високою стійкістю проти сульфатної агре-
сії, сульфатостійкому портландцементу властиве відносно низьке
тепловиділення (внаслідок обмеженої кількості високоекзотерміч-
них мінералів С38 і С3А), завдяки чому він використовується при
масивному бетонуванні.
Згідно з Британськими нормами В8 4027:1991, у складі клінкеру
для сульфатостійкого цементу кількість С3А обмежується до 3,5%, а
8О3 — до 2,5%. За європейським стандартом ЕХ 197-1:1992 сульфа-
тостійкий цемент вважається подібним до звичайного портландце-
менту і окремо не виділяється.
В США, згідно з А8ТМ С 150-94, сульфатостійкий цемент відо-
мий як цемент типу V. Відповідно до вимог цього стандарту, в скла-
ді клінкеру вміст С3А обмежується до 5%, сума (С4АБ + С3А) — до
25%, а вміст оксиду магнію — до 6%.
У Німеччині сульфатостійкий цемент містить підвищену кіль-
кість оксидів заліза і відомий під назвою Егххетепі.
Здається, що сульфатостійкий цемент можна було б вважати іде-
альним за його властивостями, але внаслідок високої собівартості
його використання є обмеженим.
Характеристики сульфатостійкого шлакопортландцементу та пуцо-
ланового портландцементу наведені нижче при розгляданні відпові-
дних груп в’яжучих речовин.
Портландцемент для влаштування дорожніх і аеродромних
покриттів отримують на основі клінкеру, що містить не більше 8%
С3А та підвищену кількість С38 і С4АР. До складу цементу не дозво-
ляється вводити інертні та активні мінеральні добавки, за винятком
доменного гранульованого шлаку в кількості не більше 15%. Бетон
на основі такого цементу має підвищену морозостійкість, стійкість
проти стираючої та ударної дії, малу усадку, підвищену міцність при
розтягу та згині, а також відповідну границю втомлюваності (витри-
валість до дії циклічних навантажень). Для досягнення цих власти-
востей під час помелу до складу цементу вводять пластифікуючі або
гідрофобно-пластифікуючі добавки, які знижують водоцементне
відношення та позитивно впливають на експлуатаційні властивості
бетону.
Висока витривалість бетону (або підвищена границя втомлюва-
ності) також досягається збільшенням однорідністі цементного ка-
меню, застосовуванням цементу із підвищеним вмістом алюмофери-
тів, використанням пластифікуючих добавок, збільшенням витрати
цементу на їм3 бетону.
266
Початок тужавлення такого цементу повинен наставати не рані-
ше, ніж через 2 години після замішування. Така вимога пов’язана з
тим, що при будівництві доріг бетонну суміш перевозять на значні
відстані. За міцністю цемент для бетонування дорожчих та аеродро-
мних покриттів повинен відповідати маркам М400 і М500.
Тампонажний цемент (ДСТУ БВ. 2.7-88-99) застосовується під
час розвідувального й експлуатаційного буріння нафтових та газо-
вих свердловин для відокремлення нафто- і газоносних шарів від
водоносних. Залежно від речовинного складу, цементи поділяють на
такі типи:
тип І — тампонажний портландцемент бездобавковий;
тип І-С — тампонажний портландцемент бездобавовковий з нор-
мованими вимогами при водоцементному відношенні, що дорівнює
0,44;
тип І-Н — тампонажний портландцемент бездобавковий з нор-
мованими вимогами при водоцементному відношенні, що дорівнює
0,38;
тип II — тампонажний портландцемент із мінеральними добав-
ками;
тип III — тампонажний портландцемент зі спеціальними добав-
ками, які регулюють щільність цементного тіста.
Залежно від умов експлуатації, з урахуванням температурного
фактора цементи типів І, II та III поділяють на цементи, призначені
для низьких і нормальних (15...50°С); помірних (51 ...100°С) та під-
вищених (101... 150°С) температур.
До тампонажних цементів висувають такі вимоги, як здатність
до утворення легкорухомих суспензійностійких систем, які можна
перекачувати насосами і які зберігають початкову консистенцію у
статичних і динамічних умовах: при тампонуванні свердловини гли-
биною до 1800 м — не менш як 1 год 20 хв, до 4000 м — не менш як
2 год 20 хв. Цементний камінь повинен не тільки мати достатню
міцність, але й відрізнятися водо- і газонепроникністю, стійкістю в
середовищі сольової та сірководневої агресії.
Враховуючи досить специфічні умови експлуатації тампонажних
цементів, передбачено випуск спеціальних його різновидів: піщани-
стого, солестійкого, низькогігроскопічного.
Білий портландцемент (ГОСТ 965) отримують із сировинних
матеріалів, що містять обмежену кількість барвників (оксидів феру-
му, мангану, хрому бажано менше 0,3% від маси клінкеру). Це по-
шачається на мінералогічному складі клінкеру, який містить мас. %:
С38 —35...50, С25 —35...50, С3А — 14...17, С4АР — 0,9...1,4.
267
Як сировину використовують чисті вапняки та мармури, кварцо-
вий пісок, каолінітові глини, чисті різновиди гіпсу, діатомітів, світ-
лих туфів, а як паливо — газ.
Оксид феруму в процесі отримання клінкеру відіграє роль плав-
ня, а зменшення його кількості зумовлює підвищення температури
отримання клінкеру до 1650°С, і тому до складу вихідної суміші
іноді додають кріоліт №3А1Е6.
Основною вимогою до білого портландцементу, що визначає йо-
го якість, є ступінь білизни. Для підвищення цього параметра клін-
кер випалюють у відновлювальному середовищі та відбілюють,
швидко охолоджуючи спочатку у конвертерному газі, а потім у воді,
або у воді з додаванням галоїдних сполук.
Поряд із вимогами до ступеня білизни, також висуваються вимо-
ги щодо тонкості помелу цементу: залишок на ситі № 008 повинен
становити не більше 12% (за стандартами України), а за вимогами
європейського стандарту величина питомої поверхні меленого про-
дукту повинна становити 400...450 м2/кг. У процесі помелу додають
гіпс та білий діатоміт (не більше 6%), який при твердінні зв’язує
Са(ОН)2, запобігаючи висолоутворенню. Можна також вводити до
10% білої інертної добавки. Помел клінкеру здійснюють уралітови-
ми кулями або кулями із хромонікелевої сталі, щоб уникнути забру-
днення частинками заліза або оксидами феруму, які погіршують йо-
го білизну.
Залежно від ступеня білизни, білий портландцемент поділяють
на три сорти. Коефіцієнт відбиття (яскравість по Ва8О4) визначають
за допомогою фотометра, і він становить не менш 80, 75 і 68% для І,
II та III сортів відповідно. Білий портландцемент випускають марок
М400 і М500, його транспортування і зберігання передбачено тільки
в закритій тарі.
Використовують білий портландцемент для декоративних та
оздоблювальних робіт, у тому числі для отримання цементних фарб,
що складаються із портландцементу, пігментів, наповнювачів, гід-
рофобних та прискорювальних добавок. Наповнювачем можуть бу-
ти вапно або вапняк, кремнеземисті матеріали. Цементні фарби до-
цільно застосовувати як декоративні матеріали для отримання
матової кольорової поверхні, підвищення атмосферостійкості та
зниження загальної пористості виробів.
Кольорові портландцементі! (ГОСТ 15825) отримують кілько-
ма способами, зокрема:
одночасним помелом білого клінкеру з відповідними мінераль-
ними пігментами;
268
спільним помелом звичайного або білого клінкеру, мінеральних і
органічних барвників, гіпсу та мінеральних добавок (деякі різнови-
ди цих цементів, у тому числі темно-червоний, червоно-коричневий,
гірчичний та хакі отримують на основі звичайного (сірого) порт-
ландцементу, а деякі (блакитний, зелений, помаранчевий, жовтий) —
на основі білого цементу);
забарвленням клінкеру за рахунок введення до складу сировин-
ної шихти хромофорів — оксидів елементів змінної валентності (Ге,
Сг, Мі, Со, Мп тощо), які надають цементу інтенсивного забарвлення.
Основні вимоги до барвників у цементі:
а) велика барвна здатність, яка забезпечує забарвлення при неве-
ликому вмісті барвника (мінерального — не більше 15%, органічно-
го — не більше 0,3%);
б) стійкість проти дії сонячного випромінювання, лугів та атмо-
сферного впливу;
в) відсутність шкідливого впливу на процес твердіння.
Згідно з вимогами стандарту А8ТМ С 979-82, при додаванні ба-
рвників (кольорових та білих) міцність зразків на 28 добу має стано-
вити не менше 90% міцності контрольних зразків, які виготовлені на
основі в’яжучої речовини без барвника. Добавка барвника не повин-
на суттєво впливати на довговічність цементу.
Для отримання кольорових цементів застосовують пігменти,
стійкі до дії лугів: вохру, мумію — для жовтого; сурик залізний —
для червоного; залізооксидні пігменти — для жовтого, коричневого,
червоного, теракотового; оксид хрому — для зеленого; піролюзит —
для коричневого і чорного; сажу — для чорного; ультрамарин —
для блакитного та синього кольорів.
Тонкість помелу пігментів має бути не менше 300 м2/кг, причому
їх застосування разом із відбілювальними добавками не повинно не-
гативно впливати на активність цементів.
Із органічних пігментів, стійких до дії лугів, є блакитний та зе-
лений фталоціанінові пігменти, але через велику собівартість вони
мають обмежене застосування.
Як кольорові пігменти також раціонально використовувати фар-
бові руди — вохру, бурий залізняк, сурик-руду та марганцеві руди.
Зазвичай дешеві та доступні природні пігменти (у зв’язку з низь-
кою інтенсивністю забарвлення) витрачаються у досить великій кі-
лькості на одиницю маси цементу, збільшуючи його собівартість та
погіршуючи механічні властивості. Більш якісні кольорові цементи
можуть бути отримані при використанні хромофорів у кількості
0,5...1,5%.
269
Кольоростійкість портландцементів залежить від їх мінералогіч-
ного складу, найбільше просвітлення відбувається в алітових висо-
коалюмінатних цементах. Для підвищення кольоростійкості цемен-
тного каменю під час помелу клінкеру вводять невелику кількість
стійких до дії лугів пігментів (0,5...3%) відповідного кольору, дріб-
нодисперсні частинки яких, адсорбуючись на поверхні цементних
зерен, забарвлюють продукти гідратації.
До складу кольорового портландцементу дозволяється вводити
до 1% стеарату кальцію або 2% хлориду кальцію (СаСЬ). Ці добавки
надають декоративному шару виробів сталої вологості, підвищуючи
його стійкість. Кольорові портландцементе підлягають гідратації
подібно білому або звичайному (сірому), але швидкість нарощуван-
ня міцності залежить від виду використаних пігментів.
Білий та кольорові портландцементе не мають достатньо високої
морозо- та корозійної стійкості, відрізняються підвищеними дефор-
маціями усадки, що зумовлено їх мінералогічним складом.
Ці цементи застосовують для архітектурно-оздоблювальних ро-
біт, виготовлення облицювального шару стінових панелей і блоків,
штучного мармуру, скульптурних робіт. При виробництві бетонних
елементів брукування кольорова бетонна суміш може бути отримана
«сухим змішуванням» барвника, цементу та заповнювачів.
Шлакопортландцемент (ШПЦ) одержують змішуванням попе-
редньо помелених компонентів або спільним помелом портландце-
ментного клінкеру, гіпсу (до 5%) та гранульованого доменного шлаку
36...80%. За стандартом (ДСТУ Б В.2.7-46-96), передбачено випуск
двох типів шлакопортландцементу: ШПЦ Ш/А та ШПЦ Ш/Б, які
містять гранульованого доменного шлаку, відповідно, 36...65% та
66...80%.
Гранульований шлак має тонкозернисту склоподібну структуру,
і так само, як і пуцоланові добавки, є активним компонентом порт-
ландцементу. Цей компонент взаємодіє з гідроксидом кальцію,
утворюючи низькоосновні гідросилікати С8Н(І) та гідроалюмінати
кальцію С2АН8.
Незначний вміст у цементному камені Са(ОН)2 підвищує стій-
кість шлакопортландцементу в м’якій і сульфатній воді порівняно із
звичайним портландцементом. Екзотермія при твердінні такого це-
менту в 2...2,5 разу нижча, ніж звичайного, і тому його можна засто-
совувати для виготовлення масивних бетонних конструкцій. Шла-
копортландцемент відрізняється від пуцоланового помірною водо-
потребою, вищою повітро- і морозостійкістю, а тому може засто-
совуватися для зведення наземних, підземних і підводних частин
270
споруд. Вартість такого цементу на 15...20% нижча за вартість зви-
чайного цементу.
У Бельгії при отриманні ШПЦ використовують процес Триєфа, в
якому шлак після мокрого помелу у вигляді шламу подається безпо-
середньо до бетонозмішувача разом із портландцементом і запов-
нювачем. При цьому виключається процес сушіння шлаку, а вико-
ристання мокрого способу помелу забезпечує добре подрібнення
шлаку (при однаковому споживанні енергії).
Шлакопортландцемент випускають трьох марок: М300, М400 і
М500. Недоліком цього цементу є те, що він повільно набирає міц-
ність у початковий період твердіння й особливо — при від’ємних
температурах. Процес твердіння значно прискорюється у разі засто-
сування теплової обробки виробів (наприклад, у пропарювальних
камерах).
Істинна густина ШПЦ — 2,8...3,0 г/см3. Водопотреба дещо мен-
ша, ніж портландцементу. За строками тужавлення до ШПЦ вису-
вають такі самі вимоги, що й до портландцементу, але ШПЦ тужавіє
повільніше, ніж портландцемент.
Швидкотверднучий шлакопортландцемент відрізняється від
звичайного шлакопортландцементу підвищеним вмістом у клінкері
С38 і С3А, кількістю шлаку (36...50%) і підвищеною тонкістю поме-
лу (350...450 см2/г). Такий цемент марки М400Р за дві доби твердін-
ня набуває міцності при стиску не менш як 15 МПа, через 28 діб
границя міцності при стиску повинна бути не нижчою за 40 МПа.
Сульфатостійкий шлакопортландцемент (ДСТУ Б В.2.7-85-99,
ТОСТ 22264) є різновидом ШПЦ, в якому при виготовленні викори-
стовують клінкер із вмістом С3А не більше ніж 8% і гранульований
доменний або електротермофосфорний шлак із вмістом АЬО3 не
більше 8%. Марки такого цементу: М300 і М400. ШПЦ є стійким до
дії розчинів сульфату і хлориду магнію та запобігає розвиткові
лужної корозії, що спричинена взаємодією лугів цементу з актив-
ним заповнювачем (у цьому разі безпечна кількість лугів у цемен-
ті досягає 2%).
Унаслідок низького тепловиділення і підвищеної жаростійкості
ШПЦ має деякі переваги порівняно з портландцементом, особливо
при зведенні масивних споруд, у тому числі гідротехнічних, та конст-
рукцій гарячих цехів. Не рекомендується застосовувати ШПЦ у зоні
змінного рівня води, а також у будівництві при дії низьких темпера-
тур без штучного обігрівання.
Європейські норми ЕИ 197-1:1992 розрізняють три види шлако-
портландцементу: ІП/А, Ш/В, Ш/С, які допускають вміст додатко-
271
вих компонентів до 5% і включають шлаку (в мас. % від кількості
цементу) відповідно 36...65, 66...80, 81...95. Згідно з цими самими
нормами, ставлять вимоги до шлаку, який дозволяється використо-
вувати для ШПЦ: відношення суми оксидів (СаО + М§0) до 8іО2
має перевищувати 1,0.
Британські норми В8 146:1991 і В8 4246:1991 класифікують
шлакові цементи за міцністю при стиску. їх поділяють на три класи:
з низькою початковою міцністю при стиску, звичайною та високою.
Відповідно до цих норм, допускається використання цементів із вмі-
стом шлаку від 50 до 85%, що мають досить низьку міцність при
стиску на сьому добу (12 МПа).
Американський стандарт А8ТМ С 983-93 поділяє шлаки на три
групи залежно від їх гідравлічної активності, визначеної на основі
міцності, порівняно з портландцементом.
Теоретичною основою для отримання сульфатно-шлакових це-
ментів є здатність сульфату кальцію в лужному середовищі активі-
зовувати гідравлічні властивості доменних гранульованих шлаків.
Різновидами цієї групи цементів є гіпсошлаковий цемент, що міс-
тить 80...85% шлаку і 10... 15% ангідриту, та шлаковий безклінкерний
цемент, що містить 85...90% шлаку, 5...8% ангідриту і 5...8% доломіту.
Істинна густина сульфатно-шлакових цементів — 2,9...3,1 г/см3.
Початок тужавлення — не раніше ніж через 30 хв, кінець — не піз-
ніше ніж через 10 год, міцність становить 30...40 МПа.
Сульфатно-шлакові цементи мають підвищену стійкість у м’яких
і сульфатних водах. Ці цементи відрізняються низьким тепловиді-
ленням і застосовуються в масивних конструкціях, у підводних і
підземних спорудах, особливо там, де вони піддаються дії агресив-
них вод або вилуговуванню. Не слід використовувати такі цементи в
зоні навперемінного зволоження і висушування, а також при низь-
ких температурах.
Пуцоланові цементи одержують спільним помелом клінкеру,
двоводного гіпсу (3...5%) та активної мінеральної добавки (21...55%).
Активними мінеральними добавками називають природні або
штучні силікатні матеріали, які в тонкоподрібненому вигляді під час
замішування з водою самостійно не тверднуть, але під час гідратації
цементу здатні зв’язувати гідроксид кальцію у практично нерозчин-
ні гідросилікати кальцію, що істотно підвищує стійкість цементу до
корозії, пов’язаної з вилуговуванням Са(ОН)2.
Природні добавки представлені породами осадового та вулканіч-
ного походження. До добавок вулканічного походження (відомих як
пуцолани) належать вулканічний попіл, вулканічний туф, трас, пем-
272
за, які за мінералогічним складом є скловидною фазою з кристаліч-
ними включеннями.
Добавки штучного походження — це кислі золи і паливні шла-
ки, які є мінеральними відходами спалювання кам’яного та бурого
вугілля, сланців, торфу, що переважно представлені склокристаліч-
ними фазами алюмосилікатного складу.
Шлаки — це спечені відходи з розміром зерен понад 0,3...0,5 мм.
Дисперсні матеріали з частинками, меншими за 0,3 мм, називають
зонами. Зола винесення утворюється під час спалювання пиловидно-
го палива й уловлюється електрофільтрами. Вона відрізняється ви-
сокою дисперсністю і може застосовуваться без додаткового помелу.
Процес виробництва пуцоланового портландцементу складаєть-
ся із сушіння мінеральної добавки і дозування її в млини для спіль-
ного помелу з портландцементом.
Твердіння пуцоланового цементу відбувається внаслідок проце-
сів гідратації мінералів цементного клінкеру і взаємодії новоутво-
рень з активними компонентами добавок. Склад новоутворень зале-
жить від виду використаної пуцоланової добавки: замість високо-
основних гідросилікатів типу С28Н2 утворюються низькоосновні типу
С8Н (І), а також синтезуються гідроалюмінати кальцію (С4АН|3-С2АН8),
гідрогеленіт (С2А8Н8) або гідрогранати (при обробці гарячою парою).
Пуцоланові цементи випускають марок М300 і М400. Істинна
густина цих цементів нижча за густину звичайного портландцемен-
ту і становить 2,7...2,9 г/см3 (залежно від виду добавки).
Водопотреба пуцоланових цементів із добавками осадового по-
ходження значно вища (до 35%), а портландцементів із добавками
вулканічного походження мало відрізняється від водопотреби зви-
чайних портландцементів.
Пуцолановий портландцемент характеризується меншим тепло-
виділенням, ніж звичайний, тому його використовують при масив-
ному, в тому числі гідротехнічному, бетонуванні.
Для отримання сульфатостійкого пуцоланового портландцеме-
нту в складі клінкеру обмежують кількість С3А (не більше 8%). Ви-
пускають сульфатостійкі пуцоланові портландцементи марок М300
та М400.
До негативних властивостей пуцоланових портландцементів на-
лежать їх відносно низькі морозостійкість та стійкість в умовах на-
вперемінного зволожування і висушування. Пуцоланові цементи з
добавками осадового походження відрізняються низькою повітро-
стійкістю.
273
Пуцолановий портландцемент рекомендується застосовувати
для бетонних і залізобетонних конструкцій, підводних і підземних
частин споруд, особливо якщо потрібна підвищена стійкість проти
дії м’яких і сульфатних вод, а також водонепроникність. Краще ви-
користовувати пуцолановий портландцемент для наземних конструк-
цій, що перебувають в умовах підвищеної вологості, але не зазнають
частого заморожування.
Не рекомендується застосовувати пуцолановий портландцемент
у районах із сухим кліматом, при спорудженні об’єктів, що підляга-
ють систематичному заморожуванню і відтаванню, зволоженню і
висушуванню, а також використовувати при температурах нижче
10°С без штучного обігріву.
Композиційні цементи набули значного розповсюдження у
зв’язку з можливістю вирішення деяких екологічних проблем, пов’я-
заних із виробництвом портландцементу, та необхідністю створення
в’яжучих матеріалів широкого спектра застосування з наперед зада-
ними властивостями.
Екологічні проблеми цементної промисловості, в першу чергу,
обумовлені великими витратами мінеральних ресурсів: для випуску
1 т портландцементу потрібно видобути 1600 кг сировинних матері-
алів, переробивши близько 5...6 т вихідної сировини, що призводить
до руйнування існуючих ландшафтів та загального погіршення еко-
логічної ситуації. Підраховано, що виготовлення 1 т портландцемен-
тного клінкеру супроводжується видаленням в атмосферу від от 0,4
до 1 т вуглекислого газу (СО2).
Виробництво портландцементу також пов’язане з проблемою
емісії шкідливих речовин, які виділяються при випалюванні, на-
приклад, важкі метали: Си, Хп, РЬ, Сб, Н&, що переходять на
35...96% в газову фазу і акумулюються матеріалами або цемент-
ним пилом. Позитивне вирішення проблеми утилізації таких від-
ходів пов'язане з утворенням так званих «зелених» заводів з ви-
робництва цементу.
Як один із факторів, що сприяють зниженню негативного впливу
цементного виробництва на екологічний стан навколишнього сере-
довища можна розглядати впровадження композиційних цементів
оптимального складу (з використанням доменних гранульованих
шлаків, зол ТЕС, природної пуцолани та вапняку), причому знижен-
ня кількості клінкеру в складі цементу також зменшує емісію вугле-
кислого газу.
Згідно з класифікацією (ДСТУ Б В.2.7-46-96), передбачено виро-
бництво композиційних портландцементів II та V типу.
274
Композиційний портландцемент II типу поділяється на види А
та Б. Цемент виду А містить 80...94% портландцементного клінкеру
та 6...20% мінеральних добавок і додаткових компонентів. Компо-
зиційний портландцемент II типу, виду Б складається з 65...79% клін-
керу, 21...35% мінеральних добавок, причому сумарний вміст вап-
няку і золи-винесення обмежується 20%. Як мінеральні добавки в
композиційних цементах можуть використовуватись доменний гра-
нульований шлак, пуцолани, зола-винесення, вапняк. Ці цементи
мають містити, крім клінкеру, не менше двох основних компонентів,
причому вміст додаткових компонентів у вигляді гіпсового каменю
та добавок, що регулюють основні властивості цементу, не повинен
перевищувати 5%.
Композиційний цемент V типу також поділяється на види А і Б.
Вид А містить 40...64% клінкеру, 18...40% доменного гранульовано-
го шлаку, 10...20% пуцолани та золи-винесення, 0...5% додаткових
компонентів, а вид Б — 20...39% клінкеру, 41...60% гранульованого
доменного шлаку, 20...40% пуцоланових добавок та золи-винесення,
0...5% додаткових компонентів.
Різновидами композиційних цементів можна вважати багатоком-
понентні цементи, деякі види в’яжучих низької водопотреби та тон-
комелених цементів, що виготовляються за новими технологіями,
і маркування яких залежить від виду та співвідношення використа-
них компонентів та добавок.
Багатокомпонентні цементи (цементи з мікронаповнювачами),
раніше відомі як змішані портландцементе, до складу яких під час
помелу введено деяку кількість кварцового піску, вперше були
отримані в 90-х роках XIX ст. Такі цементи найчастіше застосовува-
ли для виготовлення будівельних розчинів. Вирішальний вплив на
властивості цих цементів має спосіб їх виготовлення:
спільний помел клінкеру, гіпсу і мікронаповнювача;
окремий помел компонентів і наступне змішування;
двоступінчастий помел, під час якого спочатку розмелюють клін-
кер з гіпсом, а потім отриманий цемент піддають вторинному помелу
з добавкою.
Мікронаповнювачі не слід розглядати як інертні добавки. Вони
не тільки беруть участь у формуванні структури цементного каме-
ню, але й на їх поверхні виділяються високодисперсні новоутворення.
Як мікронаповнювачі для цементів використовують природні та
техногенні речовини у дисперсному стані (переважно неорганічного
складу), які не розчиняються у воді і характеризуються крупністю
зерен менше 0,16 мм. До мінеральних добавок техногенного похо-
275
дження належать швидкоохолоджені шлаки, висококальцієві золи-
винесення (СаО> 10%), низькокальцієві золи-винесення (СаО< 10%),
повільно охолоджені шлаки, золи гідровидалення, паливні шлаки,
золи рисового лушпиння, ультрадисперсні відходи виробництва фе-
росплавів і кристалічного кремнію (відомі як мікрокремнезем). Ці
відходи є конденсованими аерозолями, і в їхньому хімічному складі
переважає оксид силіцію. Вони містять ультрадисперсні частинки сфе-
ричної форми діаметром 0,1 мкм (питома поверхня — 1200...2500 м2/кг,
насипна густина — 150...250 кг/м3).
Першість використання мікрокремнезему в технології бетону
належить спеціалістам Норвезького технічного університету, які
продемонстрували принципову можливість отримання високоякіс-
ного бетону з такою добавкою.
Вимоги до мікрокремнезему та бетонів, виготовлених з його ви-
користанням, регламентуються нормативами ряду країн. Так, відпо-
відно до стандарту Норвегії N8 3045 кількість оксиду силіцію в мік-
рокремнеземі має бути не менше як 85%, а дозування цієї добавки у
бетон — не вище 10% від маси цементу. Аналогічні показники вста-
новлені нормативами й інших країн, але в деяких випадках граничне
дозування мікрокремнезему досягає 15%.
Важливою проблемою використання мікрокремнезему у вироб-
ництві є його транспортування, для чого мікрокремнезем піддають
ущільненню (з деякою втратою його пуцоланової активності). Для
виготовлення напівфабрикату у вигляді порошку, пасти, брикетів
або гранул використовують різні модифікатори, які часто містять
суперпластифікатор.
Багатокомпонентні цементи з мікрокремнеземом використову-
ють для отримання бетонів спеціального призначення, зокрема
щільних високоміцних та корозійностійких.
Тонкомелені цементи (ТМЦ) отримують повторним помелом
портландцементу з різними мінеральними добавками природного і
штучного походження (кварцові піски, щільні вапняки, перліти, ву-
лканічні породи, золи ТЕС, доменні шлаки), які вводять до цементу
замість частини клінкеру в кількості до 50%.
ТМЦ виготовляють як на цементних заводах, так і безпосеред-
ньо на підприємствах будіндустрії з використанням різного помоль-
ного устаткування: млинів кульових, струминних або вібраційних.
Маркування ТМЦ проводять за кількостю портландцементної скла-
дової, наприклад, ТМЦ-50, ТМЦ-60.
Ефективність ТМЦ істотно підвищується при використанні пла-
стифікаторів. Бетони на основі пластифікованих ТМЦ характеризу-
276
ються підвищеними фізико-механічними властивостями (клас
В40...В60), маркою за морозостійкістю — Р200, за водонепроникні-
стю — XV 12... 15.
Тонкомелені цементи (Интрацем (Росія), Місгобиг (Німеччина),
Бріпог (Франція)) використовують у вигляді водної суспензії, яку
вводять у грунт або у тріщини конструкції, що підлягає відновлен-
ню, або в середину матеріалу, який зміцнюють. Міцність суспензій,
що тверднуть, досягає 3 МПа після перебування у воді протягом
10 діб, що достатньо для виконання ними своїх функцій. Ці цементи
доцільно застосовувати для глибинного зміцнення і попередження
усадки грунтів, санації різних споруд, історичних пам’яток, віднов-
лення несучої здатності фундаментів, підпірних стінок, ін’єктування
каналів попредньонапружених конструкцій.
Вироби та конструкції на основі портландцементу та його різно-
видів наведено в розділі 8.
6.4.4. Кальційалюмінапіні цементи
Перший патент на алюмінатний цемент (відомий як цемент Фо-
ндю) отримано у 1908 р. компанією «Павін де Лафарж» у Франції.
Цей матеріал розроблено як цемент, що відрізняється підвищеною
стійкістю у сульфатному середовищі.
Залежно від вмісту оксиду алюмінію А120з, алюмінатні цементи
поділяються на три види: звичайний глиноземистий, що містить
35...48% АЬОз; високоглиноземистий, що містить 60...65% АЬОз;
особливо чистий високоглиноземистий цемент, що містить понад
70% А12О3.
Введення у глиноземистий цемент до 1% добавок не погіршує
його якості. Іноді вводять до 20...30% кислого доменного шлаку, що
знижує вартість в’яжучого матеріалу, зменшує усадку і тепловиді-
лення під час твердіння.
Існує два способи виробництва глиноземистого цементу: спікан-
ня і плавлення. За першим способом ретельно подрібнену суміш бо-
кситу і вапняку випалюють до спікання при температурі 1150...1250°С.
Отриманий продукт піддають помелу. Необхідність використання
високоякісної сировини стримує широке впровадження цього спо-
собу, хоча він має певні переваги (меншу витрату палива та добру
здатність клінкеру до розмелювання).
Більш поширеним є другий спосіб. При плавленні в елекропечах
до складу шихти, крім бокситу і вапна, додають кокс і металеву
стружку. Процес відбувається при Т = 155О...165О°С. Недоліком цьо-
го способу є значні витрати електроенергії.
277
У мінералогічному складі глиноземистого цементу (цементу
Фондю) переважають СаО • А12О3 (СА) та ферити різного складу.
СА становить 40...50% усього матеріалу і є твердим розчином, що
містить Ре3" (до 5% у перерахунку на Ре2О3).
Строки тужавлення глиноземистих цементів залежать від темпе-
ратури і є максимальними в інтервалі 25...30°С. При температурі
О...2О°С час тужавлення скорочується, така сама тенденція має місце
і при температурі вище 30°С.
Збільшення швидкості перемішування значно прискорює гідра-
тацію алюмінатних цементів; при швидкому перемішуванні може
відбуватися тужавіння суміші навіть у змішувачі.
Склад продуктів гідратації залежить від температурного факто-
ра: при низьких температурах переважають гідрати САНю, при се-
редніх — С2АНк + АНз, при підвищених — С3АН6+ АН3 (рис. 6.2).
Реакції конверсії (перекристалізації) гідроалюмінатних фаз у
стабільний гідроалюмінат С3АН6 призводять до спаду міцності:
ЗСАН10->СзАН6 + 2АН3+ 18Н;
ЗС2АН8 2С3АН6 + АНз + 9Н.
Рис. 6.2. Зміна складу продуктів гідратації
глиноземистого цементу залежно від температури твердіння
Властивості глиноземистого цементу: істинна густина цементу
становить 3,0...3,2 г/см3, водопотреба — 23...28%, (для високоглинозе-
мистих цементів — ЗО...32%); початок тужавлення — не раніше як за
ЗО хв, кінець — не пізніше ніж через 12 год від початку замішування.
Головною перевагою глиноземистого цементу, порівняно з порт-
ландцементом, є швидке нарощування міцності. Так, цемент марки
278
М400 через 24 год характеризується міцністю не менше ніж 23 МПа,
через 3 доби — 40 МПа.
Міцність глиноземистого цементу характеризується спадами і
підйомами в різні періоди твердіння залежно від перебігу процесів
конверсії, що пов’язані з перекристалізацією гідроалюмінатних фаз.
Не можна використовувати глиноземистий цемент за умов, коли
температура бетону під час твердіння перевищує 25...30°С. При твер-
дінні цементу протягом перших діб виділяється 70...80% загальної
кількості теплоти, що є позитивним при бетонуванні взимку. За зви-
чайних умов це призводить до зниження міцності.
Порівняно з іншими цементами глиноземистий цемент має під-
вищену стійкість проти дії м’якої, морської та мінералізованих вод.
Глиноземистий цемент є цінним матеріалом при проведенні ава-
рійних ремонтів гребель, доріг, мостів, при терміновому споруд-
женні фундаментів та оборонних об’єктів. Обмежене застосування
цього цементу пов’язане з його високою вартістю, що перевищує
вартість звичайного портландцементу в 4...5 разів.
Високоглиноземисті цементи представлені «Талюмом» та особ-
ливо чистим високоглииоземистим цементом (ОВГЦ). Сировиною
для їх виробництва є вапняки, технічний глинозем і високоалюмінат-
ні шлаки, які отримують під час виплавлення феросплавів. Після
коригування і ретельної гомогенізації суміш гранулюють. Випалю-
ють гранули при температурі Т~ 142О...І45О°С, помел випаленого
матеріалу відбувається у струминних млинах. Високоглиноземисті
цементи є високоміцними в’яжучими матеріалами. Для цементу
«Талюм» передбачено марки М400, М500 і М600, для ОВГЦ —
М500 і М600. Основною перевагою таких цементів є їх висока жаро-,
термо- і хімічна стійкість проти дії розплавів металів та агресивних
газових середовищ.
Алюмінатні цементи можна використовувати як жаростійкі (ра-
зом із відповідними заповнювачами). Жаростійкість глиноземистого
цементу зростає зі збільшенням АЬОз в його складі У поєднанні з
шамотним заповнювачем такі цементи дають змогу отримувати бе-
тони з температурою експлуатації до 1300°С, а з хромітом —
1400°С. Білі алюмінатні цементи (з обмеженим вмістом заліза) мо-
жуть бути використані для виробництва вогнетривких виробів із мак-
симальною температурою експлуатації до 2000°С.
Цементи, здатні до розширення. Більшість бетонів та розчинів
на основі гідравлічних в’яжучих речовин під час твердіння на повіт-
рі дають усадку. Усадочні деформації викликають такі небажані
явища, як тріщиноутворення, підвищену проникність води, а також
279
зниження морозо- та корозійної стійкості цементного каменю. Для
запобігання виникненню них недоліків використовують багатоком-
понентні в’яжучі речовини спеціального призначення, що здатні до
розширення. Вони складаються з основного в’яжучого матеріалу і
розширної добавки, до складу якої може входити кілька компонентів.
Як основна в’яжуча речовина в таких композиціях використову-
ється глиноземистий цемент або портландцемент.
Залежно від здатності до розширення, цементи поділяють на
безу садкові, розширні та напружу вальні.
Безусадкові цементи мають невелике розширення (не більше
0,1%), що компенсує їх усадку під час висихання. Вони запобігають
тріщиноутворенню в разі виникнення деформацій усадки. Ці цемен-
ти використовують у будівництві таких об'єктів, як багатоповерхові
стоянки автомобілів або резервуари для води, де треба виключити її
просочування.
Розширні цементи характеризуються збільшенням об’єму (по-
над 0,1%), що не компенсується усадкою. Такі цементи застосову-
ють для омонолічування збірних залізобетонних конструкцій, заче-
канення швів тюбінгів, спорудження доріг та аеродромів, виготов-
лення залізобетонних труб.
Напружувальні цементи мають велику енергію розширення і
використовуються при виготовленні залізобетонних виробів з арма-
турою, напружувальна енергія якої розвивається при розширенні
цементу в процесі його гідратації та твердіння.
Максимальне напруження, що може досягатися в таких цемен-
тах, становить 3,5...8 МПа. Під час розширення напружувального
цементу відбувається самонапруження арматури у бетоні, що по-
ліпшує його якість. Залежно від енергії самонапруження, ці цементи
поділяють на три марки: НЦ-20, НЦ-40, НЦ-60 із напруженням, від-
повідно, 2, 4 та 6 МПа.
Ефект розширення цементу досягається збільшенням об’єму
твердої фази або направленим ростом кристалів. Залежно від приро-
ди добавки, що спричинює розширення, розрізняють цементи на ос-
нові гідроксидів кальцію або магнію та сульфоалюмінатів (у продук-
тах твердіння яких синтезується етрингіт).
Водонепроникний розширний цемент (ВРЦ) — гідравлічна в’яжуча
речовина, яка здатна до швидкого тужавіння і твердіння, може бути
виготовлена помелом або змішуванням у кульовому млині тонкопо-
дрібнених глиноземистого цементу (70...76%), напівводного гіпсу
(2О...22%) та високоосновного гідроалюмінату кальцію 4СаО • АЬОз- 13Н2О
(10...11%). Останній спеціально синтезують гідротермальною оброб-
280
кою глиноземистого цементу з вапном протягом 5...6 год при тем-
пературі 12О...15О°С, потім його подрібнюють і змішують із глино-
земистим цементом та гіпсом.
У процесі твердіння цементу відбувається реакція з утворенням
етрингіту:
4СаО • А12О3 • 13Н2О + 3(Са8О4 • 2Н2О) + 14Н2О =
= ЗСаО • А12О3 • ЗСаЗОд • 32Н2О + Са(ОН)2,
що зумовлює сульфоалюмінатне розширення штучного каменю у
межах 4...5%.
Початок тужавлення цементу — не раніш як через 4 хв, кінець —
не пізніше ніж через 10 хв. Процес тужавіння може бути сповільне-
ний добавками ЛСТ, оцтової кислоти, бури тощо.
Водонепроникний розширний цемент марки М500 через 6 год
після виготовлення стандартних зразків має міцність при стиску 7,5 МПа,
а через 3 доби — ЗО МПа. Після 24 год твердіння зразки мають бути
абсолютно водонепроникними при тиску 0,6 МПа, а їх лінійне роз-
ширення — в межах 0,2...1,0%.
Слід ураховувати, що водонепроникний розширний цемент має
знижену морозостійкість, і тому його можна застосовувати тільки при
температурах, які вище 0°С для відновлення зруйнованих бетонних та
залізобетонних конструкцій, для гідроізоляції тунелів, стовбурів шахт,
у підземному та підводному будівництві, при створенні водонепроник-
них швів. Як недоліки цього цементу слід відмітити високу вартість,
короткі строки тужавлення, низьку морозостійкість.
Гіпсоглиноземистий розширний цемент (ГГРЦ) — це цемент,
що має переваги над вищенаведеним цементом, є дешевшим та від-
різняється тривалішими строками тужавлення. Його отримують спі-
льним помелом або змішуванням попередньо подрібнених високо-
глиноземистого клінкеру чи шлаку (70%), у складі якого переважає
однокальцієвий алюмінат, та природного двоводного гіпсу (30%).
Марки цементу — М300, М400, М500; початок тужавлення — не
раніш як через 20 хв, кінець — не пізніше як через 4 год. Через добу
цемент має бути водонепроникним при тиску 1 МПа. Лінійне роз-
ширення цементу через 3 доби твердіння — 0,1 ...0,7%, а через 28 діб —
не більше 1%. Границя міцності при стиску через 3 доби — не мен-
ше 28 МПа. Темпи нарощування міцності ГГРЦ такі самі, як і у гли-
ноземистого цементу, але спад міцності у віці до 28 діб не спостері-
гається. Розширення ГГРЦ пов’язане з утворенням етрингіту і вияв-
ляється лише при твердінні у воді, при витримуванні на повітрі
цемент є безусадковим.
281
Гіпсоглиноземистий цемент застосовують для виготовлення бе-
зусадкових та розширних водонепроникних розчинів та бетонів, для
омонолічування стиків, гідроізоляції шахт, підвалів, тампонування
нафтових свердловин.
Розширний портландцемент одержують спільним помелом
60...65% портландцементного алітового клінкеру, 5...7% глиноземи-
стого клінкеру або високоглиноземистого шлаку, 7... 10% двоводно-
го гіпсу і 20...25% активної мінеральної добавки (трепелу, опоки, ді-
атоміту, доменного гранульованого шлаку). У складі портландце-
менту має бути не менше 7% алюмінатів кальцію та 55% аліту.
Механізм розширення зумовлений утворенням кристалічного
етрингіту, який збільшує об’єм гідратних новоутворень. Активна
добавка сприяє синтезу цієї сполуки до тужавіння цементу, що за-
безпечує розширення бетонних сумішей у пластичному стані без
виникнення напружень у кристалічній структурі. Гідросульфоалю-
мінат кальцію швидко утворюється при температурі 6О...8О°С, тому
короткочасне пропарювання прискорює твердіння цементу.
Камінь на основі розширного цементу має високу щільність і во-
донепроникність, а також здатність до розширення у воді та на повіт-
рі при постійному зволоженні протягом перших 3 діб. Цей цемент є
напружувальним із малою енергію розширення, марки за міцністю
М400, М500, М600, початок тужавлення — не раніше як через ЗО хв,
кінець — не пізніше, ніж через 12 год після замішування; розши-
рення після 1 доби становить 0,15...1,0%.
Галузі використання такого цементу — шляхове та підземне бу-
дівництво, влаштування підлог промислових підприємств, тампона-
жні роботи, виготовлення залізобетонних виробів із напруженим
армуванням (омонолічування каналів із напруженою арматурою).
Розширні цементи можуть бути отримані на основі сульфовміс-
ного клінкеру, який містить 15...20% С3А • Са8О4. Небажаною фазою
в таких цементах є С28 • Са8О4, тому клінкер випалюють при темпе-
ратурі 1300°С, коли сульфосилікат розкладається. Наявність вільно-
го СаО й ангідриту сприяє розширенню такого цементу. Такий це-
мент отримують спільним помелом сульфовмісного клінкеру, порт-
ландцементу і гіпсу.
Напру жувальний цемент (НЦ), запропонований В.В. Михайло-
вим, одержують спільним помелом (до питомої поверхні не менше
як 450 м7кг) портландцементного клінкеру — 65...75, глиноземис-
того цементу — 13...20, двоводного гіпсу — 6... 10 мас.%. Причиною
розширення і напруження такого цементу є утворення етрингіту.
Цемент має дуже короткі строки тужавлення: початок — через 2...5 хв,
282
кінець — через 4...7 хв після замішування. Цементи марки НЦ-20
характеризуються границею міцності при стиску через 1 добу —
10...12 МПа, а через 28 діб — 40...50 МПа.
У разі пропарювання бетонних виробів із жорстких бетонних
сумішей цей цемент створює в арматурі попереднє напруження без
застосування спеціального обладнання. Крім того, його використан-
ня забезпечує водо-, бензо- та газонепроникність конструкцій, під-
вищує їх тріщиностійкість, несучу здатність самонапружених конст-
рукцій. Такий цемент доцільно застосовувати для виготовлення
напірних залізобетонних труб, резервуарів для води, оболонок по-
криттів, при будівництві спортивних споруд (трибун, плавальних
басейнів), для будівництва доріг та аеродромів, підводних і підзем-
них напірних споруд, тонкостінних просторових конструкцій.
У США використовують три види цементів, що здатні до розши-
рення, позначених як типи К, М, 8. Ці цементи характеризуються
тим, що основним джерелом алюмінатних іонів у них є різні глино-
земмісткі сполуки. Тип К передбачає використання С4А38, тип М —
СА + С12А7 ( глиноземистий цемент), а тип 8 як джерело алюмінатних
іонів містить портландцементний клінкер із високим вмістом С3А.
Найбільшого поширення набув цемент К, який передбачає вико-
ристання клінкеру, що містить від 8 до 50% С4А38. Такий клінкер
випалюють при Т = 1300°С. Серед трьох видів розширних цементів
тільки цемент типу К є сульфатостійким.
6.4.5. Лужні цементи
Лужні цементи — новий клас в’яжучих речовин, що складають-
ся принаймні з двох компонентів: лужного та алюмосилікатного
(або кальційалюмінатного), причому вміст лугів у перерахунку на
К2О (де К — На, К) становить 5...20%. Відкриття професором
В.Д. Глуховським у 1957 р. в’яжучих властивостей у сполук 1 групи
II підгрупи Періодичної системи елементів сприяло створенню луж-
них цементів і довело, що вимоги обмеженої розчинності (згідно із
сучасними теоріями композиційної побудови в’яжучих систем) слід
ставити не до речовин, що входять до складу цементу, а до продук-
тів їх гідратації та твердіння. Раніше були відомі спроби викорис-
тання лужних сполук (розчинне скло, Иа2СО3, ИаОН) як добавок-
активізаторів до традиційних портландцементів. Проте вміст доба-
вок-активізаторів був незначним, бо підвищена кількість активних
лужних сполук, особливо за наявності реакційноздатних заповнюва-
чів, є причиною розвитку внутрішньої корозії, що призводить до де-
структивних процесів у затверділому бетоні.
283
Ідея створення лужних цементів гідратаційного твердіння базу-
ється на аналізі процесів мінерало- та породоутворення, які відбу-
ваються в земній корі та на її поверхні при наявності сполук лужних
металів. У цьому разі сполуки натрію і калію відіграють роль струк-
туроутворюючих компонентів, сприяючи синтезу лужних алюмоси-
лікатних речовин, подібних за своїм складом до існуючих у природі
цеолітів та фельдшпатоїдів. Умовні схеми процесів гідратації тра-
диційних в'яжучих систем і лужних цементів наведено на рис. 6.3.
СаО - 8іО2
СаО - А12О3
А12О; — 8іО2
КО - А12О3 - 8іО2
СаО - 8іО2 - Н2О
+ Н2О
СаО - А12О3 - Н2О
К2О - АІ2О3 - 8іО2 - Н2О
+ К2О + Н2О
К2О - КО - А12О3 - 8іО2 - Н2О
Рис. 6.3. Схеми процесів гідратації в’яжучих систем:
а — портландцементу, б — глиноземистого цементу; в, г — лужних цементів
Лужні цементи — це системи, що є поєднанням силікатів (або
алюмінатів) природного чи техногенного походження та сполук лу-
жних металів, які дають у водному середовищі лужну реакцію. Кла-
сифікація цих цементів з урахуванням складу новоутворень та базо-
вої сировини для їх отримання наведена на рис. 6.4.
Рис. 6.4. Класифікація лужних цементів
284
Чисті лужні цементи є поєднанням силікатів системи А2О3 —
8іО2 (де К2О3 — це А12О3, Ге2О3, Сг2О3 тощо) та сполук лужних ме-
талів, основними продуктами гідратації яких є лужні гідроалюмоси-
л ікати — аналоги природних цеолітів. У цих цементах співвідно-
шення між оксидами становить Т?2О :/?2О3: 8іО2= (1... 1,15): 1 : (2...6).
Як силікатну складову використовують глини, метакаолін, штучне
та природне скло.
Змішані лужно-лужноземельні цементи є поєднанням силікатів
системи АО - Т?2О3 - 8іО2 (де 7?О — це СаО, М§О, ВаО, 8гО тощо) та
сполук лужних металів, продуктами гідратації яких є низькоосновні
гідросилікати кальцію тоберморитової групи, лужні і лужно-лужно-
земельні гідроалюмосилікати (аналоги природних породотвірних
мінералів — цеолітів та слюд). Для їх виробництва використовують
також різні речовини природного, штучного та техногенного похо-
дження, в яких співвідношення між основними оксидами становить
7?О : Т?2О : Я2О3: $іО2= (2...4): 1 : 1 : (2...6). Деякі приклади лужних
цементів наведені у табл. 6.3.
Таблиця 6.3
Склади деяких лужних цементів та їх характеристики
Найменування цементу Дисперсний компонент (вихідна сировина) Активність, МПа
Чисті лужні цементи
Геоцементи Алюмінати лужних матеріалів (/?2О-А12ОЦ 20...40
Силікати лужних матеріалів (7?2О-/и$іО2-нН2О) Метакаолін А12О3-т8іО2 10...80
Паливний шлак, вулканічне скло, перліт, ліпа- рит, польові шпати І5...80
Змішані лужно-лужноземельні цементи
Шлаколужний Металургійні, сталеплавильні та феросплавні шлаки, штучні стекла 30...120
Зололужний Паливні золи та шлаки ТЕС, золошлакові су- міші, штучні стекла, природні туфи 15...100
Лужний портланд- цемент та шлако- портландцемент Портландцемент та його різновиди (пуцола- новий, шлакопортландцемент) 30...120
Лужний алюмінаг- ний СА, СА2, С7А|2 30...100
285
До складу новоутворень лужних цементів не входять високоос-
новні гідросилікати кальцію, гідроалюмінати та гідроферити каль-
цію, а також вільний Са(ОН)2, який має високу розчинність, порів-
няно з лужними та лужно-лужноземельними гідроалюмосилікатами.
Цементи, що містять у своєму складі лужні сполуки, набули роз-
витку у таких країнах, як Польща, Канада, Фінляндія, Франція, Ки-
тай, Австралія. Історія їх становлення та розвитку у світі пов’язана з
такими визначальними термінами як грунтосилікати (В.Д. Глуховсь-
кий, 1957), геополімери (Дж. Давидович, 1973), лужні активовані
цементи (Наранг, Чопра, 1983), Л-цементи (Форс, 1983), безгіпсові
портландцементе (Олдер, Скальний, Брунауер, 1983), 8КІ-цементи
(Чанго, 1991), геоцементи (П.В. Кривенко, Ж.В. Скурчинська, 1991),
лужні цементи (П.В. Кривенко, 1994).
Геоцементи (геополімери) широко застосовуються у компози-
ційних матеріалах, де виникає потреба заміни органічних полімерів.
Вони ефективні як вогне-, жаро- і кислотостійкі матеріали, як мат-
риця при іммобілізації токсичних відходів, що містять елементи ва-
жких металів, радіоактивні нукліди, як клеї для бетону, скла, кера-
міки, металу, дерева, гідроізоляційні мастики, зв’язки для отри-
мання тепло-, звуко- ізоляційних, декоративних і конструкційних
матеріалів, у тому числі на органічних заповнювачах. Геополімери
випускаються промисловістю під такими марками, як «Пірамент»
(США), «Хаме Трансдорф АГ» (Німеччина), «Троліт», «Геополімер»
і «Геополікерам» (Франція).
Найбільшого поширення у світі набули шлаколужиі цементи
(ДСТУ Б В. 2.7-24-95), які одержують змішуванням мелених грану-
льованих металургійних шлаків із розчинами сполук лужних мета-
лів (калію, натрію) або спільним помелом шлаків із малогігроскопі-
чними сполуками цих металів.
Для виробництва шлаколужних в’яжучих застосовують доменні
та електротермофосфорні гранульовані шлаки, тонкість помелу яких
характеризується питомою поверхнею не менше 300 м2/кг. Крім то-
го, після попереднього випробування можна використовувати гра-
нульовані шлаки інших виробництв, наприклад, титанисті, нікелеві,
феромарганцеві, ваграночні, мартенівські. Хімічний склад деяких
доменних гранульованих шлаків України наведено у табл. 6.4.
Гідравлічна активність шлаків великою мірою визначається не
тільки структурою і хіміко-мінералогічним складом, але й природою
та видом лужного компонента. Лужні компоненти, водні розчини
яких мають лужну реакцію, є складовою частиною шлаколужних
цементів і використовуються у кількості 5... 15% від маси шлаку
286
(в перерахунку на суху речовину) у вигляді водних розчинів 18...40%-ї
концентрації.
Таблиця 6.4
Хімічний склад доменних гранульованих шлаків
Доменні шлаки - Вміст оксидів, мас. % мо
8ІО2 АЬОз Ге20я СаО М^О 80', МпО ТіО2
Д н і п ропегровс ьки й 36.39 6,75 2,60 45,85 2,94 2,60 1,63 1,13
Криворізький 39.52 6,49 0,12 47,13 3,10 1,74 1,15 — 1,13
Дніпродзержин- ський 37,20 6,70 1.35 48,24 4,85 0.73 0,36 0,17
АТ «Азовсталь» 37,15 8,95 — 43,88 5,04 4,40 0,47 — 1,08
АТ «Запоріжсталь» 39,00 6,90 48,60 3,80 1,93 0,89
Макіївський 36,50 9,00 48,60 2,60 2,16 0,89
Ці сполуки за характером взаємодії зі шлаками поділяють на чо-
тири групи:
І група — їдкі луги (гідроксиди натрію та калію);
II група — несилікатні солі слабких кислот (сода синтетична
кальцинована, сода кальцинована технічна, содолужний плав, фто-
рид натрію);
III група — силікатні солі і розчинні стекла із силікатним моду-
лем 0,5...2,5;
IV група — алюмінатні солі (алюмінати натрію та калію).
Крім зазначених технічних продуктів, у виробництві шлаколуж-
ного цементу можна використовувати луговмісні побічні продукти і
відходи виробництва після випробовування їх.
Помел шлаку для отримання лужних в’яжучих здійснюється на
помольних установках, що використовуються у цементній промис-
ловості. Дозволяється також спільний помел шлаку з малогігроско-
пічним лужним компонентом (содою кальцинованою, що вводиться
у кількості 5...7,5% від маси шлаку) та коригувальними добавками.
Виробництво і використання лужних цементів порівняно із порт-
ландцементами (з урахуванням як технічних, так і екологічних аспе-
ктів) має такі переваги:
- сировиною для їх виробництва є розповсюджені мінеральні ре-
сурси та відходи і вторинні продукти: металургійні шлаки, золи, шлами
й ін.;
-у процесі виробництва не видаляються шкідливі речовини в
атмосферу і навколишнє середовище (немає емісії СО2) та зменшу-
ються енерговитрати порівняно зі звичайним портландцементом.
287
Крім того, лужні цементи переважають звичайні за фізико-
механічними властивостями, що також дає змогу використовувати
їх для іммобілізаціїї шкідливих, токсичних і радіоактивних речовин.
Технічні характеристики. Істинна густина шлаку для шлако-
лужного цементу становить 2,6...3,2 г/см3, тонкість помелу — не мен-
ше 300 м7кг. Густина розчину лужного компонента вибирається
залежно від потрібної активності в’яжучої речовини і може бути
межах 1100... 1300 кг/м3.
При питомій поверхні шлаку 300...350 м7кг водопотреба шла-
колужної в’яжучої речовини становить 25...30%. Наявність лужного
компонента позитивно впливає на пластичність цементного тіста,
забезпечуючи при меншому водов’яжучому відношенні його більшу
рухомість.
Для в’яжучих речовин на силікатах натрію і доменних шлаках
початок тужавлення має наставати не раніш як через 20 хв, на основі
шлаків кольорової металургії — не раніше ніж через 45 хв, а для
решти видів лужних компонентів — не раніш як через 30 хв. Кінець
тужавлення — не пізніше, ніж через 12 год. Строки тужавлення
можна регулювати за рахунок уведення добавок та застосуванням
спеціальних технологічних прийомів. Так доцільно застосовувати
спосіб, який грунтується на двостадійному замішуванні бетонної
суміші спочатку розчином рідинного скла густиною 1100... 1150 кг/м3
(розчиношлакове відношення Р/Ш становить 0,10...0,15), а далі після
2...З хв перемішування — рідинним склом, що залишилося. Первин-
не замішування сприяє створенню екрануючої плівки, яка стримує
швидку коагуляцію введеного на другій стадії розчинного скла, за-
вдяки чому забезпечується подовження строків укладальності суміші.
Пористість характеризує структуру отриманого шлаколужного
каменю. За приблизно однакової загальної пористості капілярна по-
ристість шлаколужного каменю нижча, ніж портландцементного, а
мікропористість вища (табл. 6.5).
Об’єм субмікропор розміром 8...30 нм у шлаколужному камені
майже в 5 разів перевищує об’єм аналогічних пор у цементному ка-
мені.
Пориста структура шлаколужного каменю визначається складом
та технологією його виготовлення. Так, кількість гелевих пор діаме-
тром 0,5...2,0 нм залежить від питомої поверхні шлаку, розчиношла-
кового відношення, умов твердіння, хімічної активності шлаку при
реакції з лужним компонентом. Порівняння пористості шлаколуж-
ного та портландцементного каменю показало, що пористість пер-
шого знижується з часом швидше, ніж другого. Наведені дані вка-
288
зують на високу щільність матеріалів на основі шлаколужної в’яжу-
чої речовини і найважливіші їх характеристики — морозостійкість
та водонепроникність.
Таблиця 6.5
Порівняння пористості штучного каменю, отриманого
на основі портландцементу та шлаколужної в’яжучої речовини
Показник Шлаколужний камінь при твердінні в умовах 1 Іортландцементний камінь при твердінні в нормальних умовах *
нормаль- них пропарю- вання
Загальна пористість, % 43,8 42,6 43,5
Мікропористість, % 16,1 15,2 14,5
Капілярна пористість, %, в тому числі з розмірами пор, нм: 27,7 17,4 29,0
сЦ >2-10 " 0,3 0,2 6,2
2- 10">Ж>2- 10'12 1,9 2,4 2,6
2- І0’12>^>2- 10’13 3,8 7,8 5,3
2- 10'із><74>2- 10 і4 5,0 6,4 11,5
за різницею 8 • 10 14 > бб > 3 • 10 14 16,6 10,6 3,4
Активність цементів регулюється вибором вихідної сировини
та співвідношенням компонентів і становить ЗО... 120 МПа.
Порівняння властивостей шлаколужних цементів із традиційни-
ми дозволяє відмітити деякі їх переваги, в тому числі:
для шлаколужного цементу характерна в 2...З рази нижча (порів-
няно з портландцементом) екзотермія, що пов’язано з відсутністю в
його складі високоосновних силікатів кальцію С38;
вища, ніж у сульфатостійкого цементу, стійкість в агресивних
середовищах: у розчинах лужних і органічних сполук, у тому числі в
жирних кислотах, у розчинах цукру, мінеральних кислот з рН — 3 та
багатьох електролітів (ИаСІ, КС1, Иа28О4, К28О4, М§С12, М§804,
Са8О4), морській воді тощо, що пояснюється складом продуктів гід-
ратації, в якому переважають, на відміну від портландцементного
каменю, низькоосновні гідросилікати кальцію і лужні гідроалюмо-
силікати — аналоги породотвірних мінералів земної кори;
особливості пористої структури (низька замкнута пористість, у
складі якої переважають гелеві пори, що кольматовані лужними
алюмосилікатними новоутвореннями), зумовлюють можливість отри-
289
мання штучного каменю підвищеної щільності, водонепроникності
(\У1О...\¥ЗО) та морозостійкості (300... 1000 циклів).
Особливості хіміко-мінералогічного складу новоутворень і мож-
ливість їх модифікації за рахунок введення добавок різної функціо-
нальної дії дозволили отримати широку гаму шлаколужних цементів
спеціального призначення.
Швидкотверднучі цементи характеризуються високою міцніс-
тю, особливо в початкові терміни твердіння, яка становить після
твердіння протягом 1, 2, 3 та 28 діб відповідно (20...45); (40...65);
(50...80) та (70... 120) МПа. Регулювання кінетики набору міцності
можливе введенням високоосновних добавок у кількості 1...8%.
Швидкотверднучі шлаколужні цементи можна розглядати як це-
менти поліфункціональної дії, що характеризуються високою моро-
зостійкістю (Е400...Р1000), корозійною стійкістю в різних мінераль-
них та органічних агресивних середовищах, водонепроникністю
\У10...\¥30, здатністю тверднути при від’ємних температурах; дов-
говічністю; їх можна використовувати для приготування високоміц-
них бетонів на некондиційних заповнювачах (дрібних пісках, супіс-
ках, нефракціонованих щебенях тощо). Ці цементи застосовують
поряд із високоміцними, сульфатостійкими портландцементами та
глиноземистим цементом для виготовлення звичайних бетонів кла-
сів В20...В30 і високоміцних бетонів класів В50...В110.
Жаростійкі цементи призначені для виготовлення збірних жа-
ростійких конструкцій або для монолітного футерування теплових
агрегатів із температурою експлуатації ЗОО...16ОО°С.
До складу цих цементів, крім гранульованого шлаку (50...90)%,
сполук лужних металів (5...20)%, необхідним є введення коригува-
льних добавок у кількості (5...40)%. Для виробництва жаростійких
цементів при температурах експлуатації до 1200°С використовують
гранульовані шлаки ортосилікатної, мелілітової, воластонітової і
анортитової структур (масова частка склоподібної фази — 70...90%),
а для виготовлення цементів із температурою експлуатації до
1600°С — шлаки алюмотермічного виробництва, що містять не
менш як 75% алюмінатів кальцію.
Процеси гідратації та дегідратації цементу регулюють введенням
коригувальних добавок, що є відходами різних виробництв, і за хі-
мічним складом належать до кальційалюмінатних (шлаки алюмотер-
мічного виробництва, синтетичні шлаки електросталеплавильного
виробництва), алюмозалізистих (червоний шлам, піритні недогарки)
та магнійсилікатних (дегідратовані серпентинові і дунітові породи)
речовин.
290
Технічна характеристика жаростійких бетонів, отриманих на основі
таких цементів: границя міцності при стиску становить 30...110 МПа;
залишкова міцність після випалювання — 50... 140%; термостійкість —
понад 20 теплозмін; вогнева усадка — 0,4... 1,0%.
Використання жаростійких шлаколужних цементів дозволяє
скоротити строк витримування об’єкта перед введенням в експлуа-
тацію у 1,5...2 рази, збільшити тривалість його служби в 2...З рази,
порівняно із тривалістю служби об’єктів, при зведенні яких застосо-
вували портландцемент.
Безусадкові цементи виготовляють на основі шлаків кольорової
металургії, сполук лужних металів та добавок. При цьому викорис-
товують шлаки від виплавлення свинцю, нікелю, міді, а як добавки —
портландцементний клінкер та сульфат натрію або відходи промис-
ловості, що містять не менше як 70% сульфату натрію.
Шлаколужні безусадкові цементи при твердінні в повітряних
умовах мають помірну усадку: після 3 діб — 0,014...0,09%, після 28 —
0,011 ...0,16%. При твердінні цементу в нормальних умовах і у воді
спостерігається ефект розширення, що на 28 добу становить 0,2%.
Безусадкові цементи призначені для виготовлення збірних та
монолітних бетонних і залізобетонних конструкцій та виробів, у то-
му числі з попередньо напруженою арматурою, що застосовуються
у шляховому, підземному будівництві та при тампонажних роботах.
Сульфатостійкі цементи отримують на основі доменних і елек-
тротермофосфорних шлаків. Підвищена стійкість цих цементів в аг-
ресивних середовищах визначається високою щільністю та міцністю
каменю, низькою розчинністю і хімічною стійкістю гідратних ново-
утворень, відсутністю умов для виникнення гідросульфоалюмінатів
типу етрингіту. Найагресивнішими щодо шлаколужних цементів є
сульфати полівалентних металів (алюмінію, магнію тощо), а також
амонію, які викликають у шлаколужних бетонах корозійні процеси
видів 11 і III (обмінні реакції з утворенням двоводного гіпсу та гід-
роксидів відповідних металів).
Сульфатостійкі шлаколужні цементи доцільно застосовувати в
гідротехнічному, промисловому, сільськогосподарському і шляхо-
вому будівництві.
Тампонажні цементи — це шлаколужні цементи, в яких луж-
ними компонентами є речовини, що піддаються розпаду під дією
підвищеної температури, наприклад, суміш карбонату та бікарбона-
ту натрію, силікат-брили і 1Ча2§, Ка2§2Оз.
Шлаколужні тампонажні цементи дають можливість регулювати
час загуснення розчинової суміші при різних температурах. Вони
291
мають високі міцнісні властивості, жаро- і корозійну стійкість, се-
диментаційну стійкість, низьку газопроникність. їх можна застосо-
вувати під час робіт у холодних свердловинах, а також під час цемен-
тування обсадних колон в інтервалі температур 12О...14О°С та при
тиску до 65 МПа.
Кислотостійкі цементи призначені для виготовлення бетонних і
залізобетонних конструкцій та виробів, що експлуатуються в умовах
кислих середовищ. їх виготовляють на основі шлаколужних цемен-
тів із добавками (наприклад, магнієсилікатними), які зумовлюють
формування в складі новоутворень цементного каменю сполук, що
мають високу стійкість у кислих середовищах. Активність цементів
становить ЗО...80 МПа, коефіцієнт стійкості —Кс = 0,9... 1,3, втрата
маси — 0...3%, зміна об’єму — О...2%.
6.5. В’яжучі речовини, що твердіють
у спеціальних умовах
6,5.1. Розчинне скло
Розчинне скло та в’яжучі матеріали на його основі — це технічні
продукти, що складаються із силікатів лужних металів. Склад роз-
чинного скла виражають формулою Я2О/П8ІО2, де К — натрій або
калій, т — модуль розчинного скла, тобто число молекул 8іО2, що
припадає на одну молекулу оксидів лужних металів. Для натрієвого
скла модуль становить 2,6...3,5, для калієвого — 3...4.
Залежно від фізичного стану, розчинне скло поділяють на силі-
кат-брилу, що складається із твердих кусків різних розмірів, і вод-
ний розчин силікат-брили — рідинне скло.
Рідинне скло — це колоїдний водний розчин силікату натрію чи
силікату калію, який має густину 1,3... 1,5 г/см3.
Для виробництва розчинного скла, яке можна організувати су-
хим або мокрим способом, як кремнеземисту сировину використо-
вують кварцові піски, природні та штучні аморфізовані кремнезем-
місткі речовини, як лужний компонент — соду, поташ, сульфат
натрію, гідроксиди натрію і калію.
При сухому способі виробництва (карбонатному або сульфатно-
му) ретельно перемішану сировинну суміш розплавляють у склова-
рних печах при температурі 1300...1400°С, а далі скломасу виван-
тажують у вагонетки. Внаслідок швидкого охолодження на повітрі,
вона твердне й розколюється на прозорі куски з різним відтінком
(залежно від домішок), що мають назву силікат-брили.
292
В разі охолодження розплаву лужного силікату у проточній воді,
отримують дрібнозернистий продукт, який називається гранулат.
Рідинне скло одержують розчиненням подрібнених кусків силі-
кат-брили у воді в автоклавах при тиску 0,4...0,8 МПа та температу-
рі 150°С.
Розчиняти лужний силікат можна і при атмосферному тиску при
температурі 9О...1ОО°С, але попередньо силікат-брилу слід перевес-
ти у тонкодисперсний стан.
Природа рідинного скла є досить складною. Оцінюючи всебічно
його різноманітні властивості, скло можна розглядати або як розчин
електролітів (стисливість та електропровідність), або як розчин по-
лімерів (в’язкість).
Рідинне скло, залежно від модуля, є складною сумішшю силіка-
тів різного ступеня полімеризації, причому цей показник для натріє-
вого скла більший, ніж для калієвого. Полімерні властивості роз-
чинного скла проявляються в незначній його схильності до криста-
лізації, у здатності до набухання та у високій в’язкості утворених
розчинів. Із підвищенням вмісту /?2О в розчинному склі ступінь його
полімеризації! зменшується.
Рідинне скло — густий в’язкий розчин, модуль якого можна зни-
зити додаванням лугів, а густину — розбавленням водою. Технічні
розчинні силікати натрію містять орто-, мета-, дісилікати, а також
більш висококремнеземисті продукти.
Твердіння композицій на основі рідинного скла може відбувати-
ся за рахунок взаємодії силікату натрію з СО2 повітря при гідролізі
першого
Ка28іОз + 2Н2О + СО2 = 8іО2-2Н2О + Ка2СО3,
при цьому утворюється гель силікатної кислоти 8іО2-2Н2О, що має
в’яжучі властивості.
Для прискорення твердіння рідинного скла додають кремнефто-
рид натрію Ка28іРб, який сприяє виділенню гелю силікатної кислоти
та гідролізу рідинного скла. Основним процесом твердіння у цьому
випадку є хімічна взаємодія рідинного скла з кремнефторидом на-
трію:
2№28іО3 + 6Н2О + №28іР6 = 6№Р + 38і(ОН)4.
Гелеподібний кремнезем відкладається на поверхні частинок на-
повнювача і з часом або при видаленні вологи ущільнюється, цемен-
туючи зерна наповнювача та збільшуючи щільність матеріалу.
293
Твердіння лужно-силікатних композицій відбувається внаслідок
утворення полісилікату натрію при взаємодії рідинного скла з напо-
внювачем. При цьому полісилікати переходять із золю в гель, утво-
рюючи сітку, що зв’язує зерна наповнювача. Властивості затверді-
лого гелю залежать, в основному, від концентрації вихідних розчи-
нів рідинного скла: із розбавлених розчинів утворюється пухкий
гель, із концентрованих — щільніший і міцніший.
Наявність адгезійних властивостей у розчинного (рідинного)
скла зумовлює його застосування як в’яжучої речовини в складі це-
ментів, розчинів та бетонів. Рідинне скло використовують як само-
стійну в’яжучу речовину, а також як складову частину багатокомпо-
нентих цементів — гетерогенних систем, що містять тонкодисперсні
порошки і водний розчин силікату натрію або калію як рідину для
замішування.
Цементи на основі водорозчинних силікатів лужних металів, у
тому числі шлаколужні, золоиїлаколужні, геоцементи, алюмосилі-
катні зв'язуючі речовини (ТУ У В.2.7-16403272.001-97) та компози-
ції, що містять як отверджувач кремнефторидні сполуки, застосову-
ють для виготовлення композиційних матеріалів і покриттів загально-
будівельного та спеціального призначення (рис. 6.5).
Незважаючи на те, що розчинне скло (без додавання спеціальних
отверджувачів) непридатне для виготовлення конструкцій, що за-
знають тривалої дії води, лугів або деяких кислот (НР, Н28іРь,
Н3РО4), галузі його застосування дуже різноманітні:
для склеювання скляних, фарфорових і фаянсових виробів, а та-
кож скла з металом, паперу з деревиною, металом, каменем, навіть
можна склеювати азбест, отримуючи азбестові вогнестійкий картон
та папір;
як в’яжучий матеріал при виготовленні форм для точного лиття,
покриттів електродів для електродугового зварювання, а також при
ущільненні (силікатизації) грунтів з метою їхнього зміцнення та за-
побігання просіданню. Процес силікатизації полягає в тому, що два
компоненти — рідинне скло і розчинна сіль (наприклад, СаС12), що
введені в ґрунт за допомогою ін’єкторів, вступають у реакцію та ви-
діляють драглеподібні осади, які покривають частинки ґрунту і за-
повнюють простір між ними. Ці осади є колоїдними гелями та не-
проникні для води. Внаслідок силікатизації ґрунтів підвищуються їх
міцність, водонепроникність, стійкість проти дії агресивних середо-
вищ. Цей прийом використовують при проходженні тунелів, для
збільшення довговічності споруд, що працюють в умовах постійної
вологи, при гідротехнічних роботах;
294
Рис. 6.5. Різновиди композиційних матеріалів на основі
водорозчинних силікатів лужних металів
при виробництві жаростійких бетонів (як отверджувач викорис-
товують кремнефторид натрію або силікати та алюмінати кальцію, а
як наповнювачі — тонкомелені шамот, мулітокорунд, хроміт);
при виготовленні абразивних виробів на основі порошків корун-
ду, алунду, карборунду, причому для надання водостійкості поверх-
ні в силікатну масу додають оксид цинку;
як антикорозійне покриття, оскільки рідинне скло на поверхні
(наприклад, металу) може утворювати плівку лужного силікату і ге-
лю силікатної кислоти. Силікатна обробка підвищує стійкість алю-
мінієвих сплавів, цинку, свинцю, заліза. Це явище використовують,
наприклад, для запобігання відкладення сполук заліза на внутрішній
поверхні водопровідних труб або для захисту котлів від утворення
накипу, а також у конденсаційних установках холодильних машин
295
та в електролітичних ваннах, де рідинне скло зменшує руйнування
залізних електродів;
калієве скло, яке є дорожчим за натрієве, застосовують переваж-
но у силікатних фарбах, які містять різні органічні барвники і міне-
ральні пігменти. Силікатними фарбами покривають природні та
штучні камені, підлоги, вироби із деревини, їх використовують для
настінного живопису;
як герметики для підвищення стійкості бетонної поверхні;
для хімічної фіксації та поховання небезпечних речовин, у тому
числі радіоактивних відходів і відходів, що містять важкі метали
(використовуються переважно композиції рідинного скла з порт-
ландцементом або шлаколужні в’яжучі матеріали);
як компонент лужних в’яжучих систем (у тому числі геоцемен-
тів та шлаколужних матеріалів), а також деяких видів цементів
спеціального призначення, в тому числі кислототривких та жаро-
стійких.
Кварцовий кремнефтористий кислототривкий цемент — це
порошкоподібний матеріал, який отримують спільним помелом квар-
цового піску (понад 30%) і кремнефториду натрію (4...6% від маси
наповнювача) з наступним змішуванням продукту помелу та вод-
ного розчину рідинного скла. Кварцовий пісок можна замінити по-
рошком бештауніту, андезиту, діабазу й інших кислототривких
матеріалів.
Границя міцності при стиску бетону на основі кислототривкого
цементу становить 50...60 МПа. Вироби з цього бетону є стійкими
до дії кислот (крім НЕ, Н28іЕ6, Н3РО4), але руйнуються під впливом
води, водяної пари та слабких кислот, а також лугів натрію і калію.
Для підвищення водостійкості цементу до його складу вводять 0,5%
лляної олії або 2% гідрофобізуючої добавки.
Одержаний таким чином гідрофобізований цемент називають
кислотостійким водостійким цементом (КВЦ).
Кислотостійкі цементи придатні для склеювання штучних мате-
ріалів при захисті корпусів хімічної апаратури, обладнання, будіве-
льних конструкцій, а також для приготування кислотостійких бето-
нів, розчинів або виробів і конструкцій із них для влаштування
резервуарів та інших споруд на підприємствах хімічної, коксохіміч-
ної, целюлозно-паперової промисловості. Кислотостійкі розчини за-
стосовують при виконанні футерівки кислотостійкими плитками
(керамічними, скляними, діабазовими) залізобетонних, бетонних і
цегляних конструкцій на підприємствах хімічної промисловості.
296
6.5.2. Сірчаний цемент
Сірчаний цемент — термопластичний в яжучий матеріал, який
отримують введенням у розплавлені товарні сорти сірки добавки
високодисперсного наповнювача і пластифікатора.
Сульфур та його сполуки використовують для виробництва па-
перу, гуми, ебоніту, сірників, тканин, ліків, косметики, пластмас,
вибухівки, фарб, добрив, пестицидів тощо. Він є основним компо-
нентом сірчаного цементу і належить до досить поширених елемен-
тів у земній корі (0,03%).
Властивості сірки', істинна густина — 2,07 г/см3, температура
плавлення — 112,8°С, спалахування сірки відбувається при темпе-
ратурі 247...266°С, температура кипіння — 444°С. Під час охоло-
дження тверда фаза, що утворюється, містить сульфур двох типів:
моноклинний і орторомбічний. Кристали ромбічного сульфуру за
звичайних умов стійкі на повітрі і не розчиняються у воді. Вони по-
гано розчиняються у спирті й ефірі, легше у бензолі та нафті, а най-
краще — у сірководні.
Сірка — крихкий матеріал, тому для покращення її властивостей
використовують пластифікатори (дициклопентадієн, дипентен та
ін.). Як добавки, що підвищують вогнестійкість сірки, застосовують
стирол, малеїнову кислоту, трикрезилфосфат, органічні фосфати,
бромати і ненасичені вуглеводні, відомі як пластифікатори, напри-
клад, дициклопентадієн.
Сірчаний цемент виготовляють розплавленням технічних сортів
сірки, додаючи високодисперний кислотостійкий наповнювач (у спів-
відношенні 60:40) і пластифікатор (1,5...4%). Як наповнювач засто-
совують кварцовий пісок, базальт, діабаз, андезит, трепел, шамот,
азбест та інші, як пластифікатор — тіокол, термопірени тощо.
Сірку розплавляють і, постійно перемішуючи, вводять до її
складу спочатку наповнювач, а потім пластифікатор. Композиції із
сірчаним цементом перед застосуванням потрібно нагріти до
145...155°С і розплавлену масу швидко використати. Сірчаний це-
мент найдоцільніше виготовляти на основі сірковмісної породи або
відходів сірчаного виробництва.
Границя міцності сірки при стиску становить 18,0 МПа, а при
згині — 3,4 МПа. Для сірчаного цементу (залежно від наповнювачів)
границя міцності при стиску становить 42,7...54 МПа, при згині —
8...12 МПа.
Сірчаний цемент зазвичай містить деякі добавки, які підвищу-
ють опір удару та різким змінам температури. Використовуючи за-
297
повнювач підібраного гранулометричного складу, досягають змен-
шення усадки з 12 до 4%. Цементи застосовують тільки при порів-
няно низьких температурах (нижче 90°С).
Сірчані цементи швидко тужавіють при низьких температурах і
мають високу стійкість проти дії багатьох хімічних речовин. Влас-
тивості сірчаних цементів поліпшують, вводячи до їх складу м’яку
газову сажу та розчинні в сірці полісульфіди (наприклад, тіокол).
Додавання газової сажі сприяє видаленню повітря з розплаву, змен-
шує пористість, підвищує пластичність і границю міцності при роз-
тягу. Сірчані цементи мають добру адгезію до металів, особливо до
міді (0,21...0,26 МПа). Міцність на розтяг суміші сірки (40%) з квар-
цовим піском може досягти 5,0...6,0 МПа. Деякі композиції характе-
ризуються границями міцності при стиску 40...50 МПа.
Сірчаний цемент застосовують для укладання плиток, цегли і за-
рівнювання швів, футерування підлоги, апаратури, для захисту буді-
вельних конструкцій від дії органічних і неорганічних кислот (крім
плавикової).
Бетони на основі сірчаного цементу і важкого заповнювача ха-
рактеризуються середньою густиною 2300...2400 кг/м3 і границею
міцності 30...35 МПа. Особливо ефективним є їх застосування при
спорудженні хімічних підприємств, у шляховому і гідротехнічному
будівництві, де потрібний конструкційний, швидкотверднучий бе-
тон з підвищеною корозійною стійкістю.
6.5.3. Фосфатні цементи
Фосфатні цементи — це в’яжучі речовини, що утворюються вна-
слідок взаємодії подрібнених оксидів або спеціальних композицій із
фосфатною кислотою.
Залежно від здатності до взаємодії з фосфатною кислотою окси-
ди поділяють на високоактивні (СаО, 8гО, ВеО, МпО), що реагують
із кислотою так бурхливо, що міцна структура практично не утво-
рюється; оксиди середньої активності (СиО, РеО, N10, Мп20з,
Ре2О3, У2О3), з якими фосфатна кислота утворює міцні структури,
що здатні до твердіння в нормальних умовах; та низькоактивні
(8іО2, ТіО2, А120з, ХгО2, МпО2, Сг2О3, Со2О3, 8пО2, РЬО2), що здатні
до реакції з кислотою тільки при дії температури Т= 1ОО...4ОО°С.
При твердінні фосфатних в’яжучих речовин дуже важливо, щоб
швидкість хімічної взаємодії між компонентами відповідала швид-
кості структуроутворення. Можна регулювати швидкість взаємодії
між кислотою та оксидами, замінивши оксиди на гідроксиди або ви-
298
користовуючи солі фосфатної кислоти. Гідрофосфати сповільнюють
твердіння ефективніше, ніж фосфати.
Внаслідок процесів поліконденсації фосфати, як і силікати, мо-
жуть утворювати деякі види структур, в тому числі: 1) ланцюгові, їх
загальна формула Ме„+2Р„Оз„+і, де Ме — катіон, п — ступінь полі-
конденсації; 2) кільцеві, або ортофосфати, їх загальна формула
(МеРОз)„, а ступінь поліконденсації аніона не перевищує 6; 3) кар-
касні; 4) шаруваті. Структури фосфатів подібні до структур силіка-
тів, що пояснюється ідентичністю основних структурних елементів.
Здатність до поліконденсаційного твердіння, добрі адгезійні вла-
стивості зумовлюють застосування фосфатів як в’яжучих матеріалів,
а такі їх властивості, як вогнетривкість, термостійкість, підвищений
опір стиранню, уможливлюють їх використання при отриманні вог-
нетривких бетонів і термостійких покриттів.
Як фосфатні зв’язки в композиційних матеріалах використову-
ють фосфатну кислоту або фосфати різного ступеня заміщення. Під
час нагрівання фосфатних зв’язок від 100 до 800°С з них поступово
видаляється вода, дигідрофосфати переходять у гідрофосфати, а
потім — у фосфати. Термічна обробка сприяє кристалізації амор-
фних фосфатів та утворенню нових хімічних сполук, що підви-
щують міцність бетонів. Міцність вогнетривких бетонів на основі
фосфатних зв’язок при нагріванні до температури 1000°С практи-
чно не знижується.
Вперше в’яжучі матеріали фосфатного твердіння знайшли прак-
тичне застосування в стоматології. Фосфатні цементи використову-
ють як в’яжучі речовини при виготовленні вогнетривкої цегли, в
мурувальних розчинах, при ремонті автострад, труб і збірних бетон-
них виробів у вигляді спіненого матеріалу, що наносять розпилен-
ням, а також як вогнестійке покриття.
Нині у різних галузях промисловості застосовують титано-, мід-
но-, цинко-, магніє-, феро-, алюмофосфатні цементи, а також цемен-
ти на основі склоподібних матеріалів і різних видів природної сиро-
вини. Фосфатні в’яжучі матеріали використовують для виготов-
лення технічних матеріалів, у тому числі: бетонів (жаро- і вогне-
тривких), пін (мінеральних, фосфатно-органічних, вогнетривких),
фосфатних фарб, мас для набивання лінійних форм, мертелів для
склеювання окремих вогнетривких цеглин у блоки, вогнетривкого
гранульованого наповнювача, безвипалювальних вогнетривів, змі-
шаних в’яжучих матеріалів (фосфатно-цементних та фосфатно-орга-
нічних) тощо.
299
6.6. Використання відходів виробництв
та побічних продуктів при отриманні в’яжучих речовин
Використання відходів виробництв та побічних продуктів при
отриманні в’яжучих речовин може здійснюватись утрьох напрямах:
як вихідна сировина або компонент шихти для отримання в’яжу-
чих матеріалів;
як компонент, що входить до складу готової в’яжучої речовини;
як добавка-модифікатор властивостей в’яжучого матеріалу.
Найбільш розповсюдженими відходами, що використовуються при
виробництві портландцементного клінкеру, є металургійні шлаки, зо-
лошлакові відходи ТЕС, пил електрофільтрів, відходи хімічних вироб-
ництв (електротермофосфорні шлаки, фосфогіпс, червоний шлам).
Як компонент сировинної суміші для виробництва клінкеру до-
цільно застосовувати некондиційні і негранульовані відвальні шла-
ки, які можуть замінити не тільки глинистий компонент, але й час-
тину вапняку. Економічна ефективність від їх використання зумов-
лена зниженням витрати палива на випалювання клінкеру і підви-
щенням потужності печей.
Заміна глини доменним шлаком дає змогу знизити на 20% вміст
вапнякового компонента, зменшити питому витрату сировини і па-
лива приблизно на 10... 15%, а також підвищити виробничу потуж-
ність печей на 15%.
Використання сталеплавильного шлаку дозволяє частково замі-
нити глину, вапняк та коригувальні добавки у складі шихти. Дослід-
женнями доведено перспективність застосування як сировинного
компонента також магнезіальних та титанистих доменних шлаків.
Шлаки кольорової металургії від плавлення нікелевих, мідних і
поліметалічних руд є ефективною залізистою добавкою до цемент-
ної сировинної суміші, оскільки вони сприяють зниженню витрати
глини, а в деяких випадках і вапняку. їх можна використовувати та-
кож як активні мінеральні добавки.
Ферохромові металургійні шлаки використовуються при вироб-
ництві кольорового портландцементного клінкеру, шлаки алюмотер-
мічного виробництва феросплавів і вторинної переплавки алюмінію —
при виробництві глиноземистого цементу і особливо швидкотверд-
нучого портландцементу. Сталерафінувальні шлаки доцільно засто-
совувати при отриманні розширних цементів.
Відходи хімічних виробництв у вигляді електротермофосфор-
них шлаків рекомендується додавати до сировинної суміші у кілько-
сті 6... 12% від загальної маси шихти при обмеженні вмісту оксиду
300
фосфору в клінкері (0,2...0,35%). При цьому відмічається мінералі-
зуюча дія таких шлаків, а також підвищення міцності портландце-
менту на 2,5...8 МПа.
Поряд із гранульованими шлаками іноді застосовують закриста-
лізовані (відвальні) шлаки, що знижують вологість сировинного
шламу, не погіршуючи його властивостей, а також забезпечують бі-
льшу реакційну здатність, ніж традиційні глинисті компоненти або
гранульований фосфошлак.
Відходи хімічних виробництв у вигляді фосфогіпсу (побічного
продукту виробництва фосфатної кислоти з апатитів та фосфоритів)
використовують як мінералізатор при випалюванні портландцемент-
них сумішей. Ефективність застосування таких відходів, як компо-
нентів сировинних сумішей, значно підвищується при виробництві
клінкерів нетрадиційного мінералогічного складу. Перспективним
напрямом у вирішенні проблеми зниження енергоємності цементно-
го виробництва є отримання клінкерів, що містять сульфатні сполу-
ки, та портландцементів на їх основі. Сульфатований клінкер вико-
ристовують для виготовлення швидкотверднучих, безусадочних,
розширних та напружувальних цементів.
Поруч зі шлаками при отриманні портландцементного клінкеру
як силікатні компоненти можуть бути застосовані паливні золи та
золошлакові суміші, внаслідок чого поліпшуються умови випалю-
вання сировини та коригується хіміко-мінералогічний склад клінке-
ру, а відповідно, і якість цементу.
У разі використання зол та шлаків із підвищеним вмістом СаО
можна зменшити вміст карбонатного компонента в сировинній су-
міші, а отже, й збільшити вихід клінкеру і знизити витрати палива
на 7... 10%; введення пиловидних зол уможливлює зменшення ви-
трат енергії на помел, а в разі додавання кислих зол та шлаків при
мокрому способі виробництва портландцементу — зниження воло-
гості шламу до 33...34%.
У процесі випалювання клінкеру в обертових печах значна час-
тина матеріалу виноситься з печі димовими газами у вигляді пилу.
Залежно від властивостей сировини, типу печі і режиму її роботи
винос матеріалу становить від 3 до 30% вихідної сировини. З розвит-
ком техніки пиловловлення та вдосконалення технології випалю-
вання проблема утилізації пилу ускладнюється (не тільки внаслідок
високої дисперсності, але й підвищеного вмісту в його складі лугів,
сульфатів та хлоридів).
Повернення пилу у піч можна здійснити (без зміни його складу)
у вигляді гранул або шламу. Зазвичай пил, що відрізняється високим
301
вмістом лугів, спочатку піддають вилуговуванню і флотації, а потім
повертають у піч.
Серед в’яжучих матеріалів, що містять шлак як головний компо-
нент, розрізняють сульфатно-шлакові, вапняно-шлакові та шлако-
лужні в’яжучі речовини. Шлак як мінеральна добавка входить до
складу шлакопортландцементу та композиційних цементів.
При помелі портландцементного клінкеру разом із мінеральними
добавками можна вводити до 20% доменного гранульованого шла-
ку, причому практично без зміни активності цементу витрата клін-
керу знижується на 14... 16%, а витрата палива — на 17... 18%. Порі-
вняно з бездобавочними цементами, спостерігається деяке зниження
міцності в ранні строки твердіння, збільшується усадка і підвищу-
ється водовідділення. Корозійна стійкість портландцементу з добав-
кою шлаку як за нормального твердіння, так і при тепловологій об-
робці, підвищується на 5...10%.
Зазвичай шлакопортландцемент містить 36...80% гранульовано-
го доменного шлаку, також можна використовувати електротермо-
фосфорні шлаки. При виробництві таких цементів у разі додавання
доменних шлаків зменшуються паливно-енергетичні витрати на
одиницю продукції в 1,5...2 рази, а собівартість — на 25...30%.
Хіміко-мінералогічний склад і гідравлічна активність паливних
зол та шлаків дозволяє використовувати їх як компонент безклінке-
рних в’яжучих речовин та в композиції з цементним клінкером при
отриманні пуцоланових цементів, а також як мінеральну добавку
при виробництві композиційних зольних та шлакових цементів.
Інтенсифікація процесу твердіння розглянутих в’яжучих здійс-
нюється за рахунок лужної та сульфатно-лужної активації. Для ви-
сококальцієвих (СаО > 20%) паливних шлаків та зол оптимальною є
лужна активація, для низькокальцієвих (СаО < 20%) кислих та над-
кислих відходів — сульфатно-лужна. Допускаються також інші спо-
соби активації тонкодисперсних зол, наприклад, можливе викорис-
тання 3%-го розчину хлориду кальцію для замішування, а також
розчинів лужних металів. В останньому випадку кількість золи у
складі в’яжучої речовини може збільшуватись.
Частка паливних зол та шлаків від загальної їх кількості, що вико-
ристовується як активна мінеральна добавка до портландцементу, ста-
новить не більше 15%, пуцоланового — 25...40%, композиційного -15%.
Зі збільшенням вмісту золи у складі в’яжучої речовини підвищу-
ється водопотреба, покращується пластичність тіста, зменшується
тепловиділення та зростає сульфатостійкість отриманих бетонів,
особливо при використанні клінкеру з підвищеним вмістом С3А,
302
зменшуються деформації усадки при твердінні, але відмічається
зниження міцності в початкові строки твердіння. Цей недолік част-
ково усувається при використанні тепловологої обробки виробів.
Деякі відходи придатні до застосування як добавки-модифіка-
тори мінеральних в ’яжучих систем, наприклад, фосфогіпс та боро-
гіпс. Фосфогіпс надається до використання як сировина для вироб-
ництва гіпсових в’яжучих речовин, а також як мінеральна добавка
замість гіпсового каменю при виробництві портландцементу.
Ефективною галуззю використання в’яжучих речовин, що міс-
тять фосфогіпс, є сухі будівельні суміші, до складу яких входять та-
кож наповнювачі, пластифікатори та інші компоненти.
Більшість відходів хімічної, легкої та нафтопереробної промис-
ловості застосовують як добавки спеціального призначення, тобто
пластифікатори, гідрофобізатори, інтенсифікатори помелу.
Лігнін — це відходи лісохімії (гідролізного виробництва) у ви-
гляді аморфного полімеру; використовуються як пластифікатор си-
ровинного шламу для виготовлення цементного клінкеру й інтенси-
фікатор подрібнення не тільки сировинної суміші, але і цементу
(кількість 0,2...0,3%).
Деякі відходи хімічних виробництв є поверхнево-активними ре-
човинами (ПАР), і залежно від складу їх, можна застосовувати як
пластифікатори для розрідження сировинних шламів, зменшення
вмісту води при приготуванні композицій на основі в’яжучих речо-
вин або як гідрофобізатори для інтенсифікації подрібнення та регу-
лювання властивостей гідрофобних цементів.
6.7. Мінералогічні аспекти
довговічності в’яжучих речовин
Довговічність штучного каменю, утвореного внаслідок твердін-
ня в’яжучих речовин, визначається не тільки технологією його при-
готування, умовами експлуатації, але й мінералогічними особливос-
тями як негідратованих фаз, що входять до складу в’яжучої речо-
вини, так і складом продуктів їх гідратації.
Наприклад, при отриманні клінкеру після випалювання в його
складі обмежується кількість М^О (4...5)%, оскільки наявність цього
компонента в кількості, що перевищує 2%, призводить до утворення
периклазу, який внаслідок повільної гідратації з водою може викли-
кати деструктивне розширення каменю, що твердне. Так само може
проявити себе і вільне вапно СаО, можливість утворення якого
303
встановлює на практиці верхню границю вмісту аліту в портланд-
цементному клінкері (67%).
Надлишок 8О3 може бути причиною повільного розширення
штучного каменю, і тому верхня границя цього компонента в складі
клінкеру становить (2,5...4)%. Оксиди лужних елементів (К2О та
Иа2О) можуть реагувати з деякими компонентами, що призводить до
розширення штучного каменю внаслідок розвитку «внутрішньої ко-
розії», тому їх загальна кількість завжди обмежується (зазвичай до 1%).
При гідратації портландцементу зниження довговічності утворе-
ного штучного каменю може бути пов’язане з процесами:
вилуговування Са(ОН)2 та підвищення загальної пористості ка-
меню (щоб запобігти цьому явищу до складу цементів вводять пу-
цоланові добавки, які сприяють зв’язуванню розчинного Са(ОН)2 у
гідросилікатні нерозчинні сполуки);
утворення розчинних сполук та солей, що здатні до кристалізації
зі збільшенням об’єму;
синтезу таумаситу СаСОз*Са8О4Са8іОз-12Н2О та вторинного
етрингіту, що призводить до розвитку значних деформацій розши-
рення, особливо при експлуатації штучного каменю у сульфатному
середовищі (щоб уникнути цього явища у складі цементу обмежу-
ють кількість фази СзА);
перебігу реакцій між лугами, що входять до складу цементу, та
кремнеземистими наповнювачами, які містять аморфний кремнезем,
відомих як реакції «внутрішньої корозії».
Згідно з головними положеннями фізико-хімічної механіки дис-
персних систем, одним із шляхів отримання штучного каменю оп-
тимальної структури є запобігання протіканню деструктивних про-
цесів перекристалізації гідратних фаз, наприклад, шляхом синтезу у
складі продуктів твердіння малорозчинних сполук, що подібні до
мінералів земної кори.
Прикладом такого синтезу є давні розчини та бетони, вік яких
перевищує 7000 років. Вивчення складу та властивостей останніх
дозволило розкрити таємницю їх довговічності, а встановлені зако-
номірності можуть бути реалізовані при розробці сучасних в’яжу-
чих матеріалів. Йдеться про відомі штукатурні розчини та бетони
стародавніх гідротехнічних споруд, що експлуатувалися в умовах дії
різних агресивних факторів (змінного рівня морської води, повітря
та гарячих джерел). Особливо потрібно підкреслити різницю між
давніми та сучасними портландцементними бетонами, які викорис-
товувалися для реставрації). Результати порівнювальних випробу-
вань показують, що портландцементні зразки руйнуються, не ви-
304
тримуючи і 50 років експлуатації при дії агресивних кліматичних
умов, а зразки римських бетонів перебувають у доброму стані і піс-
ля 2000 років експлуатації.
Аналогічна картина має місце і для вапняних розчинів та штука-
турок; наприклад, сучасні штукатурні розчини, що використовують-
ся при проведенні реставраційних робіт, піддаються руйнуванню
вже через 10... 15 років, в той час як зразки давніх розчинів перебу-
вають у доброму стані.
Аналіз процесів деструкції портландцементного каменю, вико-
ристаного для реставраційних робіт, свідчить, що головна причина
його руйнування — це значний об’єм модифікованої цементної мат-
риці внаслідок утворення в її складі карбонату кальцію СаСОз (біль-
ше 11%). Високий ступінь карбонізації сприяє синтезу міцності ка-
меню тільки на початку цього процесу, а далі може призвести до
його руйнування, і тому процес карбонізації не можна розглядати як
позитивний, що зумовлює синтез довговічного матеріалу.
При перших дослідженнях давніх розчинів та бетонів у середині
XX ст. було встановлено наявність в їх складі як головної фази гід-
росилікатів кальцію. Ось чому, ще зовсім недавно, в наукових колах
вважали, що в’яжучі властивості як давніх цементів, так і сучасного
портландцементу, спричинені утворенням колоїдних систем ЗМІННО-
ГО гідросилікатного складу С8Н(1), але було б помилкою пов язу-
вати довговічність каменю тільки з утворенням цих фаз.
Сучасні портландцементи, продукти гідратації! яких представ-
лені переважно гідросилікатами кальцію, руйнуються в тих умовах,
в яких давні цементи зберігають свої експлуатаційні властивості. У
80-х роках XX ст. при застосуванні сучасних методів фізико-хіміч-
ного аналізу було встановлено, що в складі давніх бетонів поряд із
гідросилікатами кальцію та кальцитом також фіксується деяка кіль-
кість криптокристалічних фаз типу анальциму та філіпсигу. Наяв-
ність цеолітів також зафіксована у шарах, шо покривають камені пі-
раміди Хеопса, у вапняних розчинах споруд Тель-Рамада та Йордан-
ської долини. Присутність анальциму у складі стародавніх цементів
свідчить про те, що цеоліти, як найбільш стабільна фаза тривалого
гідротермального перетворення алюмосилікатних фаз, відіграють
значну роль у формуванні структури довговічного каменю.
Порівнюючи склади новоутворень сучасних в’яжучих систем та
давніх, є всі підстави вважати, що довговічність штучного каменю
зумовлена наявністю в складі продуктів гідратації поруч із низько-
основними гідросилікатними фазами новоутворень гідроалюмосилі-
катного складу.
305
Цеолітоподібні сполуки можуть виникати не тільки в гідротер-
мальних умовах, а і в нормальних умовах при взаємодії алюмосилі-
катів, наприклад глини з лужними розчинами. Крім того, їх можна
синтезувати штучно на базі склоподібних та амортизованих струк-
тур у системі К2О-КО-К2О3-8ІО2, а також за рахунок введення до
складу в’яжучих систем кристалохімічних затравок у вигляді при-
родних та штучних цеолітів, в тому числі отриманих на основі низь-
кокальцієвих зол, що сприяють направленому синтезу термодинамі-
чно стабільних цеолітових структур.
Використання нового підходу до проектування складу в’яжучих
систем з урахуванням історичного досвіду отримання матеріалів зі
стабільними властивостями в часі відкриває нові можливості ство-
рення композиційних матеріалів з поліпшеними експлуатаційними
характеристиками. Прикладами таких матеріалів є лужні цементи та
бетони на їх основі, а також композиційні цементи, модифіковані
добавками штучних та природних цеолітів.
Список літератури до розділу 6
1. Венюа М. Цементьі и бетоньї в строительстве. — М.: Стройи-
здат, 1980. — 415 с.
2. Волженский А. В. Минеральньте вяжущие вещества. — М.:
Вьісш. шк., 1986. — 386 с.
3. Волженский А.В., Ферронская А.В. Гипсовьіе вяжущие изде-
лия. — М.: Стройиздат, 1974. — 200 с.
4. Вяжущие и композиционньїе матеральї контактного твердения /
В.Д. Глуховский, Р.Ф. Рунова, С.Е. Максунов. — К.: Вища
шк., 1991.—243 с.
5. Кривенко П.В. Специальньїе шлакощелочньїе цементьі. —
К.: Будівельник, 1992. — 192 с.
6. Пащенко О. О., Сербін В. П., Старчевська О. О. В’яжучі ма-
теріали. — К.: Вища шк., 1995. — 416 с.
7. Рояк С. М., РоякГ С. Специальньїе цементьі.—М.: 1993. — 411 с.
8. Тейлор X. Ф. У. Химия цемента. — М., 1998. — 600 с.
9. Теория цемента / Под ред А.А. Пащенко — К.: Будівельник,
1991. — 168 с.
10. Ьеа СИетізігу оґ Сешепі апсі Сопсгеїе, ед. Ьу Реїег С. Не\у1еИ,
1998. — 1008 8.
11. ХєуШє А. М. \У1а8сі\¥О8СІ Ьеіопи, хуудапіе 4, Кгакоху, 2000. —
874 8.
306
і
Розділ 7
.'".ищввв<»в>вввмв'в’л,мц'»швтмяввквтивні,мтив№и^вц'вдав».'вц!м>>м*ида*ум*^*>
тивда^ц^» ілщимштацц^мяавщттжв^
БУДІВЕЛЬНІ
РОЗЧИНИ
Будівельний розчин — це штучний камінь, отриманий внаслідок
твердіння раціонально підібраної та ретельно перемішаної суміші,
що складається з мінеральної в’яжучої речовини, дрібного заповню-
вача (піску), води та добавок. До затвердіння суміш цих компонен-
тів називають розчиновою сумішшю. Будівельними розчинами ново-
го покоління є матеріали, отримані на основі сухих будівельних
сумішей — порошкоподібних композицій, до складу яких входять
мінеральна (або полімерної) в’яжуча речовина, мікронаповнювачі,
заповнювачі та добавки.
7.1. Особливості композиційної будови
будівельних розчинів
З урахуванням відомої класифікації композиційних матеріалів
(розділ 1.3), будівельні розчини можна представити як гетерогенні
матеріали, що складаються з матриці (розчинової частини) та вклю-
чень (дрібних заповнювачів).
Між в’яжучою речовиною та заповнювачами можливі фізико-
хімічні та фізико-механічні взаємодії з утворенням поверхні розпо-
ділу. Фізико-технічні характеристики цих матеріалів визначаються
не тільки властивостями компонентів, що входять до їх складу, але й
ефективністю виявлення адитивного та синергетичного ефектів. Для
компонентів, що входять до складу розчинів, величина адитивного
ефекту залежить від їх кількості (в усьому об’ємі композита), а ви-
явлення синергетичного ефекту — від різниці внутрішньої поверхні
їх на границі фаз, де виникають ці ефекти.
При збільшенні розміру заповнювача (великий об’єм та мала по-
верхня) його вплив на властивості композиційного матеріалу носить
307
переважно адитивний характер, а при використанні мікронаповню-
вача (малий об’єм та велика поверхня) переважає синергетичний.
Як мікронаповнювачі зазвичай застосовують речовини, що здат-
ні вступати у взаємодію з продуктами гідратації в’яжучих матеріа-
лів, причому вони не тільки заповнюють пустоти (порожнини) між
зернами дрібного заповнювача, але й розсувають зерна цементу, що
підлягає гідратації. Зерна мікронаповнювача створюють поверхню,
на якій можуть розташовуватись гідратні новоутворення високої ди-
сперсності. Вони сприяють зростанню кристалів гідратних ново-
утворень та їх ущільненню. Мікронаповнювачі перешкоджають
утворенню щільних гідратних оболонок на зернах в’яжучої речови-
ни, за рахунок чого вони здатні бути підкладкою для гідратів, що
синтезуються. Часто може відбуватись взаємодія між мікронапов-
нювачами та продуктами гідратації в’яжучого матеріалу, що обумо-
влено хімічним спорідненням і подібністю параметрів кристалічної
ґратки, за рахунок чого можна отримати матеріал із поліфункціона-
льними властивостями.
Таким чином, наповнювачі різної дисперсності відіграють актив-
ну роль у структуроутворенні як розчинової суміші, так і будівель-
ного розчину.
Відсутність крупного заповнювача надає будівельним розчинам
деяких специфічних особливостей порівняно з бетонами, наприклад
підвищену пластичність розчинової суміші, що дозволяє укладати її
без спеціального (механічного) ущільнення. Однак розчинові суміші
відрізняються високою водоутримувальною здатністю, що пов’язана
з особливостями їх застосування — укладанням на пористу основу
(цеглу, бетон, пористий камінь) відносно тонкими шарами і досяга-
ється за рахунок використання наповнювачів і спеціальних добавок.
Отримання будівельного розчину із заданими властивостями
можливе за рахунок регулювання його складу та структури. Причо-
му, обираючи вид в’яжучої речовини (повітряного чи гідравлічного
твердіння) у вигляді гіпсу, вапна, портландцементу та спеціальних
цементів, а також вид та гранулометричний склад дрібного запов-
нювача, можна отримати будівельні розчини різної структури (щільної
чи пористої), а тому й різного призначення.
Формування щільної структури будівельного розчину досягаєть-
ся шляхом застосування щільного дрібного заповнювача та мікро-
наповнювача оптимального гранулометричного складу з мінімаль-
ною витратою в’яжучої речовини.
Використання легких дрібних заповнювачів, зменшення кількос-
ті в’яжучого матеріалу при збільшенні кількості води замішування
308
та застосування спеціальних добавок сприяє отриманню легких бу-
дівельних розчинів із підвищеною пористістю, наприклад, теплих та
акустичних.
Вибір виду та встановлення оптимального співвідношення ком-
понентів у складі розчинової суміші впливає на її однорідність, а
тому й на її здатність до розшаровування.
Використання сухих сумішей відкриває нові можливості отримання
високоякісних будівельних розчинів, причому підвищення експлуата-
ційних властивостей досягається не тільки за рахунок проявлення ади-
тивного ефекту, але й у результаті посилення синергетичного ефекту
при застосуванні спеціально підібраних багатокомпонентних систем.
Згідно з ДСТУ Б В.2.7-23-95, будівельні розчини класифікують
за призначенням, середньою густиною та видом в’яжучої речовини.
За призначенням будівельні розчини поділяють на розчини для
кам’яних кладок, монтажу будівельних конструкцій; облицюваль-
них і штукатурних робіт та спеціальні (акустичні, теплоізоляційні,
радіаційнозахисні, хімічно стійкі, жаростійкі, тампонажні тощо).
За густиною в сухому стані розчини поділяють на важкі із сере-
дньою густиною 1500 кг/м3 і більше та легкій шо мають середню гус-
тину менше 1500 кг/м3.
За видом в’яжучої речовини будівельні розчини поділяють на
прості, із використанням одного виду в’яжучої речовини (цементні,
вапняні, гіпсові тощо) та складні — на базі змішаних в’яжучих ре-
човин (цементно-вапняні, вапняно-зольні, вапняно-гіпсові тощо).
7.2. Матеріали для виготовлення
будівельних розчинів
Для приготування будівельних розчинів придатні матеріали, що
відповідають вимогами діючих стандартів.
В’яжучі речовини — це портландцемент, цемент для будівель-
них розчинів (ГОСТ 25328), будівельне вапно, гіпсова в’яжуча ре-
човина, а також глиноземистий цемент та інші види спеціальних
цементів. Для виготовлення кольорових цементно-піщаних розчи-
нів, крім звичайного, використовують білий та кольорові портланд-
цементе, а також природні та штучні пігменти (ГОСТ 8135, ГОСТ
12966, ГОСТ 18172).
Витрата в’яжучої речовини для будівельних розчинів становить
15...20% загальної кількості цементів, що застосовується для будів-
ництва, тому скорочення витрати високомарочних цементів є досить
309
актуальним і досягається використанням композиційних цементів.
Так, при отриманні будівельних розчинів низьких та середніх марок
(до М50 включно) з використанням високоактивних цементів (М400
і вище) рекомендовано вводити тонкодисперсні і тонкомелені добав-
ки, що дозволяють зменшити витрату в’яжучих матеріалів, а також
підвищити легкоукладальність, а в деяких випадках, і щільність бу-
дівельних розчинів.
Заповнювачі вибирають залежно від виду та призначення буді-
вельного розчину. Використовують переважно пісок природний або
отриманий подрібненням різних гірських порід визначеного грану-
лометричного складу. Найбільша крупність зерен піску для виготов-
лення розчинів для монтажу крупноблочних і крупнопанельних стін,
а також для мурування із бутового каміння не повинна перевищува-
ти 5 мм; для цегляного мурування — 2,5 мм; для підготовчого шару
штукатурки (оббризкування) — 2,5 мм, для опоряджувального шару
штукатурки (накривка) — 1,25 мм. Застосування дрібних пісків мо-
жливе лише при відповідному техніко-економічному обґрунтуванні.
Для отримання штукатурних розчинів треба застосовувати пісок
із модулем крупності від 1 до 2,2. Для розчинів марок 100 і вище ви-
користовують піски, що відповідають вимогам, які ставлять до запов-
нювачів для бетонів.
Для декоративних розчинів застосовують миті піски, подрібнені
гірські породи — мармур, граніт, а також керамічний, вугільний,
пластмасовий дрібняк.
Для отримання легких розчинів використовують піски із туфів,
трасів, опок, пористі штучні піски: шлакові, зольні, керамзитові, аг-
лопоритові, із спученого перліту та вермикуліту (згідно із ДСТУ Б
В.2.7-17-95).
Органічні та неорганічні добавки служать для надання розчи-
новим сумішам більшої рухомості і водоутримувальної здатності,
особливо при укладанні тонкими шарами на пористу основу, та для
запобігання розшаруванню. Як неорганічні пластифікуючі добавки
застосовують глину, вапно, цементний пил клінкерних печей, карбі-
дний мул, золу-винесення й золу гідровидалення ТЕС, золошлакові
суміші, шлам очищувальних споруд металургійних виробництв.
Отже, вапно може використовуватись і як в’яжуча речовина (у
будівельних розчинах низьких марок), і як пластифікуюча добавка
(в складних розчинах).
Органічні пластифікатори-мікропіноутворювачі (поверхнево-
активні речовини у вигляді милонафту, відходів соапстоку, абіетату
натрію, омиленої каніфолі, ЛСТ та ін.) дозволяють отримувати лег-
310
коукладальні розчинові суміші при частковій або повній заміні ними
вапняного тіста у складі розчинових сумішей. Ці добавки не тільки
поліпшують легкоукладальність розчинової суміші, але й підвищу-
ють морозостійкість, знижують водопоглинання та усадку розчину.
Для прискорення зростання міцності та надання розчинам спеціа-
льних властивостей (підвищення водонепроникності, морозостійкості,
корозійної стійкості) використовують спеціальні види добавок: проти-
морозні, пластифікуючі, повітровтягувальні, прискорювачі та сповіль-
нювачі тужавіння й твердіння. Наприклад, до складу розчинів для зи-
мового будування та штукатурення додають прискорювачі твердіння
(хлорид кальцію, хлорид натрію, хлорне вапно, поташ, нітрит натрію
тощо), які знижують температуру замерзання розчинової суміші.
Склад будівельного розчину визначають за масою або об’ємом
вихідних сухих матеріалів на 1 м3 розчину або відносним їх співвід-
ношенням. При цьому витрату в’яжучого матеріалу беруть за оди-
ницю. Для простих розчинів склад позначають, наприклад, 1:6, тоб-
то на 1 частину в’яжучого матеріалу додають 6 частин піску. Для
складних розчинів склад позначають трьома цифрами, наприклад,
1:0,45:5 (цемент : вапно : пісок).
Будівельні розчини виготовляють на бетонорозчинових заводах
чи розчинозмішувальних вузлах. При виготовленні розчинових сумі-
шей дозування всіх складових має виконуватися за масою. Пористі
заповнювачі, воду й добавки в рідкому стані допускається дозувати
за об’ємом. Розчинову суміш готують у розчинозмішувачах пері-
одичної або безперервної дії з тривалістю перемішування 1...2,5 хв
(із гідравлічними та іншими добавками — до 5 хв). Товарні розчини
готують централізовано у вигляді сухих або розчинових сумішей
певної консистенції, що забезпечує необхідну якість готового про-
дукту. Доставку розчинових сумішей здійснюють в автоцистернах з
автоматичним розвантаженням або автосамоскидах. Термін придат-
ності цементних розчинових сумішей без добавок при температурі не
вище 24°С дорівнює 3 год, вапняних — 10 год (ДСТУ Б В.2.7-23-95).
Для запобігання передчасного тужавіння розчинових сумішей вико-
ристовують добавки-сповільнювачі тужавіння.
7.3. Властивості розчинових сумішей
і будівельних розчинів
Основні властивості розчинової суміші — це рухомість, сере-
дня густина, водоутримувальна здатність, водовідділення та розша-
ровуваність (ДСТУ Б В.2.7-114-2002).
Рухомість розчинової суміші — здатність розтікатись під впли-
вом власної маси або докладених до неї зовнішніх сил; вона харак-
теризується глибиною занурення стандартного конуса в розчинову
суміш протягом визначеного часу. За рухомістю розчинові суміші
поділяють на марки: П4, П8, П12, П14 (табл. 7.1).
Таблиця 7.1
Марки розчинової суміші за рухомістю
Марка розчинової суміші за рухомістю Глибина занурення конуса, см Призначення розчинової суміші
П4 Від 1 до 4 включно Кутова кладка, ущільнена вібруванням
П8 Вище 4 до 8 включно Бутова кладка звичайна із порожнистої цегли і ка- меню, монтаж стін із крупних блоків та панелей, розшивання горизонтальних і вертикальних швів у стінах із панелей та блоків, облицювальні роботи
П12 Вище 8 до 12 включно Кладка із звичайної цегли і різного виду каміння, штукатурні та облицювальні роботи
П14 Вище 12 до 14 включно Заповнення порожнин у бутовій кладці
Водоутримувальна здатність визначається за втратами маси
шару розчинової суміші завтовшки 12 мм, укладеної на 10 арку-
шів фільтрувального паперу. В лабораторних умовах вона має бу-
ти не менше 90% взимку та 95% влітку, а на місці проведення ро-
біт — не менше 75% від значення, встановленого у лабораторних
умовах.
Розіиаровуваність розчинової суміші визначають порівнянням
маси заповнювача у нижній та верхній частинах щойно відформова-
ного ущільненого зразка. Вона має становити не більше 10%.
Додатково (залежно від вимог) визначають життєздатність, тер-
мін придатності розчинової суміші, умовну в’язкість, покривність та
інші властивості розчинової суміші.
Властивості штучного каменю, отриманого на основі затверді-
лого будівельного розчину, — це середня густина, міцність при сти-
ску, розтяг при розколюванні, розтяг при згині, усадка, середня гус-
тина, вологість, водопоглинання та морозостійкість. Обов’язковим
для всіх видів розчинів є визначення міцності при стиску, інші влас-
тивості визначають у випадках, які передбачені проектом.
312
За середньою густиною будівельні розчини при природній воло-
гості поділяють на важкі (середня густина від 1500 кг/м") та легкі
(середня густина менше 1500 кг/мл). Відхилення середньої густини
будівельного розчину допускається не більше 10% від проектного
значення.
Міцність при стиску будівельного розчину визначають у термін,
встановлений стандартом на даний вид розчину. Залежно від міцно-
сті при стиску, встановлені такі марки розчинів: М4, М10, М25,
М50, М75, МІ50, М200.
Міцність затверділого розчину /?рна основі портландцементу за-
лежить від активності в’яжучої речовини та її витрати і може бути
розрахована за емпіричною формулою М.А.Попова
Лр = 0,25Л1( ґ— -0,4 І
у В )
де /?ц — активність цементу, МПа; Ц — витрата цементу, т/м3; В —
витрата води, м3. Наведена формула актуальна для розчинів, укла-
дених на щільні основи. При використанні пористої основи має міс-
це відсмоктування води з розчину, що сприяє його ущільненню та
зростанню міцності приблизно в 1,5 рази.
Міцність розчину через 28 діб твердіння орієнтовно може бути
визначена за формулою
= (Ц-0,05)+ 4,
де К — коефіцієнт, який залежить від якості піску (для дрібного піс-
ку К = 1,4; для середнього — 1,8; для крупного — 2,2); Ц — витрата
цементу, т/м3.
За морозостійкістю розчини, що зазнають навперемінного за-
морожування та відтавання у зволоженому стані в конструкціях бу-
дівель і споруд, поділяються на марки: Е10, Е15, Е25, Е35, Е50, Е75.
Залежно від умов експлуатації будівельних розчинів, додатково
можуть бути визначені міцність на осьовий розтяг, на розтяг при
розколюванні, міцність при згині, при зрізі, міцність зчеплення з ос-
новою, показники деформативності, вологість, водопоглинання, ко-
ефіцієнт фільтрації, водонепроникність, пористість, теплопровід-
ність, теплоємність, гранично допустима температура застосування,
корозійна стійкість, естетичні показники, кольоростійкість, наяв-
ність висолів, рівень радіаційного захисту, показники екологічної та
радіаційної чистоти.
7.4. Види будівельних розчинів
Будівельні розчини використовують для з’єднання окремих бу-
дівельних елементів (кладка), додаткового захисту конструкцій від
атмосферних та інших впливів, створення рівної поверхні і оздоб-
лення. До цієї групи будівельних матеріалів ставлять деякі спеціа-
льні вимоги: відсутність розшарування; добра пластичність та лег-
коукладальність розчинової суміші для отримання добре заповнених
швів і якісної штукатурки; висока адгезія до основ; достатня міц-
ність для забезпечення несучої здатності кладки, а також стійкість
проти атмосферних впливів та механічних навантажень; еластич-
ність для забезпечення релаксації напружень без тріщиноутворення;
відповідна пористість (для дифузії водяної пари, а також для ство-
рення ефекту ізоляції), наприклад, штукатурка в житлових примі-
щеннях повинна забезпечувати вологоповітряний обмін із зовніш-
ньою атмосферою.
Розчини для кам’яного мурування та монтажу будівельних
виробів виготовляють із використанням:
- портландцементу та шлакопортландцементу (для монтажу
стін із панелей та великих бетонних і цегляних блоків, для звичайної
кладки в разі застосування розчинів високих марок);
— вапна, вапняно-шлакових та вапняно-пуцоланових в’яжучих
(для малоповерхового будівництва);
— пуцоланових та сульфатостійких портландцементів (для конс-
трукцій. які експлуатують в умовах впливу агресивних середовищ).
Цементні розчини застосовують для підземного будівництва та
кладки нижче гідроізоляційного шару, якщо грунт насичений во-
дою, тобто у випадках, коли є необхідною висока міцність та водо-
стійкість. Цементні розчини використовують в основному при зве-
денні фундаментів та інших конструкцій, що розташовані нижче
рівня ґрунтових вод, а також для заповнення швів та стиків панелей,
плит покриттів і перекриттів у збірних залізобетонних будівлях,
влаштування стяжки для м’яких покрівель та підлог.
Цементно-вапняні розчини містять у своєму складі вапняне тіс-
то, характеризуються високою легкоукладальністю, пластичністю,
міцністю і морозостійкістю та використовуються для зведення під-
земних і надземних частин будівель.
Вапняні розчини відрізняються пластичністю та легкоукладаль-
ністю, добре зчеплюються з поверхнею, характеризуються малою
усадкою, високою довговічністю, але є повільнотверднучими. При-
чому розчини на основі повітряного вапна використовують для над-
314
земної кладки, а на основі гідравлічного — для кладки не тільки в
сухих, але й у вологих умовах.
Легкі розчини використовують для теплоізоляційної кладки і
штукатурення будівельних матеріалів усіх видів, оскільки внаслідок
низьких середньої густини та коефіцієнта теплопровідності вони
сприяють збереженню енергії. У випадку застосування теплоізоля-
ційних будівельних матеріалів з’єднувальні шви є провідниками хо-
лоду, і тому використання цих розчинів сприяє підвищенню терміч-
ного опору стін (приблизно на 150%) без зниження міцності.
Монтажні розчини для замонолічування стиків елементів збір-
них залізобетонних конструкцій виготовляють на основі портланд-
цементу, розширного та безусадочного цементів. Марка таких роз-
чинів повинна бути не нижче МІ00.
Опоряджувальні розчини поділяють на звичайні штукатурні і
декоративні. За способом нанесення розрізняють «суху» та «мокру»
штукатурки.
Суха штукатурка — це заздалегідь виготовлені на заводі тонкі
плити, що прикріплюються до основної конструкції.
Мокру штукатурку наносять декількома шарами на спеціально
підготовлену поверхню. Перший шар називають набризком, другий —
ґрунтом, третій — накривкою. Набризк наносять на поверхню для
заповнення нерівностей, а також для кращого зчеплення шарів по-
криття з основою. Грунт потрібен для створення рівної поверхні,
звичайна його товщина — 5...7 мм. Накривка — шар товщиною не
більше 3 мм, що призначений для покриття всіх заглиблень і ство-
рення рівної та гладкої поверхні.
Штукатурки поділяють на високоякісні, поліпшені і прості. Для
тимчасових та невідповідальних споруд використовують просту
штукатурку в два шари без накривки. Тип штукатурки вибирають
залежно від матеріалу основи і призначення. Якщо штукатурка дво-
шарова, то нижній шар повинен бути більш міцним, ніж верхній. В
іншому разі утворюється зовнішня жорстка оболонка, яка внаслідок
процесів усадки і деформацій легко відшаровується. Нижній шар
штукатурки зазвичай виконують із вапняно-цементних або зміша-
них розчинів, а верхній — із розчинів на основі вапна.
Залежно від виконуваної функції, розрізняють штукатурки зов-
нішні (товщина 20 мм) і внутрішні (товщина 15 мм).
Зовнішня штукатурка виконує функцію оздоблення та захищає
основу від вологи. Вона гарантує достатній вологообмін між обшту-
катуреними будівельними елементами і зовнішнім середовищем та є
стійкою до дії морозу і зміни температур.
315
Характер нижнього шару штукатурки допускає різноманітні
способи її виконання, найбільш важливими з яких є:
- двошарове покриття — нижній шар із вапняно-цементного роз-
чину, верхній із вапняно-цементного розчину або оздоблювальної
штукатурки, поверхню можна обробляти затиранням, дряпанням
або фарбуванням;
- одношарове покриття, для якого використовують високоякісні
декоративні штукатурки, зокрема на основі цементів, для яких лише
у виняткових випадках потрібне напилення розчинової суміші як
основи під штукатурку; наносять таку штукатурку на всю товщину
шару; вона характеризується високою водоутримувальною здатністю.
Внутрішня штукатурка значною мірою зумовлює мікроклімат у
приміщенні. її виконують зазвичай в один шар із розчинів, виготов-
лених на основі вапна.
Напилення цементної розчинової суміші потрібно за наявності
гладкої основи (гладкий опалубний бетон), основи із низьким всмо-
ктуванням (наприклад, клінкерна цегла або природне каміння) або
основи з поганою адгезією, наприклад, легкі плити із деревної шерс-
ті, комишитові покриття та ін.
Для облицювального шару крупних блоків і панелей (розчини
марки 50 і вище) як в’яжучу речовину використовують білий і ко-
льоровий портландцементи, а також звичайний портландцемент і
шлакопортландцемент.
Влаштовуючи гідроізоляційні покриття залізобетонних труб на-
несенням штукатурного шару або торкретної оболонки та замонолі-
чуючи стики й шви, використовують водонепроникний безусадко-
вий та розширний цементи.
Рухомість штукатурних розчинових сумішей для підготовчих
шарів (обризк, грунт) — 8... 10 см; оздоблювального (накривка): без
гіпсу — 7...8 см, із гіпсом — 9... 12 см.
Декоративні кольорові розчини використовують для опоряджен-
ня фасадів будівель і елементів міського благоустрою, а також для
штукатурення всередині приміщень. Як в’яжучу речовину застосо-
вують для опорядження фасадів будівель портландцемент (білий та
кольоровий) і вапно, для кольорового штукатурення всередині буді-
вель — вапно та гіпс.
Декоративні розчини повинні мати необхідну водостійкість, мо-
розостійкість, світлостійкість і добре зчеплення з оздоблювальною
поверхнею. Як жовтий пігмент застосовують вохру, як коричневий —
умбру, як червоні — сурик залізний, мумію, як зелений — оксид
хрому, як блакитний — ультрамарин, як сірий — графіт, як чорний —
пероксид мангану.
316
Сучасними видами оздоблення є штукатурки з кам’яним дрібня-
ком, теразитові та з колоїдно-цементного розчину.
Декоративна кам ’яна штукатурка застосовується для імітації
різних гірських порід. До її складу входить портландцемент, вапня-
не тісто, мармурова мука, мармуровий дрібняк, слюда та пігмент.
Для виготовлення декоративних розчинів як заповнювачі викорис-
товують подрібнені гірські породи (мармур, граніт, вапняк), а також
штучні матеріали (скло, шлак, кераміка).
Опорядження декоративними розчинами дає змогу отримати
гладку, бугристу або рельєфну фактуру поверхні. Гладка фактура
утворюється під час обробки поверхні вирівнювальними механізма-
ми, гребенева — якщо поверхню присипають вологим піском (дріб-
ногребенева фактура), обробляють стисненим повітрям (крупногре-
бенева) або опоряджують набризком оздоблювального розчину.
Рельєфна фактура оздоблювального шару може мати різний візеру-
нок, для чого використовують рельєфні валики, шаблони, віброштам-
пи із рельєфоутворювачами. Колір оздоблення залежить від сполу-
чення кольорів подрібненого каменю і декоративного розчину.
Теразитові штукатурки є різновидом цементно-піщаних і вап-
няних штукатурних розчинів, які містять пігменти, слюду, пісок та
інколи спеціальні добавки. Для виготовлення теразитових сумішей
використовують дрібні (2 мм), середні (3...4 мм) і крупні (5...6 мм)
заповнювачі. Теразитову суміш змішують із водою і наносять на
підготовлену поверхню одним або декількома шарами. Теразитова
штукатурка характеризується невисокою міцністю і здатна до само-
відновлення (відшаровування) під впливом атмосферних чинників.
Для опорядження фасадного боку панелей у процесі їх форму-
вання використовують теразитові суміші, що складаються з білого
цементу і кольорового кам’яного дрібняку у співвідношенні від Г.4
до 1:5. Зерновий склад кам’яної крихти беруть таким: фракція
1,25...2,5 мм — 35...40%, 2,5...5,0 мм — 60...65%. Кількість води під-
бирають так, щоб отримати суміш з осадкою конуса 2...З см. Після
укладання і ущільнення оздоблювального шару поверхню виробу
оброблюють розпиленою водою, внаслідок чого цементне тісто зми-
вається з поверхні зерен кольорового заповнювача і заповнює між-
зернові пустоти.
Штукатурка на основі колоїдно-цементного клею (КЦК) за фі-
зико-механічними показниками має переваги порівняно з іншими
видами розчинів для оздоблення, але поступається їм декоративніс-
тю. Колоїдно-цементний клей отримують способом вібропомелу
цементу і кварцового піску у співвідношенні 7:3 (за масою) до пи-
317
томої поверхні 500 м2/кг. Отриману суміш змішують із водою та пі-
ском. Для підвищення водостійкості до складу розчину вводять гід-
рофобізатори.
Підвищення якості будівельних робіт потребує постійного роз-
ширення асортименту розчинів спеціального призначення.
Спеціальні розчини бувають різних видів: для заповнення швів,
ін’єкційні, гідроізоляційні, тампонажні, акустичні і рентгенозахисні.
Розчини для заповнення швів між елементами збірних залізобе-
тонних конструкцій, які зазвичай мають рухомість 7...8 см, готують
на портландцементі та чистому кварцовому піску.
Ін'єкційні розчини застосовують для заповнення каналів попере-
дньонапружених конструкцій. Це цементно-піщані розчини, марка
яких має бути не нижчою за М300 і досягається використанням це-
ментів М400 та вище.
Гідроізоляційні розчини виготовляють на цементах підвищених
марок (М400 і вище) з використанням як заповнювача кварцового
піску. Для влаштування гідроізоляційного шару, що зазнає впливу
агресивних середовищ, як в’яжучу речовину застосовують сульфато-
стійкий портландцемент і сульфатостійкий пуцолановий портландце-
мент. Орієнтовний склад за масою 1:2,5 або 1:3,5 (цемент:пісок). Щоб
забезпечити водонепроникність швів та стиків у споруді, використо-
вують гідроізоляційні розчини на основі розширного цементу.
Водонепроникні розчини виготовляють на основі розширного або
безусадного цементів складів від 1:2 до 1:3 або на основі звичайного
портландцементу та шлакопортландцементу з використанням різних
добавок.
Заповнювачем є пісок із модулем крупності 1,5...2 для штукатур-
них робіт, 2...З для стяжок, 2,5...3,5 для торкретних робіт. Склади
водонепроникних цементно-піщаних розчинів при влаштуванні гід-
роізоляційних стяжок і штукатурок змінюються у межах від 1:2,5 до
1:3,5 (цемент:пісок) при В/Ц = 0,45...0,55 і рухомості суміші 2...6 см;
при нанесенні захисних покриттів торкретуванням — від 1:1 до 1:3
при В/Ц = 0,28...0,35; при нанесенні покриттів способом мокрого тор-
кретування або пневмонабризку — від 1:1 до 1:3 при В/Ц = 0,5...0,6
і рухомості суміші 6... 10 см.
Водонепроникні розчини використовують при влаштуванні гід-
роізоляційних стяжок та штукатурок замість звичайної обклеюваль-
ної гідроізоляції у санвузлах і душових кімнатах, цехах із підвище-
ною вологістю, промислових та інших систематично зволожуваних
приміщеннях, при штукатуренні і торкретуванні залізобетонних ре-
зервуарів, криниць, насосних станцій, тунелів та інших споруд.
318
Кислотостійкі розчини — це суміші тонкомеленого кварцового
компонента і кремнефториду натрію з кислотостійким заповнюва-
чем (піском), що замішані рідинним натрієвим чи калієвим склом.
Для отримання матеріалів підвищеної кислотостійкості застосо-
вують натрієве скло з кремнеземистим модулем 2,4...2,8 та густиною
1,38... 1,40 г/см\ калієве — з модулем 3...3,2 і густиною 1,30...1,32 г/см3.
Як заповнювач використовують природний дрібний кварцовий пісок
або пісок, отриманий подрібненням кислотостійких щільних гірсь-
ких порід. Можна застосовувати продукт подрібнення бою кераміч-
них виробів. Співвідношення між тонкомеленим наповнювачем та
кварцовим піском зазвичай становить 1,2...1,3 при використанні на-
трієвого скла і 1:1 — калієвого.
Отверджувачем служить дрібномелений кремнефторид натрію
На28іРб У кількості приблизно 15% від маси рідинного скла.
Для підвищення водостійкості додають домішки, що містять
84...97% активного кремнезему, наприклад, силікагель, тонкомеле-
ний опал, халцедон, діатоміт, трепел, опоку та ін. Для підвищення
щільності і непроникності додають добавки: парафін, фурфурол,
фуриловий спирт та їхні суміші.
Міцність кислотостійких розчинів становить не менше 15 МПа, а
з добавкою фурилового спирту — більше 20 МПа, адгезія до бетону,
кераміки та металу — не менше 2 МПа, коефіцієнт розм’якшення —
більше або дорівнює 0,85.
Кислотостійкі розчини використовують для створення антикоро-
зійних покриттів на поверхнях спецобладнання, а також при футе-
руванні споруд штучними кислотостійкими матеріалами.
Жаростійкі розчини містять як в’яжучу речовину глиноземисті
чи високоглиноземисті цементи, портландцемент та рідинне скло.
Заповнювачами та тонкомеленими наповнювачами можуть бути ма-
теріали на основі шамоту, динасу, шлаків, паливних зол та бою ви-
паленої керамічної цегли.
Жаростійкі розчини на основі портландцементу містять поряд із
в’яжучою речовиною (16...20 %) шамотний заповнювач (84...80 %),
пластифікатор у вигляді суміші ЛСТ (0,1%) та вогнетривкої (4...6%)
або бентонітової (2...4%) глини. Кількість тонкомеленого порошку
(наповнювача) у вигляді шамоту добирається відповідно до кількос-
ті портландцементу. Розмір зерен шамотного заповнювача не пови-
нен перевищувати 1,2 мм.
Такі розчини застосовують для вогнетривкої кладки конструк-
ційних елементів промислових печей та інших теплових агрегатів із
шамотної цегли, які експлуатуються при температурах до 4-1200°С.
319
Вогнетривкі розчини містять у своєму складі шамотний поро-
шок, інколи порошок бокситу, рідинне скло та пластифікатор (суміш
вогнетривкої або бентонітової глин). Застосовують ці розчини для
кладки печей (або інших високотемпературних агрегатів) із штуч-
них вогнетривів, що експлуатуються при температурі до 1350°С.
Тампонажні розчини можуть бути цементно-піщаними, цементно-
піщано-суглинистими, цементно-суглинистими. Як в’яжучу речовину
використовують різні види цементів, залежно від умов експлуатації
розчинів, наприклад, при дії агресивних середовищ — сульфатостійкий
пуцолановий або шлакопортландцемент. При дії напірних вод краще
використовувати тампонажні цементи, у звичайних гідрологічних умо-
вах — портландцементе. Ці розчини мають високу однорідність, водо-
стійкість, рухомість і використовуються при тампонуванні нафтових
свердловин та тунелів. При бурінні стовбурів шахт використовують
цементно-суглинисті розчини складу (цементісуглинок) від 1:2 до 1:4;
при звичайному способі проходки — цементно-суглинисті складу 1:4
до 1:8 і цементно-піщано-суглинисті складу 1:4:4.
Середня густина таких розчинів має бути 1650...2000 кг/м3, мар-
ка за міцністю при стиску — М25, М50, М75 та М100.
Акустичні та теплоізоляційні розчини повинні мати середню гу-
стину 600... 1200 кг/м3. Як в’яжучі речовини застосовують порт-
ландцемент, шлакопортландцемент, вапно, гіпс, а також цементно-
вапняні суміші. Для утворення структури зі сполученими порами
обмежується кількість в’яжучого компонента. Як заповнювач вико-
ристовують однофракційні піски із зернами крупністю 3...5 мм, що
отримані подрібненням легких пористих матеріалів: пемзи, туфів,
шлаків, перліту, шлакової пемзи, аглопориту, керамзиту та ін.
Акустичні розчини застосовують як звукопоглинальну штукатур-
ку, але одночасно вони виконують функцію і теплоізоляційного шару.
Склад таких розчинів змінюється від 1:5 до 1:8 за об’ємом.
Високою ефективністю характеризуються звукоізоляційні та акус-
тичні розчини на основі спученого перліту. Ці розчини, залежно від
виду в’яжучої речовини, що застосовується, мають такі склади:
на основі цементу — від 1:3 до 1:6; гіпсу — від 1:3 до 1:4; вапна —
від 1:3 до 1:4, цементно-вапняних в’яжучих — від 1:0,25:5 до 1:1:8.
Коефіцієнт звукопоглинання акустичних розчинів становить
близько 0,5 при частоті 800... 1600 Гц, коефіцієнт теплопровідності —
0,06...0,12 Вт/(м К), середня густина — 300...600 кг/м3.
Рентгенозахисні розчини використовують переважно як захисні
штукатурки, і їх середня густина повинна перевищувати 2200 кг/м3.
Як в'яжучий компонент застосовують портландцемент, шлакопортлан-
320
дцемент, як заповнювачі — барит у вигляді піску із крупністю зерен до
1,25 мм,' наповнювач — тонкомелений порошок із бариту. Добавки, що
підвищують захисні властивості штукатурки, зазвичай містять легкі
елементи (Гідроген, Літій, Кадмій) та речовини, що містять Бор.
Склад таких розчинів за об’ємом може бути 1:0,25:4 (цемент :
вапняне тісто : баритовий пісок) або 1:3:1 (цемент : баритовий пісок :
баритовий пил). При товщині штукатурок до ЗО мм її виконують у 2
шари, до 50 мм — у 3 шари, а при товщині більше 50 мм поряд із
розчиновою сумішшю використовують металеві сітки або барито-
бетонні плити.
7.5. Сухі будівельні суміші
Винайдення у 1957 році методу виготовлення порошків, здатних
до редиспергування, та впровадження його у промислове виробниц-
тво відкрило нові якісні та економічні перспективи розвитку ще од-
нієї галузі виробництва будівельних матеріалів — сухих будівель-
них сумішей. Наслідком швидкого становлення виробничої та
науково-технічної бази цієї галузі було створення практично необ-
меженого спектра високоефективних будівельних розчинів — від
мурування стін і опорядження будівель до покриття автомагістралей
та спорудження промислових об’єктів.
На початку 1960-х років на будівельних майданчиках Західної
Європи вперше почали використовувати сухі цементні суміші, мо-
дифіковані полімерними добавками, здатними до редиспергацїї,
отриманими висушуванням спеціальних водних дисперсій полімерів
методом розпилювального сушіння. Після замішування з водою такі
порошки можуть переходити у вихідний стан водних дисперсій,
зберігаючи при цьому притаманні їм характеристики та функції по-
лімерних в’яжучих речовин. З часом розвиток будівельної хімії за-
безпечив різноманітність та різне профілювання сухих будівельних
сумішей та добавок, придатних для їх виготовлення.
На сьогодні сухі суміші практично витіснили «мокре» виробни-
цтво розчинів. Крім того, розвиток індустрії сухих сумішей сприяв
виникненню нових напрямків розвитку таких галузей, як машино-
будування (установки з виготовлення сухих сумішей, транспортні
механізми, засоби малої механізації) та будівельна хімія.
Сухі будівельні суміші — це порошкоподібні композиції, що
складаються із мінеральної або органічної в’яжучої речовини, напо-
внювачів та заповнювачів, добавок, які виготовляють у заводських
умовах. На місці проведення робіт сухі суміші змішують із водою до
отримання розчинової суміші заданої консистенції.
321
Асортимент продукції є практично необмеженим — бетони, му-
рувальні розчини, штукатурки, клеї, шпаклівки, підлоги, що здатні
до самовирівнювання.
Спеціальні властивості сухих будівельних сумішей визначають-
ся галузями їх застосування (морозостійкість, гідрофобність, термо-
стійкість, адгезійні властивості). Гарантована якість сухої суміші за-
безпечується за рахунок високої технологічності заводських про-
цесів та сучасним рівнем будівельної хімії.
Лідерами у технології виготовлення сухих сумішей є компанії
країн Скандинавії, ФРН, Австрії (близько 90% будівельних та 100%
ремонтно-реставраційних робіт виконуються з використанням сухих
сумішей). Найкрупнішими виробниками сухих сумішей є компанії
КНАИЕ, 8АККЕТ, АЬРІХ, ОРТ1КОС, КЕМА, НЕЬІКЕЬ.
З 1996 р. в Україні затверджена і реалізується міжгалузева науково-
технічна програма, пов’язана з розвитком виробництва сухих сумішей.
Згідно з цією програмою, були розроблені нові конкурентоздатні сухі
суміші з використанням сировинних матеріалів України; створені виро-
бничі потужності з випуску сухих будівельних сумішей, у тому числі
«Хенкель Баутехнік», м. Київ (торгова марка «Сегезії»); «Фомальгаут»,
м. Київ (торгова марка «Полімін»); «ТММ», м. Харків; «Геоліос», м.
Львів, запропоновані автоматизовані ресурсо- та енергозберігаючі тех-
нології виробництва сухих будівельних сумішей та розроблена нормати-
вно-технічна документація на їх реалізацію (ДБН В.2.6-22-2001 «Улаш-
тування покриттів із застосуванням сухих будівельних сумішей»).
Світовий досвід застосування сухих будівельних сумішей свідчить
про їх високу ефективність і переваги порівняно з традиційними мето-
дами проведення робіт, а саме: підвищення продуктивності праці в
1,5...5 разів залежно від виду робіт, зниження матеріаломісткості порі-
вняно з традиційними технологіями у 3...10 разів (плиткові роботи —
у 7 разів, вирівнювання стін та підлог — у 10 разів); стабільність
складів, що гарантує отримання матеріалів із заданими властивостя-
ми, і, як наслідок, підвищення якості будівельних робіт, збільшення
тривалості зберігання без зміни властивостей, можливість транспор-
тування і зберігання при від’ємній температурі, а також зниження ви-
трат при транспортуванні, зберіганні та використанні матеріалів.
1,5.1. Класифікація сухих будівельних сумішей
та характеристика вихідних матеріалів
Класифікація сухих модифікованих сумішей для різних видів
робіт представлена на рис. 7.1.
322
Рис. 7.1. Класифікація сухих модифікованих сумішей за призначенням
323
Для виготовлення сухих будівельних сумішей необхідно вико-
ристовувати матеріали, що гарантують досягнення потрібних техно-
логічних і експлуатаційних властивостей кінцевого продукту.
Вихідні матеріали можна поєднати в такі основні групи: мінера-
льні та органічні в’яжучі, наповнювачі і заповнювачі, добавки.
В’яжучі речовини можуть бути мінеральними й органічними.
Як мінеральні в ’яжучі використовують портландцемент, у тому
числі білий та кольоровий, глиноземистий цемент, гіпсові в’яжучі,
вапно.
Як органічні в ’яжучі застосовують дисперсні полімерні порошки
на основі термопластичних полімерів (вінілацетату, етилену, вініл-
хлориду, акрилату та ін.), а також порошки, модифіковані силанами.
Ці матеріали, наприклад порошки Віннапас фірми «Ваккер Полімер
Системо», можна використовувати для модифікування властивостей
сумішей на основі цементів, вапна, гіпсу. Змінюючи кількість та
склад полімерних добавок, можна у широких межах регулювати
властивості композицій, у тому числі адгезійну міцність, міцність
при стиску, міцність на розтяг при згині, деформативність, водопог-
линання і морозостійкість.
Наповнювачі та заповнювачі можуть бути представлені як при-
родними дисперсними, так і механічно-диспергованими неорганіч-
ними та органічними речовинами різної структури.
Природні дисперсні речовини — це глини (бентоніт, каолініт),
доломітова мука, оміакарб (мармурова мука), маршаліт (аморфний
кремнезем), подрібнена природна збагачена крейда, кварцовий пі-
сок, які мають розмір частинок від 2 до 640 мкм.
Природні механічно-дисперговані речовини — це слюда, тальк,
вермикуліт, перліт, пилоподібний мелений кварц із розміром части-
нок від 5 до 600 мкм. До природних механічно-диспергованих воло-
книстих належать азбест із довжиною волокон 1,5...3,5 мм, до син-
тетичних волокнистих — поліпропіленові і поліамідні волокна
довжиною 6,5...7,5 мкм. Синтетичні речовини представлені аероси-
лом 8іО2 та білою сажею 8іО2 • Н2О.
У сухих сумішах, що призначені для відновлення бетонних і за-
лізобетонних конструкцій, як заповнювач застосовують піски більш
крупної фракції, а також дрібнозернистий щебінь фракції 3...10 мм.
Основні вимоги до заповнювачів наведені в розділі 8.2, але осо-
бливі вимоги ставляться щодо їх вологості, яка не повинна переви-
щувати 0,8 %.
Добавки — водоутримувальні, пластифікатори, піногасники, пі-
гменти, емульгатори, регулятори тужавлення, гідрофобізатори, по-
324
роутворювачі, стабілізатори та ін. є одним з основних компонентів
сухих сумішей. У складах сухих сумішей найбільш розповсюджені
добавки у порошкоподібному стані.
До водоутримувальних добавок належать метилцелюлоза, що
розчиняється у воді (виробництва фірми «\Уо1ії Сеііиіозісз»), поро-
шки на її базі (фірма \УАЬОСЕЬ-ТМ), а також бентонітові глини, в
тому числі і модифіковані органічною основою.
Як пластифікатори (суперпластифікатори) застосовуються про-
дукти конденсації нафталінсульфокислоти і формальдегіду та ком-
плексні добавки на їх основі, наприклад, С-3, «Дофен», «Мельмент»,
«Амкироз», «Релаксол».
Піногасниками служать матеріали, які виготовлені на основі
кремнієорганічних речовин, ефірів вищих жирних спиртів і амінів.
Як пігменти застосовують неорганічні речовини, що за хімічним
складом є оксидами титану, феруму та хрому, або солями, напри-
клад, залізну лазур. Використовують також органічні речовини —
фталоціанінові пігменти блакитного, зеленого і червоного кольорів,
а також жовті світлостійкі пігменти.
У ролі емульгаторів можуть виступати поверхнево-активні ре-
човини катіонного і аніонного типів торгових марок «Твердий»,
«Гексанол-3600», «Комплексний» та інші.
До регуляторів строків тужавлення, які використовують у су-
хих сумішах, належать прискорювачі у вигляді солей лужних і луж-
ноземельних металів та соляної або карбонатної кислоти (хлорид
натрію, нітрат натрію, нітрит-нітрат кальцію, карбонат калію, «Ре-
лаксол», а також глиноземистий цемент) і уповільнювачі твердіння
(полісахариди, клеї тваринного походження, лимонна та винна кис-
лоти, а також їх солі).
Добавки-гідрофобізатори — це концентрати силіконових ему-
льсій і порошків на силан-силоксановій основі, що здатні до мікро-
емульгації при розведенні водою. їх додають для зниження водопо-
глинання матеріалу на стадії його виготовлення.
7.5.2. Характеристика сухих будівельних сумішей
різного призначення
Розчини для кам’яного мурування (мурувальні) марок МІ00 і
М200 отримують на основі сухих будівельних сумішей, в яких як
в’яжучі речовини застосовують цемент та гідравлічне вапно (0...5%),
заповнювачами є переважно кварцовий або вапняковий пісок фрак-
цій 0,05...2,5 мм, а добавки представлені широким спектром речо-
325
вин, у тому числі повітровтягувальними і пластифікуючими, здат-
ними до редиспергації.
За призначенням такі цементні розчини класифікують на три
групи:
- для звичайної цегли та блоків;
- для склеювання при муруванні тонкостінних блоків;
- для теплоізоляційної і силікатної цегли з покращеними термо-
ізоляційними властивостями.
Поряд зі звичайними заповнювачами (9...59%) як легкий напов-
нювач для третьої групи сумішей застосовують перліт, полістирол,
вермикуліт у кількості 10...35 %. Часто при виконанні робіт узимку
додають протиморозні добавки в порошкоподібному стані, які зни-
жують температуру замерзання рідкої фази або є сильними приско-
рювачами процесів тужавіння.
Суміші для гідроізоляційних робіт застосовують у вигляді фар-
бової або штукатурної гідроізоляції. Фарбова гідроізоляція предста-
влена багатошаровим покриттям із пластичних або рідких сумішей,
виготовляється із бітумно-полімерних мастик на основі бутилкаучу-
ку, а також із використанням епоксидних, поліуретанових або акри-
лових смол. Штукатурна гідроізоляція — це покриття товщиною
5...20 мм із полімерцементних композицій, яке наноситься пошарово.
Для виготовлення цих видів гідроізоляції використовують полі-
мерцементні композиції, в яких вміст полімеру збільшується якщо
застосувати їх у вигляді фарб. Основними перевагами таких матеріа-
лів над звичайними на основі бітумів і полімерів є екологічна безпе-
ка, висока адгезія до різних поверхонь, когезійна міцність, можли-
вість нанесення в середині приміщень на вологі і мокрі поверхні,
довговічність та надійність, зручність і висока продуктивність праці
при виконанні робіт. Основним недоліком є невисока еластичність.
Існують також сухі суміші для виготовлення гідроізоляції, здат-
ної до просочування, яка складається із портландцементу (білого
цементу), спеціально обробленого заповнювача та хімічно активних
речовин. Дія такої гідроізоляції ґрунтується на проникненні її у бе-
тон по капілярних порах із наступною хімічною взаємодією з віль-
ним вапном та конденсацією на поверхні пор.
Гідроізоляційні сухі суміші на основі цементу застосовують для
стін фундаментів та підвалин, резервуарів для води, плавальних ба-
сейнів (суміщення функцій гідроізоляції і клею для облицювальної
плитки), стін та підлог у вологих приміщеннях, поверхонь терас і
балконів, а також для захисту будівельних конструкцій від дії агре-
сивного середовища (сульфатів, кислот, хлоридів). Однак унаслідок
326
малої еластичності їх недоцільно використовувати у місцях концен-
трації напружень.
Клеї для облицювальних робіт — це адгезиви для приклеювання
плитки до поверхонь будівель і споруд. Раніше для укладання кера-
мічної плитки та плитки з природного каменю використовували тов-
стий шар цементно-піщаного розчину завтовшки 20 мм. Такий спо-
сіб має ряд недоліків: високу вартість, велику витрату матеріалів, а
також необхідність високої кваліфікації спеціалістів при мінімаль-
них експлуатаційних гарантіях. У багатьох країнах на цей час поши-
рений так званий тонкостінний спосіб укладки, при якому товщина
шару розчину становить приблизно 2...4 мм. При такому способі
розчинова суміш може бути нанесена на великі площі за допомогою
зубчастих шпателів, а плитки укладаються швидко, якісно та надій-
но. Тиксотропні властивості клею не дозволяють плитці сповзати з
поверхні, і тому можна не застосовувати спеціальні пристрої для її
фіксації. Еластичні властивості клею дозволяють компенсувати на-
вантаження, що виникають між плиткою та поверхнею основи вна-
слідок дії усадочних, температурних та інших деформацій.
До полімерцементних сухих сумішей, що застосовуються як клеї,
ставляться такі вимоги:
- висока адгезійна міцність зчеплення між плитками і різними
основами (бетонними поверхнями, вапняно-цементними штукатур-
ками, гіпсовими, дерев’яними поверхнями, гіпсокартоном, пінобе-
тоном, деревностружковими плитами та ін.) навіть після дії змінних
температур, вологи, статичних і динамічних навантажень;
- значна деформативність при високих та низьких температурах;
- належна водоутримувальна здатність (для забезпечення повної
гідратації цементу);
- висока фіксуюча здатність (для запобігання сповзання плитки з
тільки що укладеної розчинової суміші);
- простота технології нанесення розчину.
Ці властивості забезпечуються використанням цементно-піща-
ного розчину, в якому максимальний розмір заповнювача — квар-
цового піску — становить 0,5 мм, а також міститься метилцелюлоза
та модифікатори властивостей у вигляді різних добавок та полімеру
у дисперсному стані. Вміст полімеру змінюється від 0,5 до 7% і є
визначальним фактором при встановленні галузей застосування
клею.
Затиральні суміші є декоративними кольоровими сумішами (ві-
домими як фуги), що використовують для зовнішніх і внутрішніх
робіт при заповненні швів між плитками на вертикальних та горизон-
327
тальних поверхнях з метою надання закінченого декоративного ви-
гляду облицюванню.
Ці матеріали мають також сприймати частину напружень, що
виникають на всій поверхні покриття, захищати конструкції від ме-
ханічних пошкоджень та проникнення води, мати добру адгезію до
всіх частин плитки, низьку усадку, достатню еластичність, тріщино-
стійкість, опір стиранню, ударну міцність та низьке капілярне всмок-
тування.
Затиральні розчини поділяють на звичайні сірі, без модифіку-
вання полімерами (використовуються для покриття підлоги); гідро-
фобні, отримані з додаванням полімеру та пластифікаторів, швид-
котверднучі (застосовуються для зовнішніх і внутрішніх робіт);
еластичні з гідрофобними властивостями та високоякісні фінішні
забарвлені. Для білих затиральних сумішей застосовують білий це-
мент, для кольорових — білий цемент і лугостійкі пігменти, кварцо-
вий пісок може бути повністю замінений на дрібнодисперсні напов-
нювачі (оміакарб, маршаліт, цеоліт, кварцовий пил).
Полімермінеральні штукатурки зазвичай поділяють на дві
групи: цементні та гіпсомісткі.
Цементні (або цементовмісні) штукатурки призначені для оздоб-
лення фасадів і складаються із цементу, вапна, наповнювачів (квар-
цового піску та білих карбонатів), полімерного компонента, упові-
льнювачів тужавіння, водоутримувальних і реологічних добавок, а
при необхідності, і армувальних матеріалів. Карбонатні наповнюва-
чі (мармуровий дрібняк або вапняк) можна застосовувати додатково
або замість кварцових пісків. Підвищення вмісту цементу в складі
вапняно-цементного розчину обумовлює високу міцність при стис-
ку, ударну міцність, водозахисні властивості, але призводить до
утворення тріщин унаслідок жорсткості розчину. З підвищенням
вмісту гашеного вапна поліпшуються технологічні властивості.
Залежно від крупності заповнювача штукатурки поділяють на
крупно- і дрібнодисперсні. Вид заповнювача визначає спосіб нане-
сення: ручний (за допомогою жорсткого пензля) або механізований
(за допомогою розпилювача), а також можливість використання
розчинів для внутрішнього оздоблення приміщень.
При нанесенні штукатурок на пористі або вологопоглинальні
поверхні необхідно використовувати ґрунтовки (праймерй).
Цементовмісні декоративні фасадні штукатурки повинні мати
високу адгезію до основи, мінімальне водопоглинання, гідрофоб-
ність, добру паропроникність, тріщиностійкість.
328
Ці штукатурки поділяють на:
- крупнодисперсні для внутрішніх робіт (максимальний розмір
зерен заповнювача 1,25 мм), без водозахисних властивостей, мають
високу стираність і низьку адгезію до основ;
- крупнодисперсні для зовнішніх робіт, що рекомендовані для
оздоблення конструкцій із цегли та легких бетонів (вміст полімеру
близько 1 %);
- для оздоблення будівельних конструкцій із підвищеною щіль-
ністю (важкі бетони, азбестоцементі листи та ін.), вирізняються во-
дозахисними властивостями (низьким капілярним всмоктуванням),
доброю адгезією до всіх основ, низькою стираністю;
-дрібнодисперсні з водозахисними властивостями для внутрі-
шніх і зовнішніх робіт.
Декоративні штукатурки — це товстошарове покриття, яке має
визначену структуру. Структура залежить від типу, розміру та фор-
ми наповнювача (заповнювача), технологічного прийому нанесення
і виду застосовуваного інструменту. Вони постачаються у вигляді
сухих сумішей або готовими до застосування.
Декоративні штукатурки, які застосовуються в інтер'єрах, зале-
жно від виду в’яжучої речовини, можуть бути мінеральними і полі-
мерними, залежно від розміру заповнювача {наповнювача) — тонко-,
середньо- та грубофактурними. Технологічними перевагами таких
матеріалів є зниження вимог до підготовки основи — виключення
деяких проміжних технологічних операцій (наприклад, фінішного
шпаклювання). Покриття гідрофобні і мають достатню міцність, а
також високі декоративні властивості.
Поверхня такого покриття має шорстку борозенчасту текстуру,
але його стійкість до стирання є невисокою. Більш технологічними і
стійкими до стирання є полімерні декоративні штукатурки на основі
водної дисперсії акрилових смол, які можуть наноситися на будь-які
основи, що спеціально підготовлені. Полімерна зв’язуюча речовина
надає покриттям міцності та довговічності. Створення декоративно-
го ефекту .досягається за рахунок використання різноманітних на-
повнювачів визначеного гранулометричного складу.
Інколи в таких матеріалах застосовують як наповнювач калібро-
ваний мармуровий, гранітний або кварцовий гранулят, і тоді отри-
мують покриття, які належать до окремої групи — покриття з при-
родною кам яною крихтою — різновид декоративних штукатурок.
Зазвичай розмір гранул наповнювача становить від 0,1 до 1,8 мм, рі-
дше — 3...4 мм. Для отримання необхідного декоративного ефекту
гранули можуть бути пофарбовані спеціальними складами в завод-
329
ських умовах. Застосування матеріалів цієї групи при оздоблюваль-
них роботах дозволяє виключити з технологічного процесу опера-
цію фінішного шпаклювання, причому незначні дефекти поверхні
(тріщини, нерівності) нівелюються самим матеріалом. Такі покриття
наносять на бетонну основу, штукатурку, гіпсокартон, деревину за
допомогою шпателя (кельми) або розпиленням (при розмірі гранул
0,1...0,8 мм). Після висихання поверхні покриття, залежно від розмі-
ру зерен наповнювача, може бути грубим, шорстким або гладким,
схожим на камінь.
Сухі суміші для санації старих будівель, що використовують для
комплексного відновлення фасадів, представлені шпуровими скла-
дами, що закачують у стіни з метою відновлення міцнісних і гідро-
ізоляційних характеристик споруд, та комплексними композиціями
(або системами санації), що складаються із трьох видів спеціальних
сухих сумішей: для набризку; ґрунтувальної протисельової санува-
льної; накривної гідрофобізуючої.
Суміш для набризку призначена для отримання рівномірного за-
кріплюючого шару, який має бути солестійким. Його виконують на
поверхні у вигляді сітки, що покриває не менш 70% площі товщи-
ною 5 мм. Протисольову штукатурку (що є одночасно й вирівню-
вальною) наносять товщиною не менше 20 мм на набризковий шар
із наступною грубою обробкою поверхні. Останньою наносять на-
кривну гідроізоляційну суміш, яка утворює шар, що після затвердіння
вирівнюється і затирається повстю при змочуванні поверхні водою.
Цей шар характеризується високою паропроникністю, незначним
капілярним всмоктуванням і доброю адгезією до основи. Оброблену
поверхню можна покривати паропроникними фарбами на силікатній
або латексній основі.
Гіпсовмісні штукатурки призначені для оздоблення внутрі-
шніх поверхонь приміщень. Вони складаються із гіпсу, вапна, на-
повнювачів, уповільнювачів тужавіння, полімеру та водоутриму-
вальної добавки. Залежно від типу і кількості компонентів, роз-
різняють гіпсопіщані, гіпсовапняні або вапняно-гіпсові суміші.
Основними перевагами гіпсовмісних сумішей є висока міцність і
твердість, швидкість тужавіння, що регулюється використанням
добавок, відносно низька теплопровідність (є важливою для шту-
катурок та гіпсокартонних плит), низька звукопровідність, висока
паропроникність, добра хімічна стійкість і вогнестійкість, неви-
сока вартість. Основним недоліком є низька водостійкість, а та-
кож неможливість спільної роботи з основою, що містить гідрав-
лічну в’яжучу речовину.
330
Перевагами гіпсовмісних сумішей із полімерними добавками є
підвищення водостійкості, збільшення адгезії до різних основ, під-
вищення міцності, опору стиранню, деформативності, вповільнення
строків тужавлення. Часто поверхня, оштукатурена гіпсовмісними
сумішами, є готовою для фарбування та обклеювання шпалерами.
Порівняно із цементно-піщаними штукатурками, гіпсові мають ме-
ншу витрату (10 кг на 1 м" при товщині шару 10 мм).
Суміші для підлог та стяжок застосовуються в сучасних будів-
лях і спорудах, де підлога є горизонтальною багатошаровою конс-
трукцією, кожний шар якої має своє визначене функціональне при-
значення. Така конструкція складається із основи, підкладального
шару, звукоізоляції, теплоізоляції, стяжки, гідроізоляції, ґрунтовки
та верхнього шару покриття. Підлоги повинні мати високі показни-
ки якості за міцністю, деформативністю, зносостійкістю, тріщино-
стійкістю, корозійною стійкістю та декоративністю. Комплекс таких
властивостей характерний для наливних підлог, отримуваних із ви-
користанням полімерних в’яжучих речовин.
Для підлог та стяжок, що самовирівнюються, застосовують такі
полімермінеральні суміші:
- звичайні (для ремонтних робіт на невеликій площі);
- швидкотверднучі (як підшар для великих поверхонь, товщина
шару від 15 мм);
-високоякісні швидкотверднучі (для великих поверхонь, тов-
щина шару від 5 до 10 мм.
Як мінеральні в’яжучі матеріали використовують портландце-
мент, високоалюмінатний цемент, гіпс, ангідритовий цемент. Запов-
нювачем є кварцовий пісок із максимальним розміром зерен до 0,4
мм, наповнювачами — карбонатні породи або зола-винесення.
Використання сумішей різних складів дозволяє виконувати різ-
номанітні конструкції наливних монолітних підлог. Так, наприклад,
гідроізоляційна монолітна підлога (мінімальна товщина покриття ЗО
мм) має роздільний шар, представлений гідроізоляційним матеріа-
лом, наприклад фольгою. Монолітна «плаваюча» підлога (товщина
її більше 35 мм) наноситься на шар тепло- або звукоізоляції, який не
повинен торкатись основи стін та обладнання,
Основними вимогами до сухих сумішей для наливних підлог є
достатній, але не дуже тривалий час розтікання маси, мінімальна ве-
личина усадочних деформацій, нерозшаровуваність розчинової су-
міші, створення умов для рівномірного видалення вільної води, від-
сутність усадочних тріщин, мінімальна кількість піни, що утворю-
ється при перемішуванні компонентів.
331
Сухі фарбові суміші застосовуються в різних галузях. Викорис-
тання водорозведених фарбових сумішей (замість органорозведе-
них) зумовлюється підвищеними вимогами до охорони навколиш-
нього середовища та високою вартістю природних олій.
Порошкові полімерні фарби застосовуються у різних галузях.
Вони представлені дрібнодисперсною (питома поверхня 10... 100 м1 2 3/г)
сухою сумішшю, що складається із твердих полімерів, наповнюва-
чів, пігментів і спеціальних добавок. Основною сировиною є термо-
пластичні полімери (поліетилен, полівінілхлорид, поліаміди) та реак-
топласти (епоксидні, поліефірні, поліуретанові смоли).
Основні вимоги до готової продукції: вміст вологи — не більше
0,8%, тонкість помелу — залишок на ситі № 02 після мокрого про-
сіювання не більше 10%. Фарби готують змішуванням сухих сумі-
шей із водою в кількості, що забезпечує гідратацію в’яжучої речо-
вини і необхідну в’язкість.
Шпаклювальні суміші застосовують для вирівнювання конс-
трукцій, причому наносять їх на підготовлені поверхні при темпера-
турі навколишнього середовища +10...+35°С і відносній вологості не
нижче 60%. Як в’яжучі речовини придатні портландцемент або гіпс,
що визначає можливості застосування розчинів для зовнішніх або
внутрішніх робіт.
Для приготування високоякісних шпаклювальних складів необ-
хідно використовувати компоненти із тонкістю помелу не більше
0,2 мм. Застосування поряд зі звичайними спеціальних добавок, на-
приклад гідрофобізаторів, а також волокнистих наповнювачів, до-
зволяє покращити технічні характеристики розчинів та вдосконали-
ти технологію виконання робіт.
1. Козлов В.В. Сухие строительньїе смеси / Учеб. пособие. — М.:
Изд-во ассоциации строит. вузов. — 2000. — 96 с.
2. Сухие смеси в современном строительстве / В. А. Безбородов,
В. Н. Белан, П. И. Мешков и др. — Новосибирск, 1998. — 160 с.
3. Сухие строительньїе смеси: Справочное пособие / Е.К. Кара-
пузов, Г. Лутц, X. Герольд и др. — К.: Техніка, 2000. — 226 с.
332
Розділ 8
БЕТОНИ
8.1. Особливості формування структури та її вплив
на фізико-механічні й спеціальні властивості бетону
Бетон є типовим прикладом композиційного матеріалу, який отри-
мують у процесі твердіння раціонально підібраної суміші в’яжучої
речовини, заповнювачів, води та добавок. Цей штучний матеріал
характеризується складністю структури та широкою гамою власти-
востей.
На макрорівні до складу бетону входять зерна крупного запов-
нювача та матриця — цементно-піщаний розчин, а на рівні мезо-
структури — дрібний заповнювач та матриця з гідратованого це-
менту.
На мікрорівні гідратований цементний камінь складається з про-
дуктів гідратації (портландиту, етрингіту, гідросилікатів кальцію,
гелеподібної фази) та негідратованих зерен цементу, пор і води, яка
заповнює пори.
Для характеристики мікроструктури цементного каменю розроб-
лено ряд моделей, зокрема Т. Пауерса, Ісхаї, Р. Фельдмана, Р. Сере-
ди. Ці моделі відрізняються різною класифікацією води та різним
трактуванням її впливу на характеристики цементного каменю.
Властивості мікроструктури залежать від мінералогічного скла-
ду гідратних новоутворень. Змінюючи мінералогічний склад в’яжу-
чого матеріалу та умови тверднення, можна отримати різні типи
мікроструктури цементного каменю: ніздрювату, зернисту, волокнис-
ту, стільникову або складну, скомбіновану з різних типів структур.
Міжфазову та внутрішню поверхні новоутворень у сумі можна
вважати поверхнею фаз, яка впливає на процеси синтезу властивос-
тей і розвиток корозії каменю.
333
Порова структура (поровий простір) як одна з важливих харак-
теристик бетону є його простір, який визначається як об’єм, не за-
повнений твердою фазою.
Визначаючи поровий простір розрізняють такі поняття:
- пористість (частина загального об’єму, що займають пори);
- внутрішня питома поверхня пор (доступна поверхня в одиниці
об’єму або маси даної речовини);
- поділ загального об’єму пор за їх розмірами.
Порова структура бетону формується від початку замішування
сухої суміші водою до її затвердіння та отримання штучного кон-
гломерату.
Порова структура каменю залежить від початкового фізичного
стану бетонної суміші, водоцементного відношення, продуктів гід-
ратації, їх розмірів і морфології.
Властивості порової структури визначається відносним вмістом
складових в одиниці об’єму бетонного композита, їх характеристи-
ками, гомогенізацією та густиною суміші, а також умовами твердін-
ня.
Фактори, що впливають на формування структури й міцності бе-
тону, наведені нарис. 8.1.
Згідно з прийнятою класифікацією, пори за розмірами поділяються
на мікро- (менше 2 нм), мезо (2...50 нм) та макропори (більше 50 нм).
Пори, що утворюються під час гідратації цементу, залежно від
умов утворення та розмірів поділяють на гелеві, капілярні, седимен-
таційні і повітряні.
Гелеві пори утворюються між продуктами гідратації (близько
28%) і являють собою переважно слабозакристалізовані гідросиліка-
ти кальцію. Розміри відповідають розмірам молекул води і не пере-
вищують 1,5 нм. Порова структура гелю впливає на механічні та
спеціальні властивості цементного каменю. Вода в гелевих порах
замерзає при дуже низькій температурі (майже -78° С), тому їх на-
явність не знижує морозостійкості бетону. Крім того, вода, адсорбо-
вана в гелевих порах, зменшує їх розмір і сприяє підвищенню водо-
непроникності штучного каменю.
Капілярні пори розміром понад 1,3 мкм виникають між гідрато-
ваними та негідратованими частинками. їх об’єм під час гідратації з
часом зменшується. Капілярні пори мають більший ефективний діа-
метр, ніж пори гелю. Вони доступні для води за звичайних умов на-
сичення, що призводить до зниження морозостійкості і розвитку
хімічної корозії. Крім того, ці пори утворюють з’єднану систему ка-
налів, знижуючи щільність каменю, що негативно відбивається на
334
його водопроникності та довговічності. Щоб зменшити об’єм капі-
лярних пор, використовують такі заходи, як модифікація в’яжучих
добавками, в тому числі для зниження водоцементного відношення,
введення мікронаповнювачів і використання спеціальних способів
ущільнення бетонної суміші.
Рис. 8.1. Фактори, що впливають
на пористість і міцність бетону
Седиментаційні пори — утворюються внаслідок поверхневого
або внутрішнього водовідділення. їх можна вважати дефектами
структури бетону, оскільки вони мають розмір 50... 100 мкм. Ці по-
ри є головними транспортними шляхами фільтрації води, тому нега-
тивно впливають на довговічність бетону.
Повітряні пори мають сферичну форму і утворюються за наяв-
ності повітря у бетонній суміші. їх розмір — 25...500 мкм, а об'єм
рідко більший за 5% об’єму важкого бетону.
Повітряні пори формують, вводячи повітровтягуючі добавки, що
позитивно впливає на морозостійкість бетону.
335
Міцність бетону є оберненою функцією його загальної пористо-
сті і знижується зі збільшенням водоцементного відношення. Най-
більше зменшення В/Ц (на 20...ЗО %) досягається за використання
суперпластифікуючих добавок.
За даними Я. Ямбора, пористість не єдиний визначальний чин-
ник, що зумовлює міцнісні характеристики бетону. Велике значення
має поділ пор за розмірами. Важливим є також тип зв’язку між гід-
ратними новоутвореннями (кристалами) в середині матеріалу.
Порова структура впливає на властивості бетону, насамперед на
його довговічність, яка визначається здатністю матеріалу чинити
опір дії зовнішнього середовища. На базі існуючих уявлень про
структуру порового простору бетону та її залежність від різних тех-
нологічних параметрів — складу бетону, властивостей матеріалів,
хімічних добавок, умов ущільнення та твердіння — розробляються
сучасні способи захисту бетону від руйнівної дії фізичних і хімічних
чинників, а також запобігання виникненню корозії (просочування
полімерами, покриття поверхні бетону захисними матеріалами, ство-
рення штучної гідроізоляції).
Розробляються також способи підвищення довговічності, які
ґрунтуються на здатності бетону до адаптації в умовах експлуатації
(в літературі цей процес відомий під термінами «самолікування» та
«самовідновлення»,) і передбачають:
- синтез у складі бетону модифікованих новоутворень, що здатні
адсорбувати або хімічно зв’язувати аніони і катіони агресивного се-
редовища;
— зміцнення контактної зони «в’яжуча речовина — заповнювач»
внаслідок використання хімічно активованого заповнювача (попере-
дньо обробленого слабкими розчинами електролітів).
Залежно від співвідношення вмісту цементу та об'єму заповню-
вача (Ц/3) бетон має різну структуру, через що вплив його складо-
вих на властивості конгломерату буде різним.
Структури бетону умовно можна поділити на три типи: базаль-
ну, контактну та пористу (рис. 8.2).
Перший тип (базальна) структура характеризується досить ви-
соким вмістом цементного тіста, зерна заповнювача розсунуті на
значну відстань і практично не взаємодіють між собою.
Другий тип (контактна структура) відрізняється тим, що це-
ментне тісто заповнює лише пори між зернами заповнювача, незнач-
ною мірою розсуваючи їх (відстань у місцях контакту становить
1...3 діаметри зерен цементу).
336
Рис. 8.2. Типи макроструктури бетону:
1 — базальна (з «плаваючим» заповнювачем); 2 — контактна (із щільним
пакуванням заповнювача); З — пориста (крупнопориста)
У структурі третього типу (пористій) цементне тісто лише
обволікає зерна заповнювача шаром незначної товщини, а пори між
зернами заповнювача частково заповнені цементним тістом.
Важкий бетон має контактну структуру; піщаному (дрібнозернис-
тому) бетону, що використовується для виготовлення армоцемент-
них конструкцій, властива базальна структура, а штукатурним і му-
рувальним розчинам, а також великопористому бетону — пориста.
Кожен тип структури відрізняється певними закономірностями,
що визначають міцнісні та спеціальні властивості бетону. Для кож-
ної структури можна виділити складники, які мають найбільший
вплив на формування її властивостей. Наприклад, характеристики
структури першого типу зумовлені властивостями цементу, у струк-
турах другого й третього типів, де заповнювач утворює жорсткий
скелет, властивості бетону визначаються властивостями не лише
цементу, але й заповнювача. Залежність властивостей бетону від
структури та якості матеріалів потрібно враховувати під час проек-
тування його складу.
8.2. Стандартизація та класифікація бетонів
Систему стандартизації бетонів у Європі розробляє комітет
СЕН (Согпйе Еигореап де Могтаїігаїіоп), до якого входять національ-
ні організації із стандартизації країн Західної Європи (Австрія,
Бельгія, Данія, Фінляндія, Франція, ФРН, Греція, Ірландія, Ісландія,
Італія, Люксембург, Нідерланди, Норвегія, Португалія, Іспанія, Швей-
царія, Великобританія, Чеська республіка).
337
Європейський стандарт на бетон ЕУ 206-1, затверджений у
2000 році, містить технічні вимоги до вихідної сировини, оцінку
властивостей бетонної суміші та отриманого бетонного каменю.
Технічні вимоги до бетону передбачають визначення класу бетону
за міцністю на стиск (від С 8/10 до СІ00/115 ) та класу середовища
експлуатації, встановлюють обмеження щодо максимального розмі-
ру крупного заповнювача, вмісту хлоридів, а для товарного бетону
додатково встановлюється клас за легкоукладальністю або рухоміс-
тю бетонної суміші.
Українські стандарти на бетон дещо відрізняються від євростан-
дартів, причому різниця полягає не тільки в абсолютних показниках
тих чи інших характеристик, наприклад, клас важких бетонів харак-
теризується міцністю на стиск у межах ВЗ,5...В80. Проте має місце
інший підхід до проектування складу бетонної суміші та оцінки яко-
сті затверділого бетону.
Структура євростандартів та відповідних стандартів України на
бетон та залізобетон наведена на рис. 8.3.
Поділ бетонів (за українськими стандартами) може бути
здійснений за такими ознаками, як основне призначення, серед-
ня густина, вид використаних в’яжучих та заповнювачів, тип
структури.
За основним призначенням бетони поділяють на конструкційні
та спеціальні (гідротехнічні, дорожні, корозійностійкі, жаростійкі
та вогнетривкі, декоративні, радіаційно-захисні тощо).
За середньою густиною у сухому стані бетони поділяють на:
- особливо важкі (понад 2500 кг/м3), що отримують із викорис-
танням бариту, залізних руд, сталевих відходів);
- важкі (2200...2500 кг/м3), що передбачають застосування запов-
нювачів із щільних гірських порід;
- полегшені (2000...2200 кг/м3) виготовляють із використанням
нещільних заповнювачів (вапняк-черепашник, цегельний бій);
- легкі (500...2000 кг/м3) — виготовляють із використанням при-
родних та штучних пористих заповнювачів (вулканічні та вапнякові
туфи, пемза, керамзит, шлакова пемза, аглопорит);
- особливо легкі (менше 500 кг/м3) представлені, насамперед, нізд-
рюватими бетонами та бетонами на основі штучних пористих запов-
нювачів (спученого перліту та вермикуліту).
За видом в'яжучої речовини, що використовується, бетони поді-
ляють на портландцементні, вапняні, гіпсові, лужні, асфальтові,
полімерні тощо.
338
Рис. 8.3. Структура європейських стандартів і відповідних
стандартів України на бетон та його вихідні компоненти
339
За розмірами крупного заповнювача (вибір якого обумовлений
конструктивними особливостями бетонних виробів, наприклад, верх-
ня границя крупності лімітується величиною перерізу елемента ви-
робу чи конструкції, розміщенням та ступенем насичення арма-
турою, відстанню між прутками) розрізняють бетони:
- крупнозерниспгі (що містять заповнювач від 10 до 150 мм);
- дрібнозернисті — найбільша крупність заповнювача не пере-
вищує 10 мм;
- піщані (що розглядаються як різновид дрібнозернистих і міс-
тять пісок крупністю до 5 мм).
За структурою бетони поділяють на: щільні, поризовані, ніздрю-
ваті, крупнопористі.
8.3. Властивості бетонної суміші
Бетон отримують при твердінні бетонної суміші, що є багатоком-
понентною системою, яка складається із в’яжучої речовини, дрібно-
го і крупного заповнювачів, добавок та води.
Виробництво бетонної суміші передбачає виконання таких тех-
нологічних операцій: підготовку матеріалів, дозування та змішуван-
ня. Підготовка матеріалів включає сушку заповнювачів до потрібної
вологості, очищення їх від шкідливих домішок та розподіл за фрак-
ціями.
Дозування матеріалів виконується переважно за масою. Порис-
ті заповнювачі дозують за об’ємом із наступним коригуванням за
масою.
Змішування — основна стадія виробництва бетонної суміші,
від його ретельності залежить однорідність та міцність бетону.
Перемішування може здійснюватися у гравітаційних бетонозмі-
шувачах вільного падіння або у бетонозмішувачах примусової дії.
Для змішування жорстких бетонних сумішей, а також сумішей на
пористих заповнювачах доцільно використовувати змішувачі при-
мусової дії.
За ступенем готовності бетонні суміші поділяють на готові до
використання (БСГ) та сухі (БСС) (ДСТУ Б В.2.7-96-2000, ГОСТ 7473).
Показниками якості, які характеризують бетонні суміші, є лег-
коукладальність, середня густина, пористість, розшаровуваність, тем-
пература та збереження властивостей у часі (ДСТУ Б В.2.7-114-2002).
Головною характеристикою є консистенція бетонної суміші, що
оцінюється легкоукладальністю, тобто здатністю бетонної суміші
340
заповнювати форму чи опалубку з найменшими затратами зовніш-
ньої енергії.
Легкоукладальність характеризується рухомістю або жорсткістю.
Рухомість суміші (Р) визначають (ГОСТ 10181.1) за допомогою
стандартного конуса (рис. 8.4, а) і розраховують у сантиметрах як
різницю висоти форми та бетонної суміші, що утворилася після
зняття форми. Для сумішей із рухомістю Р4 та Р5 легкоукладаль-
ність визначають за показником розпливу конуса. Якщо суміш після
зняття конуса не осідає, її відносять до жорстких і для оцінки її кон-
систенції використовують спеціальний прилад (рис. 8.4, б).
Жорсткість (Ж) оцінюють (у секундах), як час, потрібний для
заповнення бетонною сумішшю (після зняття форми-конуса) цилінд-
ричної посудини під дією вібрації.
Рис. 8.4. Оцінювання легкоукладальності бетонної суміші
за допомогою стандартного конуса для визначення рухомості (а)
та стандартного віскозиметра для визначення жорсткості (б):
1 — жорстка суміш; 2 — рухома суміш; З — осідання конуса;
4 — зміна положення суміші при вібрації
Залежно від показника легкоукладальності, бетонні суміші поді-
ляють на три групи: наджорсткі (НЖ), жорсткі (Ж) та рухомі (Р).
Групи розподіляються на марки за легкоукладальністю, що наведені
у табл. 8.1.
341
Таблиця 8.1
Оцінка легкоукладальності бетонних сумішей
Марка за легкоукла- дальністю Норма легкоукладальності за показником
жорсткості, с рухомості, см
осідання конуса розплив конуса
Наджорсткі суміші
НЖЗ більше 100 — —
НЖ2 51...100 — —
НЖІ 50 і менше — —
Жорсткі суміші
Ж4 31...60 — —
ЖЗ 21...30 11 —
Ж2 11...20 — —
Ж1 5...10 — —
Рухомі суміші
Р1 4 та менше 1...4 —
Р2 — 5...9 —
РЗ — 10...15 —
Р4 — 16...20 26...30
Р5 — 21 та більше 31 та більше
Іноді для визначення жорсткості бетонної суміші використовують
технічний віскозиметр (ГОСТ 10181.1, додаток 2), при цьому показни-
ки жорсткості зазвичай у 3...5 разів вищі за показники, отримані при
використанні стандартного віскозиметра (розділ 8.4, табл. 8.5).
Основним фактором, що визначає консистенцію (легкоукладаль-
ність) бетонної суміші, є водоцементне відношення. Водопотреба
бетонної суміші, необхідна для досягнення відповідної рухомості та
жорсткості, залежить від типу та кількості цементу, питомої повер-
хні та пустотності заповнювачів, форми та характеру їхньої поверх-
ні, співвідношення дрібного та крупного заповнювача, тривалості
витримування суміші до її укладання, виду і вмісту пластифікуючих
добавок. Рухомість або жорсткість бетонних сумішей беруть залеж-
но від конструктивних особливостей виробів, густоти армування,
способу ущільнення та транспортування.
Важливим показником суміші, крім консистенції (легкоукладаль-
ності), також є її зв’язність, що перешкоджає розшаруванню.
342
Розшарування суміші призводить до неоднорідності структури бе-
тону, а відповідно, і до розкиду значень його міцнісних характеристик.
Цей процес відбувається внаслідок седиментації, що проявляється як
розподіл компонентів за висотою суміші за густиною: більш важкі
компоненти осаджуються на дно форми, а більш легкі піднімаються
угору. Запобігання розшаруванню суміші можливе за рахунок знижен-
ня частки піску в суміші заповнювачів та зменшення витрати води за-
мішування, що досягається використанням пластифікуючих добавок.
Розшаровуваність (табл. 8.2) визначають за показниками розчи-
новідділення та водовідділення. Розчиновідділення бетонної суміші
характеризує її зв’язність при динамічній дії, а водовідділення — в
стані спокою.
Таблиця 8.2
Оцінка розшаровуваності бетонних сумішей
Марка бетонної суміші за легкоук- ладальністю Розшаровуваність бетонних сумішей, %, не більше
водовідділення розчиновідділення
важких легких
НЖЗ ... НЖ1 0...0,! 9 3
Ж4 ... Ж! О...О,2 3 4
Р1... Р2 0..Д4 3 4
РЗ... Р5 0...0.8 4 6
Бетонні суміші з кращими показниками порівняно із зазначени-
ми в табл. 8.2. готують із використанням пластифікуючих хімічних
добавок.
Для регулювання властивостей бетонної суміші застосовують різ-
ного роду пластифікуючі та високодисперсні активні мінеральні
добавки (золи-винесення, мікрокремнезем). Пластифікація може
здійснюватися за допомогою добавок різної дії, в тому числі: гідро-
фільної (ЛСТ), гідрофобізуючої (милонафт), мікропіноутворюючої
(омилений деревний пек) або комплексної.
Найпоширенішими добавками сьогодні є суперпластифікатори,
застосування яких, з одного боку, дозволяє отримувати литі бетонні
суміші та транспортувати їх при укладанні з використанням бетоно-
насосів, а з іншого — сприяє суттєвому зниженню водоцементного
відношення (В/Ц) та відповідно підвищенню міцності отриманих
бетонів.
Маркування бетонних сумішей здійснюється з урахуванням
їхніх властивостей.
343
Приклади умовного позначення:
- готової до використання бетонної суміші для отримання важ-
кого бетону класу за міцністю на стиск В25, що характеризується
марками за легкоукладальністю Р1, морозостійкістю Р200 та водо-
непроникністю XV 4 —
БСГ В25 Р1 Р200 ДСТУ Б В. 2.7-96-2000:
- сухої бетонної суміші важкого бетону з такими самими показ-
никами —
БСС В25 Р1 Р200 \У4 ДСТУ Б В. 2.7-96-2000;
- готової до використання бетонної суміші для отримання легко-
го бетону класу за міцністю В 12,5, що характеризується марками за
легкоукладальністю Р2, морозостійкістю Р200, водонепроникністю
\¥2 та середньою густиною 0900 —
БСГВ12Д Р2 Б200 №2 Б900 ДСТУ Б В.2.7-96-2000.
Твердіння бетонної суміші супроводжується комплексом склад-
них фізичних та фізико-хімічних процесів, у результаті яких утво-
рюється бетон — штучний камінь певної структури, що характери-
зується відповідними властивостями. Із підвищенням активності
цементу і величини цементно-водного відношення (Ц/В) при належ-
ному ущільненні міцність бетону зростає практично лінійно (рис. 8.5)
і може бути визначена за формулою Боломея-Скрамтаєва
/?б = Л7?ц(Ц/В-С),
де 7?ц — активність цементу, що визначається за стандартною мето-
дикою;
ДС — емпіричні коефіцієнти, що враховують вплив якості за-
повнювачів та інших факторів.
Рис. 8.5. Залежність міцності важкого бетону
від Ц/В відношення при застосуванні цементу різних марок
344
Ця залежність є правильною лише у визначених межах, напри-
клад вона порушується при дуже низьких значеннях В/Ц (навіть при
підвищеній витраті цементу), коли не вдається отримати бетонні
суміші потрібної консистенції.
Для бетонів з Ц/В < 2,5 формула міцності має вигляд:
7?б=Ж(Ц/В-О,5),
а для високоміцних бетонів з Ц/В > 2,5 використовується формула:
Яб = ЛЯц(Ц/В + 0,5).
Зростання міцності з часом (п) приблизно можна оцінити за фор-
мулою:
де — міцність бетону після 28 діб твердіння в нормальних умовах.
Цю формулу використовують для орієнтовних розрахунків часу
розпалубки бетонів. За нормальних умов твердіння бетон має досить
низьку початкову міцність і тільки через 7... 14 днів набуває 60...80%
міцності зразків у віці 28 діб. На практиці отримане значення міцно-
сті може відхилятися від розрахованого за вищезазначеною форму-
лою, і це пов’язано з тим, що величина міцності, крім наведених фак-
торів, також залежить від великої кількості інших чинників, ви-
никнення яких іноді неможливо передбачити, наприклад від зміни
температури або вологості.
З розвитком технології бетону кількість параметрів, що вплива-
ють на його міцність, збільшується, оскільки розширюється асорти-
мент цементів, заповнювачів, виникають нові технологічні засоби
приготування та вкладання бетонної суміші, наприклад «роздільне
приготування», «повторне вібрування бетонної суміші», «хімічна
активація заповнювача».
Отримання бетону, що буде відповідати необхідним вимогам,
можливе при відповідному проектуванні складу бетону, при дотри-
манні всіх вимог щодо приготування, вкладання та ущільнення бе-
тонної суміші, а також при гарантованому витримуванні бетону у
відповідних умовах після його виготовлення.
8.4. Важкі бетони
Найпоширенішим матеріалом для виготовлення конструкцій ма-
сового виробництва та монолітного будівництва є важкий бетон.
8.4.1. Характеристика матеріалів для бетону
Цементи вибирають з урахуванням основних проектних показ-
ників бетону — міцності, морозо- та корозійної стійкості, а також
технології виготовлення виробів і умов бетонування (особливо при
монолітному будівництві).
Вимоги до хіміко-мінералогічного складу цементу обумовлені
особливостями експлуатації та твердіння бетону. Наприклад, для
виробництва збірних залізобетонних конструкцій, що тверднуть при
тепловологій обробці, доцільно застосовувати швидкотверднучі
портландцемент та шлакопортландцемент. У бетонах, що підляга-
ють навперемінному заморожуванню та відтаванню, зволоженню та
висиханню, небажано застосовувати цементи з підвищеним вмістом
мінеральних добавок, а також мінералу С3А (до 8%). Для виготов-
лення масивного гідротехнічного бетону (для дамб, гребель) нада-
ються низькотермічні цементи, в тому числі пластифіковані гідро-
фобні. Для виготовлення залізобетонних напірних труб потрібно
застосовувати портландцементи марки М500, що містять С3А до 6%
і мають нормальну густоту тіста не більше 26%. При виготовленні
безнапірних залізобетонних труб бажано використовувати портланд-
цемент із таким мінералогічним складом, мас. %: С38 - 50; С28 - 25;
С3А - 4...6; С4АЕ - 10; Са8О4 - 3,5.
Заповнювачі для важкого бетону — це сипкі суміші мінераль-
них зерен природного чи штучного походження певного грануломет-
ричного складу. Залежно від розмірів зерен, заповнювачі поділяють
на дрібні (піски) крупністю 0,16...5 мм та крупні (щебінь або гравій)
крупністю 5...70 мм. При бетонуванні масивних споруд можливе за-
стосування щебеню розміром до 150 мм та крупніше.
Природні піски за складом поділяють на кварцові, польовошпат-
ні та карбонатні. Кварцові піски придатні для виготовлення бетонів
будь-яких марок, а решту пісків, зокрема вапнякові, слід перевіряти
в умовах лабораторії шляхом виготовлення зразків бетону та оцінки
їх міцності.
Штучні піски одержують подрібненням гірських порід або супут-
них продуктів та відходів промисловості, наприклад, металургійних
шлаків.
Придатність піску як дрібного заповнювача для бетону визнача-
ють у лабораторних умовах за комплексом показників: істинна і на-
сипна густина, міжзернова пустотність, вологість, вміст дрібних
(глинистих та пилуватих, мулистих) частинок, вміст органічних до-
мішок, зерновий склад і модуль крупності (ГОСТ 8735).
346
Вміст глинистих, мулистих та пилуватих домішок, який визнача-
ється відмулюванням, не повинен перевищувати 3% за масою. Ці
частинки вкривають зерна піску, перешкоджаючи зчепленню їх із
цементним каменем.
Вміст органічних (наприклад, гумусових) домішок обмежується,
тому що вони містять органічні кислоти, які руйнують цементний
камінь. Наявність цих домішок визначають за допомогою колоримет-
ричної проби (пісок заливають 3%-м розчином ИаОН і після пере-
мішування залишають на 24 години). Якщо колір проби інтенсивні-
ший за колір еталона, пісок є непридатним для застосування.
Вміст у піску аморфних різновидів кремнезему, рудних мінера-
лів, слюди, сірчанокислих та сірчаних речовин визначають за допо-
могою петрографічних випробувань. Аморфні різновиди кремнезе-
му (опал, халцедон) реагують із лугами цементу і можуть призвести
до руйнування бетону внаслідок об’ємної зміни структури ново-
утворень. ГОСТ 8735 передбачає визначення потенційної реак-
ційної здатності піску хімічним методом при взаємодії його з лу-
гами цементу.
Коли піски за зерновим складом або вмістом домішок не відпо-
відають вимогам стандарту, а доставка якісного піску пов’язана з
великими витратами, доцільно проводити збагачення пісків за раху-
нок вилучення зерен крупніших 5 мм, відмивання пилуватих та гли-
нистих частинок і поліпшення зернового складу.
Як крупний заповнювач для виготовлення важких бетонів вико-
ристовують гравій або щебінь із щільних гірських порід.
Гравій — це сипкий матеріал, що утворюється в результаті при-
родного руйнування (вивітрювання) вивержених чи осадових гірсь-
ких порід. За походженням гравій може бути яровий (гірський), річ-
ковий та морський. Яровий гравій більш забруднений домішками. За
розмірами зерен розрізняють гравій рядовий — ЗО...70 мм; фракціо-
нований: особливо дрібний — 5...20 мм; середній — 20...40 мм; кру-
пний — 40...70 мм. Зерна гравію розмірами 5...70 мм мають округлу
обкатану форму з гладкою поверхнею. Поряд із міцними зернами
(граніт, діорит) в його складі можуть бути слабкі зерна пористих ва-
пняків, а також домішки пилу, глини, піску. Якщо вміст піску ста-
новить 25...40%, то матеріал називають гравійно-піщаною сумішшю.
Для бетону найбільш придатною є малообкатана форма зерен
заповнювача, трохи гіршою — яйцеподібна і небажаною — пласти-
нчаста (плеската), або подова чи голчаста. Голчастих та пластинчас-
тих частинок у гравїї для бетону не повинно бути більше 15% за ма-
сою, оскільки збільшення їх вмісту істотно послаблює бетон. Гладка
347
поверхня зерен погіршує адгезію в’яжучої речовини до заповнюва-
ча, а також сприяє зниженню міцності бетону.
Щебінь — це сипкий матеріал у вигляді зерен неправильної фор-
ми, що одержують подрібненням гірських порід, які мають міцність
при стиску від 20 до 120 МПа. Зерна щебеню мають кутасту форму
та більш розвинуту, ніж у гравії, шорстку поверхню, а тому міцність
їх зчеплення з цементним каменем значно вища, ніж у гравію. Для
виробництва щебеню подрібнюють вивержені породи — граніт, діабаз,
діорит; щільні осадові породи — вапняк, доломіт; метаморфічні —
кварцити. При подрібненні на сучасних кар’єрах щебінь розподіля-
ють за фракціями: 5... 10 мм, 10...20 мм, 20...40 мм, 40...70 мм. У разі
потреби (на замовлення споживача) складають суміш із двох або
трьох фракцій.
У складі крупних заповнювачів обмежують вміст глинистих та
пиловидних частинок, тобто зерен розміром менше 0,05 мм. У скла-
ді гравію таких частинок не повинно бути більше 1...2% за масою,
для щебеню — не більше 1 ...3%, у тому числі глини в грудках — не
більше 0,25° о.
Міцність крупного заповнювача повинна перевищувати міцність
бетону, склад якого проектується. Наприклад, міцність щебеню має
перевищувати міцність бетону принаймні в 1,5...2 рази. Границя міц-
ності щебеню на стиск для вивержених порід повинна бути не нижче
80 МПа, для метаморфічних та осадових — 60 і 30 МПа відповідно.
Придатність крупного заповнювача для бетону, як і піску, та-
кож визначають у лабораторних умовах за комплексом показників:
істинна та насипна густина, густина зерна, міжзернова пустотність,
вологість, водопоглинання, вміст пилуватих, мулистих, глинистих
частинок та органічних домішок, міцність зерен, вміст голчастих
та пластинчастих частинок, зерновий склад. У разі потреби, з ураху-
ванням спеціального призначення бетону, визначають міцність вихід-
ної гірської породи, зносостійкість, опір удару та морозостійкість.
Воду (ГОСТ 23732) використовують для приготування бетонних
сумішей та поливання в літній час відкритих поверхонь монолітного
бетону.
Можна застосовувати воду, яка має значення водневого показ-
ника рН у межах 4,0... 12,5 і відповідає технічним умовам.
Наявність шкідливих домішок у воді перешкоджає нормальному
тужавінню і твердінню цементу і призводить до появи у бетоні спо-
лук, що знижують його міцність та довговічність.
Використання води, що містить органічні речовини, такі, як цу-
кор та феноли, призводить до сповільнення процесу гідратації цемен-
348
ту та зниження міцності бетону. Вміст кожного з них не повинен
перевищувати 10 мг/л.
Домішки нафтопродуктів, мастил, жирів, що осідають на поверх-
ні цементних зерен та заповнювача, негативно впливають не тільки
на процеси гідратації, але й погіршують зчеплення заповнювача з
цементним каменем та знижують міцність бетону.
Важливо знати про наявність у воді розчинних солей, зокрема
таких, які містять аніони 80 4~ та СГ. Розчинені солі при підвищеній
концентрації кристалізуються у порах цементного каменю й утво-
рюють на поверхні бетону висоли, які значно погіршують зовнішній
вигляд виробів. Сумарний вміст солей у воді замішування не пови-
нен перевищувати 5 г/л. Сульфат-іони можуть бути причиною коро-
зії цементного каменю, яка призводить до його руйнування, а хлор-
іони здатні викликати корозію також і сталевої арматури. Вміст суль-
фат-іонів не повинен бути більш, ніж 2,7 г/л, а хлор-іонів —
1,2...3,5 г/л.
Добавки (ДСТУ Б В.2.7-65-97) необхідні для регулювання влас-
тивостей бетону та економії цементу. За функціональним призна-
ченням та основним ефектом дії розрізняють добавки, що регулю-
ють властивості бетонних і розчинових сумішей, у тому числі
пластифікуючі, стабілізуючі, водоутримуючі добавки, що поліпшу-
ють перекачування сумішей; добавки поризуючі (повітровтягуваль-
ні, піноутворювачі та газоутворювачі); добавки, що регулюють про-
цеси тужавіння і твердіння (сповільнюють або прискорюють), та
добавки, які змінюють характер процесів структуроутворення бето-
ну та надають йому спеціальних властивостей (протиморозні, гідро-
фобізуючі).
Пластифікуючі добавки збільшують рухомість, тобто знижують
жорсткість суміші, не погіршуючи міцності бетону. Щоб визначити
ефективність дії добавки, готують суміш з осіданням конуса (ОК)
2...4 см. При введенні відповідної добавки значення ОК зростає і,
залежно від досягнутого результату, добавку відносять до однієї з
чотирьох груп:
І — суперпластифікатори, які збільшують ОК від 2...4 до 20 см і
більше;
II — сильнопластифікуючі з ОК до 14... 19 см;
III — середньопластифікуючі з ОК до 9...13 см;
IV — слабопластифікуючі з ОК менш як 8 см.
Як пластифікатори широко використовують поверхнево-активні
речовини (ПАР), які найчастіше одержують із вторинних продуктів
та відходів хімічної промисловості.
349
За характером дії розрізняють гідрофільно- та гідрофобно-плас-
тифікуючі добавки.
Представником гідрофільно-пластифікуючих добавок є ЛСТ (лі-
гносульфонат технічний). Як у рідкому, так і в твердому вигляді,
ЛСТ легко розчиняється у воді і додається у бетонну суміш у кіль-
кості 0,1...0,5% від маси цементу.
Використання пластифікаторів дозволяє поліпшити легкоукла-
дальність бетонної суміші (при незмінній міцності бетону) та збіль-
шити міцність бетону за рахунок зниження витрати води (при не-
змінній витраті цементу).
До гідрофобно-пластифікуючих добавок належать милонафт,
ГКЖ-10 (етилсиліконат натрію), ГКЖ-94 (етилгідросилоксанова рі-
дина). Ці добавки застосовують для бетонів із низькими витратами
цементу. Внаслідок використання цих добавок знижується водопог-
линання та підвищуються морозо- та корозійна стійкість бетону.
Суперпластифікатори — це синтетичні полімерні речовини, що
використовуються в кількості 0,1...1,2% від маси цементу і відріз-
няються сильним розріджувальним ефектом, час дії якого обмежу-
ється строком 2...З години від моменту введення. Суперпластифіка-
тори умовно поділяють на 4 групи:
- сульфатовані меламіноформальдегідні смоли та комплексні до-
бавки на їхній основі;
- продукти конденсації нафталінсульфокислоти і формальдегіду
та комплексні добавки на їхній основі;
- модифіковані (майже очищені від цукрів) лігносульфонати та
комплексні добавки на їхній основі;
- продукти конденсації оксикарбонових кислот та поліакрилати.
Найбільшого поширення набули добавки С-3, дофен, 10-03, 40-
03, ЛСТМ, ОП-7, мельмент, компласт, релаксол, динамон.
Прискорювачі твердіння призначені, насамперед, для скорочен-
ня строків розпалублення конструкції при монолітному бетонуванні,
а у виробництві збірного залізобетону - для зменшення часу тепло-
вої обробки виробів та збільшення оборотності бортоснащення.
Найпоширенішими на практиці прискорювачами є: сульфат нат-
рію Иа28О4, поташ К2СО3, нітрати кальцію Са(Т\Ю3)2 та натрію
МаМО3. Дія цих прискорювачів полягає в тому, що вони знижують
розчинність гідроксиду кальцію Са(ОН)2, який утворюється при гід-
ратації цементу.
Іноді застосовують і комбіновані добавки, наприклад, нітрит-
нітрат кальцію, нітрит-нітрат-хлорид кальцію.
350
Сповільнювачі тужавіння цементу — це добавки, які сприяють
більш тривалій «життєздатності» суміші, вони водночас зменшують
водопотребу суміші та витрату цементу, наприклад, органічні спо-
луки (ЛСТ) та кремнієорганічні рідини ГКЖ-10 і ГКЖ-11.
Як протиморозні добавки в умовах зимового бетонування засто-
совують хлориди кальцію і натрію, поташ, дія яких ґрунтується на
зниженні точки замерзання води. Чим нижча температура твердіння,
тим вища концентрація цих добавок у воді замішування.
Повітровтягувальні добавки зменшують поверхневий натяг во-
ди й при перемішуванні бетонної суміші сприяють втягуванню най-
дрібніших повітряних бульбашок. Бетонна суміш при цьому має
кращу легкоукладальність, а затверділий бетон - підвищену морозо-
стійкість. Якщо вміст повітря у бетонній суміші не вищий ніж 4...5%,
то міцність бетону практично не знижується. Підвищення морозо-
стійкості пояснюється тим, що повітряні бульбашки в затверділому
бетоні виконують роль резервного об’єму для води, яка замерзає, і
попереджають виникнення внутрішніх напружень від тиску льоду.
Представниками цих добавок є смола нейтралізована повітро-
втягувальна (СНП) та смола деревна омилена (СДО).
Добавки поліфункціональної дії (комплексні) дають змогу одно-
часно регулювати кілька властивостей бетонної суміші та бетону.
Наприклад, комплексна добавка ЛСТ+СНП пластифікує бетонну
суміш і підвищує морозостійкість бетону; добавка, що містить алю-
мінієву пудру ПАГ, ЛСТ та СН (смолу нейтралізовану), призначена
для отримання безусадочних і розширних бетонів.
Широкого розвитку добавки цієї групи набули під час впровад-
ження у промисловість суперпластифікаторів, більшість яких, по
суті, є комплексними добавками на основі поверхнево-активних ре-
човин. Наприклад, суперпластифікатор С-3 поряд із головним ком-
понентом — продуктом конденсації нафталінсульфокислоти та фо-
рмальдегіду — містить невелику кількість лігносульфонатів і суль-
фату натрію. Зазвичай до суперпластифікаторів додають нітрат та
глюконат кальцію, тіосульфат і бікарбонат натрію, лігносульфонати,
поліоксиетилен, карбоксиметилцелюлозу, синтетичні мікропіноут-
ворювачі, солі винної кислоти, похідні цукрів та інші речовини.
Введення до суперпластифікаторів додаткових компонентів дозво-
ляє регулювати час тужавлення і кінетику набору міцності бетону,
подовжує термін легкоукладальності бетонної суміші, зменшує во-
довідділення та розшарування бетонної суміші, регулює порову
структуру у напрямку зменшення кількості відкритих пор, що спри-
яє підвищенню щільності, водонепроникності, міцності, морозостій-
кості та корозійної стійкості.
351
8.4.2. Проектування складу бетону
Проектування складу бетонної суміші полягає у встановленні
співвідношення між компонентами, що дозволяє забезпечити потріб-
ну легкоукладальність бетонної суміші (рухомість чи жорсткість), а
після затвердіння — гарантовану міцність бетону у задані терміни
при найменших витратах цементу.
Існує три головні групи методів проектування складу бетонної
суміші: експериментальні, розрахункові та розрахунково-експери-
ментальні. Кожна з груп має свої переваги, але найбільшого поши-
рення набули розрахунково-експериментальні методи, що базуються
на використанні технологічних рівнянь:
рівняння міцності (Боломея-Скрамтаєва), яке пов’язує між со-
бою міцність бетону, активність в’яжучої речовини та величину во-
доцементного відношення:
У о у
де 7?б, /?ц — міцності бетону та цементу;
рівняння «абсолютних об'ємів», тобто сума абсолютних об’ємів
компонентів ущільненої бетонної суміші становить їм3:
—+ —+ -Щ + —
Рц Рп Рш Рв
Ц, П, Щ, В — витрати відповідно цементу, піску, щебеню та води на
1 м3 бетонної суміші; рц, рп, рІЦ, рв — істинна густина цементу, піс-
ку, щебеню та води;
Проектування складу бетонної суміші для виготовлення конкрет-
них видів бетонних конструкцій передбачає виконання кількох по-
слідовних етапів (за ГОСТ 27006):
1) визначення проектних даних, у тому числі вибір класу бетону
(на підставі характеристик споруди, аналізу умов її виготовлення та
експлуатації), а також необхідної легкоукладальності бетонної су-
міші (рухливості або жорсткості);
2) дослідження вихідних даних, у тому числі активності цементу,
істинної густини та вологості всіх компонентів бетонної суміші, визна-
чення гранулометричного складу заповнювачів та встановлення відпо-
відності якості цих заповнювачів вимогам нормативних документів.
Найчастіше використовується методика розрахунку складу бе-
тонної суміші, що побудована на застосуванні вищезазначених рів-
352
нянь та коефіцієнта розсунення зерен заповнювача і передбачає ви-
користання усереднених залежностей, що отримані при статистич-
ній обробці експериментальних даних.
1. Розрахунок складу бетонної суміші починають із визначення
величини відношення Ц/В з формул Боломея-Скрамтаєва
7?6 = АПи
враховуючи заданий клас бетону та потрібну величину водоцемент-
ного відношення.
0,4 (для звичайного бетону) або
0,4 (для високоміцного бетону):
Коефіцієнти А та А і, що враховують якість заповнювача, визна-
чають за даними табл. 8.3.
Таблиця 8.3
Значення коефіцієнтів А та Аі
Заповнювачі Значення коефіцієнтів
А А,
Високоякісні 0,65 0,43
Рядові 0,60 0,40
Зниженої якості 0,55 0,37
При розрахунках складу бетону для конструкцій, які не передба-
чено експлуатувати в агресивних середовищах, беруть розраховану
353
величину Ц/В (або В/Ц), що забезпечує отримання бетону потрібної
міцності.
Для гідротехнічних конструкцій та конструкцій, до яких став-
ляться підвищені вимоги щодо морозостійкості, хімічної стійкості,
водонепроникності, розрахунок складу бетону необхідно виконува-
ти з урахуванням існуючих обмежень величини В/Ц (табл. 8.4).
Таблиця 8.4
Максимально допустимі значення В/Ц для гідротехнічного бетону
Зони спорудження Немасивні залізобетонні конструкції у воді Зовнішня сторона масивних конструкцій у воді
морській прісній морській прісній
Бетон надводних частин конст- рукцій 0,55 0,60 0,65 0,65
Бетон для підводних
конструкцій:
напірних; 0,55 0,58 0,56 0,58
безнапірних 0,60 0,62 0,62 0,62
Бетон зони змінного рівня во- ди в умовах:
особливо суворих; 0,42 0,47 0,45 0,48
суворих; 0,45 0,50 0,47 0,52
помірних 0,50 0,55 0,55 0,58
Бетон внутрішньої зони Встановлюється експериментально, але не більше 0,75
2. Витрату води, або водопотребу бетонної суміші, визнача-
ють орієнтовно з урахуванням її легкоукладальності, спираючись
на дані, що закладені при проектуванні та використовуючи дані
табл. 8.5.
3. Витрату цементу встановлюють за формулою
Мінімальна витрата цементу забезпечується правильним підбо-
ром суміші крупного та дрібного заповнювачів. Якщо витрата цемен-
ту на 1 м3 буде нижче рівня, дозволеного будівельними нормами, то
її необхідно збільшити до потрібної норми або ввести тонкомелену
добавку.
354
Таблиця 8.5
Водопотреба бетонної суміші різної легкоукладальності
Легкоукладальність бетонної суміші Витрата води, л/м3, при найбільшій крупності заповнювача, мм
осідання конуса, см жорсткість, с гравію щебеню
за ДСТУ Б В.2.7-96-2000 за технічним віскозиметром 10 20 40 10 20 40
0 31...60 120...90 150 135 125 160 145 135
0 21...30 80...60 160 145 130 170 155 145
0 11...20 50...30 165 150 135 175 160 150
0 5...10 15...30 175 160 145 185 170 155
1...2 — — 185 170 155 195 180 165
3...4 — — 195 180 165 205 190 175
5...6 — — 200 185 170 210 195 180
7...8 — — 205 190 175 215 200 185
9...10 - — 215 200 185 225 210 195
4. Витрату крупного та дрібного заповнювачів визначають з ура-
хуванням міркувань про оптимальну структуру бетону та рівняння
«абсолютних об’ємів»:
а) об’єм щільно укладеної суміші складається з об’єму зерен
дрібного і крупного заповнювачів та об’єму цементного тіста, що
заповнює пустоти між зернами заповнювача;
б) пустоти між зернами крупного заповнювача повинні бути за-
повнені цеметно-піщаним розчином з урахуванням деякого зміщен-
ня зерен в об’ємі суміші, яке визначається коефіцієнтом розсунення
зерен а, значення якого приймається за табл. 8.6 або за номограмою
(для пластичних сумішей) (рис. 8.6). Цей коефіцієнт показує, наскільки
об’єм розчинової частини перевищує об’єм пустот у заповнювачі, і,
зазвичай, його значення зростають зі збільшенням крупності піску у
бетоні та підвищенням вмісту цементного тіста; для рухомих сумі-
шей значення а становить 1,26... 1,56, а для жорстких -1,05... 1,15;
в) для звичайного важкого бетону об’єм цементного тіста не пе-
ревищує 300 л на 1 м3, і найбільш придатною є суміш піску та щебе-
ню з мінімальною пустотністю (з максимальною насипною густи-
ною в ущільненому стані). У цьому випадку досягається оптимальна
товщина прошарку цементного тіста та найбільша рухомість бетон-
ної суміші.
Таблиця 8.6
Значення коефіцієнта розсунення зерен (а)
Витрата цементу (Ц), кг/м3 Коефіцієнт розсунення зерен (а) при водоцементному відношенні (В/Ц)
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
250 — — 1,26 1,32 1,38
300 — 1,30 1,36 1,42 —
350 1,32 1,38 1,44 —
400 1,40 1,46 — — —
500 1,52 1,56 — — —
Для високоміцних бетонів при високих витратах цементу бажано
використовувати суміш заповнювачів із меншим вмістом піску.
Враховуючи вищенаведені міркування, маємо рівняння
де Кіуст — пустотність щебеню; а — коефіцієнт розсунення зерен;
Р н щ. — насипна густина щебеню.
356
Підкреслимо, що це рівняння виведено з умови, що цементно-
піщаний розчин повинен заповнити всі пустоти між зернами щебе-
ню з деяким їх розсуванням, що необхідно для отримання легкоук-
ладальної бетонної суміші та доброго зв’язування зерен заповнюва-
ча в єдиний міцний каркас.
Додавання до бетонної суміші хімічних добавок практично не
змінює оптимальних значень коефіцієнта а, якщо водоутримувальна
здатність бетонної суміші є достатньою.
В разі, коли при введенні суперпластифікаторів утворюється ли-
та бетонна суміш і виникає загроза розшарування, значення коефіці-
єнта а підвищують, щоб збільшити вміст піску та поліпшити водо-
утримувальні властивості суміші. Так само іноді виникає необхід-
ність збільшення значення коефіцієнта а при введенні повітровтягу-
вальних добавок.
5. Витрати піску і щебеню визначають за формулами, отримани-
ми при розв’язанні системи рівнянь
Після нескладних математичних перетворень маємо:
витрата піску (кг/м3)
ц пі
витрата щебеню (кг/м3)
пуст
Розрахований склад бетонної суміші уточнюють експериментально
на пробних замісах, доводячи легкоукладальність бетонної суміші
до потрібної величини при збереженні незмінного значення В/Ц.
Після коригування співвідношення компонентів визначають фак-
тичний об’єм замісу
357
Рбх ’
де — загальна маса матеріалів, що витрачені на заміс; рб.с. —
фактична густина ущільненої бетонної суміші.
Склад бетону, підібраний у лабораторних умовах та отриманий
із використанням сухих заповнювачів, перераховують на робочий
склад з урахуванням вологості заповнювачів.
Крім вищенаведеного методу, існують також методи проекту-
вання складу бетону, що базуються на експериментальній оцінці
впливу якості вихідних матеріалів на властивості бетонної суміші.
Використання деяких структурно-технологічних характеристик за-
повнювачів та бетонної суміші дозволяє проектувати склад бетону,
що не потребує додаткового коригування.
8.4.3. Загальні властивості важкого бетону
Важкий бетон за своїм головним призначенням є конструкцій-
ним матеріалом і тому повинен відрізнятися поліфункціональними
властивостями, в тому числі міцністю, відповідними деформаційни-
ми характеристиками та стійкістю в умовах експлуатації, тобто мо-
розо- та корозійною стійкістю, водонепроникністю, тріщиностійкістю.
Міцність — це здатність бетону чинити опір руйнуванню від
внутрішніх напружень, що виникають під дією навантажень або ін-
ших факторів. Бетон належить до матеріалів, які добре працюють
при стиску і у 5...50 разів гірше на зріз та при розтягу.
Традиційно за нормативну характеристику вважається границя
міцності при стиску, що визначається після 28 діб тверднення зраз-
ків-кубів із ребром 15 см у нормальних умовах. Розмір зразка зале-
жить від найбільшої крупності заповнювача, яка може бути приблиз-
но в З рази меншою, ніж ребро куба. Якщо розмір ребра відріз-
няється від стандартного, то вводять відповідні масштабні коефі-
цієнти.
У разі визначення міцності при згині виготовляють балки-
призми, а для випробувань на осьовий розтяг — так звані «вісімки»
(табл. 1.10).
Раніше для характеристики міцності бетону використовували
поняття марки, що була регламентована нормативними документа-
ми та визначалася як округлене (до найближчого меншого показни-
ка) значення середньої границЬміцності (кгс/см2): М50, М75, М100,
М150, М200, М250, М300,М350, М400, М500, М600.
358
Проте цей показник не дає достатньо повного уявлення про міц-
ність бетону при великих обсягах його виробництва. Зміна якості
цементу та заповнювачів, помилки у дозуванні та технології вигото-
влення призводять до утворення неоднорідної структури бетону і до
неоднорідності міцнісних показників. Тому більш вірогідний висно-
вок про міцність бетону формується за оцінкою коефіцієнта варіації,
що дорівнює відношенню середнього квадратичного окремих ре-
зультатів визначення міцності до середньої міцності бетону. Чим
менше його значення, тим бетон більш однорідний за своїми влас-
тивостями. Нормативний коефіцієнт варіації для важкого бетону
становить 13,5%.
Основним показником якості бетону за міцністю, що подається в
нормативних документах, є його клас. Клас бетону за міцністю на
стиск, згин і осьовий розтяг визначають за величиною характерис-
тичної міцності бетону (МПа), яка приймається з нормативним ко-
ефіцієнтом варіації 13,5% із забезпеченістю 0,95 (досягається не
менш ніж у 95 випадках із 100) (ДСТУ Б В.2.7-176:2008).
Між класом бетону та середньою міцністю партії, що контролю-
ється, існує залежність:
В (1 - 1,64 • Су),
де В — чисельне значення класу бетону, МПа; 7?ср — середня міц-
ність бетону, МПа; Су — коефіцієнт варіації міцності бетону, який
становить 13,5%.
Для переходу від класу бетону до середньої міцності можна ви-
користовувати формулу:
п - в
ср 0,778’
Інтервал часу, через який визначається клас бетону, залежить від
виду бетону та умов його твердіння. Для більшості бетонів клас ви-
значають через 28 діб тверднення при нормальних умовах, тобто
при температурі Т = 20 ± 2°С та відносній вологості не менше 90%.
За необхідності вік бетону (при визначенні класу) може бути збіль-
шений до 90 або 180 діб (наприклад, для гідротехнічного бетону).
Для важкого бетону стандартизовані такі класи:
-за міцністю при стиску: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15;В20;
В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80;
-за міцністю при розтягу: ВД4; ВД8; В(1,2; Вг1,6; Вг2; В(2,4;
В.2,8; ВД2; В(3,6; В.4,0;
359
-за міцністю при згині: В(в0,4; Вів0,8;Вів1,2; В1в1,6; ВІВ2,0; В1в2,4;
В1в2,8; Вїв3,2; В1в3,6; ВІВ4,0‘, В1в4,4; В1в4,8; В1в5,2; В1в5,6; Вїв6,0; В1в6,4;
В1в6,8; Втв7,2; ВІВ8,0.
Зростання міцності при стиску супроводжується відповідним
збільшенням значень міцності при розтягу, при цьому зазвичай міц-
ність бетону на осьове розтягування становить 1/10... 1/17 міцності
при стиску, а міцність при згині — 1/6... 1/10.
Деформації бетону визначаються його здатністю змінювати
розміри під впливом процесів твердіння або під дією зовнішніх фак-
торів.
Бетону притаманні як пружні, так і пластичні деформації. При
невеликих навантаженнях (до 0,2 від міцності руйнування) для бе-
тону характерні пружні деформації, однак при більших навантажен-
нях на поверхні бетону виникають мікротріщини, і має місце вже
пластична деформація. Нелінійність деформацій при навантажен-
нях, більших, ніж 0,3...0,4 від руйнуючих навантажень, пов’язана із
процесом виникнення та розвитком у бетоні мікротріщин не тільки
по поверхні, але й по всьому об’єму матеріалу.
Початковий модуль пружності бетону при стиску Е — це від-
ношення нормального напруження до відносної деформації при на-
пруженні, що дорівнює 0,2 від міцності бетону. Значення модуля
пружності зростає зі збільшенням міцності при стиску і залежно від
класу бетону перебуває у межах (9,5...40) • 103 МПа. Величина
модуля пружності також залежить від загальної пористості бето-
ну та використаних при його виготовленні заповнювачів. Зазви-
чай збільшення пористості бетону призводить до зменшення мо-
дуля пружності.
Усадка — це зменшення розмірів бетону при твердінні його в
повітряно-сухих умовах, яке обумовлене зміною вологості бето-
ну, контракцією цементного тіста та карбонізацією новоутворень.
Величина усадки, в першу чергу, визначається змінами вологості,
тобто переміщенням та випаровуванням води, яка ще не увійшла
до складу новоутворень. Усадка, що пов’язана із контракцією, є
незначною і обумовлена тим, що об’єм новоутворень цементного
каменю менший, ніж об’єм речовин, які вступають у реакцію.
Карбонізаційна усадка пов’язана з наявністю вуглекислого газу у
повітрі і відбувається у поверхневих шарах бетону, що твердіє.
Найбільшу усадку, величина якої може досягати 20 мм/м, має
цементний камінь.
360
Грипаліс гь твердіння, діб
Рис. 8.7. Тенденції зміни усадки:
1 — цементного каменю; 2 — цементно-
піщаного розчину; 3 — бетону
Введення до складу бетонної
суміші заповнювачів (як «жор-
сткого скелета»,) приводить до
зменшення усадки у 5... 10 разів,
і її величина після 1 року твердін-
ня бетону становить 0,2...0,4 мм/м
(рис. 8.7).
Шкідлива дія усадки пов’я-
зана з виникненням тріщин по
поверхні бетону, особливо в по-
чаткові терміни твердіння при
низькій вологості навколиш-
нього середовища.
Негативні явища, пов’язані з усадкою, можна попередити, забез-
печуючи потрібні умови твердіння, а також вдаючись до конструк-
тивних заходів, наприклад використовуючи усадочні шви.
Набухання — це протилежне усадці явище, яке полягає у збіль-
шенні об’єму бетону при навперемінному зволоженні його поверхні
або при постійній експлуатації у воді. Наявність набухання пов’я-
зана з дією тих самих факторів, що й усадка, але її величина є знач-
но нижчою.
Повзучість — це здатність бетону до збільшення деформацій
при тривалій дії сталого навантаження. Ця характеристика залежить
від виду цементу, природи заповнювачів, складу бетонної суміші
(чим менша витрата цементу і нижче В/Ц відношення, тим меншою
є повзучість).
Деформації повзучості найінтенсивніше розвиваються з моменту
прикладання навантаження і затухають лише через кілька років
(рис. 8.8). Наслідком повзучості є релаксація — перерозподіл на-
пружень та їх часткове зменшення.
Тривалість твердіння, діб
Рис. 8.8. Зміна повзучості важкого бетону
при тривалому зберіганні
361
Залежно від умов експлуатації, до бетону висувають спеціальні
вимоги щодо його морозостійкості, водонепроникності, водостійко-
сті, зносостійкості, тріщиностійкості.
Із деформаційними характеристиками бетону пов’язана його
тріщиностійкість, яка визначається міцністю бетону при розтягу,
призмовою міцністю, модулем пружності та усадкою.
Морозостійкість бетону є непрямим показником його довговіч-
ності і характеризується найбільшим числом циклів навперемінного
заморожування та відтавання, що спроможні витримати зразки бе-
тону (в насиченому водою або сольовим розчином стані) без зни-
ження міцності більше 5% (для дорожнього бетону, крім втрати міц-
ності, також регламентуються втрати маси до 3%).
Морозостійкість залежить від співвідношення у структурі бетону
умовно-замкнутих та відкритих (капілярних) пор. Умовно-замкнуті
пори (зазвичай заповнені повітрям) є резервними і послаблюють
тиск льоду, що виникає при замерзанні води у порах. Морозостій-
кість бетону значно підвищується, якщо капілярна пористість не пе-
ревищує 7%.
За морозостійкістю важкий бетон поділяють на марки: Р50, Р75,
Р100, Р150, Р200, РЗОО, Р400, Р500, Р600, Р800, Р1000.
Підвищення морозостійкості бетону досягається за рахунок зни-
ження водоцементного відношення, використання гідрофобно-пласти-
фікуючих та повітровтягувальних добавок, інтенсивного ущільнення
бетонної суміші. Наприклад, залежно від умов роботи бетону при
низьких температурах, рекомендовано для бетону М500 приймати
В/Ц < 0,4; для М400 — В/Ц < 0,45; МЗОО—ВЛД < 0,5; М200 — В/Ц < 0,55.
Водонепроникність бетону пов’язана із щільністю його структу-
ри і залежить від виду використаних заповнювачів, у тому числі від
їх щільності, гранулометричного складу та пустотності, пористості
цементного каменю та міцності зчеплення його із заповнювачами.
Характеристикою водонепроникності бетону є його марка, що
відповідає максимальному тиску (0,2...2 МПа), при якому ще не спо-
стерігається фільтрація води крізь стандартний зразок. За водонеп-
роникністю розрізняють такі марки бетону: \У2; \У4; \У6; 8; XVI0;
АУ12; \У14; \У16; \У18; №20.
Підвищення водонепроникності досягається за рахунок змен-
шення В/Ц відношення, застосування пластифікованих, гідрофобних
цементів та в’яжучих речовин, здатних до розширення.
Теплофізичні властивості бетону оцінюються визначенням
теплопровідності, теплоємності та лінійним коефіцієнтом темпера-
турного розширення.
362
Теплопровідність — найважливіша теплофізична характеристика
бетону, що використовується для виготовлення огороджувальних
конструкцій будівель. Теплопровідність важкого бетону у повітря-
но-сухому стані в середньому становить 1,2 Вт/(м-К), що у 2...4 рази
більше за теплопровідність легкого бетону. Висока теплопровідність
є недоліком важкого бетону, і тому панелі зовнішніх стін із важкого
бетону виготовляють із внутрішнім шаром утеплювача. Теплоємність
важкого бетону перебуває у межах 0,75...0,92 кДж/(кг-К). Темпера-
турний коефіцієнт лінійного розширення важкого бетону становить
10 • 10"6 м/К, і тому при зростанні температури на 50°С розширення
бетону досягає 50 мм/м.
Для уникнення розтріскування масивних будівель, конструкції
поділяють спеціальними температурно-усадочними швами, а також
у разі виникнення загрози температурних перепадів використовують
окремі складові бетону із близькими коефіцієнтами температурного
розширення.
8.5. Легкі бетони
Енергозбереження завжди тісно пов’язане з питаннями економі-
ки, екології, конкурентоспроможності продукції, збереженням влас-
них природних ресурсів та забезпеченням життєдіяльності майбут-
ніх поколінь держави.
Будівельний комплекс України кожного року потребує приблиз-
но 30% від загальної кількості енергії, що витрачається, а частка па-
лива, яка йде на опалення житлових і громадських будівель, у цьому
балансі становить 85%. Порівняно з європейськими країнами показ-
ники питомої витрати енергії в нашій країні на опалення житла в
2...3 рази є вищими, що свідчить не про комфортність житла, а про
значні втрати теплоти у будівлях. Так, в Україні опір теплопередачі
огороджувальних конструкцій донедавна був прийнятий на рівні
0,6...1,2 (м2-К)/Вт, в той час як у Канаді — 2,5...3,7, Норвегії та Шве-
ції — 4 (м2К)/Вт. Зараз в Україні підвищилися вимоги до опору тепло-
передачі і його показники відповідають загальноприйнятим у світі.
Зростання цін на всі види енергоносіїв призводить до зростання
витрат на будівництво і експлуатацію споруд. Виникає потреба в
зниженні енерговитрат як у виробництві будівельних матеріалів, так
і при експлуатації споруд.
Одним із шляхів розв’язання цієї проблеми є істотне (в деяких
країнах до 3 разів) підвищення термічного опору огороджувальних
363
конструкцій нових та існуючих споруд, що може бути досягнуте,
наприклад, за рахунок використання легких бетонів, у тому числі ні-
здрюватих.
До легких бетонів належать бетони із середньою густиною не
вище 2000 кг/м3. Порівняно низька середня густина легкого бетону
позначається на його властивостях: міцності, теплопровідності, де-
формативності тощо. На відміну від важкого бетону на щільних за-
повнювачах, структура легких бетонів насичена повітряними пора-
ми та пустотами. Досягається це такими технологічними прийо-
мами, як вилученням зі складу бетонної суміші дрібного заповню-
вача (піску), що збільшує об’єм міжзернових пустот; використанням
легких пористих заповнювачів (природних чи штучних); поризацією
сировинної суміші введенням піно- та газотвірних добавок. Можна
також одержати легкий бетон на пористих заповнювачах із додатко-
вою поризацією розчинової частини або цементного каменю.
Відповідно до цього розрізняють легкі щільні бетони на порис-
тих заповнювачах, крупнопористі на пористих та щільних заповню-
вачах та поризовані бетони. В окрему групу легких бетонів виділя-
ють ніздрюваті, які поділяють на піно- та газобетони (рис. 8.9).
а
в
Рис. 8.9. Структура легких бетонів:
а — крупнопористого; б — щільного на пористих заповнювачах;
в — ніздрюватого; г — поризованого
8.5.1. Характеристика вихідних матеріалів
Вихідні матеріали для отримання легких бетонів мають відпові-
дати вимогам існуючих нормативних документів. їх вибирають з
урахуванням типу конструкцій та умов експлуатації.
В’яжучі речовини для приготування легкобетонних сумішей
вибирають, насамперед виходячи з вимог, що ставляться до легкого
бетону (за міцністю, морозостійкістю, збереженням арматури, стій-
364
кістю в агресивних середовищах тощо) та умов його твердіння. Вра-
ховують також можливість застосування місцевих в’яжучих речо-
вин, гідравлічних добавок тощо.
Для виготовлення легких бетонів найчастіше використовують
портландцемент (звичайний або швидкотверднучий) та шлакопорт-
ландцемент, причому при проектуванні конструкційних легких бе-
тонів бажано орієнтуватися на високомарочні цементи, щоб уникну-
ти перевитрати в’яжучої речовини.
При отриманні легкобетонних виробів автоклавного твердіння
застосовують будівельне вапно. В разі додавання до вапна порт-
ландцементу, легкий бетон можна пропарювати при температурі до
95°С.
Для виготовлення неавтоклавних ніздрюватих бетонів викорис-
товують портландцемент, гіпс, каустичний магнезит та доменний
гранульований шлак. Для отримання неавтоклавних пінобетонів ві-
доме також застосування розширних цементів для зменшення дефор-
мацій, що мають місце при перебігу процесів структуроутворення.
Місцеві в’яжучі речовини, тобто вапняно-кремнеземисті, вапня-
но-нефелінові, вапняно-шлакові, вапняно-пуцоланові, вапняно-зольні
та гіпсоцементнопуцоланові, використовують для легких бетонів
низьких марок, технологія виготовлення яких передбачає теплово-
логу обробку.
Заповнювачі для приготування легкобетонних сумішей можуть
бути природними, штучними або отриманими з відходів промисло-
вості.
Природні пористі заповнювачі одержують у вигляді щебеню та
піску подрібненням пористих магматичних чи осадових гірських
порід (вулканічного туфу, пемзи, вапнякового туфу, вапняку-чере-
пашнику, опоки тощо) з наступним розподілом їх за фракціями.
Застосовують такі заповнювачі здебільшого як місцеві матеріали
поблизу родовищ цих гірських порід.
У сучасному будівництві найчастіше використовують штучні
пористі заповнювачі, які одержують поризацією природної сирови-
ни чи промислових відходів. Ці заповнювачі представлені керамзи-
том, зольним гравієм, шунгізитом, аглопоритом, шлаковою пемзою,
шлаковим гравієм, спученими перлітом та вермикулітом. Застосо-
вують також гранульовані доменні й електротермофосфорні шлаки,
паливні золи і шлаки.
Керамзит є найпоширенішим штучним пористим заповнювачем,
який отримують випалюванням попередньо відформованих глинис-
тих гранул, що здатні до спучування. Коефіцієнт спучення керамзи-
365
ту може бути підвищений за рахунок уведення до глинистої шихти
органічних або залізомістких добавок. Керамзитовий гравій — це
пористі гранули округлої форми діаметром 5...40 мм із оплавленою
поверхнею, насипна густина становить 250...600 кг/м3.
Керамзитовий пісок із розмірами зерен 0,16...5,00 мм одержують
випалюванням подрібненої або попередньо гранульованої глинистої
сировини в печах киплячого шару. Насипна густина керамзитового
піску — 500... 1000 кг/м3. Іноді керамзитовий пісок може бути отри-
маний подрібненням некондиційного керамзитового гравію.
Глинозольний керамзит — отримують із використанням двоком-
понентної шихти, яка містить глину і золу від 10 до 80% за масою.
Для виробництва глинозольного керамзиту застосовують легкопла-
вкі глинисті породи та золу від спалювання торфу, бурого і кам’я-
ного вугілля. Цей заповнювач випускають у вигляді гравію та піску і
за своїми властивостями він наближається до керамзиту.
Зольний випалений гравій одержують термічною обробкою попе-
редньо відформованих гранул із суміші золи ТЕС, що містить обме-
жену кількість палива, і зв’язуючих добавок, наприклад, глини. За
своїми властивостями цей заповнювач наближається до керамзиту.
Безвипалювальний зольний гравій виробляють із зволоженої су-
міш паливної золи та в’яжучої речовини, яку гранулюють і піддають
сушінню або тепловологій обробці в пропарювальних камерах чи
автоклавах залежно від виду використаної в’яжучої речовини. Як
в’яжучу речовину використовують портландцемент, гіпсоцементно-
пуцоланові в’яжучі або будівельне гашене вапно. Насипна густина
безвипалювального зольного гравію 700... 1000 кг/м3; він є придат-
ним для виготовлення бетонів класів В15...В30 із середньою густи-
ною 1700...2000 кг/м3.
Аглопорит одержують випалюванням на агломераційних уста-
новках глинистої сировини з добавкою подрібненого кам’яного ву-
гілля (8... 10%) або відходів, що містять у своєму складі залишки па-
лива, наприклад, відходів вуглезбагачення, паливних зол чи шлаків.
Випалювання проводять до спікання шихти, при цьому пористість
структури матеріалу залежить від швидкості вигоряння палива та
часткового спучування маси газами, що при цьому утворюються.
Випускають аглопоритові заповнювачі у вигляді щебеню, гравію з
насипною густиною 400...900 кг/м3 або піску з насипною густиною
600... 1100 кг/м3.
Шлакову пемзу одержують поризацією шлакового розплаву при
швидкому охолодженні водою. Утворені пористі куски подрібню-
366
ють і поділяють за фракціями. Насипна густина шлакової пемзи ста-
новить 300. ..800 кг/м3 (для щебеню) та 700... 1000 кг/м3 (для піску).
Шлаковий гравій і пісок одержують спучуванням при випалю-
ванні підготовлених гранул на основі сухих тонкомелених порошків
шлаків теплових електростанцій із добавками. Насипна густина
шлакового гравію становить 200...600 кг/м3, піску — 400.. .800 кг/м3.
Спучений перліт отримують короткочасним випалюванням вул-
канічних склоподібних гірських порід (перліту, обсидіану), які міс-
тять хімічно зв’язану воду. Залежно від розміру зерен, спучений пер-
літ поділяють на щебінь і гравій із насипною густиною 100...500 кг/м3
та пісок із насипною густиною 100...600 кг/м3.
Спучений вермикуліт одержують випалюванням слюди, яка є
магнієвозалізистим гідроалюмосилікатом із вмістом 8.... 18% хімічно
зв’язаної води. При температурі 1ООО...12ОО°С вермикуліт спучуєть-
ся, збільшуючись в об’ємі у 15...20 разів. Продуктом випалювання є
пористий матеріал у вигляді піску чи щебеню з насипною густиною
100...200 кг/м3. Спучені перліт та вермикуліт застосовують здебіль-
шого для виготовлення теплоізоляційних легких бетонів.
Гранульований металургійний шлак одержують у вигляді круп-
ного піску із зернами розміром 5...7 мм (іноді до 10 мм) поризацією
шлакового розплаву водою. Насипна густина гранульованого шлаку —
500... 1200 кг/м3.
Паливні відходи у вигляді шлаку і золи утворюються як побічний
продукт при спіканні твердого палива: антрациту, кам’яного та бу-
рого вугілля, сланцю тощо.
Паливні шлаки — це склоподібні зерна неправильної форми роз-
міром до 40 мм, що утворюються при спіканні частинок палива на
колосниковій решітці при температурі понад 1000°С або внаслідок
охолодження розплавленої при температурі понад 1300°С мінераль-
ної частини палива. Перед застосуванням, у разі потреби, їх підда-
ють частковому подрібненню, розсіюванню та збагаченню для вида-
лення шкідливих домішок.
Паливні золи — це пилуваті залишки з розмірами частинок від
5 до 100 мкм, утворені при спалюванні твердого палива, застосову-
ються як дрібний заповнювач для бетонів та для одержання штуч-
них пористих заповнювачів (зольного гравію, глинозольного кера-
мзиту).
Виготовляють також інші види пористих заповнювачів', термолі-
товий щебінь, гравій та пісок; сланцепоритовий щебінь, гравій і пі-
сок; азеритовий гравій; склопоритовий гравій; аглоперлітовий ще-
бінь, сиопор тощо.
367
Як дрібні заповнювачі для отримання конструкційних бетонів
використовують пористі або щільні піски; для конструкційно-
теплоізоляційних — пористі піски, а також золи ТЕС та золошлакові
суміші; для теплоізоляційних — пористі піски. Для конструкційних
бетонів можливе застосування змішаного дрібного заповнювача:
пористого і щільного.
Для теплоізоляційних та деяких видів конструкційно-теплоізоля-
ційних бетонів використовують органічні заповнювачі з відходів де-
ревини, стебел бавовнику, костриці, гранули пінополістиролу тощо.
Властивості пористих заповнювачів. Головним критерієм оцін-
ки якості пористих заповнювачів є насипна густина в сухому стані.
Для неорганічних крупних пористих заповнювачів встановлено мар-
ки за насипною густиною від 100 до 1100 кг/м3.
Для крупних заповнювачів регламентуються також вимоги до
морозостійкості та міцності при стиску.
Міцність при стиску крупного пористого заповнювача визначають
стисканням проби визначеної фракції у стандартному циліндрі. Залеж-
но від міцності при стискуванні у циліндрі, яка може досягати 10 МПа,
крупні пористі заповнювачі поділяють на марки від ПІ5 до П400.
Морозостійкість крупних пористих заповнювачів має бути не
менш як 15 циклів навперемінного заморожування та відтавання.
Форму зерен крупного пористого заповнювача оцінюють за кое-
фіцієнтом форми:
~~ ^тіп?
де £>тах, Дпіп —відповідно найбільший та найменший розміри зерна,
мм. Для високоякісних заповнювачів К^ = 1,5...2,0. Зерна витягнутої
форми збільшують пустотність заповнювача, погіршують легкоук-
ладальність бетонних сумішей та знижують міцність легкого бетону.
За крупністю зерен пористі заповнювачі поділяють на фракції: пісок —
0,16. ..5,00 мм, щебінь або гравій — 5...10, 10...20, 20...40 мм. За до-
мовленістю зі споживачем можливий поділ заповнювачів і на інші
фракції.
Заповнювачі не повинні мати сторонніх домішок (рослинних за-
лишків, ґрунту, цегли, металевих включень та ін.). Сумарна питома
активність природних радіонуклідів у пористих заповнювачах не
повинна перевищувати 370 Бк/кг.
Для деяких заповнювачів нормативні документи встановлюють і
інші вимоги (щодо стійкості до силікатного розпаду, вмісту пилопо-
дібних частинок, зерен плескатої форми, втрат при прожарюванні і
кип’ятінні тощо).
368
Найкращі показники легких бетонів досягаються при викорис-
танні заповнювачів із дрібнопористою структурою, найменшим ко-
ефіцієнтом форми та мінімальним вмістом слабких зерен. Граничну
крупність пористих заповнювачів прийнято брати не більшою за
40 мм, при цьому потрібно враховувати, що зі збільшенням крупно-
сті заповнювача зменшується густина бетону, але дещо знижується
його міцність.
Зерна пористих заповнювачів мають розвинуту шорстку поверх-
ню, водопоглинання, більше, ніж у щільних заповнювачів, а тому
для приготування легкобетонних сумішей потрібне примусове пе-
ремішування, а при формуванні виробів — інтенсивне ущільнення
(вібрування з привантаженням, вібропрокатування тощо). При виго-
товленні легкобетонних сумішей на пористих заповнювачах зазви-
чай застосовують пластифікуючі добавки.
Шорстка поверхня пористих заповнювачів, а також їх хімічна
активність завдяки наявності аморфного кремнезему, здатному вза-
ємодіяти з Са(ОН)2, що утворюється при гідратації портландцемен-
ту, забезпечують щільність і міцність контактної зони «цементний
камінь — пористий заповнювач». Цим пояснюються парадоксально
високі водонепроникність та міцність легких бетонів на пористих
заповнювачах.
Коригувальні добавки використовують для регулювання влас-
тивостей бетонних сумішей і виробів на їх основі.
Як активні мінеральні добавки найбільшого поширення набули
доменні гранульовані шлаки, золошлакові відходи ТЕС, відходи аг-
ломерації, мікрокремнезем. Як поверхнево-активні добавки гідро-
фільної дії використовують ЛСТ, а як добавки гідрофобної дії —
милонафт, різні модифікації ГКЖ та асидол. Застосування поверх-
нево-активних добавок поліпшує легкоукладальність бетонної су-
міші, а гідрофобні добавки, крім того, сприяють підвищенню довго-
вічності отриманих виробів.
Для регулювання реологічних властивостей бетонних сумішей
як пластифікуючі добавки використовують сульфанол, ЛСТ, редис-
пергуючі добавки, наприклад, метилцелюлозу, та суперпластифіка-
тори — С-3, Дофен, ПФМ-БС.
Прискорювачами твердіння легких бетонів є нітрати і нітрити
натрію, карбонат калію, кальцинована технічна сода, гіпсовий ка-
мінь, рідинне скло, сульфат натрію.
Для поризації бетонної суміші використовують газо- та піноут-
ворювачі, характеристики яких наведено в розділі 8.5.3.
369
8.5.2. Бетони на пористих неорганічних заповнювачах
Легкі бетони на пористих заповнювачах мають різноманітні
властивості, що змінюються в широких межах. Це робить їх кон-
курентоспроможними як важким конструкційним, так і спеціаль-
ним бетонам.
Бетони на пористих заповнювачах класифікують за такими
ознаками:
- за призначенням', конструкційні; конструкційно-теплоізоляцій-
ні; теплоізоляційні та спеціальні (жаростійкі, хімічно стійкі й ін.);
- за видом пористих заповнювачів', керамзитобетон, керамзито-
перлітобетон, шлакопемзобетон, перлітобетон, шлакобетон, золобе-
тон, опокобетон, туфобетон та ін.;
- за структурою', щільні (суцільної структури), поризовані, круп-
нопористі;
- за крупністю заповнювачів', звичайні з максимальною крупніс-
тю заповнювачів 20 і 40 мм та дрібнозернисті з максимальною круп-
ністю заповнювачів до 10 мм.
Властивості бетонів на пористих заповнювачах залежать, у пе-
ршу чергу, від їх середньої густини, яка визначає такі характеристи-
ки, як міцність, теплопровідність, усадку, звукопроникність тощо.
Середня густина легких бетонів залежить, головним чином, від
середньої густини заповнювачів. Легкі бетони за середньою густи-
ною в сухому стані (кг/м3) поділяють на марки від 0300 до 02000.
Зменшити середню густину легких бетонів можна завдяки додатко-
вій поризації цементного каменю, що є найважчою складовою час-
тиною легкого бетону. Використовуючи невеликі кількості піно- та
газоутворювачів, досягають утворення в структурі цементного ка-
меню дрібних закритих і рівномірно розподілених пор, які незначно
знижують міцність, але істотно впливають на зменшення густини і
теплопровідності легкого бетону.
Основним показником міцності легкого бетону є клас, який ви-
значають за гарантованою міцністю при стиску (МПа). Згідно з
ДСТУ Б В. 2.7-18-95, для конструкційних бетонів передбачені кла-
си: В12,5; В15; В17,5; В20; В22; В25; ВЗО; В35; В40; для конструк-
ційно-теплоізоляційних — В1; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5;
В15; для теплоізоляційних — В0,35; В0,75; В1; В2.
Для виробів та конструкцій, запроектованих з урахуванням серед-
ньої міцності бетону, показники міцності бетону при стиску (кгс/см2)
характеризують марками: для конструкційних бетонів — МІ50;
М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; для конструкційно-
370
теплоізоляційних — М15; М25; М35; М50; М75; М100; для тепло-
ізоляційних — М5; М10; МІ5; М25.
Міцність легкого бетону на пористих заповнювачах, за М.А. По-
повим, залежить від марки портландцементу, цементноводного від-
ношення, міцності пористого заповнювача і наближено може бути
визначена за формулою
Кс = Л2Яц(Ц/В - 62),
де А2 і Ь2 — безрозмірні величини. Чим нижча міцність пористого
заповнювача, тим менші значення А2 і Ь2.
Визначаючи склад легкого бетону, слід прагнути максимального
насичення його об’єму пористим заповнювачем, що дає змогу досяг-
ти оптимального поєднання основних властивостей бетону: серед-
ньої густини, міцності та теплопровідності при мінімальній витраті
цементу. Найбільше насичення бетону пористим заповнювачем за-
безпечується раціональним підбором зернового складу суміші круп-
ного та дрібного заповнювачів.
Визначаючи склад легкого бетону, використовують експеримен-
тальну залежність міцності бетону від витрати води, а не В/Ц від-
ношення, оскільки при заданій витраті пористого заповнювача во-
допотреба бетонної суміші буде приблизно сталою величиною, яка
мало залежить від витрати цементу. Це пояснюється тим, що водо-
потреба заповнювача значно більша, ніж водопотреба цементу. Ви-
значаючи оптимальну кількість води замішування, використовують
залежність міцності легкого бетону 7?о та коефіцієнта виходу бетон-
ної суміші Р від витрати води В (рис. 8.10). Точка мінімуму на кри-
вій р = /(В) означає, що одержано найкомпактнішу структуру.
Коефіцієнт виходу обчислюють за формулою
Де Иб.с — об’єм бетонної суміші в ущільненому стані, м3; Кц, Кп,
Кщ — об’єми використаних компонентів у насипному стані (відпові-
дно цементу, піску та крупного заповнювача), мл.
Теплопровідність легких бетонів на пористих заповнювачах зна-
чно нижча, ніж важких. Вона залежить від теплофізичних властиво-
стей пористого заповнювача, середньої густини та вологості бетону.
Вимоги щодо теплопровідності легких бетонів визначаються стан-
дартами, технічними умовами та проектною документацією на лег-
кобетонні вироби й конструкції конкретних видів.
371
Витрата води, кгА?
Рис. 8.10. Залежність міцності при сти
ску легкого бетону 7?о
та коефіцієнта виходу суміші Р
від витрати води замішування В
нів можна підвищити за рахунок
Теплопровідність легких бе-
тонів перебуває в межах від 0,09
до 0,66 Вт/(м-К). Згідно з ДСТУ
Б В.2.7-18-95, теплопровідність
легких бетонів, що містять скло-
фази менше 50% при середній
густині Б400...В1700, становить
0,11 ...0,66 Вт/(м-К), а для бетонів,
що містять більше 50% склофа-
зи при середній густині 0300...
...01700, — 0,09...0,46 Вт/(м К).
Із збільшенням вологості кое-
фіцієнт теплопровідності лег-
ких бетонів зростає, причому в
діапазоні зміни вологості від
нуля до максимальної сорбцій-
ної цю залежність можна вва-
- жати лінійною.
За морозостійкістю конс-
трукційні легкі бетони поділя-
ють на марки від Р15 до Р500.
Морозостійкість легких бето-
використання повітровтягуваль-
них, комплексних пластифікуючих повітровтягувальних (СДО, СНВ
тощо), а також кремнієорганічних добавок (ГКЖ-10, ГКЖ-94 та ін.).
Наявність у складі пористих заповнювачів слабовипалених зерен чи
незгорілих вуглецевих залишків (наприклад, у золах ТЕС) знижує
морозостійкість легких бетонів, особливо низькомарочних.
Водонепроникність легких бетонів забезпечується лише при на-
явності щільної структури з об’ємом міжзернових пустот не більш
як 3%. За водонепроникністю конструкційні легкі бетони поділяють
на марки \У2; \У4; \У8; V/! 0; XVI2 (цифри відповідають гідростатич-
ному тиску від 2 до 12 кгс/см2).
Деформативні властивості легких бетонів на пористих запов-
нювачах відрізняються від аналогічних властивостей важких бето-
нів. Так, при однаковій міцності гранична стискуваність легких бе-
тонів щільної структури в 1,5...2 рази вища, ніж у важких, і стано-
вить 1,5...2,0 мм/м; гранична розтяжність також вища: 0,3...0,4 мм/м
(для важкого бетону — 0,1 мм/м), унаслідок чого легкі бетони на
пористих заповнювачах більш тріщиностійкі порівняно з важкими.
В той же час деформації усадки і повзучості легких бетонів більші,
372
ніж у важких, що потрібно враховувати при проектуванні конс-
трукцій.
Легкі бетони, завдяки своїм перевагам, широко застосовуються у
житловому, цивільному, промисловому, транспортному, сільському
та інших видах будівництва для виготовлення монолітних і збірних
конструкцій, у тому числі й армованих.
Легкі бетони, які відповідають вимогам щодо морозостійкості та
водонепроникності, доцільно використовувати у зовнішніх огород-
жувальних конструкціях житлових і промислових будівель, у мосто-
вих конструкціях та гідротехнічних спорудах.
Застосування легких бетонів дозволяє зменшити масу будівель-
них виробів і конструкцій, знизити вартість транспортних і монтаж-
них операцій, скоротити витрати на опалення (за рахунок поліпшен-
ня теплоізоляції), підвищити вогне-, морозо- та сейсмостійкість
будівель і споруд. Крім того, відкривається можливість вирішення
екологічних питань за рахунок використання супутніх продуктів
промисловості та відходів сільського господарства як заповнювачів
легких бетонів.
Існують також інші види легких бетонів, що відрізняються між
собою типом структури (наприклад, крупнопористі і поризовані).
Крупнопористий бетон утворюється після затвердіння бетонної
суміші, що складається з цементу, крупного заповнювача, пластифі-
куючих добавок та води. Структура такого бетону характеризується
наявністю крупних пустот, утворених за рахунок відсутності в його
складі дрібного заповнювача, а міжзерновий простір заповнюється
цементним тістом лише частково. Цей бетон відрізняється невели-
кою витратою цементу (70... 150 кг/м3), кількість якого визначається
мінімальним об’ємом цементного тіста, потрібного для того, щоб
укрити тонким шаром кожне зерно заповнювача. При використанні
пластифікуючих добавок можна знизити витрату цементу до 100 кг
на 1 м3 бетону.
Найбільша міжзернова пустотність досягається застосуванням
крупного заповнювача із зернами приблизно однакового розміру
(однієї фракції) — наприклад, 20...40, 10...20 або 5... 10 мм. Заповню-
вачем для крупнопористого бетону служить щебінь або гравій.
Можна використовувати гравій, щебінь із щільних чи пористих
гірських порід, штучні пористі заповнювачі, паливні шлаки, цег-
ляний бій.
Застосовуючи природний гравій або гранітний щебінь, одержу-
ють крупнопористий бетон із середньою густиною 1700... 1900 кг/м3,
а якщо скористатися пористими заповнювачами, то можна знизити
373
середню густину до 500...700 кг/м3. Крупнопористі бетонні суміші
на легких пористих заповнювачах мають високу жорсткість, тому
при застосуванні їх слід перевіряти бетонні суміші на нерозшарову-
ваність.
Міцність крупнопористого бетону значною мірою залежить від
міцності контактів між зернами крупного заповнювача та міцності
в’яжучої речовини. Залежно від границі міцності при стиску, круп-
нопористі бетони поділяють на класи В1; В2; В2,5; В3,5; В5 і В7,5.
Міцність крупнопористого бетону на розтяг не нормується.
Теплопровідність крупнопористого бетону залежить від його се-
редньої густини та становить 0,30...0,98 Вт/(м-К).
Склад крупнопористого бетону зазвичай представляють у вигля-
ді відношення (за об’ємом) цемент : заповнювач. Основні властиво-
сті деяких видів крупнопористого бетону залежно від складу подано
в табл. 8.7.
Таблиця 8.7
Орієнтовний склад та властивості крупнопористого бетону
Заповнювач Склад за об’ємом (цемент: заповнювач) Витрата цементу М400, кг/м3 Середня густина, кг/м3 Границя міцності при стиску, МПа Коефіцієнт теплопро- відності, Вт/(м-К)
Гранітний 1 : 10 130 1900 3,0...5,5 0,98
щебінь 1 : 20 75 1800 1,5...2,0 0,87
Керамзитовий гравій 1 : 10 160 750 1,0...1,5 0,29
Крупнопористий бетон застосовують лише в конструкціях, які
експлуатуються в умовах стиску, в тому числі для виготовлення мо-
нолітних або збірних стін опалюваних будівель заввишки до чоти-
рьох поверхів. Оскільки бетон має наскрізну пористість, то для уник-
нення продувності стін їх слід обштукатурювати з обох боків. Іноді
можливе його використання при виготовленні тришарових огород-
жувальних конструкцій, наприклад у середньому шарі рекоменду-
ється застосовувати крупнопористий керамзитобетон із середньою
густиною 550 кг/м3. При проектуванні стінових конструкцій із тако-
го бетону потрібно вживати заходи, які запобігають утворенню кон-
денсату в міжзерновому просторі, що призводить до виникнення
«містків холоду».
Крупнопористий бетон також використовують для виготовлення
панелей із горизонтальною розрізкою стін.
374
При застосуванні легких пористих заповнювачів одержують теп-
лоізоляційний крупнопористий бетон, з якого виготовляють плити
для теплоізоляції стін і покриттів будівель. Крупнопористий бетон
придатний також для виготовлення звукопоглинальних виробів у
вигляді плит та блоків.
Поризований бетон є різновидом легких бетонів на пористих
заповнювачах. Його отримують поризацією розчинової суміші або
заміною її поризованим цементним тістом, виключивши із складу
дрібний заповнювач. Для поризації таких бетонів застосовують не-
велику кількість піно- та газотвірних добавок. Залежно від виду ви-
користаного заповнювача та способу поризації, бетони дістають від-
повідну назву, наприклад керамзитопінобетон, керамзитогазобетон.
Порівняно з легким бетоном щільної структури поризований бетон
має відносно низькі середню густину і коефіцієнт теплопровідності.
Марки поризованих бетонів за середньою густиною становлять
0800...01400, класи за міцністю при стиску— В2,5...В7,5.
Поризовані бетони, які відрізняються покращеними теплофізич-
ними характеристиками, доцільно використовувати для зовнішніх
огороджень (стінові панелі, панелі покриттів).
8.5.3. Бетони на пористих органічних заповнювачах
До легких бетонів, які отримані з використанням органічних за-
повнювачів, можна віднести полістиролбетон (заповнювачем є пі-
нополістирол) та арболіт (заповнювачем є деревна стружка). Харак-
теристика легких бетонів, отриманих із використанням деревних
заповнювачів, наведена у розділі 9.
Полістиролбетон — це легкий бетон, який містить портландце-
мент або його різновиди, дрібний кремнеземистий заповнювач (квар-
цовий пісок або золу-винесення ТЕС), спучений полістирольний за-
повнювач у вигляді гранул спіненого полістиролу і модифікуючі
добавки (пластифікатори, прискорювачі твердіння тощо). Бетон за-
хищає полістирольні гранули від вогню та атмосферних впливів, а
полістирол сприяє зниженню середньої густини і теплопровідності
бетону. Використання конструкції з такого бетону сприяє зменшен-
ню навантажень на фундамент та витрат на опалення.
Пінополістирольний заповнювач відрізняється низькою серед-
ньою густиною порівняно з керамзитом, перлітом, вермикулітом,
характеризується низьким водопоглинанням, а також низьким кое-
фіцієнтом теплопровідності. Полістиролбетон є альтернативою ніз-
дрюватим бетонам (піно- та газобетону) внаслідок розширених галу-
375
зей використання, простоти виготовлення і якісних теплотехнічних
показників матеріалу. Як в’яжучі матеріали для отримання полісти-
ролбетону найчастіше використовують портландцемент і шлакопорт-
ландцемент, як заповнювач — полістирол спінений гранульований,
який є продуктом одно- або багатоступінчастого спінювання полі-
стиролу. Залежно від режиму спінювання, пінополістирольний запов-
нювач характеризується маркою за насипною густиною 10, 15, 20,
25, ЗО. Розмір зерен заповнювача змінюється від 0 до 20 мм. При ви-
користанні полістиролу обов’язковою є його детоксикація, а при не-
обхідності і полістиролбетонної суміші до досягнення рівня гранич-
но допустимої концентрації вільного стиролу, що виділяється при
твердінні полістиролбетону, і яка не повинна перевищувати 0,002 мг
на 1 м3 повітря.
Клас бетону за міцністю при стиску в проектному віці повинен
становити від В 0,5 до В 2,5. За показником середньої густини полі-
стиролбетон у сухому стані характеризується марками від В150
до О 600. Коефіцієнт теплопровідності змінюється від 0,055 до
0,145 Вт/(м • К). Морозостійкість бетону повинна становити від Р25
до Р100.
Найбільш суттєвими експлуатаційними властивостями полістирол-
бетону є такі: теплопровідність у сухому стані — 0,055...0,145 Вт/ (м • К),
висока звукоізоляція (індекс зниження приведеного рівня ударного
шуму шару полістиролбетону завтовшки 50 мм, на який укладено
цементний розчин завтовшки 50 мм становить 23 дБ), високі гідро-
ізоляційні властивості при збереженні паропроникності (для марок
Д150...Д400 значення коефіцієнта паропроникності становить
0,135...0,085 мг/мтод-Па), сорбційна вологість не більше 8%, водо-
поглинання за 24 години не більше 8% за об’ємом. Матеріал є гігіє-
нічно та екологічно безпечним (за показником токсичності продук-
тів горіння згідно із ГОСТ 12.1-044-89 полістиролбетон належить до
класу малонебезпечних продуктів). Незважаючи на органічне поход-
ження полістиролу, полістиролбетон є важкогорючим матеріалом:
за пожежно-технічною класифікацією згідно з п. 2.3 ДБН В. 1.1-7-2000
належить до групи Г1 (низької горючості) та може використовува-
тись при зведенні будівель 1 категорії вогнестійкості та класу по-
жежостійкості СО.
Полістиролбетон використовують у житловому і цивільному бу-
дівництві для тепло- та звукоізоляції підлог і покрівель, а також для
заповнення пустот при цегляному муруванні. Полістиролбетон при-
датний для виготовлення бетонних блоків та панелей для зовнішніх
стін і перегородок, бетонних плит для покриття покрівель та міжпо-
376
верхових перекриттів. Доцільним є його використання для надбудови
будівель, коли маса конструкції відіграє визначальну роль.
8.5.4. Ніздрюваті бетони
Ніздрюватий бетон — це штучний пористий матеріал, структу-
ра якого характеризується наявністю рівномірно розподілених сфе-
ричних пор діаметром до 2 мм, заповнених повітрям або газом. Від
величини пор та кількості їх в одиниці об’єму залежать основні вла-
стивості бетону: середня густина, міцність, теплопровідність. Об’єм
пор може досягати 85% загального об’єму ніздрюватого бетону.
Введення нових нормативних показників теплозахисту будівель
зумовило економічну невигідність спорудження їх із традиційних
стінових матеріалів (цегла, керамзитобетонні панелі) через потребу
збільшення товщини стін до 1 ...1,5 м. Пристосування до нових ви-
мог вимагає використання матеріалів із покращеними теплоізоля-
ційними характеристиками, в тому числі ніздрюватих бетонів, виро-
би з яких характеризуються коефіцієнтом теплопровідності в 2...З
рази нижчим, ніж цегла або керамзитобетонні панелі, внаслідок чого
стіни будівель із ніздрюватого бетону забезпечують необхідний тер-
мічний опір при зберіганні товщини стінових конструкцій у межах
400...600 мм.
Порівняння різних показників огороджувальних конструкцій
свідчить, що лідером за техніко-економічними показниками є нізд-
рюватий бетон, різновиди якого представлені газо- та пінобетоном.
Відомо, що ці два типи пористого бетону істотно відрізняються тех-
нологією виробництва, обсягами капіталовкладень, технологією
укладання, а також фізико-технічними показниками. Проте внаслі-
док дефіциту теплоефективних матеріалів на будівельному ринку
вони не є «конкурентами», а скоріше «партнерами», оскільки мають
власні галузі раціонального і ефективного застосування (табл. 8.8).
На сьогоднішній день виробництво пінобетону є менш поширеним,
ніж газобетону, причому у загальному обсязі виробництва ніздрю-
ватих бетонів основна частина виробництва припадає на автоклав-
ний газобетон та неавтоклавний пінобетон.
Стіни, виконані із застосуванням ніздрюватого бетону, забезпе-
чують комфортні умови завдяки особливостям пористої структури
бетону. Сукупність фізичних та теплофізичних властивостей бетону
(пористість, теплопровідність, теплозасвоєння, достатня повітро-
проникність і паропроникність) забезпечує мінімальну величину ко-
ливань температури в середині приміщення при зміні температури
377
Оо
об
г-
к
а
Пінобетон (безавто- клавний) 300...1200 90...900 оо О о о мп т 1 4 14 о о ГЧ 4 о
Блоки газобетон (автоклавний) 300...1200 90...900 00 о о о 35 65 35 20 0,5...20,0
керамзито- бетон 900...1200 500...900 0,75...0,95 25 35 30...32 18 о 4
Цегла силікатна 1700...1950 1450...2000 0,85...1,15 25 60...80 36...38 . 16 5...30
керамічна 1550...1700 1200...1800 0,6...0,95 25 246 80...82 12 5..30
Одиниці виміру кг/м3 кг £ цикл кг ум. палива/ тис. ПІТ VII ІЇРГПІ4 1 1 > г 1 кВт-год/ тис.шт. ум. цегли % за масою МПа
Показники Середня густина Маса 1 м2 стіни Теплопровідність Морозостійкість Питома витрата палива Питома витрата елект- роенергії Водопоглинання Границя міцності при стиску
378
зовнішнього повітря. Ніздрюватий бетон за рахунок власної високої
повітро- та паропроникності, яку можна регулювати товщиною і
властивостями оздоблювальних внутрішніх покриттів, забезпечує
часткову інфільтрацію антропотоксинів (шкідливих речовин життє-
діяльності людини) і дозволяє підтримувати високі комфортні умо-
ви в приміщенні. Ці властивості ніздрюватого бетону обумовлюють
зменшення кратності повітрообміну і, відповідно, зниження витрат
на підтримування нормальної температури у приміщенні.
За екологічними показниками ніздрюватий бетон наближається
до дерев’яних конструкцій. Будівлі з нього є практично вічними,
причому міцнісні показники з часом дещо підвищуються, вони не
гниють, на відміну від деревини, і не піддаються корозії, як вироби
із металу.
Ніздрюватий бетон — екологічно чистий матеріал, він не виді-
ляє токсичних сполук, рівень радіоактивності його нижче допусти-
мих меж і не перевищує 350 Бк/кг. Крім того, для його виготовлення
використовують розповсюджені місцеві матеріали: пісок, вапно, це-
мент, воду, причому при їх переробці не утворюються відходи, які
забруднюють повітря, воду та грунт. За даними Міністерства охоро-
ни здоров’я, коефіцієнт екологічності, наприклад, для стін із дере-
вини, становить 1,0; для ніздрюватого бетону — 2,0; керамічної цег-
ли — 10,0; керамзитобетону — 20,0.
Теплоакумулюючі властивості ніздрюватого бетону забезпечу-
ють потрібний рівень комфортності проживання та зниження витрат
на опалення будівель, а також гарантують вирівнювання температур-
них коливань не тільки влітку та взимку, але й при змінних коли-
ваннях температури дня та ночі.
Завдяки наявності замкнутих пор у структурі ніздрюватого бето-
ну, водопоглинання його нижче, ніж інших стінових матеріалів із
капілярною структурою, і тому на цей час стінові вироби з ніздрю-
ватого бетону застосовують також для підземних поверхів житлових
будинків із відповідною зовнішньою ізоляцією.
Звукоізоляційні властивості стін із ніздрюватого бетону достат-
ньо високі і визначаються їх здатністю затримувати звук, наприклад,
при середній густині бетону 400...500 кг/м3 залежно від товщини ма-
теріалу досягаються такі показники звукоізоляції: при 100 мм —
35...37 дБ; 125 мм — 44...46 дБ; 150 мм — 55...57 дБ; 175 мм —
64...66 дБ.
Ніздрюватий бетон належить до матеріалів пожежобезпечних.
Він не горить і ефективно запобігає розповсюдженню вогню, а тому
його можна застосовувати для кладки стін усіх класів пожежної без-
379
пеки. Так, наприклад, границя вогнестійкості без руйнування струк-
тури матеріалу стіни, яка виготовлена з ніздрюватобетонних блоків
завтовшки і 00 мм, становить 2 години, а границя розповсюдження
вогню — 0 см.
Вироби з ніздрюватого бетону порівняно з іншими видами бето-
нів відрізняються кращою технологічністю при виконанні робіт, що
дозволяє значно зменшити трудоємкість і вартість робіт при зведен-
ні стін будівель.
Вироби з ніздрюватого бетону легко піддаються обробці різними
інструментами, що дає змогу виготовляти будівельні конструкції різ-
ної конфігурації, прорізати канали і отвори під електричні кабелі
або трубопроводи. Ніздрюватобетонні конструкції легко грунтують-
ся і фарбуються або покриваються шпалерами.
За способом поризації ніздрюваті бетони поділяють на піно-, га-
зо- та газопінобетони.
За видом в ’яжучих речовин ніздрюваті бетони класифікують на
бетони, отримані на основі: цементних, вапняних (із додаванням
шлаку, гіпсу або цементу до 15% за масою); шлакових (із додаван-
ням вапна, гіпсу або лугу); змішаних в’яжучих речовин, що склада-
ються з портландцементу (від 15 до 50% за масою), вапна чи шлаку
або вапняно-шлакової суміші.
Можливе виготовлення ніздрюватих бетонів і на основі інших
видів в’яжучих речовин: гіпсових, магнезіальних, шлаколужних тощо.
За умовами твердіння ніздрюваті бетони поділяють на автоклав-
ні, що тверднуть у середовищі насиченої водяної пари при тиску по-
над атмосферний, та неавтоклавні, що тверднуть у нормальних умо-
вах, при електропрогріванні або в середовищі водяної пари при
атмосферному тиску.
За видом кремнеземистого компонента ніздрюваті бетони поді-
ляють на бетони, отримані на основі природних (кварцових та ін-
ших) пісків або кремнеземистих вторинних продуктів промисловос-
ті (зола-винесення ТЕС, зола гідровидалення, вторинні продукти
збагачення різних руд тощо).
За середньою густиною в сухому стані та основним призначен-
ням ніздрюваті бетони поділяють на три групи:
-теплоізоляційні із середньою густиною до 500 кг/м3 і тепло-
провідністю до 0,175 Вт/(м-К), придатні для утеплення стін, підлог,
горищ, мансард, дахів та ін.;
- конструкційно-теплоізоляційні із середньою густиною
500... 1000 кг/м3 використовують для влаштування зовнішніх і внут-
380
рішніх стін, перегородок малоповерхових будівель. Стінові дрібні і
крупні блоки з такого бетону забезпечують нормативний теплоза-
хист стін при одношаровій їх конструкції;
-конструкційні із середньою густиною 1000... 1200 кг/м3 призна-
чені для влаштування несучих внутрішніх стін, плит покриттів і пе-
рекриттів. Вироби з такого бетону можуть замінити цеглу, бетонні
блоки та інші вироби із середньою густиною 1400...2000 кг/м3, що
забезпечує зменшення матеріалоємності будівель у 1,5...2 рази.
Газобетон або газосилікат виготовляють із використанням хі-
мічного способу спучування розчинової суміші. Вперше подібні ма-
теріали були отримані у 1889 р. Гофманом (Чехія), який для газоут-
ворення використовував розчини кислоти та карбонатні або хло-
ридні сполуки. Наступний крок у цьому напрямку було зроблено у
1914 р. Аулсвортом і Дайєром (США), які запропонували викорис-
товувати для газоутворення порошки алюмінію та цинку, здатні при
взаємодії з Са(ОН)2 утворювати водень. Цей винахід вважають по-
чатком сучасної технології виготовлення газобетону.
Практичне значення для розвитку виробництва газобетону мали
дослідження Еріксона (Швеція), що почалися у 20-х роках XX ст.
Було запропоновано спучувати суміш вапна з тонкомеленим крем-
неземистим компонентом і добавкою цементу (10%). Виробництво
цього матеріалу, відомого як газосилікат «Ітонг», розпочали у 1929 р.,
і воно передбачало використання автоклавної обробки.
В подальшому відбулися деякі зміни в рецептурі автоклавного
газобетону, і на ринку будівельних матеріалів з’явилося декілька його
різновидів. Газосилікат «Ітонг» — бетон автоклавного твердіння —
почали отримувати на основі суміші вапна з кремнеземистими доба-
вками, а газобетон «Сипорекс» — на основі суміші портландцемен-
ту та кремнеземистого компонента, але без добавки вапна.
Зазвичай для ніздрюватих бетонів автоклавного твердіння ви-
користовують портландцемент у суміші з кварцовим піском, при
цьому частину піску розмелюють мокрим способом. Пісок можна
замінити доменним гранульованим шлаком або золою ТЕС. Най-
доцільніше використовувати портландцемент у поєднанні з вап-
ном-кипілкою у відношенні 1:1 за масою, при цьому застосовують
алітовий портландцемент(С38 > 50%) із початком тужавлення не
пізніш як через 2 год. Вапно має бути високоекзотермічним із тем-
пературою гашення майже 85°С, вмістом активного СаО не менш
як 70%, М§О не більше ніж 5%. Тонкість помелу вапна-кипілки —
350...400 м2/кг.
381
Кварцовий пісок повинен містити не менш як 90% кремнезе-
му, не більше ніж 5% глини і 0,5% слюди. Тонкість помелу піску
не менше ніж 120 м“/кг. Замість кварцового піску доцільно дода-
вати золу-винесення ТЕС; якщо вона є досить дисперсною, то
може бути використана без попереднього помелу. Зола має місти-
ти не менше як 40% кремнезему, а тонкість її помелу повинна бу-
ти 200...300 м2/кг.
Незважаючи на різноманітність та особливості технологій виго-
товлення газобетону, найпоширенішими газоутворювачами є алю-
мінієва пудра ПАП-1, ПАП-2 та алюмінієва паста. Останній вид га-
зоутворювача має технологічні переваги при застосуванні, його
стабільне виробництво налагоджено в Україні (м. Хмельницький)
та в Росії (м. Краснотур’їнськ Єкатеринбурзької обл.). Алюмініє-
ва паста є вибухобезпечною, легко розчиняється у воді і перемі-
шується, утворюючи суспензію, що рівномірно розподіляється у
бетонній суміші без агрегації. При однаковій пористості отрима-
ного матеріалу спостерігається зменшення середнього розміру
пор у 2...2,5 рази.
Алюмінієву пудру вводять у суміш у вигляді водної суспензії, а
щоб надати пудрі гідрофільних властивостей, до суспензії додають
поверхнево-активну речовину (СДО — смолу деревну омилену, су-
льфанол, каніфольне мило тощо).
Внаслідок взаємодії гідроксиду кальцію з алюмінієвим газоутво-
рювачем виділяється водень, який спучує цементне тісто:
ЗСа(ОН)2 + 2А1 + 6Н2О = ЗСаОА12О3-6Н2О + ЗН2|.
Згідно з наведеним рівнянням, використання 1 кг алюмінієвої
пудри дає змогу одержати в нормальних умовах 1,245 м3 водню. У
виробничих умовах фактична витрата алюмінієвої пудри перевищує
розрахункову кількість, оскільки вона містить менш як 100% актив-
ного алюмінію.
Залежно від способу приготування бетонної суміші, вироби з га-
зобетону виготовляють за литтьовою, вібраційною або ударною
технологіями, а залежно від способу одержання готових виробів,
розрізняють різальну технологію та технологію виготовлення виро-
бів у індивідуальних формах.
Лшптьова технологія передбачає використання формувальної
суміші, яка містить 50...60% води (водотверде відношення В/Т =
= 0,5...0,6). З цією метою попередньо готують водно-алюмінієву сус-
пензію й (у разі потреби) розмелюють кремнеземистий компонент
(рис. 8.11).
382
Рис. 8.П. Технологічна схема виготовлення газобетонних виробів
за литтьовою технологією:
1 — бункер піску; 2 — бункер води; З — бункер із ПАР; 4 — дозатор; 5 — бункер
вапна; 6 — кульовий млин; 7 — насос; 8 — шламовий басейн; 9 — дозатор шламу;
10 — бункер вапняно-піщаної суміші; 11 — дозатор алюмінієвої пудри; 12 — бун-
кер портландцементу; 13 — бункер гіпсу; 14 — газобетонозмішувач; 15 — пост за-
ливання форм; 16 — пост визрівання; 17 — пост зрізання; 18 — автоклавний візок;
19 — форми; 20 — автоклав; 21 — готовий виріб
Помел виконують, як правило, мокрим способом, подаючи у млин
гарячу воду або пару. Одержаний шлам із температурою 35...45°С
надходить у басейн, де його витримують 4...5 год при безперервно-
му перемішуванні. Остаточно газобетонну суміш готують у пересув-
ному газобетонозмішувачі, куди спочатку завантажують піщаний
шлам, а у разі потреби — немелений пісок, потім додають необхідну
кількість підігрітої води, якої не вистачає до розрахункової, і нареш-
ті — в’яжучу речовину. Після 2...З хв перемішування у змішувач
вводять водно-алюмінієву суспензію, і суміш додатково перемішу-
ють протягом 2 хв. Далі суміш заливають у металеві форми з таким
розрахунком, щоб після спучування суміші форма була заповнена
вщерть. Через 3...6 год, коли бетонна суміш досягає пластичної
383
міцності 0,015...0,03 МПа, надлишок суміші («окраєць»,) зрізують
туго натягнутими струнами або прикотують спеціальним пристроєм.
Зрізаний «окраєць» перемішують із водою в спеціальному змішувачі
та перекачують у шламовий басейн для повторного використання.
Відформовані вироби надходять на тепловологу обробку, яку вико-
нують переважно в автоклавах у середовищі насиченої водяної пари
при температурі 175...200°С і тиску 0,8... 1,3 МПа. В цих умовах відбу-
вається взаємодія кремнеземистого компонента з гідроксидом кальцію,
внаслідок чого утворюються гідросилікати кальцію, які надають гото-
вим бетонним виробам потрібної міцності та морозостійкості.
Якщо в’яжучою речовиною є портландцемент, то можливе про-
парювання відформованих виробів при атмосферному тиску і тем-
пературі пари 8О...1ОО°С. Проте вироби, що отримують при цьому,
поступаються автоклавним за міцністю, морозо- та тріщиностійкістю.
Вібраційна технологія є більш прогресивною (порівняно з лит-
тьовою), і її особливість полягає в тому, що вироби отримують на
основі високов’язких ніздрюватобетонних сумішей, які виготовля-
ють у віброгазобетонозмішувачах із низьким водотвердим відно-
шенням (В/Т = 0,3...0,4). На всіх стадіях технологічного процесу
(приготування, укладання у форми та формування) бетонні суміші
піддають дії вібрації. При цьому відбувається їх тиксотропне розрід-
ження, внаслідок чого знижуються в’язкість і пластична міцність.
Змінюючи параметри вібрації (частоту, амплітуду, тривалість), мож-
на керувати реологічними властивостями сумішей та впливати на
формування структури ніздрюватих бетонів. Загалом оптимальні
параметри вібрації визначаються середньою густиною бетону, який
потрібно отримати: при густині 700 кг/м3 амплітуда коливань стано-
вить 0,3...0,4 мм при частоті 45...50 Гц; при густині менше 500 кг/м3
амплітуду знижують до 0,2 мм, а частоту підвищують до 100 Гц.
Із закінченням вібрування в’язкість і пластична міцність сумі-
шей швидко відновлюються. Завдяки застосуванню вібраційної тех-
нології вдається значно скоротити тривалість витримування бетону
перед гідротермальною обробкою, знизити його вологість після ав-
токлавної обробки на 20% і більше, поліпшити властивості готових
виробів, у тому числі підвищити міцність, збільшити морозостій-
кість, знизити деформації усадки. При цьому також скорочується
цикл виготовлення виробів, зменшуються витрати в’яжучої речови-
ни та металомісткість форм, більш раціонально використовуються
виробничі площі.
Вібраційна технологія дає змогу формувати великі масиви (об’є-
мом до 12 м3 і заввишки до 2 м) із наступним розрізуванням їх на
384
вироби потрібної товщини. Це збільшує коефіцієнт завантаження
автоклавів та знижує собівартість готової продукції.
Використання ударної дії при формуванні ніздрюватих бетонів є
новим напрямом подальшого розвитку вібраційного формування
сумішей із невеликою кількістю води замішування.
Ударна технологія базується на застосуванні удару як циклічно-
го динамічного навантаження на бетонну суміш під час її спучуван-
ня. Цей спосіб передбачає використання удару, частота якого спів-
падає з власною частотою коливань бетонної суміші, а також ефекту
тиксотропного відновлення структури суміші в період між ударами.
Це приводить до блокування процесу газовиділення із суміші під
час її формування, забезпечуючи таким чином отримання високоякіс-
ної структури бетону.
Використання ударної технології при формуванні ніздрюватобе-
тонних виробів дає можливість скоротити, порівняно з вібраційною
технологією, витрати цементу на 30%, вапна та газоутворювача —
на 10... 15%, зменшити тривалість набору пластичної міцності — до
1...1,5 год, а також підвищити однорідність виробів та покращити
деякі показники міцності (при згині і при розтягу).
Пінобетон отримують змішуванням водного розчину в’яжучих
речовин з піною та кремнеземистим компонентом. Перший спосіб
отримання пінобетону було запропоновано Є.С. Ваєром у 1911р., але
практично цей матеріал почали виготовляти із середини 20-х років
XX століття спочатку у Данії, а потім у Німеччині. В останні роки
запропоновані нові технологічні прийоми виготовлення пінобетонів.
Основними перевагами пінобетонної технології є можливість транс-
портування пінобетонної суміші і формування ніздрюватої структу-
ри бетону при звичайній температурі, недоліком є відносно велика
витрата в’яжучої речовини, що пов’язано з негативною дією піноут-
ворювачів на процеси гідратації та структуроутворення в’яжучої ре-
човини. Зазвичай введення піноутворювача в значній кількості для
отримання суміші низької середньої густини, а також використання
високого водотвердого відношення призводить до зниження міцнос-
ті пінобетонних виробів.
Зазвичай технічну піну готують інтенсивним збиванням водного
розчину піноутворювачів (ПУ), які містять ПАР. Розрізняють піно-
утворювачі клеєканіфольний, смолосапоніновий, алюмосульфонаф-
теновий та гідролізовану кров. У виробництві також використову-
ють піноутворювачі на основі складних солей первинних жирних
спиртів ПО-6, «Піностром» та протеїновий піноутворювач марки
«Неопор». Головною характеристикою отриманої піни є її кратність,
385
яка розраховується як відношення об’єму піни до об’єму рідини пі-
ноутворювача.
На цей час при виготовленні пінобетонів застосовують такі ме-
тоди приготування бетонної суміші.
1. Поризація бетонної суміші піною, попередньо підготовленою
традиційним способом та сухою мінералізацією:
а) традиційний пінний спосіб полягає в роздільному приготуван-
ні високократної піни і розчинової суміші, що поризується, та на-
ступному змішуванні їх в окремому змішувачі або в змішувачі для
приготування розчинової суміші (рис. 8.12, а);
а
Рис. 8.12. Технологічні схеми виробництва пінобетонних виробів:
а — за традиційним методом; б — за методом сухої мінералізації; в — за ме-
тодом аерування бетонної суміші:
/ — бункери сировинних матеріалів (цементу, піску, води); 2 — дозатори;
З — змішувач для приготування розчинової суміші; 4 — піногенератор; 5 —
змішувач для приготування пінобетонної суміші; 6 — форма; 7 — змішувач
сухих компонентів
б) метод сухої мінералізації піни передбачає попереднє приготу-
вання низькократної піни та її мінералізацію сухими компонентами
суміші шляхом поступового і рівномірного додавання їх до пінома-
си при одночасному перемішуванні в змішувачі (рис. 8.12, б).
2. Приготування пінобетонної суміші без попереднього приготу-
вання піни:
в) метод приготування піномаси аеруванням базується на втягу-
ванні повітря сумішшю в’яжучої речовини, кремнеземистого ком-
понента, води і піноутворювача при швидкісному їх перемішуванні
у високообертовому змішувачі (рис. 8.12, в).
386
Кожен із наведених методів має технологічні переваги і недолі-
ки. Щоб отримати бетонну суміш за першими двома методами, за-
стосовують піногенератори для приготування піни.
У традиційному методі піногенератор має забезпечувати при-
готування піни середньої кратності (10...40) з високим коефіцієн-
том її застосування за об’ємом (більше 0,8) у розчиновій суміші,
що поризується. Ці властивості піни залежать не тільки від виду
піноутворювача, що використовується, але й від конструкції пі-
ногенератора.
Для приготування пінобетонної суміші методом сухої мінералі-
зації застосовують піну низької кратності (приблизно 4...6), яку мож-
на приготувати як в окремому піногенераторі, так і у високооберто-
вому змішувачі. Піну стабілізують унаслідок додавання до неї по-
передньо перемішаних сухих компонентів суміші при рівномірному
розподіленні їх шляхом постійного перемішування пінобетонної су-
міші. Швидка адсорбція води сухими компонентами призводить до
зниження рухомості пінобетонної суміші та її стабілізації. Цей ме-
тод дає змогу отримувати більш щільні міжпорові перегородки в
макроструктурі пінобетону за рахунок зменшення водотвердого від-
ношення і більш щільного пакування частинок в’яжучої речовини та
кремнеземистого компонента. Використання цього методу при за-
стосуванні відповідного обладнання дає змогу отримувати пінобе-
тон із високим коефіцієнтом конструктивної якості, але існує склад-
ність його апаратного супроводження.
Методом аерування пінобетонної суміші дах змогу відмовитися
від застосування піногенератора, але передбачає використання ви-
сокообертового змішувача певної конструкції, що враховує об’єм та
співвідношення його основних розмірів; швидкість обертів вала;
динаміку потоків суміші при перемішуванні. До технологічних фак-
торів, які потрібно враховувати, належать: коефіцієнт завантаження
змішувача за об’ємом, час аерування, водотверде відношення, кіль-
кість і вид піноутворювача, рухомість пінобетонної суміші.
Технічні характеристики ніздрюватих бетонів повинні відпо-
відати вимогам ДСТУ Б В.2.7-45-96.
За показниками середньої густини встановлено марки ніздрюва-
того бетону від В300 до В1200.
Міцність ніздрюватого бетону залежить від його середньої гус-
тини, виду і властивостей вихідних матеріалів, режиму теплової об-
робки та вологості.
Залежно від гарантованої міцності на стиск розрізняють класи
ніздрюватого бетону: В0,35; В0,5; В0,75; В1; В1,5; В2,0; В2,5; В3,5;
387
В5; В7,5; В10; В12,5; В15, а також від середньої міцності — марки
від М5 до М 200.
За морозостійкістю ніздрюваті бетони поділяють на марки Р15,
Р25,Р35, Р50, Р75 ІР100.
Вимоги до основних властивостей ніздрюватих бетонів установ-
люють залежно від їх призначення. Наприклад, конструкційні нізд-
рюваті бетони повинні мати клас за міцністю на стиск не менше як
В5 (марка не менша ніж М75) і марку за морозостійкістю не менше
як Р50. Теплопровідність ніздрюватого бетону залежить здебільшо-
го від його середньої густини та вологості і перебуває у межах
0,08...0,30 Вт/(м-К); такий бетон має високі звукопоглинальні та зву-
коізоляційні властивості.
Усадка ніздрюватих бетонів при висиханні вища, ніж у важкого
бетону, і становить 0,5...0,7 мм/м для автоклавного і до 3 мм/м —
для безавтоклавного бетонів.
Ніздрюваті бетони мають високу повітропроникність, сорбційну
вологість — 8...22%, паропроиикність — 0,08...0,26 мг/(м-год-Па)
залежно від виду кремнеземистого компонента та середньої густини.
Поряд із високими теплоізоляційними показниками ніздрюватий
бетон характеризується недостатньо високою міцністю при стиску.
Міцнісні характеристики споруд на його основі підвищують вико-
ристовуючи різні конструктивно-технологічні рішення, наприклад,
улаштування каркасних будівель із внутрішніми несучими стінами і
колонами, монолітних поясів жорсткості, бетонних рамок, армова-
них панелей перекриттів, несучих перетинок та ін. Особливо ефек-
тивними є вироби з ніздрюватого бетону для малоповерхового будів-
ництва (в індивідуальних будинках типу «котедж») або багатопо-
верхового каркасного будівництва.
У світовій практиці ніздрюватий бетон також широко використову-
ється при реконструкції старих будівель, особливо при необхідності
додаткового утеплення огороджувальних конструкцій та при збіль-
шенні поверховості будівель із збереженням існуючого фундаменту.
Різновидом ніздрюватих бетонів є бетони так званої варіатроп-
ної будови, особливість яких полягає в тому, що середня густина бе-
тону плавно змінюється від однієї поверхні виробу чи конструкції
до іншої. Це забезпечує оптимальну експлуатацію конструкцій: зов-
нішні шари виконують переважно конструкційні і захисні функції, а
внутрішні — теплоізоляційні. Порівняно з різношаровими, такі
конструкції мають певні переваги: відсутні зони концентрації на-
пружень між різнорідними шарами та накопичення конденсату; крім
того, зменшуються трудові і матеріальні витрати на їх виготовлення.
388
Автоклавні ніздрюваті бетони придатні для виготовлення широ-
кої номенклатури виробів, неавтоклавні — переважно для отриман-
ня дрібних стінових блоків та теплоізоляції.
У певних умовах експлуатації обмежується застосовування ви-
робів із ніздрюватого бетону для цоколів і стін підвалів, а також стін
приміщень із мокрим режимом експлуатації.
За техніко-економічними показниками та основними будівель-
ними властивостями ніздрюваті бетони вигідно відрізняються від
інших видів легких бетонів. Стіни з ніздрюватого бетону в 1,3...2
рази легші, ніж стіни з керамзитобетонних панелей, вартість їх та-
кож менша. Питомі капітальні вкладення в будівництво заводів ніз-
дрюватобетонних виробів на ЗО...40% нижчі, ніж заводів, що випус-
кають аналогічні вироби з легкого бетону на пористих заповнювачах.
Особливо ефективним є використання ніздрюватого бетону при
отриманні виробів повної заводської готовності. Застосування вели-
корозмірних ніздрювато-бетонних виробів дає змогу зменшити масу
огороджувальних конструкцій, знизити витрати при зведенні буді-
вель, скоротити строки будівництва.
Ніздрюваті бетони використовують для виготовлення армованих па-
нелей зовнішніх стін та покриття будівель, неармованих стінових блоків
і каменів, а також тепло-, звукоізоляційних та жаростійких виробів.
Застосовують ніздрюватобетонні вироби у житлових, громадських,
промислових і сільськогосподарських будівлях із відносною вологістю
повітря не більше ніж 75%. Зовнішні поверхні огороджувальних конс-
трукцій з ніздрюватого бетону захищають шаром облицювального роз-
чину, подрібненими кам’яними матеріалами, керамічною плиткою, гі-
дрофобними покриттями. Важливим фактором ефективності викорис-
тання різних стінових матеріалів, крім загальної техніко-економічної
оцінки, є мікроклімат приміщення, який визначає комфортність про-
живання людини у будинках зі стінами з різних матеріалів.
Згідно з дослідженнями, перше місце за комфортністю належить
будинкам зі стінами з деревини, на третьому-четвертому місцях — бу-
динки з ніздрюватого бетону, на шостому — десятому — стіни із кера-
мічної та силікатної цегли, а стіни із керамзитобетону і звичайного за-
лізобетону займають вісімнадцяте — двадцяте, тобто останнє місце.
8.6. Дрібнозернисті бетони та вироби на їхній основі
Бетон, виготовлений із використанням крупного заповнювача,
розмір якого не перевищує 10 мм, називають дрібнозернистим.
Структура такого бетону є більш однорідною порівняно зі структу-
389
рою важкого бетону внаслідок відсутності крупних зерен заповню-
вача, але при цьому підвищується витрата цементу і водопотреба
дрібнозернистої бетонної суміші, що, в свою чергу, викликає збіль-
шення пористості штучного каменю і відповідно зменшення його
міцності.
Для отримання якісного дрібнозернистого бетону зі зменшеною
витратою цементу слід використовувати піски з оптимальним гра-
нулометричним складом без пилоподібних та органічних домішок,
добавки (пластифікатори або суперпластифікатори), ефективні тех-
нології ущільнення бетонної суміші.
Як заповнювач застосовують крупні чисті піски або збагачують
дрібний пісок більш крупними відсівками від подрібнення каменю,
дрібним гравієм. Зазвичай використовують природний пісок з моду-
лем крупності до 2,5 із додаванням дрібного щебеню двох фракцій
2,5...5,0 мм та 5... 10 мм (часто у вигляді гранітного відсіву). Введен-
ня пластифікуючих добавок дозволяє зменшити водопотребу бетон-
ної суміші та покращити властивості штучного каменю після тверд-
нення.
У багатьох випадках приготування дрібнозернистої цементно-
піщаної суміші і ущільнення її вібруванням супроводжується втягу-
ванням повітря у кількості З...6% (за об’ємом) і більше. Це обумов-
лює підвищення пористості бетону та зменшує його міцність. Од-
ним із способів поліпшення властивостей каменю є використання
ефективних способів ущільнення цементно-піщаної суміші, напри-
клад, пресування, трамбування, вібропресування, вібровакуумування.
Дрібнозернистий бетон характеризується підвищеними міцністю
при згині, водонепроникністю і морозостійкістю.
Із такого бетону виготовляють густоармовані конструкції та тон-
костінні армоцементні вироби, використовуючи для армування сітки
із дроту діаметром до 2 мм. Доцільно застосовувати дрібнозернис-
тий бетон для дорожніх покриттів та при зведенні гідротехнічних
споруд. Із нього також виготовляють залізобетонні труби.
На основі дрібнозернистого бетону отримують стінові дрібно-
штучні вироби, плити бетонні тротуарні, фігурні елементи бруку-
вання, декоративні фасадні плитки, декоративні вироби для зовніш-
нього і внутрішнього застосування, бетонну черепицю.
Дрібнозернисті бетонні суміші можна укладати торкретуванням,
при цьому суміш ущільнюється під час її нанесення на поверхню
форми. Торкретбетон характеризується високою міцністю, щільніс-
тю, водонепроникністю і застосовується для виготовлення армоце-
ментних конструкцій, а також для одержання водонепроникного
390
шару, який захищає напружену спіральну арматуру при виготовлен-
ні напірних труб. Використовують торкретбетон і для одержання
фактурного шару зовнішніх стінових панелей та для виправлення
дефектів при виготовленні конструкцій із залізобетону.
Для торкретбетону доцільно застосовувати швидкотверднучий
портландцемент, при цьому склад бетонної суміші, що містить
в’яжучу речовину та пісок, має бути 1:1 або 1:2, водоцементне від-
ношення повинно становити 0,28...0,32. В разі потреби для укладан-
ня бетонної суміші завтовшки 100...200 мм використовують шприц-
бетон, який відрізняється від торкретбетону наявністю заповнювача
з розміром зерен 10...20 мм і меншими витратами портландцементу.
Вироби бетонні стінові дрібноштучні (ДСТУ Б В.2.7-7-94) по-
діляють на цеглу, камені і блоки повнотілі та порожнисті, рядові і
лицьові, які виготовляють вібраційним методом або вібропресуван-
ням, литтям або іншими способами із легких та важких бетонних
сумішей. Вироби застосовують відповідно до будівельних норм та
правил для несучих і огороджувальних конструкцій житлових, гро-
мадських, промислових і сільськогосподарських будівель, в основ-
ному при малоповерховому будівництві.
Вироби виготовляють із різною кількістю, розташуванням і фор-
мою порожнин. Товщина зовнішніх стінок порожнистих виробів
повинна бути не менше 20 мм, горизонтальної діафрагми в найбільш
тонкій частині — не менше 10 мм. Маса однієї цеглини не повинна
перевищувати 4,4 кг, каменю — 12 кг, блока — 36 кг.
За середньою густиною вироби поділяють на легкі, густина яких
становить до 1400 кг/м3, полегшені — густиною 1401...1650 кг/м3 та
важкі — більше 1650 кг/м3. Середня густина потовщеної цегли, ка-
менів та блоків не повинна перевищувати 1650 кг/м3, одинарної цег-
ли — 1950 кг/м3.
За міцністю при стиску вироби поділяють на марки: М10; МІ5;
М25; М35; М50; М75; М100; М125; М150; М200. Цегла, блоки по-
винні мати марку не нижче М75, лицьова цегла — не нижче МІ 00.
За морозостійкістю вироби поділяють на марки: ТІ5; Г25; Р35; Р50.
Лицьові камені бувають із незабарвленими та забарвленими лицьо-
вими поверхнями з маркою за міцністю при стиску не менше М75,
за морозостійкістю — не менше Р25.
Плити бетонні тротуарні (ДСТУ БВ.2.7-145:2008) виготовля-
ють із важкого та дрібнозернистого бетонів і застосовують для вла-
штування збірних покриттів тротуарів, пішохідних зон, садово-пар-
кових та пішохідних доріжок, зупинок на лініях громадського транс-
порту і автозаправних станціях.
391
Плити можуть мати різну форму: прямокутну, квадратну, фігур-
ну (довжина та ширина — від 200 до 1000 мм, товщина — від 50 до
100 мм). Плити виготовляють без робочої арматури, одно- чи дво-
шаровими, з верхнім кольоровим шаром бетону, інколи — з рифле-
ною лицьовою поверхнею із заглибленням між виступами до 3 мм.
Для плит застосовують важкий бетон класів В22,5, В25, ВЗО,
В35 (або дрібнозернистий — класу не менше ВЗО). Клас бетону плит
за міцністю при згині становить ВЬіь 3,2; ВЬіь 3,6; ВЬіь 4,0; Вьіь 4,4.
Стираність плит із важкого бетону (з крупним заповнювачем) не
більше 0,6 г/см2, із дрібнозернистого — 0,75 г/см2. Водопоглинання
плит із важкого бетону — не вище 5%, із дрібнозернистого — не
вище 6%.
Марка бетону плит за морозостійкістю, що використовуються в
районах будівництва із розрахунковою температурою зовнішнього
повітря нижче -15°С, повинна бути Р200, а для районів із більш ви-
сокою розрахунковою температурою — 0...-5°С та -5...-15°С —
Н100 та Р150 відповідно.
Стандартом передбачені вимоги щодо вихідних матеріалів: без-
добавковий портландцемент не нижче М400, який містить не більше
5% М§О і не більше 8% С3А, а також портландцемент із мінераль-
ними добавками до 5%; природні кварцові або подрібнені піски з
модулем крупності для важкого бетону — не менше 2, для дрібнозе-
рнистого — не менше 2,2; щебінь із природного каменю, гравію і
доменного шлаку з найбільшим розміром зерен крупного заповню-
вача 10 мм — для плит завтовшки до 50 мм, 20 мм — завтовшки
більше 50 мм. Для виготовлення бетону застосовують пластифікую-
чі та повітровтягувальні добавки.
Плити формують вібруванням, вібруванням із привантаженням,
а із дрібнозернистого бетону — пресуванням, вібропресуванням, віб-
роштампуванням.
Кольорові плити виготовляють одно- чи двошаровими з товщи-
ною верхнього шару не менше 20 мм. Застосовують пігменти як ор-
ганічного (0,5% маси цементу), так і неорганічного (5...8%) поход-
ження. При виготовленні цементних плит пігменти вводять безпо-
середньо у бетонну суміш, іноді застосовують водну суспензію
барвників або кольорові цементи.
Фігурні елементи брукування (ФЕБ) для дорожніх покриттів
відрізняються різноманітністю форм і кольору, що розширює дизай-
нерські можливості при втіленні нових архітектурних рішень. Фігур-
ні елементи отримують за технологією лиття (з використанням спе-
ціальних пластикових форм) або об’ємного вібропресування (для
392
отримання двошарових кольорових бетонних елементів). Властиво-
сті готової продукції повинні відповідати вимогам стандарту (ДСТУ
БВ.2.7-145:2008).
Декоративні фасадні плити (ДСТУ БВ.2.7-163:2008) виготов-
ляють на основі екологічно чистих модифікованих бетонних сумі-
шей. Як головні складники використовують білі цементи, пластифі-
катори, барвники, дрібний декоративний заповнювач. При форму-
ванні дрібнозернистих бетонів структура поверхні плитки може
імітувати цеглу, природний камінь, набувати різних кольорів, а при
застосуванні важкого бетону плитка може мати скельну або сплітте-
рну (рублену — під тесане природне каміння) фактуру. Плитку
можна застосовувати одночасно з утеплювачем (наприклад, для фа-
садів, що вентилюються), здійснюючи монтаж сухим або мокрим
способами. Для зручності монтажу використовують спеціальні пла-
стинки — кламмери. Плитка у 5 разів легша за цеглу, вигідна при
доставці та складуванні, під час експлуатації захищає споруди від дії
атмосфери, вогню, грибкових утворювань.
На особливу увагу заслуговує технологія виготовлення «ідеаль-
ного каменю», яка дозволяє одержувати плитки для фасадів, що імі-
тують натуральний камінь, а за різноманітністю фактур, кольорів та
відтінків переважають його. Для отримання таких виробів застосо-
вують портландцемент, легкі заповнювачі, екологічно чисті мінеральні
барвники та спеціальні добавки (для підвищення міцності і морозо-
стійкості). Особливістю цієї технології є лиття суміші у спеціальні
форми з подвійним фарбуванням (об’ємне і по поверхні виробу).
Плитки застосовують для облицювання фасадів ресторанів, житло-
вих та комерційних приміщень, парканів, колон, камінів.
Декоративні вироби для зовнішнього і внутрішнього засто-
сування (плитки облицювальні, підвіконні дошки, плити парапетні,
східці, цоколі, оздоблювальні елементи колон) виготовляють на ос-
нові портландцементу з природними і штучними заповнювачами й
наповнювачами та пігментами. Фактура і колір штучного каменю
залежить від співвідношення компонентів.
Міцність при стиску отриманих виробів становить не менше
20 МПа, міцність при згині — не менше 3 МПа, водопоглинання —
не більше 6%, морозостійкість — не менше 50 циклів, стираність —
не більше 2,2 г/см2.
Отримані декоративні вироби є екологічно- та пожежобезпечни-
ми, легко оброблюються, їх середня густина у 1,5...2 рази менше,
ніж природного каменю, що виключає необхідність підсилення ого-
роджувальних конструкцій.
393
Бетонна черепиця (ДСТУ Б В.2.7-6-94) випускається із дрібно-
зернистого бетону хвилястою, плоскою, гребеневою. У країнах Єв-
ропи найпоширенішою є подвійна римська форма черепиці. Для
приготування бетонної суміші застосовують поряд із звичайним бі-
лий та кольоровий портландцементи, а також шлаколужні в’яжучі.
Як заповнювач використовують кварцовий пісок, у тому числі по-
дрібнений.
При виготовленні кольорової черепиці як барвник застосовують
сурик залізний, оксид хрому та пігменти органічні у визначеній кіль-
кості для надання червоного, зеленого й інших кольорів. Для підви-
щення декоративності забарвлення черепиці може виконуватися по
всьому об’єму або нанесенням під тиском на поверхню відформова-
ного виробу одного цементного шару чи декількох, що містять гра-
нулят на основі кольорового піску та полімерних емульсій.
Черепицю виготовляють прокатуванням, пресуванням, екструзі-
єю, вібропресуванням і іншими способами. На цей час найчастіше
використовують прес-прокатну технологію або вібропресування.
Прес-прокатна технологія передбачає формування на стрічці, що
складається з фігурних піддонів та безперервно рухається. При фо-
рмуванні верхній шар суміші додатково ущільнюють валиком. Теп-
ловолога обробка виконується на піддонах.
Якість черепиці оцінюють за зовнішнім виглядом (формою, роз-
мірами, однотонністю кольору), а також за показниками морозо-
стійкості, водонепроникності та мінімального руйнівного наванта-
ження при випробуванні при згині, яке повинно становити для
хвилястої черепиці не менше 0,8 кН, для плоскої — 0,6 кН, для гре-
беневої цей показник не визначається.
Марка за морозостійкістю повинна бути не нижче Р25. Водонеп-
роникність оцінюють за швидкістю просочування води з верхньої на
нижню грань черепиці (виріб вважається водонепроникним, якщо
вода не, просочується протягом 3 годин).
Бетонну черепицю використовують для покрівель житлових,
громадських та виробничих будівель із кутом нахилу від 15 до 90°,
але краще дотримуватися меж 22-60°. Для влаштування покриття
даху, крім звичайної черепиці, якою закривається основна площина
схилу даху, необхідне використання й інших елементів, у тому числі
вінцевих, вентиляційних та гребенів.
Довговічність даху з бетонної черепиці становить близько 100
років, але практично цей термін скорочується за рахунок недовговіч-
ності дерев’яного в’язання даху (каркаса), який щонайбільше через
кілька десятків років потребує відновлення. Головною перевагою
394
будь-якої черепиці є її невеликі розміри, що спрощує транспорту-
вання і монтаж на дахових схилах, особливо на поверхнях складної
конфігурації.
Собівартість готових виробів у 8... 10 разів нижча за собівартість
керамічних аналогів. Недоліком бетонної черепиці є відносно вели-
ка маса: їм2 покриття важить 40...50 кг.
Силікатний бетон. Одним із різновидів дрібнозернистого бе-
тону є силікатний (автоклавний) бетон. Це безцементний бетон ав-
токлавного твердіння на основі вапняно-кремнеземистих в’яжучих і
дрібних мінеральних заповнювачів.
Вироби з щільного силікатного бетону виготовляють переваж-
но для транспортного, промислового та сільського будівництва. Но-
менклатура виробів включає: залізничні шпали, тюбінги для тунелів
метро і шахтного будівництва, площадки та колони, балки, прогони,
сходові марші тощо.
Для виготовлення виробів застосовують дрібнозернисті силікат-
ні бетони з використанням як заповнювача кварцового піску. Серед-
ня густина такого бетону становить 1800...2500 кг/м3, марки за міц-
ністю — від МІ00 до М400, але можна одержати бетони й вищої
міцності при стиску — до 80 МПа (за рахунок збільшення дисперс-
ності та кількості тонкомеленого піску у в’яжучій речовині, макси-
мального ущільнення суміші при формуванні та відповідного режи-
му автоклавування).
На відміну від аналогічного цементного бетону, дрібнозернис-
тий силікатний бетон має менший на 30% модуль пружності та в
1,5...2 рази меншу повзучість. Він також є менш водостійким (кое-
фіцієнт розм’якшення повинен бути не нижче 0,75), а морозостій-
кість може бути підвищена до Р200 і більше циклів за рахунок зни-
ження формувальної вологості суміші та вибору оптимального
режиму віброущільнення. Через слабку лужність середовища коро-
зійна стійкість арматури в силікатному бетоні нижча, ніж у цемент-
ному. Вона надійно забезпечується тільки при вологості повітря до
60%. При вологому та змінному режимах експлуатації арматуру в
конструкціях із щільного силікатного бетону треба захищати анти-
корозійними покриттями. Вироби з щільного силікатного бетону не
рекомендується застосовувати для влаштування фундаментів та ін-
ших конструкцій, що експлуатуються в умовах високої вологості.
Вироби та матеріали, відомі як силікатні, виготовляють форму-
ванням зволоженої суміші вапняних в’яжучих та кварцового піску
або інших заповнювачів із наступною термічною обробкою в авто-
клаві.
395
Автоклав — це спеціальне герметично закрите обладнання, яке
дозволяє створювати специфічні умови твердіння матеріалів у сере-
довищі насиченої пари при різних значеннях температури та тиску.
У промисловості будівельних матеріалів використовують автоклави
різної конструкції діаметром 2,0 чи 3,6 м і завдовжки 17...40 м, які
герметично закриваються з торців кришками за допомогою спеціа-
льних механізмів.
При твердінні силікатних виробів під час їх автоклавної оброб-
ки, що передбачає одночасну дію підвищеного тиску і температури,
відбувається реакція взаємодії між гідроксидом кальцію та кремне-
земистим компонентом за схемою:
/?Са(ОН)2 + 8іО2 + шН20 -> /?СаО • 8іО2 • (/77+1)Н2О.
Синтезовані гідросилікати кальцію різного складу відіграють
роль цементуючої речовини, яка зв’язує зерна заповнювача в міцний
і водостійкий штучний камінь.
Після автоклавування силікатні вироби з часом, при висиханні та
частковій карбонізації, набувають підвищеної щільності, міцності і
водостійкості:
Са(ОН)2 + СО2 = СаСОз + Н2О.
Дрібноштучні силікатні вироби (цеглу та камені) виготовля-
ють із використанням вапна, що швидко гаситься. На більшості віт-
чизняних заводів для виробництва силікатної цегли і каменів вико-
ристовують вапняно-кремнеземисті в’яжучі композиції, одержані
одночасним помелом грудкового вапна та піску при співвідношенні
компонентів, близьким до 1:1 за масою.
Кварцовий пісок, який використовують як компонент в’яжучої
речовини і дрібний заповнювач, має містити не менш як 70% крем-
незему та не більш як 10% глинястих домішок, надлишкова кіль-
кість яких підвищує водопоглинання, знижує міцність і морозостій-
кість готових виробів.
При виробництві силікатної цегли та каменів перемішана зволо-
жена суміш, що складається з в’яжучої речовини і дрібного запов-
нювача, надходить до силосів чи реакторів, де її витримують до по-
вного гашення вапна протягом 1...4 год.
Пресують вироби під тиском 15...20 МПа із суміші (вологістю
5...9%), що містить 92...94% кварцового піску та 6...8% повітряного
вапна (у перерахунку на активний СаО). Укладають сирець на візки,
які потім завантажують в автоклав.
396
Твердіння відформованих виробів відбувається у середовищі на-
сиченої водяної пари в автоклавах при тиску 0,8... 1,6 МПа. Підій-
мання тиску пари в автоклаві до максимального триває 1,5...2,0 год,
ізотермічне витримування при температурі 175...200°С — 4...8 год,
зниження тиску пари й температури — 2...4 год. Таким чином,
увесь цикл автоклавної обробки становить 8... 12 год.
Стандартом (ДСТУ Б В.2.7-80:2008) передбачено випуск одина-
рної (250x120x65 мм), потовщеної (250x120x88 мм) силікатної цег-
ли чи порожнистих каменів (250x120x138 мм). За міцністю силікат-
ну цеглу та камені поділяють на марки: М75; М100; М125; М150;
М200; М250; М300; при цьому лицьові вироби повинні мати марки:
цегла — не менше МІ25 і камені — не менше МІ00.
За середньою густиною силікатні вироби поділяють на три
групи: з
1) легкі із середньою густиною не більш 1450 кг/м ;
2) полегшені із середньою густиною 1451... 1650 кг/м3;
3) важкі із середньою густиною понад 1650 кг/м3.
За морозостійкістю силікатну цеглу та камені поділяють на мар-
ки Р150, Р25, Р35 і Р50; морозостійкість лицьових виробів має бути
не нижчою за Р25. Втрата міцності зразків цегли та каменів при стис-
ку після випробування їх на морозостійкість не повинна бути біль-
шою ніж 25% для рядових виробів і 20% — для лицьових. Водопог-
линання цегли та каменів має бути не менш як 6%.
Сучасна технологія силікатної цегли і каменів характеризується
високим рівнем механізації та автоматизації, удвічі меншими витра-
тами палива і втричі — електроенергії, та в 2,5 рази меншою трудо-
місткістю, ніж виробництво керамічної цегли, внаслідок чого собівар-
тості силікатної цегли та каменів на 25...35% нижчі, ніж керамічних.
Використовують силікатну цеглу і камені для зведення кам’яних
і армокам’яних конструкцій у надземній частині будівель із нормаль-
ним та вологим режимами експлуатації. Не підходить силікатна цег-
ла для влаштування фундаментів і цоколів будівель нижче гідроізо-
ляційного шару, які зазнають впливу ґрунтових і стічних вод. Також
недопустимо використовувати силікатну цеглу та камені для муру-
вання стін будівель із мокрим режимом експлуатації (лазні, пральні,
пропарювальні відділення) без спеціальних заходів захисту стін від
зволоження.
Під час тривалої дії високих температур (понад 500°С) силікат-
на цегла руйнується внаслідок дегідратації гідросилікатів кальцію
і залишкового портландиту, тому вона не придатна для муруван-
ня печей.
397
Для досягнення архітектурної виразності фасадів будівель іноді
застосовують лицьову та кольорову силікатну цеглу чи камені. Ви-
роби повинні тривалий час зберігати своє забарвлення під дією со-
нячного світла, при навперемінному зволоженні й висиханні, замо-
рожуванні й відтаванні.
Відомі такі способи виготовлення кольорової силікатної цегли:
забарвлення силікатної суміші у масі перед формуванням сирцю;
нанесення кольорової пасти чи суспензії на відформований сирець;
забарвлення запареної цегли кольоровими розчинами солей; нане-
сення легкоплавких кольорових глазурей, лаків, емалей на запарену
цеглу.
Найбільш поширеним на практиці є метод забарвлення виробів у
масі. Він передбачає використання для забарвлення силікатної су-
міші лугостійких пігментів у кількості 0,1...5,0% за масою. При цьо-
му пігмент можна вводити до в’яжучої речовини під час її помелу
або безпосередньо в силікатну суміш (до чи після гашення). Витрата
пігменту залежить від його барвної здатності, потрібної інтенсивно-
сті забарвлення цегли.
Для забарвлення можна використовувати неорганічні пігменти
(жовтий та червоний залізооксидні, вохру, оксид хрому, шунгіт, пі-
ролюзит, залізну лазур), деякі відходи промисловості (піритні недо-
гарки, золу ТЕС, сажу, пил газоочищення), а також органічні пігмен-
ти (блакитний і зелений фталоціанінові).
Кольорову силікатну цеглу застосовують: для облицювання фа-
садів житлових та громадських будівель; для виконання декоратив-
них панно й інших архітектурних деталей у поєднанні з незабарвле-
ною лицьовою силікатною цеглою; для оздоблення внутрішніх стін
громадських будівель.
Технологія виготовлення силікатної цегли дозволяє здійснювати
ефективну утилізацію деяких вторинних продуктів та відходів, що
містять кремнезем (ДСТУ Б А. 1.1-26-94), при цьому досягається не
тільки економічний ефект, але й покращується екологічний стан нав-
колишнього середовища.
Вапняно-шлакову цеглу (ДСТУ Б В.2.7-36:2008) виготовляють із
суміші вапна і гранульованого металургійного шлаку. Кількість вап-
на у суміші за об’ємом становить 3... 12%, а шлаку — 88...97%.
Замінюючи шлак паливною золою ТЕС чи ДРЕС, виготовляють
вапняно-зольну цеглу. Склад формувальної суміші у цьому випадку
за об’ємом: вапна 20...25% і золи 75...80%. Для виготовлення вап-
няно-шлакової та вапняно-зольної цегли застосовують таке саме
технологічне обладнання, що і для виробництва силікатної цегли.
398
Середня густина шлакової та зольної цегли становить
1400... 1600 кг/м3, теплопровідність — 0,5...0,6 Вт/(м-К). За міцніс-
тю при стиску така цегла поділяється на три марки: 25, 50, та 75. За
морозостійкістю вапняно-шлакова цегла не поступається силікатній,
а морозостійкість вапняно-зольної є дещо нижчою. Вапняно-шла-
кову й вапняно-зольну цеглу використовують при зведенні стін бу-
динків висотою не більше трьох поверхів та для мурування стін вер-
хніх поверхів багатоповерхових будинків.
Ніздрюваті вироби (газо- і піносилікати) (ДСТУ Б А. 1.1-41-94)
поділяють на теплоізоляційні, середньою густиною до 500 кг/м3, що
застосовують для утеплення будівельних конструкцій (стін, покрит-
тів), теплових установок (печей, котлів); конструкційно-теплоізоля-
ційні — середньою густиною 500...900 кг/м3, міцністю 2,5...7,5 МПа —
в конструкціях зовнішніх стін у вигляді великих стінових блоків та
панелей; конструкційні, середньою густиною 900... 1200 кг/м3, міц-
ністю 7,5...20,0 МПа, які випускають армованими у вигляді панелей
перекриттів і покриттів.
Вироби з ніздрюватих силікатних бетонів ефективніші, ніж ана-
логічні за призначенням вироби з легких бетонів на пористих запов-
нювачах (теплопровідність 0,10...0,45 Вт/(м-К), морозостійкість по-
над 15 циклів).
Для виробництва піносилікатних виробів застосовують мелену
вапно-кипілку із вмістом активного СаО не менше 70%. Чим вища
активність вапна і тонкіший помел, тим менше його необхідно для
приготування піносилікату. Зазвичай вапна беруть 15...20% від ма-
си сухої суміші. Крім кварцового піску, як заповнювач можна вико-
ристовувати металургійний гранульований шлак, золу, маршаліт,
трепел, діатоміт та інші матеріали, що містять кремнезем.
Із теплоізоляційного піносилікату виготовляють термовкладиші,
які використовують для утеплення стін, а також плити, сегменти та
короби для ізоляції теплопроводів та інші теплоізоляційні вироби.
Для мурування несучих стін малоповерхових будинків застосо-
вують дрібні офактурені блоки середньою густиною 600...700 кг/м3
із конструкційно-теплоізоляційного піно- і газосилікату. Піно- та га-
зосилікат із середньою густиною — 900...1100 кг/м3 і міцністю при
стиску — 6... 10 МПа застосовують при виготовленні великорозмір-
них виробів для зовнішніх (ГОСТ 11118) та внутрішніх стін (ГОСТ
19570), перекриттів житлових будинків, перегородок тощо.
Для покриттів промислових споруд застосовують конструкцій-
ний піно- і газосилікат при виготовленні армованих прямокутних
плит. Такі плити порівняно зі звичайними залізобетонними не по-
399
требують теплоізоляції і в той же час достатньо міцні та довговічні,
їх укладають поверх залізобетонних чи металевих прогонів, а зверху
вимощують шаром гідроізоляційних рулонних матеріалів.
8.7. Армовані бетони та вироби на їхній основі
Для розширення конструкційних можливостей бетону викорис-
товують його армування, що дозволяє отримувати різні види компо-
зиційних матеріалів із поліпшеними фізико-механічними та експлу-
атаційними характеристиками.
Залізобетон — композиційний будівельний матеріал. Власти-
вості залізобетону зумовлені спільною роботою матриці — бетону
та армувального компонента — стальної арматури.
Бетон здатний чинити опір стискувальним навантаженням, проте
відрізняється низькою міцністю при розтягу, яка становить 1/10...1/12
міцності при стиску. Сталь характеризується високою міцністю при
розтягу, і тому в залізобетоні її розташовують так, щоб вона сприй-
мала розтягувальні зусилля, а стискувальні передавалися на бетон.
Можливість спільної роботи стальної арматури та бетону зумовлена
міцним зчепленням між ними і майже однаковими температурними
коефіцієнтами лінійного розширення при зміні температури в інтер-
валі від 0 до 80°С (для бетону цей коефіцієнт становить 10 • 10'6 К1,
а для сталі — 12 • ІО ^К'1).
Для захисту арматури від корозії та дії вогню (при пожежі), а та-
кож забезпечення її надійного зчеплення із бетоном необхідно, щоб
товщина захисного бетонного шару була не менше 10...ЗО мм, а при
експлуатації залізобетону в агресивному середовищі — навіть ще
більше.
Застосування залізобетону у промислових масштабах почалось
наприкінці XIX ст. і пов’язане з іменами Ж.Л. Ламбо (1848 р.),
Ж. Моньє (1849 р.), Хеннебика (1880 р.), Ж. Борденава (1889 р.),
Е. Коаньє (1892 р.), А. Бонна (1893 р.), Л. Консидера (1900 р.).
Поява нового матеріалу викликала справжню революцію у мис-
тецтві конструювання. Перші параболічні покриття із склепінь-обо-
лонок використані у 1910 р. (вокзал де Берсі у Парижі). Другий етап
значних змін у використанні залізобетону пов’язаний із появою по-
передньонапруженого бетону, ідея створення якого належить Фрей-
ссіне (будівництво у 1930 р. морського вокзалу в Гаврі).
Незважаючи на деякі недоліки залізобетону як конструкційного
матеріалу (висока власна маса виробів та конструкцій, значна тепло-
400
і звукопровідність), він має широке застосування завдяки високим
механічним властивостям, довговічності, вогнестійкості, гігієнічно-
сті, доступній сировинній базі при відносній простоті виготовлення
виробів, економії металу в деяких конструкціях, незначних експлуа-
таційних витратах, можливості створення на його основі різноманіт-
них архітектурних форм. Залізобетон впливає на формоутворення у
сучасній архітектурі завдяки пластичності і простоті виготовлення
елементів, широко використовується у просторових конструкціях у
вигляді тонкостінних оболонок, циліндричних сегментів, криволі-
нійних поверхонь тіл обертання (куля, гіперболічний параболоїд),
для створення різноманітних малих архітектурних форм (наприклад,
роботи Ле Корбюзьє).
Нові тенденції щодо більш широкого застосування залізобетону
пов’язані зі зменшенням його маси і наданням більшої декоративно-
сті його поверхні (застосування білого та кольорового цементів для
оздоблення поверхні, утворення фактури шляхом підбору виду та
гранулометрії заповнювача, механічна обробка поверхні).
За способом виготовлення залізобетонні конструкції поділяють
на монолітні та збірні.
Монолітні конструкції зводять безпосередньо на будівельному
майданчику, застосовують у будівлях і спорудах, які важко розділи-
ти на окремі стандартні елементи, при великій кількості типорозмі-
рів, нестандартності та малій повторюваності виробів і елементів
конструкцій, при необхідності надати архітектурної виразності спо-
рудам, при створенні гідротехнічних, меліоративних та транспорт-
них об’єктів, що витримують великі навантаження в процесі експлу-
атації.
Особливістю технології виготовлення монолітного залізобетону
є те, що основні технологічні операції (монтаж опалубки, укладання
арматури і бетонної суміші в опалубку, ущільнення, твердіння та
догляд за бетоном) здійснюють на місці проведення будівельних
робіт.
Застосування монолітного залізобетону доцільне при виконанні
робіт індустріальними методами, в тому числі при використанні ін-
вентарних металевих або дерев’яних опалубок (ковзких, перестав-
них, пересувних^) при зведенні башт, промислових труб, градирень,
силосів, багатоповерхових будівель і тонкостінних оболонок по-
криттів. Для бетонування багатоповерхових будинків найчастіше
використовують ковзку опалубку. Це просторова опалубна форма,
яка встановлюється за периметром стін і піднімається в міру їх бе-
тонування гідродомкратами.
401
Для монолітного залізобетону застосовують бетонні суміші пев-
ної консистенції, тобто для більшості монолітних залізобетонних
конструкцій легкоукладальність за осадкою конуса становить 1...3 см
(фундаменти, подпірні стінки, блоки масивів та ін.), або може дося-
гати 6...8 см — для конструкцій, що насичені арматурою (тонкі стін-
ки, плити, колони малого перерізу та ін.).
Досвід монолітного домобудування виявив техніко-економічні
переваги цього методу будівництва порівняно з цегляним і крупно-
панельним (зниження енерго- та матеріалоємності). Проте моноліт-
не бетонування потребує великої кількості ручної праці, збільшу-
ються строки будівництва та ускладнюється бетонування взимку.
Збірні залізобетонні вироби та конструкції виготовляють на
механізованих і автоматизованих підприємствах. Перевагою збірно-
го залізобетону, порівняно з монолітним, є істотне підвищення про-
дуктивності праці та якості будівництва, скорочення строків будів-
ництва, в тому числі і за рахунок використання великорозмірних
виробів та елементів конструкцій повної заводської готовності.
Основна частина робіт зі зведення будівель переноситься із бу-
дівельного майданчика на механізовані та автоматизовані підприєм-
ства, що випускають продукцію високої якості при мінімальних тру-
дових і матеріальних витратах. Особливо ефективним є застосу-
вання збірного залізобетону при мінімальній кількості типорозмірів
виробів, великому об’ємі їх виготовлення, мінімальних відстанях
перевезення (до 200 км).
Проте збірні залізобетонні конструкції мають значну масу і роз-
міри. що потребує потужного спеціалізованого підйомно-транспорт-
ного обладнання. Основними напрямами розвитку збірного залізо-
бетону є укрупнення конструктивних елементів, зниження матеріало-
та металомісткості, підвищення ступеня заводської готовності.
Збірні залізобетонні конструкції класифікують за видом арму-
вання, середньою густиною, видом бетону, внутрішньою будовою і
призначенням.
За видом армування залізобетонні конструкції бувають зі зви-
чайним армуванням та попередньонапружені. Звичайний спосіб ар-
мування, що передбачає укладання сталевих стрижнів, сіток чи кар-
касів у бетонну суміш, не перешкоджає утворенню мікротріщин у
зоні розтягування, тому що при навантаженні сталева арматура, гра-
нична розтяжність якої у 5...6 разів більша, ніж бетону, не бере на
себе повністю розтягувальні напруження. Тріщиноутворення, що
відбувається задовго до руйнування виробу, може призвести до ко-
розії арматури під дією вологи та газів. Ось чому застосування ви-
402
сокоміцної арматури не виправдане, оскільки не дає змоги повністю
використати її несучу здатність. Запобігти утворенню тріщин, які
збільшують прогин елементів конструкцій та підвищують загрозу
виникнення корозії відкритої арматури, можна за рахунок викорис-
тання попередньонапруженого залізобетону, тобто арматуру в цій
зоні піддають попередньому розтягуванню (напруженню). Такий
спосіб підвищення якості композиту було запропоновано ще напри-
кінці XIX ст., але впроваджений він був значно пізніше, при будів-
ництві багатопрогонних залізобетонних мостів і шляхопроводів із
малою стрілою підйому, а потім у тонкостінних просторових конст-
рукціях.
Для виготовлення попередньонапружених виробів потрібно ство-
рити у бетоні за всім перерізом (або лише в зоні розтягувальних
напружень) попереднє обтискування, яке перевищує напруження
розтягу, що виникає у бетоні під час експлуатації. Зазвичай поперед-
нє обтискування бетону становить 5...6 МПа, а при виготовленні
залізобетонних напірних труб — 10... 12 МПа. Обтискування досяга-
ється силами пружної післядії натягнутої арматури, що передаються
бетону за рахунок зчеплення арматури з ним або за допомогою ан-
керних пристроїв.
Попереднє натягування арматури можна виконувати до і після
бетонування конструкції. У першому випадку арматуру попередньо
розтягують, а після бетонування і затвердіння бетону її вивільняють
від натягу. У другому випадку залізобетонні вироби виготовляють із
поздовжніми каналами, де прокладають арматуру, яку розтягують, а
її кінці закріплюють спеціальними пристроями на торцях виробу.
Після цього канали заповнюють цементним розчином, щоб захисти-
ти арматуру від корозії.
Використання попереднього напруження дозволило значно збіль-
шити прогони залізобетонних конструкцій (у першу чергу, балоч-
них), знизити їх масу, скоротити (до 70 %) загальну витрату арматур-
ної сталі та складових матеріалів у бетоні, підвищити жорсткість,
тріщиностійкість, витривалість до багаторазових навантажень, а то-
му і довговічність залізобетону, знизити вартість будівництва. Архі-
тектурні залізобетонні конструкції набули витонченості, «легкості»,
зберігаючи при цьому характерну для бетонних споруд статичність і
монументальність. Прогони залізобетонних мостів 150...200 м і біль-
ше стали звичайним явищем.
Головним недоліком несучих і огороджувальних залізобетонних
конструкцій є висока власна маса — особливо при збільшенні габа-
ритів залізобетонних будівель. Так, при прогоні близько 300 м залі-
403
зобетонний міст стає важчим, ніж металевий, у 5 разів, збільшується
трудомісткість і вартість зведення конструкцій. Таким чином, ефек-
тивність використання цього матеріалу у висотних та багатопрогон-
них конструкціях різко знижується. Але разом з тим, висока вогне-
стійкість, жорсткість, технологічність зведення та інші переваги
залізобетонних конструкцій впливають на вибір і використання цьо-
го конструкційного матеріалу у будівництві.
За середньою густиною залізобетонні вироби, залежно від проект-
них вимог, можна класифікувати на вироби із особливо важких,
важких, полегшених, легких, особливо легких (теплоізоляційних)
бетонів.
За видом бетонних сумішей залізобетонні вироби поділяють на
вироби з цементних бетонів, силікатних, ніздрюватих, спеціальних
(хімічно стійких, декоративних, жаростійких тощо). Вироби можуть
бути виготовлені з одного виду бетону (одношарові) або з кількох
різних видів бетону (багатошарові).
Залізобетонні вироби одного виду можуть відрізнятися типороз-
мірами (наприклад, стіновий блок основний, кутовий, підвіконний
тощо). Вироби, що належать до одного типорозміру, розрізняють за
марками, залежно від армування, відмінностей у закладних деталях
та монтажних отворах.
За внутрішньою будовою залізобетонні вироби можуть бути су-
цільними, порожнистими та комбінованими. Іх отримують із засто-
суванням різних матеріалів (теплоізоляційних чи оздоблювальних).
За призначенням збірні залізобетонні вироби поділяють на виро-
би загального призначення, для житлових, громадських, промисло-
вих будівель; для споруд сільськогосподарського та гідротехнічного
будівництва.
Вироби для цивільного та промислового будівництва становлять
80% загального обсягу випуску збірного залізобетону. Залізобетонні
вироби масового виготовлення мають бути типовими та уніфікова-
ними, щоб їх можна було застосовувати у будівлях та спорудах різ-
ного призначення.
Вироби повинні маги максимальний ступінь заводської готовно-
сті, випускатися в закінченому, зібраному і повністю вкомплектова-
ному вигляді.
Виробництво збірного залізобетону в світі продовжує розвива-
тися та має своє майбутнє, що пов’язане з декількома причинами:
- в умовах стаціонарного виробництва краще забезпечується
стабільність якості продукції шляхом організації поопераційного
контролю;
404
- всі етапи виробництва краще піддаються автоматизації;
- сучасні полімерні матеріали, що використовуються для виго-
товлення форм, дозволяють суттєво розширити номенклатуру виро-
бів та збільшити кількість варіантів їх архітектурного оздоблення;
-застосування широкого спектра сучасних добавок дозволяє
спрощувати та скорочувати окремі етапи технології.
Прикладом доцільного та вдалого використання збірного залізо-
бетону є застосування у мостобудівництві при спорудженні мостів із
навісними сегментами. На сьогодні мости з прогонами до 50 м спо-
руджуються тільки зі збірних балкових конструкцій. Доцільною та-
кож є технологія збірного залізобетону для виготовлення архітектур-
них елементів багатоповерхових споруд. У заводських умовах є
можливість виготовлення архітектурних конструкцій за дво- або три-
стадійною технологією, причому їх декоративні властивості обумов-
лені утворенням різної текстури і фактури поверхонь, застосуванням
різноманітної кольорової гами, включаючи оздоблення з природного
каменю або кераміки.
Арматура — важливий компонент залізобетону. Це стальні стерж-
ні та каркаси і сітки, розміщені у масі бетону згідно з характером
роботи конструкції. У заводському виробництві частка арматури
становить майже 20% собівартості залізобетонних виробів.
Для армування залізобетонних конструкцій застосовують стерж-
ньову та дротяну арматуру зі сталі.
Стержньову арматуру поділяють на гарячекатану, яка не підда-
ється після прокатування зміцнювальній обробці, і зміцнену терміч-
ною обробкою чи витягуванням.
Залежно від основних механічних характеристик, стержньову
арматурну сталь поділяють на класи. Основним показником кожного
класу є значення мінімальної границі текучості сталі, яке вважається
нормативним опором арматури.
Прийняте позначення класів стержньової арматури А доповню-
ється індексами, які в разі потреби вказують спосіб виготовлення,
властивості чи призначення. Наприклад, термічно зміцнену стерж-
ньову арматурну сталь позначають Ат, термічно оброблену сталь —
А400С, А600С, сталь із підвищеною стійкістю проти корозійного
розтріскування під напруженням — А600К. Для класу А 240С за-
стосовують здебільшого вуглецеву сталь СтЗсп, СтЗпс, для вищих
класів (А500С, А600С) — низьколеговану сталь різних марок.
Арматуру класу А 240С виготовляють круглого перерізу із гладкою
поверхнею. Стальна арматура решти класів має періодичний профіль,
який забезпечує краще зчеплення та анкерування арматури у бетоні.
405
Арматурний дріт виробляють гладкого та періодичного профі-
лю діаметром 3...8 мм способом холодного волочіння. Його поділя-
ють на класи В-І, В-П і Вр-І, Вр-ІІ (літера «р» означає наявність пе-
ріодичного профілю).
У залізобетонних конструкціях як ненапружену арматуру зде-
більшого використовують стержньову стальну класів А 400, а та-
кож арматурний дріт Вр-І. До ефективних видів ненапруженої
арматури належать стержньова стальна класів А800, А 1000, ви-
сокоміцний дріт та арматурні канати з нього. Стержньову арма-
турну сталь діаметром до 10 мм поставляють на завод у мотках
(бухтах), а діаметром 10 мм і більше — у прутках завдовжки
5... 12 м або іншою замовленою довжиною. Арматурний дріт по-
ставляють у мотках.
Види збірних залізобетонних виробів. Проектуючи збірні залі-
зобетонні вироби, враховують такі вимоги: граничну масу елемен-
тів, їх розміри, форму і переріз, вид та спосіб армування, ступінь за-
водської готовності. За умовами транспортного і вантажопідйом-
ного обладнання довжина елементів, як правило, не перевищує 25 м,
ширина — 3 м і маса — 25 т.
Збірні залізобетонні вироби можуть бути лінійними (колони, ри-
гелі, балки, прогони, палі, ферми); площинними (плити покриттів та
перекриттів, панелі стін і перегородок, стінки бункерів та резервуа-
рів, підпірні стінки); блоковими (масивні блоки фундаментів, стіни
підвалів, огороджувальних конструкцій); просторові (об’ємні еле-
менти санітарних кабін, ліфтів, блок-кімнат, кільця криниць, короб-
часті елементи силосів). Із залізобетону виготовляють практично всі
частини житлових і громадських будівель (рис. 8.13).
Для фундаментів і підземних частин будівель використовують
фундаментні блоки, плити, балки, панелі тощо.
Фундаментні блоки — це прямокутні паралелепіпеди з важкого
бетону класу В10 (марки 150). Довжина блоків може досягати 3 м,
товщина — 40...60 см, висота — 60 см. Блоки мають лише монтаж-
ну арматуру.
Блоки стін підвалів — суцільні і порожнисті — виготовляють із
важкого бетону класів В7,5 і В10 у вигляді паралелепіпедів прямо-
кутної форми і таких розмірів: довжина — до 2,5 м, товщина — до
50 см і висота — 70 см.
До виробів для каркасів будівель належать колони і горизонталь-
ні в’язі — ригелі та прогони, якими з’єднують між собою колони,
зварюючи закладні металеві деталі. Ці вироби виготовляють із важ-
кого бетону класів В15...В40.
406
Рис. 8.13. Фрагмент одноповерхової промислової будівлі:
7 — фундаменти; 2 — колони зовнішнього ряду; 3 — фундаментна
балка; 4 — елементи стін; 5 — консолі колон; 6 — підкранова балка;
7 — панелі перекриття; 8 — балки перекриття; 9 — торцеві колони;
10— колони внутрішнього ряду
Стінові панелі за призначенням поділяють на панелі для зовніш-
ніх стін неопалюваних будівель із важких та легких бетонів класу
В15 та вище; для опалюваних будівель — одношарові із легких або
ніздрюватих бетонів і шаруваті з важкого бетону з теплоізоляційним
прошарком; для внутрішніх стін, виготовлені з важкого чи легкого
бетону класу, не нижче ніж В10; панелі перегородок, армовані та не-
армовані — із різних видів бетону. Панелі зовнішніх стін житлових
будівель можуть бути завдовжки 3600 і 7200 мм (на одну чи на дві кім-
нати), заввишки 2900 мм, завтовшки 400 мм, масою до 4 і 8 т, відповідно.
Щоб підвищити теплозахисні властивості та зменшити масу зов-
нішніх стін, застосовують тришарові панелі із внутрішнім теплоізо-
ляційним шаром пінополістиролу, мінеральної вати, ніздрюватого
бетону тощо. Товщина таких панелей зменшується до 30...40 см, а
маса знижується на 50%. Із фасадного боку панелі на заводі обли-
цьовують керамічною плиткою, покривають атмосферостійкими фар-
бами чи оздоблюють декоративними матеріалами.
Стінові блоки виконують суцільними та із внутрішніми пусто-
тами з легкого бетону середньою густиною до 1200 кг/м3. Блоки
мають конструктивну та монтажну арматуру і застосовуються для
407
зовнішніх та внутрішніх стін. Ззовні блоки покривають декоратив-
ними, а із середини — штукатурними розчинами.
Конструкції для міжповерхових перекриттів — настили і панелі
перекриттів (вироби шириною на всю кімнату звичайно називають
панелями, а вузькі — плитами).
Перекриття житлових та громадських будівель можуть бути із
порожнистих і суцільних ребристих плит. Порожнисті плити пере-
криттів виготовляють з круглими й овальними пустотами. Довжина
плит може бути 6, 9 та 12 м, ширина — 2,4 або 1,5 м, товщина — 22
або ЗО см. Ребристі плити мають П-подібний переріз і такі розміри:
довжина — 8,8 м, ширина — 1,5 м, висота — 40 см. Для великих
прогонів випускають ребристі плити типу 2Т завдовжки до 15 м, зав-
ширшки 3 м і заввишки 60 см. Плити виготовляють із важкого бето-
ну класів В15...В25 зі звичайним чи попередньо напруженим арму-
ванням. Панелі перекриттів можна випускати розмірами на кімнату.
Об'ємні елементи для житлових будівель випускають на одну чи
дві кімнати. Широко практикують у будівництві об’ємні блоки для
санітарно-технічних кабін та шахт ліфтів. Такі блоки або збирають
на заводі з окремих плоских елементів, або виготовляють моноліт-
ними у спеціальних об’ємних касетах. Блоки оснащені необхідними
санітарно- та електротехнічними пристроями, вбудованими меблями
та кухонним обладнанням.
Для промислових будівель застосовують конструкції, аналогічні
за номенклатурою конструкціям для цивільних будівель, проте вони
відрізняються розмірами, армуванням та конфігурацією.
Фундаменти під колони, які називають іноді башмаками, виготов-
ляють із розміром підошви до 2 м і заввишки до 1 м із бетону класів
В10...В25. У центрі фундаменту роблять заглиблення (стакан) для
встановлення колон. Башмаки армують зварними сітками.
Конструкції для каркасів будівель — це колони, підкранові бал-
ки, ферми та арки.
Колони можуть бути суцільними та гратчастими (двогілковими),
одно- та двоконсольними, безконсольними. їх виготовляють із квад-
ратним, прямокутним та тавровим поперечним перерізом розмірами
від 300x300 мм і більше із бетону класів В15...В40. Армують колони
зварними каркасами чи попередньонапруженою арматурою. Розроб-
лено попередньонапружені колони двотаврового та кільцевого пере-
різів для зменшення їх маси.
Підкранові балки виготовляють попередньонапруженими тавро-
вого перерізу завдовжки 5950 мм і двотаврового перерізу завдовжки
11950 мм із бетону класів В15...В40.
408
Балки покриттів виконують одно- та двоскатними прямокутно-
го, таврового та двотаврового перерізів із бетону з попередньонап-
руженою арматурою. Довжина балок становить 6. 9, 12 і 18 м.
Ферми та арки із бетону класів В30...В45 застосовують як несу-
чі елементи покриттів. Ферми можуть мати трапецоїдну, трикутну
чи криволінійну сегментну форми. їх використовують для будівель
із прогонами 18 і 24 м, а балки — для будівель із прогонами 6, 9, 12
і 18 м. Залізобетонними арками перекривають будівлі прогонів до 100 м
і більше. Арки виготовляють із суцільною чи гратчастою сіткою і,
як правило, збирають із двох піварок.
Оболонки, що використовують для покриттів, — це армовані
криволінійні плити завтовшки 3...4 см, обрамлені ребрами жорстко-
сті за периметром. Розмір оболонки 10x10 м.
Ребристі попередньонапружені плити покриттів використову-
ють для скатних та плоских покрівель. Випускають попередньонап-
ружені плити на прогін розмірами 3x18 і 3x24 м із полицею завтов-
шки 3 см (рис. 8.14). Вони бувають двох видів: склеписті — це
оболонки типу КЖС і плити з малоухильною плоскою полицею ти-
пу П. Плити поєднують у собі функції будівельних конструкцій та
плоских ребристих плит перекриттів.
Рис. 8.14. Попередньонапружені плити на прогін розмірами
3x18 та 3x24 м (для плит 3x24 м розміри визначено в дужках):
а — плита типу КЖС. б — плита типу П
До номенклатури виробів для багатоповерхових виробничих бу-
дівель входять елементи каркаса та перекриттів — колони, ригелі,
плити перекриттів, балки під технологічне обладнання, сходові ма-
рші, огороджувальні панелі та ін.
409
Вироби для інженерних споруд широко використовують у
транспортному, сільськогосподарському, гідротехнічному та інших
видах будівництва.
Вироби для транспортного будівництва — це мостові констру-
кції, опори контактної мережі електрифікованих залізниць, шпали,
тюбінги, плити покриттів доріг та аеродромів, блоки опорядження
тунелів тощо. Здебільшого їх виготовляють із важких бетонів класів
В25...В40 і вище із попередньонапруженою арматурою. Крім висо-
кої міцності, до бетону ставлять підвищені вимоги щодо морозо-
стійкості і водонепроникності
Для споруд водогосподарського призначення використовують бе-
тонні та залізобетонні труби. Труби діаметром 10...60 см і більше,
завдовжки 1...2 м виготовляють за спеціальною технологією. їх ви-
користовують для безнапірних водоводів та каналізації. Безнапірні
та напірні труби виготовляють діаметром 59... 120 см і більше завдовж-
ки 4...6 м.
Вироби для сільськогосподарських споруд виготовляють із важ-
кого бетону. Це елементи збірних силосних ям, башт, траншей, а та-
кож деталі каркаса теплиць тощо. Вироби для гідротехнічного будів-
ництва мають широку номенклатуру: балки, балкові плити пере-
криттів, фундаментні плити, підпірні елементи річкових набереж-
них, оболонки тощо. їх виготовляють із важкого бетону класів
В15...ВЗО і вище, до якого ставлять підвищені вимоги щодо морозо-
та водостійкості. Крім того, заводи збірного залізобетону випуска-
ють широку номенклатуру виробів різного призначення: збірні ко-
лодязі та колектори, стояки під світильники, збірні огорожі тощо.
Виготовлення збірних залізобетонних виробів та конструкцій
здійснюється на заводах за трьома принциповими схемами.
Перша схема передбачає отримання виробів у стаціонарних не-
переміщуваних формах (стендовий та касетний способи), при цьому
всі технологічні операції виконують на одному місці.
За другою схемою виготовлення виробів здійснюється у формах, що
переміщуються, при цьому окремі технологічні операції виконують на
спеціальних постах. Розрізняють конвеєрний (із максимальним розчле-
нуванням технологічних операцій) та потоково-агрегатний способи
(кілька операцій виконуються на одному посту). Існують двоярусні
стани для виготовлення збірних залізобетонних виробів: на верхньо-
му ярусі відбувається формування виробів та попереднє твердіння бе-
тону в щілинній камері, на нижньому ярусі — дозрівання бетону.
За третьою схемою вироби отримують на стані М.Я. Козлова з
використанням безперервного формування (вібропрокатування) їх.
410
Стан має металеву стрічку, що безперервно рухається із швидкістю
25 м/год, де за допомогою вібрування і прокатування формуються
вироби, які далі подають у зону теплової обробки протягом 2 год.
Технологія виготовлення залізобетонних виробів та конструкцій
передбачає такі основні операції, що виконуються послідовно: під-
готовку складових матеріалів і бетонної суміші; виготовлення арма-
тури; армування виробів; формування (укладання бетонної суміші
та ущільнення); твердіння виробів (найчастіше, в умовах тепловоло-
гої обробки); оздоблення лицьової поверхні виробів.
Ущільнення бетонної суміші зазвичай виконують із використан-
ням вібрування.
Формування виробів спеціального призначення має свої особли-
вості. Так, для виготовлення труб та опор ліній електропередач за-
стосовують центрифугування, яке полягає в тому, що рухома бетон-
на суміш, завантажена у форму, піддається швидкому обертанню
(швидкість 80... 150 хв-1 із поступовим її збільшенням до 800... 1000 хв'1).
Розподіл та ущільнення бетонної суміші, яка характеризується осад-
кою конуса 7... 10 см, відбувається під дією відцентрової сили та віб-
рування, спричиненого струшуванням форми у процесі обертання. Цей
спосіб дає можливість виготовляти вироби високої щільності (водопог-
линання не більше 3%), міцності (40...60 МПа) та довговічності.
Для формування виробів невеликого розміру з метою одержання
бетону особливо щільного та міцного при мінімальній витраті цемен-
ту (100... 150 кг/м3) застосовують пресування. В технології збірного
залізобетону цей метод використовують як додатковий спосіб ущіль-
нення бетонної суміші при її вібруванні. Виконують вібропресуван-
ня плоскими та профільними штампами. Так формують сходові ма-
рші, деякі види ребристих панелей. Різновидом пресування є прока-
тування.
Вакуумування — це спосіб ущільнення, при якому у бетонній
суміші створюється розрядження до 0,7...0,8 МПа, що сприяє вида-
ленню зайвої води та повітря, втягнутого у процесі приготування
суміші. Вакуумування часто поєднують із вібруванням. Товщина
шару суміші, яку можна піддати вакуумуванню, не повинна пере-
вищувати 12... 15 см. Цей спосіб застосовують для підвищення щіль-
ності поверхневого шару конструкцій.
Твердіння бетонних та залізобетонних виробів у заводських умовах
при звичайній температурі (15...20°С) вважається нераціональним.
Для прискорення твердіння виробів застосовують теплову оброб-
ку: пропарювання в камерах при нормальному тиску та температурі
до 95°С; пропарювання в автоклавах при температурі 175...200°С і
411
тиску пари 0,8...1,2 МПа; електропрогрівання; контактне прогріван-
ня у формах; твердіння у басейнах із гарячою водою; обігрівання
променистою енергією; гаряче формування.
Відповідність готових залізобетонних виробів вимогам стандар-
ту перевіряють визначенням фактичної міцності бетону при стиску,
якості армування та товщини захисного шару, водонепроникності
(для бетонних труб), вибірково (для партії виробів) — тріщиностій-
кості та жорсткості.
Подальший розвиток у галузі виготовлення та підвищення ефек-
тивності застосування залізобетону пов’язаний із істотним знижен-
ням його маси за рахунок використання легких, у тому числі нізд-
рюватих бетонів, із застосуванням високоміцних бетонів класів В60
та вище (для несучих конструкцій); збільшенням випуску поперед-
ньонапруженого залізобетону; широким упровадженням ефективних
тонкостінних залізобетонних і армоцементних конструкцій; підви-
щенням якості вихідних матеріалів; удосконаленням технології за-
водського виробництва виробів і методів зведення збірних та моно-
літних конструкцій. Також не повною мірою розкриті естетичні
можливості залізобетону, що реалізуються за рахунок здатності ма-
теріалу до формоутворення та можливості зміни кольору, фактури і
текстури.
Трубобетон є різновидом залізобетону. У ньому металева труба,
заповнена бетоном, виконує одночасно функції арматури (як по-
вздовжньої, так і поперечної) та опалубки, що значно спрощує ви-
конання робіт і поліпшує умови праці, особливо при зведенні висот-
них та багатопрогонних споруд. Завдяки трьохосьовому напруже-
ному стану, несуча здатність та деформативність трубобетонних
елементів при повздовжньому стиску збільшується і зростає опір
сейсмічним впливам.
Порівняно зі звичайними залізобетонними конструкціями з од-
наковими несучою здатністю і витратою металу розмір перерізу
трубобетонних елементів може бути знижений приблизно в 2 рази, а
порівняно з металевими конструкціями однакової несучої здатності
витрата металу для трубобетонних елементів зменшується приблиз-
но на 50%.
Для заповнення труб використовують рухомі бетонні суміші, що
містять суперпластифікатор і характеризуються осадкою конуса
приблизно 16 см. Бетонна суміш безперервно подається насосами і
ущільнюється тільки у верхній частині за допомогою вібраторів. Зов-
нішня поверхня труб може бути покрита шаром вогнезахисної ізо-
ляції.
412
Зазвичай для зведення колон висотних будівель використовують
металеві труби — найефективніший вид арматури для стиснутих
бетонних елементів завтовшки від 10 до 20 мм. Бетони застосовують
як звичайні (міцністю ЗО...40 МПа), так і високоміцні (міцністю бі-
льше 60 МПа). Останні більш доцільні для зведення багатоповерхо-
вих будівель та мостів.
Дисперсноармований бетон виник як альтернатива залізобето-
ну, особливо в разі його застосування для тонкостінних конструк-
цій. Різновидами цього бетону є фібробетон, сталефібробетон, скло-
цемент, азбестоцемент.
Фібробетон є перспективним конструкційним матеріалом для
багатоцільового застосування у будівництві, в якому як армувальний
компонент використовують фібри (короткі або перервні волокна),
що рівномірно розподіляються в об’ємі бетонної матриці. Для дис-
персного армування придатні різні види металевих та неметалевих
волокон мінерального й органічного походження.
Фібробетони (РКС — РіЬег Кеіп/огсесі Сопсгеіе) — композити, в
яких бетонна матриця армована волокнами з метою підвищення міц-
ності при згині, тріщиностійкості, ударної в’язкості, зносо-, термо-
та корозійної стійкості.
Армувальні матеріали представлені металевими, мінеральними і
органічними волокнами у вигляді безперервних структур (сіток,
тканин та інших подібних матеріалів) або коротких відрізків воло-
кон — фібр.
Зміцнювальна дія волокон обумовлена тим, що більш міцні і жорст-
кі стосовно матриці волокна, несуть у композиційному матеріалі ос-
новну частину навантаження, якщо їх частка в матриці перевищує
певну критичну величину, що визначається експериментально-роз-
рахунковим методом з урахуванням характеристик вихідних мате-
ріалів.
Велике значення також має відношення модуля пружності во-
локна до модуля пружності матриці, що полегшує передачу напру-
ження від матриці до армувального компонента. При відношенні
модулів пружності волокна та бетону > 1 отримують компози-
ційні матеріали з підвищеною міцністю на розтяг та тріщиностій-
кістю, а при Ев/Еб < 1 — досягається збільшення ударної міцності та
зносостійкості.
Підвищення зчеплення волокна з матрицею досягається за раху-
нок застосування спеціальних фібр періодичного профілю або нане-
сенням на волокна спеціального покриття (апрету), що підвищує йо-
го адгезійні властивості. Так, наявність на поверхні волокон гачків
413
значно підвищує зчеплення їх із бетоном і дозволяє збільшити міц-
нісні показники матеріалу майже в 3,5 рази (рис. 8.15).
Рис. 8.15. Залежність міцності при згині зразків бетону
від конфігурації армувального компонента:
1 — короткі скривлені волокна; 2 — пружиноподібні волокна, 3 —
короткі прямі волокна
Види та характеристика волокон, що застосовуються для дис-
персного армування композиційних матеріалів, наведено у табл. 8.9.
Для отримання високоміцних композицій потрібно, щоб волокна
мали однакову міцність, а їх пружність була вищою за пружність
матричного матеріалу. Вони повинні не втрачати міцність під час
виготовлення матеріалу, мати добре зчеплення з матрицею, рівномір-
но розподілятись по всьому об’єму виробу та бути хімічно інертни-
ми стосовно матриці.
Крім того, волокна повинні мати достатню довжину, малий діа-
метр і гнучкість (фібра не повинна бути крихкою, щоб не руйнува-
тись при перемішуванні), високий модуль пружності (часто більше
модуля пружності цементного каменю), високу міцність при розтя-
гу, добре зчеплення з цементним тістом та розчином, стійкість до
агресивних впливів цементу та навколишнього середовища, низьку
токсичність, невисоку вартість.
Армування в’яжучих матеріалів волокнами дозволяє підвищити
міцність цементного каменю при розтягу та згині на 50...240%. Міц-
ність при стиску може бути підвищена на 90% для цементного роз-
чину і на 15% для бетону. Ударна в’язкість, опір стиранню, моро-
зостійкість бетонів при армуванні волокнами може зростати на
200...300%.
414
са
(Я
о
я
5
5
Я
о
І
я
я
Вогнестій- кість, °С 150 150 1450 250 250 150 400... 1600 800 1500
Видовження при розриві, % сп 3...10 0,6 16...20 10...23 10 ся сп 3
Модуль пружності, МПа - 103 1 4,9 68,0 4,2 8,4 о ос 4 1,4...4,2 2,1 245 70...80 200
МІЦНІСТЬ при розтягу, МПа - 10’ 0,8 О 4 о о гп >4 О о ос о • о 0,73...0,78 0,4...0,77 О 0,21...0,42 2,0 1,05...3,85 0,8...3,15
Діаметр, мкм 10...50 10...50 о гп 4 о 10...500 10...500 10...500 10...500 10...500 5...10 5...20 5...500
Середня густина, г/см’’ 1,5 2,6 1,4 о о 0,95 1,1 2,0 2,6 7,8
Матеріал Сизаль Бавовна Азбест Нейлон Поліефір Поліпропілен Поліетилен Акрил Вуглець Скло Сталь
Види волокон природні органічні Природні неорганічні Штучні органічні (полімерні) ... .... Штучні неорганічні
415
Доцільні галузі застосування різних видів волокон наведено у
табл. 8.10.
Таблиця 8.10
Застосування різноманітних волокон (за Р.Фельдманом)
Тип волокна Галузі застосування
Скляне Збірні панелі, облицювання стін, каналізаційні труби, тонкі бетонні покриття покрівель, суха штукатурка для бетонних блоків
Сталеве Ніздрюваті бетонні елементи покриттів, дорожні покриття, мостові настили, вогнетривкі матеріали, бетонні труби, зліт- но-посадкові смуги аеродромів, об’єкти, що витримують ви- сокий тиск, вибухостійкі споруди, основи верстатів, портові споруди, облицювання тунелів, конструкції корабельних кор- пусів
Поліпропіленове Нейлонове Фундаментні палі, попередньо напружені палі, облицювальні панелі, плавучі елементи для проходів та причалів у портах, дорожній ремонтний матеріал, обважнювані для підводних труб
Азбестове Вогнетривкі та теплоізоляційні матеріали, каналізаційні тру- би, гофровані (хвилясті) і плоскі покрівельні листи, багато- пустотні панелі, електроізоляційні дошки та вироби спеці- ального призначення
Вуглецеве Поліамідне Гофровані (хвилясті) елементи перекриттів, одинарні і по- двійні скривлені мембранні структури, корпуси човнів, на- стили будівельних лісів
Бамбукове Будівельні настили
Склад композицій і способи укладання бетонної суміші залежать
від матеріалу волокон, які застосовуються. Як правило, армувальний
компонент додають у кількості 1...4% за об’ємом до добре гомогені-
зованої бетонної суміші, в складі якої обмежена максимальна круп-
ність заповнювача (10 мм), а витрата цементу становить 400...500 кг/м3.
Для покращення легкоукладальності до таких сумішей додають пла-
стифікатори.
Фібробетон формують різними методами: центрифугуванням,
розпиленням, екструзією, прокатуванням, литтям під тиском, вібру-
ванням та ін. До перспективних методів отримання належать забриз-
кування під тиском (подібно до торкретування) з одночасним пода-
ванням волокон на великій швидкості. Розпилення суміші і волокон
виконують у декілька проходів, що забезпечує однорідний розподіл
волокон як за всією площею, так і за товщиною виробів.
416
Фібробетони на поліпропіленових волокнах розроблені в інженер-
ній лабораторії армії США і початково призначались для захисних
оболонок паль, а також бетонних плит покриттів. На цей час волок-
на застосовують у конструкційному бетоні для морських споруд
(укріплень), мостів та водосховищ, а також у збірному бетоні та тор-
крег-бетоні. Нові розробки включають антибактеріальний бетон,
«тонкий» бетон для покриття асфальтованих доріг, «шорсткий» бе-
тон з оголеним заповнювачем та бетон із низькою здатністю до ви-
бухового відколювання при дії вогню.
Кількість та тип волокна, що додається до бетонної суміші, за-
лежать від вимог проекту. Зазвичай додають 0,1% за об’ємом або
0,6...0,9 кг волокна на 1 м3 бетону. Для зручності використання волок-
на постачають у мішках, здатних до розчинення, масою по 0,6...0,9 кг.
Такий мішок подають у змішувач на бетонному заводі або безпосеред-
ньо в автобетономішалку. Достатнім є 5 хв перемішування для рівно-
мірного розподілу волокон в об’ємі бетонної суміші.
Введення 0,1... 1 % поліпропіленових волокон за об’ємом позитив-
но впливає на якість бетонної суміші та готової продукції: підвищу-
ється однорідність бетонної суміші та зменшується її здатність до
розшарування (відповідно полегшується подача бетонної суміші при
перекачуванні насосом); бетон набуває здатності до деформації без
руйнування при тужавленні, що запобігає утворенню мікротріщин у
середині затверділого бетону та гальмує розширення поверхневих
тріщин, які виникають при пластичній усадці.
Поліпропіленові волокна для бетону можна застосовувати у ба-
гатьох галузях. Поряд із такими спорудами, як мости, водосховища
та стінки набережних, його використання ефективне у бетонних
плитах покриттів, особливо для заміни вторинної дротяної армату-
ри. Простота дозування, усунення сталевої арматурної сітки і лег-
кість вивантаження роблять укладання бетонної суміші з поліпропі-
леновими волокнами більш швидким та економічним.
Переваги торкрет-бетону з поліпропіленовими волокнами зумов-
люються підвищеною однорідністю бетонної суміші, що позитивно
впливає на якість процесу укладання. Із введенням поліпропілено-
вих волокон зменшується випадкове пошкодження при розпалуб-
ленні і транспортуванні бетону, знижується проникність, а відповід-
но, і можливість виникнення корозії.
Сталефібробепгон, або бетонну суміш із добавками стальних
волокон, отримано у 1923 р. у Франції. Тоді був запропонований
армоцемент, в якому армувальними елементами були тонкі сітки.
417
Зазвичай для армування застосовують волочений дріт із м’якої
сталі діаметром 0,1...0,5 мм, подрібнений на відрізки завдовжки
10...50 мм.
Стальна фібра характеризується високою міцністю при розтягу і
підвищеним модулем пружності. Її температурний коефіцієнт ліній-
ного розширення такий самий, як і цементного каменю. Стальним
волокнам властива підвищена вогнестійкість, але вони зазнають
впливу корозії.
Для запобігання корозії здійснюють заходи щодо покриття ста-
левого дроту смолами, а в окремих випадках, коли розчин повинен
витримувати високу температуру, застосовують фібру зі сталі, що не
піддається дії іржі.
Кількість волокон у суміші досягає 1 ...2,5% за об’ємом розчину
(бетонної суміші) або 3,5...9% за масою, що становить 80...200 кг
фібри на 1 м3 суміші.
Для забезпечення рівномірного розподілу волокон їх вводять до
бетонної суміші в останню чергу (безпосередньо у бетонозмішувач).
При дисперсному армуванні можливе сплутування волокон — утво-
рення «їжаків». Це явище може відбуватися у випадках, якщо вміст
фібри перевищує 2% за об’ємом, при надто високому відношенні
довжини волокон до діаметра, при тривалому перемішуванні, а та-
кож при високому вмісті крупного заповнювача.
Дисперсне армування дає змогу збільшити міцність бетонів при
розтягу та згині у 2...3 рази, при цьому міцність при стиску зростає
тільки на 10...30%, але значно підвищуються границя стомлюванос-
ті, зносостійкість та опір механічним і тепловим ударам.
Склоцемент — матеріал, отриманий на основі цементу та скло-
волокна, в складі якого, на відміну від фібробетону, відсутній круп-
ний заповнювач.
Скляні волокна за хімічним складом поділяють на три типи:
тип А — волокна лужні, синтезовані на основі оксидів натрію і
кальцію, містять велику кількість лугів (більше 10% за масою);
тип Е — волокна безлужні, боросилікатні, синтезовані на основі
оксидів кальцію і алюмінію, містять 5... 10% В2О3 і до 2% /?2О (за
масою);
тип С — волокна малолужні, містять невелику кількість Т?2О (до
10% за масою) і добавки 2гО2, ВаО, МП3О4, що сприяють підвищен-
ню їхньої хімічної стійкості.
Однією із найгостріших проблем, яка виникає при створенні
склоцементних композиційних матеріалів, є хімічне сполучення
скловолокнистої арматури та цементної матриці. Агресивність це-
418
ментної матриці до скловолокна можна істотно знизити за рахунок
додавання до портландцементу активних мінеральних добавок, що
зв’язують вільний Са(ОН)2.
Границя міцності армованих зразків при осьовому розтягу (неза-
лежно від виду в’яжучої речовини і волокон) зростає лінійно зі збіль-
шенням вмісту скловолокнистої арматури. При наявності в компо-
зиції армуючих волокон менше 1% (від площі поперечного перерізу)
руйнування композиції відбувається практично одночасно із руйну-
ванням цементного каменю, тобто в момент початку тріщиноутво-
рення у матриці. Зі збільшенням вмісту армуючих волокон до 10%
міцність композиції при розтягу збільшується порівняно з міцністю
неармованого цементного каменю майже у 2 рази.
Полімерсклоцемент є різновидом довговічного склоцементу на
основі портландцементу, в якому армування виконується відрізками
алюмоборосилікатного ровінгу, захищеного полімерним покриттям.
Полімеризація і отвердження покриття відбувається у процесі твер-
діння композиційного матеріалу. Покриття не тільки забезпечує за-
хист скляних ниток від лужної корозії, але й покращує адгезію між
арматурою та матрицею, а також підвищує стійкість відрізків до
руйнування під час перемішування. Плівкотвірні склади виготовля-
ють на основі поліуретанових лаків, перхлорвінілової смоли, епок-
сидно-діанових смол та ін.
Полімерсклоцемент має відносно високі фізико-механічні харак-
теристики. Так, при вмісті ровінгу 1...5% за масою середня густина
композиції становить 2,1.. .2,3 г/см3; міцність при згині — 20.. .35 МПа;
границя міцності при стиску — 45...75 МПа; модуль пружності при
згині — (12...24) • 103 МПа; гранична деформація при згині —
0,6... 1,5%, ударна в’язкість — 12...ЗО кДж/м~.
Азбестоцемент — це композиційний матеріал, утворений вна-
слідок твердіння раціонально підібраної суміші цементу, азбесту і
води. Останнім часом точилася жвава дискусія щодо правомірності
застосування його у будівництві внаслідок токсичності азбесту при
відкритому використанні конструкцій, що його містять. Для безпеч-
ного застосування азбесту і захисту інтересів промисловості країни-
виробники і споживачі азбесту та азбестомістких матеріалів створи-
ли Міжнародну асоціацію азбесту (МАА). У 1986 р. Міжнародна ор-
ганізація праці прийняла конвенцію №162 з охорони праці при ви-
користанні азбесту, доповнила її рекомендаціями щодо контрольо-
ваного застосування матеріалів, визнавши тим самим відмову від
використання азбесту необгрунтованою. У 1991 р. було анульовано
419
постанову Агентства з охорони навколишнього середовища (США)
про повну заборону азбесту.
При виробництві азбестоцементних виробів застосовують азбест
3...6 сортів довжиною волокон 0,3... 10,0 мм. Як в’яжучий компонент
використовують спеціальний портландцемент марок М400 і М500,
виготовлений спільним помелом клінкеру визначеного складу з до-
бавкою гіпсу 1,5...3,5% (в перерахунку на 8О3). Клінкер для таких
цементів повинен містити не менш як 52% С38, до 8% С3А, не біль-
ше як 1% вільного СаО та до 5% М§О. На відміну від інших видів
цементів, тонкість помелу нормується за питомою поверхнею і має
бути у межах 220...320 м2/кг, початок тужавлення — не раніш як
1 год ЗО хв, закінчення — не пізніш як 10 год від початку замішу-
вання.
При автоклавній обробці азбестоцементних виробів застосову-
ють портландцемент із добавкою 38...45% меленого кварцового піс-
ку, причому портландцементний клінкер повинен містити не менш
як 50% С38 і не більше як 8% С3А. Питома поверхня портландцемен-
ту з добавкою кварцового піску становить 320...360 м2/кг.
При введенні тонковолокнистого азбесту (10...25% за масою) до
гідратованої цементної матриці підвищуються фізико-механічні ха-
рактеристики отриманого композиційного матеріалу, який вирізня-
ється високою міцністю на розтяг, вогнестійкістю, морозостійкістю,
малою тепло- та електропровідністю. Недоліками азбестоцементних
матеріалів є крихкість та короблення при зміні вологості.
При підвищеній витраті портландцементу має місце збільшення
повзучості та деформацій усадки і короблення отриманих азбесто-
цементних виробів. До недоліків належить також низький опір удару.
Для поліпшення реологічних властивостей цементно-азбестової
суспензії, прискорення процесу фільтрації й осадження твердої фази
та підвищення фізико-механічних властивостей сирцевих виробів
застосовують різноманітні хімічні добавки.
Наприклад, для поліпшення фільтрації використовують поліак-
риламід та інші високомолекулярні полімери; для підвищення плас-
тичності сумішей — пластифікуючі добавки (наприклад, ЛСТ), а та-
кож добавки — гідромодифікатори (метилоксипропил-целюлоза,
карбоксилітцелюлоза, поліоксиетилен); для зменшення водопогли-
нання готових виробів (листів) їх просочують гідрофобізуючими ре-
човинами (кремнієорганічними рідинами); для виготовлення деко-
ративних і опоряджувальних азбестоцементних виробів використо-
вують кольорові цементи та мінеральні барвники (графіт, пероксид
мангану, оксид хрому, сажу, редоксайд, сурик залізний, ультрама-
420
рин тощо), які мають високу барвну здатність, атмосферо- та світло-
стійкість, а також не взаємодіють із продуктами гідратації цементу.
Щоб підвищити стійкість азбестоцементних виробів до дії атмо-
сферних впливів та утворення висолів, їх оброблюють водними роз-
чинами силіконових та акрилових смол. Як покриття застосовують
також водонепроникні емалі і лаки (гліфталеві, нітроцелюлозні, пер-
хлорвінілові, кремнієорганічні, хлоркаучукові тощо).
Властивості азбестоцементу як композиційного матеріалу визна-
чаються особливостями його структури, в першу чергу, анізотропі-
єю, пов’язаною із мікродисперсним армуванням цементного каменю
волокнами азбесту, що мають різну орієнтацію (табл. 8.11).
Основним показником, що визначає несучу здатність виробів
будівельного призначення, є міцність при згині, яка становить
20...25 МПа. Теплостійкість азбестоцементу не перевищує 500°С.
Коефіцієнт лінійного розширення при позитивній температурі ста-
новить 4-1,1 • 10 5 К-1, а при від’ємній — (2,0. ..2,15) • 10 5 К”1. Азбес-
тоцемент є практично водонепроникним, наприклад, при товщині 13 мм
і середній густині 1800 кг/м3 витримує тиск 2,4 МПа, а при товщині
26 мм є водонепроникним під тиском 3,6 МПа.
Таблиця 8.11
Фізичні та фізико-механічні властивості азбестоцементу
Властивості азбестоцементу Показники
Середня густина у висушеному стані рт, кг/м3 1500...2200
Водопоглинання при зберіганні у воді Щ % за масою 15...28
Пористість П, % 25...45
Границі міцності, МПа:
при стиску £ст, перпендикулярно шаруватості 60...80
те саме, паралельно шаруватості 30...40
при згині £ЗІ 15...42
при розтягу 10...25
Модуль пружності, МПа: (12...18)- 10 і
при осьовому розтягу Ер
при стиску, паралельно шаруватості £ст (13...30)- 103
Ударна в’язкість £уд, кДж/ м3 1...5
Теплопровідність X, Вт/(м К) (при рт= 1900 кг/м3) 0,35
Морозостійкість, циклів 25...100
421
Дисперсноармовані бетонні вироби та конструкції- Досвід за-
стосування дисперсноармованих матеріалів свідчить про доцільність
їх використання для оздоблення різних видів бетонних та залізобе-
тонних виробів, для виготовлення покрівельних матеріалів, облицю-
вальних плит, легких фасадних панелей із звукоізоляцією або без
неї, багатошарових стінових панелей і перегородок, об’ємних блоків
для наземного та підводного будівництва, утеплених і неутеплених
просторових оболонок, матеріалів для будівництва нафтосховищ,
силосів, тюбінгів для тунельного та шахтного будівництва, вентиля-
ційних коробів, труб, каналів, повітровідводів, водовідних лотків,
гідроізоляції об’єктів різного призначення, тонкостінних оболонок
для захисту теплоізоляції трубопроводів, опалубки, що обертається,
захисного шару вогненебезпечних споруд, штукатурки тунелів та
об’єктів шахтного і гірського будівництва. Кращі якості армованих
композицій виявляються при виготовленні тонкостінних несучих
конструкцій типу оболонок, коробчастих та гофрованих панелей,
резервуарів, а також різних тонкостінних профілів типу кутників,
швелерів, таврів та ін. Ці конструкції при рівній несучій здатності із
залізобетоном мають в 5...6 разів меншу масу і в 2...З рази нижчу
вартість.
Азбестоцементні вироби та конструкції представлені широкою
номенклатурою, яка налічує понад 40 видів, у тому числі профільо-
вані листи (хвилясті та напівхвилясті для покрівель і облицювання
стін); панелі покрівельні та стінові з теплоізоляційним шаром для
опалюваних і неопалюваних будівель; труби напірні та безнапірні і
з’єднувальні муфти до них; вироби спеціального призначення (архі-
тектурно-будівельні, санітарно-технічні, електроізоляційні).
Виготовлення азбестоцементних виробів має деякі особливості.
Природний азбест характеризується недостатнім ступенем розпушу-
вання, тому для виготовлення азбестоцементних виробів його під-
дають розпушуванню сухим, напівсухим та мокрим способами. Роз-
пушування виконують у дві стадії: на першій стадії відбувається
руйнування зв’язків між фібрилами (скупченнями волокон), а на
другій — розщеплення фібрил на окремі волокна. Технологія виго-
товлення азбестоцементних виробів відрізняється від відомих тех-
нологій отримання будівельних матеріалів на основі портландцемен-
ту формуванням виробів із підігрітої до ЗО...4О°С азбестоцементної
суспензії, яка містить значну кількість води.
Технологічна вода, яка видаляється з азбестоцементної суспензії,
повертається у виробництво, внаслідок чого приготування азбесто-
цементної суспензії відбувається з використанням води, насиченої
422
вапном та гіпсом. Використання оборотної води знижує тепловитра-
ти й запобігає забрудненню навколишнього середовища.
Залежно від вологості азбестоцементних сумішей, розрізняють
три основні способи формування: мокрий — із пастоподібних сумі-
шей, що містять не більш як 20% сухих компонентів, напівсухий —
із концентрованих сумішей, що містять 50...60% сухих компонентів,
та сухий — із сухих сумішей, що піддаються зволоженню (12... 16%)
перед остаточним формуванням. Підвищення щільності при форму-
ванні виробів досягається за рахунок видалення із суспензії макси-
мальної кількості води за допомогою процесів фільтрування, ваку-
ум-зневодження і механічного віджимання води при прокатуванні.
Відформовані вироби з метою прискорення твердіння піддають гід-
ротермальній обробці при температурі 50...70°С.
Можливе застосування екструзійного (інжекційного) способу
формування, при якому маса подається під тиском у проміжок між
металевою і гумовою формами, який відповідає формі майбутнього
виробу. Після заповнення зазору в гумову форму подається під тис-
ком вода, що ущільнює виріб. Цей спосіб дозволяє отримати вироби
складної конфігурації: кутові, перехідні панелі, перегородки, швеле-
ри, підвіконні дошки.
Азбестоцементні хвилясті листи (ДСТУ Б В.2.7-53-96) та деталі
до них призначені для влаштування покрівель і стінових огороджень
будівель та споруд.
За формою поперечного перерізу (профілю) хвилясті листи ви-
готовляють двох видів, що визначаються висотою і кроком хвилі та
позначаються 40/150 та 54/200 (в чисельнику вказана висота (Л), а в
знаменнику (5) — крок хвилі в мм) (рис. 8.16).
Рис. 8.16. Форма поперечного перерізу хвилястого листа
(позначення: В — ширина; 5 — крок хвилі; к — висота)
423
Листи можуть бути багатохвильовими. При цьому нормуються
показники розмірів довжини (1750 мм), ширини (для листа 6-хви-
льового 54/200 — 1125 мм, для листа 7-хвильового 40/150 — 980 мм,
8-хвильового 40/150 — 1130 мм) та товщини листа (5,8; 6,0; 7,5 мм),
а також висота хвилі рядової того листа, що перекриває (40, 54 мм)
і того, що перекривається (32, 45 мм). Комплектуючі деталі можуть
бути гребеневими, рівнобічними кутовими та лотковими.
Якщо листи випускають пофарбованими, то оцінюють рівномір-
ність фарбування поверхні, яка повинна бути без висолів і плям, по-
мітних на відстані 10 м.
Фізико-механічні показники листів та деталей повинні відпові-
дати вимогам, які наведені в табл. 8.12.
Таблиця 8.12
Характеристика хвилястих
азбестоцементних листів та деталей
Найменування показника Значення
для листів профілю для деталей
40/150 54/200 товщиною, мм
6,0 7,5
Зосереджене навантаження, кН (кгс), не менше 1,5(150) 2,2 (220) —
Границя міцності при згині, МПа (кгс/см2), не менше 16,0 (160) 16,5(165) 19,0(190) 16,0(160)
Середня густина, (кг/м1), не менше 1600 1650 1700 1600
Ударна в’язкість, кДж/м2 (кгс-см/с м“) 1.5 (1,5) . 1,6 (1,6) 1,5 (1,5)
Водонепроникність, год, не менше 24 —
Морозостійкість, цикли: 25 50 25
Листи 40/150 8- та 7- хвильові призначені для влаштування го-
рищних покрівель і стінових огороджень житлових, громадських та
сільськогосподарських будівель. Листи 54/200 товщиною 6 мм при-
значені також для виробничих будівель. Листи 54/200 товщиною 7,5
мм призначені для влаштування безгорищних покрівель і стінових
огороджень виробничих будівель та споруд.
424
У деяких країнах, наприклад, у Росії, випускається більш широка
номенклатура хвилястих виробів, у тому числі розрізняють хвилясті
листи: ВО — звичайного профілю (низький профіль), ВС — серед-
нього профілю, ВП — підсиленого, ВУ — уніфікованого, СЕ — се-
редньоєвропейського профілю, які належать до високого профілю.
Відношення внутрішнього радіуса хвилі до товщини листа назива-
ють показником технологічності профілю. Листи ВО тривалий час
застосовували для покрівель житлових та громадських будівель, а
листи ВП — для покрівель стінових огороджень у промисловому
будівництві.
Останнім часом освоєно виробництво великорозмірних хвиляс-
тих листів ВУ і ВС для всіх галузей будівництва. Застосування за-
значених листів замість малорозмірних знижує трудомісткість мон-
тажу на 25%, витрати деревини на 20% та азбестоцементу на 7%, а
також зменшує схил покрівлі з 1:3 до 1:6.
Розроблені нові типи великорозмірних хвилястих листів для пе-
рекриття прогонів до 9 м (лист «конструкція»). Ці листи можуть ар-
муватися сталевою арматурою і призначені для покрівель промис-
лових та сільськогосподарських будівель і споруд (рис. 8.17).
Рис. 8.17. Поперечний переріз азбестоцементного
армованого настилу
Азбестоцементні плоскі листи (ДСТУ Б В.2.7-52-96) призначені
для виготовлення та облицювання будівельних конструкцій. Листи
випускають двох типів: пресовані і непресовані. Розміри листів: но-
мінальна довжина становить 3600, 3000, 2500 мм, номінальна шири-
на— 1500, 1200 мм, номінальна товщина— 10, 8, 6 мм.
425
До них ставлять вимоги щодо зовнішнього вигляду: кромки лис-
тів повинні бути прямолінійними (відхилення від прямолінійності
не повинно перевищувати 5 мм), листи повинні бути плоскими і від-
хилення від площинності для пресованих листів не більше 4 мм, для
непресованих — не більше 8 мм.
Фізико-механічні показники плоских азбестоцементних листів
наведені в табл. 8.13.
Таблиця 8.13
Характеристика плоских азбестоцементних листів
Найменування показника Азбестоцеметні листи
пресовані непресовані
Границя міцності при згині, МПа (кгс/см2), не менше 23 (230) 18(180)
Середня густина, кг/м3, не менше 1800 1600
Ударна в’язкість кДж/м2 (кгс-см/см2), не менше 2,5 (2,5) 2,0 (2,0)
Морозостійкість, цикли: 50 25
Багатошарові панелі типу «сандвіч» призначені, в основному,
для влаштування стінових огороджень і будівель громадського, жи-
тлового, адміністративного та виробничого призначення. Вони мо-
жуть бути виконані із жорстким утеплювачем (ніздрюватим бето-
ном, пінополіуретаном, піносклом, перлітобетоном), а також із
м’яким або напівжорстким утеплювачем (фіброліт, сотопласт із пі-
нофенолпластом, пінопластом) та обов’язкою з антисептованої де-
ревини або металевих профілів. Як обшивку застосовують плоскі і
профільовані азбестоцементні листи. Панелі поділяють на основні
розміром 3><1,5 м та добірні — для влаштування простінків і кутів
будівель.
Азбестоцементні тришарові панелі (плити) з обшивками із плос-
ких азбестоцементних листів з утеплювачем із пінопласту (ГОСТ
24581) застосовуються для стін, покриттів та підвісних стель вироб-
ничих будівель, які експлуатуються в неагресивних і слабоагресив-
них середовищах при температурі зовнішньої поверхні панелі від
-50 до +75°С, температурі внутрішньої поверхні панелі не вище 30°С,
відносній вологості повітря в середині приміщень не більше 75%.
Залежно від точності виготовлення та зовнішнього вигляду панелі
можуть бути трьох сортів — вищого, 1 та 2. Зовнішню і внутрішню
поверхні панелей захищають гідрофобізуючою рідиною або водо-
стійким лакофарбовим покриттям.
426
Екструзій™ матеріали представлені виробами різного призна-
чення, фізико-механічні властивості яких наведено в табл. 8.14.
Таблиця 8.14
Основні характеристики азбестоцементних конструкцій,
отриманих за допомогою екструзії
Найменування Стінові панелі Покрівельні плити Швелери Підвіконні дошки
Границя міцності при згині, МПа >18 >16 >16 14
Середня густина, кг/м3 >1600 >1600 >1650 1550
Морозостійкість, цикли 50 50 50 50
Ударна в’язкість, кДж/м2 — — 1,96 —
Екструзійні панелі (рис. 8.17) рядові мають ширину 595 мм, до-
вжину 3000 мм для покриттів, 3000 і 6000 мм — для стін і перегоро-
док, висоту 120 мм — для покриттів і стін, 60 та 80 мм для перего-
родок.
Азбестоцементні екструзійні панелі виготовляють з утеплювачем
та без нього. Панелі без утеплювача застосовують, в основному, для
влаштування перегородок. Як утеплювач використовують напів-
жорсткі мінераловатні плити на синтетичних зв’язуючих речовинах.
Рис. 8.17. Азбестоцементні панелі,
отримані методом екструзії:
1 — кутові, 2 — перехідні, З — перегородкові
Азбестоцементні вироби завдовжки до 6 м із гладкою та рифле-
ною поверхнею виготовляють методом екструзії. Вироби мають дов-
говічне покриття широкої кольорової гами, отриманої на основі ак-
рилової смоли.
427
Азбестоцементні труби виготовляють для напірних та безнапір-
них трубопроводів, меліорації, димових та вентиляційних каналів,
сміттєпроводів та телефонізації. Напірні труби (ГОСТ 539) застосо-
вують для напірних водопровідних і меліоративних систем і випус-
кають 4-ох класів (ВТ6, ВТ9, ВТ12, ВТ15) залежно від величини ро-
бочого тиску — від 0,6 до 1,5 МПа, завдовжки від 2950 до 5950 мм
та внутрішнім діаметром 96...466 мм (умовний прохід 100...500 мм).
Труби азбестоцементні для безнапірних трубопроводів (ГОСТ
1839) призначені для зовнішніх трубопроводів безнапірної каналіза-
ції, дренажних колекторів меліоративних систем і прокладки кабелів
телефонного зв’язку. Труби випускають завдовжки 2950...3950 мм
з умовним проходом 100...400 мм. Вказані матеріали повинні бути
водонепроникними (при тиску 0,4...0,6 МПа залежно від категорії
якості) та витримувати мінімальні навантаження при роздавлюванні
у водонасиченому стані 3,2...5,0 кН та при випробуванні на згинання
1,8...4,8 кН (залежно від умовного проходу).
Для з’єднання азбестоцементних безнапірних труб використо-
вують циліндричні муфти БНМ, для напірних — самоущільнюючі
муфти САМ та чавунні фланцеві муфти ЧМ.
Азбестоцементні труби (порівняно з металевими) в 2...4 рази
дешевші й у 3...4 рази легші, на них не діють блукаючі струми. До
недоліків азбестоцементних труб слід віднести крихкість, а також
низьку кислотостійкість, яку можна підвищити, застосовуючи спеці-
альні цементи.
Азбестоцементні короби розтрубного типу призначені для сис-
тем вентиляції та кондиціонування повітря у будівлях різного при-
значення. Короби виготовляють завдовжки 3,1 м із товщиною стінок
до 10 мм і внутрішніми перерізами 150x150, 150x200, 200x200,
200x300 і 300x300 мм.
8.8. Спеціальні бетони
Розширення галузей застосування будівельних композитів (при
одночасному зростанні вимог споживачів щодо їх якості) сприяє
створенню широкої гами бетонів зі спеціальними властивостями, в
тому числі високоміцних, дорожніх, декоративних, жаростійких, ко-
розійностійких тощо, які можуть бути використані замість дефіцит-
них керамічних, металевих, кам’яних та інших матеріалів.
Високоміцний бетон характеризується мінімальною міцністю
при стиску не менш як 50 МПа. На сьогодні отримання бетонів міц-
428
ністю до 100 МПа вже не становить великої проблеми, а в науко-
вих колах мова йде про можливість створення бетонів міцністю
400...800 МПа.
Міжнародними організаціями з будівництва прийняті нові тер-
міни і їх визначення щодо бетонів із підвищеною міцністю. Високо-
міцний бетон (Ні§й 8ігеп§іЬ Сопсгеіе) — це бетон, який характери-
зується міцністю при стиску зразків-циліндрів 60... 130 МПа або
зразків-кубів 72... 156 МПа. Високоякісний бетон (Ні§й РегГогшапсе
Сопсгеіе) — це бетон із високими експлуатаційними властивостями
при водов’яжучому відношенні менш як 0,4. Перевагами таких бе-
тонів вважають поліпшену легкоукладальність і міцність, що сприяє
прискоренню будівництва і створенню більш економічних та довго-
вічних конструкцій. Головними галузями використання високоякіс-
них бетонів є висотне будівництво, атомні електростанції, морські
гідротехнічні споруди, мости, різні інженерні споруди, дорожні по-
криття.
Піонери практичного використання таких бетонів — будівельні
фірми Франції, Японії, США, Норвегії.
Основними умовами отримання високоміцних бетонів є застосу-
вання високоактивних в’яжучих речовин (портландцементи, лужні
цементи, в’яжучі речовини низької водопотреби (ВНВ), полімерні
в’яжучі речовини), крупних та дрібних заповнювачів відповідної
якості та гранулометричного складу, проектування жорстких бетон-
них сумішей, використання пластифікуючих добавок, у тому числі
суперпластифікаторів, а також мікронаповнювачів. Впровадження
високоміцних бетонів у будівництві дозволяє суттєво зменшити га-
барити конструкції, а відповідно, і об’єм бетону, скоротити витрати
арматурної сталі у залізобетонних конструкціях. Зменшення розмі-
рів перерізу дає можливість виготовляти конструкції під різні наван-
таження у формах одного типорозміру, що веде до скорочення парку
форм.
Серед високоміцних бетонів останнього покоління найбільшу
увагу привертають:
1) бетони, отримані на основі портландцементу, модифікація
структури якого здійснена за рахунок використання суперпластифіка-
торів (для зниження водоцементного відношення) та мікронаповнюва-
чів. Міцність при стиску таких матеріалів досягає 100 МПа, а при гід-
ротермальній обробці — 300...500 МПа. У зарубіжній фаховій літе-
ратурі такі бетони відомі під назвою Л5Р (сіепії/іесі зтаїї рагіїсіез},
2) портландцементні бетони, які містять у своєму складі водо-
розчинні полімери (наприклад, гідроксиполімерцелюлозу та гідролі-
429
зований поліхлоридвініл), що підвищують ступінь ковзання части-
нок і тому забезпечують щільне укладання їх. Ці композити відріз-
няються високою міцністю при стиску та згині (до 150 МПа), мо-
дуль Юнга дорівнює 40...50 ГПа, опір утворенню тріщин — 1 кДж-м’2.
Вони можуть містити наповнювачі, що дозволяє отримувати матері-
али зі спеціальними властивостями (підвищеною твердістю, елект-
ропровідністю, зносостійкістю). У зарубіжній літературі такі бетони
відомі під назвою МОР (такго сіе/есі/гее);
3) бетонні полімерні композити, які поділяють на три групи:
- бетони полімерно-цементні (РСС — Роїутег Сетепі Сопсгеїе);
- бетони, що імпрегновані полімерами (РІС — Роїутег Ітрге§-
паїесі Сопсгеїе);
- бетони полімерні (РС — Роїутег Сопсгеіе).
У полімерно-цементних композитах (РСС) процес полімеризації
полімерів відбувається або перед гідратацією цементу, або пара-
лельно процесу гідратації. Порівняно зі звичайними бетонами, РСС
є стійкішими до дії динамічних сил, здатні до перетворення та роз-
сіювання енергії, відрізняються більшими значеннями міцності при
стиску, при згині, при розтягу, більшою адгезією та водонепроник-
ністю. Використовують такі композити для будівництва сходів, до-
ріг, підлог, для ремонту та нарощування нового бетону на старий,
для усунення тріщин, зміцнення перекриттів, антикорозійного захис-
ту бетонів та як ущільнюючий матеріал.
Полімерні імпрегновані бетони отримують шляхом імпрегнації
(просочування) бетонних конструкцій (у сухому стані) рідкими мо-
номерами або полімерами з наступною полімеризацією їх у середині
бетону внаслідок термічної, каталітичної або радіаційної обробки.
Імпрегновані бетони, порівняно зі звичайними, характеризуються
меншою пористістю, підвищеною стійкістю при дії агресивних се-
редовищ, низькою повзучістю і відносно високими пружними влас-
тивостями. Використовують ці композити для гідротехнічного, в
тому числі морського будівництва при спорудженні нафтових плат-
форм у морі, для влаштування покриттів мостів, будівництва туне-
лів, корозійностійких підлог, контейнерів для радіоактивних відхо-
дів, труб, що працюють під тиском, зносостійких матеріалів.
Полімерні бетони отримують на основі синтетичних смол (полі-
мерів або мономерів) та відповідних заповнювачів. Композити харак-
теризуються високою міцністю при стиску, хімічною стійкістю,
стійкістю до дії атмосферних факторів та добрим зчепленням. Вико-
ристовують такі матеріали для виготовлення корозійностійких під-
лог, антикорозійного захисту матеріалів, фундаментів для верстатів.
430
Швидке нарощування міцності дозволяє застосовувати їх для ремон-
ту та відновлення автострад, при проведенні аварійних робіт на від-
повідальних об’єктах.
Високоміцні фібробетони нового класу НРРВСС (Ні§1і РегГог-
тапсе РіЬег КеіпГогсеб Сопсгеїе) відрізняються від звичайних фібро-
бетонів підвищеним вмістом волокон, що обумовлює подібність їх
характеристик до відповідних характеристик металу, наприклад, мі-
цність при стиску досягає 800 МПа. При цьому має місце висока міц-
ність при розтягу та деформаціях, добре зчеплення з волокнами та
низька здатність до утворення тріщин.
Представниками цього класу бетонів є композити: 8ІРСОИ (81иггу
ІпГіІігаіесІ РіЬег Сопсгеїе), 8ІМСОИ (81шту ІпГіІігаіеб Маі Сопсгеіе),
КРС (Кеасііуе Ро\¥<1ег Сопсгеіе), НРРКС (Ні&Ь РегГогтапсе РіЬег
КеіпГогсесІ Сопсгеїе), ИНРРКС (Икга Ні§Ь РегГогтапсе РіЬег Кеіп-
ГогсесІ Сопсгеіе).
Досить цікавим є композити «Оисїаі» (бетон типу КРС), власти-
вості яких подібні до властивостей композитів групи ШРС (ІЖга
Ні§Ь РегГогтапсе Сопсгеїе). Міцність при стиску таких композитів
становить 180...230 МПа, при розтягу — ЗО...50 МПа, загальна енер-
гія тріщиноутворення — 20000...30000 Дж/м~.
«Висіаі» — це матеріал з унікальною комбінацією властивостей,
який може бути застосований при отриманні тонких профілів та
оболонок, легких конструкцій складної геометрії та різних форм, а
одночасно корозійностійких та довговічних. Його використання доз-
воляє знизити вартість будівництва, підвищити безпечність конст-
рукцій та збільшити час експлуатації.
Гідротехнічний бетон застосовують для виготовлення виробів
та бетонування споруд, які періодично або постійно контактують із
водою, в тому числі гребель, гідростанцій, набережних, споруд про-
мислової гідротехніки (відстійники, градирні тощо).
Гідротехнічний бетон повинен вирізнятися міцністю при стиску
та розтягу, водостійкістю, водонепроникністю, морозостійкістю,
стійкістю до хімічної корозії у водному середовищі та низьким теп-
ловиділенням при твердінні. Зазвичай використовують гідротехнічні
бетони класів В7,5...В40, що відрізняються морозостійкістю від Г50
до Р500, марка за водонепроникністю (кгс/см2) — \У2...А¥20. На від-
міну від звичайних важких бетонів, властивості гідротехнічних бе-
тонів визначають не у віці 28 діб, а 180 діб. Поряд із міцністю при
стиску для конструкцій із гідротехнічного бетону при підвищених
вимогах за тріщиностійкістю нормується також клас бетону та осьо-
вий розтяг. У таких випадках для забезпечення необхідної тріщино-
431
стійкості гідротехнічного бетону нормується також показник гранич-
ного розтягнення і усадки.
Залежно від характеру конструкцій та умов їх експлуатації, гідро-
технічний бетон поділяють на такі різновиди: надводний, підводний
(який постійно перебувається у воді або під водою) та той, що знахо-
диться в зоні перемінного рівня води. Крім того, відрізняють масивний
і немасивний бетон, бетон для напірних та безнапірних конструкцій.
Технічні вимоги до бетону, в першу чергу, залежать від частин
споруд, при виготовленні яких він використовується. Найвищі ви-
моги потрібно ставити до бетону, що розташований у зоні періодич-
ного зволоження.
Для конструкцій підводних зон доцільним є використання шла-
копортландцементу та пуцоланового портландцементу, які забезпе-
чують водостійкість та низьке тепловиділення, а для бетонів надвод-
них зон краще застосовувати гідрофобний та пластифікований
портландцементи. Для виготовлення зовнішніх частин гідротехніч-
них конструкцій найчастіше використовують сульфатостійкий це-
мент при умові, що клас бетону має бути В20 та вище, морозостій-
кість — не нижче як РЗОО, водонепроникність — не менш як \У6.
Бажано, щоб вміст С3А в цементі не перевищував 3...5%, а сума
СзА + СдАР була менше 20%, а взагалі в складі цементу був підви-
щений вміст беліту.
Для зниження витрати цементу, а також тепловиділення і об’єм-
них деформацій бетону, підвищення його щільності і забезпечення
необхідної рухомості бетонної суміші до складу гідротехнічного бето-
ну вводять мікронаповнювачі. Ефективною є добавка золи-винесення.
Заповнювачі для гідротехнічного бетону повинні бути водостій-
кими та морозостійкими. Крупний заповнювач із вивержених і оса-
дових порід повинен мати густину зерен не менше 2,5 г/см3, водопог-
линання не менше 1%, марки за міцністю — від 600 до 1200 залежно
від класу бетону.
Як дрібний заповнювач використовують кварцовий пісок із мо-
дулем крупності від 1,5 до 3,5, часто фракціоновані піски.
Для підвищення водонепроникності і морозостійкості гідротех-
нічного бетону застосовують хімічні добавки повітровтягувальні
(милонафт, СНВ, СДО та ін.) та пластифікуючі.
Витрата цементу для отримання гідротехнічного бетону повинна
бути на 5... 10% більше ніж для звичайного важкого бетону. Разом з
тим, витрата цементу для масивних конструкцій не повинна пере-
вищувати 350 кг/м3 за умови обмеження інтенсивності тепловиді-
лення, а для немасивних — 400 кг/м3.
432
Дорожній бетон відрізняється від звичайного високою міцністю
при розтягу та стиску, підвищеною морозостійкістю, зносостійкістю
та корозійною стійкістю. Вимоги до дорожнього бетону зумовлені
складними умовами його експлуатації, в тому числі наявністю ста-
тичних та динамічних навантажень, дією змінної вологості та тем-
ператури.
Залежно від призначення, дорожній бетон поділяють на бетон
для одно- та двошарових покриттів, а також для основ удосконале-
них покриттів. Як дорожні бетони використовують бетони класів
В5...В40 (за міцністю при стиску), для яких границя міцності при
згині становить від 1,5 до 5,5 МПа. Бетон одношарового та верхньо-
го шару двошарового покриттів повинен мати відповідну морозо-
стійкість: Б200 — для суворого, Б150 — помірного та Б100 —
м’якого клімату.
Для одно- та двошарових покриттів доріг рекомендовано засто-
совувати портландцементи М500 (на основі клінкеру з нормованим
мінералогічним складом за ГОСТ 10178), а для основ удосконалених
покриттів — портландцементи та шлакопортландцементи марок
М300 та М400.
Для підвищення якості бетонної суміші та стійкості бетону про-
ти спільної агресивної дії розчинів хлористих солей та морозу до
складу бетонної суміші під час приготування додають поверхнево-
активні добавки.
При обладнанні пішохідних переходів, паркових доріжок, а та-
кож при виготовленні елементів малої архітектури для міського бла-
гоустрою використовують кольорові бетони. їх отримують при
введенні до бетонної суміші луго- та світлостійких пігментів у кіль-
кості 8... 10% від маси цементу. В окремих випадках (для посилення
декоративного ефекту) використовують заповнювачі, що мають по-
трібний колір, наприклад, червоні кварцити, туфи, мармур.
Декоративний бетон застосовують для надання художньої ви-
разності фасадам та інтер’єрам будівель, у тому числі при облицю-
ванні стін та підлог. Ці бетони готують з використанням білого та
кольорових цементів, а також спеціально підібраних заповнювачів.
Декоративний ефект може досягатися за рахунок зміни кольору,
фактури поверхні та форми виробу. На сьогодні найбільшого засто-
сування набули декоративні бетони, що імітують природне каміння
або деревину.
Для отримання кольорових бетонів як дрібні заповнювачі вико-
ристовують чисті кварцові піски, а як крупні — вапняки та доломі-
ти. Для імітації гірських порід застосовують відходи дроблення та
433
пиляння каменю, щебінь і піски з мармуру, висівки граніту, базальту
та інших гірських порід. Зазвичай крупний заповнювач не дає особ-
ливого забарвлення бетону. На його колір більше впливають дрібні
частинки заповнювача, розмір яких не перевищує 0,3 мм.
При виготовленні бетонних сумішей для запобігання розшару-
ванню їх та забезпечення рівномірності забарвлення доцільно вико-
ристовувати добавки-вирівнювачі (ОП-7 тощо) та повітровтягуваль-
ні добавки.
Одержання гладкої поверхні виробів досягається шляхом фор-
мування їх на склі, полімерних плитках (формах) та полірованих ме-
талевих основах. Для надання спеціального рельєфу застосовують
полімерні форми-лайнери — жорсткі (тверді на основі поліхлорвіні-
лового пластика) та еластичні і гнучкі (на основі поліхлорвінілу або
поліуретану).
Для надання художньої виразності в складі декоративних сумі-
шей застосовують різні пігменти, в тому числі такі, що мають інерт-
не ядро з фарбувальною оболонкою, кольоровий парафін для прояв-
лення кольору поверхні, а також деякі спеціальні прийоми, що
дозволяють оголити заповнювач і змінити характер поверхні бетону.
При виконанні бетонних робіт суміш укладають так, щоб поверхня
була не менш як на 2/3 представлена фактурою цих заповнювачів.
Щоб виявити текстуру бетону, його поверхню після затвердіння
шліфують та полірують. Як заповнювачі в цьому випадку можуть
бути використані подрібнений мармур, базальт, слюди, кольорове
скло та інші штучні матеріали.
Виготовляти декоративні облицювальні поверхні можна моноліт-
ним способом безпосередньо на об’єкті або у заводських умовах у
вигляді бетонних масивів, які після затвердіння та розпилювання на
плити зачищають, шліфують і доставляють на будівництво.
Вироби із цих бетонів повинні зберігати свої декоративні влас-
тивості протягом тривалого часу, і з цією метою застосовують спе-
ціальні способи консервації їх поверхні, такі, як флюатування, гід-
рофобізація, просочування полімерами.
Сучасні технології виготовлення монолітного декоративного бе-
тону за складністю процесу можна поділити на одно- та двостадійні.
Одностадійна технологія базується на сучасних досягненнях у ви-
готовленні високоякісного бетону, при цьому вихідні матеріали та
способи їх дозування обирають залежно від вимог, що висуваються
до конкретного виду бетону. Двостадііїна технологія передбачає на
першому етапі формування основи — декоративного бетону, що імі-
тує різні породи природного каменю або деревини, а на другому —
434
просочування поверхневого шару різними спеціальними складами,
наприклад, полімерцементними або органомінеральними.
Прикладом такої технології є технологія ТКЕМІХ (Швеція), що
передбачає вакуумування бетонної суміші при укладанні дорожніх
бетонних покриттів, які можна експлуатувати вже через ЗО хвилин
після виготовлення. Ця технологія складається з укладання та вібру-
вання бетонної суміші, розрівнювання і покриття спочатку шаром
суміші кварцового піску з додаванням пігменту (для підвищення мі-
цності), а потім рідким полімерним компонентом (для надання дзер-
кального блиску).
Технологія штампованого бетону, відомого ще як топ-бетон,
прес-бетон, дозволяє отримувати бетонні покриття, зовнішній ви-
гляд яких наближається до вигляду природних матеріалів або мате-
ріалів, які давно не виробляються (це має особливе значення при
проведенні реставраційних робіт).
Зазвичай технологія влаштування декоративного покриття із
штампованого бетону складається із таких операцій: на попередньо
укладені шари щебеню та піску укладають шар бетонної суміші.
Укладання проводять традиційним методом, за відмітками з ущіль-
ненням бетонної суміші вібраторами або віброрейкою. Поверхню
укладеної суміші загладжують, потім наносять кольоровий отверд-
жувач — суміш стійких пігментів, в’яжучої речовини і подрібненого
наповнювача із кварцового піску та граніту. Дисперсний пігменто-
ваний отверджувач підвищує щільність бетонної плити і надає їй
стійкого кольору. На наступному етапі м’яку поверхню бетону від-
пресовують за допомогою відповідних форм (штампів), які імітують
поверхню каменю, цегли або іншого матеріалу. Після затвердіння
отриманої поверхні наносять захисне покриття, що має міцний
зв’язок із бетоном і забезпечує його захист від стирання, ультрафіо-
летового випромінювання та впливу навколишнього середовища.
При монолітному покритті на його поверхні передбачено влашту-
вання спеціальних ліній розлому (швів), що запобігають тріщиноут-
воренню.
Основні матеріали для влаштування декоративного бетонного
покриття — бетонна суміш, рухомістю 12 ± 1 см, що містить щебінь
та пісок у співвідношенні за масою 1:1. Для зменшення тріщиноут-
ворення внаслідок деформацій усадки і штампування до бетонної
суміші додають фібру, представлену поліпропіленовими волокнами
(витрата матеріалу — 0,1 кг/м“ при товщині шару бетону 10 см). Ко-
льоровий зміцнювач (Соїог Нагбепег) визначає основний колір поверх-
ні, збільшує твердість і зносостійкість. Додатково використовуються
435
допоміжні матеріали, порошок (Кеіеазе А§епІ) для запобігання при-
липання штампів до бетону, а також для надання додаткових відтін-
ків поверхні покриття, що імітують вигляд природного каменю; рід-
кий акриловий компаунд (Сіеаг 8еа1, Роїузеаі), який просочує
верхній шар бетону і захищає поверхню від дії води, солей, слабких
кислот та лугів.
Спеціальна технологія передбачає нанесення на поверхню свіжоук-
ладеного бетону пігментованого порошкоподібного матеріалу з наступ-
ним вдавлюванням (відтискуванням) текстурних штампів різного ри-
сунка. Після зняття штампів і тверднення бетону на його поверхню
наносять високонаповнений акриловий компаунд, який забезпечує на-
дійний захист поверхні від руйнування під впливом палива, солей та
інших агресивних рідин. Акрилове покриття забезпечує також високу
морозостійкість і зносостійкість поверхні декоративного бетону.
Різноманітність існуючих штампів у сполученні з широкою та-
мою пігментних покриттів (ЗО кольорів) дозволяє надати поверхні
бетону вигляд бруківки з природного каменю, цегли або різного ро-
ду плитки.
Довговічність декоративних поверхонь (клас бетону яких не ниж-
че В25, а морозостійкість — Е200) обумовлена якістю бетону та захи-
сними властивостями акрилового покриття. Тривалість служби дорож-
ніх покриттів при інтенсивному руху транспорту становить 4...5
років, при посиленій обробці сольовими розчинами, що запобігають
обмерзанню, — 2...З роки. Відновлення декоративних поверхонь
відбувається шляхом нанесення одного шару акрилового покриття.
Вищерозглянута технологія застосовується для влаштування до-
рожнього покриття стоянок автотранспорту, пішохідних доріжок,
резиденцій, паркінгів, торгових центрів, парків тощо.
Жаростійкий бетон використовують при зведенні промислових
агрегатів та будівельних конструкцій, що експлуатуються при дії
температур від 300 до 1800°С.
За призначенням жаростійкі бетони поділяють на конструкційні
та теплоізоляційні, а за типом структури розрізняють щільні (важкі)
і ніздрюваті (легкі).
Як в’яжучі речовини для виготовлення жаростійких бетонів най-
частіше застосовують портландцемент, шлакопортландцемент, гли-
ноземистий та високоглиноземистий цементи, рідинне скло, лужні,
фосфатні та алюмофосфатні в’яжучі.
Для отримання тонкомелених добавок та заповнювачів придатні
золошлакові суміші, керамзит, аглопорит, перліт, вермикуліт, ша-
мот, кордієрит, магнезит, карборунд, мулітокорунд тощо.
436
Головними характеристиками жаростійкого бетону є міцність
при стиску, максимально допустима температура використання,
термостійкість, морозостійкість, водонепроникність, середня густи-
на, усадка.
Для жаростійкого бетону визначають марочну міцність (у визна-
чений термін залежно від виду в’яжучої речовини), контрольну міц-
ність (після нагрівання до 100...110°С) та залишкову міцність (від-
ношення міцності зразків бетону після нагрівання до 800°С до
міцності бетону після нагрівання до 100°С).
Для бетонів ненесучих конструкцій (ГОСТ 20910) клас бетону
ИЗ, И6, И7, И8, И9, И10, И11, И12, И13, ИІ4, И15, И16, И17, И18
встановлюється за максимально допустимою температурою засто-
сування (від 300 до 1800°С), яка визначається за значеннями залиш-
кової міцності після випалювання та температурою деформації під
навантаженням.
Бетони, призначені для використання в умовах змінних темпера-
турних режимів, повинні відрізнятися термостійкістю, яка визнача-
ється згідно з існуючими нормативними документами кількістю ци-
клів водних або повітряних теплозмін. Термостійкі бетони поділя-
ють на марки:
Ті5, Ті 10, Ті 15, Ті20, ТіЗО, Ті40 (водні теплозміни);
Т210, Т215, Т220, Т225 (повітряні теплозміни).
Для легкого жаростійкого бетону поділ на марки встановлено за
середньою густиною у сухому стані — ВЗОО...В18ОО (зміна марки
через 100 кг/м3).
За видом заповнювачів жаростійкі бетони поділяють на кремне-
земисті, алюмосилікатні і магнезіальні. В кремнеземистих бетонах
заповнювачами та тонкомеленими добавками є кварцит і динас.
В алюмосилікатних бетонах застосовують шамотні, муліто-кремне-
земисті і мулітові заповнювачі, які забезпечують температуру екс-
плуатації таких бетонів до 1600°С.
До магнезіальних бетонів належать бетони, які включають як за-
повнювачі периклаз, магнезіально-шпинелевидні заповнювачі, а та-
кож магнезіально-силікатні (периклазофорстеритові, форстерито-хро-
мітові, форстеритові та ін.).
Вибір в’яжучої речовини для жаростійкого бетону залежить від
умов його експлуатації. Так, порландцемент та шлакопортландце-
мент не можна використовувати для конструкцій, що експлуатують-
ся у кислотному середовищі, наприклад, у димових трубах, де має
місце дія сірчаного ангідриду. В цьому випадку краще застосовува-
437
ти бетон на рідинному склі, але останній не бажано експлуатувати в
умовах дії води або водяної пари.
Жаростійкий бетон на основі рідинного скла з кремнефторидом
натрію і шамотним заповнювачем доцільно застосовувати для спо-
рудження теплових агрегатів у різних галузях промисловості, але в
деяких випадках, наприклад, при футеруванні теплових агрегатів
харчової, фармацевтичної, хімічної промисловості, його викорис-
тання заборонено, що пов’язується з наявністю шкідливих токсич-
них газів.
Для ствердження рідинного скла в складі жаростійких бетонів
(замість кремнефториду натрію) придатні речовини, які містять дво-
кальцієвий силікат — нефеліновий шлам (продукт переробки луж-
них алюмосилікатів на глинозем), шлаки ферохрому, феромарганцю
та деякі види сталерафінованих шлаків.
На основі рідинного скла з добавками техногенної сировини, що
містить силікати або алюмінати кальцію, розроблені лужні жаро-
стійкі бетони з температурою застосування до 1600°С і стійкістю до
дії різних середовищ. Ці бетони вирізняються також високою термо-
стійкістю, водостійкістю, швидким набором міцності, стабільністю
міцнісних характеристик і добрими експлуатаційними властивостя-
ми. Розроблені склади жаростійких бетонів знайшли використання
як футерувальні матеріали для теплових агрегатів із різними умова-
ми і режимами роботи, в тому числі в агрегатах зі змінними темпе-
ратурними режимами, наприклад, у грубих пиловловлювачах міде-
плавильного виробництва з трикратною зміною температури за добу
від 200 до 800°С, із досить високим терміном придатності матеріалу
(експлуатація без ремонту протягом 15 років), для футерування ва-
гонеток тунельних печей, причому термостійкість бетону у 2 рази
перевищує термостійкість вогнетривкої шамотної цегли.
Глиноземистий цемент можна використовувати без тонкомеле-
них добавок, оскільки при його твердінні не утворюється Са(ОН)2,
як. наприклад, у випадку гідратації портландцементу, використання
якого у жаростійких бетонах неможливо без відповідних силікатних
добавок. Ще більшою вогнетривкістю відрізняється високоглинозе-
мистий цемент, що містить А120з (65...80)%, який разом із вогнетрив-
ким заповнювачем використовують для бетонів класів И17 та И18.
Така ж висока вогнетривкість досягається при застосуванні фосфат-
них та алюмофосфатних в’яжучих, причому отримані бетони мають
невелику усадку, термостійкі та зносостійкі.
Легкий жаростійкий бетон із середньою густиною до 2100 кг/м3
отримують на основі пористих заповнювачів, вид яких обумовлює
438
максимально допустиму температуру використання (7ОО...1ООО)°С та
забезпечує зниження теплопровідності у 1,5...2 рази порівняно з важ-
ким бетоном.
Збірні елементи з жаростійкого бетону та монолітні конструкції
з нього широко застосовують у різноманітних галузях народного гос-
подарства: енергетичній, хімічній, нафтопереробній промисловості,
чорній та кольоровій металургії, у промисловості будівельних мате-
ріалів. Жаростійкі бетони успішно використовують замість напівкис-
лих та шамотних виробів, що працюють в інтервалі температур
800...1400°С, та замість високовогнетривких виробів при температу-
рах 1400...1700°С.
Наявність сферичних поверхонь та поверхонь складної конфігу-
рації в реакторах хімічної, нафтохімічної та металургійної промис-
ловості ускладнює влаштування теплоізоляції. Одним із прогресив-
них способів укладання жаростійких бетонів є торкретування, яке
застосовується для створення як нових поверхонь, так і ремонту фу-
терівок діючих теплових агрегатів, у деяких випадках без зупинки
на ремонт. Жаростійкі торкрет-бетони зазвичай відрізняються швид-
ким набором міцності і високою температурою застосування (до
1600°С), що дозволяє виконувати їх механізоване нанесення.
Корозійностійкий бетон застосовують при експлуатації промис-
лових об’єктів та гідротехнічних споруд в агресивних середовищах,
що представлені розчинами солей, кислот та лугів. Гідротехнічний
бетон можна розглядати як різновид корозійностійкого бетону.
Стійкість бетону до дії агресивного середовища оцінюють кое-
фіцієнтом хімічної стійкості А, що дорівнює відношенню міцності
при стиску зразків після 360 діб експлуатації в агресивному середо-
вищі до міцності при стиску контрольних зразків. За величиною
коефіцієнта розрізняють: бетони високої стійкості (К> 0,8), стійкі
(К = 0,5...0,8), відносно стійкі (К = 0,3...0,5) та нестійкі (А < 0,3).
Як в’яжучі речовини застосовують рідинне скло, поліефірну
смолу, фурано-епоксидну смолу тощо. Заповнювачами є кварцовий
пісок, щебінь із кварциту, андезиту, діабазу, базальту.
Корозійностійкі бетони, залежно від виду використаної в’яжучої
речовини, представлені полімербетонами, шлаколужними бетонами
та бетонами на основі рідинного скла і сірки.
Полімербетони отримують на основі заповнювачів, що є стійки-
ми у кислому середовищі, тому що ствердження смол неможливе
без використання кислих сполук. Застосування вапняків, доломітів
та інших заповнювачів, що мають лужну реакцію, неприпустиме,
оскільки це призводить до різкого зниження міцності бетону.
439
Міцність при стиску полімербетонів залежить від виду викорис-
таної в’яжучої речовини і перебуває у межах 20...110 МПа. Найміц-
нішими є бетони на основі епоксидної смоли, для яких міцність при
розтягу досягає 12 МПа, а при стиску — більше 100 МПа. Ці бетони
відрізняються високою хімічною стійкістю, водостійкістю та зносо-
стійкістю. Собівартість цих бетонів є досить великою, і тому у будів-
ництві найчастіше використовують полімербетони на фуранових
смолах.
Сірчаний бетон отримують змішуванням підігрітих до Т -
= 14О...15О°С заповнювачів (щебеню, піску, мінеральної муки) та
розплаву сірки. Особливості технології отримання такого бетону
обумовлені властивостями в’яжучої речовини змінювати свою в’яз-
кість при різних температурах, наприклад, при Т= 119... 122°С сірка
переходить із кристалічного стану у розплав.
Сірчаний бетон використовують для виготовлення фундаментів,
покриття доріг та хімічно стійких підлог. Одним із факторів, що
стримує його використання, є висока собівартість (майже у 2 рази
більша, ніж портландцементного бетону). В той же час існує велика
кількість хімічних підприємств, що мають відходи, які містять від 25
до 80% технічної сірки. Використання цих відходів для виготовлен-
ня бетонів дозволяє знизити їх собівартість та одночасно вирішити
екологічні проблеми.
Хімічно стійкі бетони на рідинному склі (щільні полімерсилікат-
ні бетони) призначені для роботи в умовах дії розбавлених та кон-
центрованих мінеральних кислот (нітратної, сульфатної, хлорводне-
вої (соляної), ортофосфатної), органічних кислот (молочної, лимон-
ної), характеризуються коефіцієнтом хімічної стійкості Ахс.>0,7; у
водному розчині аміаку (10...25%) ці бетони мають Ах.с> 0,5; у наси-
чених розчинах хлоридів металів — Ахс>0,7. В органічних розчи-
нах (ацетон, бензол, толуол) і нафтопродуктах полімерсилікатні
бетони характеризуються високою хімічною стійкістю (А*хх>0,8).
Низьку хімічну стійкість ці бетони мають у водних лужних розчинах.
Кислототривкі бетони на основі рідинного скла використову-
ють для захисту поверхні залізобетону та металу. Для підвищення
щільності бетону до його складу вводять наповнювачі — мінеральні
порошки андезиту, базальту, діабазу. Як отверджувач застосовують
кремнефторид натрію (На28іРб)-
Твердіння кислототривкого бетону відбувається у повітряно-су-
хому середовищі (на відміну від звичайного бетону). Кислототрив-
кий бетон характеризується міцним зчепленням зі сталевою арма-
турою, стійкістю стосовно таких кислот, як сульфатна, сульфітна,
440
хлороводнева, нітратна та ін., за винятком фтороводневої. Міцність
при стиску через 3 доби становить 11... 12 МПа, через 28 діб —
15 МПа.
Кислототривкий бетон застосовують для різних конструкцій і
облицювання апаратури у хімічній промисловості, замінюючи ним
коштовні матеріали — листовий свинець, кислототривку кераміку,
тесане каміння. Після затвердіння бетону бажано його поверхню
«окислити», тобто змочити розчином сульфатної або хлороводневої
кислоти. При дії води, лужних розчинів і слабких кислот кислото-
тривкий бетон поступово руйнується, але є стійким до дії концент-
рованих кислот.
Бетон для захисту від радіації (радіаційнозахисний) виготов-
ляють за звичайною технологією та застосовують у спеціальних
спорудах: ядерних реакторах, атомних електростанціях, рентген-
кабінетах.
Захист від радіації, залежно від її джерела, досягається за раху-
нок використання щільних бетонів із високою густиною (в першу
чергу при дії у-випромінювання) та бетонів, що містять легкі елеме-
нти, в тому числі Гідроген у вигляді хімічно або фізично зв язаної
води (для захисту переважно від а-, Р-випромінювання). Захисна
здатність бетонів оцінюється товщиною шару, при якій потік радіо-
активного випромінювання послаблюється вдвічі, порівняно із по-
чатковим.
Як в’яжучі речовини використовують портландцемент та шла-
копортландцемент, а також кальційалюмінатні та лужні цементи.
Як заповнювачі застосовують важкі природні або штучні матері-
али (відходи чавунного та сталеливарного виробництва), в тому чис-
лі для особливо важкого бетону — залізні руди: магнетит (ГЄ3О4) та
гематит (РеО) із вмістом заліза не менш як 60%, а також бурий заліз-
няк Ре2О3-иН2О (лимоніт), який дозволяє значно підвищити вміст
зв’язаної води у бетоні, та баритові руди, що містять 80% сульфату
барію.
Металевий крупний заповнювач може бути представлений чавун-
ним скрапом, обрізками сталі та заліза. В разі використання метале-
вого заповнювача середня густина бетону досягає 6000 кг/м3.
Для підвищення захисних властивостей бетонів до їх складу корис-
но вводити добавки, що містять легкі елементи (Бор, Літій, Кадмій).
Бетон для захисту від радіації повинен мати відповідну міцність
при стиску та відносно низький модуль пружності, що дозволяє зни-
зити величину розтягувальних напружень у зовнішній зоні захисту.
Такий бетон, крім стійкості до радіації, повинен також відрізнятися
441
вогнестійкістю та жаростійкістю, оскільки при роботі реактора в
аварійному режимі ймовірне підвищення температури.
Для бетонування масивних конструкцій краще застосовувати
суміші з мінімальним теплом гідратації і мінімальною усадкою, а
також невеликою величиною коефіцієнта температурного розши-
рення. Особливо важкі бетони, отримані з використанням гематито-
вого, лимонітового та баритового заповнювачів, мають подібні ме-
ханічні властивості. Ці бетони поділяються за міцністю при стиску
на марки МІ00, М200, М300.
Бетон, здатний до самоущільнення, одержують із сумішей, що
ущільнюються без механічної обробки під дією власної ваги.
Бетонні суміші такого типу потребують підвищеної витрати це-
менту, мають високу рухомість та здатні обтікати арматуру або за-
кладні деталі, повністю заповнювати конструкції складної конфігу-
рації. Одержання бетонних сумішей, здатних до самоущільнення, в
умовах виробництва більш складний технологічний процес, ніж
приготування бетонів нормальної консистенції. Ці бетонні суміші
здатні до водовідділення та розшарування. Для уникнення цього
явища до складу бетонної суміші рекомендується додавати спеціаль-
ні водоутримувальні добавки (бентонітові глини, кремнегель) та
мікронаповнювачі. Технологічні властивості литих сумішей покра-
щуються за рахунок використання пластифікаторів, наприклад, мо-
дифікованих ЛСТ (ЛСТМ) або суперпластифікаторів.
На цей час високорухомі бетонні суміші з осадкою конуса 18...20 см
широко використовуються в збірному, а особливо в монолітному
будівництві. їх застосування в монолітному будівництві дає такі пе-
реваги, порівняно з використанням звичайних бетонних сумішей:
скорочення часу вібрування бетонних сумішей, зменшення потуж-
ності вібраторів, а в деяких випадках — відмова від віброущільнен-
ня; економію електроенергії та трудовитрат; можливість якісного
укладання бетону в конструкції складної конфігурації, із замкнути-
ми порожнинами та малих геометричних розмірів.
Висока рухомість бетонних сумішей (за рахунок застосування
суперпластифікаторів та комплексних модифікаторів) дає можли-
вість бетонувати споруди, застосовуючи бетононасоси, що істотно
підвищує продуктивність та поліпшує умови праці, скорочує строки
і поліпшує якість будівництва.
Бетонні суміші такого типу застосовують для виготовлення тон-
костінних густоармованих конструкцій із високими вимогами до
якості бетону, наприклад при будівництві атомних електростанцій,
оболонок градирень, стовбурів труб. Прикладами бетонування з ви-
442
користанням литих сумішей є споруди в Шелл Хейвені (Англія), де
подавання пластифікованої суміші здійснювали насосами на від-
стань 250 м; підводне бетонування дамби на р. Темза, будівництво
басейну в центрі Діснея (США) та метрополітену і громадських бу-
динків у Стокгольмі (Швеція).
Використання вищенаведеної технології потребує застосування
ефективних суперпластифікаторів, а також комплексних модифіка-
торів, які містять розріджувач (суперпластифікатор), уповільнювач
тужавлення (необхідний при транспортуванні та для якісного укла-
дання і ущільнення) і прискорювач (дія якого починається після
укладання суміші для отримання достатньої міцності бетону в ран-
ньому віці при вивільненні його з опалубки). Застосування такого
комплексу модифікаторів, який підбирається залежно від вимог до
бетонної суміші та якості бетону, дає можливість вирішувати проб-
леми водовідділення і розшаровуваності бетонної суміші, що впли-
ває на якісні характеристики отриманого бетону.
8.9. Використання техногенної сировини
та сировини з рециклінгу для отримання бетонів
Відходи металургійної промисловості, що представлені шла-
ками, є цінною сировиною для отримання шлакопортландцементу та
шлаколужних в’яжучих і бетонів. Шлаки можуть також використову-
ватися як тонкомелена гідравлічна добавка до бетонів (з метою скоро-
чення витрати цементу), а також як дрібний та крупний заповнювач.
Шлаколужні бетони одержують на основі тонкомеленого шла-
ку, активованого сполуками лужних металів (N3013, КОН, На2СО3,
К2СОз, Ка2О-Ад8іО2-иН2О). Як заповнювач використовують подріб-
нені гірські породи та відходи промисловості.
Шлаколужні бетони класифікують за структурою, зерновим
складом заповнювача, щільністю, складом цементу, а також умова-
ми твердіння.
За структурою розрізняють щільні, крупнопористі, поризовані та
ніздрюваті бетони. За зерновим складом заповнювачі поділяють на
дрібно- та крупнозернисті, а за густиною — на важкі та легкі. Важкі
бетони належать до конструкційних. Легкі бетони за призначенням
поділяють на конструкційні, конструкційно-теплоізоляційні та теп-
лоізоляційні.
Важкі шлаколужні бетони поділяють за міцністю при стиску на
класи В10...В110, за морозостійкістю передбачені марки Р200, РЗОО,
443
Р400, Р500, Р600, Р700, Р 800, Р900, Р1000, за водонепроникністю —
\¥4, ¥/6, ¥/10, \¥12, ¥/14, ¥/16, XVI8, \¥25, ¥/30.
Шлаколужні бетони використовують не тільки для загальнобуді-
вельних робіт, але і як спеціальні бетони — високоміцні, швидко-
тверднучі, гідротехнічні, жаростійкі, кислотостійкі тощо. Особливо
вони ефективні в умовах зведення будівель при від’ємних темпера-
турах, а також в умовах жаркого клімату, коли замість звичайної теп-
ловодого? обробки можна застосовувати геліотехнологію.
Дрібнозернисті шлаколужні бетони отримують при викорис-
танні дрібних пісків та ґрунтів у вигляді супісків та легких суглин-
ків, а також золошлакових сумішей, відсівів від подрібнення гірсь-
ких порід. Пилуваті та глинисті частинки, що містяться в таких
заповнювачах, активно взаємодіють зі сполуками лужних металів,
сприяючи ущільненню структури бетону. Мінімальна витрата шлаку
становить 400 кг/м3, в той час як для важкого бетону — 300 кг/м3.
Міцність при стиску дрібнозернистих бетонів становить 60... 120 МПа;
морозостійкість — Р500...Р800; водонепроникність — \¥6...\¥12;
початковий модуль пружності — (3,5...4,2) • 104 МПа, деформація
усадки — (34...38) • 10“5 мм/м.
Шлаколужні бетони в своєму складі можуть містити також від-
ходи енергетики — золу, кількість якої досягає 40...50% від маси
шлаку. До використання придатна зола, що містить не більше 5%
невипалених частинок палива ідо 1% сірки та включень негашеного
вапна. Лужні золошлакові бетони за міцністю при стиску поділяють
на класи В10...В50.
Відходи енергетики, зокрема зола, використовується як тонко-
мелена пуцоланова добавка для зниження витрати цементу та під-
вищення сульфатостійкості і зменшення тепловиділення бетонів, що
має особливе значення при монолітному бетонуванні та зведенні гід-
ротехнічних споруд.
Зола використовується як активна мінеральна добавка в різній
кількості для отримання цементів із добавками, пуцоланових та ком-
позиційних цементів.
Зола може бути цінною сировиною для виготовлення автоклав-
ного ніздрюватого бетону, міцність якого становить 3...6 МПа при
р/п=600 кг/м3, 5...10 МПа при рш= 800кг/м3 та 12...24 МПа при
рш= 1100 кг/м3.
Шлаки та золи також ефективно використовують як сировину
для отримання штучних пористих заповнювачів, у тому числі шла-
кової пемзи, зольного випаленого і невипаленого гравію, шлакового
гравію, аглопориту.
444
Відходи гірничорудної промисловості та переробки кам’яних
матеріалів можна розглядати як джерело розширення сировинної
бази заповнювачів для бетону.
Так, наприклад, щебінь із відходів сухої магнітної сепарації за
своїми фізико-механічними властивостями не поступається, а в де-
яких випадках переважає гранітний щебінь. Марка щебеню за дро-
бимістю становить Др8...Др12, за морозостійкістю — Р50...200;
водопоглинання становить О...1%, насипна густина щебеню —
1550... 1750 кг/м3, піску — 1550... 1600 кг/м3.
Щебінь із відходів сухої магнітної сепарації залізистих кварцитів
може бути використаний як заповнювач для бетонів, що призначені
для виготовлення монолітних залізобетонних конструкцій, при вла-
штуванні баластного шару залізничних шляхів, автомобільних доріг,
штучних основ для фундаментів та для засипок. Фракції щебеню
5... 10 та 10...20 мм використовують для одержання бетонів марок
150...400 при виготовленні армованих та неармованих конструкцій.
Пісок використовується як дрібний заповнювач важких бетонів усіх
марок, що призначені для виготовлення монолітних конструкцій і
збірного залізобетону для міського, промислового та сільськогоспо-
дарського будівництва.
Відходи розпилювання та подрібнення каміння доцільно вико-
ристовувати при виготовленні гідротехнічних бетонів. Наприклад,
міцність при згині бетону, виготовленого із використанням карбонат-
ного піску в 2...2,5 рази більше, ніж аналогічний показник бетону на
кварцовому піску. Отримані бетони відрізняються також підвище-
ною сульфатостійкістю.
Для виготовлення бетону також є придатним щебінь, отриманий
подрібненням бою звичайної керамічної цегли, який можна віднести
до категорії легкого заповнювача. На його основі одержують бе-
тони з міцністю при стиску 10... 15 МПа і середньою густиною
1800...2000 кг/м3. Використання цегляного щебеню є ефективним
для виготовлення крупнопористих бетонних блоків середньою гус-
тиною до 1400 кг/м .
Рециклінг, до якого нині у світовій практиці підвищується інте-
рес, — це повторне використання бетону у будівельному виробниц-
тві. Значна кількість бетонного брухту утворюється під час розби-
рання споруд, плит тимчасових доріг, паль, при випробуванні кон-
струкцій та накопичуванні некондиційних залізобетонних виробів,
які виникають при заміні житлового фонду та у випадках стихійного
лиха. Щорічний обсяг бетонного брухту постійно збільшується. Так,
наприклад, у країнах ЄЕС щорічно руйнується близько 50 млн. т
445
бетонних та залізобетонних конструкцій, у США — 60 млн. т, в
Японії — 12 млн. т.
Щебінь із подрібненого бетону використовують як звичайний
будівельний матеріал, що пропонується для широкого застосування
в різних галузях будівельного виробництва. Це дозволяє економити
сировинні ресурси та поліпшити екологію довкілля. При одержанні
щебеню з подрібненого бетону витрати палива у 8 разів менші, ніж
при його видобутку у природних умовах, а собівартість бетону на
вторинному щебені знижується на 25%.
Найперспективнішим є механічний метод активації щебеню із
подрібненого бетону. При механічних методах активації передбача-
ється самоподрібнення при перемішуванні щебеню у змішувачах
або їх обробка в кульових млинах із металевими кулями. Ефектив-
ність використання щебеню з подрібненого бетону зростає при зас-
тосуванні його замість заповнювача з природного кам’яного мате-
ріалу при виробництві конструкцій зі збірного залізобетону безпо-
середньо на підприємстві, що здійснює переробку некондиційної
продукції.
8.10. Проблеми довговічності
та захист бетонів від корозії
Бетонні споруди можна поділити на дві основні групи: для пер-
шої — термін експлуатації необмежений і визначається сотнями ро-
ків, а для другої — термін експлуатації обмежений і може бути
встановлений з точністю 10...20 років.
До першої групи належать споруди, які коригують, підправля-
ють природні ландшафти, тобто морські берегозахисні об’єкти, спо-
руди, що захищають від лавин та зсувів, деякі категорії мостів, для
яких можна прогнозувати стабільність навантаження у часі, біль-
шість наземних споруд, що не передбачають ніяких реконструкцій,
греблі, іригаційні та унікальні споруди спеціального призначення
(телевізійні башти, меморіальні комплекси).
До другої групи належать промислові споруди, строк експлуата-
ції яких визначається терміном корінних перетворень у техніці та
науці, житлові та монументальні (загальносуспільні) будинки, вимоги
до яких визначаються рівнем цивілізації та добробутом суспільства.
Надання конструкціям стійкості до дії зовнішнього середовища —
це складна екологічно-технічна проблема, яка виникла внаслідок
проникнення людини зі своїми спорудами у природне середовище.
446
Розглядання проблеми підвищення довговічності має здійснюва-
тися у двох аспектах: вивчення характеристик навколишнього сере-
довища і визначення домінуючих факторів, дія яких є небезпечною;
вивчення механізму та кінетики корозійних процесів з метою розроб-
ки на цій основі способів підвищення довговічності штучного ка-
меню.
Є різні трактування та визначення терміна «довговічність» для
будівельних матеріалів, конструкцій та споруд. «Довговічність» для
будівельних матеріалів та конструкцій може бути визначена як здат-
ність зберігати експлуатаційну придатність протягом визначеного
проектом терміну служби.
Для оцінки довговічності необхідно ввести одиниці вимірюван-
ня, і тоді вона може визначатися як «міра» опору матеріалу зношен-
ню та фізико-хімічним змінам у конкретних умовах використання.
Таке трактування дає змогу обґрунтувати методи випробування дов-
говічності, прийнявши як критерій стійкість до впливів, характерних
для умов експлуатації даного матеріалу або конструкції. Наприклад,
може мати місце:
- ерозія (стирання та зношення поверхні), характерна для доро-
жніх, аеродромних покриттів, морських берегозахисних споруд;
- заморожування та відтавання як результат зміни температури
та вологості;
- вплив газоповітряного середовища (зміна температури, воло-
гості, дія вуглекислого газу);
- вилуговування (корозія І виду), тобто розчинення та винесення
компонентів цементного каменю;
- хімічний вплив речовин, розчинених у воді або контактуючих
із бетоном (корозія II та III видів), дія солей, неорганічних та органі-
чних кислот);
- внутрішня корозія (взаємодія лугів цементу та реакційноздат-
ного заповнювача).
Взаємовплив цих факторів і визначає термін служби бетонних
конструкцій у конкретних умовах експлуатації.
Найуразливішим об’єктом корозії бетонних споруд є цементний
камінь, процеси руйнування якого розглянуті у розділі 6.3.2.
Заповнювачі також можуть провокувати розвиток корозії бетону
внаслідок взаємодії з цементним каменем. Обов’язковою умовою
здійснення хімічних реакцій є наявність рідкої фази або водного
розчину, що заповнює пори бетону.
Основними компонентами розчину (рідкої фази) є гідроксид
кальцію та сполуки лужних металів (натрію і калію), які значною
447
мірою визначають особливості перебігу процесів внутрішньої коро-
зії бетону.
Найрозповсюдженою та небезпечною є взаємодія між сполуками
лужних металів та кремнеземом деяких видів заповнювачів (опал,
халцедон, тридиміт, кристобаліт, деякі вулканічні склоподібні поро-
ди і сланці).
Внутрішня корозія бетону проявляється у вигляді тріщин та
прошарків гелеподібних речовин, що утворюються в місці контакту
заповнювача із цементним каменем. Процеси внутрішньої корозії
розвиваються повільно протягом місяців або років.
Також можливою є реакція між рідкою фазою та заповнювачем у
вигляді доломітизованих вапняків, яка має назву «роздоломічуван-
ня». Внаслідок хімічної реакції
СаСОз • М§СО3 + 2ИаОН = СаСО3 + Ме(ОН)2 + Иа2СО3
відбувається розширення твердої фази та послаблення структури
цементного каменю. Причиною внутрішньої корозії може бути та-
кож вміст у заповнювачах домішок, що віднесені до категорії «шкід-
ливих», у вигляді сполук сірки — сульфатів та сульфідів.
Другий клас процесів внутрішньої корозії визначається нестабіль-
ністю новоутворень, що виникають у процесі гідратації, та процеса-
ми фазових перетворень гідратованих сполук цементного каменю,
наприклад, у камені на основі глиноземистого цементу. Ці процеси
обумовлені переходом нестабільних форм гідроалюмінатів кальцію
С2АНк у стабільну С3АН6 при відповідних температурних умовах.
До цього виду корозії також належать процеси перекристалізації,
що пов’язані з укрупненням кристалів внаслідок відомої тенденції
до зменшення поверхневої енергії тонкодисперсних матеріалів від-
повідно до законів термодинаміки.
Внутрішня корозія може бути обумовлена хімічними добавками,
особливо протиморозними, що використовують у великій кількості і
які містять, як правило, розчинні солі лужних металів.
Розглянемо найрозповсюдженіший вид внутрішньої корозії, роз-
виток якої обумовлений реакціями між сполуками лужних металів
та аморфним кремнеземом заповнювачів.
Заповнювачі такого типу можуть бути отримані з метаморфічних
та вивержених гірських порід, що містять аморфні та склоподібні різ-
новиди кремнезему: опал, халцедон, тридиміт, кристобаліт, причому
перші два властиві осадовим та метаморфічним породам, другі —
виверженим. В останніх кремнезем може бути й у вигляді скла. З цими
видами кремнезему гідрати оксидів лужних металів вступають
448
у хімічну реакцію з утворенням гелевидної фази. В результаті цієї
реакції кремнезем переходить у розчинений стан, і це є початком
процесу корозії заповнювача, а відповідно, й корозії бетону, розви-
ток якої обумовлений явищами фізичного характеру.
Швидкість росту деформацій розширення та їх максимальне
значення залежить ВІД величини співвідношення /?2О(ЦЄм.)/8ІО2 (заповн.),
де Я2О(цем.) — вміст лугів у цементі (в перерахунку на Иа2О),
§іО2(заповн.) — кількість реакційноздатного кремнезему в заповнюва-
чі. Найбільше розширення бетону зафіксовано при використанні як
заповнювача опалу при співвідношенні оксидів Я2О(цем.)/8іО2(заповн.) У
межах 0,05...0,5. Слід зазначити, що здатність бетону до розширен-
ня пов’язана зі ступенем дисперсності реакційноздатної породи: при
використанні як заповнювача відносно крупних фракцій породи
розширення зростає, але при введенні породи, ступінь дисперсності
якої дорівнює або перевищує ступінь дисперсності цементу, розши-
рення починає зменшуватись.
До недавнього часу випадки внутрішньої корозії зустрічались
досить рідко, але нині, внаслідок погіршення якості сировини, інтен-
сивного вилучення лугів при випалюванні цементного клінкеру, а
також введення на цементних заводах більш якісної системи затри-
мання пилу, кількість лугів у цементах збільшилась. Небезпека ви-
никнення внутрішньої корозії бетону підвищується при використан-
ні цементів із вмістом оксиду Иа2О 1 ...2%.
Враховуючи зазначене, виникає питання про можливість вве-
дення у бетон добавок, що здатні були б запобігати розвитку реакції
«луги — кремнезем». Виходячи з уявлень про механізм корозії, та-
кими добавками можуть бути речовини, що зв’язують Са(ОН)2, та
зменшують можливість проявлення ефекту напівпроникності плі-
вок, що утворюються, наприклад, шлаки та пуцолани різного виду, в
тому числі тонкодисперсний кремнезем (зіііса Ште).
Відомі ще й інші методи запобігання розвитку корозії, наприк-
лад, у випадку, коли процес розвитку корозії вже почався: це
може бути обробка поверхні бетону розчинами Ва(ОН)2, ЕіСІ,
Иа2О • И7$ІО2 • иН2О.
Таким чином, довговічність будівельних матеріалів визначається
як об’єктивними факторами (умовами експлуатації, кліматичною
зоною, особливостями конструктивних рішень), так і суб’єктив-
ними, що пов’язані з характером мікро-, мезо- та макроструктури
штучного каменю. Наприклад, формування міцності цементного бе-
тону обумовлюється властивостями мікро- та макроструктури (на
40%); адгезійною взаємодією розчинової складової з крупним запо-
449
внювачем (на 40%) та механічним зчепленням цементного каменю з
нерівностями поверхні заповнювача (20%). Спеціальні властивості
бетону, в тому числі підвищена корозійна стійкість, обумовлюються
не тільки складом та характером мікроструктури (50%), але і видом
макроструктури, в тому числі видом крупного заповнювача та мож-
ливістю його взаємодії з елементами мікроструктури (50%).
Аналіз вищенаведеної інформації свідчить про те, що вивчення
та встановлення взаємозв’язку «склад — структура — технологія —
властивості» і є тим ключем, що відкриває можливості створення
довговічних будівельних матеріалів із потрібними характеристиками.
Список літератури до розділу 8
1. Баженов Ю. М. Бетонополимерьі, — М., Стройиздат, 1983. —
472 с.
2. Баженов Ю. М. Технология бетона. — М.: Вьісшая школа,
1987. —449 с.
3. Батраков В. Г. Модифицированньїе бетоньї. — М.: Стройиз-
дат, 1990. — 396 с.
4. Батраков В. Г. Модифицированньїе бетоньї. Теория и прак-
тика. М., 1998. —768 с.
5. Большаков В. И., Мартьіненко В. А., Ястребцов В. В. Произ-
водство изделий из ячеистого бетона по резательной техно-
логии, Днепропетровск, из-во «Пороги», 2003, с. 141.
6. Будівельні матеріали'. Підручник / П. В. Кривенко, В. Б. Ба-
рановський, М. П. Безсмертний та ін. — К, Вища школа, 1993. —
388 с.
7. Волинський О. А. Технологія бетонних і залізобетонних конст-
рукцій: Підручник для студ. вузів. — Ч. 1. Технологія бето-
ну. — К.: Вища школа, 1994. — 271 с.
8. Гоц В. І. Бетони і будівельні розчини: Підручник. — К.: ТОВ
УВПК Екс Об», К.: КНУБА, 2003. — 472 с.
9. Кривенко П. В., Пушкарева Е. К Долговечность шлакощелоч-
ного бетона, К., Будівельник, 1993. — 223 с.
10. Кривенко П В., Пушкарьова К К, Кочевих М. О. Заповнюва-
чі для бетону: Підручник. — К.: ФАДА ЛТД, 2001. — 399 с.
11. Мартьіненко В. А., Ворона А. Н. Запорожский ячеистьій бе-
тон, Днепропетровск, из-во «Пороги», 2003, с. 95.
12. Рабинович Ф. Р. Дисперсноармированньїе бетоньї. — М.,
Стройиздат, 1989. — 174 с.
450
13. Рамачандран В., Фельдман Р., Бодузн Дж. Наука о бетоне:
Физико-химическое бетоноведение. — М.: Стройиздат, 1986. —
278.
14. Ратинов В. Б., Розенберг Б. И. Добавки в бетон. — М.,
Стройиздат, 1989. — с.
15. Русанова Н. Г., Пальчик П. П., Рижанкова Л. М. Технологія
бетонних і залізобетонних конструкцій: Підручник для
студ. вузів. — Ч. 2. Виготовлення бетонних і залізобетонних
конструкцій. — К.: Вища школа, 1994. — 334 с.
16. Рьібьев И А. Строительное материаловедение: Учеб. пособие
для строит. спец, вузов. — М., Внісшая школа, 2002. — 701 с
17. Строительньїе материальг. Учебник / Под общ. ред. В.Г. Ми-
кульского. — М: Изд-во АСВ, 2000. — 530 с.
18. Хаютин Ю. Г. Монолитньїй бетон: технология производства
работ. М., Стройиздат, 1991. — 576 с.
19. Чернявский В. Л. Адаптация бетона. — Днепропетровск,
«Нова ідеологія», 2002. — 115 с.
20. Аіїсіп Р. Ні§Ь РеїТоппапсе Сопсгеіе, Е&РК 8роп. — Ьопсіоп. —
1998. —591 р.
21. Ьеа'з СЬетізІгу оГсетепі апсі Сопсгеїе, еФ Ьу Реіег С. Не\¥Іеїї,
1998. — 1008 8.
22. Пєуіііє А.М. \У1а8СІ\¥О8сі Ьеіопп, \уус!апіе 4, Кгако\¥, 2000. —
874 8.
451
і.
І
Розділ 9
' МАТЕРІАЛИ
ТА ВИРОБИ
З ДЕРЕВИНИ
9.1. Деревина як природний органічний
композиційний матеріал
9.1.1. Загальні відомості
Деревину з давніх часів широко застосовують у будівництві за-
вдяки її значному поширенню та високим будівельно-технологічним
властивостям: значній міцності при розтягу та стиску, невеликій гу-
стині, низькій теплопровідності, технологічності при обробці, гар-
ному зовнішньому вигляду.
Деревина як будівельний матеріал має і ряд недоліків: неоднорід-
ність будови і, відповідно, властивостей, гігроскопічність, займис-
тість, здатність до гниття тощо. Частину цих недоліків можна подо-
лати технічними заходами. Так, для підвищення гнилостійкості
застосовують антисептики, а для підвищення вогнестійкості — ан-
типірени. Виготовлення клеєних дерев’яних конструкцій зменшує
чи повністю усуває усихання й короблення деревини, підвищує гни-
лостійкість і зменшує займистість. Поліпшення властивостей дереви-
ни досягається просочуванням її полімерами. При цьому гігроскопіч-
ність і водопоглинання значно зменшуються; така деревина не коро-
биться, не гниє, легко полірується, має гарний зовнішній вигляд. ♦
Деревину в сучасному будівництві застосовують для виробницт-
ва паркету, дверних та віконних коробок, хрестовин, дверного запо-
внення, вбудованих меблів. Деревину і досі широко використовують
для виготовлення шпал, опор ліній електропередач та як кріпильне
риштовання в підземних розробках.
Запаси деревини в Україні не дуже великі (лісовий фонд стано-
вить 10 млн. га, із них зайнято насадженнями 8,6 га), тому з метою
452
збереження запасів ведеться планомірна робота щодо скорочення
застосування її у будівництві. В останні роки бетон, скло, кераміка
значною мірою замінили деревину. Важливим резервом економії
деревини є використання відходів лісопиляння та обробки для ви-
готовлення фанери, деревноволокнистих плит, клеєних дерев’я-
них конструкцій, арболіту, декоративних виробів. Крім деревини,
у будівництві застосовуються матеріали з нелісової рослинної си-
ровини: очерету, соломи, стебел соняшнику, костриці, бавовнику
тощо.
9.1.2. Будова деревини
Дерево складається з коріння, стовбура та крони. Стовбур є ос-
новною частиною дерева, саме від його будови залежить повноцін-
ність деревини як будівельного матеріалу; із стовбура одержують
60...90% деревини. Верхня частина стовбура — вершина, нижня —
окоренок.
Макроструктура. Помітну неозброєним оком або з невеликим
збільшенням будову деревини називають макроструктурою. Вив-
чення макроструктури дає змогу встановити основні ознаки дереви-
ни, визначити її породу і прогнозувати фізико-механічні та інші вла-
стивості. Вивчають три основні розрізи стовбура (рис. 9.1): торце-
вий, або поперечний, перпендикулярний до осі стовбура; радіальний —
уздовж стовбура і такий, що проходить через стрижень; тангенціа-
льний — паралельний осі стовбура.
На поперечному розрізі стовбура видно кору, камбій, заболонь,
ядро, стрижень, стрижневі промені та річні шари.
Кора захищає дерево від зовнішніх впливів і складається з кірки
та лубу. Кора становить 6...25% об’єму дерева.
Камбій — це тонкий шар клітин, здатних до поділу та росту;
більша частина їх відкладається у бік деревини, менша — у бік
лубу.
У різні пори року камбій розвивається по-різному: влітку він
утворює щільну деревину (пізня деревина), навесні — дірчасту
(рання деревина). Чергуючись, рання та пізня деревина створюють
шарувату будову деревини.
Заболонь — це світла частина деревини, що складається з моло-
дих клітин, по яких рухається волога з розчиненими в ній поживни-
ми речовинами. Заболонь у щойно зрубаному дереві має велику во-
логість, відносно легко загниває, має низьку міцність, велике уси-
хання і схильність до короблення.
453
4
в
Рис. 9.1. Основні розрізи стовбура:
а — торцевий; б — тангенціальний; в — радіальний;
1 — кора; 2 — луб; З — камбій; 4 — заболонь; 5 — ядро; 6 —
стрижень; 7— річні шари (кільця); 8 — стрижневі промені
Ядро — це центральна, темніша частина деревини, яка склада-
ється з відмерлих клітин, просочених смолистими та дубильними
речовинами. Ядро не містить живих клітин і не бере участі у фізіо-
логічних процесах, але забезпечує міцність стовбура дерева. Ця час-
тина дерева має меншу вологість, більшу стійкість щодо загнивання,
вищі міцність та твердість.
Стрижень складається з великих та тонкостінних, слабко зв’я-
заних між собою дірчастих клітин. Стрижень і деревина, утворена в
ранньому періоді, становлять стрижньову трубку. Ця частина стов-
бура є найслабшою, легко піддається загниванню. Розміри стрижня
в листяних породах, як правило, більші, ніж у хвойних. У процесі
росту дерева стінки клітин деревини внутрішньої частини стовбура,
які прилягають до стрижня, постійно змінюють свій склад, де-
рев’яніють і просочуються у хвойних порід смолою, у листяних —
дубильними речовинами. Рух вологи в цій частині стовбура припи-
няється, і вона стає міцною, твердою та стійкою до загнивання.
454
Стрижневі промені складаються з тонкостінних клітин, особли-
во помітних у дуба, бука, клена. Одні з них (первинні) починаються
від стрижня і йдуть до кори, пронизуючи всю деревину в радіально-
му напрямі, інші (вторинні) виникають на різних відстанях від
стрижня, але обов’язково доходять до кори. Стрижневі промені при-
значені для переміщення по них вологи та поживних речовин і ство-
рення запасу цих речовин на зимовий час. Стрижневі промені в лис-
тяних породах становлять майже 15%, у хвойних — майже 6% за
об’ємом. Деревина легко розколюється за стрижневими променями,
за ними ж вона розтріскується при висиханні.
Річні шари (кільця) утворюються в період росту. Клітини ранньої
деревини (весняні) дірчасті, мають низьку механічну міцність, а клі-
тини пізньої деревини (утвореної влітку) — більш щільні та міцні.
Чим більше утворилося пізньої деревини, тим вища її механічна
міцність.
Деревні породи поділяють на ядрові (сосна, дуб, модрина, ясень)
та заболонні, які не мають ядра (береза, осика, граб, вільха, липа).
Деревні породи з однаковим забарвленням поперечного перерізу, які
містять різну кількість вологи в центральній та периферійній части-
нах, називають породами зі стиглою деревиною (бук, ялина, ялиця).
Мікроструктура та хімічний склад. Деревина є продуктом ро-
слинного походження і складається із живих та відмерлих клітин різ-
ної величини та форми. Живі клітини мають оболонку, в середині
якої міститься протопласт, що складається з плазми та ядра. Оболон-
ка клітини складається з целюлози, або клітковини (СбНюОз),,. У про-
цесі росту клітини оболонка змінюється — дерев’яніє, що пов’язано
з появою лігніну, який надає деревині пружності та твердості.
Клітини деревини звичайно витягнуті у вертикальному напря-
мі, але деяка їх кількість — у горизонтальному. Клітини деревини
розрізняють за формою та функціями.
За формою клітини поділяють на паренхимні (живі) — круглі,
багатогранні чи витягнуті з протопластом і прозенхимні — витягну-
ті у вигляді волокон із загостреними кінцями і переважно відмерлим
протопластом.
За функціями, що виконують, клітини поділяють на провідні, за-
пасаючі та опорні. Провідні клітини — це судини (трахеї) та трахеї-
ди, які проводять воду та поживні речовини. Деревина хвойних по-
рід не має судин і на 90...95% складається із трахеїд. Запасаючі
клітини мають велику порожнину, де створюється запас поживних
речовин. Стінки клітин тонкі. Опорні (механічні) клітини мають
товсті стінки і невеликі порожнини. Роль опорних клітин у хвойних
455
породах виконують трахеїди. Опорні клітини найстійкіші щодо за-
гнивання.
У деревині хвойних порід зустрічаються ходи, призначені для
нагромадження смолистих речовин, що підвищують стійкість і дов-
говічність деревини.
Стінки клітини складені з органічних сполук, які у хвойних по-
рід на 70%, а у листяних на 80% представлені вуглеводнями. При-
кладом простих вуглеводнів є глюкоза (С6Ні2О6). Молекули глюкози
під впливом ферментів здатні об’єднуватися у більш складні сполу-
ки: крохмаль та целюлозу (СбНюО5)п. Більша частина вуглеводневої
складової — це целюлоза та геміцелюлоза. Вони можуть бути вида-
лені з деревини у вигляді волокнистого матеріалу шляхом обробки
окиснювачами (кислотами).
До 30% деревини становить лігнін — речовини ароматичної
природи. Вуглеводні та лігнін — високомолекулярні сполуки, полі-
мери з усіма притаманними їм характеристиками.
Незначна частка в складі деревини припадає на екстрактивні
речовини, що належать до низькомолекулярних сполук (смоли, смо-
ляні кислоти, ефірні масла, барвники тощо). Вони просочують стін-
ки клітин та накопичуються у порожнинах міжклітинного простору,
при цьому вони надають деревині колір, запах, смак, підвищують
стійкість проти гниття та враження грибами.
Целюлоза — це лінійний гетероланцюговий полімер, що має ве-
лику кількість гідроксильних груп, здатних до утворення водневого
зв’язку. Цей тип хімічного зв’язку надає підвищеної жорсткості по-
лімеру. Целюлоза, як основна речовина деревини, ступінь полімери-
зації якої досягає 300...600, утворює шарувату клітинну оболонку
(стінку), здатну при механічній обробці розпадатися на тонкі волок-
на — фібрили, а при хімічній — мікрофібрили. Фібрили та мікрофі-
брили складаються з молекулярних кристалічних фаз, тобто регуля-
рно розташованих молекул, але інколи ці зони перемішуються з
аморфними, де має місце хаотичне розташування макромолекул та
утворення геміцелюлози, ступінь полімеризації якої досить низький і
становить 100...200.
Деревинні целюлозні волокна мають спіральну структуру та міс-
тять 55...65% кристалічної і 25...35% аморфної (геміцелюлозної)
фаз, причому хвойні породи відрізняються меншим вмістом аморф-
ної частини, а листяні — більшим.
Лігнін — природний полімер сітчастої структури, другий за вмі-
стом структуротвірний компонент деревини, кількість якого у хвой-
них порід досягає 28...30%, а листяних — 18...24%. Лігнін — це
456
аморфна речовина, що відрізняється більшою реакційною здатністю
та меншою хімічною стійкістю порівняно з целюлозою. Целюлоза та
лігнін здатні до хімічної взаємодії між собою з утворенням лігнокар-
бонових (лігновуглецевих) комплексів, але деяка частина лігніну
міститься у деревині у вільному стані.
Структура деревини утворюється за рахунок складної взаємодії
целюлози (армувального компонента) та лігніну (матриці). Волокна
целюлози мають високу міцність на розтяг, але легко згинаються, а
лігнін як зв’язуюча речовина поєднує їх в одне ціле за допомогою
різних видів хімічного зв’язку та когезії.
Таким чином, деревина — це природний органічний композицій-
ний матеріал із конгломератним типом структури, в якому матриця
представлена просторовою сіткою з лігніну, а армувальний ком-
понент (наповнювач) — волокнами у вигляді целюлози. Характер
структури деревини, в тому числі його кори, визначає експлуатацій-
ні властивості отриманих виробів. Наприклад, кора пробкового дуба
подібна стільникам, що містять маленькі комірки 14...16-гранної
форми, стінки яких багатошарові і складаються з лігніну та целюло-
зи. Пробка містить суберин — нерозчинний у воді і спирті сік кліти-
ни, який є сумішшю жиру, кислот та важких органічних спиртів. Ця
речовина надає пробці непроникності для газів і рідин, а також ро-
бить її інертною до дії агресивних середовищ. Зазначені структура
та склад кори пробкового дуба визначають її низьку тепло- та зву-
копроникність, еластичність, легкість, гідроізолюючі й антиконден-
саційні властивості. Вона є антистатиком та гіпоалергентом.
Деревні породи поділяють на хвойні і листяні.
Хвойні породи застосовують переважно для інженерних конс-
трукцій.
Сосна — ядрова порода, яка має високу міцність і низьку щіль-
ність (середня густина — 470...540 кг/м3). Ядро у неї буро-червоного
кольору, а заболонь — жовтого. Деревина сосни смолиста, важко під-
дається загниванню, її застосовують у вигляді кругляка та пиляних
лісоматеріалів, а також для виготовлення столярних виробів і меблів.
Ялина — порода із стиглою деревиною, малосмолиста, має висо-
кі показники міцності, низьку середню густину (440...500 кг/м3). Її
використовують для виготовлення будівельних конструкцій та сто-
лярних виробів. За якістю деревини ялина незначно поступається
перед сосною. За великої кількості сучків ялину важко обробляти.
Найкращі властивості має дерево, зрубане у віці 80... 100 років.
Модрина — ядрова смолиста порода з підвищеними твердістю та
середньою густиною (630...730 кг/м3), стійка проти загнивання, най-
457
кращі властивості має у віці 100... 120 років. Ядро червонувато-
бурого кольору, заболонь вузька і за забарвленням значно відрізня-
ється від ядра. Застосовують її у будівництві мостів, а також у гідро-
технічному будівництві, для виготовлення шпал та рудникових сто-
яків. Недолік деревини модрини — схильність до розтріскування.
Ялиця — порода без’ядрова, річні кільця широкі, не містять смо-
ляних ходів. Деревина менш стійка порівняно з іншими хвойними
породами, тому й не застосовується у вологих умовах експлуатації.
Кедр — ядрова порода, яка має низьку щільність, її механічні
властивості нижчі, ніж у сосни; застосовують як будівельний ліс,
пиломатеріали, а також для виготовлення столярних виробів.
Тис — порода ядрова, використовується для виготовлення меб-
лів, у будівництві широкого застосування не знайшла.
Листяні породи налічують багато найменувань (дуб, бук, вільха,
осика, береза, липа, ясень, горіх тощо).
Дуб — ядрова порода, яка має високі механічну міцність, в’яз-
кість та щільність (середня густина — 720 кг/м3). Оптимальний час
зрубування — 180 років. Ядро темно-бурого кольору, заболонь —
жовтуватого. Має високу стійкість проти загнивання, гарну текстуру.
Використовують у відповідальних конструкціях, мостобудуванні,
гідротехнічному будівництві, для виготовлення меблів, облицюва-
льної фанери, столярних виробів та паркету. При тривалому пере-
буванні у воді деревина темнішає, поступово перетворюючись на
морений дуб.
Бук — розсіяно-пориста стиглодеревна порода. Деревина тверда,
щільна (середня густина — 650 кг/м3), пружна, білого з червоним
відтінком кольору, малостійка проти загнивання, найкращі власти-
вості має, якщо зрубана у віці 110 років. Застосовують для виготов-
лення меблів, столярних виробів та паркету.
Вільха — заболонна порода з м’якою деревиною, що легко під-
дається обробці, нестійка проти загнивання. Використовують її для
столярних виробів та фанери.
Осика — заболонна стиглодеревна порода. Деревина легка (се-
редня густина 420...500 кг/м3), м’яка, зеленуватого кольору. Засто-
совують її для виготовлення тари, фанери, щепи.
Береза — заболонна порода. Деревина щільна (середня густина —
650 кг/м3), має високі міцність, в’язкість; нестійка проти загнивання.
Використовують її для виготовлення фанери, паркету, столярних
виробів, поручнів, опоряджувальних робіт.
Ясень — ядрова порода. Деревина має високі міцність і щіль-
ність (середня густина — 660...740 кг/м3), пружність, гарну текстуру.
458
У вологих умовах ясень швидко загниває. Застосовують його для ви-
готовлення опоряджувальних покриттів, меблів, столярних виробів.
Липа — заболонна порода. Деревина легка, м’яка, нестійка у воло-
гих умовах. Використовують для виготовлення меблів, фанери, тари.
Горіх — має деревину темно-коричневого кольору, гарну текс-
туру; застосовують для виготовлення декоративної фанери.
9.2. Основні властивості деревини
Фізичні властивості деревини: істинна та середня густина, во-
логість, усихання, розбухання, короблення, теплопровідність, пори-
стість та ряд інших.
Істинна густина деревини приблизно однакова для різних порід
і становить 1,53... 1,55 г/см3.
Середня густина деревини залежить від виду породи, вологості
та пористості і може бути в межах 450...900 кг/м3.
Вологість значною мірою зумовлює якість деревини. Розрізня-
ють гігроскопічну вологу, зв’язану в стінках клітин, та капілярну,
яка заповнює міжклітинний простір. При висиханні деревина споча-
тку втрачає вільну (капілярну) вологу, а далі починає виділяти гіг-
роскопічну.
Вологість деревини, що дорівнює 12%, умовно вважається стан-
дартною. Результати визначення всіх фізичних властивостей дере-
вини треба коригувати (уточнювати за відповідними формулами) з
урахуванням цієї вологості.
Деревина, маючи волокнисту будову і високу пористість, легко
поглинає водяні пари з повітря (є гігроскопічною). При тривалому
перебуванні на повітрі при сталих умовах деревина набуває волого-
сті, яку називають рівноважною. Стан деревини в момент, коли в її
структурі відсутня вільна волога, називають межею гігроскопічної
вологості (для різних порід вона становить 23...35% відносно маси
сухої деревини).
Зі зміною вологості відбуваються усихання, розбухання, жолоб-
лення деревини.
Усихання деревини полягає в зменшенні її лінійних розмірів та
об’єму під час видалення з неї гігроскопічної вологості. В разі ви-
сушування деревини до межі гігроскопічної вологості її лінійні роз-
міри не змінюються, а з подальшим висушуванням зменшуються:
уздовж волокон — на 0,1...0,4%; у радіальному напрямку — на
З...6%; у тангенціальному — на 6...12%.
459
Лінійне усихання визначають впоперек волокон у двох напрямах —
тангенціальному та радіальному. Усихання вздовж волокон незначне,
і його не визначають. Об’ємне всихання становить 12... 15%. Усихан-
ня щільних (важких) порід більше, ніж усихання деревини м’яких
(легких) порід.
Розбухання — це стан, коли стінки клітин зі зволоженням сухої
деревини до досягнення нею границі гігроскопічності, потовщуються,
розбухають, що призводить до збільшення розмірів та об’єму виробів.
Жолоблення деревини виникає внаслідок неоднакового всихання
в різних напрямах. Широкі дошки дужче коробляться, ніж вузькі, а
тому ширина дощок, які зазнають під час експлуатації навперемін-
ного зволоження і висушування (підлоги, зовнішня обшивка буді-
вель), не повинна перевищувати 12 см.
Щоб запобігти коробленню і розтріскуванню дерев’яних виро-
бів, треба застосовувати деревину з такою вологістю, яка відповіда-
ла б умовам її експлуатації. У колодах тріщини всихання з’явля-
ються насамперед на торцях. Щоб зменшити розтріскування торців,
їх зафарбовують сумішшю вапна та клею.
Теплопровідність деревини залежить від породи, напряму воло-
кон та вологості. Так, при вологості 15% теплопровідність уздовж
волокон у дуба дорівнює 0,45 Вт/(м • К), у сосни — 0,35 Вт/(м • К),
впоперек волокон —, відповідно, 0,22 і 0,17 Вт/(м • К). З підвищен-
ням вологості теплопровідність деревини зростає. Теплопровідність
також вища в радіальному напрямі, ніж у тангенціальному. Теплоза-
хисні властивості деревини широко використовують у будівництві.
Теплоємність сухої деревини різних порід перебуває в межах
1,26... 1,42 Дж/(кг • К), при збільшенні вологості теплоємність зрос-
тає кДж/(кг • К).
Температурний коефіцієнт лінійного розширення деревини за-
лежить від виду породи і напряму волокон: уздовж волокон —
0,2 • 1(Г5...0,1 • юл впоперек —0,3 • юЛ.Дб • КҐ*К’'.
Електропровідність сухої деревини досить незначна, вона є до-
брим ізолятором, має питомий електричний опір 1О13...1О15 (Ом • м)
і є полярним діелектриком.
Стійкість деревини до дії агресивних середовищ досить висока.
Слаболужні розчини майже не руйнують деревини; у кислому
середовищі руйнування починається при рН < 2. У морській воді дере-
вина зберігається гірше, ніж у прісній, наприклад, річковій або озерній.
Механічні властивості деревини (табл. 9.1) — це міцність при
стиску та розтягу, при згині та сколюванні, яка характеризується
460
здатністю чинити опір зовнішнім механічним впливам і залежить
від деревної породи, вологості, наявності вад, місця в стовбурі, де її
визначають, тощо. Механічні властивості деревини визначають на
зразках стандартних розмірів, які не мають вад, враховуючи рівень
їх вологості.
Таблиця 9.1
Середні показники механічних властивостей деревини
(при 12 % вологості)
Деревна порода Середня густина, кг/м3 Границя міцності деревини, МПа
при стиску, Кст уздовж волокон при згині, при розтягу, 7?р уздовж волокон при сколюванні
у радіальному напрямі у тангенціаль- ному напрямі
Модрина 680 52 97 129 11,5 12,5
Сосна 530 44 79 115 7 7,5
Ялина 460 42 77,5 122 5 5
Кедр 440 35 64,5 78 5,5 6
Ялиця 390 33 58,5 84 6 6,5
Дуб 720 52 94 129 8,5 10,5
Бук 650 46 94 129 10 13
Береза 640 45 100 120 8,5 11
Липа 540 39 68 116 7 8
Осика 500 37 77 111 6 8
Міцність при стиску деревини визначають уздовж та впоперек
волокон на зразках-призмах перерізом 20x20 мм і завдовжки ЗО мм.
Міцність деревини на стиск уздовж волокон у 4...6 разів більша за її
міцність впоперек волокон. Міцність деревини зменшується зі збі-
льшенням її вологості. Міцність зразків при стандартній вологості
12% визначають за формулою
(1 + о(1Г-12)),
де /?і2 — границя міцності при 12%-й вологості, %; — границя
міцності при вологості 17, %; 17 — вологість деревини під час ви-
пробування, %; о — поправковий коефіцієнт на вологість (для всіх
порід о = 0,04).
Міцність при розтягу деревини вздовж волокон у 2...З рази бі-
льша за міцність при стиску й у 20...ЗО разів вища за міцність при
розтягу впоперек волокон. Для окремих порід границя міцності при
розтягу досягає 100...200 МПа.
Питома міцність деревини при розтягу вздовж волокон порівню-
вальна з аналогічними показниками сталі та склопластиків. Проте
461
цінні властивості деревини реалізувати в конструкціях складно че-
рез наявність вад (сучки, тріщини тощо), які знижують її міцнісні
властивості.
Міцність при розтягу деревини хвойних порід мало залежить від
вологості, а для деревини листяних порід цей вплив є значнішим.
Міцність при статичному згині деревини перевищує міцність
при стиску вздовж волокон, але менша за міцність при розтягу і ста-
новить для різних порід 50... 100 МПа. Високі значення при статич-
ному згині дають змогу широко застосовувати деревину в конструк-
ціях, які працюють на згин (балки, крокви, бруски, настили тощо).
Міцність при сколюванні деревини вздовж волокон становить у
середньому 3...13 МПа. Міцність при сколюванні впоперек волокон
у 3...4 рази вища за міцність при сколюванні вздовж волокон (табл. 9.1),
але чистого зрізу практично не буває, оскільки одночасно відбува-
ється стиск і згин волокон.
Статична твердість деревини дорівнює навантаженню, пот-
рібному для вдавлювання в поверхню зразка половини металевої
кульки на глибину 5,64 мм (площа відбитка дорівнює 1 см2). Твер-
дість деревини у поперечному напрямі на 15...50% вища, ніж у раді-
альному і тангенціальному.
За твердістю по торцю деревину поділяють на три групи: м’яка
з твердістю 35...50 МПа (сосна, ялина, ялиця, вільха); тверда —
50... 100 МПа (дуб, граб, ясень, клен, каштан, береза); дуже тверда —
понад 100 МПа (самшит, кизил).
Тверді породи важко обробляються, але мають підвищену зносо-
стійкість.
Вади деревини — це недоліки окремих її ділянок, які знижують
якість і обмежують можливості використання. Вади деревини мо-
жуть бути пов’язані з відхиленнями від її нормальної будови, по-
шкодженнями та захворюваннями.
їх поділяють на такі групи: тріщини, сучки, пошкодження кома-
хами, грибами, трухлявини, дефекти форми стовбура, вади будови
деревини, рани, ненормальні відкладення в середині деревини, хімі-
чні забарвлення. Вплив вад на придатність деревини для будівель-
них потреб залежить від розташування, виду, розмірів ураження, а
також від призначення деревини.
Вищезазначені відхилення, як правило, знижують механічні вла-
стивості деревини, а тому її сортність встановлюють з урахуванням
наявних вад. їх походження може бути різним. Одні з них утворю-
ються в період росту дерева, інші — у період зберігання та експлуа-
тації.
462
Рис. 9.2. Типи тріщин:
1,2 — мітикові: проста та скла-
дна; 3, 4 — морозні: відкрита і
закрита; 5, 6 — відлупи і: кільце-
ва і часткова
Тріщини — це розриви деревини
вздовж волокон. Залежно від часу по-
яви та характеру пошкодження, розріз-
няють такі тріщини: мітик, відлупина,
морозні та всихання (рис. 9.2).
Мітик — це внутрішні поздовжні
тріщини, які проходять через стрижень
стовбура, але не доходять до його пе-
риферії. Вони виникають у дереві, що
росте, і збільшуються в зрубаному дереві
при його висиханні. Мітик порушує цілі-
сність деревини і знижує її сортність.
Відлупина — це внутрішня тріщина,
що йде по річному шару та збільшуєть-
ся в зрубаному дереві при його виси-
ханні. Відлупина, як правило, спричи-
нюється морозом і найчастіше зустрі-
чається в деревині дуба, осики, ялиці,
ялини та тополі.
Морозна тріщина (морозовина) — це зовнішня поздовжня трі-
щина, ширша на периферії стовбура і яка поступово звужується до
центру. На поверхні стовбура морозовина має вигляд відкритої трі-
щини значної довжини з набряками по краях. Виникають такі трі-
щини взимку при різкому зниженні температури. Найчастіше вра-
жають товсті стовбури листяних порід: дуба, бука, ясеня, горіха.
Тріщини усихання утворюються при висиханні деревини й по-
ширюються від поверхні колоди в середину. Тріщини усихання по-
рушують цілісність деревини, знижують її сорт, часто роблячи дере-
вину непридатною для будівельних потреб.
Сучки — це частини гілок, що містяться в деревині живих чи
відмерлих за життя дерев. Сучки — найпоширеніша і неминуча вада
деревини. Вони порушують її однорідність, ускладнюють обробку
пиломатеріалів, знижують міцність.
Для виготовлення несучих дерев’яних конструкцій придатна де-
ревина, яка має лише здорові зрощені сучки, число та розміри яких
обмежені для кожного матеріалу.
Хімічні забарвлення виникають у деревині внаслідок хімічних та
біохімічних процесів окиснення дубильних речовин. Вони розмі-
щуються переважно в поверхневих шарах і погіршують зовнішній
вигляд деревини, але її фізико-механічних властивостей майже не
змінюють.
463
Грибні забарвлення та гнилизна, які значно впливають на якість
деревини, виникають на мертвій та відмираючій деревині внаслідок
біологічних процесів, спричинених життєдіяльністю найпростіших
організмів — грибів. Одні гриби змінюють лише забарвлення дере-
вини, майже не впливаючи на фізико-механічні властивості (дерево-
забарвлювальні), інші не лише змінюють колір, структуру та влас-
тивості деревини, а й руйнують її (дереворуйнівні).
Деревнозабарвлювальні гриби вражають переважно дерева, що
ростуть, та свіжозрубану деревину під час її транспортування і збе-
рігання.
Дереворуйнівні гриби, що спричинюють гниття, виділяють фер-
мент, який перетворює нерозчинну у воді целюлозу (С6Н10О5)п на
розчинну глюкозу (С6Н12О6)п — поживне середовище для подальшо-
го розвитку грибів. У тілі грибів глюкоза окиснюється киснем пові-
тря, утворюючи вуглекислий газ та воду. Деревина при цьому змі-
нює забарвлення, маса її зменшується, вона вкривається сіткою
поперечних та поздовжніх тріщин, втрачає міцність і розпадається.
Гриби розвиваються при наявності кисню повітря, температури
середовища 2О...7О°С та вологості деревини не менш як 20%. Із змі-
ною умов (відсутність кисню, дія від’ємних температур, зменшення
вологості деревини) гниття деревини може припинитися, але гриби
зберігають здатність до подальшого розвитку.
Сортність деревини з гнилизною, залежно від розмірів ураження,
знижується аж до її повної технічної непридатності.
Пошкодження комахами (червоточина) — це ходи і отвори,
пророблені в деревині комахами. На деревині червоточини можна
побачити у вигляді невеличких отворів, борозенок, канавок. Основ-
них руйнувань деревині завдають не дорослі комахи, а їх личинки,
які живляться корою чи деревиною. Найсприятливіші умови для роз-
витку та життєдіяльності комах створюються при теплій (18...24°С),
сухій (із вологістю повітря 60...80%) погоді. Червоточина погіршує
зовнішній вигляд деревини і знижує показники її механічних влас-
тивостей тим більше, чим вищий ступінь її враження комахами.
За глибиною червоточини поділяють на поверхневі, неглибокі,
глибокі і наскрізні, а за розмірами отворів — на дрібні (діаметр
отвору менший ніж 3 мм) та крупні (діаметр отвору понад З мм).
Поверхнева червоточина не впливає на механічні властивості
деревини і при розпилюванні йде в обаполи та інші відходи, а тому є
допустимою в пиломатеріалах та фанерній сировині. Інші види чер-
воточин порушують цілісність деревини і знижують її механічні
властивості, а також стійкість проти загнивання, оскільки комахи
464
Рис. 9.3. Вади будови деревини:
1 — нахил волокон; 2 — завилькуваті-
сть; З — крен; 4 — подвійний стрижень
можуть занести спори грибів. Таку деревину не застосовують для
виготовлення несучих конструкцій.
Якість деревини залежить також від вад будови деревини (рис. 9.3).
Нахил волокон — це відхилення
напряму волокон від поздовжньої
осі колоди чи пиломатеріалів. Ця
вада знижує міцність пиломатеріа-
лів, збільшує всихання вздовж во-
локон і призводить до крилатості
при сушінні. Якість механічної об-
робки заготовок із деревини з на-
хилом волокон погіршується.
Завилькуватість — це звивисте
чи безладне розміщення волокон.
Завилькуватість знижує міцність
при розтягу, стиску та згині і під-
вищує міцність при сколюванні та
ударному згині. Вона створює гарну
текстуру і високо ціниться при де-
коративній обробці. Тому завиль-
куватість вважають умовною вадою.
Завиток — це місцеве викривлення волокон (найчастіше навколо
сучків). Зниження міцності деревини залежить від розмірів та форми
завитка.
Крен — це ненормальний підсилений розвиток пізньої зони де-
ревини; притаманний похилим та викривленим деревам.
Засмолок — ділянка деревини, густо просочена смолою. Зазви-
чай засмолок утворюється внаслідок поранення стовбура хвойних
порід деревини. Засмолена деревина стійкіша до загнивання, але гі-
рше обробляється і склеюється.
Прорість — це омертвіла ділянка деревини чи кори, яка частко-
во чи повністю заросла в стовбурі дерева. Прорість порушує ціліс-
ність деревини і супроводжується викривленням річних шарів.
Сухобокість — це зовнішнє однобічне омертвіння стовбура, яке
утворюється внаслідок обдирання, удару чи пошкодження кори вог-
нем. Ця вада змінює правильну форму стовбура, знижує вихід пи-
ломатеріалів і шпону.
До групи вад форми стовбура належать збіжистість, закомелис-
тість, овальність, нарости та кривизна.
Збіжистість — це вада, при якій діаметр стовбура зменшується
більше як на 1см на кожному метрі висоти стовбура.
465
Закомелистість — це різке збільшення діаметра нижньої частини
стовбура. Вона ускладнює використання матеріалу, збільшує кількість
відходів, призводить до появи нахилу волокон у пиломатеріалах.
Овальність — це форма поперечного перерізу торця круглого
лісоматеріалу, в якого більший діаметр не менше як у 1,5 разу пере-
вищує менший. Овальність збільшує кількість відходів при пилянні.
Кривизна — це викривлення стовбура дерева за довжиною. Вона
зменшує корисний вихід пиломатеріалів та шпону.
9.3. Характеристика матеріалів і виробів із деревини
Найбільш поширеними матеріалами та виробами з деревини є
пиломатеріали, погонні вироби, вироби і матеріали для підлог (пар-
кет, паркетні дошки та щити), фанера й ін.
Пиломатеріали та погонні вироби — це продукція з деревини,
виготовлена поздовжнім розпилюванням колод на частини та поздо-
вжнім і поперечним розкроюванням утворених частин. Її випуска-
ють у вигляді брусів, брусків, дощок, шпал, обаполів тощо (рис. 9.4).
/5
Рис. 9.4. Види пиломатеріалів:
1 — будівельна колода; 2 — пластина; З — чвертки; 4, 5 — обрізні
дошки; 6 — необрізна дошка; 7 — обапіл; 8 — брус; 9 — дошка,
стругана з чотирьох боків; 10 — шпунтовані дошки з пазом та гребе-
нем; 11 — фальцьовані дошки; 12 — плінтус; 13 — наличники
466
Брус — пиломатеріал, товщина та ширина якого понад 100 мм,
брусок — пиломатеріал завтовшки до 100 мм, ширина його не біль-
ша за потрійну товщину.
Дошка має товщину до 100 мм, а ширина її більша за потрійну
товщину. Широкі сторони дошки називають пластями, вузькі —
окрайками (або кромками). Товщина дошки визначається відстанню
між пластями, ширина — відстанню між окрайками. Довжину дош-
ки вимірюють уздовж волокон між шорцями — поперечними пере-
різами матеріалу. Лінію перетину пласті та окрайки називають реб-
ром. Розрізняють дошки обрізні та необрізні. В обрізних дошках
окрайки обпиляні перпендикулярно до пластів, величини обзелу на
окрайках не більші за допустимі. Обзел — це частина бічної поверх-
ні колоди, що збереглася на обрізному пиломатеріалі чи деталі. У
необрізних дощок окрайка необпиляна або частково обпиляна і ве-
личина обзелу більша за допустиму в обрізаному матеріалі.
Обапіл — пилопродукнія, одержувана з бічної частини колоди і
така, що має одну пропиляну, а другу непропиляну або частково
пропиляну поверхню.
За характером обробки розрізняють пиляний пиломатеріал, якщо
його поверхні утворені після проходження пилки, і струганий, у
якого принаймні одна частина чи обидві окрайки оброблені стру-
ганням чи фрезеруванням.
За якістю деревини пиломатеріали поділяють на сорти. Сорт-
ність визначається сукупністю вад деревини та дефектів обробки.
Пиломатеріали виготовляють із деревини хвойних порід — сос-
ни, ялини, модрини, кедра і листяних порід — дуба, бука, граба,
в’яза, Ільма, берези, вільхи, осики, тополі, липи.
За характером обробки пиломатеріали поділяють на обрізні,
однобічно обрізні (напівобрізні) та необрізні. В обрізних усі чо-
тири боки пропиляні, а розміри обзелу на пластях і ребрах не пе-
ревищують допустимих. В однобічно обрізних пиломатеріалів
пласті пропиляні повністю, а ребра — частково (одне ребро), і
розмір обзелу перевищує розміри, допустимі для обрізних пило-
матеріалів. Однобічно обрізні пиломатеріали випилюють тільки з
листяних порід.
Номінальні розміри пиломатеріалів такі:
довжина: для твердих листяних порід — від 0,5 до 6,5 м з града-
цією 0,10 м; для м’яких листяних порід і берези — від 0,5 до 2,0 м з
градацією 0,10 м, від 2,0 до 6,5 м з градацією 0,25 м;
товщина: 19, 22, 25, 32, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мм;
467
ширина: обрізних — 60, 70, 80, 90, 100, 110, 130, 150, 189, 200 мм;
для необрізних та однобічно обрізних — 50 мм і більше з градацією
10 мм.
Довжина хвойних пиломатеріалів: 1 ...6,5 м з градацією 0,25 м.
За якістю деревини пиломатеріали поділяють на сорти. Сорт-
ність визначається сукупністю вад деревини та дефектів обробки.
Дошки і бруски з деревини хвойних порід поділяють на п’ять сортів
(добірний, 1 ...4-й), а бруси — на чотири сорти (1 ...4-й).
Умовне позначення пиломатеріалів складається з цифри, яка від-
повідає сорту, назви породи деревини (хвойні позначаються скоро-
чено — «ХВ»,), цифрового позначення поперечного розрізу, для не-
обрізного матеріалу — товщини. Приклади умовного позначення:
дошка — 2x8-32; пиломатеріали — 2-дуб-40х50.
Деталі дерев’яні профільні (ГОСТ 7016) — це підвіконні дошки,
поручні, дошки для покриття підлог тощо. Для виготовлення стру-
ганих виробів застосовують деревину сосни, кедра, ялини, смереки,
а для приміщень із вологістю не більше 70% можна використову-
вати деревину бука, берези, вільхи, тополі та липи.
Дошки для покриття підлог виготовляють завтовшки 28...36 мм.
Дошки завтовшки 36 мм застосовують для підлог виробничих цехів,
фізкультурних залів та інших приміщень із підвищеним наванта-
женням на підлоги. Для чистих підлог житлових приміщень застосо-
вують дошки завтовшки 28 мм та завширшки: для хвойних порід —
68... 118 мм (з градацією через 10 мм), для листяних порід — 38...58 мм
з тією ж градацією. Споживачеві деталі поставляють завдовжки 2,1 м
і більше з градацією 0,1 м.
Дошки та бруски з деревини осики і вільхи застосовують тіль-
ки в житлових будинках, лікарнях, дитячих садках і яслах. Дошки
для підлог мають гребінь і шпунт, зміщені до нелицьової поверхні
(рис. 9.5).
Рис. 9.5. Дошки різного профілю для підлог:
а — шпунтована, б — фальцьована
468
Умовне позначення складається з марки деталі, перерізу, довжи-
ни. Приклади умовних позначень: дошка для покриття підлоги 28 мм
завтовшки, завширшки 64 мм, необрізна за довжиною — ДП-28х64.
Дерев'яні торцеві шашки (ГОСТ 7897) виготовляють із деревини
хвойних порід, найчастіше із сосни. Шашки бувають прямокутними
(тип 1) і прямокутними з пазами (тип 2). Глибина пазів становить
7 мм, ширина — 14 мм. Вологість деревини шашок не повинна пе-
ревищувати 15%. Шашки вкладають без проміжних шарів безпосе-
редньо на бетон.
Дерев’яні деталі для паркетних покриттів — це штучний паркет,
паркетні дошки і щити, мозаїчний паркет.
Будова паркетної підлоги є досить складною, основні елементи
якої наведено на рис. 9.6.
Лак (З пііірю
Паркеї
Клей
Підкладка (Фанера, ЛСП )
І ілроїчоляпійна мастика
Основа
Рис. 9.6. Послідовність розташування окремих
складових паркетної підлоги
Для виробництва паркету використовують цінні породи дерев із
високою твердістю (дуб, бук, горіх). Важливим моментом при виго-
товленні паркету є характер розпилювання дерева: радіальний або
тангенціальний.
Паркет штучний призначений для влаштування підлог у при-
міщеннях житлових, громадських, а також допоміжних будівель
промислових та сільськогосподарських підприємств.
Штучний паркет складається з паркетних планок (рис. 9.7), які,
залежно від профілю ребер, поділяються на типи П1 — планки з гре-
бенями і пазами на протилежних ребрах та торцях, П2 — планки з
гребенем на одному ребрі і пазами на іншому ребрі та торцях.
Залежно від рівня якості, породи деревини і виду обробки план-
ки поділяють на марки А і Б. Паркет марки А застосовують для
влаштування та ремонту підлог у громадських будівлях і відповід-
них приміщеннях промислових підприємств, марки Б — для влаш-
тування та ремонту підлог у житлових будинках.
469
Рис. 9.7. Планки штучного паркету:
а, б — тип П!; в, г — тип П2
Планки марки А виготовляють із деревини дуба та тропічних
порід. Планки марки Б виготовляють з деревини дуба, бука, ясена,
гостролистого клена, береста (карагача), в’яза, Ільма, каштана, гра-
ба, гледичії, білої акації, берези, звичайної сосни, сибірської сосни,
корейської сосни, модрини, а також тропічних порід і модифікова-
ної деревини з показниками експлуатаційних та фізико-механічних
властивостей, що не поступаються деревині перелічених порід.
Привертає увагу паркет із бамбука. Цей матеріал відрізняється
твердістю та вологостійкістю порівняно з дубом, а міцність при роз-
тягу вища, ніж у сталі. Існує більше 1000 видів бамбука, що забезпе-
чує велику різноманітність фактур і відтінків натуральних матеріа-
лів. Бамбук є швидковідновлювальною сировиною, на вирощування
якого потрібно 3...5 років, в той час як для дуба — майже 180 років.
Дешевизна цієї породи забезпечує економічність її застосування,
навіть при транспортуванні на великі відстані.
Паркетні дошки призначені для влаштування підлог у житлових
будинках. Паркетна дошка складається з паркетних планок, наклеє-
них за певним малюнком на основу. На ребрах і торцях є пази та
гребені для з’єднання паркетних дощок між собою.
Залежно від конструкції основи, паркетні дошки поділяють на
типи:
ПД1 — з одношаровою основою з рейок, складених у квадрати
або прямокутники, розташовані взаємно перпендикулярно; на по-
здовжніх ребрах основу обклеєно рейками обв’язки;
470
ПД2 — з одношаровою основою з рейок, складених у напрямку
поздовжньої осі паркетної дошки;
ПДЗ — з двошаровою основою з двох склеєних між собою шарів
рейок або рейок і шпону, складених у взаємно перпендикулярних
напрямах.
Паркетні планки наклеюють на основу паркетної дошки за різ-
ними візерунками. Залежно від породи та вад деревини планок ли-
цьового покриття, паркетні дошки поділяють на марки А і Б.
В умовному позначенні паркетних дощок зазначають тип, марку
планок, ширину, товщину та довжину. Приклад умовного позначен-
ня паркетної дошки типу ПД1, марки Б, 200 мм завширшки, 15 мм
завтовшки, 2400 мм завдовжки: ПД1-Б-200* 15*2400.
Рейки основи паркетної дошки виготовляють із деревних хвойних
порід, вільхи чи осики. Вологість деревини паркетних дощок при від-
вантаженні готової продукції споживачеві — 8 ± 2%. Клейові з’єд-
нання виконують, застосовуючи синтетичні клеї середньої або підви-
щеної водостійкості. Границя міцності клейового з’єднання при вип-
робуванні на відривання паркетних дощок становить не менше 0,6 МПа.
Лицьову поверхню паркетних дощок покривають прозорим паркет-
ним лаком. За домовленістю виробника зі споживачем допускається
постачання паркетних дощок марки Б з нелакованою поверхнею.
Паркетні іцити відомі досить давно (ще з XVIII століття) і спо-
чатку застосовувалися при наборі художнього паркету з різних по-
рід дерев, а зараз використовуються переважно для влаштування
підлог у житлових і громадських будівлях. Щит складається з пар-
кетних планок, квадратів шпону чи фанерної облицювальної плити,
наклеєних за певним візерунком на основу (рис. 9.8).
Рис. 9.8. Варіанти візерунків (б?) та будова паркетного щита (б)
Залежно від конструкції основи, паркетні щити поділяють на типи:
ПЩ1 — з рамковою основою у вигляді обв’язки, кутові типові
з’єднання якої виконують на клею, та рейок заповнення, що закріп-
лені у пазах брусків обв’язки;
ПЩ2 — з рейковою основою, облицьованою з обох боків луще-
ним шпоном;
ПЩЗ — з основою з деревностружкової плити, облицьованої з
двох боків лущеним шпоном або з основою із цементостружкової
плити;
ПЩ4 — з основою із двох склеєних між собою шарів рейок,
укладених у взаємно перпендикулярних напрямах.
Залежно від виду лицьового покриття, виготовляють щити, об-
лицьовані паркетними планками (П), квадратами струганого або
лущеного шпону (Ш) і квадратами фанерної облицювальної плити (Ф).
Залежно від породи та якості деревини лицьового покриття, щи-
ти поділяють на марки А і Б. Умовне позначення паркетних щитів
складається з типу, марки, виду лицьового покриття, розмірів (дов-
жини, ширини, товщини).
Приклад умовного позначення паркетного щита типу ПЩЗ мар-
ки Б з лицьовим покриттям фанерною облицювальною плитою роз-
мірами 400x400x30 мм: ПЩЗ-Б-Ф-4ООхЗО.
Клейові з’єднання виконують, застосовуючи синтетичні клеї се-
редньої або підвищеної водостійкості.
Один із різновидів паркетних щитів набирається з паркеліту —
матеріалу у вигляді двошарових плиток, основу яких виготовляють
із тирси та станкової стружки, змішаних із зв’язуючими, а облицю-
вальний шар виготовляють зі шпону листяних порід (береза, осика,
вільха, тополя), просоченого або модифікованого синтетичними по-
лімерами. Облицювальний шар набирається однотипово або в худо-
жньому виконанні з використанням однієї чи кількох деревних порід.
Мозаїчний паркет виготовляють у вигляді килимів, які склада-
ються з окремих планок, наклеєних лицьовою поверхнею на папір
або еластичний біостійкий матеріал. Мозаїчний паркет, як і інші ви-
ди паркету, призначений для влаштування підлог у житлових і гро-
мадських будівлях.
Паркет, залежно від способу фіксації планок для утворення ки-
лима, поділяють на типи:
Пі — планки, наклеєні лицьовим боком на папір, який знімається
разом із клейовим шаром після настилання паркету на основу підлоги;
П2 — планки, наклеєні зворотним боком на еластичний (тепло-
звукоізоляційний) біостійкий матеріал, який залишається у конструк-
ції підлоги після настилання паркету.
472
Щити паркетні художні призначені для покриття підлог уніка-
льних будівель. Це двошарова дерев’яна основа з лицьовим покрит-
тям із паркетних планок із прямими ребрами, наклеєних на основу у
вигляді квадратних елементів, які розташовані у шаховому порядку.
Лицьове покриття щитів набирають не менше, ніж із трьох різних
порід деревини.
Подальший розвиток ідеї створення паркетної дошки покладе-
ний в основу створення ламінованих покриттів для підлоги.
Ламінат є багатошаровою конструкцією, яка складається з:
— лицьового декоративного шару (паперопласту), отриманого га-
рячим пресуванням декількох шарів паперу, просочених меламін-
формальдегідною смолою;
- несучого шару (основи), як правило, із твердої деревноволок-
нистої плити;
- компенсуючого шару паперопласту із 2...З шарів крафт-паперу.
Ламінат зазвичай має форму дошки довжиною 1200... 1300 мм,
шириною 190...200 мм та товщиною 7...8 мм, візерунок поверхні імі-
тує натуральну деревину, іноді природне каміння або керамічну
плитку. Існує тенденція розширення спектра форматів (квадрати,
прямокутники), що дозволяє комбінувати малюнок підлоги. Ламіна-
тні покриття є гігієнічними, відрізняються високою міцністю та зно-
состійкістю.
Для виготовлення ламінатних покриттів використовують спеціа-
льні прескамери, які гарантують термостатичне пресування протя-
гом кількох годин при температурі більше 150°С. За цей час відбу-
вається полімеризація смоли з утворенням покриття високої міц-
ності та твердості, що позитивно впливає на механічні властивості
ламінованої дошки.
Матеріали з кори використовуються в сучасному будівництві
поряд із виробами, виготовленими з деревини. Наприклад, із кори
пробкового дуба виготовляють широкий асортимент тепло- та зву-
коізоляційних матеріалів, покриттів для стін та підлоги.
Пробкові покриття для підлог — це багатошарові конструкції,
основою яких є агломерована (пресована) пробка, лицьова поверхня
якої покрита декоративним шпоном із пробки або цінних порід де-
ревини та кількома шарами захисного лаку або полімерними (віні-
ловими, акриловими, поліуретановими) композиціями.
За технологією укладки пробкові покриття для підлоги (у вигля-
ді плиток різних розмірів) можна поділити на дві групи: «здатні до
приклеювання» та «плаваючі»,- різниця між якими полягає в способі
інсталяції покриттів. Так, покриття можуть приклеюватися безпосе-
473
редньо до основи або кріпитися між собою спеціальними «замками»
і вільно лежати на основі. Покриття для підлоги вирізняються міцні-
стю, пружністю та не деформуються при тривалому впливі наван-
таження.
Пробкові покриття для стін — це плитки (300x600x3 мм) або
рулони (1000x100x2 мм) з агломерованої пробки з покриттям із де-
коративного пробкового шпону. Внаслідок унікальної будови такі
покриття не старіють, не вимагають спеціального догляду, оскільки
вони є антистатиками і відштовхують пил, практично не вбирають
запахи і стійкі до дії хімічних речовин. Покриття з пробки мають
добрі акустичні, тепло- й звукоізолюючі та радіаційнозахисні влас-
тивості.
Фанера (ГОСТ 3916.2) — це листовий матеріал, склеєний із
трьох і більше шарів лущеного шпону. Зовнішні шари шпону нази-
вають сорочками, внутрішні — серединками. Розрізняють лицьову
та зворотну сорочки. Лицьова сорочка містить менше вад деревини і
дефектів обробки, ніж зворотна сорочка та серединки.
Для обробки приміщень застосовують фанеру, облицьовану стру-
ганим шпоном, декоративну фанеру, фанеру бекелізовану і фанерні
плити.
Листи шпону розміщують так, щоб напрями волокон у суміжних
листах були взаємно перпендикулярними. Число шарів шпону у фа-
нері — непарне: 3, 5, 7, 9 і т.д. Така будова фанери зумовлює майже
однакову міцність в усіх напрямах, незначне короблепня, гнучкість.
Товщина фанери може бути 1,5...18 мм, розміри листа — до
1525x2400 мм.
Клеєну фанеру виготовляють із деревини листяних та хвойних
порід: берези, сосни, бука, вільхи тощо. Залежно від застосованого
клею та його водостійкості, розрізняють фанеру підвищеної, серед-
ньої та обмеженої водостійкості. Фанеру підвищеної водостійкості
використовують для обшивання зовнішніх стін і виготовлення опа-
лубки, середньої та обмеженої водостійкості — для влаштування
внутрішніх перегородок, обшивки стін і стель приміщень.
Бакелізовану фанеру (ГОСТ 11539) виготовляють із березового
лущеного шпону, просоченого фенолформальдегідними смолами.
Для цього виду фанери характерні підвищені густина та міцність,
гладкі поверхні, що покриті тонким шаром отверділої смоли.
Фанерні плити (ГОСТ 8673) — багатошарові вироби, виготовле-
ні із семи та більше шарів шпону, склеєних синтетичними клеями на
основі фенолформальдегідних і карбамідоформальдегідних смол.
474
Клеєні дерев’яні конструкції виготовляють на спеціальних за-
водах склеюванням невеликих дерев’яних заготовок у великорозмі-
рні елементи (рис. 9.9), використовуючи високоміцні та водостійкі
полімерні клеї. Міцність, водостійкість, біо- та вогнестійкість таких
конструкцій вищі, ніж в аналогічних суцільних дерев’яних констру-
кціях. Вони практично не піддаються усиханню та коробленню.
д
Рис. 9.9. Види клеєних виробів:
а. б — двотаврові балки; в — блок з дошок; г — клеєна арка з пів-
арок; д — клеєна ферма
Методом склеювання виготовляють віконні та дверні коробки,
дверні полотна, балки, прогони, ферми тощо. Такі конструкції еко-
номічні, оскільки для виготовлення їх використовується маломірна і
різносортна деревина.
9.4. Біокомпозити та композиційні матеріали
на основі відходів переробки деревини
Сучасні будівельні деревні матеріали, відомі як біокомпозити.
виготовляють із використанням біотехнологій, заснованих на досяг-
неннях біохімії, мікробіології та інженерних наук. Зв’язуючим мате-
ріалом у біокомпозитах є природні клеючі речовини, що видаляють-
ся мікроорганізмами з деревини або іншої рослинної сировини.
* Основними компонентами деревини є природні полімери: целюлоза,
геміцелюлоза та лігнін. Лігнін у деревині, яку умовно можна роз-
глядати як природний композиційний матеріал, виконує функцію
клею (матриці), а целюлоза — армувальної речовини.
При виготовленні біокомпозитів подрібнена деревина під дією
тиску та температури здатна до утворення монолітного матеріалу.
475
Для прискорення цього процесу використовують дереворуйнівні
гриби — ксилотрофи, які беруть участь у процесах ферментації і
сприяють мікробіологічному процесу руйнування лігніну.
Технологічний процес виготовлення біокомпозитів передбачає:
підготовку деревини (подрібнення), ферментацію її ксилотрофами,
сушіння та дозування отриманої маси, її формування у пакети, хо-
лодне і гаряче пресування, заключну обробку готових плит. Плити
можуть бути одно- та тришарові, товщиною 8...20 мм. Найбільшою
міцністю та водостійкістю відрізняються матеріали із середньою гу-
стиною понад 1000 кг/м3.
Деревношаруваті пластики (ДШП) (ТОСТ 20966, ТОСТ 13913) —
листи або плити, виготовлені з тонкого лущеного шпону, просоче-
ного та склеєного полімерами резольного типу. Деревні пластики
відрізняються від фанери тим, що мають більшу густину та вищі фі-
зико-механічні властивості. ДШП виготовляють із березового луще-
ного шпону вологістю 9...12%, товщиною 0,3; 0,5; 0,8 та 1,15 мм. В
окремих марках ДШП допускається застосовувати шпон до 2,5 мм
завтовшки.
Шпон просочують у ваннах із полімерним розчином протягом
1 год при температурі 15...25°С. Глибоке просочування виконують
в автоклавах при тиску 0,4...0,5 МПа. Просочений шпон сушать у
камерах або в конвеєрних сушарках при 8О...9О°С. Вміст полімеру в
просоченому шпоні — 16...24%. Просочений та висушений шпон
збирають у пакети з урахуванням товщини пластика, що виготовля-
ється, та його властивостей. На 1 см товщини готового виробу по-
трібно 20...25 листів шпону. Властивості ДШП багато в чому зале-
жать від напряму волокон шпону в суміжних шарах пластика.
Пресують зібрані пакети на багатоповерхових гідравлічних пре-
сах, які обігріваються парою, при тиску 15... 16 МПа й температурі
14О...15О°С.
Деревношаруваті пластики товщиною до 15 мм належать до лис-
тів, а понад 15 мм — до плит. Листи і плити за способом склеюван-
ня поділяють на суцільні та складені, що склеюються за довжиною з
кількох листів шпону.
Деревношаруваті пластики використовують для облицювання
внутрішніх приміщень громадських і адміністративних будівель та
як конструкційний матеріал.
Деревношаруваті пластини слід зберігати в сухих закритих при-
міщеннях при температурі від -40 до +35°С і відносній вологості
повітря не більше 70%, укладеними (окремо за марками і розмірами)
горизонтально на рівних площадках.
476
Перевозити пластики можна всіма видами транспорту з обов’яз-
ковим оберіганням їх від ударів, механічних пошкоджень та атмос-
ферних опадів.
Деревностружкові плити (ДСП ГОСТ 10632) виготовляють
гарячим пресуванням деревних стружок із полімерними зв’язуючи-
ми речовинами.
Плити, згідно з нормативними документами, поділяють:
- за фізико-механічними показниками — на марки П-А і П-Б;
- за якістю поверхні — на 1-й і 2-й сорти;
- за видом поверхні — зі звичайною та дрібноструктурною (Д)
поверхнею;
- за ступенем обробки поверхні — на шліфовані (Ш) і нешлі-
фовані;
- за гідрофобними властивостями — зі звичайною та підвище-
ною (У) водостійкістю;
- за вмістом формальдегіду — на класи емісії Е1, Е2, ЕЗ.
В умовному позначенні плит зазначають марку, сорт, вид повер-
хні (для плит із дрібноструктурною поверхнею); ступінь обробки
поверхні (для шліфованих плит); гідрофобні властивості (для плит
підвищеної водостійкості); клас емісії формальдегіду; довжину, ши-
рину в міліметрах.
Приклади умовного позначення:
- плити марки П-А 1-го сорту з дрібноструктурною поверхнею
шліфовані класу емісії Е2 розмірами 3500x1750x16 мм — П-А, 1.
Е2;3500x1750x16;
- плити марки П-5 2-го сорту зі звичайною поверхнею нешліфо-
вані класу емісії Е2 розмірами 3500x1750x16 мм — П-5, 2. Е2,
3500x1750x16.
Плити перевозять усіма видами транспорту, оберігаючи їх від дії
атмосферних опадів та механічних пошкоджень. Зберігають у за-
критих приміщеннях у горизонтальному положенні штабелями до
4,5 м заввишки.
Різновидом деревностружкових плит є плити з орієнтованим
укладанням крупнорозмірної стружки^ які є екологічно та гігієнічно
нешкідливим матеріалом. Перевагою таких плит є висока міцність,
однорідність структури, вологостійкість, легкість в обробці. Доціль-
но використовувати для заміни гіпсокартону та фанери; як основу
під килимові та лінолеумні покриття, а також для надання декоратив-
ного ефекту.
Деревноволокнисті плити (ГОСТ 8740) виготовляють гарячим
пресуванням волокнистої маси, яка складається з органічних, пере-
477
важно целюлозних, волокон, води, наповнювачів, синтетичних по-
лімерів і деяких спеціальних добавок. Сировиною для виготовлення
плит є відходи деревообробних виробництв та лісозаготівель (тріс-
ка, дріб’язок), стебла очерету, льняна костриця та інші рослинні ма-
теріали. Залежно від тиску при пресуванні та виду подальшої обро-
бки, деревноволокнисті плити поділяють на надтверді, тверді, напів-
тверді та м’які (ізоляційноопоряджувальні та ізоляційні). ’
Для внутрішньої обробки будівель, обшивки салонів літаків і
кают пароплавів застосовують тверді плити; надтверді використо-
вують для покриття підлог.
Залежно від границі міцності при згині тверді та надтверді плити
виготовляють марок: Т-350; Т-400; НТ-500 (літери означають вид
плит: Т — тверді, НТ — надтверді, а цифри — мінімальну границю
міцності при згині в кгс/см2).
Залежно від призначення, випускають плити марок: Т — тверді з
необлагородженою лицьовою поверхнею; Т-П — тверді з підфарбо-
ваним лицьовим шаром на основі тонкодисперсної деревної маси;
НТ — тверді підвищеної міцності (надтверді) з облагородженою ли-
цьовою поверхнею; НТ-С — тверді підвищеної міцності (надтверді)
з лицьовим шаром із тонкодисперсної маси.
М’які плити, залежно від густини, поділяють на марки: М-1,
М-2, М-3.
Плити зберігають у закритих приміщеннях розсортованими за
марками і розмірами.
Деревноволокнисті плити з лакофарбовим покриттям застосо-
вують як опоряджувальний матеріал при будівництві житлових та
громадських будівель і для виготовлення полотен дверей та інших
виробів.
Деревноволокнисті плити покривають лакофарбовими матеріа-
лами і, залежно від їх виду, лицьова поверхня плит може бути глян-
совою та матовою.
Цементностружкові плити виготовляють пресуванням суміші з
деревних частинок, портландцементу і хімічних добавок. Як сиро-
вину для виробництва плит використовують тонкомірну деревину
хвойних та листяних порід. Плити водо-, морозо- і біостійкі, неток-
сичні, добре обробляються інструментом, мають високу механічну
міцність при стиску. їх випускають двох марок: ЦСП-1, ЦСП-2.
Довжина плит — 3200 та 3600 мм, ширина — 1200 і 1250 мм, тов-
щина— 8...40 мм.
Цементностружкові плити рекомендується застосовувати для
внутрішньої та зовнішньої обшивок панелей стін, плит покриттів,
478
плит перекриттів малоповерхових будівель; обшивок каркасних
перегородок, підвісних стель, санітарно-технічних кабін, екранів,
огорож, облицювань, елементів підлог, столярно-будівельних ви-
робів.
При використанні як зовні, так і в середині приміщень із воло-
гим режимом експлуатації між плитами залишають компенсаційний
зазор з урахуванням зміни лінійних розмірів від зволоження.
Плити, які використовуються в середині приміщень із сухим та
нормальним режимом вологості, обробляють лакофарбовими мате-
ріалами, декоративними плівками, шпалерами.
Арболіт — це різновид легкого бетону на основі мінеральних
в’яжучих речовин і заповнювачів, отриманих із деревних відходів
після спеціальної обробки їх мінералізатором. Відходи лісопильного
та деревообробного виробництв (деревина сосни, ялини, ялиці, бе-
рези, вільхи, бука, дуба) переробляють на щепу, а потім на коротку
стружку (дробленку). З кускових відходів на стружкових верстатах
одержують стружку (довжиною 2...20, товщиною не більш як 0,1 мм).
Заповнювач із деревини надає арболіту легкості, обумовлює тепло-
та звукоізоляційні властивості, повітропроникність, а цемент — міц-
ності, вогне- та біостійкості. Значні показники тепло- та вологоміст-
кості забезпечують можливість регуляції тепловологого режиму в
приміщеннях. Здатність до обробки різними інструментами та до
втримання шурупів і цвяхів збільшують переваги арболіту перед
іншими стіновими матеріалами.
Фіброліт має стабільні фізико-механічні властивості і високу
якість поверхні. Його застосовують як декоративний та акустичний
матеріал для ізоляції стін і перекриттів.
Вихідні матеріали для виробництва цементного фіброліту — тон-
ка деревна стружка та портландцемент. Довжина стружки 1...5 мм,
товщина 0,2...0,5 мм. Для декоративних та акустичних потреб вико-
ристовують вузьку стружку з великим діаметром закручування, для
ізоляції — ширшу і меншого діаметра. Як сировина найпридатніші
відходи хвойної деревини. При використанні замість портландцемен-
ту магнезіальних в’яжучих можна застосовувати деревину листяних
порід.
Ксилоліт одержують із магнезіальної в’яжучої речовини, тирси,
розчину хлориду магнію густиною 1,14...1,24 г/см та пігментів; ви-
користовують для влаштування підлог, що не зазнають постійного
зволоження у житлових, громадських і виробничих будівлях.
479
9.5. Проблеми довговічності.
Захист деревини від гниття та займання
Деревина та вироби на її основі під час зберігання і експлуатації
руйнуються під дією біологічних, хімічних та фізичних факторів.
Деревина різних порід, залежно від хімічного складу та анатомі-
чної будови, має різну стійкість до гниття і займистості. Вітчизняні
породи за стійкістю проти гниття поділяють на групи: найбільш
стійкі (тис, кедр, дуб, карагач), середньостійкі (сосна, ялина, вільха)
та малостійкі (береза, бук, осика, липа, клен).
Загниванню деревини запобігають, вживаючи ряд конструкти-
вних заходів, мета яких полягає у збереженні її від зволоження (де-
ревину ізолюють від бетону, цегли, каменю, роблять отвори для
провітрювання, захищають від атмосферних опадів). Якщо заходами
конструктивного характеру не можна зберегти деревину від зволо-
ження, її просочують анітісептиками — хімічними речовинами, які
вбивають грибні спори чи створюють середовище, в якому їх життє-
діяльність стає неможливою. До антисептиків ставиться ряд вимог, най-
головнішими з яких є такі: вони мають знищувати грибні клітини, легко
проникати в деревину, бути стійкими як із фізичного, так і з хімічного
боку, безпечними в протипожежному плані та нешкідливими для здо-
ров’я людини, не мати неприємного запаху, не знижувати сортність, мі-
цність і якість деревини, бути дешевими та недефіцитними матеріалами.
Антисептики поділяють на розчинні і нерозчинні у воді.
До водорозчинних антисептиків належать фторид натрію, крем-
нефторид натрію, дінітрофенолят натрію, мідний купорос тощо. Як
дезинфікуючі речовини використовують 15%-й розчин мідного ку-
поросу, 10%-й розчин залізного купоросу, 5%-й розчин хлориду цин-
ку, 10%-і розчини кухонної солі та хлорного вапна тощо.
До водонерозчинних належать маслянисті та кристалічні анти-
септики. Маслянисті антисептики добре вбивають гриби, глибоко
проникають у деревину, довго зберігаються в ній і не вимиваються
водою. Проте вони мають неприємний запах, а тому їх можна вико-
ристовувати для просочування дерев’яних конструкцій, які перебу-
вають на повітрі чи у воді (шпали, частини мостів, палі тощо). До
маслянистих антисептиків належать креозотове та антраценове мас-
ла, карболінеум, кам’яновугільна смола тощо. Кристалічні антисеп-
тики, нерозчинні у воді, розчиняються в гасі чи скипидарі й у вигля-
ді таких розчинів застосовуються для просочування деревини. До
кристалічних антисептиків належать технічний оксидифеніл, техні-
чний пентохлорфенол тощо.
480
Деревину антисептують нанесенням на її поверхню антисептую-
чих розчинів чи паст, поверхневим випалюванням частини деталі,
що антисептується, з наступним зануренням у відповідний розчин,
послідовним навперемінним зануренням у гарячу та холодну ванни
з антисептиками, просочуванням антисептуючою речовиною під пев-
ним тиском. Спосіб антисептування вибирають залежно від зволо-
ження дерев’яних виробів під час експлуатації (постійне чи змінне
зволоження, глибоке чи поверхневе), від температурних умов, в
яких вони перебувають, від виду деревної породи.
Деревина — це горючий матеріал. При температурі 12О...15О°С
вона повільно обвуглюється, а при 25О...ЗОО°С займається. При тем-
пературі понад 350°С гази, що виділяються з деревини, займаються
навіть при відсутності відкритого вогню.
Займання деревини уникають, вживаючи деякі конструктивні
заходи, зокрема віддаляють дерев’яні конструкції від джерел нагрі-
вання; влаштовують захисні футерівки з вогнестійких (неспалимих)
матеріалів (цегли, бетону); покривають шаром малотеплопровідного
мінерального матеріалу (азбестового, азбестоцементного, пористої
штукатурки тощо). Для оберігання від вогню деревину просочують
різними вогнезахисними сполуками (антипіренами), які наносять на
її поверхню у вигляді паст та фарб. Вогнезахисні пастові речовини
готують на основі фосфорнокислого чи сірчистого амонію, бури,
борної кислоти. При нагріванні вони легко плавляться і перекрива-
ють доступ кисню або виділяють гази, які не підтримують горіння.
Вогнезахисні фарбові суміші виготовляють із зв’язуючої речовини
(рідинне скло), наповнювача (кварцовий пісок, крейда) та лугостій-
кого пігменту. Вогнезахисна дія суміші виявляється в тому, що із
підвищенням температури фарба пузириться та утворюється порис-
тий захисний шар, який знижує температуру на поверхні деревини.
Обробка деревини антипіренами здійснюється тими самими мето-
дами, що й у випадку антисептування. Антипірени можуть бути та-
кож додані до вогнезахисних фарб і паст.
Поліпшення властивостей деревини досягається при її модифі-
кації синтетичними полімерами. Суть модифікації полягає у тому,
що натуральна деревина просочується мономером або низько-
в’язким полімером, які потім переводять у твердий стан під дією те-
пла, хімічних реагентів або іонізуючих випромінювань. Розрізняють
термохімічний і радіаційно-хімічний методи модифікації деревини.
Для модифікації деревини використовують фенольні, карбамідні,
фуранові, поліефірні, поліакрилові та інші полімери (олігомери), а
також деякі мономери — стирол, метилметакрилат, акрилонітрил.
481
Список літератури до розділу 9
1. Ашкенази Е. К. Анизотропия древесиньї и древесньїх материа-
лов. — М.: Леспром, 1978. — 224 с.
2. Буглай Б. М., Гончаров Н.А. Технология изделий из древеси-
ньї. — М.: Леспром, 1990. — 588 с.
3. Деревянньїе конструкции и детали / Под ред. Хрулева В. М. —
М.: Стройиздат, 1983. — 288 с.
4. Никитин В. М., Оболенская А. В., Щеголев В. П. Химия древе-
синьї и целлюлозьі. — М.: Леспром, 1978. — 368 с.
5. Соломатоє В. И. Строительньїе биотехнологии и биокомпози-
тьі. — М.:МИИТ, 1998.
6. Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесотовароведе-
ния. — М.: МГУП Зкология, 2001. — 340 с.
482
Розділ 10
'І БІТУМНІ ТА ДЬОГТЬОВІ
В’ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ
І МАТЕРІАЛИ НА ЇХНІЙ ОСНОВІ
10.1. Особливості утворення в’яжучих речовин
органічного походження та їхня класифікація
Органічні в’яжучі речовини — це природні або штучні тверді,
в’язко-пластичні і рідкі матеріали, які складаються із хімічних спо-
лук, молекули яких містять атоми карбону. Органічні в’яжучі речо-
вини можна розглядати як дисперсні системи, представлені суміш-
шю різних сполук, у тому числі метанових СлН2л + 2, нафтенових С„Н2л,
ароматичних С„Н2„ _ 6, та гетероциклічних, а також високомолекуляр-
ними вуглеводнями і неметалевими похідними.
Властивості вуглеводневих сполук значною мірою залежать від
характеру зв’язків між окремими атомами. Здатність атомів вугле-
воднів утворювати ланцюжки, кільця, складні решітки, в які входять
інші елементи — гетероланцюгові сполуки (О, Т4, 8і, 8), обумовлює
на сьогодні існування великої кількості речовин, число яких безпе-
рервно зростає.
Органічні в’яжучі є гідрофобними та горючими матеріалами, бі-
льшість яких здатні розчинятись в органічних розчинниках (бензолі,
толуолі, гасі, лігроїні), а деякі тільки набухати в них. Вони також
характеризуються достатньою адгезією до більшості матеріалів ор-
ганічного та неорганічного походження.
Сировиною для виробництва органічних в’яжучих речовин є
продукти органічного походження, в тому числі: нафта, кам’яне ву-
гілля, горючі сланці, торф. Ця сировина підлягає хімічній переробці
(фракційній розгонці, сухій деструктивній перегонці), в результаті
чого, крім таких цінних продуктів, як бітум, дьогті, одержують та-
кож смолоподібні залишки, з яких шляхом додаткової переробки
отримують цілий ряд речовин, що за своїми властивостями можуть
бути класифіковані як органічні в’яжучі матеріали.
483
За механізмом твердіння органічні в’яжучі речовини поділяють
на коагуляційні (бітуми, дьогті) і поліконденсаційні або полімериза-
ційні. Враховуючи особливе значення полімерів у сучасному будів-
ництві, їх розглянуто в розділі 11.
Органічні в’яжучі речовини коагуляційного твердіння, зале-
жно від властивостей, хімічного складу, виду сировини та техноло-
гічного процесу, поділяють на такі види:
бітумні (природні, нафтові, сланцеві) речовини, які складаються
із вуглеводнів метанового, нафтенового та ароматичного рядів, а та-
кож їх кисневих, сірчаних і азотних похідних;
дьогтьові (кам’яновугільні, торф’яні, деревні) речовини, які скла-
даються із суміші ароматичних вуглеводнів та їх кисневих, азотних
або сірчаних похідних;
бітумнополімерні, які складаються з нафтових бітумів і полімерів;
гумобітумні, одержані в результаті спільної переробки нафтових
бітумів та старої гуми;
гумодьогтьові, одержані спільною переробкою старої гуми і
дьогтьопродуктів.
Бітумні та дьогтьові в’яжучі входять до групи органічних в’яжу-
чих матеріалів, що складаються з високомолекулярних вуглеводнів
та їх неметалевих похідних (сполук вуглеводнів із сульфуром, окси-
геном, нітрогеном). Основними ознаками цих в’яжучих є розм’як-
шення (розрідження) їх при нагріванні та відновлення своєї почат-
кової в’язкості при охолодженні.
їх застосовують переважно для отримання гідроізоляційних ма-
теріалів. Так, ще 4500...5000 років тому природний бітум викорис-
товували при будівництві єгипетських і вавилонських споруд: хра-
мів, ритуальних басейнів та гробниць. В 6 ст. до н.е. бітум було
застосовано у Вавилоні при будівництві каналів для пропускання
вод Євфрату, ізоляції тунелів, а також при влаштуванні асфальтових
дорожніх покриттів.
10.2. Бітумні в’яжучі речовини
До бітумних в’яжучих матеріалів належать природні та штучні
(нафтові) бітуми.
Природні бітуми — це в’язкі рідини і твердоподібні речовини
чорного чи темно-коричневого кольору, що утворилися внаслідок
природного процесу окиснювальної полімеризації нафти. Вони лег-
ко розчиняються в сірковуглеці, бензолі та хлороформі, гірше — у
бензині. Структура природних бітумів, їх фізико-хімічні і фізико-
484
механічні властивості близькі до нафтових бітумів. У чистому ви-
гляді бітуми зустрічаються рідко. Найчастіше природні бітуми міс-
тяться (від 5 до 20%) у пісках, пісковиках, вапняках, доломітах і
сланцях, у місцях нафтових родовищ, утворюючи лінзи, а іноді й ці-
лі асфальтові озера. Особливо цінними є асфальтові вапняки, доло-
міти, пісковики, з яких виготовляють асфальтові порошки та масти-
ки. Використання природних бітумів обмежене внаслідок невеликої
кількості родовищ, складності і низької економічності вилучення бі-
тумів із бітумінозних порід.
Із асфальтових порід бітум добувають виплавлянням їх у гарячій
воді або обробкою породи органічними розчинниками з наступним
відокремленням розчинника від бітуму. Цей спосіб одержання нази-
вається екстрагуванням. Добувати бітум з асфальтових порід доці-
льно лише в тому разі, коли вміст його в породі становить не менше
10... 15%. Досить економічним є добування природного бітуму вива-
рюванням у воді, підкисленій соляною кислотою, при цьому бітум
відділяється від породи й спливає у вигляді піни. Цей бітум подають
у відстійники для відокремлення від води та мінеральних домішок.
Бітумні доломітові і вапнякові породи без відокремлення бітуму ви-
користовують у вигляді тонкого порошку для одержання асфальто-
вої мастики та асфальтових бетонів.
Нафтові (штучні) бітуми одержують переробкою нафтової си-
ровини. В Україні основними постачальниками нафтових бітумів є
Кременчуцький, Одеський, Лисичанський та Дрогобицький нафто-
переробні заводи.
Залежно від в’язкості, нафтові бітуми поділяють на тверді, на-
півтверді та рідкі, а залежно від способу переробки — на залишкові,
окиснені та крекінгові.
Залишкові одержують у результаті атмосферно-вакуумної пере-
гонки високосмолистої нафти після відбору бензину, гасу і масля-
них фракцій.
Окиснені бітуми одержують продуванням повітря через нафтові
залишки відгонки з мазуту масляних фракцій, які називаються гуд-
роном. Гудрон є основною сировиною для одержання нафтових бі-
тумів. У процесі виробництва окиснених бітумів кисень повітря реа-
гує з воднем, що міститься в залишках, утворюючи водяні пари.
Втрата водню супроводжується ущільненням нафтових залишків
через їх полімеризацію та згущення.
Крекінгові бітуми одержують шляхом розкладання при високій
температурі нафти і нафтових масел з метою збільшення виходу бен-
зину.
485
Загалом бітуми — це органічні речовини, які складаються здебі-
льшого з різних сумішей високомолекулярних вуглеводнів метано-
вого, нафтенового та ароматичних рядів, їх кисневих та сірчаних по-
хідних. Елементний склад бітумів, %: карбон — 73...87; гідроген —
8... 12; сульфур — 2...9; оксиген— 1...5; нітроген — 0...2.
За консистенцією бітуми поділяють на тверді, напівтверді та рід-
кі, за призначенням — на дорожні, будівельні, покрівельні, гідроізо-
ляційні.
Тверда частина бітуму — це високомолекулярні вуглеводні та
їх похідні з молекулярною масою 1000...5000, густиною понад 1000
кг/м3, об’єднані загальною назвою «асфальтени». Це тверді неплав-
кі крихкі кристалічні речовини. Вміст асфальтенів у бітумах стано-
вить 50%. Вони збільшують в’язкість бітумів, при температурі
300°С розкладаються з утворенням коксу. Асфальтени містять кар-
бени (тверді вуглеводневі речовини), розчинні лише в чотирихлори-
стому вуглеці ССІ4, та карбоїди, нерозчинні в маслах та летких роз-
чинниках.
До складу бітумів можуть входити також тверді вуглеводні —
парафіни, які зазвичай погіршують їх властивості, підвищуючи кри-
хкість, особливо при зниженні температури. Бітуми зі значною кіль-
кістю парафіну (більше 5%) називають парафінистими. Негативний
вплив парафіну на властивості бітуму послаблюється при наявності
в його складі масел та смол.
Смоли — це аморфні речовини темно-коричневого кольору з моле-
кулярною масою 500... 1000 та густиною, близькою до 1000 кг/м3.
Смолисті речовини — це тверді чи напівтверді продукти, які
легко розчиняються у бензині, хлороформі, бензолі, маслах. У біту-
мах їх міститься 16.. .30%.
Рис. 10.1. Схема структури бітуму:
а — рідкого; б — твердого;
1 — міцела; 2 — розчин смол у маслах; З —
асфальтени (ядро міцели розміром 18...28 мкм);
4 — смоли (оболонка міцели)
Масляні фракції бітумів
складаються з різних
вуглеводнів із
молекулярною масою
100...500 і густиною менше
1000 кг/м3.
За своєю будовою бітум —
це колоїдна система, в якій
дисперговані асфальтени, а дис-
персійним середовищем є смо-
ли та масла (рис. 10.1).
Якщо в дисперсній систе-
мі є надлишок дисперсійного
486
середовища, то комплексні частинки — міцели — не контактують між
собою і вільно переміщуються. Така структура характерна для бі-
туму у рідкому стані (рис. 10.1, а). Якщо в системі бракує диспер-
сійного середовища, міцели контактують між собою, утворюючи мі-
целярну просторову сітку. Така ситуація має місце в структурі твердого
бітуму (рис. 10.1, б), який відрізняється підвищеною в’язкістю порів-
няно з бітумом у рідкому стані.
Властивості бітуму як дисперсної системи визначаються спів-
відношенням його складових компонентів: масел, смол та асфальте-
нів. Вміст маслянистих речовин у бітумах становить 45...60%; вони
надають бітумам рухомості, оскільки смоли частково здатні в них
розчинятися. Смоли обумовлюють в’яжучі властивості бітумів, на-
дають їм пластичності, збільшують адгезійну (клеючу) здатність.
Асфальтени підвищують температуру розм’якшення та твердість.
Під впливом сонячної енергії, високих температур та кисню по-
вітря склад бітумів змінюється за рахунок хімічного переходу масел
у смоли, а смол — у асфальтени. Зміна співвідношення між вугле-
водневими речовинами призводить до зміни структури та властиво-
стей бітуму.
Властивості бітумів визначаються їх природою, складом та тех-
нологією отримання. Для бітумів, на відміну від мінеральних
в’яжучих речовин, характерні гідрофобність, атмосферостійкість,
підвищена деформативність, здатність розм’якшуватися при нагрі-
ванні. Густина бітумів залежить від складу і коливається у межах від
800 до 1300 кг/м3. Теплопровідність становить 0,5...0,6 Вт/(м-К), те-
плоємність — 1,8... 1,97 кДж/(кг-К), коефіцієнт об’ємного теплового
розширення при Т = 25°С перебуває у межах від 5-Ю"4 до 8-10^ К"1.
Стійкість при нагріванні характеризується втратою маси при термі-
чній обробці проби бітуму при Т = 160°С протягом 5 год (повинна
становити не більше 1%) та температурою спалаху, яка залежно від
марки бітуму перебуває у межах 6О...24О°С.
Реологічні властивості бітуму залежать від його групового скла-
ду та будови. Поверхневий натяг бітумів при Т = 2О...25°С становить
(25...35) • КГ11 Дж/м2.
Основними якісними показниками бітумів є в’язкість (твер-
дість), деформативність та теплостійкість. За цими показниками
тверді та напівтверді бітуми поділяють на марки. Позначення мар-
ки бітуму складається з літер, які пов’язані з його призначенням,
наприклад, БНК 90/30 — бітум нафтовий покрівельний, і цифр,
перша з яких відповідає температурі розм’якшення, а друга —
пенетрації.
487
На відміну від зазначеного, для дорожніх бітумів цифри (перша
та друга) пов’язані з межами зміни пенетрації, наприклад, БНД
200/300.
Тверді бітумні матеріали, як і інші речовини аморфної будови,
не мають певної точки плавлення. Вони характеризуються темпера-
турою розм’якшення, яка визначається на приладі «кільце і куля»
(«К і К»,). Температура розм’якшення бітумів залежить від їх складу
і збільшується при підвищеному вмісті асфальтенів та смол. Напри-
клад, для дорожніх в’язких бітумів температура розм’якшення в
межах 33...51°С, а для будівельних бітумів — 50... 105°С.
За необхідності, визначають також інші властивості бітумів —
температуру спалаху, крихкість, розчинність тощо.
Температура спалаху — це температура, при якій газоповітряна
суміш, що утворюється при підігріванні в’яжучої речовини у від-
критому тиглі, спалахує при піднесенні, полум’я. Температура спа-
лаху в’язких та твердих бітумів становить не нижче 180...200°С, а
рідких — не нижче 37...60°С.
Температура крихкості пов’язана з появою перших тріщин при
охолодженні бітуму і визначається за допомогою приладу Фракса.
Наприклад, для дорожніх бітумів температура крихкості перебуває в
межах-5°С...-25°С.
Основні властивості бітумів пов’язані між собою, наприклад,
при зростанні твердості (в’язкості) збільшується розтяжність та
знижується температура розм’якшення, а при зменшенні — навпаки.
Бітумні матеріали, як і інші види органічних в’яжучих речовин,
характеризуються здатністю до старіння, сутність якого полягає у
підвищенні крихкості та зменшенні тріщиностійкості внаслідок по-
ступового окиснення компонентів під дією атмосферних факторів.
Також як негативні характеристики треба розглядати залежність
в’язкості бітумів від температурного фактора та здатність їх до го-
ріння.
Бітумні речовини є гідрофобними, вони не змочуються і не роз-
чиняються у воді, що дозволяє їх використовувати як основний
компонент гідроізоляційних матеріалів.
Бітуми є хімічно інертними до водних розчинів мінеральних со-
лей, лугів та кислот, наприклад, вони добре чинять опір дії лугів
(при концентрації до 45%), фосфатній кислоті (при концентрації до
85%), сульфатній (при концентрації до 50%), хлористоводневій —
соляній (при концентрації до 25%). Менш стійкі бітуми в атмосфері,
яка містить оксиди азоту, вони руйнуються при дії концентрованих
розчинів кислот, розчиняються в органічних розчинниках. Відносна
488
хімічна інертність бітумів дозволяє використовувати їх у будівницт-
ві для антикорозійного захисту.
Наведені властивості бітумів зумовили їх застосування в гідро-
технічному та дорожньому будівництві, а також для виробництва
покрівельних, гідроізоляційних та антикорозійних матеріалів. Осно-
вні вимоги, що ставляться до бітумів різного призначення, наведено
в табл. 10.1.
Таблиця 10.1
Основні властивості та вимоги до нафтових
бітумів різного призначення
Марка бітуму Температура розм’якшення, за «КіК», °С, не менше Глибина про- никнення голки, 0,1 мм, при тем- пературі 25°С, не менше (при 0°С) Розтяжність, см, при тем- пературі 25°С (при 0°С) Температура крихкості, °С, не нижче Температура спалаху, °С, не нижче
Бітуми нафтові будівельні (ГОСТ 6617)
БН 50/50 50 41...60 40 не нормується 230
БН 70/30 70 21...40 3,0 - « - 240
БН 90/10 90 5...20 1,0 — « — 240
Бітуми нафтові покрівельні (ГОСТ 9548)
БНК-40/180 37...44 160...210 не нормується не нормується 60
БНК-45/190 40...50 160...220 - « - - « - 60
БНК-90/30 85...95 25...35 - « - -10 70
Бітуми нафтові дорожні в’язкі (ГОСТ 22245)
БНД 200/300 35 201...300(45) — -20 220
БНД 130/200 40 131...200 (35) 70 (6,0) -18 220
БНД 90/130 43 91...130 (28) 65 (4,0) -17 230
БНД 60/90 47 61...90 (20) 55 (3,5) -15 230
БНД 40/60 51 40...60 (13) 45 (-) -12 230
БН 200/300 33 201...300 (24) -(-) -14 220
БН 130/200 38 131...200 (18) 80(-) -12 230
БН 90/130 41 91...130 (15) 80(-) -10 240
БН 60/90 45 60...90 (10) 70(-) -6 240
Бітуми нафтові ізоляційні (ГОСТ 9812)
БНИ-ІУ-3 65...75 ЗО...5О (15) 4 не нормується 250
БНИ-ІУ 75...85 24...40 (12) 3 - « - 250
БНИ-У 90...100 20...40 (9) 2 - « - 240
Нафтопереробна промисловість випускає для застосування у бу-
дівництві тверді бітуми, а для проведення дорожньо-будівельних
робіт — тверді, напівтверді та рідкі.
489
Дорожні бітуми використовують для виготовлення асфальтових
бетонів та розчинів, будівельні — для виготовлення асфальтових,
приклеювальних та ізоляційних мастик, бітумно-гумових матеріалів,
а покрівельні — для виготовлення покрівельних мастик, рулонних і
гідроізоляційних матеріалів.
Рідкі бітуми розраховані для використання в холодному або на-
грітому стані при температурі від 20 до 120°С, тому при нормальній
температурі вони мають порівняно невелику в’язкість, яка забезпе-
чує необхідну легкоукладальність сумішей у дорожнє полотно.
Основними властивостями рідких дорожніх бітумів є: в’язкість
(технологічна), швидкість загуснення, що характеризується вмістом
летких масел (фракційним складом), адгезія та стійкість до погод-
них змін.
Швидкість загуснення залежить від умов випаровування летких
фракцій та вимог до швидкості підвищення міцності дорожнього
покриття.
В’язкість рідких бітумів визначається за допомогою стандартно-
го віскозиметра в секундах. Одна секунда приблизно відповідає
0,25...0,30 пуаз абсолютної в’язкості. В’язкість рідких бітумів пере-
буває в межах С^о= 5...200 с (верхній індекс біля літери С — це ді-
аметр отвору, через який витікає бітум, мм, нижній — температура
випробування, °С).
Сланцеві бітуми — це органічні в’яжучі речовини, які одержу-
ють при нагріванні горючих сланців без доступу повітря. Вони бу-
вають в’язкі та рідкі.
За складом та властивостями сланцеві бітуми дещо відрізняють-
ся від нафтових. Так, у сланцевих бітумах більше міститься асфаль-
тенів та смол, але менше масел, тому вони мають досить високу роз-
тяжність при 25°С (більше 100 см). Галузі використання сланцевих
бітумів майже такі самі, як нафтових.
10.3. Дьогтьові в’яжучі речовини
Дьогті — це в’язкі рідини чорного чи бурого кольору, які скла-
даються з вуглеводнів та їх сірчаних, азотних і кисневих похідних,
одержаних конденсацією пароподібних продуктів, що утворюються
при розкладанні органічних матеріалів в умовах високої температу-
ри без доступу повітря.
За вихідною сировиною дьогті поділяють на кам'яновугільні,
торф ’яні, деревні та сланцеві, залежно від методу переробки сиро-
490
вини — на коксові та газові, а з урахуванням технології отримання —
на сирі, відігнані та складені.
Кам’яновугільний дьоготь, у свою чергу, поділяють на два
види:
- низькотемпературний первинний, одержаний при напівкоксу -
ванні, яке завершується при 500...600°С. Це в’язка темно-бура ріди-
на густиною 850... 1000 кг/м3, яка складається з насичених і ненаси-
чених вуглеводнів та фенолу;
-високотемпературний, одержаний при коксуванні, яке закін-
чується при 1ООО...13ОО°С. Це чорна в’язка рідина або в’язкотвер-
дий продукт густиною 1120... 1280 кг/м3 із температурою розм’як-
шення 4О...7О°С.
Низькотемпературні дьогті за хімічним складом відрізняються
від високотемпературних і складаються, в основному, з парафінис-
тих і нафтенових вуглеводнів та фенолів. Вони містять такі компо-
ненти: воду — 2...3%; леткі масла— 1...7%; середні масла — 8... 12%;
важкі масла — 5...8%; залишок (після перегонки) — 55...70%; віль-
ний вуглець — О...8%; нафталін — О...2%; фенол — 30%; твердий
парафін — 3... 15%.
Відігнаний дьоготь одержують унаслідок фракціонування сирої
низькотемпературної смоли з виділенням із неї лігроїнової та гасо-
вої фракцій. Він за властивостями близький до високотемпературно-
го дьогтю.
При високотемпературній деструкції 1 т вугілля одержують
700...750 кг коксу, 300...350 м3 газу, 12... 15 л бензолу, до 3 кг аміа-
ку та ЗО...40 кг кам’яновугільної сирої високотемпературної смоли.
Залишковим продуктом перегонки цієї смоли є кам ’яновугільний пек —
продукт чорного кольору густиною 1200... 1280 кг/м3, що представ-
лений сумішшю висококонденсованих карбо- і гетероциклічних
сполук, продуктів ущільнення, що вирізняються за ступенем арома-
тичності та вмістом вільного вуглецю (8...30%). Пек разом з антра-
ценовим маслом використовують при виробництві складених кам ’яно-
вугільних дьогтів.
Кам’яновугільний дьоготь не розчиняється в жодному з відомих
розчинників і відрізняється підвищеною біостійкістю.
Торф’яні дьогті одержують у спеціальних генераторах або в
коксувальних печах. Вони належать до типу низькотемпературних
смол і містять у своєму складі до 10... 15% фенолу, а також твердого
парафіну (до 10%); густина їх при 20°С становить 1030... 1050 кг/м3,
мають меншу тепло- та атмосферостійкість, ніж кам’яновугільні,
відрізняються кращою адгезією до кам’яних матеріалів.
491
Деревні дьогті виготовляють із деревних низькотемпературних
смол, які одержують із хвойних та листяних порід у період вуглеви-
палювання в газогенераторних установках.
За зовнішнім виглядом сирі деревні газогенераторні смоли — це
густа рідина темно-коричньового кольору зі значним вмістом води,
оцтової кислоти та фенолів. Фракційний склад деревних смол: вода —
8... 10%, фракції, відігнані при 100... 170°С, — 14...30%; 270...300°С —
4... 12%; пек —53%.
Складені дьогті одержують сплавленням пеків із дьогтьовими
маслами (наприклад, антраценовим) або зневодненими сирими дьо-
гтями.
У дьогтях міститься велика кількість ненасичених вуглеводнів
ароматичного ряду, які піддаються окиснювальній полімеризації
при контакті з киснем та водою, впливу ультрафіолетових променів.
Атмосферостійкість дьогтьових матеріалів нижча порівняно із біту-
мними. Нестійкість дьогтів до процесів старіння пов’язана з випаро-
вуванням летких складових із дьогтю навіть при слабкому нагріван-
ні на сонці, а також із тим, що сполуки, які містяться в ньому, є
ненасиченими і тому легко вступають у хімічну взаємодію з речови-
нами зовнішнього середовища, змінюючи свій склад та структуру,
що призводить до появи тріщин, крихкості та втрати водовідштов-
хувальних властивостей.
Проте дьогті, порівняно із бітумами, завдяки великому вмісту
речовин із полярними групами, характеризуються підвищеною адге-
зією до інших матеріалів. Вони мають вищу біостійкість, що пояс-
нюється токсичністю фенолу, який міститься в їх складі.
Дьогті використовують у тих самих галузях будівництва, що й
бітуми, але їх застосування більш доцільне там, де є загроза біоко-
розїї.
10.4. Асфальто- та дьогтебетони
Бетони і розчини на основі бітумів та дьогтів при великій кіль-
кості різновидів (залежно від технології і вихідної сировини, облад-
нання й енергетичних ресурсів, щільності та інших властивостей)
можна розглядати як композиційні матеріали, в яких матриця пред-
ставлена в’яжучою речовиною і тонко дисперсним мінеральним по-
рошком із подрібнених гірських порід, а армувальний компонент —
піском (природним або подрібненим) та крупним заповнювачем у
вигляді щебеню переважно із вивержених гірських порід або домен-
492
них шлаків. Органічні в’яжучі речовини використовують не тільки
для отримання асфальтових і дьогтьових бетонів, але й різноманіт-
них покрівельних і гідроізоляційних матеріалів.
Асфальтовий бетон отримують із суміші мінеральних матеріа-
лів різної крупності (піску, щебеню або гравію розмірами від 5 до ЗО
мм, тонкомелених вапняків) та бітуму. Залежно від максимального
розміру заповнювача асфальтобетони поділяють на крупнозернисті
(розмір заповнювача до 40 мм), середньозернисті (розмір заповню-
вача до 25 мм), дрібнозернисті (розмір заповнювача до 15 мм) і пі-
щані (заповнювач — пісок).
Асфальтобетон може бути укладений у гарячому або холодному
стані та ущільнений котками. Підстильний шар під асфальтобетонне
покриття називається біндером. Асфальтобетон виготовляють трьох
марок, показники яких наведені в табл. 10.2.
Таблиця 10.2
Характеристики асфальтобетону різних марок
Властивості асфальтобетону Марка асфальтобетону
І II III
Границя міцності при стиску при температурі не менше 50°С, МПа те саме, не менше 20°С, МПа 1,0 2,5 0,8 2,3 0,6 2,0
Водопоглинання за об’ємом, %, не більше 0,5 1,0 1,5
Залежно від в'язкості бітуму та температури при укладанні в
дорожнє полотно асфальтобетонні суміші поділяють на гарячі, теплі
і холодні.
Гарячу суміш готують на основі в’язких бітумів та укладають
при температурі не нижчій ніж 120°С. Формування структури асфа-
льтобетону, в основному, закінчується після ущільнення поверхні
дорожніми котками.
Теплу суміш виготовляють, використовуючи в’язкі та рідкі біту-
ми, температура укладення яких не нижче 70°С. Процеси структуро-
утворення в асфальтобетоні (залежно від виду бітуму і погодних
умов) можуть тривати від 2...З годин до декількох тижнів.
Холодну суміш готують на рідких бітумах, укладають при темпе-
ратурі навколишнього середовища не нижче 5°С. Структура асфаль-
тобетону формується повільно (20...40 діб) залежно від швидкості
загуснення бітуму, а також від погодних умов та інтенсивності руху
автомобілів. Особливістю холодних асфальтобетонних сумішей є
493
здатність деякий час залишатися сипкими, що дозволяє їх зберігати
(без погіршення властивостей) протягом 8 місяців. Холодні суміші
використовують для покриття та ремонту доріг із невеликою інтен-
сивністю руху.
Крупнозернисті суміші застосовують тільки для влаштування
нижнього шару покриття, шорстка і пориста поверхня якого дає мі-
цне зчеплення з верхнім шаром.
Дрібнозернисті суміші використовують для верхнього шару по-
криття при значному поздовжньому нахилі в період інтенсивного
руху. Такі покриття мають підвищену жорсткість, що забезпечує
добре зчеплення з автомобільними шинами.
Піщані суміші, виготовлені на подрібненому піску з підвищеним
вмістом зерен розміром 5... 1,25 мм, використовують для верхнього
шару дорожнього покриття із середньою інтенсивністю руху та на
ділянках, де необхідно створення водонепроникного шару.
Гарячі і теплі суміші, отримані з використанням гравію та щебе-
ню, залежно від їх вмісту, поділяються на такі типи: А — 50...65%
щебеню; Б — 35...50% щебеню (гравію); В — 20...35% щебеню
(гравію). Також існує поділ сумішей за видом піску на марки: Г —
при застосуванні подрібненого піску або висівок після подрібнення
та Д — природного піску.
Холодні асфальтобетонні суміші, залежно від вмісту в них ще-
беню або гравію та піску, поділяються на типи: Бх — містять 35...50%
крупного заповнювача (Щ(Г)); Вх — 20...35% (Щ(Г)); Гх — із вико-
ристанням подрібненого піску або висівок після подрібнення, Дх —
із використанням природного піску.
Холодні асфальтобетонні суміші типів Бх та Вх поділяють на
марки І і II; Гх — можуть бути тільки марки І, суміші типу Дх —
марки II.
Середня густина асфальтобетону становить від 2300 до 2400 кг/м3,
його використовують для виготовлення підлог у промислових буді-
влях, де температура не перевищує ЗО...4О°С, влаштування стяжок
на покрівлях та у дорожньому будівництві. Міцність асфальтобето-
ну при стиску залежить від температури, наприклад, при Т = 20°С вона
дорівнює 3...5 МПа, а при Т= 50°С — тільки 0,8... 1,0 МПа. Водопо-
глинання асфальтобетону не повинно перевищувати 2%.
Холодні асфальтобетони виготовляють із бітуму, розрідженого
лігроїном, сольвент-нафтою або бітумною емульсією. В суміші по-
винно бути не менше 5...8% бітуму і 12...25% розріджувача. У зи-
мовий період холодний асфальтобетон перед застосуванням підігрі-
вають до температури 5О...6О°С.
494
Литий асфальтобетон відрізняється від відомих «гарячих» ана-
логів тим, що всі пустоти в його структурі заповнені в’яжучою ре-
човиною. Перевагою литого асфальту є можливість проведення ро-
біт при досить низьких температурах (до -10°С), добра здатність до
ущільнення, навіть при невеликих навантаженнях, висока довговіч-
ність, зносостійкість та шорсткість. Разом з тим литий асфальтобе-
тон має деякі недоліки: здатність до деформацій улітку та схиль-
ність до тріщиноутворення у зимовий період.
Дьогтьобетон — це штучний будівельний матеріал, отриманий
ущільненням суміші дьогтю, щебеню, піску і мінерального порош-
ку. Залежно від в’язкості дьогтю, дьогтьобетонні суміші поділяють
на гарячі та холодні. Для отримання гарячих сумішей використову-
ють окиснені дьогті і дьогті, модифіковані добавками полімерів (ві-
нілхлориду, полістиролу тощо) марок Д-6 (в’язкість С^МО с) та
Д-5 (С зо >150 с), а для холодних Д-4 та Д-5 (С <150 с).
Залежно від крупності зерен щебеню, дьогтьобетони поділяють
на крупнозернисті (розмір зерен до 40 мм) та дрібнозернисті (розмір
зерен менше 20 мм). Кількість щебеню визначає характер макро-
структури дьогтьобетону, а також його фізичні та механічні власти-
вості, і тому в щебеневому бетоні його кількість становить 35...50%,
а в малощебеневому — 20...35%. Зростання у бетоні кількості ще-
беню сприяє підвищенню його щільності, водостійкості, корозійної
стійкості та стійкості проти старіння. За показником пористості дьо-
гтьобетони поділяють на щільні (загальна пористість до 5%) та по-
ристі (загальна пористість — 6... 12%). Важливим структуроутво-
рюючим компонентом дьогтьобетону є дисперсний мікронаповню-
вач — мінеральний порошок, який отримують подрібненням вапня-
кових порід або доломітів. Введення мікронаповнювача сприяє
підвищенню щільності, міцності, водостійкості та морозостійкості
штучного каменю. Як наповнювачі також використовують подріб-
нене кам’яне вугілля або ліофільні порошки, наприклад, гідролізний
лігнін або фталевий ангідрит.
У процесі приготування дьогтьобетонної суміші дотримуються
чіткого температурного режиму: дьоготь марки Д-5 нагрівають до
Т= 8О...1ОО°С, а дьогті марок Д-6, Д-7, Д-8 — до Т = 1ОО...13О°С, мі-
неральні матеріали підігрівають до температури 11О...13О°С. Внаслі-
док підвищеної чутливості до зміни температур, готова суміш після
змішування перед укладанням повинна мати температуру 100...120°С.
Технічні вимоги до «гарячого» дьогтьобетону: міцність при сти-
ску при Т = 50°С — не менш 0,8 МПа, при Т = 20°С — не менш
495
2 МПа, а у водонасиченому стані — не менш 1,5 МПа; коефіцієнт
водостійкості — не менш 0,7; коефіцієнт теплостійкості — не біль-
ше 4. Технічні вимоги до «холодного» дьогтьобетону: міцність при
Т = 20°С — не менш 1,2 МПа, а у водонасиченому стані — не менш
0,8 МПа, коефіцієнт водостійкості — не менш 0,4.
Холодний дьогтьобетон використовують або без підігрівання,
або після підігрівання до 77=90°С. Гарячий дьогтьобетон рекомен-
дується використовувати для верхнього шару покриття доріг 3 кате-
горії і нижнього шару доріг 3-ї та 4-ї категорій. Влаштування таких
покриттів дозволяється тільки за межами населених пунктів, оскільки
під час експлуатації можливо виділення шкідливих сполук (фенолу).
10.5. Характеристика матеріалів
на основі бітумних і дьогтьових в’яжучих речовин
На основі бітумних та дьогтьових в’яжучих виготовляють ру-
лонні покрівельні та гідроізоляційні матеріали, штучні вироби, мас-
тики, емульсії та пасти. Враховуючи широку номенклатуру матеріа-
лів та виробів, розглянемо їх в порядку ускладнення композиційного
складу.
Емульсії — це дисперсні системи, які складаються з двох рідин,
що не змішуються між собою, причому одна рідина є диспергова-
ною у другій. Стійкість утвореної емульсії досягається введеним до
її складу емульгаторів — поверхнево-активних речовин (ПАР) або
тонкодисперсних твердих порошків, які, з одного боку, знижують
поверхневий натяг між бітумом та водою, а з іншого — надають ча-
стинкам певного заряду, який перешкоджає їх злипанню.
Емульгаторами є мила (нафтенових, сульфонафтенових) органі-
чних кислот, лігносульфонат технічний (ЛСТ), асидол, олеїнова ки-
слота. До твердих емульгаторів належать тонкі порошки глин, вапна,
цементу, кам’яного вугілля та сажі. Тверді емульгатори адсорбу-
ються на поверхні бітуму та дьогтю, утворюючи захисний шар, що
перешкоджає злипанню окремих глобул, диспергованих у воді.
Емульсію готують у спеціальних машинах: диспергаторах, гомо-
генізаторах, установках із використанням ультразвукових коливань.
Технологічний процес отримання емульсії передбачає розігрівання
бітуму чи дьогтю до 5О...12О°С, приготування емульгатора, диспер-
гування в’яжучої речовини у воді з додаванням водного розчину
емульгатора. Вміст бітуму (дьогтю) в звичайних емульсіях стано-
вить 50...60%, у пастах — 60...70%. Вміст водорозчинних емульга-
496
торів у складі емульсії звичайно не перевищує 3%, твердих емульга-
торів — 5... 15% залежно від їх виду і дисперсності бітумної чи дьог-
тьової фази.
Емульсії застосовують для влаштування захисного гідро- та па-
роізоляційного покриття, ґрунтування основи під гідроізоляцію,
приклеювання штучних і рулонних матеріалів, а також гідрофобіза-
ції поверхонь виробів. Зберігають емульсію в металевій тарі в за-
критих приміщеннях із температурою, не нижчою 0°С.
Бітумні пасти готують із бітуму, води та емульгатора. Як ему-
льгатори використовують неорганічні тонкодисперсні мінеральні
порошки (вапно, глину, мелений трепел), що містять активні колої-
дні частинки розміром менш як 0,005 мм. Пасти застосовують для
влаштування захисного гідроізоляційного покриття, ґрунтування
поверхні, яка ізолюється, ущільнення стиків у покрівлі, а також як
в’яжучу суміш для виготовлення холодних мастик.
Мастики — це клейові суміші, якими не тільки з’єднують різні
матеріали між собою, але й покривають поверхні деталей та конс-
трукцій відносно товстим шаром для запобігання корозії, заповню-
ють щілини, раковини, отвори й інші заглиблення, щоб одержати
однорідну гладку поверхню чи забезпечити герметичність швів.
Для приготування мастик використовують бітумні чи дьогтьові
суміші, мінеральні дисперсні наповнювачі (тальк, магнезит, вапняк,
доломіт, крейду, цемент, золу); волокнисті заповнювачі (азбест, мі-
неральну вату); емульгатори та добавки-антисептики. Наповнювачі
адсорбують на своїй поверхні масла, що сприяє підвищенню тепло-
стійкості і твердості мастики, крім того, зменшується витрата бітуму
чи дьогтю. Волокнисті наповнювачі армують матеріал, збільшуючи
його опір при згині.
Мастики розрізняють:
а) за видом в ’яжучого матеріалу — бітумні, бітумно-гумові, бі-
тумно-полімерні;
б) за способом застосування — гарячі, які використовують із
попереднім підігріванням до 160°С — для бітумних мастик і до
130°С — для дьогтьових мастик, та холодні (містять розчинник), які
використовують без підігрівання при температурі повітря, не ниж-
чій, ніж 5°С, із підігріванням до 60°С — при температурі повітря,
нижчій, ніж 5°С;
в) за призначенням — приклеювальні, покрівельно-ізоляційні,
гідроізоляційні, асфальтові антикорозійні.
Приклеювальні мастики застосовують для склеювання рулон-
них матеріалів при влаштуванні багатошарових дахових покриттів
497
та обклеювальної гідроізоляції. Марку мастики встановлюють за по-
казником теплостійкості, що характеризується граничною темпера-
турою, при якій шар мастики товщиною 22 мм, нанесений для скле-
ювання двох зразків пергаміну, не витікає із шва. (Зразок витри-
мують протягом 5 годин на покрівлі з нахилом 45°.) Марку мастики
вибирають залежно від максимальної температури повітря та схилу
покрівлі.
. Гідроізоляційні асфальтові мастики застосовують для влашту-
вання литої та штукатурної гідроізоляції, а також як в’яжучу речо-
вину для виготовлення плит та інших штучних виробів.
Гарячі бітумно-мінеральні мастики виготовляють із бітуму з до-
даванням ЗО...64% мінерального наповнювача залежно від призна-
чення та поставлених вимог. їх використовують для заливної гідро-
ізоляції швів гідротехнічних споруд.
Холодні асфальтові мастики одержують змішуванням бітумно-
вапнякової пасти з мінеральними наповнювачами без нагрівання
компонентів; використовують їх для штукатурної гідроізоляції.
Гідрофобний газоасфальт виготовляють на основі бітумно-
вапнякової пасти з домішкою 10... 15% портландцементу й алюміні-
євої пудри як газоутворювача; використовують у покрівельних па-
нелях та для теплогідроізоляції трубопроводів.
Асфальтові антикорозійні мастики — це суміш розплавлених
тугоплавких бітумів із наповнювачами, призначені для захисту бу-
дівельних конструкцій і трубопроводів від агресивних впливів роз-
ведених розчинів кислот та лугів, оксидів нітрогену, сірчистого газу,
аміаку і парів кислот при температурі до 60°С.
Бітумно-гумові мастики складаються із сплавленої суміші бі-
туму та порошку гуми, а також добавок каучуку чи синтетичної
смоли для надання їм теплостійкості і еластичності на морозі. Мас-
тики використовують у гарячому та холодному станах для ізоляції
підземних сталевих трубопроводів.
Рулонні покрівельні матеріали за структурою полотна поділя-
ють на основні та безосновні. Як основу рулонного матеріалу засто-
совують покрівельний картон, склотканини, фольгу, тканини на ос-
нові поліефірних волокон, оксидовані модифіковані еластоміри і
пластоміри, азбестовий папір. На картонній основі виробляють ру-
беройд, пергамін та толь; на склооснові — склоруберойд, скло-
повсть, гідробутил, гідросклоізол; на основі фольги — фольгоізол та,
фольгоруберойд, на азбестовому папері — гідроізол.
За видом в ’яжучих речовин розрізняють такі покрівельні і гідро-
ізоляційні матеріали:
498
бітумні (в’яжучі композиції представлені нафтовими бітумами
чи сплавами нафтових та природних бітумів);
дьогтеві (в’яжучі композиції представлені сумішшю кам’янову-
гільних та сланцевих дьогтів чи сплавів пеків із кам’яновугільними
дьогтями чи дьогтьовими маслами);
дьогтебітумні (в’яжучі композиції представлені сумішшю кам’яно-
вугільних дьогтьопродуктів чи сланцевих дьогтів із нафтовими
бітумами);
бітумнополімерні (в’яжучі складаються з нафтових бітумів та
полімерів);
бітумногумові (одержані в результаті спільної переробки нафто-
вих бітумів і старої гуми);
гумодьогтьові (одержані в результаті спільної переробки старої
гуми та дьогтьопродуктів).
Рулонні покрівельні матеріали виробляють із захисним шаром,
яким може бути посипка (крупнозерниста — «К», дрібнозерниста —
«Д», лускоподібна — «Л» і пиловидна «П»,), покриття фольгою тощо.
Руберойд (ДСТУ Б А. 1.1-15-94, ГОСТ 10923) виготовляють про-
сочуванням покрівельного картону м’якими нафтовими бітумами.
Потім його покривають з однієї чи з обох боків тугоплавким нафто-
вим бітумом і наносять тонкий шар подрібненого мінерального по-
рошку, слюди чи кольорової мінеральної посилки.
Виробництво руберойду передбачає такі операції: підігрівання
бітумної суміші до 180...200°С; просочування полотна картону в
просочувальній ванні; віджимання валками машини зайвого бітуму;
протягування просоченого картону через другу ванну із більш туго-
плавким бітумом для нанесення покривного шару; посипання міне-
ральним порошком чи іншим сипким матеріалом з одного чи обох
боків; охолодження матеріалу на циліндрах водою; різання стрічки
на куски стандартної довжини та згортання їх у рулони (рис. 10.2).
Для просочування використовують бітум із температурою роз-
м’якшення (на приладі «КіК») — 4О...5О°С, а для покриття — не мен-
ше 85°С.
Налагоджено випуск руберойду дев’яти марок: РКК-420А, РКК-
420Б, РКК-350Б, РКЧ-450Б, РКП-350А, РКП-350Б, РПП-300А, РПП-
ЗООБ, РПЗ-ЗОО.
Літера «Р» у позначенні марки означає руберойд; К, П і 3 — пер-
ші літери російських слів: кровельньїй, подкладочньїй, зластичньїй;
К, П і Ч — перші літери російських слів, які означають вид посипки:
крупнозернистая, пьілеватая и чешуйчатая; числа після літер позна-
чають масу 1 м2 картону, літери А, Б — границі міцності при розтягу.
499
Для районів із холодним кліматом випускають руберойд РЗМ-350 з
еластичним покривним шаром бітуму, модифікованим полімерами.
Рис. 10.2. Схема установки з виробництва руберойду:
1 — котушка; 2 — розмотувальний верстат; З — зшивний верстат; 4
— магазин запасу картону; 5 — циліндри сушіння; 6 — просочува-
льна ванна; 7,10 — віджимні валки; 8 — додаткова просочувальна
камера; 9 — покривна ванна; 11. 12, 13 — бункери посипок; 14 —
охолоджуючі барабани; 15 — намотувальний верстат
Теоретична довговічність руберойду становить 5...7 років. Вла-
штування покрівлі з руберойду потребує укладання принаймні 4...5
шарів рулонного матеріалу з використанням рідких мастик. Врахо-
вуючи зазначене, на сьогодні все більшого поширення набувають
рулонні бітумні матеріали, модифіковані полімерами (відомі як
мембрани, товщина яких становить 3...6 мм). В «євроруберойдах» як
основу застосовують склотканину, склоповсть та поліефірні волокна.
Домішка полімеру знижує температуру крихкості покривного бі-
туму до 50°С, довговічність покриття підвищує в 1,5-2 рази, а при
застосуванні комбінованої основи із склотканини та поліефірних во-
локон забезпечується стабільність розмірів, підвищується міцність
та стійкість до займання.
Наплавлений руберойд — покрівельний матеріал, який накле-
юють, не застосовуючи покрівельної мастики, розплавленням по-
товщеного нижнього покривного шару. При цьому поліпшуються
умови праці та підвищується її продуктивність.
Пергамін (ГОСТ 2697) — рулонний матеріал, виготовлений
просочуванням покрівельного картону розплавленим нафтовим бі-
тумом із температурою розм’якшення, не нижчою, ніж 40°С. Він є
підкладковим матеріалом під руберойд і використовується для паро-
ізоляції. Випускають пергамін у рулонах площею 20...40 м2, масою
15 або ЗО кг. Під тиском 0,01 МПа протягом 10 хв на ньому не по-
500
винно бути ознак протікання води, водопоглинання — не більше
як 20%.
Склоруберойд (ГОСТ 15879) і склоповсть виготовляють нане-
сенням бітумної (бітумно-гумової чи бітумно-полімерної) в’яжучої
речовини з обох боків на скловолокнисте поліестерне полотно або
склоповсть і покриттям з одного чи двох боків суцільним шаром по-
силки. Залежно від виду посилки та призначення, склоруберойд ви-
пускають таких марок: С-РК (з крупнозернистою посилкою), С-РЧ
(з лускатою посилкою) та С-РМ (із пиловидною та дрібнозернистою
посилками). Застосовують склоруберойд для верхнього та нижнього
шарів покрівельного килима і для обклеювальної гідроізоляції. По-
єднання просочення бітумною масою біостійкої основи, що має під-
вищені фізико-механічні властивості, дає змогу одержувати склору-
беройд довговічністю майже ЗО років. На основі скло- та синте-
тичних волокон випускають широку номенклатуру матеріалів із
різними назвами, наприклад, рубемаст, еластобіт, лінокром, ізопласт
(Росія), бітулін (Франція).
Гідросклоізол (ТУ 400-255-16-77) — це гідроізоляційний ру-
лонний матеріал, призначений для гідроізоляції залізобетонних ту-
нелів, прогонів мостів, шляхопроводів та інших інженерних споруд.
Він складається із склооснови (тканої чи нетканої сітчастої, дубльо-
ваної склополотном), покритої з обох боків шаром бітумної маси:
бітуму, пластифікатора та мінерального наповнювача (майже 20%) —
меленого тальку або магнезиту. Матеріал має високу міцність при
розтягу в поздовжньому напрямку (до 7,5 МПа), температуростій-
кість становить 6О...65°С; температура крихкості — (-2О...-1О)°С.
Гідросклоізол наклеюють без застосування мастик — рівномір-
ним оплавленням його поверхні полум’ям газоповітряного пальни-
ка, не допускаючи зосередженого нагрівання всієї товщини гідро-
ізоляційного шару.
Фольгоізол (ГОСТ 20429) — це покрівельний і гідроізоляційний
матеріал із рифленої алюмінієвої фольги марок М (відпалена), Т (на-
гартована), покритої з нижньої сторони шаром бітумно-полімерної
чи бітумно-гумової в’яжучої речовини. Випускають його двох ма-
рок: ФК — фольгоізол покрівельний для влаштування верхнього
шару рулонного килиму покрівель із різними нахилами і ФГ — фо-
льгоізол гідроізоляційний для влаштування захисного покриття теп-
лоізоляції трубопроводів. Він є довговічним, має високу міцність на
розрив. Застосовують його також для гідроізоляції підземних та гід-
ротехнічних споруд.
501
Гідроізол (ГОСТ 7415) — рулонний безпокривний гідроізоля-
ційний матеріал, виготовлений просочуванням азбестового картону
нафтовим бітумом, призначений для влаштування гідроізоляційного
шару в підземних та гідротехнічних спорудах, а також для захисного
антикорозійного покриття. Гідроізол випускають двох марок: ГИ-Г
та ГИ-К в рулонах шириною полотна 950 ± 5 мм, загальною площею
20 ± 0,5 м2. Розривне навантаження при розтягу в поздовжньому на-
прямку становить 3,7 МПа. Для просочування використовується до-
окиснений нафтовий бітум марок БНК 45/190, БНД 60/90 або БНД
40/60.
Відомо, що звичайний бітум, а також оксидований, руйнується під
впливом ультрафіолетових променів та стає крихким при Т <+ 5°С.
Застосування добавок-модифікаторів у вигляді атактичного поліпро-
пілену (АРР-модифіктор) і стирол-бутадієн-стирольного каучуку (8В8-
модифікатор) сприяє підвищенню довговічності бітумних матеріалів
за рахунок надання їм еластичності (гнучкість при охолодженні до
температур -2О...-ЗО°С), корозійної стійкості та стійкості до дії низь-
ких температур і ультрафіолетового випромінювання.
Враховуючи зазначене, важливою тенденцією сьогодення при
виготовленні м’яких покрівельних матеріалів є витіснення недовго-
вічних рулонних бітумних матеріалів полімерними і полімерно-
бітумними, які відрізняються підвищеною міцністю, еластичністю
та довговічністю (15...25 років), причому багатошаровий покрівель-
ний килим замінюється одношаровим. Нижче наведені деякі при-
клади таких матеріалів.
Еласто- та пластомірні мембрани, отримані на основі склоткани-
ни або поліефірних волокон та дистильованого бітуму, модифікова-
ного 8В8 та АРР-модифікаторами, складаються з кількох шарів.
Нижня поверхня мембран покрита тонкою поліетиленовою плівкою
«поліфлем», яка повністю розплавляється при укладанні (наплав-
ленні) такого матеріалу на поверхню за допомогою спеціального па-
льника. Температура використання таких матеріалів — від -50 до
+150°С, міцність при розтягу — від 8,0 до 9,4 МПа; опір руйнуван-
ню при розриві — від 11 до 16 МПа, мінімальна температура влаш-
тування покриття з такого матеріалу -20°С.
Ізол (ГОСТ 10296) — виготовляють на основі гумобітумної
композиції, одержаної термомеханічною обробкою девулканізованої
гуми, нафтового бітуму, мінерального наповнювача, антисептика та
пластифікатора. Ізол — еластичний, біостійкий, довговічніший за
руберойд майже у 2 рази, міцність при розтягуванні — 0,55...0,6 МПа,
відносне видовження — 70...80%, водопоглинання — 22... 18%. Його
502
випускають у рулонах (загальна площа полотна — 10... 15 м2, шири-
на— 800... 1000 мм, товщина — 2 мм).
Застосовують для гідроізоляції гідротехнічних споруд, басейнів,
резервуарів, підвалів, антикорозійного захисту трубопроводів, для
покриття дво- та тришарових пологих і плоских покрівель. Прикле-
юють ізол холодною чи гарячою мастикою.
Гідробутил — це гідроізоляційний безосновний матеріал, який
зберігає еластичність у діапазоні температур -6О...+12О°С, має ви-
соку адгезію до бетону та металу. Випускається двох марок: гідро-
бутил-І (гідроізоляційний) та армогідробутил АК (покрівельний),
армований нетканою основою. Гідробутил виготовляють із гумових
сумішей на основі бутилкаучуку (гідробутил-І) та бутилкаучуку із
хлорсульфополіетиленом (армогідробутил АК).
Гідробутил призначається для влаштування покрівель житлових,
громадських та промислових будівель і споруд у північних районах,
а також для влаштування покрівель із двошарових полегшених ме-
талевих панелей. Його випускають у рулонах. Щоб запобігти зли-
панню в рулоні, полотно посипають тальком чи талькомагнезитом
або використовують як прокладний матеріал поліетиленову плівку,
целофан, парафіновий папір.
Армогідробутил АГ-1 (ДСТУ Б А. 1.1.1-5-94) виготовляють із
гумових сумішей на основі бутилкаучуку, використовуючи сухі цин-
кові білила, стеаринову кислоту, технічну сірку та парафін. Арму-
ють його нетканим клеєним полотном.
Армогідробутил призначається для влаштування покрівель та гі-
дроізоляції під час приклеювання до основи із бетону, дерева, азбес-
тоцементу тощо. Температурний інтервал застосування армогідро-
бутилу -45...+140°С.
Бутизол — рулонний покрівельний та гідроізоляційний матері-
ал. Ширина полотна 800... 1400 мм, товщина — 1...3 мм. Поверхню
основи до наклеювання бутизолу ґрунтують бітумнополімерною
емульсією «БПЕ».
Бутерол — призначається для гідроізоляції споруд та покрівель.
Його виготовляють вальцево-каландровим способом із сумішей на
основі синтетичних каучуків, термоеластопласту, пластифікатора,
вулканізуючих агентів та наповнювачів. Гідроізоляційний килим
виконують із двох чи більше шарів бутеролу завтовшки не більше
як 2 мм кожний. Для наклеювання бутеролу застосовують бітумно-
полімерну мастику МБПК-75. Перед наклеюванням залізобетонну
плиту ґрунтують бітумно-полімерною емульсією ЗГИК-У-З, ему-
льсією БДЗ чи 15%-м розчином бітуму в гасі. Температура мас-
503
тики в момент нанесення на поверхню, що ізолюється, має бути
1ОО...14О°С.
Монобітеп складається з поліетиленової плівки, з обох боків
укритої сульфітним папером, просоченим м’яким бітумом. На обид-
ва боки полотна наносять покривний шар із бітумно-полімерної
в’яжучої речовини, змішаної з мінеральним наповнювачем та анти-
септиками. Застосовують для влаштування гідроізоляційного шару
панелей покриття типу «Монопанель», а також у комбінації з інши-
ми матеріалами для влаштування багатошарових покрівельних ки-
лимів чи утворення паронепроникних шарів.
Лінокром (ТУ 5774-002-13157915-98) — покрівельний та гідро-
ізоляційний матеріал для влаштування покрівель дахів із невеликим
нахилом, а також для гідроізоляції фундаментів будівель і споруд.
Складається з міцної основи, яка не гниє (склотканини, склохолсту
або нетканого поліефірного полотна), на яку з обох сторін наноситься
бітумна маса. Нижній бік лінокрому закритий легкоплавкою полімер-
ною плівкою, верхній — плівкою або мінеральною посилкою (круп-
нозернистою чи дрібнозернистою). Лінокром наплавляють за допомо- •
гою пропанового пальника на добре підготовлену основу із бетону
або цементно-піщану стяжку. Гарантійний термін — більше 20 років.
Уніфлекс (ГОСТ 2678) — рулонний покрівельний та гідроізоля-
ційний матеріал, призначений для влаштування покрівельного ки-
лима будівель і споруд різного призначення, гідроізоляції фундаме-
нтів, мостів, тунелів. Має основу зі склотканини, нетканого поліе-
фірного полотна. З обох боків основи він покривається модифіко-
ваною полімерно-бітумною сумішшю (стирол-бутадієн, стирол-
бітум). Міцність уніфлексу при розтягу в разі використання як осно-
ви склотканини — до 8 МПа, склохолсту — до 6 МПа, абсолютна
водонепроникність при тиску 0,2 МПа повинна зберігатися протя-
гом двох годин, температура розм’якшення (на приладі «КіК»,) —
+100°С. Модифікатором бітуму є штучний каучук стирол-бутадієн-
стирол (СБС).
Техноеласт (ТУ 5774-003-00287852-99) — рулонний матеріал,
призначений для влаштування покрівель із невеликими нахилами, а
також для гідроізоляції, коли ставляться підвищені вимоги щодо на-
дійності та довговічності. Має основу, просочену бітумом, модифі-
кованим штучним каучуком (СБС). Легко вкладається в холодний
період сезону і не стає надто м’яким у теплу, сонячну погоду, має
високу адгезію до основи. Наплавляється на поверхню за допомо-
гою пропанового пальника або наклеюється мастикою на підготов-
лену основу.
504
Фізико-механічні характеристики техноеласту: гнучкість при тем-
пературі до -25°С, температура розм’якшення (на приладі «К і К»,)
становить 110... 115°С, міцність при розтягу на основі склотканини —
8 МПа, на поліефірній тканині — 7 МПа, водонепроникність при
тиску 0,001 МПа — протягом 72 годин, а при тиску 0,2 МПа — про-
тягом двох годин.
Споліеласт (ТУ У В.2.7.-00922787.001-98) — рулонний мате-
ріал, призначений для влаштування верхнього і нижнього шарів
м’якої покрівлі різноманітної конфігурації, а також для гідроізоляції
підземних будівельних конструкцій, споруд, мостів, басейнів і резе-
рвуарів, гаражів тощо. Його відносять до класу євроруберойду.
Основою є склополотно, склотканина, поліефірна тканина, а як
в’яжучу речовину використовують неокиснений бітум із полімер-
ними добавками СБС або АПП. Модифікуючі добавки підвищують
теплостійкість та еластичність в’яжучої речовини (при збереженні
початкового вмісту масел і смол у бітумі), що забезпечує підвищену
морозостійкість матеріалу. На покрівлю такий рулонний матеріал
вкладається методом наплавлювання в один або два шари, довговіч-
ність покриття — не менше 20 років, міцність при розриві —
4,4...6,3 МПа, теплостійкість — 92...105°С , відносне видовження —
4...44%.
Споліпласт (ТУ У 00292787.001-98) — покрівельний гідроізо-
ляційний полімерно-бітумний рулонний матеріал, призначений для
влаштування верхнього і нижнього шарів м’якої покрівлі різної
конфігурації, а також для гідроізоляції фундаментів, мостів, резер-
вуарів тощо. Він стійкий до дії високих та низьких температур, ін-
фрачервоного, ультрафіолетового і радіоактивного випромінювання,
зберігає гнучкість при вкладанні в зимовий період, водо-, паро- і во-
логонепроникний, не руйнується під дією грибків і бактерій, хімічно
стійкий, термін експлуатації — більше 15-ти років.
Звукотеплоізол (ТУ У В.2.7-00292787.001-98) — високоефектив-
ний звуко-, тепло- і гідроізоляційний матеріал. Ефективність звуко-
поглинання досягається використанням багатошарової пружної
склоповсті з несучим захисним шаром із полімеризованого бітуму з
наповнювачем. Його міцність при розриві на основі склополотна —
3,6 МПа, на основі поліефірного волокна — до 6,0 МПа, теплостій-
кість — більше 100°С, гнучкість на брусі діаметром 20 мм без змін
при і - - 15°С, теплостійкість — більше 120°С. Матеріал випуска-
ється із дрібнозернистою і крупнозернистою сланцевою посилками.
Дьогтьові покрівельні рулонні матеріали представлені толем
та його різновидами, а також гідроізоляційними плівками. Виготов-
505
ляють їх просочуванням картону дьогтем та покриттям із двох боків
бітумом та посипкою, використовують для влаштування багатоша-
рових плоских покрівель.
Толь (ГОСТ 10996) — рулонний матеріал, виготовлений просо-
чуванням та покриттям покрівельного картону дьогтями з посипкою
піском чи мінеральною крихтою. Толь із крупнозернистою посип-
кою застосовують для верхнього шару плоских покрівель, а толь із
піщаною посипкою — для покрівель тимчасових споруд, гідроізо-
ляції фундаментів та інших частин споруд.
Толь гідроізоляційний випускають без покривного шару й поси-
лки; використовують як підкладковий матеріал для влаштування ба-
гатошарових покрівель, а також для паро- та гідроізоляції.
Штучні вироби випускають у вигляді асфальтових гідроізоля-
ційних плит, каміння гідроізоляційного та збірних гідроізоляційних
залізобетонних виробів.
Плити виготовляють покриттям попередньо просоченої скло-
тканини чи металевої сітки шаром гарячої гідроізоляційної мастики
чи піщаної асфальтобетонної суміші та подальшого пресування.
Плити можуть бути армовані і неармовані. Неармовані плити випус-
кають довжиною 80... 100 см, шириною 50...60 см та товщиною
1...2 см, армовані — довжиною 100... 120 см, шириною 75... 120 см і
товщиною 2...4 см. їх застосовують для влаштування гідроізоляції і
заповнення деформаційних швів.
М’яка бітумна черепиця — плитка «Шанглс» (від англ. зкіп^іе —
плоска покрівельна плитка, відома як дранка, гонт) — листи з целю-
лозного або азбестового картону, просоченого бітумом і покритого
кольоровою мінеральною посипкою. Одна плитка імітує (заміняє)
3...4 штуки черепиці. Найбільш відомі такі типи м’якої черепиці:
Бардолін (Франція) — хвилясті листи на основі скловолокна, по-
криті з обох боків бітумом, розміром 100x35 см і товщиною 3 мм;
Катепал (Фінляндія) — листи розміром 100x31,7 см товщиною
3,8 мм, на основі склоповсті, просоченої окисненим бітумом;
«Моравія» та «Делта» (Чехія) — листи розміром 330x1000 мм та
278x955 мм товщиною 3,5 мм, міцність при розтягуванні 4,8 та
4,6 МПа;
«Флоренція», «Рим» (Те§1а88, Італія) — листи розміром 100x32;
100x33 мм на основі склоповсті, просоченої бітумом, модифіковано-
го атактичним поліпропіленом (АПП). Листи покриті мінеральною
посипкою різних кольорів та відтінків. Черепиця є водонепроник-
ною, добре поглинає звукову енергію, стійка до зміни температур в
506
інтервалі -45°С...+150°С, міцність зразків при розтягу становить
8... 10 МПа, термін експлуатації— більше 50-ти років.
Єврошифер — хвилясті (гофровані) листи, відомі як гутаніт,
розміром 2000x1060 мм на основі целюлозного волокна, просочено-
го бітумною в’яжучою речовиною за технологією гарячого пресу-
вання. Вони мають високу луго-, кислотостійкість, строк експлуата-
ції до 50-ти років із гарантованою водонепроникністю не менше
10-ти років. За рахунок горизонтального направлення ниток, можна
вкладати листи на криволінійній поверхні з радіусом кривизни бі-
льше 6 м, несуча здатність їх до 650 кг/м2, маса їм2 — 3 кг, середня
густина — 950... 1250 кг/м3, міцність при згині — до 8 МПа. У про-
цесі експлуатації ці вироби не потребують технічного обслугову-
вання.
Гідроізоляційні камені виготовляють просочуванням природ-
них чи штучних пористих матеріалів (цегли, бетону, туфу, опоки,
крейди, вапняку) бітумом чи кам’яновугільними дьогтепродуктами.
Каміння водонепроникне, тому його застосовують для гідроізо-
ляції у вигляді кладки та футерівки на цементному і асфальтовому
розчинах.
Збірні гідроізоляційні залізобетонні вироби одержують просо-
чуванням збірних залізобетонних елементів (паль, плит, секцій труб,
тюбінгів тощо) органічними в’яжучими речовинами на глибину
10...15 мм.
Такий спосіб застосовують для антикорозійного та гідроізоля-
ційного захисту споруд, які зазнають механічних ударів і впливу мі-
неральних вод.
10.6. Довговічність матеріалів на основі бітумів і дьогтів
та екологічні проблеми, пов’язані з їх використанням
Органічні в’яжучі речовини, в тому числі бітумні та дьогтьові,
не можна вважати за екологічно безпечні матеріали, враховуючи їх
пожежонебезпечність та виділення токсичних речовин під час нагрі-
вання та старіння. З цієї точки зору особливо небезпечними є дьогті,
які містять феноли (карболову кислоту).
Старіння бітумних та дьогтьових матеріалів пов’язане із перебі-
гом окиснювальних процесів під впливом повітря, теплоти, соняч-
ного світла, а особливо ультрафіолетового випромінювання. При дії
повітря відбувається окиснення та полімеризація вуглеводнів, у то-
му числі ненасичених, із зміною їх хімічного складу, а відповідно, і
507
властивостей. Спочатку, внаслідок кристалізації смол, утворюються
асфальтени, що беруть участь у формуванні коагуляційної структу-
ри, яка далі (при наступній кристалізації асфальтенів) перетворю-
ється в жорстку просторову структуру. З часом ця структура почи-
нає руйнуватися внаслідок утворення локальних місцевих пере-
напружень, що і призводить до старіння матеріалу.
При дії вітру має місце швидке вимерзання води, яке супровод-
жується зростанням крихкості та кількості мікропор і тріщин у
структурі матеріалів. Зі збільшенням у складі бітумів сполук, що мі-
стять кисень, азот та сірку, стабільність матеріалів на його основі
зменшується. Для підвищення довговічності бітуму до його складу
вводять антиокиснювальні добавки (інгібітори) або модифікують
полімерними добавками (атактичний та ізотактичний поліпропілени,
стирол-бутадієн-стирольний каучук, етилен-пропілен-бутеновий ка-
учук). Деяке підвищення довговічності бітумних матеріалів досяга-
ється використанням мінеральної, частіше сланцевої посилки, нату-
ральної або пофарбованої у різні кольори, а також покриттям їх
алюмінієвою чи мідною фольгою.
Поряд із вищенаведеними причинами старіння бітуму, крім оки-
снення та полімеризації, також треба виділити синерезис та емульгу-
вання.
Синерезис — це самозагущення бітумних мас унаслідок струк-
турних перетворень, що відбуваються під впливом сил тяжіння та
навантаження. Із бітуму починає поступово виділятися рідка фаза
(масла та смоли), яка потім або сорбується мінеральними компонен-
тами, або виступає на поверхні у вигляді «масляних» плям. У пер-
шому випадку має місце деяке зміцнення покриття та підвищення
його жорсткості, а у другому — у верхніх шарах покриття з’явля-
ються пластичні деформації.
Емульгування пов’язане з наявністю у компонентах суміші по-
верхнево-активних речовин або домішок глини і вапна. Частковий
перехід бітуму в емульгований стан призводить до зниження адге-
зійних властивостей та деякого розшарування матеріалу.
Якщо зміни, що виникли під впливом температурних факторів,
можуть бути тимчасовими і носити зворотний характер, то синере-
зис та емульгування призводять до незворотних змін і обумовлюють
погіршення якості асфальтобетонів.
Завдяки складності та високому ступеню полімеризації сполук,
які входять до складу бітумів, вони мають відносно високу кислото-
стійкість. Проте при тривалій дії концентрованих розчинів мінера-
льних кислот бітумні матеріали руйнуються. Бітуми та композиції
508
на їх основі, виготовлені з використанням кислотостійких заповню-
вачів, є стійкими до дії сульфатної кислоти (концентрацію до 50%),
хлористоводневої (концентрацію доЗО%), нітратної (концентрацію
до 25%), оцтової (до 70%), фосфатної (до 80%). Тривала дія концен-
трованих водних розчинів (до 40...45%) їдких лугів та карбонатів
лужних металів при звичайній та підвищеній температурах призво-
дить до поступового руйнування бітумних складових, навіть наси-
чені розчини вапна здатні омилювати бітуми.
Бітумні матеріали є стійкими до дії неокиснених органічних ки-
слот, проте сильні окислювачі руйнують їх. При отриманні антико-
розійних «холодних» покриттів використовують здатність бітумів у
поєднанні з іншими матеріалами (розчинниками) переходити у рід-
кий стан не тільки при підвищених температурах і тиску, але й при
нормальній температурі під дією механічного навантаження.
Список літератури до розділу 10
1. Бородин В. Н. Производство рулонньїх битумньїх материалов. —
М.: 1987. —278 с.
2. Братчун В. И., Золотарев В. А. Модифицированньїе дегти и
дегтебетоньї повьішенной долговечности. — Макеевка, 1998. —
226 с.
3. Бурмистров Г. Н. Кровельньїе материальї. — М.: Стройиздат,
1980. — 145 с.
4. Гезенцвей Л. Б. Производство нефтяньїх битумов. — М.: 1985. —
446 с.
5. Гун Р. Б. Нефтяньїе битумьі. — М.: Хімія, 1973. — 429 с.
6. Дорожньїй асфальтобетон / Под ред. Л. Б. Гезенцвея. — М.:
Транспорт, 1976. — 334 с
7. Рьібьев И. А. Асфальтовьіе бетоньї. — М.: Вьісш. шк., 1969. —
245 с.
8. Рьібьев И. А. Технология гидроизоляционньїх материалов. —
М.: Вьісшая шк., 1984. — 307 с.
9. Печеньш Б. Г. Долговечность битумньїх и битумно-минераль-
ньіх покрьітий. — М.: Стройиздат, 1981. — 123 с.
509
Розділ 11
МЦИМИЯЦИИВСТУ?
1 ПОЛІМЕРНІ
МАТЕРІАЛИ
11.1. Класифікація полімерних речовин
та матеріалів на їхній основі
Полімерні речовини — це високомолекулярні сполуки, які скла-
даються з елементарних (мономерних) ланок, об’єднаних у макро-
молекули різної будови.
Головними критеріями класифікації полімерних речовин є хіміч-
на природа, походження, спосіб синтезу та тверднення, склад основ-
ного ланцюга макромолекул та характер їхньої будови, здатність до
пластичних деформацій при циклічній дії температурного фактора.
За хімічною природою полімерні речовини поділяють на органі-
чні та неорганічні. В неорганічних високомолекулярних сполуках
(полімерах) атоми Карбону відсутні, а в органічних — макромоле-
кули складаються переважно з атомів Карбону.
За походженням розрізняють полімерні матеріали природні та
штучні. Природні полімери, прикладом яких є складові деревини
(лігнін та целюлоза), розглянуті у розділі 9. До природних полімерів
відносять також бавовну, вовну, шкіру, каучук тощо. Більш поши-
реними є штучні полімерні матеріали, які отримують шляхом синте-
зу з простих низькомолекулярних речовин, відомих як мономери.
За способом синтезу та тверднення органічні полімерні речо-
вини поділяють на полімеризаційні та поліконденсаційні.
За здатністю до пластичних деформацій при циклічній дії тем-
пературного фактора органічні полімери поділяють на термопла-
стичні та термореактивні.
Термопластичні полімери (поліетилен, полістирол тощо), як по-
лімеризаційного так і поліконденсаційного типу, спроможні до пла-
стичних деформацій при підвищенні температури, тобто здатні при
510
нагріванні розм’якшуватися й переходити до в’язкопружного стану.
При охолодженні вони твердіють, зберігаючи задану форму. Такі
перетворення можуть повторюватися неодноразово. Термопластичні
властивості пояснюються лінійною або розгалуженою будовою мо-
лекул і невисокою міжмолекулярною взаємодією між ними. З цим
пов’язана також здатність більшості термопластичних полімерів роз-
чинятися у відповідних середовищах.
Термореактивні полімери також обох типів (фенолформальдегі-
дні, карбамідні та інші полімери) проходять стадію пластичного де-
формування при підвищенні температури, але при цьому після охо-
лодження в їхній структурі відбуваються незворотні зміни, які
призводять до неможливості переходу їх у пластичний стан при по-
вторному нагріванні, тобто вони не можуть оборотно змінювати свої
властивості і непридатні до повторного формування. Ці зміни струк-
тури пояснюються об’єднанням лінійних молекул у просторові сіт-
ки. З цієї ж причини термореактивні полімери здебільшого є більш
теплостійкими, ніж термопластичні. Незворотні зміни в структурі
термореактивних полімерів можуть бути викликані не тільки дією
температурного фактора, але й хімічного реагенту (розчинника),
ультрафіолетового чи у-випромінювання.
Ця класифікаційна ознака покладена в основу вибору методу пе-
реробки полімерів при отриманні пластмасових виробів різного
призначення (розділ 11.5).
Полімерні матеріали, або пластичні маси містять у своєму
складі високомолекулярні органічні речовини — полімери і на пев-
ній стадії виробництва набирають пластичності, яка повністю або
частково втрачається після затвердіння полімеру.
Розрізняють пластичні маси прості, що складаються лише з по-
лімерної речовини, і складні, до складу яких, крім полімеру, входять
і інші компоненти: наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори,
отверджувачі, барвники тощо.
Складні полімерні органічні матеріали, що відомі як пластмаси,
можна розглядати як композиційні. Вони містять у своєму складі ма-
трицю, утворену полімерними речовинами, та армувальний компо-
нент, представлений наповнювачами різної дисперсності й добавка-
ми, призначеними для надання спеціальних властивостей.
Будівельні матеріали та вироби на основі полімерних органічних
речовин класифікують за видом основного полімеру, який входить
до їхнього складу, за методом виробництва та галуззю застосування
в будівництві.
511
Пластмаси, залежно від призначення їх у будівництві, поділяють
на такі основні групи: матеріали огороджувальних і несучих конс-
трукцій; покриття підлог та опорядження стін; гідроізоляційні, гер-
метизуючі, покрівельні, тепло- та звукоізоляційні матеріали; труби
та інші погонажні вироби; санітарно-технічні вироби; лаки, фарби,
клеї.
Залежно від фізичного стану при нормальній температурі та ін-
ших властивостей пластмаси поділяють на жорсткі (модуль пружно-
сті Е > ІГПа), напівжорсткі (1 > Е > 0,4 ГПа), м’які (£ = 0,02...0,4 ГПа)
та еластичні (Е < 0,02 ГПа).
11.2. Фізико-хімічні особливості
спрямованого синтезу полімерних речовин
і матеріалів з потрібними властивостями
Специфічні властивості полімерних речовин та композицій обу-
мовлені особливостями їхнього складу та структури, знання яких
дозволяє направлено змінювати властивості й отримувати компози- .
ційні матеріали з наперед заданими характеристиками.
Зміна властивостей матеріалів може досягатися на мікрорівні за
рахунок структурної модифікації полімерних речовин, а на макрорі-
вні — шляхом введення добавок різного призначення та вибором
відповідних режимів технологічної переробки.
Полімерні речовини характеризуються високою молекулярною
масою (тобто відносяться до високомолекулярних сполук) та знач-
ною неоднорідністю по довжині та молекулярній масі макромоле-
кул. Така неоднорідність впливає на основні властивості полімерів:
низькомолекулярні фракції погіршують механічні, але поліпшують
технологічні властивості полімерів, а високомолекулярні навпаки —
забезпечують високу міцність, твердість, але ускладнюють перероб-
ку. Зі збільшенням молекулярної маси полімеру підвищується його
температура плавлення, зменшується розчинність в органічних ре-
човинах, збільшується еластичність.
Полімери однакової хімічної будови залежно від молекулярної
маси мають різну міцність. При збільшені молекулярної маси міц-
ність зростає завдяки посиленню міжмолекулярної взаємодії, але
коли величина останньої досягає певного значення, зростання міц-
ності припиняється.
Фізичні й фізико-механічні властивості полімерних речовин та
спосіб переробки їх при одержанні пластмас визначаються структу-
512
рою макромолекул, форма та гнучкість ланцюга яких зумовлюється
хімічною будовою вихідних речовин, інтенсивністю міжмолекуляр-
ної взаємодії, надмолекулярною структурою полімеру.
Наприклад, найменшу текучість й найвищу міцність мають по-
лімери гратчастої або просторової структури, побудовані з довгих
ланцюгів, які з’єднуються один з одним у тривимірну сітку за допо-
могою поперечних хімічних зв’язків.
Як правило, збільшення довжини «містків зшивання» та розмірів
елементів, що заміщують (до певної межі), розташованих у бокових
відгалуженнях просторових структур, призводить до підвищення
деформаційної здатності полімерів і, відповідно, до зниження крих-
кості продукту.
Для гетероланцюгових полімерів характерні висока енергія
зв’язку між молекулами і, отже, високі міцність та теплостійкість.
Спрямовано змінювати властивості полімерних матеріалів мож-
на регулюванням структури їх основного компонента — полімеру в
процесі його синтезу та на стадії переробки при отриманні виробів.
У цьому випадку знання особливостей механізму полімеризації до-
зволяє цілеспрямовано керувати формуванням структури матеріалу
на різних рівнях, отже, і властивостями отриманих пластмас.
Перспективним напрямом синтезу полімерних матеріалів із по-
трібними властивостями є структурна модифікація полімерів, тобто
спрямована зміна їх властивостей (фізичних і механічних) за раху-
нок перетворення надмолекулярної структури під впливом фізичних
факторів при збереженні хімічної будови макромолекули. Можли-
вість структурної модифікації обумовлена тим, що надмолекулярна
структура полімерів є рухомою системою і, залежно від умов, одна
форма може переходити в іншу.
Структурна модифікація може здійснюватися різними способа-
ми, що передбачають:
- вплив зовнішнього механічного напруження з метою утворен-
ня певного орієнтованого стану;
- зміну температурно-часових режимів структуроутворення;
- зміну природи розчинника та режимів його видалення;
-введення до складу полімеру домішок у незначній кількості,
які хімічно з ним не взаємодіють, але впливають на морфологію
надмолекулярної структури (це поверхнево-активні речовини, різні
неорганічні чи органічні сполуки, що не розчиняються у полімері
тощо).
Параметри структури пов’язані між собою і заміна одного з них,
як правило, передбачає заміну решти.
513
Кількісно визначаючи структурні параметри, можна встановлю-
вати зв’язок між структурою і властивостями полімерних речовин та
матеріалів і виробів на їх основі.
На макрорівні отримання полімерних матеріалів із потрібними
властивостями досягається не тільки вибором відповідних режимів
технологічної переробки, але й доцільним вибором окремих складових.
Різні компоненти, що вводять до складу пластичних мас, дають
змогу одержувати матеріали та вироби з певними властивостями.
Наповнювачі, знижуючи витрату полімеру, зменшують собівартість
пластмаси, поліпшуючи одночасно їх структуру і підвищуючи ряд
технічних властивостей: міцність, твердість, зносостійкість, тепло-
стійкість, здатність чинити опір усадці та повзучості. Введення спе-
ціальних речовин — пластифікаторів дає змогу поліпшити умови
переробки полімерних композицій, знизити їх крихкість та підви-
щити деформаційні властивості. Добавки-стабілізатори сприяють
тривалому збереженню властивостей пластмас під час експлуатації,
запобігаючи ранньому старінню їх під впливом сонячної радіації,
кисню повітря, нагрівання та інших несприятливих чинників. Ствер-
джувані прискорюють процес затвердіння полімерів і утворення
просторової тривимірної структури. Забарвлені пластмаси одержу-,
ють введенням до їх складу пігментів та барвників. Стійкість пласт-
мас проти займання підвищують антипірени. Для створення порис-
тої структури пластмас використовують пороутворювачі.
11.3. Загальна характеристика полімерних речовин
Властивості пластмас та специфіка використання їх у будівницт-
ві суттєво залежать від виду полімеру та його поєднання з іншими
компонентами.
Полімерні речовини виробляють із простих хімічних речовин,
які отримують із такої доступної сировини, як нафта, природний газ,
кам’яне вугілля, некормові відходи сільськогосподарського вироб-
ництва тощо.
Полімерні речовини можуть перебувати в рідкому або твердому
стані. Для твердих полімерів характерна аморфна чи кристалічна
структура. Зазвичай утворення кристалів у складі полімерів супро-
воджується втратою їх еластичності та призводить до збільшення
жорсткості і зменшення здатності до деформацій.
Полімеризаційні полімери. До полімеризаційних полімерів, ши-
роко застосовуваних для виготовлення будівельних пластмас, нале-
514
жать поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен, полівінілхлорид, по-
лівінілацетат, полістирол, поліакрилати.
Поліетилен [-СН2-СН2-]П, поліпропілен [-СН3СН-СН-СН2-]П,
поліізобутилен [-СН2-С(СН3)2-]П входять до групи поліолефінів —
високомолекулярних сполук на основі ненасичених вуглеводнів.
Сировиною для них є гази — етилен, пропілен та ізобутилен, які
утворюються здебільшого при термічних та каталітичних процесах
переробки нафти.
Поліетилен має лінійну будову молекули, його виготовляють на
установках високого (150...300 МПа), середнього (3...4 МПа) та ни-
зького (0,25...0,50 МПа) тиску. Густина поліетилену — 0,91 ...0,97 г/см3,
температура плавлення — 105... 135°С, міцність на розтяг — 12...40 МПа,
молекулярна маса — 30000...60000. Для поліетилену характерні ни-
зька розчинність в органічних розчинниках і стійкість до дії кислот,
лугів та солей, висока водостійкість та механічна міцність.
Недоліками поліетилену є низька теплостійкість (80°С), погана
адгезія до клеїв, схильність до старіння і враження гризунами.
На основі поліетилену виготовляють труби, фітинги, плівки, пі-
нопласти.
Поліпропілен, не поступаючись перед поліетиленом за водо- та
хімічною стійкістю, переважає його за теплостійкістю і механічними
властивостями. Поліпропілен прозорий, не має запаху. Густина поліп-
ропілену становить 0,905 г/см3, молекулярна маса — 80000... 150 000,
температура розм’якшення — 160°С.
Застосовують поліпропілен для виготовлення плівок, листових і
плиткових облицювальних матеріалів, волокон для килимових мате-
ріалів, пінопластів, погонажних, санітарно-технічних та інших ви-
робів. Матеріали з поліетилену і поліпропілену легко зварювати та
піддавати механічній обробці.
Поліізобутилен — це еластичний, каучукоподібний матеріал із
молекулярною масою 300 000...500 000. На відміну від каучуків, по-
ліізобутилен не здатний до реакції вулканізації. Густина поліізобути-
лену становить 0,91...0,93 г/см3, відносне видовження — 1000...2000%.
Поліізобутилен водостійкий, на нього не діють кислоти, луги, солі
галоїдів, полярні розчинники, але він розчиняється в ароматичних
вуглеводнях (бензолі, толуолі тощо) та мінеральних маслах, набухає
в жирах та рослинних оліях. Висока морозостійкість зумовлюється
низькою температурою склування (-75°С).
Поліізобутилен у поєднанні з наповнювачами (сажею, графітом,
тальком) застосовують у різноманітних герметизуючих матеріалах,
призначених для ущільнення горизонтальних та вертикальних швів
515
у панельних будівлях. Із поліізобутилену виготовляють липкі стріч-
ки, гідроізоляційні матеріали та клеї.
Недоліками поліізобутилену є підвищена повзучість і займистість.
Полівінілхлорид [-СН2-СНС1-]П є продуктом полімеризації ві-
нілхлориду, одержаного з ацетилену та хлороводню чи з дихлорета-
ну. Це білий порошок аморфної будови, позбавлений запаху. Густи-
на полівінілхлориду становить 1,135... 1,40 г/см3, міцність при роз-
тягу — 50...60 МПа, при згині — 80...120 МПа, температура
розм’якшення становить 80°С, теплостійкість досягає 60°С.
Недоліками полівінілхлориду є різке зниження міцності при під-
вищенні температури, повзучість при тривалій дії навантаження та
низька морозостійкість.
Цінними властивостями полівінілхлориду можна вважати стій-
кість до дії кислот, лугів, спирту, бензину, мастильних речовин, а
тому його широко застосовують для виробництва труб, захисних
покриттів, резервуарів. Цей полімер використовують для виготов-
лення лінолеумів, гідроізоляційних та декоративних матеріалів, по-
гонажних виробів, ніздрюватих теплоізоляційних матеріалів.
Полівінілацетат [-СН2-СНСОСНз-]л є полімером вінілацетату,
що синтезується з ацетилену та оцтової кислоти. Основний метод
його одержання — емульсійний. Полівінілацетатна емульсія — це
в’язка однорідна рідина білого кольору. Густина її становить
1,02... 1,03 г/см3, вміст твердої фази полімеру — понад 50%. Завдяки
високій адгезії, світлостійкості, еластичності та безбарвності, полі-
вінілацетат широко застосовують у виробництві водостійких шпа-
лер, приклеювальних мастик та клеїв, безшовних мастикових підлог,
а також у полімерцементних бетонах.
Полістирол [-С6Н5СН-СН2-]„ є полімером стиролу, безбарвної
рідини, нерозчинної у воді. Випускають у вигляді безбарвних та ко-
льорових гранул або білого крупнозернистого порошку.
Полістирол — твердий, пружний, безбарвний і прозорий полімер
густиною 1,04...1,10 г/см3, молекулярною масою 50000...300000.
Границя міцності при згині становить 90...95 МПа, при стиску —
80...110 МПа. Полістирол водостійкий, добре чинить опір дії концен-
трованих кислот (крім азотної та льодяної оцтової), лугів. Для полі-
стиролу характерна висока прозорість, він пропускає до 90% соняч-
них променів видимої частини спектра.
Основні недоліки полістиролу — його крихкість та погана стій-
кість щодо дії ряду органічних розчинників.
Із полістиролу виготовляють пінопласти, облицювальні плитки
тощо. Співполімеризацією стиролу з каучуком одержують ударомі-
цний полістирол.
516
Поліакрилати — це полімери акрилової та метакрилової кислот
і їх похідних. Вони безбарвні, світло- та атмосферостійкі, прозорі,
густина їх становить 1,2 г/см3, температура розм’якшення —
8О...1ОО°С, міцність на розтяг — до 75 МПа.
Із поліакрилатів у будівництві найбільшого поширення набув
метилметакрилат — органічне скло, що пропускає понад 99% соня-
чного світла і здатне пропускати до 70% ультрафіолетових променів
(на відміну від звичайного скла). Поліметилметакрилат застосову-
ють для скління теплиць, оранжерей, басейнів, а також у вигляді
емульсій для фарб, лаків тощо.
Поліконденсаційні полімери. Промисловість випускає багато
поліконденсаційних полімерів. Деякі з них застосовують у будівни-
цтві як конструкційні та облицювальні пластмаси, ефективні тепло-
ізоляційні матеріали, композиції для влаштування монолітних по-
криттів підлог, гідрофобізацїї тощо.
Фенолоальдегідні полімери — це продукти поліконденсації
фенолу та альдегідів (формальдегіду, фурфуролу тощо). Вони бува-
ють як термоактивними (резольними), так і термопластичними (но-
волаковими). Для виготовлення будівельних матеріалів широко ви-
користовують резольні фенолформальдегідні полімери, їх застосо-
вують як зв’язуючу речовину у виробництві паперово- та деревно-
шаруватих і деревностружкових плит, сотопластів, мінерало- та
шлаковатних мат, газонаповнених матеріалів, спиртових лаків, клеїв
тощо. Із прес-порошків формальдегідних полімерів методом гарячо-
го пресування виготовляють профілі, розетки, вентиляційні решітки
та інші архітектурні деталі.
Матеріали, виготовлені на основі цих полімерів, мають високу
міцність, жорсткість та є важкогорючими.
Аміноальдегідні полімери — це продукти поліконденсації амі-
нів (сечовини, меламіну) з альдегідами. їх виготовляють у вигляді
водних розчинів та емульсій. Стверджуються вони мінеральними та
органічними кислотами.
Аміноальдегідні полімери використовують у виробництві опо-
ряджувальних, теплоізоляційних пластмас, шаруватих пластиків та
клеїв. Матеріали на їх основі характеризуються високою твердістю,
міцністю, тепло- та світлостійкістю, відмінними естетичними влас-
тивостями.
Епоксидні полімери — продукти поліконденсації епіхлоргідри-
ну із дифенілпропаном. Перехід в’язкорідкого полімеру в твердий
стан досягається за допомогою отверджувачів при нормальній та
підвищеній температурах. Епоксидним полімерам властива висока
517
адгезія до різних будівельних матеріалів, незначна усадка, високі
міцнісні показники.
Епоксидні полімери використовують для виготовлення водо- та
хімічно стійких клеїв, для склеювання та ремонту бетонних і мета-
левих конструкцій, як зв’язуючий компонент для склопластиків, по-
лімербетонів та для влаштування безшовних підлог із високою зно-
состійкістю і хімічною стійкістю.
Поліуретани — це продукти поліконденсації ізоціанатів та бага-
тоатомних спиртів, що містять дві та більше гідроксильних груп.
Поліуретани застосовують для виготовлення пінопластів, волокон,
плівок, листових матеріалів, які витримують високу вологість та тем-
пературу до 110°С. Маючи ряд цінних властивостей, ці матеріали
пожежонебезпечні, і тому їх використовують у поєднанні з неорга-
нічними наповнювачами або в конструкціях, захищених від вогню.
Поліефіри — це група полімерів, утворених при поліконденсації
багатоосновних кислот зі спиртами. Поширеність сировини та від-
носна дешевизна дають змогу застосовувати поліефірні полімери
для виготовлення склопластиків, світлопрозорих та кольорових по-
криттів, санітарно-технічних виробів, фасадних фарб та лаків. Робо-
ча температура при експлуатації поліефірних пластмас становить
(-ЗО...+8О°С).
Кремнієорганічні полімери (або силікони) — це полімери, які
містять кремній. Мономерами для них є сполуки, одержувані взає-
модією кремнію з хлоридом метилу та етилом. Кремнієорганічні по-
лімери характеризуються високою теплостійкістю (понад 400°С), а
також водостійкістю, гідрофобністю, хімічною стійкістю, морозо-
стійкістю. Недоліками їх є невисока механічна міцність і слабка ад-
гезія щодо інших матеріалів.
Кремнієорганічні полімери використовують для виготовлення
захисних та жаростійких покриттів, гідрофобізуючих речовин, клеїв,
емалей, фарб, герметиків, пінопластів, склопластиків тощо.
11.4. Основні властивості й технологія
виготовлення полімерних матеріалів та виробів
Порівняно з відомими традиційними будівельними матеріалами
(кераміка, деревина, метали), полімерні матеріали з’явилися віднос-
но недавно (перша чверть XX ст.), але міцно зайняли провідні пози-
ції і досі лишаються перспективними завдяки високій економіч-
ності, технологічності та можливості суміщення в конструкціях з
іншими матеріалами.
518
Від інших будівельних матеріалів полімерні матеріали вигідно
відрізняються багатьма показниками, які визначають умови раціо-
нального застосування їх у будівництві. Принципове значення ма-
ють невичерпні можливості регулювання і програмування властиво-
стей пластмас.
Загальні властивості пластмас залежать від багатьох факторів:
хімічної будови полімерів, типу наповнювача, вмісту добавок (плас-
тифікаторів, барвників, стабілізаторів), технології виготовлення. Різ-
номанітність пластмас визначає і широкий діапазон зміни їх власти-
востей.
Середня густина пластмас становить 900...2200 кг/м3 і залежить
від виду використаних наповнювачів, які іноді становлять значну
частину їх об’єму. Середня густина пластмас, які містять важкі мі-
неральні наповнювачі (полімербетони), перевищує 2000 кг/м3. Гус-
тину пластмас можна регулювати, змінюючи їх пористість, напри-
клад середня густина ніздрюватих пластмас (із пористістю до 95%)
становить 10...20 кг/м3.
Низькі істинна та середня густини і відносно високі міцнісні по-
казники дають змогу створювати ефективні конструкції з пластмас.
Деякі пластмаси, наприклад СВАМ (скловолокнистий анізотропний
матеріал), мають коефіцієнт конструктивної якості, який дорівнює
225 МПа (для порівняння вироби з важкого бетону мають коефіці-
єнт конструктивної якості — 21). Границя міцності при стиску
склопластиків досягає майже 350 МПа, текстоліту — до 250 МПа, а
границя міцності при розтягу та згині склопластиків дорівнює, від-
повідно, 450 і 550 МПа.
Властивості пластмас щодо дії води залежать від їх структури й
ступеня гідрофільності. Водопоглинання щільних гідрофобних полі-
мерних матеріалів становить 0,1...0,5%, а високопористих (із гідро-
фільними наповнювачами чи відкритою пористістю) — 30...90% за
об’ємом. Завдяки високій непроникності полімерні плівкові та ру-
лонні матеріали, а також мастики, особливо на основі поліетилену,
полівінілхлориду, синтетичних каучуків, широко застосовують для
гідроізоляції.
Пластмаси — погані тепло- й електропровідники, тому їх вико-
ристовують як теплоізоляційні матеріали та діелектрики.
Хімічна стійкість — важлива властивість пластмас, що залежить
не лише від полімеру, а й від наповнювача, пластифікатора та інших
компонентів. Найчастіше пластмаси використовують для захисту від
корозії будівельних конструкцій у воді, розчинах солей, кислот та
інших агресивних середовищах. Висока хімічна стійкість, непрони-
519
кність для води зумовлюють широке застосування їх для захисних
покриттів, гідроізоляції будівель та споруд, влаштування покрівель,
трубопроводів.
Цінною властивістю багатьох пластмас є низька стираність, яка
є визначальною при застосуванні пластмас для влаштування підлог.
Важливою характеристикою деяких пластмас є високий опір удару
(ударна в’язкість).
Висока прозорість, безбарвність, здатність пропускати ульт-
рафіолетові промені — цінні властивості деяких пластмас. Це дає
змогу застосовувати їх у світлопрозорих огороджувальних конструк-
ціях будівель та споруд, наприклад, у куполах верхнього світла,
огородженнях теплиць, оранжерей, лікувальних закладів.
Пластмаси мають високі декоративні властивості, що дає змогу
використовувати їх для опорядження стін та покриття підлог. Плас-
тмаси не потребують періодичного фарбування поверхні. Введенням
до складу вихідної композиції барвників чи пігментів можна одер-
жати матеріал будь-якого забарвлення та відтінків, у тому числі ба-
гатоколірні імітації природного каменю, цінних порід дерев, шкіри,
тканини, металу.
Поряд із комплексом позитивних властивостей пластмаси мають
і ряд негативних. Для більшості пластмас характерна низька тепло-
стійкість, яка не перевищує 6О...8О°С, і лише деякі види пластмас
мають теплостійкість 200...350°С. Багато пластмас є горючими ма-
теріалами, виділяють отруйні гази під час горіння, легко спалаху-
ють. При переробці пластмас та експлуатації їх у середині примі-
щень нерідко виділяються токсичні речовини, тому застосування
полімерних матеріалів можливе лише після встановлення ступеня їх
токсичності.
Пластмасам властива низька поверхнева твердість, яка не пере-
буває в прямій залежності від міцності, як, наприклад, у металів.
При тривалій дії напружень пластмаси більшою мірою, ніж багато
інших матеріалів, схильні до необоротних деформацій — повзучос-
ті. Із підвищенням температури повзучість зростає і призводить до
небажаних деформацій конструкцій.
Модуль пружності пластмас, навіть при нормальній температу-
рі, значно менший, ніж модуль пружності неорганічних будівельних
матеріалів. Визначаючи значення допустимих напружень у констру-
кціях із пластмас, поряд із міцнісними показниками треба брати до
уваги й максимально допустиму залишкову деформацію.
В разі дії напружень розтягу багато пластмас характеризуються
значним відносним видовженням — 20...300%. Цю характеристику
520
потрібно враховувати при розрахунках гідроізоляції дахових по-
криттів, трубопроводів та інших елементів будівель і споруд.
Значним недоліком пластмас є високий температурний коефіці-
єнт лінійного розширення. Наприклад, для поліетилену він дорівнює
(160...230) • 10’6- К1, що у 10 разів вище, ніж сталі. Великі значення
температурного коефіцієнта лінійного розширення пластмас у поєд-
нанні з малою теплопровідністю зумовлюють значні залишкові вну-
трішні напруження, які можуть спричинити появу тріщин у будіве-
льних виробах при різких змінах температури.
Пластмаси відрізняються високими діелектричними властивос-
тями. Вони здатні акумулювати статичну електрику на поверхні.
Результатом електризації є притягання пилу поверхнею пластмас, а
також утворення електростатичного заряду, що негативно впливає
на людину. Для запобігання цьому явищу до складу пластмас вво-
дять антистатичні добавки.
Окремі види пластмас схильні до старіння, тобто їх властивості
під впливом теплоти, світла, кисню повітря з часом погіршуються.
Для забезпечення високої стійкості пластмас до старіння важливе
значення мають правильний вибір вихідної сировини, її чистота і
технологічні параметри виробництва.
Спеціальні властивості полімерних матеріалів та виробів впли-
вають на вибір галузей їх застосування. Застосування полімерних
матеріалів у будівництві дозволяє знизити матеріаломісткість будів-
ництва, розширити архітектурні можливості, змінити вигляд ін-
тер’єрів, широко впроваджувати індустріальні методи ведення
будівельних робіт, замінювати дефіцитні традиційні будівельні
матеріали.
Технологія виготовлення полімерних матеріалів і виробів
передбачає підготовку сировинних компонентів, їх дозування, змі-
шування, формування і стабілізацію.
Головною перевагою пластмас порівняно з іншими матеріалами
є їх висока технологічність. Вони легко піддаються механічній об-
робці, склеюються. Технологічні процеси виробництва пластмас, як
правило, механізовані та автоматизовані.
Особливості технологічних процесів виготовлення полімерних
матеріалів залежать від їх складу і призначення.
Вироби формують вальцюванням (каландруванням), екструзією,
пресуванням, литтям під тиском, термоформуванням, зварюванням,
склеюванням, контактним та промазним способами тощо. Ніздрю-
ваті теплоізоляційні матеріали виготовляють спінюванням та пороу-
творенням.
521
11.5. Характеристика матеріалів
на основі полімерних речовин
Матеріали для покриття підлог. Покриття підлог із полімер-
них матеріалів гігієнічні, еластичні, зносостійкі, тепло- та звукоізо-
ляційні, довговічні і, в поєднанні з можливістю індустріалізації бу-
дівельних робіт, досить ефективні.
Майже 70% загального випуску полімерних матеріалів для під-
лог становлять полівінілхлоридні лінолеуми.
Лінолеуми (ДСТУ Б А. 1.1.-18-94) — це рулонні матеріали, які
виготовляють на основі полівінілхлоридних, алкідних, гумових та
інших полімерів. Вони призначені для влаштування покриттів під-
лог у житлових, громадських та деяких промислових будівлях. За-
стосування покриттів із лінолеуму у 5...7 разів скорочує тривалість
робіт порівняно з настиланням дощатих та паркетних підлог. Виго-
товлені з високоякісних матеріалів згідно з усіма вимогами техноло-
гії, вони можуть експлуатуватися 20...25 років. Лінолеуми випуска-
ють без підоснови, а також на тканинній, повстяній та інших видах
підоснови. Безосновні лінолеуми випускають одношаровими та ба-
гатошаровими. Вони можуть мати різну поверхню: кольорову, гла-
деньку, з візерунком, блискучу, матову та тиснену.
Лінолеуми виготовляють трьома способами: каландровим, про-
мазним та екструзійним. Лінолеум без підоснови формують каланд-
ровим та екструзійним способами.
За каландровим способом (рис. 11.1) після змішування компоне-
нтів виконують пластифікацію маси переробкою на вальцях, а далі
здійснюється формування полотна на каландрах.
До складу маси одношарового лінолеуму входять: суспензійний
полівінілхлорид — 40...45%; пластифікатор дибутилфталат —
17...23%; стабілізатор — 0,5... 1,0%; наповнювачі — 19...35%; пігмен-
ти—5... 15%.
Стабілізують полімер стеаратами кальцію та барію. У багатоша-
рових лінолеумах до складу маси для лицьового шару зазвичай вво-
дять у 2...З рази більше полімерної в’яжучої речовини і відповідно
менше наповнювачів, ніж для нижніх шарів.
Віддозовані компоненти перемішують у лопатевих змішувачах
при 6О...8О°С. Пластифікацію виконують при 130...150°С з актив-
ним перемішуванням маси на валкових змішувачах із двома пара-
лельними парами вальців. Полотно формують на багатовалкових
каландрах.
522
В ід ход и виробництва
Рис. 11.1. Схема виготовлення одношарового
полівінілхлоридного лінолеуму:
1 — циклон із розвантажувальним шнеком; 2, 11, 13 — стрічкові
конвеєри; 3 — склад азбесту; 4 — осаджувальна камера; 5 — вакуу-
мний насос; 6 — електронавантажувач; 7 — змішувач; 8 — дозатор;
9 — витратні бункери; 10 — пластифікатор; 12 — змішувач; 14 —
вальці; 15 — хиткий конвеєр; 16 — каландр; 17 — холодильна уста-
новка; 18 — різальний пристрій; 19 — намотувальний верстат; 20 —
пакувальний стіл; 21 — конвеєр; 22 — вальці для подрібнення відходів
Багатошаровий лінолеум одержують дублюванням плівок різно-
го наповнення та забарвлення при температурі 170°С.
Екструзійний спосіб виготовлення безосновного лінолеуму пе-
редбачає нагрівання лінолеумної маси, пластифікацію та формуван-
ня полотна безперервним видавлюванням крізь формувальну голов-
ку екструдера.
Промазним способом виготовляють лінолеуми на підоснові. Лі-
нолеумну пасту наносять на рухому підоснову з наступною термо-
обробкою (желіруванням) у камерах та ущільненням на каландрах.
Для виготовлення промазного лінолеуму використовують емульсій-
ний полівінілхлорид, здатний до пастоутворення. Як підоснову за-
стосовують лляні, джутові тканини та неткану повстяну підкладку.
До сучасних різновидів утеплених лінолеумів на звукоізолюю-
чій основі можна віднести полівінілхлоридні багатошарові покрит-
тя, які складаються з шару полівінілхлоридної плівки, зміцненого
армуючим прошарком склополотна на голкопробивній волокнистій
основі. Іноді використовують додаткові шари каландрових плівок
із багатобарвним друкованим візерунком. Такі рулонні покриття
випускають шириною 1,5 та 2 м, довжиною у рулоні 25 і ЗО м.
523
Вони мають стираність не більше 60 мкм, індекс поліпшення зву-
коізоляції від ударного шуму 19...20 дБ, показник теплозасвоєння
10,0... 10,5 Вт/м2. Такі рулонні покриття можуть бути застосовані у
приміщеннях житлових і громадських будівель без обмежень, крім
шляхів евакуації.
Полівінілхлоридний лінолеум (ДСТУ Б В.2.7-20-95; ДСТУ 2.7-21-95)
виготовляють у вигляді полотнищ, ширина яких 1200...2000 мм,
товщина до 1,8 мм і довжина не менш як 12 м. Лінолеум зберігають
у рулонах у вертикальному положенні при температурі, не нижчій
ніж 10°С; приклеюють до основи бітумними та іншими мастиками.
Застосовують його також у вигляді зварних килимів на всю площу
підлоги приміщення.
Гумовий лінолеум (релін) (ГОСТ 16914) виготовляють із гумових
сумішей на основі синтетичних каучуків. Релін — це дво- чи триша-
ровий рулонний матеріал. Він характеризується низьким водопог-
линанням, зносостійкістю, високою еластичністю, світло- та кольо-
ростійкістю, кислото- та лугостійкістю, звукопоглинанням.
Синтетичні килимові матеріали є перспективними для по-
криття підлог у житлових та громадських будівлях (ГОСТ 4.18;
ГОСТ 28415; ГОСТ 28867). Це, як правило, неткані матеріали вор-
сової чи повстяної структури (ворсолін та ворсоніт).
Рулонні килимові матеріали, виготовлені зі зносостійких синте-
тичних (поліамідних, поліпропіленових) чи змішаних волокон, за-
стосовують як покриття для підлог із високими діелектричними та
комфортними характеристиками.
За способом виробництва існує багато різновидів нетканих ки-
лимових матеріалів. Основні з них — ворсово-прошивні (тафтинго-
ві) з розрізним або петельним ворсом різної висоти, голкопробивні
(або повстяні) безворсові матеріали, промазні килимові покриття з
петельним ворсом та полівінілхлоридною плівковою основою, елек-
тростатичні (або флоковані) килими з оксамитовою ворсовою струк-
турою. Килимові матеріали для покриття підлог виготовляють у ви-
гляді рулонів, довжина яких становить не менш як 10 м, ширина —
1...3 м (максимальну ширину мають тафтингові та ворсові килими),
товщина — 3...8 мм; тафтингові килими можуть мати ворс завдовж-
ки в кілька сантиметрів. Більшість килимових матеріалів дублюють
із пористою латексною основою, яка поліпшує їх акустичні та теп-
лотехнічні властивості.
Килимові матеріали можуть бути однотонними або мати багато-
колірний малюнок. Недоліком таких матеріалів є знижена гігієніч-
ність, що обмежує їхнє застосування.
524
Плитки для підлог (ГОСТ 16475) виготовляють із полівінілхло-
риду, інденкумаронових полімерів, каучуків, регенерованої гуми та
фенопластів. Порівняно з рулонними матеріалами плитки мають
краще зчеплення з основою, створюють потрібний візерунок підло-
ги; легко замінюються під час ремонту, при укладанні не дають від-
ходів, зручні в транспортуванні. Плитки можна також вирубувати з
кусків лінолеуму, що вибраковані. Проте підлоги з плиток менш гі-
гієнічні та більш трудомісткі, а крім того, можуть мати меншу дов-
говічність, ніж безшовні підлоги, через наявність великої кількості
стиків. За діючим стандартом (ГОСТ 11529) якість полівінілхлорид-
них матеріалів для підлог визначають, контролюючи такі показники,
як зовнішній вигляд, лінійні розміри, стираність, деформативність
при вдавлюванні, зміну лінійних розмірів, міцність зв’язків між ша-
рами, водопоглинання, гнучкість та масу 1 м2.
Мастики (ГОСТ 4.54), які застосовують для влаштування під-
лог, наносять поливанням чи розпилюванням на різні основи, пере-
важно бетонні, з наступним отвердінням при кімнатній температурі.
Наливні підлоги з мастикових матеріалів гігієнічні та зручні в екс-
плуатації, технологічні. Як полімерні зв’язуючі, вміст яких у масти-
кових покриттях підлог не менш як 50%, застосовують водні диспе-
рії полімерів — полівінілацетату та латексів, сополімери вініла-
цетату з етиленом, поліакрилонітрилу. Використовують також рідкі
термореактивні олігомери: фенолформальдегідні, карбамідні, полі-
ефірні, епоксидні, фуранові та їх модифікації. При введенні в пасти
спеціальних наповнювачів або інших добавок можна створювати
теплоізоляційні, пиловідштовхувальні, бактерицидні, діелектричні,
рентгенонепроникні та інші підлоги.
Прикладом безшовних мастикових підлог є підлоги на основі
епоксидно-сланцевих композицій. У затверділому стані така компо-
зиція, укладена шаром 0,2...4 мм, має середню густину 1200 кг/м3,
міцність при стиску — 85 МПа, міцність при згині — 39 МПа, сти-
раність — 1,15 мм3/м2, твердість за Брінеллем не нижче 108 МПа,
водопоглинання за масою — 0,01%. Така підлога стійка до дії води,
лугів, кислот, органічних розчинників, атмосферних факторів, а та-
кож водонепроникна. Крім того, епоксидно-сланцева композиція
може бути застосована при влаштуванні антикорозійних покриттів
для захисту металевих, бетонних інших поверхонь; при виконанні
внутрішньої та зовнішньої гідроізоляції бетонних і металевих конс-
трукцій та герметизації швів і стиків.
Конструкційні матеріали (ГОСТ 25288) із пластмас є досить
різноманітними. Як елементи несучих, огороджувальних та інших
525
конструкцій застосовують оболонки, тришарові панелі, деревноша-
руваті пластики, склопластики, полімерні бетони, деревностружкові,
деревноволокнисті плити, фанеру та фанерні вироби.
Оболонки покриттів належать до найбільш ефективних конс-
трукцій із пластмас. Завдяки високій технологічності, є можли-
вість виготовляти оболонки раціональної геометричної форми,
тип якої дозволяє компенсувати деякі недоліки вихідного матері-
алу, наприклад підвищену деформативність, і виконувати одно-
часно несучу та огороджувальну функції. Деякі типи оболонок
наведено на рис. 11.2.
Рис. 11.2. Типи оболонок із пластмас:
а — структурні (типу просторової плити); б — призматичні оболонки оди-
нарної кривизни; в — багатогранні оболонки подвійної позитивної гауссової
кривизни і схожі з ними випуклі; г — оболонки складної конфігурації (по-
двійної негативної гауссової кривини); І, 2, 3 — із одно- і двовісним розта-
шуванням елементів; 3, 5 — циліндричні; 4, 6 — призматичні; 7 — замкнені;
8 — висячі; 9, 10 — еліптичні і пірамідальні; 11, 12 — сферичні та багато-
гранні; 13 — замкнені еліптичні; 14 — висячі еліптичні; 15, 16 — гіперболі-
чні; 17, 18 — шатрові гіперболічні; 19, 20 — лійкоподібні і зонтоподібні гі-
перболічні; 21, 22 — висячі гіперболічні (сідлоподібні з центральною
опорою)
Пластмасові оболонки вдало поєднують такі властивості, як ра-
діопроникність, легкість, стійкість, індустріальність зведення. Такі
оболонки дозволяють перекривати прогони споруд від 3 до ПО м.
Оболонки виготовляють із використанням різних типів матеріалів:
526
склопластиків (поліефірного, епоксидного і полістирольного); алю-
мінієвого та сталевого профілів; клеєних дерев’яних брусків.
Використовують такі конструкції для перекриття театрів, конце-
ртних залів, спортивних арен, торгових майданчиків тощо.
Тришарові панелі — це плоскі чи просторові конструкції, скла-
дені з легкого тепло-, звуко-, віброізоляційного матеріалу, обклеєні з
обох боків міцними і жорсткими обшивками, стійкими до різних
впливів.
Такі панелі є найбільш ефективними несучими і огороджу валь-
ними конструкціями. Середня густина тришарових панелей — у
межах 40...70 кг/м3, що дозволяє значно знизити масу будинку і під-
вищити індустріальність будівництва.
Такі панелі класифікують за призначенням (для стін, покриттів)
з урахуванням світлопропускаючої спроможності (світлопроникні і
глухі) та технологічних властивостей (неутеплені і утеплені).
Основне призначення тришарових панелей — влаштування під-
вісних перекриттів та вертикальних огороджувальних конструкцій.
Матеріалом обшивок панелей може бути тонколистовий алюмі-
ній, корозійностійка сталь, склопластики, фанера, деревні плити, аз-
бестоцемент.
Найчастіше як матеріал середнього шару використовують полі-
стирольний пінопласт, що обумовлено його порівняно низькою вар-
тістю і високими фізико-механічними властивостями. Проте йому
притаманні деякі недоліки: низька теплостійкість (7О...8О°С) та ни-
зька вогнестійкість, яку іноді підвищують введенням спеціальних
добавок.
Більш високою міцністю і теплостійкістю (до 130°С) характери-
зується пінополівінілхлорид, але його застосування обмежене вна-
слідок високої вартості та можливості виникнення корозійних про-
цесів.
Для тришарових панелей широко використовують пінополіуре-
тан. Його у рідинному стані заливають у порожнини, після чого він
самочинно спінюється і склеюється з листами обшивки.
Структура пінопласту і ступінь спінювання регулюються зміною
складу вихідної композиції.
Найбільшу жорсткість і сталість при мінімальній масі мають па-
нелі з середнім шаром із стільникового заповнення, яке виготовля-
ють із металевої фольги, паперу, пластмас (рис. 11.3).
Іноді для підвищення теплоізоляційних і вогнезахисних власти-
востей панелей чарунки стільників заповнюють пінопластом, спуче-
ним перлітом чи вермикулітом тощо.
527
а
в '
Рис. 11.3. Тришарова панель:
а — без обрамовування; б — з обрамовуванням; в — із хви-
льоподібним світлопрозорим заповненням; г — складена з
коробчастих елементів
о
При склеюванні стільників з обшивками застосовують різні
клеї. Більш жорсткі наносять на стільники, а еластичні — на лис-
ти обшивки.
Тришарові плити покриттів і підвісних перекриттів виготовляють з
обрамовуванням, яке міцно з’єднане з обшивками. Обрамовування мо-
же бути із сталевих, азбестоцементних, фанерних профілів (рис. 11.36).
Торцеві боки панелей також закривають смугами з водостійкої
бакелізованої фанери і обрамовують алюмінієвими кутиками, скріпле-
ними з обрамовуванням і фанерою клеєзаклепувальними з’єднаннями.
Стики панелей ущільнюють прокладками з пороізолу, герніту,
пінополіуретану, які здатні сприймати температурні деформації па-
нелей без порушення герметичності стику. Додаткову герметичність
забезпечують мастики і механічні пристрої, компенсатори, прокладки.
Азбестоцементні тришарові панелі обрамовують дерев’яними,
фанерними чи сталевими профілями, які скріплюють з обшивками
клеєгвинтовими з’єднаннями (рис. 11.4).
Рис. 11.4. Схема конструкції тришарової панелі
зі стільниковим заповненням (а) та з’єднання стінки
чарунки з обшивкою (б):
1 — обшивка: 2 — стінка чарунки стільника; З — клейовий
шар, нанесений на обшивку; 4 — клей, що закріплює стінку
528
Панелі з алюмінієвими обшивками і середнім шаром із поліві-
нілхлоридного пінопласту обрамовують алюмінієвим швелером,
який скріплюють із обшивками клеєзаклепувальним чи клеєзварним
з’єднанням.
Сучасним вимогам, які пред’являються до будівель відносно теп-
лозахисту, відповідають тришарові панелі із зовнішніми шарами з
армованого важкого бетону і середнім теплоізоляційним шаром із
полістирольного пінопласту ПСБ-С у вигляді плит на «гнучких зв’яз-
ках» (із металевих стрижнів).
Деревношаруваті пластики (ДШП) (ГОСТ 20966) — це листові
та плиткові матеріали, виготовлені гарячим пресуванням пакетів та
листів із деревного шпону, просочених полімером. В’яжучими речо-
винами для ДШП є резольні фенолформальдегідні чи фенолокарба-
мідно-формальдегідні полімери. Товщина деревного шпону залежно
від регулювання ріжучого пристрою лущильного верстата може бу-
ти 0,5...2,5 мм. Стрічку шпону розрізують на листи заданих розмірів,
сушать у роликових сушарках до вологості 9... 12%.
Для просочування шпону використовують розчини полімерів різ-
ної концентрації (28...55%). Технологія виготовлення та основні
властивості ДШП наведені в розділі 9.4.
Деревношаруваті пластики за основними фізико-механічними
властивостями переважають вихідну деревину і використовуються
для виготовлення несучих конструкцій, допоміжних та монтажних
елементів.
Склопластики (ГОСТ 27389) — це конструкційні композиційні
матеріали, що містять як наповнювач скловолокнисті матеріали,
зв’язані синтетичними полімерами. Спільна робота склонаповнюва-
ча і синтетичної зв’язуючої речовини забезпечує склопластикам уда-
рну міцність, стійкість до атмосферних та хімічних впливів, високі
тепло-, електро- і звукоізоляційні властивості.
Залежно від виду й розміщення наповнювача розрізняють скло-
пластики на основі орієнтованих волокон (СВАМ — скловолокнис-
тий анізотропний матеріал}, рубаних волокон, тканих та нетканих
скловолокнистих матеріалів, а в’яжучою речовиною у них є модифі-
ковані поліефіри, фенолформальдегідні та епоксидні смоли.
Склопластики пропускають до 90% світла при товщині до 1,6 мм,
у тому числі до 30% ультрафіолетового спектра сонячних променів,
їх використовують: у вигляді плоских та хвилястих листів для влаш-
тування світлопрозорої покрівлі промислових будівель і споруд,
теплиць, оранжерей; для малих архітектурних форм; тришарових
світлопрозорих та глухих огороджувальних засобів і покриттів; обо-
529
лонок і куполів, виробів коробчастого та трубчастого перерізів, ві-
конних та дверних блоків; санітарно-технічних виробів; форм для
виготовлення бетонних і залізобетонних виробів тощо.
Гарячим пресуванням пакетів із оброблених зв’язуючою речови-
ною полотнищ скловолокнистої тканини виготовляють шаруватий
листовий матеріал — склотекстоліт (ГОСТ 12652; ГОСТ 10292).
Його застосовують при влаштуванні електророзподільних щитів,
для обшиття тришарових панелей стін і покриттів у будівлях хіміч-
них підприємств. Границя міцності склотекстолітів при розтягу до-
сягає 220...390 МПа.
Листові поліефірні склопластики на основі рубаного волокна
(завдовжки 40...50 мм) одержують безперервним формуванням у ви-
гляді плоских та хвилястих листів на конвеєрних установках. Гра-
ниця міцності їх при розтягу має бути не менш як 40...50 МПа. Лис-
тові поліефірні склопластики призначаються, в основному, для
покрівлі та декоративних захисних засобів.
Полімербетони — композиційні матеріали, які одержують вна-
слідок затвердіння суміші, що складається з полімерної зв’язуючої
речовини, мінеральних заповнювачів і наповнювачів. Як полімерний
компонент застосовують фуранові, епоксидні, фенолформальдегідні
та поліефірні смоли. До мінеральних наповнювачів належать поро-
шки з розміром частинок менш як 0,16 мм, до заповнювачів — пісок
із розміром зерен до 5 мм і щебінь із розміром зерен до 50 мм. Полі-
меррозчини не мають у своєму складі крупного заповнювача — ще-
беню.
Основні властивості полімербетонів визначаються хімічною
природою полімерного компонента, видом і вмістом наповнювачів
та заповнювачів.
Найвищі фізико-механічні властивості мають полімербетони,
отримані на основі епоксидних смол. Однак висока вартість і дефі-
цитність епоксидних полімерів обмежує їх застосування. Звичайна
витрата зв’язуючої речовини 100...200 кг на 1 м3 бетону при відно-
шенні зв’язуючої речовини до мінеральної частини бетону 1:5... 1:12
за масою.
Найбільш поширені полімербетони на фуранових смолах, що
стверджуються добавкою сульфокислот.
Границя міцності полімербетонів при стиску становить 60... 120 МПа,
при згині — 12...40 МПа. Морозостійкість полімербетонів 200...300
циклів. Водостійкість залежить від виду зв’язуючої речовини. Най-
більш водостійкі полімерні бетони отримують при використанні
епоксидних смол. Полімербетони мають високу зносостійкість, каві-
530
таційну та хімічну стійкість. Ударна міцність полімербетону на фура-
нових смолах в 4...6 разів вища, ніж у цементних бетонів.
Полімербетони добре склеюються з цементним бетоном, міц-
ність зчеплення (адгезія) наближається до міцності на розтяг цемен-
тного бетону. Полімербетони можна підсилювати армуванням.
Одним із напрямів використання полімерів та мономерів є мо-
дифікація властивостей бетонів за допомогою просочування їх. Щоб
змінити структуру і властивості бетонів, застосовують рідкі моно-
мери (метилметакрилат чи стирол) та полімери (епоксидні і поліефір-
ні смоли) та різні композиції на їх основі. Глибина просочування
1 ...20 см. Для повного просочування щільного бетону потрібно
2...5% мономеру за масою (4... 10% за об’ємом). Просочені бетони
називають бетонополімерами.
Полімерні бетони та бетонополімери слід розглядати як бетони
спеціального призначення, що вирізняються підвищеною корозій-
ною стійкістю, морозостійкістю, міцністю та зносостійкістю.
Опоряджувальні матеріали (ДСТУ Б А. 1.1-28-94; ГОСТ 4.230).
Матеріали для опорядження стін — найширша група полімерних
оздоблювальних матеріалів: листових, плиткових, рулонних, лако-
фарбових, профільно-погонажних (ГОСТ 19111) тощо. Серед плит-
кових та листових матеріалів для опорядження поширені декорати-
вний паперово-шаруватий пластик (ДПШП), листи і плитки з по-
лістиролу та полівінілхлориду (ГОСТ 9639).
Декоративний паперово-шаруватий пластик (ГОСТ 4.229)
виготовляють гарячим пресуванням просоченого полімерами спеці-
ального паперу. Поверхня пластика може бути одно- та багатоколір-
ною, глянсовою, матовою, імітувати деревину і камінь.
Полістирольні плитки виготовляють квадратними, розмірами
100x100x1,25 та 150x150x1,35 мм, а також прямокутними і фри-
зовими.
Метод виготовлення — лиття під тиском. Сировиною для їх ви-
робництва є емульсійний полістирол та тонкомелені мінеральні на-
повнювачі. Лицьова поверхня плиток буває гладенькою, глянсовою,
напівматовою чи рівномірно забарвленою. На зворотному боці пли-
ток за периметром є бортики та рельєфна сітка.
Полістирольні листи для індустріального опорядження стін ви-
пускають розміром 1400x600 мм, товщиною 1,5...4,0 мм. їх виготов-
ляють методом екструзії з ударостійкого полістиролу, границя міц-
ності якого при розтягу становить 30...45 МПа, при згині — 85 МПа.
Великорозмірні листи використовують для облицювання стін при-
міщень громадських будівель.
531
До групи нових оздоблювальних полімерних матеріалів нале-
жать сайдингові елементи з полівінілхлориду у вигляді панелей із
подвійним зломом, перфорованих панелей, цокольних панелей «під
цеглу» та «під природний камінь», що придатні для оздоблення стін,
стель та фасадів будинків. Такі елементи мають широку гаму кольо-
рів, а іноді нагадують текстуру деревини, стійкі до атмосферних
впливів, гігієнічні, можуть бути швидко змонтовані та використо-
вуються для створення «вентильованих фасадів».
Рулонні полімерні матеріали для внутрішнього опорядження
стін, стель і вбудованих меблів поділяють на плівкові, лінкруст, тек-
стовініт та вологостійкі шпалери.
Полівінілхлоридні плівки (ГОСТ 16272; ГОСТ 10354; ГОСТ
12998) — це велика група рулонних опоряджувальних матеріалів,
широко застосовуваних у сучасному житлово-громадському будів-
ництві для оздоблення стін, меблів та інших поверхонь. Плівки ви-
готовляють із пластифікованого полівінілхлориду одноколірними і з
багатоколірним друкованим візерунком, гладенькими та рельєфними.
Розрізняють плівки безосновні, з клейовим шаром, на паперовій
і тканинній основі. Плівки на звукоізоляційній основі використову-
ють для опорядження приміщень із підвищеними акустичними ви-
могами.
Лінкруст (ГОСТ 5724) — різновид плівок на паперовій основі.
Це рулонний матеріал завдовжки 12 м, завширшки 500...900 мм, тов-
щиною 0,5...1,2 мм. Виготовляють його нанесенням на папір пасти з
полівінілхлориду чи іншого полімеру, до якого додають борошно з
деревини або з його кори. Він має рельєфний рисунок. Наклеївши
лінкруст на стіни, його зазвичай зафарбовують олійними чи синте-
тичними фарбами.
Текстовініт належить до рулонних матеріалів на тканинній ос-
нові. Його виготовляють нанесенням пасти, яка складається з полі-
вінілхлориду, пластифікатора та мінеральних пігментів, на бавовня-
ну тканину з наступним тисненням та термообробкою. Водопогли-
нання текстовініту не перевищує 2%. Він стійкий до зміни темпера-
тур від +50 до -36°С; його видовження при розриві не перевищує 8%.
Використовують текстовініт для опорядження панелей стін та
обшиття дверних полотнищ житлових і громадських будівель.
Павіноли, або штучні шкіри (близькі до текстовініту ГОСТ
4.116; ГОСТ 23367), які за зовнішнім виглядом і властивостями на-
ближаються до текстовініту, застосовують у виробництві меблів,
для високоякісного акустичного опорядження стін, влаштування
розсувних перегородок тощо.
532
Поряд із традиційними гіпсовими архітектурно-оздоблюваль-
ними деталями та деталями з природного каменю все ширше вико-
ристовуються пластмасові вироби. До них належать карнизи, тяги,
колони, капітелі, розетки, плінтуси тощо, які виготовляють із спіне-
ного, екструзійного чи експандованого пінополістиролу, а також пі-
нополіуретанів із спеціальним декоративно-захисним покриттям різ-
ного кольору та фактури.
Такі деталі виготовляють як для оздоблення інтер’єрів, так і фа-
садів будинків, що дозволяє певною мірою здешевити, спростити
будівництво та зменшити масу конструкцій.
Гідроізоляційні, покрівельні та герметизувальні матеріали.
Спільною ознакою гідроізоляційних, покрівельних та герметизува-
льних матеріалів є водо- та паронепроникність, тріщиностійкість,
водо- та атмосферостійкість.
Із полімерних матеріалів для гідроізоляції особливо широко за-
стосовують плівки, мастики (див. розд.11), лаки та фарби (див. розд.
13)(ДСТУ Б А. 1.1-29-94; ДСТУ Б В.2.7-77-98; ДСТУ Б В.2.7-78-98;
ДСТУ Б В.2.7-79-98; ДСТУ Б В.2.7-106-2001).
Поліетиленові плівки спеціального призначення для потреб
будівництва використовують у конструкціях покриттів для захисту
піддахового простору від пилу, дощу та снігу.
При застосуванні паропроникних плівок завдяки мікроперфора-
ції крізь них вентилюється водяна пара, що проникає у теплоізоля-
ційний шар покрівельної конструкції.
Для попередження конденсації вологи з пари, що піднімається з
піддахового приміщення, використовують багатошарові плівки,
верхній та нижній шари яких ламіновані і забезпечують гідроізоля-
ційні властивості та паронепроникність матеріалу, а тканинний
прошарок — необхідну міцність. Плівки призначені для похилих
покрівель, що вентилюються. Наприклад, паронепроникна захисна
армована плівка «паробар’єр» використовується як захисний шар із
внутрішнього боку теплоізоляції підпокрівельного простору, а та-
кож для утворення паронепроникного шару із внутрішнього боку
теплоізоляції у випадках внутрішнього утеплення зовнішніх стін
будівель. Різновидом такої плівки є паронепроникна підпокрівельна
плівка «паробар’єр-Ал», що являє собою чотиришаровий матеріал,
який має несучу сітку для армування. Ця сітка з обох боків ламіно-
вана поліетиленовою плівкою, як нижній шар використовується від-
дзеркалююча алюмінієва фольга.
Останнім часом увага науковців і виробників спрямована на роз-
робку сучасних багатофункціональних полімерних матеріалів, які
одночасно є тепло-, гідро- та звукоізоляційними. До таких матеріа-
лів належать хімічно зшитий пінополіетилен із замкненими порами
поперечнозв’язаної сітчастої молекулярної структури з протектор-
ним шаром товщиною 50мкм, що робить цей матеріал практично
паронепроникним та малогігроскопічним із водопоглинанням за
об’ємом менше 1%.
Середня густина такого матеріалу становить від ЗО до 90 кг/м3,
тому він має високі тепло- та звукоізоляційні властивості, є стійким
до атмосферних впливів, не втрачає гнучкості та еластичності при
дії температури до -60°С, витримує довгостроковий вплив підвище-
ної температури (до 125°С). Крім того, цей матеріал є гідрофобним ,
негорючим, не утворює токсичних речовин, має високу мікробіоло-
гічну, масло-, нафто- та бензостійкість, надійно поєднується із будь-
якими будівельними матеріалами.
Будівельними герметиками називають матеріали, основне при-
значення яких — ущільнення стиків між різними конструкціями та
панелями будівель задля надання їм водо-, паро- та повітронепрони-
кності. Герметичність стиків забезпечується лише тоді, коли для їх
ущільнення застосовано матеріали, здатні деформуватися разом із
деформацією стику. Герметики повинні бути також тепло- та морозо-
стійкими, зручними під час ущільнення стиків, мати здатність збері-
гати свої властивості протягом усього строку служби будівлі. Най-
краще цим вимогам відповідають герметизуючі матеріали на основі
полімерів. Залежно від способу ущільнення стику, герметики можна
поділити на пористі прокладки, профільовані ущільнювачі, мастики
та обклеювальні плівки (ГОСТ 4.224; ГОСТ 24285; ГОСТ 10174).
Достатньо поширеними герметиками є силіконовий (кислотний,
нейтральний), акриловий, поліуретановий, бітумний, каучуковий,
полісульфідний, полібутановий. Кислотний і нейтральний силіконо-
ві герметики є діелектриками, що відрізняються від інших термоста-
більністю, високою адгезією та підвищеною хімічною стійкістю.
Кислотні силіконові герметики поділяють на універсальні і сані-
тарні. Вони протягом тривалого часу зберігають еластичність, ма-
ють високу волого- та атмосферостійкість, витримують коливання
температур від -60°С до 200°С, практично не мають усадки, стійки до
дії ультрафіолетових променів. Герметики мають густину 1,033 г/см3,
а їх розтяжність (при розриванні) становить 600%. Такі герметики
мають високу адгезію до скла, керамічної плитки, емалі, деревини,
фарбованих поверхонь. Санітарний герметик містить у своєму скла-
ді антисептик, і тому його доцільно використовувати у кухнях, сан-
технічних приміщеннях, пральнях, складських приміщеннях.
534
Нейтральний силікатний герметик має високу адгезію до непо-
ристих поверхонь, він безусадочний і його можна використовувати
у будь-яких приміщеннях і на будь-яких поверхнях, крім мармуру.
Він має густину 1,00 г/см3, розтяжність при розриві — 350%, інтер-
вал робочих температур — від -40°С до +180°С, стійкий до дії ульт-
рафіолетових променів. Такий герметик найчастіше застосовують
при виготовленні склопакетів, для ремонту термошвів.
Акриловий герметик має густину 1,55 г/см3, здатен надійно пра-
цювати в інтервалі температур від -20°С до +75°С, добре піддається
фарбуванню, має високу адгезію до різних будівельних матеріалів.
Але йому властиві деякі недоліки, що обмежує застосування. До них
належать низька водостійкість, усадка від 1 до 15%, низька стійкість
до дії ультрафіолетових променів. Тому його використовують тільки
для внутрішніх робіт.
Поліуретановий герметик характеризується високою міцністю,
зносостійкістю, стійкістю до дії кислот, мастил, бензину, має високу
адгезію до скла, металів, кераміки. Застосовують його у шляхобуду-
ванні, для ущільнення стиків конструкцій підземних переходів, ту-
нелів.
Бітумний герметик дуже еластичний, має високу водостійкість і
водонепроникність та адгезію до бітумних матеріалів, бетону, каме-
ню, деревини, металів, скла. Використовують для потреб дорожньо-
го будівництва, герметизації щілин і швів покрівлі.
Каучуковий герметик має високу еластичність, стійкий до розтя-
гувальних напружень, дії ультрафіолетових променів та інших атмо-
сферних факторів, у тому числі і коливань температури від -25°С до
+100°С. Після затвердіння його можна фарбувати. Крім того, такий
герметик має високу адгезію до бетону, скла, кераміки, природного
каменю, деревини. Тому його достатньо широко застосовують у бу-
дівництві, крім випадків, коли з’єднані елементи перебувають під
постійним тиском води.
Теплоізоляційні матеріали. Полімерні теплоізоляційні матеріа-
ли класифікують за структурою, формою, видом основної сировини,
середньою густиною, теплопровідністю та стискуваністю (ГОСТ
16381).
Полімерні матеріали, що мають ніздрювату структуру, яка може
бути представлена системою ізольованих пор, називають піноплас-
тами, сполучених пор — поропластами, а регулярно повторюваних
порожнин — сотопластами. Такий поділ пористих пластмас є умо-
вним, оскільки зазвичай не вдається одержати матеріали з одним
типом пор.
Промисловість випускає різноманітні за формою теплоізоляційні
матеріали: рулонні, штучні, сипкі та шнурові.
Полімерні теплоізоляційні матеріали поділяють також за жорст-
кістю (за стискуваністю під навантаженням 0,002 МПа) на м’які
(понад 30%), напівжорсткі (6...30%) і жорсткі (до 6%).
Для будівельної теплоізоляції застосовують жорсткі пластмаси,
які мають границю міцності при 50% деформації понад 0,15 МПа.
їх одержують із термопластичних та термореактивних полімерів
хімічними та фізичними способами (ДСТУ Б В.2.7-8-94).
До жорстких пластмас можна віднести теплоізоляційні плити,
прикладом яких є плити «Піноплекс» довжиною від 1200 до 4500 мм
та шириною 600 мм, виготовлені методом екструзії з пінополістиро-
лу. Залежно від середньої густини, яка змінюється від 30 до 50 кг/м3,
матеріал має міцність при стиску 0,25...0,5 МПа, водопоглинання —
0,4...0,1%, коефіцієнт теплопровідності — 0,028...0,03 Вт/(м-К),
діапазон робочих температур -50...+75°С. Застосовують плити
«Піноплекс» для теплоізоляції підлог, стін громадських, житлових і
промислових будівель.
Екструзійний пінополістирол поєднує в собі теплоізоляційні
властивості з високими механічними характеристиками (середня гу-
стина — 7...50 кг/м3, міцність при згині — 0,06...0,3 МПа, коефіці-
єнт теплопровідності — 0,038...0,043 Вт/м К). Цей матеріал широко
використовують для виготовлення різноманітних будівельних виро-
бів, яким притаманна висока морозостійкість, низька паропроник-
ність, можливість застосування в умовах контакту з ґрунтовими во-
дами без додаткової ізоляції.
Сотопласти виготовляють шляхом склеювання у блоки гофро-
ваних аркушів паперу чи шматків тканини, просочених полімером.
Густина ніздрюватих пластмас залежить від виду полімеру та
вмісту газоутворювача. Середня густина теплоізоляційних пластмас
становить 10...200 кг/м3. Теплопровідність пластмас, що застосову-
ється для теплоізоляції, нижча, ніж теплопровідність інших неорга-
нічних та органічних теплоізоляційних матеріалів. Вона становить
0,026...0,045 Вт/(м-К). При однаковій структурі матеріалу теплопро-
відність певною мірою залежить від величини пористості (див . у
розділі 1.6).
Особливістю теплоізоляційних полімерних матеріалів є обмеже-
на температуростійкість (6О...7О°С), яку потрібно враховувати при
визначенні можливості їх застосування.
Значний інтерес і поширення у будівництві знаходять елементи
незнімної пінополістирольної опалубки, що використовується в тех-
536
нології будівництва, відомої як «термодом». Такі технології значно
спрощують будівництво і придатні для зведення будинків котедж-
ного типу. Елементи, зроблені таким чином, швидко і надійно з’єд-
нуються між собою та дозволяють прокладати крізь них перед почат-
ком бетонуванням арматуру, інженерні комунікації тощо.
Полімерні вироби будівельного та загальнотехнічного призна-
чення
Полімерні труби з полімерних матеріалів мають ряд переваг
порівняно з металевими: вони легші, стійкі до дії кислот та лугів, не
піддаються електрохімічній корозії, гнучкі, мають менший опір руху
рідин, низьку теплопровідність, прості щодо монтажу. Істотним не-
доліком полімерних труб є низька теплостійкість (6О...7О°С) і значне
лінійне розширення.
Основні види полімерних труб, застосовуваних у будівництві:
поліетиленові, поліпропіленові, полівінілхлориди!, з органічного скла
та склопластикові (ГОСТ 28117; ГОСТ 29324; ГОСТ 29325; ГОСТ
19034; ГОСТ 18599).
Полімерні труби формують переважно способом екструзії чи
відцентровим литтям. Діаметри полімерних труб: поліетиленових —
10... 1200, поліпропіленових — 5О...8О, полівінілхлоридних — 10...400,
склопластикових — ЗО...300 мм. Поліетиленові та поліпропіленові
труби з’єднують у трубопроводи контактним зварюванням, а поліві-
нілхлоридні та склопластикові — склеюють.
Полімерні труби застосовують для влаштування систем водопо-
стачання і каналізації, вентиляції, внутрішніх комунікацій хімічних
та харчових виробництв, іригаційних трубопроводів і газопроводів.
Широкого використання набувають водостічні системи з полівініл-
хлориду для відведення води з покрівель. Такі системи включають
водостічні жолоби, труби, прохідні водоприймачі, заглушки, з’єдну-
вачі та приймачі труб, виготовлені з модифікованої атмосферостій-
кої пластмаси різних кольорів та відтінків. Системи водовідведення
є дуже технологічними при монтажі, що обумовлено практично іде-
альним співпаданням окремих елементів.
Полімерні труби є практично безальтернативними при застосу-
ванні новітньої технології горизонтального направленого буріння
під час безтраншейного прокладання трубопроводів газо- та водопо-
стачання, каналізації, кабельних комунікацій, дренажних систем
тощо.
Склопластикові труби, крім будівництва, використовують у наф-
товій, хімічній та гірничовидобувній промисловості.
537
Дуже широке застосування у будівництві знаходять полімерні
профільні вироби різноманітної номенклатури для з’єднання і за-
кріплення різних облицювальних елементів, а особливо — для виго-
товлення металопластикових вікон і дверей.
Полімерні матеріали використовують також для виготовлення
великогабаритних виробів (ванни, раковини тощо), які пресують з
армованих термореактивних полімерів або виготовляють методом
вакуумного формування з термопластичних полімерів. Ці вироби
мають значно меншу масу, ніж металеві чи керамічні, високі екс-
плуатаційні та естетичні властивості.
Полімерні клеї. Застосовування синтетичних клеїв у будівницт-
ві є вигідним із багатьох точок зору: при цьому не лише знижується
витрата традиційних матеріалів та затрати на будівництво, а й під-
вищуються техніко-економічні показники споруд.
Синтетичні клеї (ГОСТ 28780; ГОСТ 4.228) — це розчини, роз-
плави чи дисперсії полімерів, а також оліго- та мономерів, здатних
прилипати до поверхонь різних матеріалів і при твердінні з’єдну-
вати ці матеріали.
Розрізняють клеї термопластичні та термореактивні, а також
холодного і гарячого ствердження. Механізм ствердження може
бути пов’язаний з охолодженням розплаву, випаровуванням роз-
чинника, реакціями поліконденсації олігомерів та полімеризації
мономерів.
На основі термопластичних полімерів виготовляють полівініла-
цетатні, перхлорвінілові, поліамідні, поліакрилові, каучукові клеї
(ДСТУ Б В.2.7-103-2000; ГОСТ 12172; ГОСТ 22345; ГОСТ 24064).
їх використовують для кріплення опоряджувальних матеріалів, вбу-
дованих меблів, склеювання піно- та поропластів.
Для силового склеювання (міцність при рівномірному відриванні
понад 0,7 МПа) застосовують клеї на основі термореактивних полі-
мерів'. епоксидних, фенолформальдегідних, карбамідних, поліефір-
них та поліуретанових. Ці клеї відрізняються високою адгезією, во-
достійкістю, стійкістю до вібраційних навантажень та теплостій-
кістю.
Недоліками деяких полімерних клеїв є висока токсичність у пе-
ріод виготовлення та склеювання (епоксидні клеї), а також під час
експлуатації (фенолформальдегідні клеї).
Клеї на основі термореактивних полімерів застосовують при
склеюванні алюмінію, сталі та інших металів, кераміки, скла, бето-
ну, деревини, а також для влаштування антикорозійних і спеціаль-
них покриттів.
538
11.6. Оцінка довговічності полімерних матеріалів.
Екологічні проблеми їх виробництва та застосування
Широке застосування полімерних матеріалів у будівництві пе-
редбачає підвищені вимоги до довговічності їх та надійності при
експлуатації.
Однією із найважливіших властивостей полімерних матеріалів є
висока корозійна стійкість. Однак і полімерні матеріали не є універ-
сальними. Ступінь їх корозійної стійкості залежить від властивостей,
виду, хімічного складу агресивного середовища та умов його впливу.
Вплив агресивного середовища на полімерні матеріали може
проявлятися у зміні їх структури та властивостей. При цьому мате-
ріал в середині може руйнуватися, але зовні лишатися неушкодже-
ним.
Корозія полімерів — результат подолання сил взаємодії між їх
атомами чи молекулами, але може виникати також під впливом різ-
них окиснювальних агентів, термічного, радіаційного, механічного
впливу та інших енергетичних факторів, а також при хімічній взає-
модії з різними агресивними середовищами. При цьому в полімерах
відбуваються різноманітні деструктивні процеси.
Окиснювальна деструкція полімерів виникає під впливом кис-
ню повітря чи озону. Крім того, у реальних умовах зберігання чи
використання матеріалів на полімер впливають сонячні промені, во-
лога, тепло. Зміни, які виникають під їх впливом, обумовлюють ста-
ріння матеріалів.
На початковій стадії окиснювальної деструкції полімеру почина-
ється приєднання кисню до деяких ланок макромолекул. Швидкість
цієї реакції визначається хімічним складом ланок, швидкістю дифу-
зії кисню у товщу полімеру та співвідношенням площі поверхні ви-
робу до його об’єму. Таке приєднання кисню викликає утворення різ-
них функціональних груп, які обумовлюють збільшення полярності
полімеру, що призводить до погіршення діелектричності, зменшен-
ня пружності та підвищення температури крихкості.
Утворення перекисних чи гідроперекисних груп прискорюється
з підвищенням концентрації кисню в полімері та зі збільшенням тем-
ператури. Опромінення світлом, особливо ультрафіолетовою части-
ною спектра, активізує цей процес. Такі групи легко розкладаються
до вільних радикалів, які ініціюють процес окиснення.
Подальші реакції радикалів можуть призвести до зниження мо-
лекулярної маси чи зшивання полімеру, що обумовить різку зміну
властивостей і призведе до його деструкції.
539
Термічна деструкція виникає під дією тепла, а іноді при одно-
часній дії тепла та кисню може утворюватись термоокиснювання.
Для протидії окислювальній чи термічній деструкції до складу
полімеру вводять добавки проти старіння (феноли, аміни) чи стабі-
лізатори (солі свинцю, кадмію, барію, кальцію). Стабілізатори чи
добавки проти старіння не повинні погіршувати фізико-механічні влас-
тивості полімеру, і тому їх додають у кількості, що не перевищує 2%.
Радіаційна деструкція полімерів проходить під впливом ви-
промінювання «високої енергії» чи «іонізуючого випромінювання»
(рентгенівські промені, електрони, протони та ін.). їх дія полягає у
збудженні й іонізації окремих ланок макромолекул.
Збудження, тобто переведення електронів на більш високий рі-
вень, а також іонізація, що зв’язана з «вириванням» електронів, на-
дають макромолекулам сталість, полегшуючи деструкцію полімеру.
Залежно від типу полімеру і тривалості опромінювання, деструкція
супроводжується виділенням низькомолекулярних газоподібних ре-
човин (водню, хлору, азоту, метану).
Механічна деструкція полімерів відбувається під дією механіч-
них навантажень, що перевищують границю міцності матеріалів.
Така деструкція в присутності кисню повітря може прискорюватися.
Біологічна деструкція — дія мікроорганізмів, комах на вироби
із синтетичних полімерних матеріалів. Мікроорганізми знижують гі-
гієнічність виробів та погіршують їх зовнішній вигляд. Пігменти мі-
кроорганізмів здатні перефарбовувати полімерні матеріали так, що
навіть після видалення плісняви на їх поверхнях залишаються плями
сірого, зеленого, чорного, фіолетового чи рожевого кольорів.
Пліснява сприяє конденсації водяної пари і погіршує властивості
матеріалу. Метаболіти, у тому числі ензими, можуть викликати де-
струкцію самого полімеру, що проявляється у втраті блиску чи «тра-
вленні» поверхні. Деякі види плісняви та бактерій використовують
для себе як поживне середовище пластифікатори чи наповнювачі,
що входять до складу полімерного матеріалу, і цим прискорюють
старіння виробу. Іноді пліснява проростає навіть крізь плівки з по-
лімерних матеріалів.
Більшість природних високомолекулярних сполук чи їх похід-
них — джерело харчування для мікроорганізмів. Навпаки, більшість
синтетичних полімерних матеріалів не є поживним середовищем
для мікроорганізмів і у присутності їх розмноження останніх при-
гнічується. Однак присутність у пластмасі наповнювачів, пластифіка-
торів, стабілізаторів, які є джерелами вуглецю, може спричиняти руй-
нування виробів, виготовлених навіть із достатньо стійких полімерів.
540
Хімічна деструкція полімерних матеріалів виникає при хімічній
взаємодії їх із навколишнім середовищем.
Хімічні реакції макромолекулярних і органічних низькомолеку-
лярних речовин підпорядковані однаковим закономірностям, але
відбуваються по-різному.
Гетероланцюгові полімери (поліаміди, тіоколи, силоксани, полі-
ефіри та ін.) порівняно легко розпадаються під дією гарячої води,
кислот, лугів. Карболанцюгові полімери в цілому значно більш стій-
кі до агресивних середовищ.
Молекулярна гратка полімеру належить до найменш міцних, а
енергія розриву зв’язків атомів у органічних вуглеводневих сполу-
ках значно менша, ніж у молекулах більшості неорганічних речовин,
широко застосовуваних у будівництві. Цим і обумовлені невисока
робоча температура, при якій можлива експлуатація пластмас, а та-
кож їх схильність до окиснювальних процесів, які призводять до
зміни як фізико-хімічних, так і технічних показників властивостей
полімерних матеріалів.
Особливо швидко ці процеси, які називають старінням, прохо-
дять при комбінованому впливі кисню повітря та ультрафіолетового
випромінювання, а також при підвищенні температури навколиш-
нього середовища. При цьому реакції можуть розвиватися у двох
напрямках: перший із них пов’язаний із деструкцією, під якою ро-
зуміють сукупність процесів, які призводять до зменшення довжини
молекул полімеру, тобто до їх руйнування; другий напрямок, навпа-
ки, призводить до агрегування молекул чи до об’єднання ланок мо-
лекул, що обумовлює зменшення еластичності, підвищення жорст-
кості полімеру та збільшення не тільки міцності, але і крихкості
виробів на його основі.
В матеріалах, що працюють під навантаженням, зазвичай вини-
кає сітка мікротріщин та інших дефектів, які призводять практично
до повної втрати структурно-механічних властивостей конструкції
або споруди.
Механізм руйнування багатьох полімерів, так само як і процес їх
утворення, — ланцюговий. Це дозволяє пропонувати в якості ефек-
тивних способів гальмування процесів руйнації обрив ланцюгів,
зменшення вірогідності їх зародження.
Практика свідчить, що велику роль у цьому відіграють наповню-
вачі, які перестають бути інертними матеріалами та беруть участь у
хімічних процесах.
Деякі з них (наприклад, сажа, яку вводять у поліетилен) блоку-
ють вільні зв’язки на кінцівках молекул полімеру і знижують таким
541
чином його реакційну спроможність. Інші наповнювачі, не пропус-
каючи чи відбиваючи сонячні промені, зменшують вірогідність роз-
витку ланцюгових процесів. Деякі наповнювачі можуть виконувати
функції антиокислювачів.
При введенні в полімери тих чи інших наповнювачів зазвичай вра-
ховують сукупність властивостей, які вони надають пластмасам. На-
приклад, у разі використання різної кількості тонкодисперсних напов-
нювачів полімерні матеріали набувають більшої твердості та міцності.
З точки зору фізико-хімічних процесів, що обумовлюють такі
зміни, розглядають взаємодію зв’язуючої речовини з наповнювачем,
яка проходить на межі поділу фаз. При цьому необхідна спорідне-
ність між наповнювачем і зв’язуючим компонентом для отримання
міцної та довговічної пластмаси.
Таким чином, пластмаси, в яких зв’язуюча речовина поєднується
з наповнювачами — порошкоподібними (тальк, кварцовий пісок),
волокнистими (азбест, деревне волокно, костриця льону), застосо-
вують у будівництві не тільки з метою підвищення хімічної стійкос-
ті, поліпшення механічних та деформативних показників конструк-
цій, а і для отримання значного економічного ефекту. Таким шляхом
були створені різноманітні композиційні матеріали, в тому числі
склопластики, яким притаманні високі показники коефіцієнта конст-
руктивної якості.
Поєднання зв’язуючої речовини з наповнювачем у полімербето-
нах (пластбетонах) дозволяє знизити усадочні деформації органіч-
ного полімеру (що особливо важливо для підлог) і підвищити його
міцність; у деревностружкових плитах — об’єднати в єдине приро-
дні та штучні органічні сполуки, утилізуючи відходи деревини; в
полімерцементних композиціях — підвищити непроникність і елас-
тичність. При цьому оптимальна міцність композита досягається
при введенні певної кількості наповнювача, вид якого вибирається з
урахуванням сили адгезійного зчеплення між компонентами.
Крім того, волокнисті і частково порошкоподібні наповнювачі
здатні запобігати розвитку мікротріщин, які «обриваються» на гра-
ниці поділу фаз.
За допомогою наповнювача можна надати пластмасам і додатко-
вих спеціальних властивостей, необхідних, наприклад для комбіно-
ваних виробів. Так, полімерні матеріали мають зазвичай відмітний
від металів і бетону коефіцієнт термічного розширення. Введення у
полімер наповнювача неорганічного походження, наприклад, квар-
цу, вапняку, цементу, графітового порошку, сприяє зближенню кое-
фіцієнтів термічного розширення полімеру і неорганічної підкладки.
542
Для будівельних пластмас, які так само, як деякі інші органічні
сполуки, експлуатують в умовах прямого впливу на них сонячних
променів, особливе значення набувають питання стабільності в часі.
У подібних випадках введення одних тільки наповнювачів може бу-
ти недостатнім і тоді, крім вибору найбільш стійких, до таких полі-
мерів (полістиролу, поліметилметакрилату) треба ще застосовувати
інгібітори — речовини, здатні різко гальмувати ланцюгові процеси.
До ефективних інгібіторів належать деревносмоляні антиокис-
нювачі, збагачені фенолами, а також похідні бензофенолу, деякі
аміни та стеарати свинцю, кальцію, барію.
Підвищення еластичності полімерів можна досягти шляхом внут-
рішньої чи зовнішньої пластифікації за рахунок використання «при-
щеплених» полімерів, вибору відповідних бокових ланцюгів і най-
більш придатних мономерів, а також додаванням нелетких високо-
киплячих органічних рідин, які викликають набухання полімеру.
Як пластифікатори застосовують фосфати, диметилфталат, бу-
тилстеарат і деякі інші речовини.
Для підвищення негорючості будівельних пластмас застосовують
галоїдопохідні (полівінілхлорид, хлорований парафін), кремнієорганіч-
ні сполуки (силікони), а також антипірени (фосфорнокислий амоній).
Іноді одна й та сама речовина у пластмасі може виконувати од-
ночасно кілька функцій. Так, фосфати використовують одночасно як
антипірени і пластифікатори. Наповнювачі можуть виконувати фун-
кції антиокиснювача, пігменту, а також компонента, який підвищує
непроникність матеріалу.
Загалом стосовно пластмасових матеріалів, виробів та конструк-
цій потрібно брати до уваги те, що на стадії виготовлення та засто-
сування деякі з них можуть мати негативний вплив на навколишнє
середовище.
Вплив синтетичних полімерів і пластмас на організм людини
визначається їх хімічною будовою і фізико-хімічними властивостя-
ми. Різноманітні пластмаси і їх низькомолекулярні леткі домішки,
впливаючи на організм, можуть викликати будь-які біологічні реак-
ції, в тому числі сенсибілізуючого, мутагенного, канцерогенного та
фіброгенного характеру.
Для існуючого асортименту пластмас, з урахуванням способів їх
одержання і переробки, слід виділити окремі етапи виробництва
(синтез полімерів, формування виробів та їх обробка), які потребу-
ють екологічного контролю.
Наприклад, на етапі синтезу полімерів основними причинами за-
бруднення виробничого середовища шкідливими речовинами є пе-
543
ріодичність процесів, відсутність комплексної механізації, дистан-
ційного контролю і управління процесами, використання недоско-
налого обладнання, наявність ручних виробничих операцій, ручного
відбору проб з необхідністю відкривання люків апаратів.
При цьому працівники можуть зазнавати комплексної (інгаля-
ційна та через шкіру) дії незаполімеризованих вихідних продуктів
синтезу смол (мономерів), побічних продуктів реакції поліконден-
сації (аміаку, хлористого водню), додаткових речовин (пластифіка-
торів, розчинників, каталізаторів тощо), які не вступають у міцний
хімічний зв’язок із полімером, продуктів деполімеризації, смол (при
ручних операціях).
Процеси формування виробів (екструзія, пресування, лиття під
тиском тощо), при яких полімери піддають термічній обробці, ха-
рактеризуються впливом на працівників складної суміші продуктів
термоокиснювальної деструкції. Поряд із такими продуктами при
виготовленні виробів із пластмас у повітря виробничих приміщень
можуть надходити і хімічні речовини, характерні для попереднього
етапу технології.
Під час обробки виробів із пластмас (різання, шліфування, полі-
рування) повітря виробничих приміщень забруднюється пилом та
високодисперсними аерозолями.
Проектування і реалізація технологій виготовлення виробів із
пластмас повинні передбачати необхідні правила охорони праці,
техніки безпеки та заходи щодо захисту навколишнього середовища
від забруднення.
11.7. Екотехнології вторинного використання пластмас
Зростання видобутку природного газу і нафти, а також підви-
щення попиту на них у сферах промисловості та побутових послуг
призвели до різкого збільшення виробництва полімерних матеріалів
та до збільшення відходів.
Пластмаси поки що відносно мало використовують як вторинну
сировину. Це пояснюється різноманітністю типів пластмас, які міс-
тять поряд із полімерами велику кількість інших компонентів, що
ускладнює сортування і переробку пластмасових відходів, особливо
побутових.
Пластмаси використовують у промисловості для виготовлення
різного роду напівфабрикатів, виробів та деталей. Іноді ними замі-
нюють більш дорогі та важкі метали. Із пластмас виготовляють різні
544
плівкові матеріали для пакування, а також піддони, труби, клеї і т.п.
Однак пластмасова упаковка забруднює навколишнє середовище,
оскільки щоразу після використання іде у відходи. Інші пластмасові
вироби переходять у відходи в процесі зношування їх.
Американські спеціалісти умовно встановили для всіх пластма-
сових виробів три строки служби: короткий, оптимальний і трива-
лий (табл. 11.1).
Таблиця 11.1
Передбачувані терміни використання
пластмас різного призначення
Галузь застосування пластмас Передбачуваний строк служби, років
короткий оптимальний тривалий
Устаткування:
великогабаритне 8 10 15
дрібногабаритне 3 5 8
Машинобудування і житлове будівництво 10 20 25
Електроніка і електротехніка 5 7 10
Меблева промисловість 7 10 15
Виробництво предметів домашнього побуту 3 5 8
Транспорт 7 10 12
Сільське господарство 5 7 10
Основні напрями утилізації пластмасових відходів: захоронення
на полігонах та звалищах; переробка з використанням заводських
технологій; спільне спалювання відходів пластмас із міським сміт-
тям; піроліз та роздільне спалювання у спеціальних печах; викорис-
тання відходів пластмас як готового матеріалу для інших технологіч-
них процесів.
Захоронення відходів пластмас на полігонах і звалищах, яке
поки найбільш поширене в нашій країні, можна розглядати тільки як
тимчасову можливість їх знешкодження, тому що пластмаси підда-
ються розкладу дуже повільно. При цьому методі знешкодження зі
сфери корисного використання виводяться тисячі тонн цінної вто-
ринної сировини.
Переробку пластмасових відходів за заводськими технологі-
ями можна розглядати як найбільш оптимальний метод їх викорис-
тання. Загальна схема цього процесу зображена на рисунку 11.5.
Перша стадія включає сортування відходів за зовнішнім вигля-
дом, відокремлення непластмасових компонентів.
Друга стадія — одна із найбільш відповідальних у процесі. В
результаті одно — чи двостадійного подрібнення отримують матері-
545
ал, розміри якого достатні для того, щоб можна було здійснити його
подальшу переробку.
На третьому етапі подрібнений матеріал піддають відмиванню
від забруднень органічного чи неорганічного характеру різними
розчинами, миючими засобами і водою, а також відділяють його від
домішок.
Четверта стадія залежить від обраного способу розподілу відхо-
дів за видами пластмас. У випадку, якщо перевагу віддають мокро-
му способу, спочатку проводять розподіл відходів, а після нього —
сушіння. При реалізації сухих способів спочатку подрібнені відходи
сушать, а потім класифікують.
Рис. 11.5. Принципова схема переробки відходів пластмас
П'ята і шоста стадії полягають у тому, що висушені та подріб-
нені відходи змішують при необхідності зі стабілізаторами, барвни-
ками, наповнювачами та іншими компонентами і гранулюють. Часто
на цій самій стадії відходи змішують із товарним продуктом.
Сьома, заключна стадія процесу полягає у переробці грануляту
у вироби. Ця стадія практично мало чим відрізняється від процесу
переробки товарного продукту з точки зору обладнання, що засто-
совують, але часто потребує специфічного підходу до вибору режи-
мів переробки.
Якщо вдається досягти достатньо високого ступеня очищення і
виділення індивідуальних відходів із сумішей, а також якщо відходи
попередньо розподілені за видами пластмас, їх переробка дуже схо-
жа на переробку первинних матеріалів. Одним із суттєвих моментів
546
при цьому є спроможність полімерів зберігати чи змінювати власти-
вості у процесі багаторазової переробки, оскільки від цього багато в
чому залежить доцільність самого процесу. Вивчення впливу крат-
ності переробки більшості полімерів на їх фізико-механічні власти-
вості показало, що зміна останніх пов’язана, як правило, зі знижен-
ням молекулярної маси пластмас, розгалуженістю їх структури і
рядом інших показників.
Зазвичай вміст відходів у сумішах із товарним продуктом не по-
винен перевищувати 20%, тому що у протилежному випадку значно
погіршується блиск поверхні, з’являється шорсткість.
Особливістю повторної переробки полівінілхлориду є необхід-
ність його додаткової стабілізації. Відходи м’якого полівінілхло-
риду використовують для отримання плівкових виробів. Для цього
20% відходів подрібнюють на змішувальних вальцях, змішують із
товарним продуктом, стабілізаторами, барвниками та іншими добав-
ками, після чого пропускають крізь систему вальців, що підігріва-
ють матеріал та надають йому потрібної текстури.
Достатня стабільність якості матеріалів із відходів дозволяє сис-
тематично використовувати їх для отримання певних пластмасових
виробів. Так, із відходів поліетилену високого тиску виготовляють
труби, прокладки, плівки, ущільнюючі профілі. Відходи поліетилену
низького тиску, який отримують методом лиття, перероблюють у
елементи будівельних конструкцій (опалубки), а поліпропіленові
відходи — у сантехнічні деталі, ручки для столярних виробів.
Утилізація полімерних відходів можлива також без попередньо-
го їх розподілу. Це робить процес утилізації більш дешевим, однак
фізико-механічні властивості виробів, отриманих таким чином, зна-
чно нижчі.
Широкого розповсюдження набув метод багатокомпонентного
лиття, який передбачає використання відходів для отримання бага-
тошарових полімерних матеріалів. Зовнішній шар — це, як правило,
товарні пластмаси високої якості, стабілізовані, певного кольору, що
мають високі естетичні властивості. До внутрішнього шару не
пред’являють високих вимог ні за фізико-механічними показниками,
ні за зовнішнім виглядом. Матеріал може бути не стабілізованим і
не фарбованим. До складу такого шару часто включають такі дешеві
наповнювачі, як тальк, сульфат барію, скляні і керамічні кульки,
спінюючий агент. Такий склад внутрішнього шару дозволяє значно
знизити вартість виробу і утилізувати відходи.
Спалювання відходів пластмас є одним із способів їх утиліза-
ції. Велика кількість пластмас у вигляді відходів може потрапляти у
547
побутові відходи, але спільне спалювання таких відходів на сміттє-
спалювальних заводах не допускається, щоб запобігти забрудненню
повітряного басейну.
Останнім часом при утилізації та обробці відходів пластмас все
більше використовують термічні методи. Це доцільно, якщо відхо-
ди не знаходять практичного застосування і не можуть бути утилі-
зовані шляхом переробки у вироби.
Піроліз пластмас набуває все більшого розповсюдження в краї-
нах із розвинутою промисловістю.
У процесі піролізу пластмас найчастіше застосовують безпосе-
реднє нагрівання, що забезпечує високий коефіцієнт теплопередачі,
збільшує продуктивність установок і знижує капіталовкладення в їх
будівництво та експлуатацію порівняно зі способами непрямого на-
грівання. Для реалізації способів безпосереднього нагрівання засто-
совують обертові печі, вертикальні реактори шахтного типу, систе-
ми із псевдозрідженим шаром тощо.
Так, наприклад, для спалювання відходів, здатних плавитися
(термопластів), розроблена спеціальна конструкція печі (рис. 12.12),
що суттєво відрізняється від звичайних обертових та інших видів
конструкцій, у яких термопласти схильні до грудкування, налипання,
що призводить до унеможливлення або погіршення роботи агрегату.
З метою поліпшення умов горіння пластмасових відходів та
зниження теплоти спалювання іноді їх попередньо брикетують.
Термічне знешкодження пластмас методом спалювання доцільно
використовувати тільки у тих випадках, коли є надійні апарати
очищення газів після спалювання, а також коли не можуть бути за-
стосовані більш раціональні методи регенерації, що передбачають
повторну переробку.
Спеціальні типи полімерів із регульованим терміном експлу-
атації використовують у країнах із розвиненою промисловістю для
скорочення тривалості утилізації відходів пластмас, оскільки відходи
полімерних матеріалів, які дуже повільно розкладаються у звичайних
умовах, є джерелом забруднення навколишнього середовища.
Такими є фото- чи біодеструкційні полімери, які під дією світла,
теплоти, повітря і мікроорганізмів у ґрунті розкладаються до низь-
комолекулярних продуктів та асимілюються у ньому, включаючись
таким чином у замкнений біологічний цикл. Особливістю цих полі-
мерів є спроможність зберігати необхідні споживчі властивості
впродовж усього періоду експлуатації і лише після нього зазнавати
фізико-хімічних та біологічних перетворень, які призводять до де-
струкції і руйнування.
548
Наприклад, під дією ультрафіолетового випромінювання у шту-
чних чи природних умовах фотодеструкційні полімерні матеріали
спочатку розтріскуються, потім розсипаються на шматки різних роз-
мірів, а в подальшому перетворюються у порошок.
Інший спосіб створення полімерів, які здатні розкладатися під
впливом мікроорганізмів, полягає у додаванні до полімерної матри-
ці речовин, які самі легко руйнуються та засвоюються мікроорганіз-
мами.
Крім того, існує спосіб створення біорозкладальних полімерів
здаванням до їх складу спеціальних штамів мікроорганізмів, здатних
руйнувати полімери за рахунок засвоєння їх елементів.
Використання пластмасових відходів як добавок — це ще один
із способів їх утилізації. Наприклад, використання відходів поліоле-
фінів у композиціях із бітумом є одним із ефективних напрямків,
який дозволяє модифікувати властивості асфальтових дорожніх по-
криттів, підвищуючи їх міцність, водо- та зносостійкість. Крім того,
відходи пластмас використовують у композиціях із багатьма тради-
ційними будівельними матеріалами для виробництва звукоізоляцій-
них плит та панелей, герметиків, труб, нетканих синтетичних мате-
ріалів тощо.
Список літератури до розділу 11
1. Брьік М. Т. Деструкция наполненньїх полимеров. — М.: Хи-
мия, 1989. — 191 с.
2. Воробьев В. А. Основи технологии строительньїх материалов
из пластических масс. — М.: Вьісш. шк., 1965. — 324 с.
3. Воробьев В. А., Андрианов Р. А. Технология полимеров. —
М.: Вьісш. шк., 1971. — 360 с.
4. Гапль Л. Пластмассьі в строительстве. — М.: Стройиздат,
1969. —280 с.
5. Гігієна праці / А. М. Шевченко, О. П. Яворовський, Г. О. Гон-
чарук та ін. — К.: Інфотекс, 2000. — 607 с.
6. Губенко А. Б. Строительньїе конструкции с применением
пластмасс. — М.: Стройиздат, 1970. — 328 с.
7. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.:
Машиностроение, 1980. — 493 с.
8. Макотинский М. П., Мунц В. О., Черкинский Ю. С. Полимер-
ньіе материальї в строительстве. — М.: Стройиздат, 1959. —
132 с.
549
9. Михайлов К.В., Патуроев В.В., Крайс Р. Полимербетоньї и
конструкции на их основе. — М.: Стройиздат, 1989. — 302 с.
10. Новьіе материальї в технике / Е.Б. Тростянская, Б.А. Колаче-
ва, С.И. Сильвестрович и др. — М.: Химия, 1964. — 656 с.
11. Основи виробництва стінових та оздоблювальних матеріалів:
Підручник / Рунова Р. Ф., Шейнич Л. О., Гелевера О. Г., Гоц
В. І. — К.: КЛУБА, 2002. — 365 с.
12. Повьішение долговечности промьішленньїх зданий и соору-
жений за счет применения полимербетонов. — М.: НИИЖБа,
1978. —230 с.
13. Применение полимерньїх материалов в качестве покритий /
С. В. Гекель, В. А. Бельїй, В. Я. Булгаков и др. — М.: Химия,
1968. —238 с.
14. Силиконовьіе композиционньїе материальї / В.И. Андрианов,
В.А. Баев, И.Ф. Бунькин и др. — М.: Стройиздат, 1990. —
223 с.
15. Соломатов В. И. Технология полимербетонов и армополи-
мербетонньїх изделий. — М.: Стройиздат, 1984. — 142 с.
16. Тараканов О.Г., Шамов К.В., Альперн В.Д. Наполненньїе пе-
нопластьі. — М.: Химия, 1989. — 216 с.
17. Ту гов И. И. Кострьїкина Г И. Химия и физика полимеров. —
М.: Химия, 1989. — 431 с.
18. Фрейдин А. С. Прочность и долговечность клеевьіх соедине-
ний. — М.: Химия, 1981. — 270 с.
19. Химия в производстве строительньїх материалов / Е. И. Ведь,
Г. М. Бакланов, Б. Ф. Жаров и др. — К.: Будівельник, 1968. —
194 с.
20. Хрулев В. М. Основи технологии полимерньїх строительньїх
материалов. — Минск: Вьісш. шк., 1975. — 303 с.
21. Шклет Н. Г. Сверхлегкие зффективньїе пенопластьі для гра-
жданского строительства. — Л.: Стройиздат, 1985. — 65 с.
22. Фрейдин А. С. Полимерньїе водяньїе клей. — М.: Химия,
1985. — 143 с.
550
Розділ 12
ЛАКОФАРБОВІ
МАТЕРІАЛИ
12.1. Особливості композиційної будови
лакофарбових матеріалів і покриттів
Лакофарбові матеріали, природні чи штучні, наносять у в’язко-
рідкому стані тонким шаром (60...500 мкм) на поверхню будівель-
них конструкцій та деталей (бетонних, дерев’яних, металевих тощо)
для утворення покриття з необхідними властивостями — захисними,
декоративними, спеціальними. Загальною ознакою всіх лакофарбо-
вих покриттів є ізоляція поверхні від зовнішніх впливів, надання їм
визначеного виду, кольору, фактури.
До лакофарбових матеріалів належать ґрунтовки, шпаклівки, фарби,
лаки, емалі. Для досягнення необхідної в’язко-рідкої консистенції
фарбової суміші без додаткової витрати зв’язуючої речовини засто-
совують розчинники або розріджувачі.
Лакофарбові суміші можна класифікувати як композиційні
матеріали, основними компонентами яких є зв’язуюча речовина —
матриця, а включення представлені пігментами та наповнюва-
чами.
Лакофарбові покриття (ДСТУ Б А. 1.1-45-95) — це покриття,
призначені для захисту матеріалів від шкідливих дій навколишнього
середовища та досягнення певного декоративного ефекту. Власти-
вості лакофарбових покриттів залежать не тільки від виду та якості
застосованих матеріалів, але й від таких факторів, як спосіб підгото-
вки покриття до фарбування, дотримання технологічного режиму
фарбування та сушіння.
До сучасних лакофарбових покриттів ставляться вимоги, які
умовно можна поділити на:
- експлуатаційні (світлостійкість, кольоростійкість, стійкість до
механічних дій, хімічна та біологічна стійкість, атмосферостійкість);
551
- технологічні (покривна здатність, або витрата матеріалу на 1 м2
поверхні, швидкість висихання і екологічність, у тому числі безпеч-
ність для здоров’я людини та навколишнього середовища під час
виробництва матеріалів і їх застосування);
- декоративні (фактура та структура покриття; колір, глянсува-
тість, тобто здатність відбивати світло);
-спеціальні (термостійкість, електроізоляційність, стійкість до
рентгенівського випромінювання, стійкість до дії хімікатів, бакте-
рицидність).
Отримання фарбових покриттів — це технологічний процес,
що передбачає виконання відповідних операцій: підготовку поверх-
ні, що фарбується (ґрунтування, шпаклювання), нанесення фарбових
шарів та сушіння. Ґрунтувальний шар (звичайно наносять у рідкому
стані для кращого всмоктування основою) призначений для змен-
шення відсмоктуючої здатності поверхні будівельної конструкції, а
також для поліпшення зчеплення основного покриття з підкладкою.
Шпаклювальний шар (зазвичай у вигляді густих паст, які мають ви-
соку тріщиностійкість) призначений для вирівнювання поверхні і
усунення її дефектів. Фарбове покриття наносять в декілька шарів
після ґрунтування та шпаклювання. Ґрунтовка, шпаклівка і фарбова
суміш утворюють багатошарове покриття (рис. 12.1), яке можна
розглядати як єдиний композиційний матеріал або систему.
Оскільки поверхня з лакофарбовим шаром є складною і багато-
компонентною, найважливішим є питання сполучення шарів по-
криття між собою. Провідні виробники в цій галузі пропонують
комплекс матеріалів, відомих як «системи лакофарбового покрит-
тя», які складаються з усіх необхідних компонентів для підготовки й
оздоблення поверхні.
Рис. 12.1. Схема послідовного нанесення
шарів лакофарбового покриття:
1 — пориста підкладка (наприклад, бетон); 2 —
ґрунтувальний шар; 3 — шпаклювальний шар;
4 — кілька шарів лакофарбового покриття; 5 —
верхній шар, що контактує з навколишнім се-
редовищем (наприклад, лаковий)
552
Сучасний ринок лакофарбових матеріалів не обмежується про-
позиціями простих фарб, емалей та лаків. На ньому широко пред-
ставлені матеріали для створення декоративних покриттів, які можуть
імітувати природне каміння, деревину, тканини, метали, створювати
покриття «під старовину» або покриття зі спеціальними ефектами,
аналогів яким немає у природі, наприклад, покриття, які змінюють
колір залежно від кута зору і рівня освітлення, а також спеціальні
люмінесцентні, які здатні накопичувати енергію від штучного або
природного джерела, а потім світитися в темряві.
Застосування сучасних лакофарбових матеріалів у поєднанні з
різноманітними технологіями їх нанесення дозволяє зробити кож-
ний фасад та інтер’єр будівлі унікальним, передати практично будь-
яку дизайнерську ідею, перетворити поверхню фасаду, внутрішньої
стіни або стелі у витвір мистецтва. Разом із тим використання су-
часних лакофарбових матеріалів для утворення захисних і спеціаль-
них покриттів дозволяє підвищити довговічність будівельних конст-
рукцій та споруд.
12.2. Класифікація лакофарбових матеріалів
Лакофарбові матеріали класифікують за основними та додатко-
вими ознаками.
Класифікація за основними ознаками передбачає врахування
їх складу і експлуатаційних характеристик.
За складом (типом плівкотвірних речовин) лакофарбові матеріа-
ли поділяють на: полімерні, олійні (масляні), вапняні, цементні, си-
лікатні, клейові тощо.
За експлуатаційними характеристиками покриття класифіку-
ють для визначення раціональних галузей їх застосування. За при-
значенням лакофарбові матеріали поділяють на спеціальні та мате-
ріали для зовнішнього і внутрішнього застосування.
Класифікація лакофарбових матеріалів та позначення груп з ура-
хуванням умов експлуатації наведені в табл. 12.1. Ґрунтовки і шпак-
лівки позначаються відповідно «0» та «00».
Класифікація покриттів за додатковими ознаками передбачає
поділ:
• за видом використаного розчинника або розріджувача (напри-
клад, води або летких органічних речовин);
• за прозорістю утворених плівок — на прозорі (лаки, оліфи) та
непрозорі (фарби, емалі, ґрунтовки);
553
• за наявністю пігментів — пігментовані, непігментовані;
• за блиском — глянсові, напівглянсові, напівматові, глибоко
матові;
• за умовами сушіння — холодні і гарячі;
• за послідовністю нанесення шарів і типом покриття — про-
сочувальні, ґрунтувальні, проміжні, покривні;
• за консистенцією — рідкі, в’язкі, пастоподібні.
Класифікація лакофарбових матеріалів
за умовами експлуатації
Таблиця 12.1
Групи лакофарбових матеріалів Позначення груп Умови експлуатації покриття
Атмосферостійкі (для зовнішніх робіт) 1 Покриття стійкі до різних кліматичних змін, експлуатуються на відкритих май- данчиках
Обмежено атмосферостійкі (для внутрішніх робіт) 2 Покриття, які експлуатуються під наві- сом та в середині неопалюваних примі- щень
Захисні, консерваційні 3 Покриття для тимчасового захисту по- фарбованої поверхні виробів під час їх виробництва, транспортування і збері- гання
Водостійкі 4 Покриття, стійкі до дії прісної води та її парів, а також морської води
Спеціальні 5 Покриття, стійкі до дії рентгенівських та інших випромінювань, для просочуван- ня тканин, фарбування шкіри, гуми, пластмас, світні та ін.
Маслобензостійкі 6 Покриття, стійкі до дії мінеральних ма- сел та консистентних мастил, бензину, гасу та інших нафтопродуктів
Хімічно стійкі 7 Покриття, стійкі до дії кислот, лугів та інших хімічних реагентів або їхніх парів
Термостійкі 8 Покриття, стійкі до дії високої темпера- тури
Електроізоляційні та елект- ропровідні 9 Покриття, стійкі до впливу електрично- го струму, поверхневих електричних розрядів
554
Маркування фарбових матеріалів (ГОСТ 24404) виконується з
позначенням виду, природи плівкотвірного компонента та їх при-
значення. З цією метою для маркування використовується система
позначень із літер і цифр, яка складається з п’яти груп знаків для пі-
гментованих матеріалів (емалей, фарб, ґрунтовок, шпатлівок) та чо-
тирьох груп знаків — для непігментованих (лаків).
Перша група знаків — це вид лакофарбового покриття (подаєть-
ся у вигляді слова — лак, фарба, емаль, ґрунтовка, шпаклівка).
Друга група знаків — це вид матеріалу за хімічним складом (по-
дається у вигляді абревіатури):
на основі поліконденсаційних полімерів: УР — поліуретанові,
АУ — алкідноуретанові, КО — кремнієорганічні, ГФ — гліфталеві,
ПФ — пентафталеві, МО — меламінові, МЧ — сечовинні (карбамі-
дні), ФЛ — фенольні, ЕП — епоксидні;
на основі полімеризаційних полімерів: АК — полі акрилатні,
ВА — полівінілацетатні, ВС — на основі сополімерів вінілацетату,
КЧ — каучукові, НП — нафтополімерні, ФП — фторопластові, ХВ —
перхлорвінілові, ХС — на основі сополімерів вінілхлориду;
на основі органічних в’яжучих речовин : БТ — бітумні, КФ -
каніфольні, МА — масляні, ШЛ — шеллачні та ін.;
на основі ефірів целюлози: АЦ — ацетилцелюлозні, НЦ — ніт-
роцелюлозні, ЕЦ -етилцелюлозні й ін.
Для деяких матеріалів між 1 та 2 групами вводять додаткові по-
значення з літерами: Б — без леткого розчинника, В — водорозбав-
лювальні, ВД — воднодисперсійні, ОД — органодисперсійні, П —
порошкові.
Третя група вказує на переважаючі умови експлуатації і призна-
чення лакофарбового матеріалу (позначається цифрами від 1 до 9)
(табл. 12.1).
Четверта група — реєстраційний номер фарби. Для масляних
(олійних) фарб замість порядкового номера ставлять цифру, яка від-
повідає виду оліфи, що є основою для цієї фарби: 1 — натуральна
оліфа, 2 — оліфа оксоль, 3 — гліфталева, 5 — комбінована.
П'ята група відповідає кольору лакофарбового матеріалу —
емалі, фарби, ґрунтовки, шпаклівки. Позначається повним словом,
наприклад, сіро-біла, блакитна та ін.
В деяких випадках для уточнення специфічних властивостей ла-
кофарбового покриття після порядкового номера ставлять літерний
індекс, наприклад В — високов’язкий, М — матовий, Н — із напов-
нювачем, ПМ — напівматовий, ПГ — низької горючості.
555
Приклади позначення: Емаль ХВ-16 сіро-біла — перхлорвінілова
емаль (ХВ) для атмосферостійких покриттів (1), реєстраційний но-
мер (6), колір — сіро-білий.
За реологічними характеристиками лакофарбові матеріали нале-
жать до структурованих систем. Сильно структуровані фарби мо-
жуть бути нанесені тільки розпиленням, пензлем, валковим спосо-
бом, але не методом занурення або поливання. Кожному способу
нанесення фарби відповідає оптимальна в’язкість, при якій не вини-
кають дефекти поверхонь покриттів.
Зауважимо, що тільки деякі виробники СНД дотримуються ви-
щенаведеної класифікації. Імпортні лакофарбові матеріали найчас-
тіше мають власне ім’я, наприклад Луя чи Гармонія, а призначення і
властивості матеріалу наведені на етикетці продукту або в каталозі
виробника.
Відрізняється від вітчизняних технологій і європейська техноло-
гія отримання кольорових лакофарбових покриттів. Вітчизняні ви-
робники виготовляють фарби і емалі, які мають визначений колір. У
свою чергу, європейські виробники для отримання кольорових ема-
лей і фарб застосовують, в основному, два базиси А і С та проміж-
ний В. Базис А — біла базова емаль (фарба), на основі якої отри-
мують емалі пастельних тонів. Базис В — не є винятково білою
емаллю, на її основі отримують кольори середньої насиченості. Ба-
зис С подібний до базису А тільки без білого пігменту, на його ос-
нові одержують інтенсивно забарвлені емалі. Застосування різних
базисів дозволяє приготувати більш ніж 7000 кольорових фарбових
матеріалів.
12.3. Характеристика основних
компонентів лакофарбових матеріалів
Із кожним роком до лакофарбових матеріалів і покриттів на їх
основі підвищуються вимоги, що пов’язано з розвитком нових тех-
нологій та формуванням сучасних естетичних поглядів у спожива-
чів. Це стосується не тільки захисних, але й декоративних покриттів,
властивості яких визначаються фізико-хімічними показниками всіх
компонентів лакофарбових матеріалів, плівкоутворювача та пігменту.
Основними компонентами для приготування лакофарбових ма-
теріалів є плівкотвірні (зв’язуючі) речовини, пігменти і наповнювачі
(для надання визначених властивостей), розчинники, розріджувачі
та цільові добавки. Змінити властивості покриттів можна шляхом
556
хімічної модифікації або застосуванням іншого (як правило, більш
дорогого) плівкоутворювача, що зумовлює і заміну інших компонен-
тів у композиції. Більш простим і ефективним є регулювання влас-
тивостей лакофарбових матеріалів за рахунок використання різних
добавок, які додають у невеликий кількості (від 0,02 до 3...5% зале-
жно від призначення), їх часто називають адитивами, інколи —
«малими добавками» або «функціональними».
Адитиви — технологічні добавки, які інтенсифікують процеси
диспергування пігментів, твердіння, змочування підкладки, усунен-
ня поверхневих дефектів на стадіях виготовлення, транспортування,
зберігання фарб і формування покриття. До адитивів належать си-
кативи, диспергатори пігментів, емульгатори, піногасники та ін.
Наприклад, стійкість фарби до появи плісняви у вологих приміщен-
нях підвищується при додаванні фунгіцидних та альгіцидних доба-
вок, а стійкість лаку до дії сонячних променів — спеціальних ульт-
рафіолетових фільтрів. Як правило, до складу фарби може входити
до сорока компонентів, причому адитиви часто становлять основну
частину «кпо\у-Ьо\¥» фірм-продуцентів лакофарбових матеріалів.
Від того, наскільки якісно підібрані і змішані компоненти, залежить
якість продукту.
Плівкотвірні (зв’язуючі) речовини призначені для забезпечен-
ня зчеплення між собою частинок пігменту, наповнювача і створен-
ня захисно-декоративної плівки з високими адгезійними властивос-
тями до поверхні будівельного матеріалу. Від якості зв’язуючої
речовини залежать технологічні і експлуатаційні властивості, а го-
ловне — довговічність лакофарбового покриття.
Зв’язуючими речовинами у фарбових сумішах можуть бути при-
родні та штучні плівкоутворювачі. До природних плівкоутворювачів
можна віднести природні олії, які піддаються спеціальній обробці
(оліфи), смоли природного походження (бурштин, каніфоль), бітуми
і асфальти, речовини тваринного походження (казеїн, міздрю), спе-
ціально оброблену целюлозу.
До штучних плівкоутворювачів належать полімери (в полімер-
них фарбах, лаках, емалях); неорганічні в’яжучі речовини (в цемен-
тних, вапняних, цементно-вапняних та силікатних фарбах). Мінера-
льні (неорганічні) в’яжучі речовини (вапно, цемент) розглянуто в
главі 6 (розділи 6.3, 6.4).
Полімерні зв ’язуючі речовини — полімеризаційні і поліконденса-
ційні — використовують у складі фарбових сумішей та лаків разом
із розчинником (водою або органічною речовиною), а також у поєд-
нанні з оліфою або цементом (полімерцементні фарби).
557
Класифікація полімерних плівкотвірних речовин може бути
здійснена за такими ознаками:
- за видом сировини — природні плівкотвірні речовини і продук-
ти їх переробки, синтетичні плівкотвірні речовини та продукти їх
переробки;
- за молекулярною масою — олігомери (молекулярна маса
100... 10000) і полімери (з молекулярною масою більше 10000);
- за будовою — лінійні, розгалужені і тривимірні (зшиті);
- за хімічним складом — гомополімери та сополімери;
- за здатністю до хімічних перетворень — термопластичні (не
перетворюються) та термореактивні (перетворюються).
Використання синтетичних полімерів значно скорочує витрату
рослинних олій і природних смол на виробництво фарбових сумі-
шей, розширює асортимент виготовлення нових видів довговічних
та економічних фарбових сумішей. Це також дозволяє розширити
номенклатуру лакофарбових матеріалів, поліпшити їх властивості.
Синтетичні зв’язуючі застосовують для отримання лаків, емалей,
пастоподібних композицій і воднодисперсійних фарб.
Оліфи використовують як окремий вид матеріалу (часто з дода-
ванням розчинників та сикативів) для ґрунтування та обробки де-
рев’яних й інших пористих поверхонь перед фарбуванням, але най-
частіше — для виготовлення олійних фарб. Оліфи отримують
переробкою рослинних олій (лляної, конопляної, тунгової) шляхом
спеціальної обробки (окисненням або тривалим прогріванням при
високих температурах). Оліфа здатна «висихати» (твердіти) за раху-
нок окиснення киснем повітря з утворенням м’яких еластичних плі-
вок, які мають невисокі механічні і захисні властивості.
Час висихання (утворення покриття) залежить від виду оліфи та
умов твердіння. Для прискорення цього процесу до композицій до-
дають сикативи (прискорювачі сушіння) в кількості 2...4%.
Для характеристики й оцінки якості оліф визначають їх в 'язкість,
колір, число омилення, кількість сикативу і розчинника, швидкість
висихання, еластичність плівки тощо.
Розрізняють такі групи оліф: натуральні, напівнатуральні (ущі-
льнені) та штучні (синтетичні).
Натуральні оліфи — це продукти нагрівання до 16О...ЗОО°С (ва-
ріння) рослинних олій при безперервному перемішуванні і проду-
ванні крізь них повітря.
Покриття, отримане після висихання натуральних оліф, має під-
вищену (порівняно з іншими видами оліф) водостійкість, еластич-
ність, глянсуватість та атмосферостійкість.
558
Натуральні оліфи застосовують у будівництві для одержання ви-
сокоякісних фарбових речовин. Унаслідок дефіцитності сировини їх
використовують лише для фарбування металевих конструкцій, ві-
конних рам будівель, для деяких паст.
Напівнатуральні (ущільнені) оліфи — це в’язкі продукти варіння
(при температурі полімеризації ЗОО°С) деяких напіввисихаючих та
невисихаючих рослинних олій — соняшникової, соєвої, бавовняної.
Ущільнення олій при одержанні таких оліф досягається окисню-
вальною полімеризацією за допомогою продування крізь шар олії
повітря, нагрітого до 150°С. Одержані в’язкі полімеризовані оліфи
розбавляють до рідкої консистенції органічними розчинниками:
скипидаром, бензолом, уайт-спіритом тощо.
Напівнатуральні оліфи бувають таких видів: оліфа-оксоль, ок-
соль полімеризована, оксоль-суміш. Такі оліфи містять до 45% орга-
нічних розчинників і дозволяють економити натуральні олії. Оліфу-
оксоль використовують для зовнішніх та внутрішніх малярних ро-
біт, а також для розведення густотертих фарб, що використовуються
для зовнішніх і внутрішніх малярних робіт, за винятком фарбування
підлоги. Плівки затверділих напівнатуральних оліф мають меншу
(порівняно з плівками натуральних оліф) еластичність та швидше
старіють.
Комбіновані оліфи — гліфталева, пентафталева, перхлорвінілова
тощо — містять до 30% розчинника. Застосовують їх для розведен-
ня густотертих фарб для внутрішніх і зовнішніх покриттів де-
рев’яних (крім підлог), металевих та оштукатурених поверхонь.
Штучні (синтетичні) оліфи — це плівкотвірні речовини, одер-
жані з нехарчових продуктів й такі, що, на відміну від натуральних
та напівнатуральних оліф, не містять рослинних олій або можуть їх
мати не більш як 3% за масою.
Найбільше застосовування у будівництві мають алкідні оліфи:
гліфталева ГФ-166, пентафталева ПФ-283, які складаються з 50%
алкідної основи й 50% уайт-спіриту, використовують також оліфи
синтолову, сланцеву, кумароно-інденову, оліфу карбоноль, нафте-
ноль, лаколь, абієтоль, солеві оліфи тощо.
Гліфталева оліфа є розчином гліфталевого полімеру в уайт-
спіриті з додаванням до 35% розчинних солей (продукт нагрівання
лляної олії, фталевого ангідриду і гліцерину).
Клеї на основі природної або штучної сировини використовують
як зв’язуючі речовини.
Клеї тваринні — міздровий, кістковий, казеїновий. Міздровий
одержують розварюванням у воді міздрі (шкіряних покривів тварин)
559
із наступним згущенням та сушінням розчину. Кістковий клей —
продукт переробки клеючої речовини, що одержують із знежирених
кісток тварин. Казеїновий клей — порошкоподібна суміш, що скла-
дається з казеїну, гашеного вапна, деяких мінеральних солей і гасу.
Для приготування фарб на казеїнових клеях треба використовувати
лише лугостійкі пігменти.
Клеї рослинні (декстрини) одержують обробкою крохмалю кис-
лотою чи нагріванням при 150...200°С. Декстриновий клей широко
застосовують у фарбових речовинах, у складі шпаклівок, ґрунтовок.
Клеї штучні (полімерні) — розчини модифікованих природних
полімерів у воді. У водно-клейових фарбових сумішах найчастіше
вони використовуються у вигляді карбоксиметилцелюлози та ме-
тилцелюлози. Карбоксиметилцелюлоза — продукт хімічної перероб-
ки деревної целюлози, здатний набухати і розчинятися у воді. Ці
клеї мають високу адгезійну здатність. Більшість їх застосовується
для склеювання конструктивних елементів із деревини, бетону, ста-
лі, скла та інших матеріалів. Деякі з них (наприклад, полівінілацета-
тна дисперсія — продукт полімеризації вінілового спирту й ацетату
у водному середовищі в присутності ініціюючих добавок) застосо-
вуються при отриманні воднодисперсійних фарбових сумішей.
Пігментами називають тонкодисперні порошки, нерозчинні у
зв’язуючій речовині і розчиннику, які здатні брати участь в утво-
ренні непрозорого покриття, надавати йому не тільки різних кольо-
рів і відтінків, але й підвищувати міцність та довговічність. Пігмент,
який одночасно є і наповнювачем, замінює частину об’єму лакофар-
бової суміші мінеральним стійким матеріалом із розвинутою повер-
хнею, що сприяє ослабленню напружень, які виникають унаслідок
значної усадки полімеру.
Пігмент зменшує швидкість деструктивних процесів у покрит-
тях, які виникають під дією теплоти і світла, підвищує їх непроник-
ність, а також непроникність грунтовок (до яких пігменти додають у
кількості 50...70% від маси зв’язуючої речовини), покращує стій-
кість до дії води, антикорозійну і хімічну стійкість. При додаванні
пігменту до складу лакофарбової суміші відбувається заміна суціль-
ного товстого шару полімерного матеріалу тонкими прошарками
між окремими частинками пігмента-наповнювача, що підвищує
стійкість покриття до зовнішніх впливів, збільшує його міцність,
зменшує усадку, а тому й усадочні напруження, в плівці покриття.
Пігменти за походженням поділяють на неорганічні (мінеральні)
і органічні, за способом отримання — природні і штучні. Найбільш
широко розповсюджені в лакофарбовій промисловості неорганічні
560
пігменти, які отримані хімічною обробкою руд, металів і мінералів
(синтетичні) і «земляні» пігменти (природні) — сурик залізний, вох-
ра. Отримання природних мінеральних пігментів передбачає механі-
чну обробку природних матеріалів: помел, просіювання або відму-
лювання. Штучні мінеральні пігменти отримують термічною або
хімічною обробкою мінеральної сировини. Прикладами останніх є
вохра, умбра, цинкові, свинцеві, титанові білила, сіркові білила (лі-
топон).
Органічні пігменти (барвники) мають високу барвну та покрив-
ну здатність, вирізняються чистим та яскравим кольором, характе-
ризуються світло- та атмосферостійкістю, але недостатньою луго-
стійкістю. У фарбових сумішах використовують чорні пігменти
(нігрозин), сині (індантрен), червоні (літоль-шарлах), фталоціаніно-
вий блакитний і зелений та інші.
Вибір того чи іншого пігменту зумовлюється, насамперед, при-
значенням фарбового покриття та вартістю фарбової речовини. При
цьому враховують колір, світло- та атмосферостійкість, стійкість до
дії зв’язуючих, масломісткість, луго- і кислотостійкість, стійкість
проти сірководню та інших хімічних сполук, а також екологічні фак-
тори, в тому числі токсичність. Пігменти, до складу яких входять
сполуки плюмбуму (свинцеві білила, свинцевий сурик тощо), токси-
чні і потребують додержання спеціальних правил охорони праці, але
й вони іноді можуть бути застосовані при отриманні високоякісних
антикорозійних покриттів.
Поряд із традиційними сухими пігментами застосовують пігмен-
ти у вигляді паст-концентратів, емульсій і мікрокапсул.
На цей час для неорганічних пігментів прийнята подвійна кла-
сифікація, в основу якої покладено дві ознаки: колір та хімічний
склад. За кольоровою ознакою пігменти поділяють на дві групи: ах-
роматичні (білі, чорні, сірі) і хроматичні (кольорові). Останні поді-
ляють на дві підгрупи: жовті, оранжеві, червоні та коричневі; зелені,
сині і фіолетові. Основними вважаються пігменти червоного, синього
та жовтого кольорів. Решту кольорів, крім білого, можна одержати,
змішуючи їх між собою в різних пропорціях. Наприклад, зелений ко-
лір отримують змішуванням синього і жовтого пігментів, фіолетовий —
червоного та синього, оранжевий — червоного і жовтого тощо.
За хімічним складом пігменти поділяють на такі класи сполук:
- елементи — технічний карбон, черні, металеві пігменти (цин-
ковий пил, алюмінієва пудра та ін.);
- оксиди — пігментний диоксид титану, цинкові білила, залізо-
оксидні пігменти, хромооксидні пігменти, сурик свинцевий й ін.;
561
- солі — карбонати (свинцеві білила), хромати (свинцеві та цин-
кові крона, свинцево-молібдатні крона та ін.), сульфіди (літопон, ка-
дмієві пігменти), фосфати (фосфати кобальту, хрому), комплексні
солі (залізна лазур), алюмосилікати (ультрамарин) та ін.
Властивості пігментів оцінюють барвною здатністю (інтенсивні-
стю), покривною здатністю (покривністю), оліємісткістю, здатністю
до диспергування, термостійкістю, хімічною стійкістю, атмосферо-
стійкістю, антикорозійною стійкістю.
Здатність пігментів при змішуванні з іншими речовинами надава-
ти їм свого забарвлення називають барвною здатністю, або інтенси-
вністю. Її визначають розбілюванням, тобто змішуванням пігментів із
постійно зростаючою дозою крейди (для водних) або білил (для олій-
них сумішей) та порівняльною оцінкою одержаних забарвлень.
Покривність, або покривна здатність — це доза пігменту, яка
необхідна для повного зафарбування нанесеної раніше на поверхню
шару контрастної фарби. Пігменти низької інтенсивності можуть
відрізнятися високою покривністю.
Оліємісткість — це здатність пігменту утримувати визначену
кількість масла. Властивість ця визначається кількістю масла (в % за
масою), яке необхідно додавати до пігменту для одержання фарбо-
вої пасти. Чим менше олії (оліфи) потребує пігмент для одержання
фарбової пасти, тим вища стійкість барвного покриття та більша по-
кривна здатність пігменту.
Диспергованість — це властивість пігменту подрібнюватися і
розподілятися в дисперсному середовищі під впливом механічної
дії. Чим менші частинки пігменту, тим вища його покривність та ба-
рвна здатність. Проте розміри частинок пігменту не повинні бути
більшими за товщину плівки фарбового покриття для запобігання
виникненню шорсткості та нерівностей. Полідисперсний склад піг-
менту дозволяє отримати щільне покриття при мінімальній витраті
зв’язуючої речовини.
Хімічна стійкість — це здатність пігменту не змінювати почат-
кового кольору під впливом лугів і кислот.
Атмосферостійкість — це властивість пігменту, не змінюючи
кольору, протистояти дії атмосферних факторів: кисню повітря, сір-
чистих та інших газів, а також навперемінному заморожуванню і
відтаванню, зволоженню та висиханню.
Термостійкість — це властивість пігменту зберігати свій колір
при нагріванні.
Вогнестійкість — це властивість пігменту не руйнуватися та не
змінювати свого кольору під дією високих температур.
562
Антикорозійна стійкість — це здатність пігменту захищати від
іржавіння чорні метали.
З метою економії пігментів та надання фарбам підвищеної кис-
лото- та вогнестійкості до їхнього складу вводять наповнювачі —
тонкодисперсні неорганічні речовини (часто білого кольору).
До білих пігментів належать крейда, вапно, цинкові, свинцеві,
титанові білила, літопон.
Крейду як пігмент і наповнювач використовують для розбілю-
вання кольорових фарбових речовин, її застосовують також для ви-
готовлення клейових та силікатних фарб. Для олійних фарб крейду
не використовують, оскільки в суміші з оліфою утворюються плівки
із жовтим відтінком. Вапно повітряне використовується для побілу
фасадів промислових і громадських споруд.
Серед штучних пігментів дефіцитними є білі пігменти. На цей
час широко розповсюдженим серед білих пігментів (білил) є оксид
титану завдяки унікальним властивостям, стійкості та екологічності.
Застосовують також літопонові і цинкові білила.
Титанові білила (ТіО2) мають високу покривність (50...70 г/м2),
стійкі до дії кислот, лугів і підвищених температур, не токсичні, їх
широко застосовують при виготовленні фарб, емалей для зовнішніх
та внутрішніх опоряджувальних робіт.
Цинкове білило (оксид цинку ХпО з невеликою кількістю доба-
вок) виготовляють із цинкових руд або металевого цинку, причому
вміст оксиду цинку повинен бути не менше ніж 92%, покривна зда-
тність — у межах 100...ПО г/м2, вони не отруйні, але характеризу-
ються недостатньо високою атмосферостійкістю, тому використо-
вуються для внутрішніх робіт при фарбуванні деревини, металу та
штукатурки, а також при виготовленні емалей.
Літопон — суміш сульфіду цинку (7п8) і сульфіту барію
(Ва8О4), покривність їх не більша за 110 г/м2. Під впливом світла лі-
топонові білила жовтішають, а тому їх застосовують у суміші з бла-
китними пігментами. Літопон використовують при виготовленні
фарб та емалей для внутрішнього фарбування.
Свинцеві білила (карбонат плюмбуму) мають високу покрив-
ність, атмосферостійкі, застосовуються у фарбах для зовнішніх фар-
бувань металевих конструкцій. Використання їх у будівництві об-
межене через токсичність.
Чорні пігменти — це сажа, перекис мангану та графіт. Сажа
має високу барвну здатність і покривність, стійка щодо дії лугів та
кислот. Перекис мангану (піролюзит) МпО2 отримують із марганце-
вої руди. Графіт (С) містить 70...94% вуглецю, є стійким до дії ви-
563
соких температур, кислот, використовується для виготовлення олій-
них фарбових сумішей.
Червоні пігменти — це залізний та свинцевий сурик, крон чер-
воний, редоксайд, мумія природна та штучна. Залізний сурик випус-
кають у вигляді тонкого порошку оксиду феруму цегляно-червоного
кольору або інших відтінків залежно від співвідношення складових.
Свинцевий сурик (РЬ3О4) — пігмент червоно-оранжевого кольору,
світлостійкий, але токсичний. Застосовується в антикорозійних
олійних фарбових сумішах по металу та деревині. Крон червоний —
пігмент яскраво-червоного кольору, має підвищену світлостійкість
та високі антикорозійні властивості при фарбуванні металів. Редок-
сайд — пігмент, що містить оксиди заліза, має підвищену стійкість
до дії лужного середовища, використовується для фарбування по
деревині та штукатурці. Природна мумія — глина, забарвлена в чер-
воний колір різних відтінків оксидами заліза, вміст яких становить
20...70%, один із найдешевших пігментів; її використовують для
фарбування металів, деревини і штукатурки. Мумія штучна — суміш
випаленого сульфату кальцію (Са8О4) та оксиду заліза (Ре2О3) —
це світлостійкий пігмент із високою фарбувальною здатністю і ве-
ликою покривністю, його використовують для фарбування деревини
та штукатурки.
Жовті пігменти представлені, в основному, кронами — цинко-
вим і свинцевим, вохрою, бронзовим пилом. Цинкові крони, на від-
міну від свинцевих, більш світлостійкі, але мають значно меншу по-
кривну здатність. Уведені до складу антикорозійних фарб, вони
добре захищають металеві конструкції від дії атмосферних факторів
та деяких агресивних середовищ.
Свинцевий крон — це штучний пігмент, має колір від світло-
лимонного до темно-жовтого, токсичний. Завдяки високій покрив-
ній здатності (40... 190 г/м2) та антикорозійній стійкості крон широко
використовується в лакових і олійних фарбових сумішах по металу
та деревині.
Вохра — природний пігмент жовтого, коричневого та червоного
кольорів, який отримують із глин, які містять до 25 мас. % оксидів
заліза. Це найдешевші пігменти, їх широко застосовують для виго-
товлення фарб для зовнішнього і внутрішнього використання.
Бронзовий пил — порошок золотистого кольору, який застосо-
вують для декоративного фарбування.
Коричневий пігмент (умбра) — містить до 15% перекису ман-
гану і до 50% оксиду феруму, світло- і лугостійкий, застосовується в
масляних, емалевих та клейових фарбах.
564
Серед синіх пігментів найбільш поширеними є ультрамарин і
блакить.
Ультрамарин — штучний пігмент, який складається, в основно-
му, із алюмосилікату натрію ^азО-АЬОз-пЗіОг) та сірки в колоїд-
ному стані, він не розчинний у воді та органічних розчинниках, за-
стосовується в масляних, вапняних фарбах, а також для підфарбову-
вання білих фарб.
Блакить — інтенсивний штучний пігмент темно-синього кольо-
ру, використовується для приготування олійних і клейових фарб,
для відбілювання.
Серед зелених пігментів найбільш поширеними є зелень цинко-
ва, свинцева хромова, оксид хрому.
Цинкову зелень одержують, змішуючи крони, блакить та напов-
нювач сульфат барію (Ва8О4). Вона стійка до дії лугів, атмосферо-
стійка, має високі антикорозійні властивості, її використовують у
фарбових сумішах для робіт по металу та деревині, в клейових — по
штукатурці.
Зелень свинцева хромова — це механічна суміш жовтого крону із
блакиттю та наповнювачем. Цей пігмент має високу покривність,
барвну здатність та антикорозійні властивості, але руйнується в луж-
ному середовищі, тому він не придатний для фарбових сумішей по
штукатурці із цементного розчину.
Оксид хрому є стійким до дії лугів, кислот, підвищених температур.
Металеві пігменти застосовують у фарбових сумішах для де-
коративних робіт по металу. До них належать пудра алюмінієва та
золотиста. Пудра алюмінієва — тонкодисперсний, лускоподібний
порошок сріблястого кольору, добре відбиває сонячне проміння, по-
кривна здатність його становить 10 г/м2. Пудру додають до лаку для
надання декоративних та антикорозійних властивостей покриттю.
Наповнювачі — це тверді дисперсні неорганічні природні або
штучні речовини, які не розчиняються в розчинниках і плівкоутво-
рювачах. Вони використовуються для поліпшення малярно-техніч-
них властивостей лакофарбових матеріалів та підвищення експлуа-
таційних властивостей покриттів (міцності, атмосферостійкості,
кислотостійкості, вогнестійкості), а також для економії пігментів.
Наповнювачами можуть бути крейда, доломіт, каолін, слюда, тальк,
барит та ін. Високодисперсні порошки, до яких належать пігменти і
наповнювачі, отримують, в основному, двома методами — конден-
саційним (утворення із пересичених розчинів) і дисперсійним (ме-
ханічне подрібнення). Природні неорганічні наповнювачі отриму-
ють подрібненням, збагаченням, осадженням, термічною обробкою
565
гірських порід і окремих мінералів. Штучні неорганічні наповнюва-
чі отримують у результаті хімічних реакцій за досить складною тех-
нологією.
Наповнювачі є порошками з низькою покривною і фарбуваль-
ною здатністю, але здебільшого вони мають білий колір і таким чи-
ном можуть виконувати функцію пігменту. Наприклад, у складі вод-
них фарбувальних сумішей функції барвника та наповнювача
одночасно виконують крейда і вапно. Для економії білил у масляних
фарбах застосовують барит. Для масляних, силікатних, емульсійних
та деяких інших сумішей задля підвищення міцності як наповнювач
використовують тальк, а також мелені слюди, діабаз, андезит, важ-
кий шпат та інші матеріали.
Наповнювач — це цільова добавка, яка змінює властивості по-
криття. Наприклад, в разі застосування тальку, частинки якого ма-
ють плоску форму, покриття не тільки зміцнюється, але й підвищу-
ється його атмосферостійкість. Подрібнена слюда поліпшує термо-
стійкість, запобігає тріщиноутворенню плівки при високих темпера-
турах.
Для отримання декоративного покриття часто використовують
кольорові крупнозернисті наповнювачі — флокові частинки, чіпси,
природну кольорову кам’яну крихту або кварцовий пісок, а також
нерозчинні спеціально пігментовані частинки тощо.
Для надання пігменту і наповнювачам специфічних властивос-
тей вводять спеціальні добавки — поверхнево-активні речовини і
модифікатори поверхні. Поверхнево-активні речовини додають з
метою полегшення процесів диспергування пігментів (наповнюва-
чів) у плівкотвірних речовинах і забезпечення стабільності утворю-
ваних дисперсій (фарб). Як модифікатори використовують поліме-
ри, органічні поверхнево-активні речовини і деякі неорганічні спо-
луки (гідроксид алюмінію, оксиди кремнію, цинку, кальцію та ін.).
До спеціальних добавок належать також речовини, які вводять у
процесі синтезу пігменту для забезпечення його кристалізації у ви-
значеній кристалічної формі.
Розчинники — це рідини, які використовують для розчинення
плівкотвірних речовин, а також для розведення лакофарбових мате-
ріалів до робочої в’язкості перед нанесенням на поверхню. Вони
мають бути досить леткими, легко випаровуватися при висиханні
покриття.
Розчинниками можуть бути вода (для воднодисперсійних фарб)
та леткі органічні рідини, які випаровуються в процесі висихання.
Органічні розчинники (уайт-спірит, ацетон, ксилол) використовують
566
для масляних фарб і лаків, гліфталевих та бітумних речовин, епок-
сидних, перхлорвінілових і нітроцелюлозних лаків та фарб.
Нині єдиним органічним розчинником, який у всіх країнах світу
допускається застосовувати без обмежень, є уайт-спірит (очищений
гас). Фарби на органічних розчинниках утворюють поверхневу плі-
вку більш щільну і тому майже не «дихаючу», крім того, викорис-
тання органічних розчинників призводить до підвищення токсично-
сті та горючості фарби.
Для розчинення лакофарбових матеріалів при виробництві клеїв
і мастик використовують скипидар, уайт-спірит, ацетон, сольвент
та ін.
Скипидар — це продукт сухої перегонки смолистої деревини сос-
ни. Скипидар є розчинником середньої активності здебільшого для
натуральних смол. Застосовують його для розведення і розрідження
масляних та лакових фарб, у тому числі з метою утворення матових
масляних покриттів.
Уайт-спірит — продукт перегонки нафти. Застосовується для
розчинення масляних лаків і фарб, а також для очищення поверхонь
(змивання) затверділих плівок масляних лаків та фарбових сумішей.
Ацетон одержують сухою перегонкою деревини або іншими ме-
тодами синтезу. Це безбарвна, прозора летка рідина з характерним
запахом, змішується з водою та спиртом у різних співвідношеннях.
Він є розчинником багатьох органічних речовин, у тому числі жирів
та деяких синтетичних полімерів.
Етилацетат — це розчин ацетату в етиловому спирті, токсич-
ний і пожежонебезпечний, внаслідок чого має обмежене застосу-
вання.
Сольвент каш ’яновугільний — продукт коксохімічного виробни-
цтва, одержують у процесі ректифікації фракцій сирого бензолу, ви-
користовують для розведення перхлорвінілових, гліфталевих та бі-
тумних лаків і фарб у суміші з уайт-спіритом.
Розріджувачі (у вигляді води або органічної леткої рідини), на
відміну від розчинника, тільки зменшують в’язкість лакофарбової
суміші, вони призначені для розведення густотертих чи сухих міне-
ральних фарб. Кількість розріджувача для різних фарб не повинна
перевищувати 22...40%.
Сикативи — прискорювачі висихання (скорочують тривалість
утворення плівки) — це сполуки деяких металів (в основному, плю-
мбуму, мангану, кобальту, кальцію, феруму) з органічними кисло-
тами. Зазвичай такі солі розчиняються в органічних розчинниках.
Вони є каталізаторами процесу висихання оліф, лаків, емалей, фарб,
567
ґрунтовок та шпаклівок. Залежно від виду органічної кислоти, їх по-
діляють на нафтенати, резінати, талати.
Пластифікатори — це органічні продукти, які надають лакофар-
бовим покриттям (плівкам) необхідної еластичності, підвищеної
стійкості до дії світла, теплоти чи холоду. До них ставляться загаль-
ні вимоги: низька леткість, безбарвність, відсутність запаху, суміс-
ність з іншими компонентами, нейтральність.
12.4. Ґрунтовки, шпаклівки,
фарбові суміші, лаки й емалі
Ґрунтовки та шпаклівки використовують при нанесенні лако-
фарбових покриттів для підготовки поверхні під фарбування. Вони
мають відповідати видам фарбових сумішей.
Ґрунтовки — це суспензії пігментів або їх сумішей із наповню-
вачами в розчині плівкотвірної речовини, які після висихання утво-
рюють суцільну непрозору однорідну тверду плівку (покриття).
Ґрунтовки призначені для утворення нижнього захисного шару по-
криття, тому вони повинні мати високу адгезію до основи. У зв’язку
із цим при застосуванні вапняних фарб використовують вапняні, а
при силікатних — силікатні ґрунтовки, при нанесенні масляних та
інших безводних фарб рекомендується застосовувати ґрунтувальні
та шпаклювальні суміші на основі оліфи і синтетичних зв’язуючих.
Як ґрунтувальні суміші використовують: полівінілацетатну (яка
складається з дисперсії полівінілацетату та води); миловар (негаше-
не вапно, вода, господарське мило, оліфа); силікатну (рідинне скло,
крейда мелена); емульсійну (клей кістковий, луги; оліфа, вода); ла-
тексну (латекс, вода); а також суміш для прооліфлювання (оліфа
«оксоль», пігмент, розчинник).
До ґрунтовок, призначених для підготовки металевих поверхонь,
ставиться також вимога щодо високої корозійної стійкості. Напри-
клад, до складу ґрунтовок, які наносять на металеву поверхню, вхо-
дить ортофосфорна кислота, що сприяє утворенню фосфатів заліза.
Такі ґрунтовки одночасно з перетворенням іржі створюють на пове-
рхні полімерну плівку, яка надає корозійної стійкості всьому по-
криттю. За призначенням ґрунтовки для металевих поверхонь поді-
ляють на пасивувальні, ізоляційні, протекторні та перетворювачі іржі.
Шпаклівки — високонаповнені матеріали у вигляді в’язкої пас-
топодібної маси, що складається із суміші пігментів і наповнювачів,
диспергованих у плівкотвірній речовині. Шпаклівки містять підви-
568
щену кількість нелетких речовин, які забезпечують низьку усадку
при сушінні або твердінні; призначені для вирівнювання поверхні
основи — для заповнення нерівностей та виправлення її дефектів.
На поверхню їх наносять шпателем або фарборозпилювачем. Після
висихання поверхня шпаклівки повинна бути рівною й однорідною,
без тріщин та механічних включень.
Залежно від основного призначення шпаклівки поділяють на бу-
дівельні, універсальні (для вирівнювання дефектів різних повер-
хонь) і спеціальні (наприклад, для вирівнювання дефектів поверхонь
дерев’яних, деревностружкових та деревоволокнистих виробів).
Найбільш розповсюдженими є алкідні шпаклівки (ПФ, ГФ), їх
застосовують при зовнішніх і внутрішніх роботах у звичайних і спе-
ціальних умовах. Модифіковані алкідні шпаклівки утворюють по-
криття з високими декоративними та захисними властивостями, які
характеризуються підвищеною твердістю й атмосферостійкістю.
Вони є досить довговічними при експлуатації як у середині примі-
щень, так і ззовні. Алкідні шпаклівки зручно застосовувати для під-
готовки великорозмірних покриттів.
Нітроцелюлозні шпаклівки використовують для ремонту невели-
ких пошкоджень унаслідок їх швидкого висихання, але необхідно
враховувати, що вони містять підвищену кількість розчинника і то-
му дають усадку.
Епоксидні і поліефірні шпаклівки належать до безусадкових, во-
ни характеризуються високою якістю, але недоліком їх є двокомпо-
нентність при використанні, обмежена життєздатність після введен-
ня отверджувача та висока вартість. їх застосовують, в основному,
для вирівнювання металевих поверхонь.
Шпаклівки на основі водних дисперсій полімерів використовують
для будівельних робіт при вирівнюванні великорозмірних поверхонь.
Замазки — пастоподібні суміші, які застосовують при склінні
віконних хрестовин та при влаштуванні покрівлі з листової сталі.
До замазок спеціального призначення належать антикорозійні та
теплопровідні (при проведенні футерувальних робіт), а також замаз-
ки, що використовуються при влаштуванні хімічно стійких підлог,
штукатуренні будівельних конструкцій. Такі замазки часто є двоком-
понентними і складаються з розчину та порошку, які змішують пе-
ред вживанням.
Фарби — це суміші пігменту з наповнювачами і плівкотвірними
речовинами, які утворюють непрозорі однотонні покриття. Фарбові
суміші, залежно від використаних зв’язуючих речовин, поділяють
на мінеральні, масляні, полімерні, клейові.
569
Мінеральні фарби (на основі неорганічних в’яжучих речовин)
застосовують для фасадних захисно-декоративних покриттів при
нанесенні на оштукатурені фасади з керамічної та силікатної цегли,
бетону, керамзитобетону, газобетону, а також при проведенні рестав-
раційних і ремонтних робіт.
Мінеральні фарби, в основному, є порошковими та доводяться
до потрібної консистенції додаванням води. Слід відмітити, що
створення покриттів на основі фарб цієї групи може відбуватись
тільки при позитивних температурах навколишнього середовища.
Фарби одержують на основі природної мінеральної сировини, і
тому вони є екологічно чистими. На відміну від органічних фарб, які
виготовляють із використанням смол та олій, мінеральні фарби ма-
ють достатню паропроникність, що дозволяє запобігати зволоженню
(а тому й руйнуванню) стін, а також матеріалів, які застосовуються
для підготовки основи під фарбування. Завдяки цьому декоративне
покриття не деформується, а тривалість експлуатації будівель збіль-
шується. Мінеральні фарби часто є морозостійкими, а введення до їх
складу функціональних добавок (у тому числі синтетичних смол)
підвищує технологічні і будівельно-технічні властивості — адгезію
до основ, покривність, гідрофобність, пластичність, а також забез-
печує широкий діапазон регулювання в’язко-пластичних характери-
стик, седиментаційну стійкість.
Вапняні фарби. Зв’язуючою речовиною вапняних фарб є гашене
вапно (часто у вигляді вапняного молока). Для підвищення водоут-
римувальної здатності до фарбової суміші вводять спеціальні добав-
ки: хлорид кальцію, кухонну сіль або алюмінієві квасці, інколи —
полімери. Для отримання цих фарб використовують лугостійкі не-
органічні пігменти, причому в гамі кольорів переважають світлі від-
тінки. Термін служби таких покриттів є досить низьким, але процес
карбонізації вапна з часом сприяє підвищенню експлуатаційних ха-
рактеристик покриття. Не рекомендується наносити ці фарби на це-
ментні штукатурки.
Такі фарбувальні суміші є дешевими, доступними і широко ви-
користовуються для фарбування фасадів, для проведення реставра-
ційних робіт, у тому числі відновлення храмів.
Цементні фарби. У цементних фарбах зв’язуючою речовиною є
білий або кольоровий портландцементи, тому застосовують луго-
стійкі пігменти; для збільшення водоутримувальної здатності до фар-
бової суміші вводять до 15% гашеного вапна, а також хлорид каль-
цію; для підвищення атмосферостійкості додають 1% гідрофобізу-
ючих речовин (милонафт, стеарат кальцію).
570
Такі фарби є водостійкими, тому використовують їх для зовніш-
ніх малярних робіт та внутрішнього фарбування вологих виробни-
чих приміщень по бетону, цеглі, штукатурці. При цьому необхідним
є зволоження нанесеного покриття протягом певного часу.
Силікатні фарби (ГОСТ 18958) — це суспензія лугостійких піг-
ментів та наповнювачів (переважно у вигляді сепарованої крейди і
тальку), силікатизаторів у вигляді сухих цинкових білил або борату
кальцію (суха пігментна частина) у водному (колоїдному) розчині
високомодульного силікату калію (рідинне калійне скло) К2ОП18ІО2.
Як мінеральний лугостійкий пігмент застосовують вохру, залізний
сурик тощо, як активний кремнеземистий наповнювач, що підвищує
водостійкість плівки, — мелений кварцовий пісок, діатоміт чи трепел.
Фарби, залежно від силікатизатора, підрозділяють на дві марки:
«А» — ті, що містять у сухій пігментній частині цинкові білила,
«Б» — ті що містять борат кальцію. Поставляють фарби в двотарно-
му пакуванні — окремо суха пігментна частина і рідинне калійне
скло, які перед застосуванням змішуються в пропорції 2:1 за масою.
Силікатні фарби є водорозчинними, нетоксичними, дозволяють
отримувати повітропроникні і відносно стійкі до дії води та перепа-
дів температури покриття, відрізняються низькою гідрофобністю.
Фарби призначені для декорування фасадів і внутрішніх примі-
щень (при виконанні робіт по каменю, бетону, штукатурці), а також
для захисту дерев’яних конструкцій від вогню. Атмосферостійкість
зовнішнього покриття підвищується при нанесенні силікатної фарби
на основу, що містить вільний гідроксид кальцію (наприклад, цеме-
нтна чи цементно-вапняна штукатурка або бетон).
Олійні фарби (ГОСТ 10503) — це суспензії пігментів (або піг-
ментів і наповнювачів) у різних оліфах із додаванням сикативу, а в
разі потреби добавок, які запобігають утворенню щільного осаду.
Масляні фарби виготовляють на заводах розтиранням оліфи з пігмен-
тами в спеціальних машинах (фарботерках). При розтиранні утво-
рюється однорідна суспензія, в якій кожна частинка пігменту або
наповнювача має оболонку з адсорбованої на її поверхні зв’язуючої
речовини. Розрізняють густотерті і рідкотерті масляні фарби. Густо-
терті фарби виготовляють у вигляді паст (що містять 15...25% оліфи)
і доводять до робочої в’язкості додаванням оліфи безпосередньо пе-
ред застосуванням. Рідкотерті масляні фарби випускають готовими
до використання з вмістом оліфи 40...50%. До таких фарб належать
титанові та цинкові білила.
Масляні фарби не змінюють власний об’єм у процесі твердіння,
характеризуються стійкістю і довговічністю. Перевагою масляних
571
фарб є високий ступінь наповнення, висока покривна здатність, а
недоліком — тривалий час висихання. їх часто застосовують як
ґрунтовки.
Діапазон використання масляних фарб дуже широкий — зовні-
шнє та внутрішнє фарбування по деревині, металу, бетону та штука-
турці. Але частіше вони потрібні для захисту сталевих конструкцій
від корозії, для зберігання віконних рам та інших дерев’яних елемен-
тів від зволоження, а також для фарбування поверхонь, які підда-
ються стиранню і частому промиванню водою (підлоги, нижні час-
тини стін коридорів громадських будівель, металеві ворота шлюзів і т.п.).
Полімерні фарби поділяють на воднодисперсійні, леткосмоляні,
полімерцементні.
Воднодисперсійні фарби (ГОСТ 28196) — це пігментовані ему-
льсії полімерів у воді, складаються з двох незмішуваних рідин, в
яких частинки однієї — глобули (дисперсна фаза) — розподілені в
іншій — дисперсійній фазі (дисперсійному середовищі), емульгато-
ра, що запобігає злипанню глобул, пігменту і спеціальних добавок.
Під час твердіння покриття вода, що є дисперсійним середовищем,
відсмоктується пористою основною, на яку нанесена фарба, і част-
ково випаровується. При цьому відбувається розпадання емульсії,
глобули агрегуються і утворюється гладке покриття, яке твердіє
приблизно 1...2 години. Покриття має матову поверхню, є світло- та
водостійким, повітропроникним і міцним.
Властивості воднодисперсійних лакофарбових матеріалів зале-
жать від виду полімеру. Найбільш широко використовують фарби
на основі латексів гомо- та сополімерів вінілацетату (полівінілацета-
тні емульсійні фарби), сополімерів стиролу із бутадієном (стирол-
бутадієнові емульсійні фарби), сополімерів акрилатів (поліакрилатні
емульсійні фарби). Кількість плівкотвірної речовини (полімеру) в
емульсійних фарбах становить 40...55%, фарби також містять пласти-
фікатори, зазвичай ефіри фталевої кислоти, емульгатори — солі жир-
них синтетичних кислот та ін., диспергатори пігментів, наприклад,
гексаметафосфат натрію; згущувачі — карбоксиметилцелюлозу та ін.,
антисептики, наприклад пентахлорфенолят натрію, тиксотропні доба-
вки (бентоніт), піногасники (кремнієорганічні рідини), інгібітори ко-
розії поверхні, що захищається (бензонат натрію) та інші добавки.
Такі продукти випускаються в основному білого кольору. Для
утворення необхідного кольору або відтінку (номенклатура не об-
межується) застосовують тонуючі барвники. У зв’язку зі складністю
повторення необхідного кольору застосовують спеціальні колерува-
льні машини.
572
Воднодисперсійні фарби належать до найбільш економічних і
зручних у нанесенні на поверхню, вони технологічні, тому що легко
розбавляються водою до необхідної робочої в’язкості. При цьому
також досягаються деякі технологічні переваги, в тому числі:
-можливість транспортування і зберігання фарб у сухому ви-
гляді й доведення їх до малярної консистенції додаванням води (як
розчинника або диспергатора) безпосередньо перед нанесенням на
поверхню;
-можливість фарбування вологих поверхонь або фарбування
при підвищеній вологості повітря, а також застосування специфіч-
ного для водних систем способу фарбування (з використанням елек-
трофоретичного осадження),
— безпечність і менша трудомісткість відмивання обладнання.
На цей час екологічні вимоги стимулюють розробку та впрова-
дження воднодисперсійних фарб при отриманні захисно-декоратив-
них покриттів. При застосуванні водних фарбових систем еконо-
миться не тільки кількість органічних розчинників, але й вартість
влаштування вентиляції і здійснення заходів із техніки безпеки.
В процесі виготовлення і нанесення фарби є нетоксичними, вибухо-
і пожежобезпечними, мають низьку вартість, легко наносяться на
поверхню (в тому числі вологу) методами розпилення, наливання,
валиком, пензлем, висихають при звичайних температурах, утво-
рюючи матові, пористі, паро- і повітропроникні плівки. Воднодис-
персійні покриття характеризується високою адгезією практично до
всіх основ. Недоліком цих плівок є порівняно низька механічна міц-
ність та невеликі водо- і морозостійкість, що обумовлює сезонність
виготовлення та використання таких фарб. Воднодисперсійні фарби
характеризуються порівняно високим поверхневим натягом і тому
вимагають спеціальної підготовки металевих поверхонь під фарбу-
вання (на інших покриттях ця особливість не виявляється). Крім то-
го, вода та водні розчини олігомерів, як правило, погано змочують
пігменти і наповнювачі, що погіршує процес перетирання цих ком-
понентів із плівкоутворювачем.
Воднодисперсійні фарби є пожежовибухобезпечними, але інколи
вони можуть містити в своєму складі токсичні речовини (пари мо-
номерів і компонентів фарб) у кількості, що перевищує гранично
допустимі концентрації в робочій зоні приміщень. Це призводить до
забруднення води та повітря атмосфери, погано впливає на самопо-
чуття людини.
573
Використовують воднодисперсійні фарби, в основному, для зов-
нішнього та внутрішнього фарбування цегляних, кам’яних, бетон-
них, оштукатурених та дерев’яних поверхонь.
При випробуванні фарб визначають колір плівки фарби (звичай-
но білий або блідо-фісташковий), зовнішній вид плівки (матова од-
норідна поверхня), масову частку нелетких речовин (зазвичай не
менш як 47...60%), рН фарби (залежно від виду фарби від 6,8 та бі-
льше 9,0), покривність висушеної плівки (від 80 до 210 г/м2), стій-
кість плівки до статичної дії води, морозостійкість (не менше 5-ти
циклів), умовну світлостійкість (зміна коефіцієнта дифузійного від-
биття) — не більше 5%, ступінь перетирання (зазвичай від ЗО до 70
мкм), час висихання до ступеня 3 (не більше 1 години).
Полівінилацетатні емульсійні фарби посідають основне місце в
асортименті воднодисперсійних фарб. До складу фарб входять плас-
тифіковані дибутилфталатом водні дисперсії полівінілацетату, піг-
мент, добавки. Полівінілацетатні фарби мають достатню адгезію до
бетону, штукатурки, деревини, вони характеризуються низькою во-
достійкістю і тому у них вузька галузь застосування — фарбування
стель і внутрішніх стін у сухих приміщеннях, але ці фарби є досить
дешевими.
Зв’язуюча речовина бутадієнстирольної фарби складається з
гліфталевого лаку. Бутадієнстирольні дисперсії характеризуються
високою водостійкістю, вони є недорогими, але мають обмежену
світлостійкість (жовтішають під впливом світла), що обумовлює до-
цільність їх використання тільки для оздоблення внутрішніх примі-
щень. Додавання акрилових полімерів у такі фарби підвищує водо-
стійкість і зносостійкість готових покриттів. Вінілові та латексні
фарби, отримані з додаванням акрилових смол, становлять найбіль-
шу частину всіх фарб, якими декорують інтер’єри.
Лідерами серед високоякісних будівельних лакофарбових мате-
ріалів є акрилові фарби, емалі, лаки, ґрунти та матеріали для просо-
чування. Основними їх перевагами є довговічність та надійний за-
хист поверхонь. Акрилові покриття, на відміну від масляних,
алкідних, кремнієорганічних і вінілхлоридних, є еластичними і па-
ропроникними. Покриття, отримані після висихання фарби, харак-
теризуються еластичністю та здатністю перекривати «волосяні»
тріщини розміром до 0,5 мм. Ці покриття працюють як напівпровід-
ник — ззовні крізь себе не пропускають вологу, але не запобігають
її випаровуванню із середини пористих будівельних матеріалів (де-
ревини, штукатурки, бетону). Ці покриття мають підвищену атмос-
феростійкість, водостійкість, стійкість до старіння і дії лугів. Термін
574
функціонування їх становить близько 10 років. Фарбу застосовують
для оздоблення фасадів будівель, вологих приміщень.
Поліакрилатними емульсійними фарбами покривають фасади
будівель, зовнішні поверхні з деревини, полівінілацетатними і сти-
рол-бутадієновими — переважно інтер’єри.
Акрилові дисперсії є дорожчими, але практично універсальними,
вони добре колеруються, що дозволяє отримувати більше 15000 різ-
них кольорів та відтінків, добре зберігають колір і витримують уль-
трафіолетове випромінювання. Ці фарби є простими у використанні,
швидко висихають. Розроблені нові акрилові зв’язуючі для виготов-
лення фарб для деревини, які відрізняються високою еластичністю,
водовідштовхуючими властивостями і одночасно високою паропро-
никністю.
Однак акрилові фарби (в разі застосування як розбавлювача во-
ди) підходять не для всіх поверхонь. Так, для покриття поверхні бе-
тонного фасаду краще використовувати лугостійкі акрилові фарби
на основі органічних розчинників — вони характеризуються міцніс-
тю, довговічністю, гарними декоративними властивостями, добре
працюють у суворих кліматичних умовах при низьких температу-
рах, але не дуже зручні при нанесенні.
Загальною тенденцією в розвитку воднодисперсійних фарб на
цей час є підвищення їх стійкості до миття та збільшення терміну
експлуатації.
Воднодисперсійні кремнієоргцнічні фарби за використанням по-
дібні до акрилових. Вони надають покриттю гідрофобних властиво-
стей, що значно підвищує довговічність не тільки покриття, але й
поверхні, яку ці покриття захищають.
Фарби на основі силіконових смол поєднують кращі властивості
акрилових та силікатних дисперсійних фарб. Паропроникність їх
практично така сама, як у силікатних, і вони не сприяють розвитку
мікроорганізмів. Ці фарби є водними дисперсіями, в яких як
зв’язуючі речовини використані синтетичні силіконові (кремнієор-
ганічні) смоли. Ці фарби утворюють однорідне матове еластичне
покриття, яке є водонепроникним, але повітропроникним, атмосфе-
ростійким, гідрофобним та довговічним. Ці матеріали неагресивні і
підходять практично до всіх типів мінеральних основ. Силіконові
фарби мають оптимальні декоративні й експлуатаційні властивості,
але істотним недоліком їх є висока вартість.
Силікономодифіковані фарби на акриловій основі також гаран-
тують відмінну адгезію і добрий захист від УФ-променів. Вони є
стійкими до окиснювачів, що містяться в атмосферному повітрі, і
575
зберігають добру паропроникність. Це покриття висихає з меншим
поверхневим напруженням, ніж покриття на акриловій основі, і то-
му мікротріщини практично не утворюються. Такі фарби позитивно
зарекомендували себе при нанесенні на проблемні поверхні (старі,
слабкі, після ремонту тощо). їх можна наносити практично на всі
підкладки.
Полімерцементні фарби (ГОСТ 19279) — це суспензії сухої піг-
ментованої частини, що складається із білого портландцементу, бу-
дівельного меленого вапна, світлостійких, лугостійких пігментів та
наповнювачів у водній дисперсії, стійких до цементу полімерів (плас-
тифікованої полівінілацетатної емульсії або синтетичних латексів).
Фарби призначені для зовнішнього і внутрішнього оздоблення
будівель по бетонних, газобетонних, цегляних, азбестоцементних
і оштукатурених поверхнях та деревноволокнистих плитах, а також
для оздоблення залізобетонних панелей в заводських умовах.
Фарби наносять при температурі не нижче +2°С, і вони повинні
задовольняти вимоги щодо кольору, життєздатності (не менше 6 го-
дин), покривної здатності (не більше 350 г/м2), стійкості до викри-
шування та в’язкості.
Фарби поставляють комплектно в спеціальному пакуванні —
окремо суха пігментована частина і водна дисперсія полімеру, які
перед застосуванням змішують у співвідношенні (за масою) 1:0,3
відповідно.
Полімерні органорозчинні фарби — лакофарбові матеріали,
отримані з використанням леткого органічного розчинника, який
випаровується в процесі висихання. Нині найбільш розповсюдже-
ним розчинником є уайт-спірит.
При роботі з органорозчинними продуктами треба додержува-
тись необхідних правил: при нанесенні їх на великі поверхні в при-
міщенні або в обмеженому просторі потрібно застосовувати спеціа-
льні індивідуальні засоби захисту.
Алкідні фарби (ГОСТ 10503) набули на будівельному ринку най-
більшого розповсюдження. Зв’язуючим для них є алкідна смола, яку
виготовляють варінням рослинних олій — лляної, талової, соєвої та
ін. Подібно оліям, алкідні смоли висихають в результаті окиснення.
Еластичність такого лакофарбового покриття залежить від вмісту
олії в складі алкідної смоли. Швидкість висихання алкідних смол
регулюється введенням сикативів. Час висихання, колір і блиск ал-
кідного лаку залежить від типу підібраної олії. Як правило, лакофар-
бові матеріали на основі алкідного лаку відрізняються легкістю на-
несення та більш високою атмосферостійкістю порівняно з олій-
576
ними фарбами. Алкідні матеріали швидше висихають, дають глян-
сове покриття (майже без усадки) і, на відміну від масляних фарб,
практично не викришуються.
Алкідні фарби традиційно використовують для захисту від зносу
й корозії різноманітних зовнішніх і внутрішніх поверхонь будівель
(двері, віконні рами, батареї опалення, вбудовані меблі та ін.). Вони
витримують очищення водою при застосуванні звичайних миючих
засобів і тому придатні для фарбування стін та стель у кухнях і ван-
них кімнатах. Разом з тим при оздобленні інтер’єрів фарби на орга-
нічних розчинниках застосовують рідко, тому що за екологічними
показниками вони поступаються водноемульсійним фарбам (оскіль-
ки містять органічний розчинник). Традиційно їх використовують як
емалі для покриття металевих поверхонь. Іноді, у виняткових випад-
ках, алкідні фарби можуть бути застосовані для декорування ін-
тер’єрів з метою отримання яскравих і насичених кольорів.
Клейові фарби — суспензії полімерів та наповнювачів у водних
або водно-лужних розчинах силікатів натрію і калію або казеїну. Ці
фарби готують із використанням синтетичних клеїв (на основі кар-
боксиметилцелюлози та інших полімерів). Для підвищення міцності
і водостійкості до складів фарб вводять оліфу. Клейові фарби є не-
водостійкими, їх застосовують для внутрішнього оздоблення при-
міщень. Казеїнові фарби готують на місці проведення малярних ро-
біт перемішуванням із водою сухих (порошкових) фарб промисло-
вого виробництва. Для підвищення водостійкості в казеїнові фарби
вводять вапно, що підвищує атмосферостійкість покриття. Казеїн —
харчова сировина, тому ці фарби мають обмежене використання.
Порошкові фарби — дрібнодисперсні (оптимальна дисперс-
ність 10...100 м2/г) сухі суміші, що складаються з твердих полімерів
(плівкотвірних речовин), наповнювачів, пігментів і спеціальних до-
бавок. Такі фарби утворюють покриття в процесі термообробки, при
якій у результаті сплавлення частинок фарби утворюється суцільне
покриття за рахунок одночасного перебігу різних фізико-хімічних і
хімічних процесів.
Як основну сировину застосовують термопластичні полімери
(поліетилен, полівінілхлорид, поліамідні реактопласти (епоксидні,
поліефірні, поліуретанові). Порошкові фарби доводять до робочої
в’язкості розрідженням — переведенням у краплиннорідкий стан
(розплав), а хімічно стійке покриття отримують монолітизацією —
з’єднанням частинок та їх твердінням. Формування покриттів може
відбуватись у широкому інтервалі температур, при цьому змінюєть-
ся і тривалість процесу твердіння. Покриття наносять на поверхню
577
різними методами з попереднім розігріванням складу фарбувальної
композиції. Наприклад, покриття із полівінілбутирольної фарби
ПВЛ-212 отримують при температурі 170°С і 250°С, час формування
покриття, відповідно, становить ЗО і 3 хв.
Характерною рисою сучасної лакофарбової промисловості є ін-
тенсивний розвиток порошкових лакофарбових матеріалів, які, на
відміну від традиційних рідких фарб, не містять органічних та ін-
ших летких речовин, що обумовлює їх екологічну повноцінність.
Порошкові фарби — це практично єдиний вид лакофарбового мате-
ріалу, який дозволяє відмовитися від ґрунтування і реалізувати без-
відходну технологію отримання покриттів, у тому числі зі спеціаль-
ними властивостями (корозійною стійкістю, ударостійкістю, адгезією).
У будівництві порошкові фарби застосовують для покриття різних
металевих конструкцій та виробів, у тому числі металочерепиці.
Лаками називають розчини плівкотвірних речовин (природних
або синтетичних смол) в органічних розчинниках або у воді, отри-
маних із додаванням домішок — сикативів, пластифікаторів, отвер-
джувачів. Лаки після висихання утворюють міцну тверду однорі-
дну плівку (кольорову або прозору), яка добре зчеплюється з по-
верхнею.
Для отримання лаків використовують такі плівкоутворювачі: бі-
тумні, олійні, на основі полімерів — епоксидні, алкідні, акрилові
(акрилатні), алкідно-поліуретанові, акрилатно-поліуретанові, полі-
уретанові, на основі ефіру целюлози — нітролаки, нітроепоксидні,
поліефірні. Найбільш розповсюдженими у будівництві є олійно-
смоляні, синтетичні безмасляні, бітумні та асфальтові лаки.
Залежно від виду розчинника, лаки можуть бути отримані з вико-
ристанням води або органічного розчинника. Лаки, що містять воду, є
екологічно безпечними — вони не виділяють токсичних речовин і
практично не мають запаху. Загальною тенденцією на цей час є роз-
робка та застосування лаків, які не містять органічних розчинників,
що робить їх пожежо- і вибухобезпечними та дозволяє працювати з
ними без спеціальних заходів щодо захисту органів дихання.
Лаки класифікують також залежно від матеріалу поверхні: для
деревини, металу або мінеральної основи. Лаки можуть бути одно-
та багатокомпонентними, але останнім часом більшість лаків є од-
нокомпонентними, лише деякі твердіють при змішуванні кількох
компонентів, один з яких є кислотою.
За здатністю до блиску лаки поділяють на високоглянсові (сту-
пінь блиску 100%), глянсові (80...90%), напівглянсові (40...50%), на-
півматові (10... 15%) та матові (які не мають блиску).
578
Лаки поділяють на світлі (олійні,олійно-смоляні) і чорні (бітумні
та пекові).
Олійні лаки — розчини в органічних розчинниках продуктів вза-
ємодії рослинних олій із природними або синтетичними смолами
(наприклад, олійно-каніфольні). Ці лаки утворюють тверді прозорі
плівки жовтуватого кольору. Внаслідок низької атмосферостійкості
покриттів їх застосовують в середині приміщень. Взагалі олійні лаки
випускають у невеликій кількості внаслідок дефіцитності і високої
вартості природної сировини, застосовують при проведенні спеціа-
льних робіт.
Олійно-смоляні лаки — розчини модифікованих рослинними олі-
ями природних, а також алкідних смол (гліфталевих, пентафталевих
та ін.) в органічних розчинниках. Олійно-смоляні лаки використо-
вують, в основному, для внутрішнього використання по добре під-
готовленій поверхні деревини.
Лаки алкідні — розчини в органічних розчинниках синтетичних
алкідних (пентафталевих та гліфталевих) смол. Утворені плівки ха-
рактеризуються прозорістю, твердістю, водостійкістю, слабкою за-
барвленістю, мають добру адгезію до різних поверхонь. Застосову-
ються при виконанні внутрішніх та зовнішніх робіт.
Алкідно-карбамідні лаки — розчини в органічному розчиннику
композиції алкідної смоли з аміноформальдегідною (карбамідно-
меламінформальдегідною). Ці матеріали висихають на повітрі при
нормальній температурі тільки при додаванні кислотних отверджу-
вачів. Після введення отверджувача життєздатність матеріалу обме-
жена і коливається від декількох годин до декількох діб. Ці матеріа-
ли можуть висихати і без отверджувача, але із застосуванням
гарячої сушки (при 8О...12О°С). Плівки на основі таких лаків відріз-
няються підвищеною твердістю, добрими водо- та зносостійкістю,
використовуються для внутрішніх робіт — покриття паркетних під-
лог, меблів та ін.
Синтетичні безолійні лаки — в основному розчини перхлорвіні-
лової смоли в органічних розчинниках. Ці лаки не мають кольору,
висихають протягом 2 год при температурі 20°С. їх застосовують
для лакування олійних покриттів задля поліпшення їх антикорозій-
них властивостей.
Бітумні і асфальтові лаки — розчини нафтового бітуму або ас-
фальту (або їх суміші з рослинними оліями) в органічних розчинни-
ках. Ці лаки мають чорний колір, характеризуються високою хіміч-
ною та атмосферостійкістю. Застосовують для ґрунтування
металевих поверхонь під антикорозійне покриття, для покриття ме-
579
талевих поверхонь. Для отримання бітумних лаків використовують
бітуми спеціальних марок із високою температурою розм’якшення,
для поліпшення властивостей додають різні смоли, олії. Бітумні ла-
ки при висиханні утворюють чорні плівки, які є водостійкими і стій-
кими до деяких хімічних реагентів, але їх антикорозійні властивості
в атмосферних умовах недостатньо високі. Бітумні лаки використо-
вують для тимчасового захисту металу.
Кам'яновугільні лаки — розчини кам’яновугільного пеку в орга-
нічних розчинниках. їх застосовують як антикорозійне покриття для
захисту чавунних і сталевих конструкцій та виробів.
Нафтополімерні лаки отримують у вигляді композицій нафто-
полімерних смол в органічних розчинниках із різними модифікую-
чими добавками. Сучасна комплексна переробка нафти дає можли-
вість отримати нафтополімерні смоли для виготовлення широкої
гами лакофарбових матеріалів, і тому асортимент таких матеріалів
постійно розширюється. Ці лаки здатні замінити олійно-смоляні,
при цьому вони більш дешеві та більш стійкі до дії миючих засобів
та різних реагентів.
Лаки нітроцелюлозні (нітролаки) отримують розчиненням нітра-
ту целюлози (лакового колоксиліну) в суміші активних розчинників.
Для спрямованого регулювання властивостей лаків до композиції
додають різні смоли (алкідні, аміноформальдегідні та ін.). Нітролаки
утворюють тверді прозорі практично безкольорові плівки, які швид-
ко висихають. Інші властивості змінюються залежно від компонент-
ного складу і можуть варіюватись у широких межах. Нітроцелюлоз-
ний лак виготовляється жовтого та коричневого кольорів; застосову-
ють його для лакування меблів і виробів із дерева. Етилцелюлозний
лак — безбарвний, його використовують для лакування фарбованих
та нефарбованих виробів із деревини.
Нітролаки частіше застосовують для покриття дерев’яних повер-
хонь, але в деяких випадках їх використовують для покриття мета-
левих поверхонь як останній шар у багатошаровій лакофарбовій
композиції. Нітролаки використовують, в основному, для внутрі-
шніх робіт, але можна отримати покриття, які здатні протистояти
атмосферним впливам.
Особливістю плівок із поліуретанових лаків є висока механічна
міцність і зносостійкість. Ці матеріали відрізняються високою вартіс-
тю, але мають високі експлуатаційні властивості та тривалий строк
експлуатації. Поліуретанові лаки виробляють в обмеженій кількості
і застосовують для зберігання матеріалів із високою художньою
580
цінністю — покриття паркетних підлог у музеях, палацах, меблів та
музичних інструментів.
Поліефірні лаки — багатокомпонентні матеріали. Покриття на їх
основі практично не дають усадки внаслідок того, що розчинник (як
правило, стирол) не виділяється під час твердіння покриття, а полі-
меризується з розчиненою смолою. Ці лаки при висиханні утворю-
ють тверді плівки великої товщини, які є стійкими до дії різних реа-
гентів і води.
Спиртові лаки концентрацією ЗО...45% та політури концентраці-
єю 15...25% отримують при розчиненні в спирті деяких природних
смол — шелаку, сандараку. Завдяки високій швидкості випарову-
вання спирту і низькій швидкості розчинення смол можна наносити
велику кількість шарів без руйнування попередніх. Такі матеріали
дають покриття з високою міцністю і адгезією до різних поверхонь,
яке характеризується блиском, здатністю до полірування, але має
низьку водостійкість. Спиртові лаки використовують для покриття
дерев’яних деталей та виробів, а політуру — для остаточного опо-
рядження лакованої поверхні деревини й надання їй рівного блиску.
Епоксидні лаки — розчини епоксидних смол в органічних роз-
чинниках. Зазвичай перед використанням до них додають отверджу-
вач, кількість якого залежить від типу смоли. Отримані плівки ма-
ють високі водо- і лугостійкість, механічну міцність, адгезію до
різних поверхонь, але недостатню атмосферостійкість. Часто засто-
совують для виготовлення шпаклівок та клеїв.
Силіконові кремнієорганічні лаки одержують на основі кремніє-
органічних полімерів, часто модифікованих іншими високомолеку-
лярними речовинами. Вони здатні витримувати короткочасний
вплив високих температур (до 500°С). Такі фарбові матеріали засто-
совують для фарбування димових труб, печей та інших споруд, які
експлуатуються при підвищених температурах.
Емалі — це суспензії пігментів або їх сумішей із наповнювача-
ми в лаках, які утворюють після висихання непрозору тверду плівку
з різною фактурою (глянсові, матові, «муарові») і декоративністю.
Будівельні емалеві фарби повинні висихати при звичайній тем-
пературі не більш ніж за 1...2 доби, а покриття на їх основі — мати
необхідну твердість, атмосферостійкість, гарний зовнішній вигляд.
Плівкотвірними речовинами в емалевих фарбах є полімери: глі-
фталеві, перхлорвінілові, алкідно-стирольні, синтетичні смоли, ефі-
ри целюлози. Розчиняють емалеві фарби бензином, сольвентом,
скипидаром, ксилолом, толуолрм та деякими іншими органічними
речовинами.
581
Будівельні емалі з гліфталевих смол найчастіше використовують
для внутрішніх опоряджувальних робіт по штукатурці і дереву, а та-
кож для заводської обробки азбестоцементних листів, деревноволо-
книстих плит. Нітрогліфталеві та пентафталеві емалі застосовують
для внутрішніх і зовнішніх малярних робіт.
Алкідні емалі — це суспензії тонкодисперсних пігментів у гліф-
талевому, пентафталевому й інших лаках із додаванням розчинника
і сикативу. Алкідно-стирольні емалі мають підвищену хімічну стій-
кість, водостійкість, високу твердість та блиск. Для зовнішніх робіт
використовують гліфталеві ГФ-13 і пентафталеві ПФ-14 емалі.
Перхлорвінілові емалі та лаки випускають у вигляді дисперсії
полімеру в розчиннику. Для одержання захисного лакофарбового
покриття наносять 8... 10 шарів емалі. Перхлорвінілові емалеві фарби
ПХВ використовують для оздоблення попередньо заґрунтованих
металевих поверхонь та бетонних фасадів.
Широко розповсюджені кремнієорганічні емалі. Кремнієорганіч-
ні покриття гідрофобні, атмосферостійкі, вони захищають зовнішні
покриття від зволоження, але не забезпечують достатньої паропро-
никності.
Покриття на основі каучукових емалей (розчин каучуку в органіч-
ному розчиннику) мають високу водо- і корозійну стійкість, їх за-
стосовують для захисту від корозії металевих і залізобетонних конст-
рукцій.
Епоксидні емалі та лаки одержують на основі епоксидного по-
лімеру в органічному розчиннику (ацетоні, толуолі тощо). їх вико-
ристовують для антикорозійних покриттів по металу.
12.5. Класифікація та характеристика
лакофарбових покриттів
Згідно з існуючими нормативними документами, лакофарбові
покриття поділяють за призначенням на захисні (для захисту повер-
хні від дії зовнішнього середовища), захисно-декоративні (для захи-
сту від впливу зовнішнього середовища і надання декоративних вла-
стивостей), консерваційні (для тимчасового захисту поверхні від
корозії), електроізоляційні, електропровідні та спеціальні (в тому
числі радіаційнозахисні, світні, теплозахисні тощо).
За зовнішнім виглядом, покриття, враховуючи колір, можуть бу-
ти однотонними або візерунчастими, а за фактурою — гладкими або
рельєфними.
582
Захисні та захисно-декоративні покриття. Найбільш поши-
реними лакофарбовими покриттями є захисні та захисно-декора-
тивні, в тому числі фасадні (для зовнішніх робіт) та інтер’єрні (для
внутрішніх робіт).
Фасадні покриття, залежно від виду основи, поділяють на три
групи: для металевих, кам’яних та дерев’яних поверхонь. До кам’я-
них (найбільш розповсюджених) поверхонь належать бетонні, оздо-
блені різними типами штукатурок, опоряджені пісковиком.
Основними функціями фасадного покриття поряд із декоратив-
ними є захист від проникнення вологи, дії від’ємних та змінних
температур, мінеральних солей, біокорозії (гриби, пліснява, мохи
тощо), тому найважливішими експлуатаційними властивостями фа-
садних покриттів треба вважати: світлостійкість (стійкість до дії
ультрафіолетового випромінювання), паропроникність, адгезійну міц-
ність (стійкість до відшаровування), стійкість до механічних впливів
(сколювання, дряпання, ударів), атмосферостійкість, стійкість до за-
бруднення і миття.
У практиці найчастіше використовують три групи фарб для фа-
садів (залежно від виду плівкоутворювача): воднодисперсійні фар-
би, силікатні та на основі силіконових смол. Серед воднодисперсій-
них фарб кращими за експлуатаційними властивостями є фарби на
акрилатній основі, що вирізняються гідрофобністю, еластичністю,
механічною міцністю. Силікатні фарби характеризуються високою
повітропроникністю, але невисокими гідрофобними властивостями.
Фарби на основі силіконових смол мають майже такіж властивості
як акрилатні (достатньо високу міцність, довговічність, повітропро-
никність, атмосферостійкість), але вартість їх значно вища.
Однією із головних особливостей застосування фасадних по-
криттів є сумісність їх із різними типами поверхонь. Всі види вище-
наведених фарбових покриттів добре співпрацюють із вапняно-
цементною штукатуркою; воднодисперсійні фарби погано суміща-
ються з вапняною штукатуркою, пісковиком, але добре — з бетон-
ною поверхнею та штукатуркою на основі синтетичних смол; си-
ліконові та силікатні фарби погано співпрацюють із бетонною по-
верхнею.
При використанні фасадних фарб необхідно якісно підготувати
поверхню для покриття, застосовуючи систему ґрунтовок, закріп-
лювачів, просочуючих матеріалів та ін., що є гарантією довговічнос-
ті покриття (10... 15 років).
Інтер’єрні покриття повинні мати такі експлуатаційні власти-
вості, як стійкість до миття та стирання, кольоростійкість, біо- та хі-
583
мічну стійкість. Пріоритетом при виборі фарб є призначення примі-
щення, наприклад, фарби, які використовуються для вологих умов,
повинні мати підвищену біостійкість. Хімічно стійкі фарби застосо-
вують у лікарнях, промислових приміщеннях, лабораторіях, де по-
верхні піддаються дії хімікатів, дезинфікуючих речовин.
Випускають також спеціальні покриття: термостійкі, електроізо-
ляційні, стійкі до рентгенівського випромінювання та ін.
Так, у Німеччині, згідно зі стандартом ВШ 53778, лакофарбові
покриття для внутрішніх робіт за стійкістю поділяють на чотири
групи:
- стійкі до миття (повинні витримувати більше 5000 циклів мок-
рого стирання вологою щіткою);
- стійкі до змивання (повинні витримувати до 5000 зазначених
циклів);
- стійкі тільки для сухого стирання. Умовно стійкість таких по-
криттів оцінюється стійкістю до 1000 вказаних циклів. Зазвичай це
дешеві фарби, які можуть застосовуватись тільки для фарбування
стель;
- не стійкі навіть до сухого стирання, так звані «побілки».
Найбільш розповсюдженими фарбами для покриття стель і
стін є воднодисперсійні: полівінілацетатні та акрилові. Для покрит-
тя дерев’яних поверхонь (підвіконь, дверей, перехресть вікон) за-
стосовують переважно алкідні фарби на органічних розчинниках, а
також гліфталеві, значно менше використовують акрилові водні ди-
сперсії. Фарби для підлоги містять, в основному, органічні розчин-
ники, а як плівкоутворювач — алкідні смоли, уретаноалкіди.
Антисептичні фарби застосовують у приміщеннях із підвище-
ною вологістю (ванні кімнати, підвали, кухні), вони містять у своє-
му складі алкіди, стиренові акрилові дисперсії, акрилати. Як розрі-
джувач поряд із водою використовують уайт-спірит.
Термостійкі фарби (наприклад, для радіаторів опалення) виго-
товляють на основі кумаронової смоли, алкідів, акрилових диспер-
сій, як розбавлювач застосовують скипидар, уайт-спірит, а інколи
воду.
Спеціальні покриття отримують із використанням широкої та-
ми матеріалів, вибір яких обумовлюється умовами їх експлуатації.
Покриття для металевих поверхонь застосовують задля захисту
їх від корозії. За статистичними даними, сумарна шкода від корозії
металів у промислово розвинутих країнах може сягати 4...5% націо-
нального доходу. Незалежно від типу конструкції і умов її експлуа-
тації, найбільш простим і доступним способом боротьби з корозією
584
є застосування захисних лакофарбових покриттів. Лакофарбові по-
криття зручні в нанесенні, можуть поновлюватись, створюють деко-
ративний фон. їх захисна дія обумовлюється або механічною ізоля-
цією поверхні, або хімічною та електрохімічною взаємодією пок-
риття і поверхні. Основними недоліками більшості лакофарбових
покриттів є їх обмежені паро-, газо- та водопроникність, недостатні
термо- і морозостійкість.
Залежно від складу пігментів і плівкотвірної основи, лакофарбо-
ві покриття можуть виконувати функцію бар’єра, пасиватора, про-
тектора.
Бар'єрний захист досягається механічною ізоляцією поверхні.
Його ефективність залежить від проникності, стійкості покриття,
ступеня його зчеплення з поверхнею, що ізолюється, швидкості ви-
никнення в покритті мікротріщин. Руйнування суцільності покриття
обумовлює проникність агресивного середовища до основи і виник-
нення підплівкової корозії. Так, ізолюючі ґрунтовки містять у своє-
му складі залізооксидні пігменти, цинкові білила (оксид цинку) тощо.
Вони забезпечують непроникність води та агресивного середовища
до поверхні металу.
Пасивація поверхні металу за допомогою лакофарбового покрит-
тя досягається шляхом хімічної взаємодії металу і компонентів по-
криття. До цієї групи належать ґрунтовки і емалі, які містять фосфат-
ну кислоту, а також композиції з пігментами-інгібіторами, які
гальмують процес корозії. Наприклад, пасивуючі ґрунтовки містять
пігменти, які здатні пасивувати метал — хромати і фосфати, при до-
даванні яких навіть у невеликій кількості на поверхні металу утво-
рюється оксидна плівка, що запобігає процесу корозії. Фосфатні
ґрунтовки застосовують для пасивації поверхні чорних та кольоро-
вих металів, вони складаються з плівкотвірного компонента і розба-
влювача, який містить ортофосфатну кислоту. Такі ґрунтовки не
тільки сприяють пасивації металу, але й значному підвищенню адге-
зії покриття до поверхні металу.
Протекторний захист металу досягається додаванням до мате-
ріалу покриття порошкових металів, які утворюють із металевою
поверхнею, що захищається, донорні електронні пари. Для сталі та-
кими добавками є цинк, манган, алюміній. Під дією агресивного се-
редовища відбувається поступове розчинення порошку добавки, а
основний матеріал корозії не піддається. Наприклад, протекторні
ґрунтовки містять до 90% металевих пігментів (порошки цинку,
сплав цинку з магнієм, плюмбум). Захист металу протекторними
ґрунтовками обумовлений тим, що при контакті з електролітом ла-
585
кофарбовий матеріал, який містить порошок, наприклад, цинку, це-
ментується продуктами корозії цинку, утворюючи ущільнений шар
плівки, який стає непроникним.
Довговічність захисного покриття металу від корозії за допомо-
гою лакофарбових покриттів значною мірою залежить від якості
підготовки поверхні металу для фарбування. Найбільш трудоміст-
ким процесом при цьому є очищення від продуктів корозії. В деяких
випадках іржу практично неможливо видалити. Це передбачає за-
стосування матеріалів, які можна наносити безпосередньо на повер-
хні, пошкоджені корозією — лакофарбові покриття по іржі. До цієї
групи належать деякі спеціальні ґрунти і емалі, які застосовуються
як окремо, так і у багатошарових покриттях.
Вогнезахисті покриття використовують для захисту будівель-
них конструкцій від дії вогню.
Проблемою для будь-якої поверхні є пряма дія вогню і високих
температур, що відбувається при пожежі. Під впливом вогню мо-
жуть руйнуватись деревина (та інші органічні матеріали), бетон і це-
гла. Металеві конструкції також можуть втрачати міцнісні показни-
ки на 80% та зазнавати значних температурних деформацій.
Хімічні засоби вогнезахисту поділяють на обмазки (на основі
цементу, азбесту тощо); вогнезахисні лаки, фарби, емалі; просочую-
чі речовини (які часто використовують разом із фарбовими покрит-
тями).
Вогнезахисні лаки і фарби забезпечують захист конструкцій за-
вдяки наявності спеціальних речовин — антипіренів. Такі склади
при температурах 200...300°С починають спучуватись, запобігаючи
контакту вогню з поверхнею виробу або конструкції. Негорючий
газ, який виділяється при цьому, створює додатковий ізолюючий
прошарок. Лаки і фарби, на відміну від обмазок, мають широку гаму
кольорів і надають поверхні декоративного вигляду, їх можна засто-
совувати в середині житлових приміщень. Використовують їх для
захисту металевих і дерев’яних конструкцій (розділ 9.5).
Просочуючі матеріали застосовують переважно для захисту де-
ревини; вони не мають кольору і тому не змінюють природного ви-
ду поверхні дерев’яних виробів, але є нестійкими до вимивання, що
обмежує їх застосування на відкритих поверхнях. У подібних випа-
дках допускається додаткова обробка вогнезахисних покриттів фар-
бами і емалями з метою захисту від дії вологи і надання декоратив-
ного вигляду. Використання подібних комбінованих покриттів ви-
магає обов’язкового проведення сертифікаційних випробувань, які
підтверджують ефективність даного комплексу.
586
Вогнезахисні покриття перешкоджають горінню деревини, за-
безпечують гасіння, а в деяких випадках, виключають можливість
виникнення пожежі. Просочення захищає дерев’яні конструкції від
спалаху — при цьому має місце локальне обвуглювання матеріалів,
обмежене площею дії полум’я. Показником ефективності застосу-
вання вогнезахисних складів для покриття металевих конструкцій є
час вогнестійкості, тобто тривалість часу між початком випробувань
та моментом досягнення на поверхні металу температури +500°С.
Після випробувань покриттю надають відповідну групу. Кращою
вважають першу, якій відповідає час досягнення критичної темпера-
тури не менше 150 хв, другу групу — 120 хв. Всього існує шість
груп вогнезахисних покриттів.
Лакофарбові покриття для пластмасових поверхонь також
можна віднести до розряду спеціальних. Підхід до фарбування плас-
тмасових поверхонь повинен бути індивідуальним, у деяких випад-
ках буває достатнім нанесення масляної фарби. Нині створюється
нове покоління фарб, у тому числі й порошкових, які можна засто-
совувати для покриття нетрадиційних поверхонь або в разі викорис-
тання специфічних способів проведення робіт.
Спеціальні властивості повинні також мати фасадні лакофарбові
матеріали, які експлуатуються в жорстких кліматичних умовах, по-
криття для підлог на основі мінеральних в’яжучих речовин і для до-
рожньої розмітки, покриття для металевих, органомінеральних і мі-
неральних покрівель. До показників, яким повинні відповідати ці
лакофарбові матеріали, належать: стійкість до дії кислот, лугів і аг-
ресивних атмосферних газів; УФ-випромінювання, до морської во-
ди, до стирання і механічних навантажень.
Декоративно-захисні покриття для дерев’яних поверхонь —
це комплексна система, яка містить антисептик, грунтувальний
склад, фінішне лакофарбове покриття. Фарби випускаються покрив-
ними (повністю приховують текстуру деревини) і лесируючими (не
приховують рисунка деревини).
Існують спеціальні антисептичні просочувальні захисно-деко-
ративні прозорі композиції, які є пожежобезпечними, але токсич-
ними і тому при використанні їх необхідно дотримуватись правил
безпеки. їх наносять на чисту непофарбовану поверхню і не змі-
шують з іншими лакофарбовими матеріалами. Часто вони мають
обмежений термін дії, після чого процес покриття необхідно по-
вторювати, не завжди захищають поверхню від атмосферних впли-
вів, тобто передбачають нанесення фінішних покриттів.
587
Взагалі, процес підготовки дерев’яного фасаду під фарбування
містить такі основні операції: очищення поверхні від жиру і бруду,
вивільнення її від старої фарби, шпаклювання тріщин та нерівнос-
тей, грунтування (для кращої адгезії фарби), просушування поверх-
ні. При необхідності, видалення плісняви і грибів здійснюють або
механічним (щіткою та ін.), або хімічним способом — із застосу-
ванням спеціальних сумішей або фунгіцидних речовин.
Смола, що міститься в деревині, під впливом вологи сприяє фар-
буванню деревини в темні тони. Такі поверхні обробляють речови-
нами, які містять різні концентрації сполук хлору. Після висихання
деревини наносять антисептик, грунтовку і глуху (покривну) або ле-
сируючу (прозору) фарбу.
Для боротьби з жуками та їх личинками застосовують отруйні
хімічні речовини — інсектициди. Фторид і кремнефторид натрію
дозволяються до використання, але необхідно дотримуватись пра-
вил безпеки. До захисного розчину часто додають анілінові барв-
ники.
Для утворення захисно-декоративного покриття паркету засто-
совують, в основному, лаки. Традиційними є паркетні лаки з вико-
ристанням синтетичних розчинників, але цей матеріал не є еколо-
гічно безпечним. Тому останнім часом перевагу віддають водним
лакам.
Водні паркетні лаки виготовляють із використанням двох типів
зв язуючих речовин — поліуретану або акрилату. Вибір лаку визна-
чається не тільки якісними і економічними факторами, але й видом
паркету. Більшість типів деревини добре суміщається як із водними
лаками, так і лаками з використанням органічних розчинників. Про-
те деякі види дуба і бука передбачають застосування лаків тільки
останнього виду.
Лаки на основі чистого поліуретану характеризуються доброю
зносостійкістю, але невисокою стійкістю до хімічних агентів, спир-
тів, води. Лаки на основі чистих акрилових смол швидко висихають,
мають низьку стійкість до стирання, але високу міцність та твер-
дість. Двокомпонентні лаки (які містять і поліуретан, і поліакрилат)
мають короткий строк висихання, формують зносостійку плівку, яка
добре шліфується та стійка до побутової хімії. Поліуретанові лаки
на жирних кислотах характеризуються високою зносостійкістю і
стійкістю до дії хімічних агресивних речовин.
Перед нанесенням лаку паркет шліфують, після цього ґрунту-
ють, грунтувальний лак наносять одним шаром — він не утворює
тріщин та є паропроникним, що дозволяє паркету «дихати». Після
588
висихання ґрунту наносять основний лак у 2...З шари. Перед нане-
сенням останнього шару паркет ще раз піддають шліфуванню.
Покриття з декоративним ефектом також вважаються спеціа-
льними.
Пастові суміші застосовують в оздобленні будівель і споруд.
Такі суміші готують на основі синтетичних смол та водних диспер-
сій полімерів, і вони створюють відразу покриття товщиною до 1000
мкм. Найбільш поширеними є полімерцементні, полімергіпсові та
полімергіпсоцементні пасти. Пастові суміші краще використовувати
для отримання комплексного покриття, яке має одночасно властиво-
сті штукатурок і фарбових покриттів, причому процес нанесення їх є
досить простим, що сприяє скороченню працевитрат та терміну ви-
конання оздоблювальних робіт.
Декоративні покриття, відомі як «венеціанські штукатурки,
вперше отримані в епоху Ренесансу у Венеції на основі мармурового
пилу, рослинних барвників і води. Тепер майже всі види таких шту-
катурок обов’язково містять акрилову та вапняну зв’язуючі речови-
ни, які використовуються у різних співвідношеннях. Як правило,
«венеціанські штукатурки» з підвищеною кількістю полімеру утво-
рюють більш еластичне і тріщиностійке покриття.
Традиційно покриття виконується в одному кольорі, але може
бути і багатокольоровим. Поняття «венеціанська штукатурка» пе-
редбачає не тільки застосування високоякісних компонентів, але й
особливу технологію нанесення покриття — «підпресовування» де-
кількох найтонкіших напівпрозорих шарів матеріалу один до одно-
го. Загальна кількість таких шарів може досягати 7. Це дозволяє по-
криттю «світитись», тобто має місце «феномен глибини світла». Це
явище відбувається завдяки грі відбитих променів світла, які прохо-
дять крізь товщу покриття і відбиваються на різних глибинах, зале-
жно від кута падіння. Саме цей ефект робить «венеціанську штука-
турку» подібною до полірованого мармуру.
Технологія отримання покриття містить операції загладжування,
«озалізнювання» та полірування спеціальним шпателем кожного
шару. Готове покриття має товщину 3...5 мм і при цьому характери-
зується високою паропроникністю, що створює в приміщенні доб-
рий мікроклімат. Зазвичай покриття має мінімальний блиск, який
можна посилити вощенням (шліфуванням з воском). Такі покриття є
досить твердими та довговічними, але це має місце тільки у випадку
якісної підготовки основи, яку бажано армувати сіткою і застосову-
вати еластичні шпаклівки.
589
«Венеціанські штукатурки» — досить дороге покриття, але воно
дозволяє сучасним художникам-дизайнерам працювати в техніці
фрески, створювати декоративні панно — справжні витвори мистец-
тва. Розпис роблять по вологому шару покриття (до нанесення вос-
ку) спеціальними пігментами, призначеними для колерування мате-
ріалу. Пігмент просочується крізь усі раніше нанесені шари, не
вигоряє і не втрачає своїх декоративних властивостей із часом.
Різновидом, але більш простим у використанні, є покриття, які
мають назву «патини». Вони імітують малюнок мармуру, а також
деревини, старого каменю та ін. Ці покриття наносяться валиком
або пензлем у декілька шарів на підготовлену основу. Один із шарів
покриття — грунт, другий — сама патина. Склади таких матеріалів є
дуже різноманітними і визначаються видом основи і вимогами за-
мовника до покриття.
Мозаїчні (поліхромні) покриття — це водна емульсія нерозчин-
них у базисному складі пігментів-наповнювачів у вигляді крапель.
Краплі пофарбовані в кольори, які відрізняються від кольору базису.
При твердненні утворюється покриття з шорсткою поверхнею, яке
містить однокольорові або різного відтінку (залежно від пігменту)
краплі. При цьому створюється дрібноточковий малюнок із відчут-
тям єдиного оксамитового фону.
Текстильні покриття («рідкі шпалери»), в тому числі бавовняні —
це багатокомпонентні настінні покриття, подібні до фарб і декора-
тивних штукатурок лише за способом нанесення, але різні за своїми
властивостями.
Вихідним матеріалом є суха суміш, до складу якої входять баво-
вняні (або синтетичні) волокна, розпушена целюлоза, а також барв-
ники та зв’язуючі речовини. Можуть бути включені і екзотичні до-
бавки — сухі водорості, крихта деревної кори, слюда. На поверхні
стіни утворюється безшовне однорідне шорстке фактурне покриття
товщиною від 1 до 10 мм (стандартна товщина — 1...3 мм), яке є
м’яким і приємним на дотик.
Для створення покриття суху суміш перемішують з водою і на-
носять на поверхню пензлем, валикам або пластмасовим шпателем.
Покриття не вимагає особливої підготовки стін, приховує дрібні і
середні дефекти, після висихання зберігає пластичність, не руйну-
ється і не деформується навіть у випадках, коли виявляються усадо-
чні тріщини в матеріалі стіни. Це покриття легко реставрується.
Незалежно від наявності органічних волокон, якісні «рідкі шпа-
лери» не всмоктують запахів, вони мають високу кольоростійкість
(практично не вигоряють), є звуко- і теплоізоляційними, не горять,
590
мають антистатичні властивості, відштовхуючи пил. Але ці покрит-
тя є неводостійкими. Для підвищення водостійкості покриття захи-
щають одним або двома шарами лаку. Термін експлуатації покриття —
6...8 років.
Флокові покриття — це емульсія нерозчинних сухих акрилових
чіпсів (флоків), яка наноситься на акрилову базу, остання відіграє
роль «клею». Флоки можуть бути не тільки різних кольорів і відтін-
ків, але й різних форм — кулеподібні, зіркоподібні, у вигляді солом-
ки, неправильних форм, що відкриває дизайнерам широкі можливо-
сті для декорування поверхні.
Покриття, що утворюється, може бути однокольоровим або різ-
них відтінків, має об’ємний вигляд, є шорстким і досить міцним. За-
звичай флокове покриття складається з трьох шарів — спочатку на-
носять базовий шар — однокольоровий фон, потім на поверхню, що
не просохла, напиляють флоки, а зверху — шар закріплюючого ла-
ку. Після нанесення останнього шару покриття стає зносостійким.
Існують також двокомпонентні флокові покриття — це система,
яка складається з кольорових флоків і прозорого напівматового лаку
на акриловій основі. При застосуванні флоки змішуються з лаком,
після цього склад наносять на поверхню, яка попередньо пофарбо-
вана воднодисперсійною фарбою. Фарба є фоном для всього по-
криття.
12.6. Особливості використання
лакофарбових матеріалів та оцінка їх екологічності
Лакофарбові матеріали наносять на конструкції та частини буді-
вель задля отримання покриттів, що підвищують архітектурно-
художню виразність будівель, поліпшують санітарно-гігієнічні умо-
ви експлуатації приміщень, забезпечують захист конструкцій від
гниття, корозії та займання.
Залежно від призначення будівель і споруд, а також від вимог,
які ставляться до оздоблення, фарбування буває:
простим, яке використовується для складських, допоміжних та
тимчасових будівель;
покращеним, призначеним для оздоблення житлових, цивільних
і промислових будівель та споруд;
високоякісним, яке використовується при оздобленні приміщень
у громадських приміщеннях (театрах, клубах, вокзалах, лікарнях,
готелях тощо).
591
Процес отримання лакофарбового покриття містить такі по-
слідовно виконувані операції: підготовку поверхні, ґрунтування,
шпаклювання, шліфування, фарбування. Причому необхідно врахо-
вувати сумісність основи та покриття, що наноситься.
Відомо, що зовнішній вигляд і довговічність покриття залежать на
60% від підготовки поверхні, на 10... 15% — від додержання технологі-
чних норм при виконанні фарбування, на 25...30% — від якості фарби.
Підготовка поверхні перед фарбуванням має велике значення
для отримання високоякісного покриття і забезпечення тривалого
терміну його експлуатації. Підготовка поверхні передбачає її очи-
щення від продуктів корозії, висолів, старої фарби, пилу, жирових та
інших забруднень. Способи підготовки поверхні розділяють на три
групи: механічні, термічні, хімічні.
До механічних способів очищення належать: очищення інстру-
ментом (щітки, шліфувальні машини) або за допомогою піску, дро-
бу, суміші піску, води тощо. Застосовуючи ці способи, можна отри-
мати добре очищену поверхню з рівномірною шорсткістю, яка
підвищує адгезійні властивості лакофарбової плівки.
До хімічних способів очищення поверхні належать знежирення
поверхні, яке здійснюється за допомогою лужних миючих засобів
або активних розчинників залежно від типу забруднення.
Термічним способом послуговуються, в основному, для очи-
щення металевої поверхні від іржі й окалини з використанням по-
лум’я киснево-ацетиленового пальника.
Після очищення поверхні основи необхідно перевірити її воло-
гість: для якісного фарбування вологість не повинна перевищувати
8%. Якщо її основа бетон, то бажано починати фарбування не рані-
ше ніж після одного сезону опалення.
Подальший технологічний цикл містить зміцнювальне ґрунту-
вання, фінішне вирівнювання поверхні, знепилювання, а якщо необ-
хідно, знежирення, а потім шпаклювання (для вирівнювання кольо-
ру і підвищення адгезії фарбового покриття до підкладки).
Ґрунтування є першою операцією після підготовки поверхні.
Ґрунтувальний шар дозволяє зміцнити саму основу, істотно збіль-
шити термін експлуатації покриття внаслідок створення міцного
зв’язку між поверхнею основи і наступними лакофарбовими шара-
ми, забезпечує рівномірне імпрегнування (всмоктувальність) фарби.
Ґрунтовку наносять пензлем, фарборозпилювачем та іншими спосо-
бами, причому нанесений шар повинен бути тонким порівняно із зо-
внішніми шарами фарби. Сушіння ґрунтувального шару проводять
відповідно з режимом, передбаченим технологією.
592
Шпаклювання здійснюється з метою вирівнювання поверхні.
Шпаклівки наносять шарами (не більше трьох). Кожний шар шпак-
лівки потрібно висушувати для запобігання тріщиноутворення та
зниження захисних властивостей покриття.
Інколи для одержання фактурної поверхні «під шагрень» шпак-
лювальний шар не вирівнюють.
Затверділу шпаклівку шліфують спеціальними шліфувальними
дисками. Шліфування необхідне для вирівнювання поверхні і по-
ліпшення адгезії між шарами покриття.
При виборі фарби необхідно враховувати її сумісність із матері-
алом основи, в тому числі подібність значень рН.
Нанесення лакофарбових покриттів може здійснюватись різними
методами, в тому числі зануренням, наливанням, струменевим об-
ливанням, електроосадженням, псевдорозрідженням, пневматичним,
безповітряним або електростатичним розпиленнями за допомогою
різних пристроїв. Застосування пензля передбачає низьку швидкість
фарбування (приблизно 10 м7год), використання валика підвищує
швидкість робіт, але при цьому ускладнюється фарбування швидко-
висихаючими фарбами та матеріалами, що мають високу в’язкість.
Пневматичне розпилення (за допомогою пістолета) дозволяє вико-
ристовувати швидковисихаючі фарби та фарбувати зі швидкістю
ЗО м2/год, створюючи тонкошарове декоративне покриття. Однак
при застосуванні цього способу відмічається висока емісія парів
розчинників, збільшується витрата фарби, ускладнюється викорис-
тання в’язких фарб.
Необхідність обмеження емісії розчинників в атмосферу сприяла
розвитку гідродинамічної технології фарбування, тобто безповітря-
ного розпилення, що передбачає хрестоподібне нанесення покриття
пістолетом. Це досить складний процес, який вимагає високої кваліфі-
кації оператора. Висока потужність гідродинамічного фарбування
(200...400 м2/год) є ефективною при покритті великих поверхонь.
Сушіння нанесеного покриття може бути природним та штучним
(гаряче, радіаційне, фотохімічне).
Руйнування лакофарбових покриттів може відбуватися вна-
слідок невиконання правила сумісності, непередбаченої дії атмос-
ферних факторів або порушення загальних правил експлуатації.
До основних видів руйнувань, які характеризують зміну декора-
тивних властивостей покриттів (ГОСТ 9.407, ГОСТ 6992), відносять
втрату блиску, зміну кольору, грязеутримання, викришування.
Втрата блиску (матовість) є одним із показників руйнування
поверхневого шару покриття внаслідок фотохімічного процесу. На
593
початковій стадії втрата блиску може бути усунена шляхом поліру-
вання або протирання. Зміну блиску покриття визначають за стан-
дартом (ГОСТ 896) або візуально порівняно з контрольним зразком.
Зміна кольору покриття (побілення, потемніння, пожовтіння,
бронзування та ін.) відбувається внаслідок фотохімічних процесів
або міграції пігменту. Ця характеристика оцінюється візуально по-
рівняно з контрольним зразком чи за допомогою спектрофотометра
або компаратора кольору.
Брудоутримання — здатність лакофарбового покриття утриму-
вати на своїй поверхні механічні забруднення, які не видаляються
при промиванні водою. Цей показник визначають візуально за наяв-
ністю або відсутністю на поверхні покриття механічних частинок
після промивання теплою водою.
Викришування — поява на поверхні покриття тонкого шару по-
рошку, що легко видаляється, внаслідок деструкції одного або декі-
лькох компонентів. Інтенсивне викришування при дії атмосферних
факторів може призвести до ерозії (вивітрювання) покриття, тобто
до його руйнування, в результаті чого відкривається підкладка. Ви-
кришування покриття визначають за стандартом (ГОСТ 16976) або
візуально за відсутністю чи наявністю частинок пігменту на бавов-
няній тканині (білої для темних покриттів і чорної для світлих), які
відокремлюються від покриття при терті його із зусиллям.
До основних видів руйнувань, які характеризують зміну захис-
них властивостей покриття для металевих поверхонь (ГОСТ 9.407),
відносять: розтріскування, вивітрювання, відшарування, розчинен-
ня, зморщування, утворення пухирів, корозію металу (підплівкова
корозія).
Розтріскування покриття пов’язане з виникненням розривів на
його поверхні. Розрізняють основні види тріщин: волосяні — дрібні,
хаотично розташовані у верхньому шарі покриття; магістральні —
глибокі, які проникають крізь весь шар покриття й можуть призвес-
ти до його повного руйнування; тріщини, які утворюють ефект
«крокодилової шкіри» та ін.
Відшарування покриття — відокремлення ділянок одного чи бі-
льше шарів системи від нижчих шарів або всієї системи покриття
від пофарбованої поверхні.
Пухирі утворюються на поверхні покриття від дії вологи, в тому
числі при її проникненні під покриття. Поява корозії на поверхні по-
криття свідчить про руйнування пофарбованої металевої поверхні.
Розтріскування, вивітрювання, відшарування, розчинення, утво-
рення пухирів на поверхні покриття оцінюють за розмірами руйну-
594
вання (діаметр, глибина) окремих ділянок та за загальною площею
зруйнованого покриття.
Зморщування визначають за площею зруйнованого покриття, а
підплівкову корозію (після видалення покриття) — аналогічно коро-
зії металу.
Після проведення всіх випробувань узагальнену оцінку зовніш-
нього вигляду покриття виводять в балах (ГОСТ 9.407) за комплек-
сом зміни його декоративних та захисних властивостей.
Визначення рівня небезпеки влаштування та експлуатації
лакофарбових покриттів є досить актуальним і враховує зростаю-
чу увагу до екологічних аспектів виробництва та застосування буді-
вельних матеріалів.
Причиною отруєння людей найбільш часто є міграція токсичних
речовин з лакових покриттів. Саме такі компоненти лакофарбових
матеріалів як органічні розчинники та кислотний отверджувач, ста-
новлять найбільший ризик отруєння під час нанесення покриття і
подальшого процесу полімеризації плівки. Небезпечним є застосу-
вання пластифікатора дибутилфталату, який при експлуатації лако-
фарбового покриття тривалий час мігрує в оточуюче середовище.
Для виготовлення та розведення ряду олійних або алкідних ла-
кофарбових матеріалів використовують натуральні та синтетичні
оліфи. Шкідливий вплив на оточуюче середовище мають леткі ком-
поненти, які входять до складу цих оліф — органічні вуглеводні
розчинники (стирол, ксилол, дифеніловий спирт, триметилбензол,
бензин, скипидар та ін.).
Встановлено, що емаль на основі епоксидної смоли не можна
використовувати у житлових приміщеннях внаслідок виділення в
оточуюче середовище комплексу шкідливих речовин (формальдегід,
ацетон, епіхлоргідрин, ксилол, толуол та складні ефіри) в кількості,
що перевищує допустимий рівень безпечного їх вмісту в складі по-
вітря.
Водорозчинні фарби порівняно з органорозчинними менш ток-
сичні, але вони містять важкі метали, розчинники для прискорення
висихання та інші токсичні добавки. Навіть до складу сучасних мо-
дернізованих латексних фарб входять ксилол, метиленхлорид та те-
трахлорид вуглецю, які негативно впливають на оточуюче середо-
вище.
Особливо небезпечним для здоров’я людей є пил токсичних піг-
ментів (до яких відносять усі пігменти на основі свинцю, оксидів
хрому, сульфіду кадмію та ін.). Застосування цих пігментів може
призвести до отруєння організму навіть у процесі приготування
595
фарб. Покриття на основі фарб, які містять токсичні пігменти, також
небезпечні при їхній експлуатації і мають обмежене використання.
Для запобігання отруєння токсичними пігментами при їх отри-
манні та використанні у виробництві необхідно застосовувати засо-
би індивідуального захисту, а також обов’язковим є обладнання
приміщень місцевою та загальною припливно-витяжною вентиляцією.
У деяких країнах використання лакофарбових матеріалів обмежене у
зв’язку з їх екологічною небезпечністю, наприклад англійськими
стандартами якості заборонені масляні фарби (на основі оліфи), ніт-
рофарби, а також пентафталеві (ПФ) та гліфталеві (ГФ) фарби.
Отже, головним завданням промисловості лакофарбових матері-
алів, враховуючи умови сьогодення, є зниження вмісту розчинників
у лаках і емалях та створення екологічно чистих матеріалів за раху-
нок переважного використання воднодисперсійних та порошкових
фарб.
Список літератури до розділу 12
1. Калаус 3. З, Рьіжов Д. А. Новьіе водозмульсионньїе лакокра-
сочньїе материальї. — М.: Химия, 1983.
2. Лакокрасочньїе материальї: Технические требования и конт-
роль качества: Справочное пособие / Сост. М. И. Карякина,
Н. В. Майорова, М. И. Викторова/. — М.: Химия, 1984. — 352 с.
3. Логанина В. И, Орентлихер Л. П. Качество отделки строите-
льних изделий и конструкций красочньїми составами. — М.:
АСВ, 2002.
4. Орентлихер Л. П., Логанина В. И. Защитно-декоративньїе по-
критая бетонньїх и каменньїх стен и зданий: Справочное посо-
бие. — М.: Стройиздат, 1993. — 136 с.
5. Технология лаков и красок / О. В. Орлова, Т. М. Фомичева,
А. 3. Окунчиков, Г. Р. Курский. — М.: Химия, 1980. — 392 с.
6. Рейтман А. И. Защитньїе лакокрасочньїе покрьітия. — М.:
Химия, 1982. — 320 с.
7. Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочньїх покритий. —
Л.: Химия, 1989.
596
ДОДАТКИ
Додаток 1
Одиниці виміру та розрахункові формули
основних властивостей будівельних матеріалів
Найменування властивостей Одиниці виміру Розрахункова формула Умовні позначення
Істинна густина г/см3 «>| <« 5 1 > II тс — маса матеріалу в сухому стані; га — об’єм матеріалу в абсо- лютно щільному стані
Середня густина кг/м3 5^ II < 5 т — маса матеріалу (в сухому, повітряно-сухому чи вологому стані); V — об’єм матеріалу в приро- дному стані
Насипна густина кг/м3 о X II І2 ун — об’єм сипкого матеріалу при вільній засипці
Щільність % щ=£е-.100 р
Відносна густина — а=^- р» рв — густина води
Пористість істинна % Пі=Р^Ьк.юо р
Пористість відкрита % Пв=100 урв т„ — маса матеріалу у водо- насиченому стані
Пористість закрита % П3 = П, - Пв
Вологість сорбційна % т, — т 100 т ^сорб — маса матеріалу після досягнення рівноважної воло- гості
Гігроскопіч- ність % т—т 1КГ = —£ 100 т тТ — маса матеріалу після до- сягнення рівноважної волого- сті при перебуванні у повітря- ному середовищі зі 100%-ю вологістю
Вологість аб- солютна % ~—100 тв — маса вологого матеріалу
597
Продовження дод. 1
Найменування властивостей Одиниці виміру Розрахункова формула Умовні позначення
Вологість відносна % ,іоо
Водопогли- нання за ма- сою %
Водопогли- нання за об’ємом % = 100 У-р.
Коефіцієнт фільтрації м/с Гг — В V/’ ч - Р(.Р,-Рг)'х Гв — об’єм просоченої води; 5 — товщина зразка; Р— площа зразка; Рі, р2 — гідростатичні тиски на протилежних сторонах зразка; т — тривалість випробування
Коефіцієнт паропроник- ності кг/м-с-Па к= ÄЄ-8 Г-(р1-р2)-т Гп — об’єм пари, що пройшла крізь товщу зразка; рп — густина пари; Р\,Р2 — тиски пари на проти- лежних сторонах зразка
Коефіцієнт теплопровід- ності Вт/(мК) ?_ 0± <2 — кількість тепла; /і, І2 — температура на повер- хнях зразка
Термічний опір (м2К)/Вт А
Питома теп- лоємність кДж/(кг-К) с=-0- от(г2-0 /2, і\ — кінцева і початкова температура нагрівання
Температур- ний коефіці- єнт лінійного розширення К”1 ар= 1 /і — довжина зразка після на- грівання; / — довжина зразка до нагрі- вання
Границя міц- ності при стиску МПа >3 о Нн >11 Р — руйнівне навантаження; Р— площа поперечного пере- різу зразка
Границя міц- ності при згині МПа „ -3/м ^ЗГ о 2Ь-к2 Р — руйнівне навантаження, прикладене посередині прого- ну зразка; / — відстань між опорами; Ь — ширина зразка; к — висота зразка
598
Закінчення дод. 1
Найменування властивостей Одиниці виміру Розрахункова формула Умовні позначення
Границя міц- ності при розтягу МПа р р Р — площа перерізу зразка в найтоншому місці до випро- бування
Коефіцієнт конструктив- ної якості МПа Х'кя= — а В. — границя міцності зразка
Твердість за Брінеллем МПа 2Р НВ= ло-ф-^/о2-^) Ртв—навантаження; О — діаметр кульки; б/ — діаметр відбитка
Ударна міц- ність Дж/м3 _ и-д /г V п — кількість ударів; Ч — вага гирі; к — висота падіння гирі
Стираність кг/м3 ГТ _ "31-^2 гп\ — маса зразка до стирання; т2 — маса зразка після сти- рання; Р— площа поверхні стирання
Додаток 2
Множники, префікси та їх позначення для утворення
кратних і частинних одиниць 81
Множник Префікс Позначення
ю18 екса Е
1015 пета П
10і2 тера Т
109 гіга Г
106 мега М
103 кіло к
102 гекто г
10і дека да
10'1 деци д
10’2 санти с
10‘3 мілі м
106 мікро мк
10’9 нано н
10‘12 піко п
10"'5 фемто ф
Ю-І8 ато а
599
Додаток З
Характеристика породотвірних мінералів
Мінерал Хімічний склад Кристало- графічна система Спайність Колір Твердість за Моосом Істинна густина, г/см3 Породи, що містять мінерал
Група кварцу
Кварц 8іО2 Тригона- льна Відсутня Прозорий, білий, сірий, чорний, фіолетовий 7 2,65 Граніт, діорит, гнейс, піско- вик, пісок
Опал 8іО2 пН2О — - « - Білий, блакит- ний, бурий, зе- лений, чорний 5...6 1,9...2,5 Трепел, діа- томіт, опока, мертель, туф
Група алюмосилікатів
Ортоклаз К2О А12О3 • 68іО2 Моноклінна Досконала Білий, сірий, жовтий, черво- ний, рожевий 6...6,5 2,57 Граніт, сіє- ніт, порфір, гнейс
Альбіт №2ОА12О3-68іО2 Триклінна - « - Білий до сірого 6...6,5 2^6 Гнейс, лаб- радорит
Анортит СаО • А12О3 • 28іО2 - « - - « - Білий до сіро- го, жовтий 6...6,5 2?75 Габро, ба- зальт
Мусковіт КАІ2[А18і3О|0] [ОН]2 Моноклінна Найдоско- наліша Прозорий, бі- лий, сірий 2,7...3,1 Граніт, сіє- ніт, гнейс, слюдяний сланець
Біотит К(М8,Гє)3[8і3А1і0] [ОН,Р]2 - « - - « - Чорний, бурий, темно-зелений 2...3 2,8...3,2 Андезит, діорит, сіє- ніт, діабаз
Верми- куліт (М§,Рє)3(ОН)2[(А1,8і)4О10]4Н2О - « - - « - Золотавий, ко- ричневий 2,4...2,7 Вермикуліт
Закінчення дод. З
Мінерал Хімічний склад Кристало- графічна система Спайність Колір Твердість за Моосом Істинна густина, г/см3 Породи, що містять мінерал
Каолініт А12О3-28іО2- 2Н2О Триклінна Досконала Білий 1 2,6 Глина
Група залізистомагнезіальних силікатів
Авгіт Са(М§,Ре,А1)[(8і,А1)2О6] Моноклінна Досконала Темно-зелений, чорно-бурий, чорний 5...6 3,2...3,6 Базальт, габро
Олівін (М8,Ре)28іО4 Ромбічна недосконала Зелений, жовтий, бурий, чорний 6,5...7 3,3...3,4 Діорит, га- бро, сієніт, андезит
Рогова обманка Са2Ка(М§,Ре)4 (А1,Ре)[8і,А1)4Оц]2[ОН]2 Моноклінна недосконала Темно-бурий, зелений, чорний 5...6 3,1...3,4 Діорит, габ- ро, сієніт, ан- дезит
Група карбонатів
Кальцит СаСОз Тригональна Досконала Безбарвний, мо- лочно-білий, з рі- зними відтінками 3 2,7 Вапняк, крей- да, доломіт, мармур
Магне- зит М8СО3 - « - - « - Білий, сірий, жовтий 3,5...4,5 2,9...3,1 Магнезит
Доломіт СаСО3' М§СО3 - « - - « - Білий, сірий 3,5...4 2,8...2,9 Доломіт
Група сульфатів
Гіпс Са8О4 • 2Н2О Моноклінна Досконала Білий, блакит- ний, жовтий, бурий 2 2,3 Гіпс, ангід- рит
Ангід- рит Са8О4 Ромбічна - « - Блакитно- білий, сірий 3...3,5 2,8...3 Ангідрит, гіпс
Барит Ва8О4 - « - - « - Білий, сірий, жовтий 3...3,5 4,3...4,7 Барит
Додаток 4
Характеристика найголовніших гірських порід
Порода Середня густина, кг/м Границя міцності при стиску, МПа Головні мінерали Структура, текстура Колір Застосування
Вивержені породи
Граніт 2600...2800 100...250 Кварц, орто- клаз, біотит, мусковіт Дрібно-, серед- ньо-, крупно- зерниста, порфи- рова Сірувато-білий, темно-сірий, чер- вонуватий, сіро- зелений, синьо- зелений Зовнішнє і внутрішнє об- лицювання, мостовий ка- мінь, тротуарні плити, щебінь, східці
Сієніт 2600...2800 150...220 Ортоклаз, авгіт, рого- ва обманка Зазвичай серед- ньозерниста, рід- ше — дрібнозер- ниста Сірий, сіро-зелену- ватий, червонува- тий, червоний Мостовий камінь, зовніш- нє облицювання
Діорит 2800...3000 150...300 Ортоклаз, рогова об- манка, біо- тит, авгіт Середньо- і дрібно- зерниста, рідше — крупнозерниста Темно-сірий із зе- леним відтінком Облицювальний камінь, дорожнє будівництво
Габро 2900...3200 200...400 Авгіт, олі- він, рогова обманка Зазвичай серед- ньозерниста до дрібнозернистої, рідше —крупно- зерниста Темно-сірий до чорного Зовнішнє облицювання, дорожні покриття, гідро- технічні споруди
Лабра- дорит 2900...3100 130...250 Лабрадор Крупнозерниста Чорний з перели- вами блакитного, синього, іноді зо- лотавого кольорів Зовнішнє і внутрішнє об- лицювання, внутрішні сходи і площадки, підлоги
Продовження дод. 4
Порода Середня густина, кг/м3 Границя міцності при стиску, МПа Головні мінерали Структура, текстура Колір Застосування
Андезит 2200...2700 60...240 Ортоклаз, ро- гова обманка, біотит, авгіт Щільна, пориста з украпленнями Сірий, бурий, чорний Кислототривкі вироби, щебінь
Діабаз 2700...2900 200...400 Авгіт, рогова обманка, лаб- радор Прихованокрис- талічна, дрібно- кристалічна Сірий, зеленувато- сірий, зелений Гідротехнічні споруди, кислототривкі та жаро- стійкі облицювання і кла- дка, дорожнє будівництво
Базальт 2800...3300 100...500 Авгіт, олівін, рогова обма- нка Приховано-, дріб- но- кристалічна, склоподібна Темно-сірий до чорного Зовнішнє облицювання, зовнішні сходи і площад- ки, дорожні покриття, гі- дротехнічні споруди, ки- слототривкі та жаростійкі облицювання і кладка, плавлені вироби
Вулка- нічний туф 700...1400 5...15 Аморфний кремнезем Склоподібна Сірий, рожевий до фіолетового, кори- чневий, чорний Укладання стін, зовнішнє і внутрішнє облицювання, заповнювач для легких бетонів, активна мінера- льна добавка
Перліт 920...2400 25...100 Аморфний кремнезем - « - Сірий, сірувато- блакитний Виготовлення пористих заповнювачів
Осадові породи
Пісковик 1900...2800 10...250 Кварц, кальцит, польовий шпат Дрібно- і тонко- зерниста Білий, жовтий, сі- рий, буруватий Укладання фундаментів, стін, зовнішнє облицю- вання, виготовлення буту, щебеню, дорожні покрит- тя, гідротехнічні споруди, кислототривкі вироби
Продовження дод. 4
Порода Середня густина, кг/м3 Границя міцності при стиску, МПа Головні мінерали Структура, текстура Колір Застосування
Доломіт 2500...2900 100...150 Доломіт, магнезит Прихованокрис- талічна Жовтувато-білий, буруватий Виробництво в’яжучих речовин, вогнетривів, теп- лоізоляційних виробів, скла, буту, щебеню
Магне- зит 2900...3000 120...200 Магнезит - « - Світло-сірий Виготовлення каустично- го магнезиту, вогнетрив- ких виробів
Вапняк щіль- ний 1800...2600 10...150 Кальцит, доломіт Щільна безладно- зерниста Білий, сірий до чо- рного, жовтуватий, бурий Виготовлення портланд- цементу, вапна, щебеню, внутрішнє облицювання
Вапняк- чере- пашник 800...1800 0,4...15,0 Кальцит, кремнезем Пориста Білий, сірий, жов- туватий Внутрішнє облицювання, укладання стін, заповню- вач легкого бетону, виго- товлення вапна, порт- ландцементу
Гіпс 2000...2200 20...30 Гіпс Зернистокриста- лічна Білий, жовтий, сі- рий Виготовлення в’яжучих речовин, внутрішнє обли- цювання, скульптурні ро- боти
Ангід- рит 2800...2900 60...80 Ангідрит Зернистокриста- лічна Блакитно-білий, сірий Виготовлення в’яжучих речовин, внутрішнє обли- цювання
Діато- міт 400... 1200 2...5 Аморфний кремнезем Аморфна Білий, жовтуватий Активна мінеральна доба- вка, виготовлення тепло- ізоляційних виробів, лег- кої цегли
Закінчення дод. 4
Порода Середня густина, кг/м3 Границя міцності при стиску, МПа Головні мінерали Структура, текстура Колір Застосування
Трепел 350...800 2...3 - « - - « - Білий, сірий Активна мінеральна доба- вка, виготовлення тепло- ізоляційних виробів, лег- кої цегли
Опока 600...1800 5...15 Аморфний кремнезем, кальцит - « - - « - Укладання стін, заповню- вач легких бетонів
Метаморфічніпороди
Гнейс 2400...2700 60...250 Ортоклаз, кварц, біо- тит, муско- віт Сланцювата Сірий до червону- ватого Укладання фундаментів, бутова кладка, мостіння доріг
Глини- стий сланець 2600...2700 50...240 * Гідрослюда, монтмори- лоніт, каолі- ніт, кварц Тонкосланцева Сірий, темно- сірий, чорний Влаштування покрівлі, ви- готовлення пористих запо- внювачів для бетону
Мармур 2600...2800 50...300 Кальцит, доломіт Дрібно-, середньо-, крупно-зерниста, щільна Білий, сірий, жов- туватий, блідо-ро- жевий, червоний, бурий, зеленува- тий, чорний Внутрішнє облицювання, виготовлення монументів, декоративно-художніх ви- робів, заповнювач для де- коративних бетонів
Кварцит 2650...3000 100...500 Кварц, хал- цедон, опал Дрібнозерниста, щільна Білий, жовтий, сі- рий, від рожевого до темно-вишневого Підфермове каміння, зов- нішнє облицювання, виго- товлення вогнетривких виробів, бутовий камінь, щебінь
Нормативні документи
чи |'|||^|'|||ц1111 ия 1111 1111,11
До розділу 1
СН 528-80
ДСТУ БВ. 2.7-40-95,
ДСТУ БВ. 2.7-41-95
(ГОСТ 30256-94,
ГОСТ 30290-94)
ДСТУ БВ. 2.7-42-97
ДСТУ БВ. 2.7-105-2000
ДБН В.1.4-1.01-97
ДБН В. 1.4-2.01-97
ДБН В.2.6-31:2006
До розділу 2
ДСТУ БВ. 2.7-32-95
ДСТУ БВ. 2.7-37-95
ДСТУ БВ. 2.7-59-97
ДСТУ БВ. 2.7-62-97
ДСТУ БВ. 2.7-161:2008
Перечень единиц физических величин, подлежащих
применению в строительстве
Будівельні матеріали. Методи визначення теплопро-
відності будівельних матеріалів
Будівельні матеріали. Методи визначення водопогли-
нання, густини і морозостійкості будівельних матері-
алів і виробів
Будівельні матеріали. Методи визначення теплопро-
відності і термічного опору при стаціонарному теп-
ловому режимі
СРББ. Регламентовані радіаційні параметри. Допус-
тимі рівні
СРББ. Радіаційний контроль будівельних матеріалів
та об’єктів будівництва
Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція буді-
вель
Будівельні матеріали. Пісок щільний природний для
будівельних матеріалів, виробів, конструкцій і робіт.
Технічні умови
Будівельні матеріали. Плити і вироби з природного
каменю. Технічні умови
Будівельні матеріали. Блоки із природного каменю
для виробництва облицювальних виробів. Загальні
технічні умови
Будівельні матеріали. Щебінь і пісок перлітові для
виготовлення спученого перліту
Будівельні матеріали. Плити декоративні на основі
природного каменю. Технічні умови
606
До розділу З
ДСТУ БА. 2.7-14-94
ДСТУ БВ. 2.7-15-95
ДСТУ БВ. 2.7-28-95
ДСТУ БВ. 2.5-8-96
ДСТУ БВ. 2.7-61:2008
ДСТУ БВ. 2.7-67-98
(ГОСТ 13996-93)
ДСТУ БВ. 2.7-117-2002
(ГОСТ 6787-2001)
ДСТУ БВ. 2.7-118-2002
(ГОСТ 27180-2001)
ГОСТ 286-82
ДСТУ БВ. 2.7-120-2003
ССНБ. Сировина глиниста для виробництва керамзи-
тового гравію і піску. Технічні умови
Будівельні матеріали. Вироби перлітобентонітові те-
плоізоляційні. Технічні умови
Будівельні матеріали. Черепиця керамічна. Технічні
умови
Інженерне обладнання будинків і споруд. Вироби са-
нітарні керамічні. Загальні технічні умови
Будівельні матеріали. Цегла та камені керамічні ря-
дові і лицьові. Технічні умови
Будівельні матеріали. Плитки керамічні фасадні і ки-
лими з них. Технічні умови
Будівельні матеріали. Плитки керамічні для підлог.
Технічні умови
Будівельні матеріали. Плиткі керамічні. Методи ви-
пробувань
Трубьі керамические канализационньїе. Технические
условия
Будівельні матеріали. Добавки енергозберігаючі для ке-
рамічних будівельних виробів. Загальні технічні умови
До розділу 4
ДСТУ БВ. 2.6-56-96
(ГОСТ 10499-95)
ДСТУ БВ. 2.7-94-2000
ДСТУ БВ. 2.7-97-2000
(ГОСТ 9573-96)
ДСТУ БВ. 2.7-98-2000
(ГОСТ 21880-94)
ДСТУ БВ. 2.7-99-2000
(ГОСТ 22950-95)
ДСТУ БВ. 2.7-110-2001
ДСТУ БВ. 2.7-122-2003
(ГОСТ 111-2001)
ДСТУ БВ. 2.7-169:2008
Будівельні матеріали. Вироби теплоізоляційні зі
скляного штапельного волокна. Технічні умови
Будівельні матеріали. Вата мінеральна. Технічні умови
Будівельні матеріали. Плити із мінеральної вати на
синтетичному з’вязуючому. Технічні умови
Будівельні матеріали. Мати прошивні із мінеральної
вати теплоізоляційні. Технічні умови
Будівельні матеріали. Плити мінераловатні підвище-
ної жорсткості на синтетичному з’вязуючому. Техні-
чні умови
Будівельні матеріали. Скло, склопакети
Будівельні матеріали. Скло листове. Технічні умови
Будівельні матеріали. Вироби теплоізоляційні з міне-
ральної вати ламельні. Технічні умови
До розділу 5
ДСТУ 2252-93
ДСТУ 2254-93
ДСТУ 2255-93
ДСТУ 3436-96
ДСТУ 3666-97
Профілі сталеві гнуті коритні рівнополичні. Сортамент
Кутики сталеві гнуті рівнополичні. Сортамент
Кутики сталеві гнуті нерівнополичні. Сортамент
Швелери сталеві гарячекатані. Сортамент
Труби безшовні холоднодеформовані із вуглецевих та
легованих сталей зі спеціальними властивостями.
Технічні умови
607
ДСТУ 3667-97
ДСТУ 3760:2006
(180 6935-2:1991, КЕр)
До розділу 6
ДСТУ БВ. 2.7-46-96
ДСТУ БВ. 2.7-82-99
ДСТУ БВ. 2.7-85-99
(ГОСТ 22266-94)
ДСТУ Б В.2.7-90-99
ДСТУ БВ. 2.7-86-99
(ГОСТ 26798.1-96)
ДСТУ БВ. 2.7-91-99
ГОСТ 965-89
ДСТУ БВ. 2.7-112-2002
ДСТУ БВ. 2.7-124-2004
ДСТУ БВ. 2.7-128:2008
ДСТУ БВ. 2.7-185:2009
ДСТУ БВ. 2.7-187:2009
ДСТУ БВ. 2.7-188:2009
ДСТУ БВ. 2.7-181:2009
До розділу 7
ДСТУ БВ. 2.7-23-95
ДСТУ-П Б В.2.7-126:2006
ГОСТ 5802-86
До розділу 8
ДСТУБВ. 2.7-18-95
ДСТУ БВ. 2.7-25:2011
ДСТУ БВ. 2.7-43-96
Труби безшовні гарячедеформовані із вуглецевих та
легованих сталей зі спеціальними властивостями. Тех-
нічні умови
Прокат арматурний для залізобетонних конструкцій.
Загальні технічні умови
Будівельні матеріали. Цементи загальнобудівельного
призначення. Технічні умови
Будівельні матеріали. В’яжучі гіпсові. Технічні умови
Будівельні матеріали. Цементи сульфатостійкі. Тех-
нічні умови
Будівельні матеріали. Вапно будівельне. Технічні
умови
Будівельні матеріали. Цементи тампонажні. Методи
випробувань
Будівельні матеріали. В’яжучі мінеральні. Класифі-
кація
Портландцементьі бельїе. Технические условия
Будівельні матеріали. Цементи. Загальні технічні
умови
Будівельні матеріали. Цементи для будівельних роз-
чинів. Технічні умови
Будівельні матеріали. Добавки активні мінеральні та
добавки-наповювачі до цементу. Технічні умови
Будівельні матеріали. Цементи. Методи визначення
нормальної густоти, строків тужавлення та рівномір-
ності зміни об’єму
Будівельні матеріали. Цементи. Методи визначення
міцності на згин і стиск
Будівельні матеріали. Цементи. Методи визначення
тонкості помелу
Будівельні матеріали. Цементи лужні. Технічні умови
Будівельні матеріали. Розчини будівельні. Загальні
технічні умови
Будівельні матеріали. Суміші будівельні сухі модифі-
ковані. Загальні технічні умови
Растворьі строительньїе. Методьі испьітаний
Будівельні матеріали. Бетони легкі. Загальні технічні
умови
Будівельні матеріали. Бетони важкі шлаколужні. Тех-
нічні умови
Будівельні матеріали. Бетони важкі. Технічні умови
608
ДСТУ БВ. 2.7-45-96
ДСТУ БВ. 2.7-47-96
(ГОСТ 10060.0-95)
ДСТУ БВ. 2.7-49-96
(ГОСТ 10060.2-95)
ДСТУ БВ. 2.7-65-97
ДСТУ БВ. 2.7-96-2000
(ГОСТ 7473-94)
ДСТУ БВ. 2.7-114-2002
(ГОСТ 10181-2000)
ДСТУ БВ. 2.7-170:2008
ДСТУ БВ. 2.7-221:2009
ГОСТ 23732-79
ГОСТ 25192-82
(СТ СЗВ 6550-88)
ГОСТ 25214-82
ГОСТ 8735-88
ГОСТ 20910-90
ДСТУ БВ. 2.7-6-94
ДСТУ БВ. 2.7-7-94
ДСТУ БВ. 2.7-224:2009
ДСТУ БВ. 2.7-226:2009
ДСТУ БВ. 2.7-215:2009
ДСТУ БВ. 2.7-214:2009
ДСТУ БВ. 2.7-157:2008
ДСТУ БВ. 2.7-80:2008
ДСТУ БВ. 2.7-219:2009
ДСТУ БВ. 2.7-220:2009
Будівельні матеріали. Бетони ніздрюваті. Технічні умови
Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення
морозостійкості
Будівельні матеріали. Бетони. Прискорені методи ви-
значення морозостійкості при багаторазовому заморо-
жуванні та відтаванні
Будівельні матеріали. Добавки до бетонів і будівель-
них розчинів. Класифікація
Будівельні матеріали. Суміші бетонні. Технічні умови
Будівельні матеріали. Суміші бетонні. Методи ви-
пробувань
Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення се-
редньої густини, вологості, водопоглинання, порис-
тості і водонепроникності
Будівельні матеріали. Бетони. Класифікація і загальні
технічні умови
Вода для бетонов и растворов. Технические условия
Бетоньї. Классификация и общие требования
Бетон силикатньїй плотньїй
Песок для строительньїх работ. Методьі испьітаний
Бетоньї жаростойкие. Технические условия
Будівельні матеріали. Черепиця бетонна. Технічні умови
Будівельні матеріали. Вироби бетонні стінові дріб-
ноштучні. Технічні умови
Будівельні матеріали. Бетони. Правила контролю мі-
цності
Будівельні матеріали. Бетони. Ультразвуковий метод
контролю міцності
Будівельні матеріали. Правила підбору складу
Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення мі-
цності за контрольними зразками
Будівельні матеріали. Пісок і щебінь перлітові спуче-
ні. Технічні умови
Будівельні матеріали. Цегла та камені силікатні. Тех-
нічні умови
Будівельні матеріали. Бетони. Метод прискореного
визначення міцності на стиск
Будівельні матеріали. Бетони. Визначення міцності
механічними методами неруйнівного контролю
До розділу 9
ГОСТ 16483.7-71
ГОСТ 16483.12-72
ГОСТ 16483.5-73
Древесина. Методьі определения влажности
Древесина. Метод определения прочности при ска-
льівании поперек волокон
Древесина. Методьі определения прочности при ска-
льівании вдоль волокон
609
ГОСТ 16483.10-73
ГОСТ 16483.23-73
ГОСТ 20966-75
ГОСТ 14614-79
ГОСТ 16483.17-81
ГОСТ 16483.1-84
ГОСТ 16483.3-84
ГОСТ 8740-85
ДСТУ ГОСТ 10632:2009
ГОСТ 3916-96
До розділу 10
ДСТУ БВ. 2.7-83-99
(ГОСТ 2678-94)
ДСТУ БВ. 2.7-101-2000
(ГОСТ 30547-97)
ДСТУ БВ. 2.7-108-2001
(ГОСТ 30693-2000)
ДСТУ БВ. 2.7-119-2003
ГОСТ 15879-70
ГОСТ 11506-73
ГОСТ 11503-74
ГОСТ 11506-75
ГОСТ 11501-78
ГОСТ 15836-79
ГОСТ 2889-80
ГОСТ 20429-84
ГОСТ 5027-89
ГОСТ 10923-93
ДСТУ БВ. 2.7-129:2006
ДСТУ БВ. 2.7-135:2007
Древесина. Методьі определения прочности при сжа-
тии вдоль волокон
Древесина. Метод определения прочности при рас-
тяжении вдоль волокон
Пластик древесньїй слоистьій. Технические условия
Фанера декоративная. Технические условия
Древесина. Метод определения статической прочности
Древесина. Метод определения плотности
Древесина. Метод определения прочности при стати-
ческом изгибе
Плитьі древесноволокнистьіе. Технические условия
Плитьі древесностружечньїе. Технические условия
Фанера общего назначения. Технические условия
Будівельні матеріали. Матеріали рулонні та гідроізо-
ляційні. Технічні умови
Будівельні матеріали. Матеріали рулонні покрівельні
та гідроізоляційні. Загальні технічні умови
Будівельні матеріали. Мастики покрівельні та гідро-
ізоляційні. Загальні технічні умови
Будівельні матеріали. Суміші асфальтобетонні і асфаль-
тобетон дорожній та аеродромний. Технічні умови
Стеклорубероид. Технические условия
Битумьі нефтяньїе. Метод определения температури
размягчения
Битумьі нефтяньїе. Метод определения вязкости
Битумьі нефтяньїе. Метод определения растяжимости
Битумьі нефтяньїе. Метод определения глубиньї про-
никання ИГЛЬІ
Мастика битумно-резиновая изоляционная. Техниче-
ские условия
Мастика битумная кровельная гарячая. Технические
условия
Фольгоизол. Технические условия
Паста і мастика бітумна емульсійна на твердих ему-
льгаторах. Технічні умови
Руберойд. Технические условия
Будівельні матеріали. Емульсії бітумні дорожні. Тех-
нічні умови
Будівельні матеріали. Бітуми дорожні, модифіковані
полімерами. Технічні умови
До розділу 11
ДСТУ БВ. 2.7-8-94
ДСТУ БВ. 2.7-20-95
Будівельні матеріали. Плити полістирольні. Технічні
умови
Будівельні матеріали. Лінолеум полівінілхлоридний
на теплозвукоізолюючій підоснові. Технічні умови
610
ДСТУ БВ. 2.7-21-95
ДСТУ БВ. 2.7-21-95
ДСТУ БВ. 2.7-97-2000
ДСТУ БВ. 2.7-77-98
ДСТУ БВ. 2.7-78-98
ДСТУ БВ. 2.7-79-98
ДСТУ БВ. 2.7-93-2000
ДСТУБВ. 2.7-103-2000
ДСТУ БВ. 2.7-130:2007
ДСТУ БВ. 2.7-140:2007
ГОСТ 16381-77
До розділу 12
ГОСТ 16976-71
ГОСТ 18958-73
ГОСТ 19279-73
ГОСТ 8784-75
ГОСТ 19266-79
ГОСТ 5233-89
ГОСТ 28196-89
ГОСТ 10277-90
Будівельні матеріали. Лінолеум полівінілхлоридний
багатошаровий та одношаровий без підоснови. Техні-
чні умови
Будівельні матеріали. Труби поліетиленові для подачі
горючих газів
Будівельні матеріали. Плити із мінеральної вати та
синтетичному зв’язуючому. Технічні умови
Будівельні матеріали. Мастики герметизуючі бутил-
каучукові. Технічні умови
Будівельні матеріали. Матеріал герметизуючий бути-
лрегенератний. Технічні умови
Будівельні матеріали. Мастики гідроізоляційні бути-
лкаучукові та бітумнобутилкаучукові. Технічні умови
Будівельні матеріали. Труби для мереж холодного та
гарячого водопостачання із пропілену. Технічні умови
Будівельні матеріали. Мастики будівельні полімерні
клеючі латексні
Будівельні матеріали. Профілі полівінілхлоридні для
огороджувальних будівельних конструкцій. Загальні
технічні умови
Будівельні матеріали. Труби з поліпропілену та фа-
сонні частини до них для внутрішньої каналізації бу-
динків і споруд. Технічні умови
Материальї и изделия строительньїе теплоизоляцион-
ньіе. Классификация и общие технические условия
Покрьітия лакокрасочньїе. Методьі определения сте-
пени меления
Краски силикатньїе
Краски полимерцементньїе
Материальї лакокрасочньїе. Методьі определения ук-
рьівистости
Материальї лакокрасочньїе. Метод определения цвета
Материальї лакокрасочньїе. Метод определения твер-
дости по маятниковому прибору
Краски водно-дисперсионньїе. Технические условия
Шпатлевки. Технические условия
611
Предметний покажчик
ІЯІИЯВ^^
Авгіт 84
автоклав 224, 395
аглопорит 143, 366
адитив 557
азбестоцемент 419
активні мінеральні добавки 272
аліт 252
ангідрит 85, 229
ангоб 121
андезит 89
антисептик 480
антипірен 481
асфальтобетон 492
арболіт 479
арматура 212, 400, 405
Базальт 89
барвник 121, 269
барит 85
беліт 252
бетон
- асфальтовий 492
- армований 400
- важкий 345
— високоміцний 428
- гідротехнічний 431
- Декоративний 433
---дисперсноармований 413
---для захисту від радіації 441
- дорожній 433
- дрібнозернистий 389
- жаростійкий 436
- збірний 406
- здатний до ущільнення 442
- корозійностійкий 439
— крупнопористий 373
-легкий 338, 363
-монолітний 401
- на пористих заповнювачах 375
- ніздрюватий 377
- особливо важкий 338
- особливо легкий ЗУ&
---полімерний 338, 419, 430
- поризований 375
- сірчаний 440
- силікатний 395
- спеціальний 428
- фібробетон 413
- хімічно стійкий 440
- штампований 435
- щільний 340
біокомпозит 475
біокорозія 107
біотит 84
бітум 484
- будівельний 489
— гідроізоляційний 489
- дорожній 489
-модифікований 500, 502
- нафтовий 485
- окиснений 485
- покрівельний 489
612
- природний 484
- рідкий 490
- сланцевий 493
- штучний 485
брекчія 93
Вапно 238
— гашене (гідратне) 239
- гідравлічне 247
— грудкове негашене 238
— доломітове 238
- кальцієве 238
- магнезіальне 238
— мелене негашене 238
— повітряне будівельне 238
вапняк 93
вапняк-черепашник 95
вата
—мінеральна 187
- скляна 174
вермикуліт 367
— спучений 367
- відходи
- видобування гірських порід 104
- виробництва скла 190
-металургійні 270, 300
- теплоенергетики 273, 300
віскозиметрія 27
вивітрювання 79
вироби
- азбестоцементні 419, 422
- бетонні 389
— бітумні 496
- гіпсові 232
- дьогтьові 505
- залізобетонні 402
— з деревини 466
- з кам ’яного литва 186
— з природного каменю 101
- з шлакових розплавів 183
— керамічні 127
- металеві 210
- силікатні 395
- скляні 160
- полімерні 511
властивості 21
— акустичні 69
- екологічні 70
- експлуатаційні 57
- естетичні 73
— механічні 48
— термічні 61
- технологічнії4
— фізичні 26, 39
- хімічні 26
вогнестійкість 67
вогнетривкість 68
водовідділення 343
водопоглинання 44
- за масою 44
— за об ’ємом 45
водонепроникність 59
водопроникність 58
водостійкість 57
вологість 46
- абсолютна 46
- відносна 46
- сорбційна 46
вологовіддача 47
волокна 413, 414
— азбестові 415,416
- бамбукові 415,416
- нейлонові 415, 416
- поліамідні (вуглецеві)
- поліефірні 415,416
— полімерні 415,416
- поліпропіленові 415,416
-скляні 416
Габро 88
газобетон 381
геоцемент 286
герметик 534
гігроскопічність 46
гідроізол 502
гідрофільність 47
гідрофобізація 47
гідрофобність 47
613
гіпс 226
- будівельний 227
— високоміцний 228
- високовипалювальний 229
- естрихгіпс 229
- мінерал 94
- супергіпс 228
- формувальний 228
глазур 120
глини 91, 116
гнейс 97
гравій 91
- зольний 366
граніт 86
-керамічний 134
границя міцності 49
- при згині 49
- при розтягу 52
- при стиску 49
густина 40
- відносна 42
- істинна 40
- насипна 41
- середня 40
Ґрунтовка 568
Деревина 452
- будова 453
- властивості 459
-макроструктура 453
-мікроструктура 455
деструкція полімерів 539
- біологічна 540
-механічна 540
- окислювальна 539
-радіаційна 540
- термічна 540
- хімічна 541
Деформації 47
- набухання 47
- температурні 67
- усадки 48
діабаз 89
діатоміт 94
діорит 87
доломіт 94
- каустичний 244
добавки 349
- комплексні (поліфункціональної
дії) 351
- пластифікуючі 120, 349
- повітровтрягувальні 351
-поротвірні 120
- прискорювачі твердіння 350
- протиморозні 351
- спіснювальні 120
- сповільнювачі твердіння 350
- суперпластифікатори 326
дошка 467
- паркетна 469
дьоготь 490
- деревинний 492
— кам ’яновугільний 491
- сланцевий 490
- торф ’яний 490
дьогтьобетон 492
Екологічні аспекти
будівельних матеріалів 507, 539
елемент армувальний 18, 400
емалі 581
емульсія 496
емульгатор 496
епоксидна смола 417
етрингіт 254
ефект
- адитивний 22
— синергетичний 22
Жаростійкість 69
жорсткість бетонної суміші 341
Залізобетон 400
- збірний 402
-монолітний 401
заповнювач 333
зола паливна 273, 301
614
Ізол 502
Калориметрія 29
кальцит 84
камінь 221
— гіпсовий 227
- керамічний 115, 130
- силікатний 395
каолініт 83
кварц 81
кварцит 96
керамзит 365
кислотостійкість 60
клей
— полімерний 560
— рослинний 560
- тваринний 559
клінкер портландцементний 251
коефіцієнт
— конструктивної якості 53
- паропроникності 59
- розм ’якшення (водостійкості) 57
— температурний лінійного розши-
рення (ТКЛР) 67
- теплопровідності 61
— фільтрації 58
конгломерат 93
корозія
- бетону 446
— металів 219
— природних кам ’яних матеріалів 107
- цементного каменю 304
крейда 95
кристобаліт 114
крихкість 56
ксилоліт 479
Лабрадор 83
лабрадорит 86
ламінат 473
лак 578
легкоукладальність 341
лінкруст 532
лінолеум 522
ліпарит 89
литво
- кам’яне 186
- шлакове 185
лугостійкість 60
Магма 78
магнезит
— каустичний 243
мармур 96
мастика 497
- антикорозійна 498
— бітумно-гумова 498
— гідроізоляційна 498
- приклеювальна 497
матеріали
— гідроізоляційні 25
-полімерні 518,522
- бітумні 492, 496
- композиційні 21
- армовані волокнами 19
- дисперснозміцнені (макродис-
персні) 19
- матричні 20
- шаруваті (пластинчасті) 20
- скелетні 20
— конструкційні 24
- полімерні 511, 525
- бетонні 402
-металеві 213, 214
- керамічні 127
- з деревини 475
- кам’яні природні 102
- опоряджувальні
-керамічні 135
- із мінеральних розплавів 177
-лакофарбові 583, 569
- полімерні 531
- розчини 315
- покрівельні
- бітумні 498
- полімерні 533
- керамічні 138
- металеві 211
615
- азбестоцементні 422
— теплоізоляційні
- полімерні 535
- із мінеральних розплавів 173,187
-керамічні 143
- ніздрюватобетонні 377
матриця 18
мертель 93
метакаолініт 114
метали 195
- кольорові 214
- чорні 198
- металочерепиця 211
методи дослідження 26
- диференціально-термічні 28
- електронний парамагнітний
резонанс (ЕПР) 32
- електрохімічні ТІ
— калориметрічні 29
- оптичні 33
— растрова скануюча мікроскопія 38
—рентгенівські ЗО
- рефрактометрія 36
- світлова мікроскопія 33
— спектральні 31
- структурно-механічні 26
- термоаналітичні 28
- фізико-хімічні ТІ
— хімічні 26
- ядерний магнітний резонанс
(ЯМР) 33
мікронаповнювач 324
мікротвердість 35
мінерали 81
- алюмосилікатні 83
- групи кварцу 81
— залізисто-магнезиальні 84
- карбонатні 84
- породотвірні 81
- магматичних порід 81
- осадових порід 83
- сульфатні 85
- портландцементного клінкеру 252
міцність 48
- при згині 49
- при розтягу 52
- при стиску 49
- ударна 55
модуль пружності 56
монтморилоніт 83
морозостійкість 57
муліт 114
мусковіт 84
Наповнювач 514, 565
неопар’є 182
Олівін 84
оліфи 558
- комбіновані 559
— натуральні 558
— напівнатуральні 559
- штучні 559
опал 82
опір
— зношуванню 55
— теплопередачі 63
опока 95
ортоклаз 83
Павінол 532
Паркет 469
паркетні
— щити 471
— дошки
паропроникність 59
пемза
— вулканічна 89
— шлакова 184
пергамін 500
перліт 90
- спучений 367
пігмент 269, 560
— неорганічний 560
- органічний 561
пінобетон 385
пісковик 92
пісок кварцовий 91
616
піщано-гравійна суміш 91
пиломатеріали 466
плавні 120
плагіоклаз 83
пластик деревношаруватий 475
пластмаси 511
пластичність 118
плитки
- керамічні фасадні 132
- керамічні для підлог 136
-килимові 134
-майолікові 135
-мозаїчні 138
- полімерні 525
- скляні 177
-фаянсові 133
плити
- бетонні тротуарні 391
- декоративні фасадні 133, 393
- деревноспгружкові 477
- деревноволокнисті 477
- залізобетонні 409
- цементностружкові 478
повзучість 56
подрібнюваність 74
покриття 551
— лакофарбові 551, 582
- для внутрішніх робіт 583
- спеціальні 584
- фасадні 583
полімери 514
- аміноальдегідні 517
- епоксидні 517
— кремнієорганічні 518
— полівійілацетатні 516
— полівінілхлорид™ 516
- поліетиленові 515
- поліефірні 58
- поліізобутиленові 518
— поліпропіленові 515
— полістирольні 516
- поліуретанові 518
- термопластичні 510
— термореактивні 510
— фенол альдегідні 517
полімербетони 430
полірувальність 74
польові шпати 83
пористість 42
- відкрита (уявна) 43
— закрита 43
- істинна (загальна) 42
породи гірські 76
— вивержені 79
- зоогенні 95
— масивні вилиті 88
- масивні глибинні 80, 86
— метаморфічні 96
- механічні відклади 91
- органогенні відклади 95
- осадові 91
- уламкові (вулканічні) 91
- фітогенні 95
- хімічні осади 93
портландцемент 249
- алінітовий 262
— білий 267
- гідрофобний 263
— для дорожніх і аеродромних
покриттів 266
- кольоровий 268
— композиційний ТІ 4
-лужний 283
- Надшвидкотверднучий
— (Зеі-цемент) 261
— низької водопотреби 264
- особливошвидкотверднучий
високоміцний 261
-пластифікований 263
— пуцолановий 272
- розширний 279
- сульфатостійкий 265, 271
— сульфатно-шлаковий 272
— тампонажний 267
— флюоралінітовий 263
- швидкотверднучий 260
- шлакопортландцемент 220
порфіри 88
617
процеси породотвірні 77
- екзогенні 79
- ендогенні 78
пружність 56
пустотність 44
Радіоактивність 72
релін 524
речовини полімерні 510
— поліконденсаційні 510
- полімеризаційні 510
речовини органічні в’яжучі 483
- бітумні 484
— бітумнополімерні 484
- гумобітумні 484
— гумодьогтьові 484
- дьогтьові 484
речовини неорганічні в’яжучі 223
- автоклавного тверднення 224
- гідравлічні 224
- гідратаційні 224
- гіпсові 226
- низьковипалювальні 227
- високовипалювальні 229
- гіпсоцементнопуцоланові 232
— коагуляційні 226
- контактно-конденсаційні 226
- магнезіальні 243
- повітряні 226
— поліконденсаційні 226
- полімеризаційні 510
- полімерні 511
розріджувач 567
розпилюваність 74
розплав мінеральний 150, 154
розчин будівельний 307
- акустичний 320
— вапняний 314
- водонепроникний 318
- вогнетривкий 320
- гідроізоляційний 318
- декоративний 316
- для кам ’яних кладок 314
— жаростійкий 319
- кислотостійкий 319
- монтажний 315
- опоряджувальний 315
- рентгенозахисний 320
- спеціальний 318
- тампонажний 320
- теплоізоляційний 320
- цементний 314
- цементно-вапняний 314
- штукатурний 315
розчинник 566
розчиновідділення 343
розшаровуваність 312, 343
романцемент 248
руберойд 499
рухомість суміші 341
- бетонної
- розчинової312
Сієніт 87
сигран 182
сикатив 557
ситал 180
скло 160
-армоване 166
- багатошарове ламіноване 166
- будівельне 160
- візерункове 163
— вітринне 161
- вулканічне 90
— декоративне 160, 163
-загартоване 167
— кольорове 163
- листове 160
— марбліт 177
-моліруване 167
-ніздрювате 173
- профільне 171
—рідинне 393
-розчинне 392
— стемаліт 168
- тепловбирне 164
— тепловідбивне 165
-теплозахисне 165
-увіолеве 164
618
склоблок 168
скловолокно 174
скловата 174
склокераміт 179
склокремнезит 179
скломармур 178
склопакет 169
склопластик 529
склопрофіліт 171
склоруберойд 501
склоцемент 418
скляні матеріали 160
- аморфні 151
- склокристалічн 160
сланці глинисті 97
слюди 84
смальта 178
сплави 201, 214
- алюмінієві 214
- бронза 216
- латунь 216
— магнієві 216
- мідні 216
- нікелеві 217
- олов ’яні 217
— свинцеві 217
— титанові 217
сталь 207
— арматурна 212
— сортова 210
сталефібробетон 417
стевіт 171
стемаліт 168
стійкість
— корозійна 60
- радіаційна 72
стираність 55
структура композиційного матеріа-
лу 21
- макроструктура 23
- мезоструктура 23
- мікроструктура 22
суміш
- бетонна 340
— розчинова 311
— суха будівельна 321
Твердість 54
текстовініт 532
теплоємність 66
теплопровідність 61
теплостійкість 66
термічна стійкість 66
техноеласт 504
технологічність 74
токсичність 70
травертин 94
трахіт 89
трепел 95
труби
— азбестоцементні 428
- дренажні керамічні 140
— каналізаційні керамічні 141
— металеві 214
- полімерні 537
— скляні 172
трубобетон 412
туф
- вапняковий 93
— вулканічний 90
Уніфлекс 504
Усадка 48
— вогнева 119
- повітряна 119
— повна 119
Фанера 474
фарби 551
— алкіні 576
- акрилові 574
- вапняні 570
— воднодисперсійні 572
— кремнійорганічні 575
— керамічні 121
— клейові 517
-мінеральні 570
— олійні 571
619
- полімерцементні 576
- порошкові 577
- силікатні 571
- цементні 570
фарфор 115, 142
фаянс 115, 135, 142
фібра 413
- сталева 416
- поліпропіленова 416
фібробетон 413
фіброліт 479
фігурні елементи брукування 392
Цегла 127
-ангобована 133
— вапняно-шлакова 398
-глазурована 133
- керамічна дорожня (клінкерна) 139
— керамічналицьова 128
- керамічна стінова 127
- силікатна 396
цемент
- ангідритовий 229
— багатокомпонентний 275
- безусадковий 280, 291
- білий 261
— вапняно-зольний 242
— вапняно-шлаковий 242
— високоглиноземистий 279
- глиноземистий 278
— з мікронаповнювачем 275
— зололужний 284
- кальцийалюмінатний 277
- композиційний 274
- лужний 283
- лужний алюмінатний 284
- напружувальний 280
- пуцолановий 272
-розширний 280
- сірчаний 297
- фосфатний 298
— шлакопортландцемент 270
- шлаколужний 286
Чавун 198
— білий 205
- високоміцний 206
— з вермикулярним графітом 206
- ковкий 206
— сірий 205
черепиця
- керамічна 138
- бетонна 394
- бітумна 506
- металева 211
число пластичності 118
Шамот 120
шлак 183
- гранульований 183
- доменний 183
- паливний 273
шлакоситал 185
шпаклівка 568
шпон 474
штукатурка 315
— внутрішня 316
- декоративна кам ’яна 316
- зовнішня 315
— полімермінеральна 328
— шпаклювальна 332
— теразитова 317
Щебінь 348
щільність 43
620
Замовити книги
«Видавництва Ліра-К»,
а також будь-які книги інших видавництв
можна зробити наступним чином:
по факсу: (044) 450-91-96;
електронною поштою: Ііга-к@икг.пе1;
або по телефону: (044) 247-93-37; 228-81-12.
Наша адреса:
03179, м. Київ, вул. Прилужна 14 оф. 42
ТОВ «Видавництво Ліра-К».
Сайт: Ііга-к.сош.иа
Свідоцтво про внесення суб'єкта видавничої справи до держа-
вного реєстру видавців, виготівників і розповсюджувачів видав-
ничої продукції
№ 3981 серія ДК.
Видавництво запрошує до співпраці авторів
на взаємовигідних умовах.
Пропозиції видавництва
«цвяитіїй»
К.К. Пушкарьова, М.О. Кочевих, О.А. Гончар, О.П. Бондаренко
Матеріалознавство.
За редакцією доктора технічних наук, професора К.К. Пушкарьової
Затверджено міністерством освіти і науки, молоді та спорту
України як підручник для студентів напряму підготовки 6.060102
«Архітектура» вищих навчальних закладів ІП-ІУрівнів акредитації
В підручнику розглянуто основні положення сучасного матеріалознавства, що
базуються на принципах композиційної побудови будівельних матеріалів. Розгля-
нуто втілення будівельних матеріалів в архітектурні рішення минулого, а також
вплив матеріалів та нових технологій на архітектуру майбутнього. Наведено основ-
ні види будівельних матеріалів та виробів, їх склад, структуру, властивості, особли-
вості отримання та застосування в екстер’єрі та інтер’єрі будівель і споруд. Особ-
лива увага приділена будівельним матеріалам різного функціонального призна-
чення — конструкційним, теплоізоляційним, покрівельним і гідроізоляційним,
оздоблювальним, акустичним, а також матеріалам для проведення ремонтних та ре-
ставраційних робіт з урахуванням їх переваг та недоліків.
Призначений для студентів, які навчаються за напрямом 6.060102 — «Архітек-
тура» за спеціальностями «Архітектура будівель і споруд», «Містобудування» та
«Дизайн архітектурного середовища» вищих навчальних закладів, а також спеціаліс-
тів, що працюють в галузі будівництва та архітектури.
Для нотаток
Навчальне видання
П.В. Кривенко, К.К. Пушкарьова,
В.Б. Барановський, М.О. Кочевих,
Ю.Г. Гасан, Б.Я. Константи нівський,
В.О. Ракша
БУДІВЕЛЬНЕ
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
Керівник видавничого проекту Заріщький В. І.
Дизайн обкладинки Сєдих О. О.
Комп’ютерна верстка Іваненко О.М.
Підписано до друку 04.05.2011. Формат 60x84 1/16.
Папір офсетний. Друк офсетний. Гарнітура Тітез Хе\¥ Котап.
Умови, друк, аркушів — 18,83. Обл.-вид. аркушів — 22,03. Тираж 1000.
Зам. № 24.
Надруковано: ПП «Мрія-Друк»
т-с!гик@теїа.иа
«Видавництво Ліра-К»
Свідоцтво № 3981 серія ДК
03067, м. Київ, вул. Прилужна 14, кв. 42
тел./факс (044) 247-93-37; 450-91-96