Автор: Горчаков Г.И.
Теги: строительные материалы и изделия строительство строительные материалы
Год: 1986
Текст
Г. И. ГОРЧАКОВ, Ю. М. БАЖЕНОВ
СТРОИТЕЛЬНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Допущено
Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника для студентов
строительных специальностей
высших учебных заведений
УДК 601<07КЯ>
Рецензенты: кафедра дорожно-строительных материалов
Харьковского автомобильно-дорожного института (д-р. техн,
наук проф. И. М. Грушко); д-р техн, наук, проф. Б. В. Гу-
сев (НИИЖБ)
Горчаков Г. И., Баженов Ю. М.
Г 70 Строительные материалы: Учеб, для вузов.—
М.: Стройиздат, 1986. —688 с., ил.
применение наиболее распространенных строительных' материалов?
эоб£И>на. теплоизоляционных и акустических, металлов, стекла, поли-
CKHt^p^yptoB. снижении материальных и трудовых затрат, использо-
^вани^|^мь^ленных отходов в связи страной окружающей среды.
’ у 3208000000—541
047(01)—86
ББК 3S3
вез
© Стройиздат, 1986
Курс «Строительные материалы» в учебном плане
подготовки инженеров-строителей является базисным
для дисциплин: архитектуры, технологии строительного
производства, железобетонных и металлических конст-
рукции, конструкций из дерева и пластмасс, экономики
и организации строительства. Учебник написан примени-
тельно к программе дисциплины «Строительные мате-
риалы» для строительных специальностей вузов.
Текст изложен с учетом основных направлений науч-
но-технического прогресса в области строительных мате-
риалов, определенных на двенадцатую пятилетку и на
период до 2000 года. В соответствии с поставленными
задачами использования вторичных продуктов, охраны
окружающей среды и экономии топливно-энергетических
ресурсов впервые освещены безотходное производство
строительных материалов на базе комплексной перера-
ботки побочных промышленных продуктов (металлурги-
ческих шлаков, зол ТЭС и шламов химических произ-
водств), а также мероприятия по экономии материаль-
ных и трудовых ресурсов, снижению расхода топлива и
энергии в производстве строительных материалов.
В методическом отношении учебник построен так,
чтобы будущий специалист мог самостоятельно решать
сложные задачи в области применения весьма широкой
номенклатуры традиционных и новых строительных ма-
териалов, поэтому изложение ведется на основе общих
связей внутреннего строения материала и его свойств.
Качество строительного материала всегда определяется
его структурой, поэтому при необходимости получить ма-
териал с заданными свойствами нужно создать структу-
ру, которая бы отвечала его заданным техническим ха-
рактеристикам. Этой методической основой объединено
изучение многообразных неорганических и органических
строительных материалов.
Большое внимание уделено общим закономерностям
строительного материаловедения, основанным на зако-
нах химии, физики, физической химии. В отличие от
учебной литературы по строительным материалам с
явно выраженным описательным «рецептурным» укло-
ном, в настоящем учебнике акцент сделан на изучении
общих теоретических основ материаловедения, позволя-
ющих проектировать и применять строительные матери-
алы с заданными свойствами. С позиций указанных наук
пяссмотоены процессы твердения вяжущих веществ. Ис-
польХшы новейшие данные, содержащиеся в трудах
"^Московского и VII Парижского международных кон-
ГРесОце^юХуМсп“шногТоасуществления Продовольствен-
ной программы СССР в учебнике представлены местные
строительные материалы, которые могут быть эффектив-
но применены при возведении сельскохозяйственных
комплексов, животноводческих помещений, элеваторов и'
других зданий и сооружений.
В учебник введена глава, посвященная металличес-
ким материалам и изделиям из них, поскольку програм-
мой предусмотрено ее изучение в дисциплине «Строи-
тельные материалы».
Впервые кратко даны элементы теории композицион-
ных материалов, так как многие строительные материа-
лы (асбестоцемент, стеклопластики, бетонополимер и
др.) по своей структуре относятся к композитам. Их изу-
чение на основе этой теории необходимо для усвоения
принципов создания новых материалов с улучшенными
физико-механическими свойствами. Представлены новые
виды теплоизоляции, необходимые для снижения расхо-
да топлива и уменьшения потерь энергии при эксплуата-
ции зданий, промышленного оборудования и трубопрово-
дов, а также новые эффективные теплоизоляционные ма-
териалы: минераловатные твердые плиты на синтетичес-
ком связующем, стеклопор, пенопласты, наполненные
стеклопором, и др. В соответствии с новыми норматив-
ными документами подробно изложены акустические
материалы и изделия.
Из лакокрасочных материалов более подробно рас-
смотрены полимерные, эмульсионные красочные составы
как не требующие затрат природного пищевого сырья.
Предисловие, введение, гл. 1—5, 10, 12—15, 18 § 7
гл. 6. § 1 и 2 гл. 17, § 3 гл. 19 написаны Г. И. Горчако-
^МмГ1с7~9' 1 ’• 16’ § 1-6 гл- 6,§ 3 гл. 17, § 1. 2 гл. 19—
Kj. М Ьаженовым. Общее редактирование осуществле-
но I И. Горчаковым.
Авторы выражают глубокую признательность коллек-
тиву кафедры дорожно-строительных материалов Харь-
^Л0%аВТОМОбильно'дорожного института имени Ком-
п л^иУм₽аг'НЫ <заведУюШнй кафедрой д-р техн, наук,
rv <я гРУшко) и д-ру техн, наук, проф. Б. В. Гусе-
ву за замечания, улучшающие содержание книги. ’
ВВЕДЕНИЕ
Промышленность строительных материалов являете. «...
народное хозяйства, от которой завис,.? экономней п’оТиХл
кру0®^’м™оГнвя^.‘О?НИМ 1,3 условий роста
i=SF:=S=F
=£=S=^=1=
трудоемкости строительства, уменьшение веса зданий я сооружений
и повышение их тепловой защиты. В связи с этим разрабатывают-
ся технологии производства строительных материалов с ис’Х
зонзнпем золы и шлаков ТЭС, металлургических и фосфорных
го£™-№в“»=«>Щей промышленности и углеобога-
тительных фабрик. Для экономии топливно-энергетических ресурсов
переводятся на энергосберегающие технологии предприятия по произ-
водству цемента, извести, стекла, железобетонных и керамических
изделии. Например, развивается сухой способ производства порт-
ландцемента, сокращающий затраты энергии в 1,5—2 раза по срав-
нению с мокрым способом.
Основной задачей в капитальном строительстве является повы-
шение эффективности капитальных вложений на базе индустриали-
зации, означающей перевод строительства на непрерывный процесс
комплексной механизированной сборки зданий и сооружений из
укрупненных готовых конструкций заводского изготовления.
Затраты на материалы составляют более половины общей стои-
мости строительно-монтажных работ и около одной трети капиталь-
ных вложений в народное хозяйство СССР. Производство строитель-
ных материалов связано с добычен и переработкой огромного коли-
более 57 % речным транспортом СССР. Снижение массы материа-
лов позволяет сократить транспортные затраты, укрупнить конструк-
ции, уменьшить трудоемкость и стоимость строительства. Каждый
процент снижения затрат на строительные материалы ежегодно эко-
номит около 400 млн. руб.
Советскую технологию производства цемента, бетонов, керами-
ки, теплоизоляционных и других материалов используют многие
страны. Советскими учеными сделано открытие в области химии
и технологии цемента, позволяющее снизить температуру обжига
сырья и существенно сократить энергетические затраты. .
В настоящее время осуществляется внедрение гибкой технологии,
позволяющей быстро перестраивать производство на изготовление
новой продукции, а также получать материалы с заданными свойст-
вами по энергосберегающей и безотходной технологии.
Советский Союз опередил развитые капиталистические страны
по производству ряда важнейших строительных материалов: цемента,
1 В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 3, с. 525.
сборного железобетона, асбестоцементных листовых материалов и
труб, оконного стекла монолитного бетона и сборного
Большие объем“"3™т““и,ге1|ИЯ выпуска и улучшения качест-
железобетона потребовал и J _ „дство нерудных материалов в
ва щебня, гРав,|Я “ ка„ м? Возникла новая отрасль промыш-
1980 г. достигло 970.6 млн. пористых заполнителе.! для
ленностн-нронзводсюо Созданы крупные
преллрня™яН°по язго^говле'нию ^плотных и ячеистых силикатных «а-
териалов автоклаь154 млн. т стали, выпуск проката
черных металловгосХл 107 млн. т. Расширена номенклатура про-
“"ре^оТовшииГгоиень^ртнзводства керамических изделий.
Освоев^ выпуск разных ₽вндов зфРф=ктквного кирпича. «Раш-есхих
лппкпи Ляс'алных облицовочных керамических плит и плиток.
ных "'“г^опзаХТш’ых м™РКГв'1мМ^
1723в',большнхЯГобъемах производятся теплоизоляционные материи-
лы- минеральная вата и изделия из нее, газосиликат и газобетон,
материалы для высокотемпературной изоляции с применением вспу-
ченных вермикулита и перлита. Выпуск минераловатных изделий в
1980 г. составил 21,5 млн. м’. £ ___
Освоено производство крупноразмерных асоестоцементных лис-
тов для стен и кровель, высоконапорных асбестоцементных труб.
В нашей стране больше, чем в какой-либо другой, производится
листового стекла. В 1980 г. его было выпушено 245 млн м2. Полу-
чило развитие производство витринного, армированного и теплопо-
глошаюшего стекла, стеклянных труб, блоков, пеностекла, стеклянной
Созданы крупные предприятия, выпускающие строительные изде-
лия из пластмасс. На основе полимеров изготовляют санитарно-тех-
ническое оборудование, различные материалы для теплоизоляции,
гидроизоляции,' устройства чистых полов и других целей. Синтетиче-
ские смолы широко используют также в производстве клеев и лако-
красочных материалов взамен природных смол и растительных масел. *
Успехи промышленности строительных материалов объясняются
не только созданием крупной сети предприятий, но и осуществлени-
ем комплексной механизации произвдетва, внедрением автоматиче-
Труды русских и советских ученых по химии силикатов, техно-
логии цемента, силикатного бетона, сборного железобетона, керами-
ки, стеклоделие ризнание Еще в XIX и
начале XX в. работы русских ученых Н. А. Белелюбского, Н. Н. Ля-
мина. II. Г. Малюги, V Р. Шуляченко оказали большое влияние на
развитие отечественной науки о строительных материалах
Благодаря трудам академиков Д. С. Белянкина, Ф. 10. Левин-
тон Лессинга, В. А Обручева, А. Ф. Ферсмана н других ученых, ра-
ботам Академии наук СССР, а также ряда отраслевых институтов
были исследованы богатейшие месторождения гранитов, мраморов,
известняков н других природных каменных материалов
.. би3е ^киюполагающих работ А. А. Байкова, П. А. Ребин-
SKLuJ - ЮНГа “ дРугих выдающихся ученых развивается теория
вердения вяжущих веществ. Дальнейшее развитие науки о вяжущих
жж”»:,ss-„"c"«
iSXxiys.'sS.-Ejre
страненне получили работы по механизации Л Большое распро-
^°™^®pнCoro^,,жapocтoйюгo?втeopнияЛ™pот^orrlи^нlC^вftчw^^^^,'
₽₽0&1нрЪ^
иевТа" С В"iftl*0"' Ф М’ И„Ванова' В Б О в"^
жад“обетонн^еконструкцпн для^маассеовоСгНоОстроОнтад1^тваЛГОВеЧНЫе
лние^а^ГГ^Г.^
™аи ДРУГИХ уЧеНЫХ- Они РазРаб°тали TeopeLXe основы глн-
новеде.чия, раскрыли процессы, происходящие при тепловой обработ-
ке глин, подробно изучили глины нашей страны. Р
nU,n?o ™ДЫ Со?етской власти промышленность строительных мате-
лагающую А превРатнлась в кРУ"ную отрасль индустрии, распо-
тиями. квалифицированными кадрами и крупной научной базой/
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Стооительная конструкция воспринимает те или иные I
нагрузки и подвергается действию окружающей среды. 1
Поэтомустроительные материалы должны обладать оп- I
ределеннон прочностью, а также способностью сопротив- 1
литься физическим и химическим воздействиям среды:
воздуха и содержащихся в нем паров и газов, воды и ]
растворенных в ней веществ, колебаниям температуры и 1
влажности, совместно воды и мороза при многократном I
замораживании и оттаивании.
Исходя из условий работы материалов в сооружении |
их можно разделить по назначению на две группы.
Первую группу составляют конструкционные матери- I
алы, применяемые для несущих конструкций: 1) природ-' I
ные каменные материалы; 2) неорганические и органиче- I
скпе вяжущие вещества; 3) искусственные каменные ма- ]
териалы: а) получаемые на основе вяжущих веществ I
(бетоны, железобетон, строительные растворы); б) полу-
чаемые термической обработкой минерального сырья I
(керамические материалы и изделия, стекло, ситаллы);
3) металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы); 4) поли-
меры; 5) древесные материалы; 6) композиционные ма- >
териалы (асбестоцемент, бетонополимер, фибробетон, j
стеклопластики и др.).
Вторая группа объединяет строительные материалы |
специального назначения, необходимые для защиты кон- а
струкций от вредных воздействий среды, а также для I
повышения эксплуатационных свойств и создания ком-
форта: I) теплоизоляционные; 2) акустические; 3) гидро-
изоляционные, кровельные и герметизирующие; 4) отде- 1
лочные; 5) антикоррозионные; 6) огнеупорные; 7) мате- 1
риалы для защиты от радиационных воздействий.
1. Стандартизация свойств
и п^Т±. "₽аВ"-1Ь"° выбрать материал, спроектировать
поим₽няемЬ сооружеН|,е- над° хорошо знать свойства
применяемых материалов.
личными^воТтп’ам Пр"МеНЯЮТ много материалов с раз- 1
ств важны. 0Л"аК0 сУществУют основные свой-
ства, важные для всех строительных материалов. К та-
КИМ свойствам можно отнести: плотность, пористость,
прочность, деформируемость и стойкость в эксплуатаци-
онных условиях. Указанные свойства определяют каче-
ство материала и возможность его применения в той или
другой конструкции.
Свойства материала всегда оценивают числовыми по-
казателями, которые устанавливают путем испытаний.
Для получения сопоставимых данных, которыми можно
воспользоваться при расчете конструкций, испытания
обязательно проводят единообразно, как установлено го-
сударственными общесоюзными стандартами (ГОСТа-
13 СССР создана единая государственная система
стандартизации, которая применяется во всех отраслях
народного хозяйства. Этим самым создается эффектив-
ность действия стандартов как одного из средств ускоре-
ния научно-технического прогресса и повышения качест-
ва продукции.
Система органов и служб стандартизации представ-
лена общесоюзным органом по стандартизации (Госу-
дарственным комитетом стандартов Совета Министров
СССР) и его службами — службой стандартизации в от-
раслях народного хозяйства, службой стандартизации в
союзных республиках. В зависимости от сферы действия
стандарты могут быть государственными (ГОСТ), отрас-
левыми (ОСТ), республиканскими (РСТ) и стандартами
предприятий (СТП).
Государственные стандарты — это обязательный до-
кумент для всех предприятий, организаций и учрежде-
ний, независимо от их ведомственной подчиненности, во
всех отраслях народного хозяйства СССР и союзных рес-
публик. Такне стандарты утверждает Госстандарт, а
стандарты в области строительства и строительных ма-
териалов — Государственный комитет СССР по делам
строительства (Госстрой СССР). Особо важные государ-
ственные стандарты (по специальному перечню) утверж-
дает Совет Министров СССР.
В области строительных материалов и изделий наи-
более распространены стандарты: технических условий;
технических требований; типов изделий и их основных
параметров, методов испытаний; правил приемки, мар--
кировки, упаковки, транспортирования и хранения.
Стандарты технических требований нормируют пока-
затели качества, надежности и долговечности продукции,
„ внешний вид. Вместе с тем такие стандарты устанав-
ливают гарантийный срок службы и комплектность по-
ставки изделии Большинство стандартов на строптель-
ставки издели . эт0 стандарты технических
требований Значительная часть требований стандартов
связана с физико-механическими характеристиками ма-
териалов (плотностью, водопоглощением, влажностью,
прочностью, морозостойкостью И др ).
Одна из особенностей государственной системы стан-
дартизации в строительстве и технологии строительных
изделий состоит в том, что кроме стандартов здесь дейст-
вует система нормативных документов, объединенная в
Строительные нормы и правила (СНиП). СНиП это
свод общесоюзных нормативных документов по проекти-
рованию, строительству и строительным материалам,
обязательный для всех организаций и предприятий.
Методическую основу стандартизации размеров в
проектировании, изготовлении строительных изделий и
при возведении сооружений составляет Модульная коор-
динация размеров в строительстве (МКРС), представля-
ющая собой совокупность правил координации размеров
элементов зданий и сооружений, строительных изделий
и оборудования на базе основного модуля, равного 100 мм
(обозначается 1М). Применение МКРС позволяет уни-
фицировать и сократить число типоразмеров строитель-
ных изделий из разных материалов или отличающихся
по конструкции. Изделия и детали одинаковых типораз-
меров, изготовленные в соответствии с требованиями
МКРС могут быть использованы в зданиях разнообраз-
ного назначения.
В МКРС входят и произвольные модули, которые по-
лучают путем умножения основного модуля на целые или
дробные коэффициенты. При умножении на целые коэф-
фициенты образуются укрупненные модули, а при умно-
жении на коэффициенты менее единицы — дробные мо-
дули (табл. 1.1). к
Производные укрупненные модули (60М, ЗОМ, 12М)
и кратные им размеры рекомендуются для назначения
?м0Д?мЬНЬ1Х " попе₽е-нь.х шагов зданий. Модули 6М,
предназначены для членения конструктивных
поормп!00 л ПЛа"% зданий " для назначения ширины
.юлмВН0Й М0Яуль 1М и Дробные модули от
i™l/20M Прнменют для назначения размеров се-
чения относительно малых элементов (колонн, балок и
Обозначение | Размер, мм | Обозначение | Размер, мм
Укрупненные Дробные
1М юо | !М 100
2М 200 1/2М 50
ЗМ 300 1/5М 20
6М 600 1/10М 10
12М 1200 I/20M 5
15М 1500 1/50М 2
ЗОМ 3000 1/100М 1
60М 6000
т. д ). Наиболее мелкие дробные модули (от 1/10М до
1/100М) используют для назначения различной толщины
плитных и листовых материалов, ширины зазоров, допус-
Созданные в СССР Строительные нормы и правила
имеют большое международное значение. Решением по-
стоянной комиссии СЭВ по строительству СНиП взят за
основу унифицированных норм и правил в области стро-
ительства для всех стран — членов СЭВ.
Работы по стандартизации в интернациональном
масштабе проводятся специально созданной в 1947 г.
Международной организацией по стандартизации (ИСО).
Деятельность ИСО, как указано в ее уставе, имеет
целью содействовать благоприятному развитию стандар-
тизации во всем мире, чтобы облегчить международный
обмен товарами и развивать взаимное сотрудничество в
области науки, техники и экономики. Кроме ИСО, актив-
ную работу в области стандартизации и социалистичес-
кой экономической интеграции проводят Совет Экономи-
ческой Взаимопомощи и его Международный институт
по стандартизации.
2. Связь состава, структуры и свойств Строительный материал характеризуется химическим. 1 ыидепяльным и фазовым составом. Х^ический состав строительных материалов позво- ляет стдить о некоторых их свойствах: огнестойкости, биостойкости, механических и других технических харак- 1 теоистиках. Химический состав неорганических вяжущих веществ (цемента, извести и др.) и каменных матерна- лов удобно выражать количеством содержащихся в них 1 оксидов Основные и кислотные оксиды химически связа- 1 ны между собой и образуют минералы, которые и опре- | деляют многие свойства материала. Минеральный состав показывает, какие минералы и в | каком количестве они содержатся в вяжущем веществе 1 или в каменном материале. Например, в портландцемен- 1 те содержание трехкальциевого силиката (3CAO-SiO2) I составляет 45—60 %, причем при большем его количест- 1 ве ускоряется его твердение, повышается прочность це- 1 ментного камня. Фазовый состав материала и фазовые переходы поды, 1 находящейся в его порах, оказывают влияние на все 1 свойства и поведение материала при эксплуатации. В ма- | териале выделяют твердые вещества, образующие стенки 1 пор, т. е. «каркас» материала, и поры, заполненные воз- ] духом и водой. Если вода, являющаяся компонентом 1 этой системы, замерзает, то образовавшийся в порах лед 1 изменяет механические и теплотехнические свойства ма- 1 териала. Увеличение же объема замерзающей в порах 1 воды вызывает в материале внутренние напряжения, спо- 1 собные его разрушить при повторных циклах заморажи- 1 вания и оттаивания. Структуру материала изучают на трех уровнях: пер- 1 вый — макроструктура материала — строение, видимое 1 невооруженным глазом; второй — микроструктура ма- 1 Искусственные конгломераты — это обширная группа, объединяющая различные виды бетона, некоторые кера- мические и другие материалы. Ячеистая структура характеризуется наличием макро- пор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пласт- массам. Мелкопористая структура свойственна, например, ке- рамнческим материалам, порпзованным способами высо- кого затворения водой и введением выгорающих добавок. Волокнистая структура присуща древесине, стекло- пластикам, изделиям из минеральной ваты и др. Особен- ность этой структуры — резкое различие прочности, теп- лопроводности и других свойств вдоль и поперек воло- Слоистая структура отчетливо выражена у рулонных, листовых, плитных материалов, в частности^ полимер- ных материалов со слоистым наполнителем (Сумопласта, текстолита и др.). Рыхлозернистая структура свойственна заполнителям для бетона, зернистым и порошкообразным материалам для мастичной теплоизоляции, засыпок и др. Структура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная. Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества (например, кри- сталлический кварц и различные аморфные формы крем- незема). Кристаллическая форма всегда более устойчи- ва. Чтобы вызвать химическое взаимодействие между кварцевым песком и известью, в технологии силикатного кирпича применяют автоклавную обработку отформован- ного сырца насыщенным водяным паром с температурой 175 °C и давлением 0,8 МПа. Между тем, трепел (аморф- ная форма SiO2) вместе с известью после затворения во- дой обоазует гидросиликат кальция при температуре
териала — строение, видимое в оптический микроскоп; 1 третий внутреннее строение веществ, составляющих 1 материал, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом 1 методами рентгено-структурного анализа, электронной 1 микроскопии и т. д. i 15—25°С. Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую форму. Практическое значение для природных и искусствен- ных каменных материалов имеет явление полиморфиз- ма, когда одно И то же вещество способно существовать
Макроструктура твердых строительных материалов 1 может быть конгломератная, ячеистая, мелкопористая, ] волокнистая, слоистая, рыхлозернистая (порошкообраз- ] в различных кристаллических формах, называемых лю- дификациями. Наблюдаются, например, полиморфные превращения кварца, сопровождающиеся изменением объема.
Особенностью кристаллического вещества являютсЛй
Пленная температура плавления (при постоянной'!
давлении” и определенная геометрическая форма.кри-1
сталлов каждой его модификации.
Свойства монокристаллов неодинаковы в разных на- I
поавлениях Это механическая прочность, теплопровод,
нить скорость растворения, электропроводность п др.1 1
Явление анизотропии является следствием особенностей»
внутреннего строения кристаллов.
В строительстве применяют поликристаллпческие ка-
менные материалы, в которых разные кристаллы орпен- 1
тированы беспорядочно. Подобные материалы рассмат- I
рпваются как изотропные по своим строительно-тсхниче-И
ским свойствам. Исключение составляют слоистые I
каменные материалы (гнейсы, сланцы и др.).
Внутреннее строение веществ, составляющих матери- I
ал, определяет его механическую прочность, твердость, I
тугоплавкость и другие важные свойства.
Кристаллические вещества, входящие в состав строи- I
тельного материала, различают по характеру связи ме- 1
жду частицами, образующими пространственную крис- I
таллическую решетку. Она может быть образована: нейт- 1
ральнымп атомами (одного и того же элемента, как в
алмазе С пли разных элементов, как в кварце SiO2); I
ионами (разноименно заряженными, как в кальците I
СаСОз, или одноименными, как в металлах); целыми мо- I
лекулами (кристаллы льда).
Ковалентная связь, осуществляемая обычно элект- |
ронной парой, образуется в кристаллах простых веществ ]
(алмаз, графит) и в кристаллах некоторых соединений
из двух элементов (кварц, карборунд, другие карбиды, I
нитриды). Такие материалы отличаются очень высокой
механической прочностью и твердостью, кроме того, они I
весьма тугоплавки.
Ионная связь образуется в кристаллах тех материа- I
лов. в которых она носит преобладающе ионный харак-
тер. Распространенные строительные материалы этого 1
типа — гипс и ангидрит — имеют невысокую прочность и I
твердость; они неводостойки. 1
слож||ь||( кристаллах, часто встречающихся в стро- 1
пест» матеР"алах (кальцит, полевые шпаты), су- ]
ХГсп2-е0ВаЛеНТНаЯ " "онная связи- Внутри сложного
з связь ковалентная, но сам он имеет с ионами ]
Са ионную связь. Свойства подобных материалов весь-
ма разнообразны. Кальцит СаСО3 при достаточно высо-
кой прочности обладает малой твердостью. Показатели
прочности и твердости полевых шпатов довольно высо-
кие, хотя и уступают кристаллам алмаза с чисто кова-
лентной связью.
Молекулярные кристаллические решетки и соответст-
вующие им молекулярные связи образуются преимуще-
ственно в кристаллах тех веществ, в молекулах которых
связи ковалентные. Кристалл этих веществ построен из
целых молекул, которые удерживаются друг около дру-
га сравнительно слабыми ван-дер-ваальсовыми силами
межмолекулярного притяжения (как в кристаллах
льда). При нагревании связи между молекулами легко
разрушаются, поэтому вещества с молекулярными ре-
шетками обладают низкими температурами плавления.
Силикаты, занимающие особое место в строительных
материалах, имеют сложную структуру, обусловившую
их особенности. Так, волокнистые минералы (асбест)
между собой положительными ионами, расположенными
между цепями. Ионные силы слабее ковалентных связей
внутри каждой цепи, поэтому механические воздействия,
недостаточные для разрыва цепей, разделяют такой ма-
териал на волокна. Пластинчатые минералы (слюда, као-
линит) состоят из силикатных групп, связанных в плос-
ки^ сетки.
Сложные силикатные структуры построены из тетра-
эдров, связанных между собой общими вершинами (об-
щими атомами кислорода), и образуют объемную решет-
ку. Это дало основание рассматривать их как неоргани-
ческие полимеры.
§ 2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
I. Параметры состояния
Истинная плотность р (г/см3, кг/м3) — масса едини-
цы объема абсолютно плотного материала. Если масса
материала т, а его объем в плотном состоянии Иа, то
p = m/Va. О-О
Относительная плотность d выражает отношение
плотности материала к плотности стандартного вещест-
15
вычисляют плотность по
В качестве стандартного вещества удобно принять!
воду при 4 °C (точнее при 3,98°С), имеющую при этой)
температуре плотность 1000 кг/м3, или! г/см3. Тогда,
например, легкий бетон плотностью 1400 кг/м имеет
относительную IMWIwud и— 1,-r.
ность материалов входит в ряд формул (формула В. П.
Некрасова для расчета теплопроводности, выражение
для вычисления коэффициента конструктивного каче4
Удельный вес у, Н/м3 — отношение веса тела G к|
объему V
t = GIV. (1.3И
Масса является скалярной величиной и не зависит от
ускорения свободного падения, а вес пропорционален
этому ускорению [равен mg и, как всякая сила, являет-
ся вектором и измеряется в ньютонах (Н) ]. Удельный
вес и плотность связаны соотношением y=pg.
Объем пористого материала в естественном состоянии
из объема твердого вещества Va и объема пор V„ (рис.
1.1) , которые могут заполняться воздухом и водой:
Перед определением объема пор пробу материала вы- ]
сушивают в сушильном шкафу при температуре 105 °C 1
до постоянной массы, т. е. до полного удаления гигроско- I
лической влаги. Подготовленную пробу помещают в rep- I
метически закрытый сосуд, из которого откачивают воз- I
дух, и в вакууме насыщают материал жидкостью.
Объем жидкости, полностью заполнившей поровое |
пространство материала, равен объему пор в пробе ма- I
териала V,,. В качестве замещающей жидкости примени- I
ют воду и керосин (для цементных материалов). Для I
точных измерений объема пор используют сжиженный I
гелий, при этом учитывают его сверхтекучесть и способ- 1
" "Ь "ро"икать в тонкве поры. Зная объем материала ]
чаюп.в,7!Н»0М состоянпи и определив объем заклю- I
ющихся в нем пор, находят объем, занимаемый веще- ]
Стандартный метод опре-
деления плотности и порис-
тости материалов (бетона,
кирпича и др.) предусматри-
вает измельчение предвари-
тельно высушенной пробы в
порошок, проходящий через
сетку с отверстиями 0,125 мм.
Абсолютный объем Иа навес-
помощью ' пикнометра: его
принимают равным объему
вытесненной порошком жид-
кости. Истинную плотность
вычисляют также по форму-
следующем изложении — плотность) рт, г/см3—масса
единицы объема материала в естественном состоянии
(объем Ve определяется вместе с порами):
Значения плотности данного материала в сухом рт и
ажном ршв состояниях связаны соотношением
Рт = Ршв/(1 + ^м).
Плотность пористых материалов всегда меньше их
истинной плотности. Например, плотность легкого бето-
на 500—1800 кг/м3, а его истинная плотность 2600 кг/м3.
Плотность строительных материалов колеблется в очень
ра) до 7850 кг/м3 (сталь). Основные физические свойст-
ва распространенных строительных материалов даны в
ло насыпанных зернистых или вол
(цемента, песка, гравия, щебня, rj
ральной ваты и т. п.). Например,
известняка 2700кг/м3, его плотность 2500 кг/м3, а насып-
ная плотность известнякового щебня 1300 кг/м3. По
ВЛ СТРОИ ТЕЛЬНЫХ W
МАТЕРИАЛОВ (В ВОЗДУШНО СУХОМ СОС ТОЯНИИ)
Теплопро» 1
Наименование материала ПЛОТНОСТЬ. стостъ, % В™“с) I
Бртпн:
2 6 61,5 0*35 I
ячелсТый 2,6 0,5 81
К обыкновенный пустотелый 2,65 2,65 1.8 1,3 32 51 0,8 1 0,55 Я
Природный камень: 2,7 2,67 1.4 52 2,8 1 0,5 1
оконное 2 65 2,65 0
2,65 0,3 88 0,11
стеклопластик 2 2 0 1
(вспененный полимер) 1,2 0,015 98
1,53 0,5 67 о;об 1
древесно-волокнистая пли- 1,5 0,2 86
этим данным можно вычислить пористость известняка и
пустотность щебня, пользуясь приведенными ниже фор-
мулами.
Строение пористого материала характеризуется об-
щей, открытой и закрытой пористостью, распределением
пор по их радиусам, средним радиусом пор и удельной
внутренней поверхностью пор.
Пористость П есть степень заполнения объема мате-
риала порами:
Пористость выражают в долях объема материала,
принимаемого за 1, или в % от объема.
Экспериментальный (прямой) метод определения по-
ристости основан на замещении порового пространства в
материале сжиженным гелием и описан ранее.
па^1ПерНМентально‘расчетный метод определения по-
ИСП°ЛЬЗует найде,,ные опытным путем значения
плотности высушенного материала, входящие в формулу
~ -----иирпигости, 70
преобразования формулы (1.6):
^).00.
Пористость строительных материалов
фоких пределах: от П ™ оя о/ /Д.
заполнения
каХТ ВМ01КН° Представ"т" состоящим ' „Гордого
РОт^;, 6еСПеЧИВаЮЩего "Роч“°сть. и воздушных пор.
Открытая пористость /7О равна отношению суммар-
матер ®аЪлаМуВСеХ- П°₽’ нась”цаюЩ|“ся водой, к объему
Открытые поры материала сообщаются с окружаю-
щей средой и могут сообщаться между собой, поэтому
они заполняются водой при обычных условиях насыще-
ния, например при погружении образцов материала в
ванну с водой. Открытые поры увеличивают проницае-
мость и водопоглощение материала и ухудшают его мо-
розостойкость.
Закрытая пористость П3 равна:
П9 = П — по. (1.10)
Пористый материал обычно содержит открытые и за-
крытые поры; увеличение закрытой пористости за счет
открытой повышает его долговечность. Однако в звуко-
поглощающих материалах и изделиях умышленно созда-
ется открытая пористость и перфорация, необходимые
для поглощения звуковой энергии.
Распределение пор по размерам характеризуется: ин-
тегральной кривой распределения объема пор по их ра-
диусам в единице объема материала (рис. 1.2) и диф-
ференциальной кривой распределения объема пор по их
радиусам (рис. 1.3).
Ртутная порометрия позволяет определить размер
(радиус) пор и объем пор каждого размера, а также
дарение ртути. И па оценить форму пор. Ртуть нё|Д
смачивает большпство неор*ЗИ
ганических строительных ма- ' В
териалов и проникает в поры <|
/ лишь под действием прило- и
I женного давления; при повы-
/_ шении давления ртуть про- Я
Z/L никает в более мелкие поры,
"ТУ что видно из следующего Я
’ уравнения:
Уравнение показывает, ,I
что при нулевом избыточном I
(размером более 10 мкм).
давлении несмачивающая;
жидкость не будет проникать
в поры. Диаметр пор для on- j
ределенного давления полу-,
чают из приведенного урав- j
нения, правая часть которого 1
для данного материала —
величина постоянная. На
рис. 1.4 дано соотношение
между давлением ртути и
диаметром пор.
ральные кривые распределе- 1
ния пор по их размерам при-
ведены на рис. 1.2 для четы- ft
рех различных материалов: I
по оси х отложены радиусы R
пор, по оси у — объем пор -
данного размера (он равен
объему заполняющей их рту- и
ти). Кривая 1 характерна 1
для материалов с большим
объемом крупных пустот Я
пг-. -------Гистерезис (на кривой 1) по- И
азывает, что поры имеют «бутылочную» форму и неко- 1I
1 1 ...В НИХ остается ппг™
ния Криаая 2 для порошка с большим oi
(4—6 мкм) между зернами. Кривая 3 дл
мелкой пористостью, кривая 4 для матем
нои структурой пор 0,02-0,04 мкм ₽
В современных поромерах измерен,
автоматизировано и результат выдается
в цифровой и графической формах.
дифференциальная кривая распределек
V„ по их размерам (см. рис. 1.3) соответствует равенс'т''-
пористости
Площадь под дифференциальной кривой (на рис 1 3
заштрихована) равна суммарному объему пор в единице
объема материала.
Удельную поверхность порового пространства вычис-
ляют, используя средний условный радиус пор, или опре-
деляют прямыми адсорбционными методами (по адсорб-
ции водяного пара, азота и другого инертного газа).
Удельная поверхность S, см2/г, пропорциональна мас-
се т адсорбированного водяного пара (или газа), необ-
ходимой для полного покрытия мономолекулярным сло-
ем всей внутренней поверхности пор (в г на 1 г сухого
материала):
для молекулы воды а{= 10.6-10-,в см2; W=6.06-1023 — число
Все свойства материала определяются его составом и
строением и прежде всего величиной и характером по-
ристости. Это видно из данных табл. 1.2, в которой
попарно сопоставлены плотные и пористые материалы,
имеющие в основном общий химический состав.
2. Гидрофизические свойства
Гигроскопичностью называют свойство капиллярно-
пористого материала поглощать водяной пар из воздуха.
Поглощение влаги из воздуха обусловлено полимолеку-
ляоной адсорбцией водяного пара на внутренней поверх-
ности пор и капиллярной конденсацией. Этот физико-хи-
мический процесс называется сорбцией, причем он обра-
тим Древесина. теплоизоляционные, стеновые и другие
пористые материалы обладают развитой внутренней по-
верхностью пор и поэтому высокой сорбционной способ^
Сорбционная влажность характеризует способность,
материала поглощать пары воды из окружающего возду-
ха. Численно она равна влажности материала (по массе
или объему) после окончания поглощения им водяного
пара. С повышением давления водяного пара (т. е. с уве-
личением относительной влажности воздуха при посто-
янной температуре) возрастает сорбционная влажность
материала (рис. 1.5).
Согласно уравнению Фрейндлиха, количество адсор-
бированного газа
где р — давление газа при достижении равновесия; k и п — эмпирий
ческие параметры, постоянные для данных адсорбента и газа при
В логарифмических координатах это уравнение выра-
жается отрезком прямой:
Кривая, выражающая зависимость количества адсор-
бируемого газа от давления, после насыщения внутрен-
ней поверхности пор стремится к прямой, параллельной
оси абсцисс (см. точку А на рис. 1.5).
Дальнейшее увеличение гигроскопической влажности
материала происходит вследствие капиллярной конден-
сации. В узких капиллярах материала, который хорошо
смачивается водой (древесина, кирпич, бетон и т. п.),
мениск всегда будет вогнутым и давление насыщенного
пара под ним будет ниже, чем над плоской поверхно-
стью. В результате пар, не достигший давления насыще-
ния по отношению к плоской поверхности, может быть i
пересыщенным по отношению к жидкой фазе в тонких
капиллярах и будет конденсироваться в них. Вследствие
процессов адсорбции и капиллярной конденсации водя-
ного пара из атмосферы влажность пористых материалов
22
Давление пара(газа)Л Р
даже после их длительной
выдержки на воздухе доста-
точно велика. Так, равновес-
ная влажность воздушно-су-
хой древесины составляет
12—18% по массе, стеновых
материалов — 5—7 % по
массе. Увлажнение сильно
увеличивает теплопровод-
ность ограждающих конст-
рукций и теплоизоляции, по-
этому стремится предотвра-
тить увлажнение, например,
покрывая утеплитель гидро-
изоляционной пленкой.
Капиллярное всасывание
воды пористым материалом
происходит, когда часть конструкции находится в воде
1ак, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам
и увлажнять нижнюю часть стены здания. Чтобы не бы-
ло сырости в помещении, устраивают гидроизоляционный
слои, отделяющий фундаментную часть конструкции сте-
ны от ее надземной части. ‘ I
Капиллярное всасывание характеризуется высотой
поднятия уровня, воды в капилярах материала, количест-
вом поглощенной воды и интенсивностью всасывания.
Высоту h поднятия жидкости в капилляре определя-
ют по формуле Жюрена:
/i = 2ocose/(rpg), (1-14)
где а — поверхностное натяжение; 0 —краевой угол смачивания;
бодпоагоИпадеаПИЛЛЯ₽а’ р —плотность Ж1,ДК0СТИ: £ —ускорение соо-
Поры в бетоне и других материалах имеют непра-
вильную форму и изменяющееся поперечное сечение, по-
этому приведенная формула годна лишь для качествен-
ного рассмотрения явления; высоту всасывания воды
определяют по методу «меченых атомов» либо по изме-
нению электропроводности материала.
Объем воды, поглощенный материалом путем капил-
лярного всасывания за время /, в начальной стадии под-
чиняется параболическому закону:
(115)
где К. — константа всасывания.
УГ^ж1етИ;\"ие структуры материала („а-
мощение определяемое погружением образцов матери-
ала в воду характеризует в основном открытую порис-
гость Например, пористость легкого бетона может быть
50—бЬ % объема, а его водопоглощение составляет 20—
30% объема. Водопоглощение определяют по объему и
“’водопоглощение по объему U7„. %-степень заполД
иения объема материала водой:
= — (116)
где т, — масса образна материала, насыщенного водой, г. т( — мае-
са образца в сухом состоянии, г.
Водопоглощение по массе W„, %, определяют по ога
Ум=. юс.
Разделив Wo на W„, получим
W0 = WKd.
Относительную плотность сухого материала d выра-
жают по его отношению к плотности воды (безразмер,
ная величина).
Диэлькометрический и нейтронный методы измерения
влажности применяют преимущественно для сыпучих ма-
териалов, в особенности для оперативного контроля
влажности заполнителей для бетона (песка, гравия, щеб-
ня). Измерение влажности материала этими методами
производят при помощи влагомеров, состоящих из изме-
рительного преобразователя и электронного измеритель-
ного блока (пульта) с отсчетным устройством. Диэль-
кометрический метод измерения основан на зависимости
между влажностью и диэлектрической проницаемостью,
материала. Нейтронный метод использует связь влажно-
сти и степени замедления быстрых нейтронов, проходя-
щих через материал.
Водопоглощение различных материалов колеблется в
широких пределах (% по массе): гранита 0,02—0,7; тя-'
оценки структуры материала, используя для этой цГли
коэффициент насыщения пор водой К„, равный отноше-
(1.19)
Коэффициент насыщения может изменяться от 0 (все
поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты),
тогда It/о — П. Уменьшение К,, (при той же пористости)
свидетельствует о сокращении открытой пористости, что
обычно проявляется в повышении морозостойкости.’ '
Водопоглощение отрицательно влияет на основные
свойства материала: увеличивается плотность, материал
набухает, его теплопроводность возрастает, а прочность
и морозостойкость понижаются. __________
Коэффициент размягчения йр —отношение прочно-
сти материала, насыщенного водой /?., к прочности сухо-
го материала R,:
X Ар = ₽в//?с- (1.20)
Коэффициент размягчения характеризует водостой-
кость материала, он изменяется от 0 (размокающие гли-
ны и др.) до 1 (металлы и др.). Природные и искусствен-
ные каменные материалы не применяют в строительных
конструкциях, находящихся в воде, если их коэффициент
пускать воду под давлением, характеризуемое коэффици-
Водонепроницаемость материала (бетона) характери-
зуется маркой, обозначающей одностороннее гидростати-
ческое давление, при котором образец-цилиндр не про-
пускает воду в условиях стандартного испытания. Между ,
коэффициентом фильтрации и маркой по водонепрони-
цаемости имеется определенное соотношение: чем ниже
k$, тем выше марка по водонепроницаемости.
С водопроницаемостью борются при возведении гид-j
ротехнических сооружений, резервуаров, коллекторов
стен подвалов и т. п. Стремятся применять достаточно
плотные материалы с замкнутыми порами, устраиваю!
гидроизоляционные слои, экраны и др.
Газа- и паропроницаемость. При возникновении у по-,
верхностей ограждения разности давления газа происхо-
дит его перемещение через поры и трещины материалу
Поскольку материал имеет макро- и микропоры, перенос
газа может происходить одновременно вязкостным и мо-
лекулярным потоками, которые подчиняются соответсЯ
венно законам Дарси-Пуазейля и Кнудсена.
Использование закона Дарси-Пуазейля при небольЛ
ших перепадах давлений (когда можно пренебречь из-
менением плотности газа) позволяет определять массу
газа Vp (плотностью р), прошедшего через стенку пло-"
щадью поверхности S и толщиной а за время t при раз-
ности давлений газа на гранях стенки Др по упрощенной!
формуле:
Vp = krSt&p/a. (122)1
Отсюда можно определить коэффициент газопроницае-1
мости, г/(м-ч-Па)
*r = “W(SMp). (1.23g
При определении коэффициента газопроницаемости)
объем проходящего газа приводят к нормальным усло-
Стеновой материал должен обладать определенной
проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через
наружные стены происходит естественная вентиляция,
что особенно важно для жилых зданий, в которых отсут- 3
ствует кондиционирование воздуха. Поэтому стены жи-
лых зданий, больниц и т. п. не отделывают материалами, Л
задерживающими водяной пар. Наоборот, стены и по- 1
крытия влажных производственных помещений необхо- I
д"“° 3!®“щать с внУтРенней стороны от проникновения
меп.еиивдяного паРа- В зимнее время внутри теплых по- j
(текстильных фабрик, коммунальных предприя-
мпжитс 0В’ СВ||наРн»ков и т. п.) в 1 м3 воздуха со-
жи поэтом°ДЯНОГО "ара апачительно больше, чем снару-1
поквииГ По Пар С1ремится пройти через стену или 1
конденсиоуется” ХОЛОДНУЮ часть ограждения, пар
конденсируется, резко повышая влажность в этих местах.
В А
Кирпич глиняный 1800
Легкий бетон 1800 31
Кирпич трепельный 1100 58
1 1.3В1Ч 111ЯК 2000 23
Бетон на гравии 2200 16
Создаются условия, способствующие быстрому разруше-
нию материала (легкого бетона, кирпича) наружной ог-
раждающей конструкции при действии мороза.
Паронепроницаемые материалы должны распола-
гаться с той стороны ограждения, с которой содержание
водяного пара в воздухе больше.
В ряде случаев необходима практически полная га-
зонепроницаемость; это относится к емкостям для хра-
нения газов, а также к специальным сооружениям, внут-
проникновения зараженного воздуха. Паро- и газопрони-
цаемость в большей степени зависят от структуры мате-
риала (плотности и пористости) (табл. 1.3).
Влажностные деформации. Пористые неорганические
и органические материалы (бетоны, древесина и др.)
при изменении влажности изменяют свой объем и раз-
Усадкой (усушкой) называют уменьшение объема и
размеров материала при его высыхании. Она вызывает-
ся уменьшением толщины слоев воды, окружающих ча-
стицы материала, и действием внутренних капиллярных
сил, стремящихся сблизить частицы материала.
Набухание (разбухание) происходит при насыщении
материала водой. Полярные молекулы воды, проникая в
промежутки между частицами или волокнами, слагаю-
щими материал, как бы расклинивают их, при этом утол-
щаются гидратные оболочки вокруг частиц, исчезают
внутренние мениски, а с ними и капиллярные силы. Че-
редование высыхания и увлажнения пористого материа-
ит часто встречающееся на практике, сопровождаема
пппепеменными деформациями усадки и набухания. Taa I
кие многократные циклические воздействия нередко вы-
зывают появление трещин, ускоряющих разрушение. Л
подобных условиях находится бетон в дорожных покры-1
тлях в наружных частях гидротехнических сооружений
Высокопористые материалы (древесина, ячеистые бе-
тоны), способные поглощать много воды, характеризую^
ся большой усадкой, мм/м:
Древесина (поперек волокон)
Тяжелый бетон . .
Усадка возникает и увеличивается, когда из материа-'
ла удаляется вода, находящаяся в гидратных оболочках
частиц и в мелких порах. Испарение воды из крупных
пор не ведет к сближению частиц материала и практи-
чески не вызывает объемных изменений.
Морозостойкость — свойство насыщенного водой ма-
териала выдерживать попеременное замораживание 1
оттаивание. Морозостойкость материала количественна
оценивается маркой по морозостойкости. За марку мате-
риала по морозостойкости принимают наибольшее число
циклов попеременного замораживания и оттаивания, коз
торое выдерживают образцы материала без снижения
прочности на сжатие более 15 %; после испытания образ-
цы не должны иметь видимых повреждений — трещин
выкрашивания (потеря массы не более 5 %). От морозо;
стойкости зависит долговечность строительных матери-
алов в конструкциях, подвергающихся действию атмо-
сферных факторов и воды.
Марка по морозостойкости устанавливается проектом
с учетом вида конструкции, условий ее эксплуатации и
климата. Климатические условия характеризуются сред-
немесячной температурой наиболее холодного месяца и
числом циклов попеременного замораживания и оттаива-
ния по данным многолетних метеорологических наблю-
дений.
Легкие бетоны, кирпич, керамические камни для на-
ружных стен обычно имеют морозостойкость 15, 25, 35. ,.
однако бетон, применяемый в строительстве мостов и I
дорог, должен иметь марку
50, 100 и 200, а гидротехни-
ческий бетон —до 500.
Рассмотрим причины раз-
рушения пористого материа-
ла под влиянием совместного
действия на него воды и мо-
роза. Для примера возьмем
материал, находящийся в ог-
раждающей конструкции
(рис. 1.6). Зимой наружная
часть стены промерзает. В
это время происходит мигра-
ция (перемещение) пара от
«тепла к холоду», т. е. пар
стремится наружу, поскольку
его давление при отрицатель-
ной температуре ниже, чем
при положительной. Напри-
мер, давление пара п
+20 °C 2,33 кПа, а п
—10 °C только 0,27 кПа.
водяной пар попадает в зону
низких температур и конден-
сируется в порах возле наружной грани стены. Таким об-
разом, поры наружной промерзающей части стены обво-
дняются, причем вода прибывает сюда как снаружи
(дождь с ветром), так и изнутри (миграция водяного па-
ра). При наступлении даже небольших морозов (от —5
до —8 °C) вода в крупных порах замерзает и при пере-
ходе в лед увеличивается в объеме на 9 % (плотность
льда 0,918). Если коэффициент насыщения водой хотя бы
части пор приблизится к 1, то в стенках пор возникнут
большие растягивающие напряжения. Разрушение начи-
нается обычно в виде «шелушения» поверхности бетона,
затем оно распространяется вглубь.
Воздействие на бетон попеременного замораживания
и оттаивания подобно многократному воздействию пов-
торной растягивающей нагрузки, вызывающей усталость
материала.
Испытание морозостойкости материала в лаборатории
проводят на образцах установленной формы и размеров
(бетонные кубы, кирпич и т. п.). Перед испытанием об-
пазцы насыщают водой. После этого их замораживаю^
холодильной камере при температуре от — 15 до —20 cJ
чтобы вода замерзла в тонких порах. Извлеченные из
холодильной камеры образцы оттаивают в воде с темпе»
ратурой 15—20°C. которая обеспечивает водонасыщеЛ
ное состояние образцов.
Для оценки морозостойкости материала применяют!
физические методы контроля л прежде всего импульс-J
ный ультразвуковой метод. С его помощью можно про,.1
следить изменение прочности или модуля упругости бе-
тона в процессе циклического замораживания (рис. 1.7)
и определить марку бетона по морозостойкости в циклах
замораживания и оттаивания, число которых соответей
вует допустимому снижению прочности (ДЯ) или моду?
ля упругости (Д£).
s. Теплофизические свойства
/Теплопроводностью называют свойство * материала '
передавать теплоту одной поверхности другой. Это свой-
ство является главным как для большой группы тепло-
изоляционных материалов, так и для материалов, приме
няемых для устройства наружных стен и покрытий зда
Тепловой поток проходит через твердый «каркас» i
воздушные ячейки пористого материала. Теплопровод
ность воздуха [1=0,023 Вт/(м-°С)] меньше, чем твер-
дого вещества, из которого состоит «каркас» материала, j
Поэтому увеличение пористости материала является ос»
новным способом уменьшения теплопроводности. В мате-,
риале стремятся создавать мелкие закрытые поры, чтобы
снизить количество теплоты, передаваемой конвекцией
и излучением. На практике удобно судить о теплопровод-
ности материала по его плотности (рис. 1.8). Известна
формула В. П. Некрасова, связывающая теплопровод
ность Л [Вт/(м-°С)Ус относительной плотностью камен- I
ного материала d:
1=1,1б/Ь.0196 4-0,22Л —0,16. (1.24)
Точное значение 1 материала определяют экспери-Д
ментально.
Влага, попадающая в поры материала, увеличивает j
его теплопроводность, так как теплопроводность воды л
[0,58 Вт/(м-°С] в 25 раз
больше теплопроводности
воздуха. Замерзание воды в
порах с образованием льда
еще более увеличивает X, по-
лому ч^о теплопроводность
инея сотавляет 0,1 Вт/(мХ
Х°С), а льда — 2,3 Вт/(мХ
Х°С), т. е. в 4 раза больше,
чем воды. При повышении
температуры теплопровод- '
ность большинства материа-
лов возрастает и лишь у
немногих (металлов, магне-
зитовых огнеупоров) она
уменьшается.
Термическое сопротивление R, м2-°С/Вт слоя много-
слойной ограждающей конструкции, а также однослой-
ной (ОДНОРОДНОЙ) лппопппп.
ют по формуле:
ii
:S/X, (t.25)
Вт/(м-°С)?ЛЩИНа СЛ°Я’ Х тепл0пр090АН0СТЬ слоя матеР”ала-
Термическое сопротивление —важнейшая характери-
стика качества наружных ограждающих конструкций,
связанная с теплопроводностью материалов конструк-
ции; от нее зависят толщина наружных стен и расход
топлива на отопление зданий.
Теплоемкость определяется количеством теплоты, ко-
торое необходимо сообщить 1 кг данного материала, что-
бы повысить его температуру на 1 °C. Теплоемкость не-
органических строительных материалов (бетонов, кир-
пича, природных каменных материалов) изменяется от
0,75 до 0,92 кДж/(кг-°С). Теплоемкость сухих органиче-
ских материалов (например, древесины) около 0,7 кДж/
/(кг-°C). Вода имеет наибольшую теплоемкость —
4,19 кДж/(кг-°C), поэтому с повышением влажности
материалов их теплоемкость возрастает. Показатели теп-
лоемкости разных материалов нужны для теплотехниче-
ских расчетов.
Огнеупорность — свойство материала выдерживать
длительное воздействие высокой температуры (от
1580°C и выше), не размягчаясь и не деформируясь, ог-
неупорные материалы применяют для внутренней футе-
ровкн промышленных печей. Тугоплавкие материалы раз.
мягчаются при температуре выше 1350 С.
Огнестойкость — свойство материала сопротивляМИ
действию огня при пожаре в течение определенного вре.
мени. Она зависит от сгораемости материала, т. е. от его
способности воспламеняться и гореть.
Несгораемые материалы — это бетон, кирпич, сталь
и др. Однако необходимо учитывать, что некоторые ма-
териалы при пожаре растрескиваются (гранит) Ж
сильно деформируются (металлы) при температуре, на.
явная с 600 °C, поэтому конструкции из подобных маА
риалов приходится защищать более огнестойкими мате. '
риалами.
Трудносгораемые материалы (асфальтобетон, пропи.
тайная антипиренами древесина, фибролит, пекоторьцЗ'
пенопласты) под воздействием огня или высокой темпе,
ратуры тлеют, но после прекращения действия огня их
горение и тление прекращаются.
Сгораемые органические материалы (они горят <п-
крытым пламенем) необходимо защищать от возгорания.
Широко используют конструктивные меры, исключаю- j
щие непосредственное воздействие огня на материал .яд !
условиях пожара. Применяют защитные вещества — ан-
типирены.
Температурный коэффициент линейного расширения»
бетона и стали 10-КМ, гранита (8—10) 1Q-", дерева — ♦
20-10 •°C *. При сезонном изменении температуры оюд
ружающей среды и материала на 50°С относительная
температурная деформация достигает 0.5-10-3 или
1-10 , т. е. 0,5—1 мм/м. Во избежание растрескивания
сооружений большой протяженности их разрезают де-
формационными швами.
4. Радиационная стойкость и защитные свойства
Радиационная стойкость - свойство материала cb- •
мств,Т,Ь СВ0Ю структУРУ и физико-механические характе-
₽ Би“п в°здействия ионизирующих излучений.
тооов н?ЯыгРтаЛВ"ТИе- атомной энергетики, освоение peas-
ZhLx исто ₽ Иейтронах' широкое использование рЖ]
свойств мате;„ХРаДБХ^НГи^СлХС:ия\3^ГоЫф?
ласти выполнили А. Н. Комаровский и В. Б. Дубров-
Уровни радиации вокруг современных источников
ионизирующих излучений настолько велики, что может
произойти глубокое изменение структуры материала (на-'
пример, происходит аморфизация структуры кристалли-
ческих минералов, которая сопровождается объемными
изменениями и возникновением внутренних напряжений)
Для сравнительной оценки защитных свойств различ-
ных бетонов можно использовать «толщину слоя поло-
винного ослабления» Tir>, равную толщине слоя защит-
ного материала, необходимой для ослабления интенсив-
ности излучения в два раза. Толщина Слоя половинного’
ослабления 7’1/2=0,693 X, <
где X — длина релаксации, см, численно равная толщине слоя даино-
2°718аТеРИ)^а’ 0слаблЯ10Щег° поток излучения в е раз (т. е. в/
§ 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
1. Деформативные свойства
Основными деформативными свойствами строитель-
ного материала являются: упругость, пластичность, хруп-
кость, модуль упругости (модуль Юнга), коэффициент
Пуассона, модуль сдвига, объемный модуль упругости
(модуль всестороннего сжатия), предельные деформации
(растяжения, сжатия), ползучесть. Другие характеристи-
ки могут определяться для специальных условий нагру-
жения.
Упругостью твердого тела называют его свойство де-
формироваться под влиянием нагрузки и самопроизволь-
но восстанавливать первоначальную форму и размеры
после прекращения действия внешней силы. Упругая де-
формация полностью исчезает после прекращения дейст-
вия внешней силы, поэтому ее принято называть обра-
тимой.
Пластичностью твердого тела, называют его свойство
изменять форму и размеры под действием внешних сил,
не разрушаясь, причем после прекращения действия си-
лы тело не может самопроизвольно восстановить свои
размеры и форму, и в теле остается некоторая остаточная
Деформация, называемая пластической деформацией.
Пластическую, или остаточную деформацию, не исчезаю- Я
щую после снятия нагрузки, называют необрагимой. Д
’ Хрупкость — свойство твердых тел разрушаться при ]
механических воздействиях без значительной пластиче-
ской деформации (свойство, противоположное пластич-'l
"^Рассмотрим связь строения и деформативных свойств!
материала. Внешние силы, приложенные к телу, вызыва-
ют изменения межатомных расстояний, отчего происходит
изменение размеров деформируемого тела на величину
М в направлении действия силы (при сжатии укороче]
ние, при растяжении удлинение). Относительная дефор|
мация е равна отношению абсолютной деформации Да
к первоначальному линейному размеру I тела:
а=ДГ/г. (1-26)
Деформация происходит вследствие удаления ил1
сближения атомов, причем смещения атомов пропорций
временно действуют силы притяжения и силы отталкива-
ния: кулоновская сила притяжения разноименных ионов
и сила отталкивания электронных оболочек (рис. 1.9, а)з
Результирующая сила F, равная сумме сил притяжений
и отталкивания, изменяется в зависимости от межатом-;
ного расстояния. Ее изменение можно наглядно пред-
ставить, используя пружинную модель межатомных сил
(рис. 1.9, б). Когда твердое тело не нагружено, межатом-
ное расстояние остается постоянным (хотя атомы совер- ;т
шают непрерывные колебания) и результирующая сила
равна нулю. При превышении равновесного межатомного
расстояния (при растяжении пружины) атомы находят-j
ся под действием сближающей силы. Наоборот, если
расстояние между атомами уменьшается (при сжатии
стержня), то возникает отталкивающая сила сжатой пру-
жины (см. рис. 1.9, б). Наклон производной— в точке !
О связан с величиной модуля упругости и по существу (
закон Гука является приближенным соотношением, отра-
жающим характер межатомных взаимодействий в диапа- .
зоне упругих деформаций.
Модуль упругости Е (модуль Юнга) связывает упру- I
гую деформацию е и одноосное напряжение о соотно- J
шением, выражающим закон Гука:
(1.27)
При одноосном растяжении (сжатии) напряжение оп-
поперечвого сечения
Модуль упругости представляет собой меру жестко-
сти материала .Материалы с высокой энергией межатом.'
вых связей (они плавятся при высокой температуре)
рактеризуются и большим модулем упругости (табл. 1.4),
Механические свойства материала характеризуются
диаграммой деформации, построенной на основании ре-
зультатов испытаний в координатах «напряжение-от-
носительная деформация» (о-в). Модуль упругости
определяется тангенсом угла наклона производной 1
к оси деформаций. На рис. 1.10 представлены кривые о —
с для строительных материалов: упругих, пластичных^
хрупких и эластомеров. Стекло деформируется как упру-
гий хрупкий материал (рис. 1.10, а).
Поликристаллические изотропные материалы (метал.!
лы, кристаллические полимеры и др.) сохраняют упру|
гость при значительных напряжениях; для многих из них 4
характерно пластическое разрушение, отмеченное пло-.
щадкой текучести А —В на диаграмме а — е (рис,
1.10,6). При хрупком же разрушении пластические
формации невелики (рис. 1.10, в).
Нелинейное соотношение между напряжением и де- (
формацией у некоторых материалов проявляется при от-
носительно невысоких напряжениях. Так, у материал^»
с конгломератным строением (различного вида 6zzz::zz,a
оно отчетливо наблюдается уже при напряжениях, пре-
вышающих 0,2 предела прочности.
Упругая деформация эластомеров (каучуков) может ' <
превышать 100%. Первоначально для распрямления це-
гтериалсй
бетонов}
гиях, пре-
лей молекул эластомера требуется низкое напряжений
По мере распрямления цепей молекул сопротивленца
дальнейшему деформированию возрастает, так как уве- J
личенне деформаций вызывает разрыв связей уже вы-
прямленных молекул (рис. 1.10, г). Таким образом, ди--'
аграммы деформаций позволяют определить модуль уп«\
ругости и установить его изменение в зависимости от
уровня напряженного состояния.
Модуль упругости материала Е связан с другими уп-
ругими его характеристиками посредством коэффициент»
Пуассона. Одноосное растяжение ог вызовет удлиннение
ио этой оси + е2 и сжатие по боковым осям —ev и —«Я
которые у изотропных материалов равны между собой.
Коэффициент Пуассона, или коэффициент поперечно-
го сжатия, ц равен отношению
Если бы объем материала при одноосном упругом
нагружении оставался постоянным, то наибольшее теоре-
тическое значение ц=0,5. Силы притяжения и отталки-
вания в материале различным образом зависят от изме-
нения межатомного расстояния, поэтому значения коэф-
фициента Пуассона реальных материалов сильно отли-
чаются от теоретических значений этого коэффициента,
например бетона 0,17—0,2; полиэтилена 0,4.
Объемный модуль упругости, или модуль всесторон-
него сжатия (растяжения), К связан с модулем Юнга
следующим соотношением:
Модуль -сдвига связан с модулем Юнга посредством
коэффициента Пуассона
G=£/[2(14-p)J. (1.30)
Поскольку р.=0,2—0,3, G составляет 35—42 % Е. Ис-
пользуя приведенную выше формулу для К, получим
G = ЗД (1 — 2р.)/[2 (1ц)]. (1.31)
Экспериментально определив модуль Юнга и коэффи-
циент Пуассона, можно вычислить модуль сдвига и объ-
емный модуль упругости, пользуясь приведенными фор-
мулами (вывод этих формул дается в курсе сопротивле-
ния материалов).
2. Прочность
Прочность — свойство материала сопротивляться раз-
рушению под действием внутренних напряжений, вызван-
ных внешними силами или другими факторами (стеснен-
ной усадкой, неравномерным нагреванием и т. д.).
Прочность материала оценивают пределом прочности
(временным сопротивлением) R, определенным при дан-
ном виде деформации. Для хрупких материалов (при-
родных каменных материалов, бетонов, строительных
растворов, кирпича и др.) основной прочностной харак-
теристикой является предел прочности при сжатии. По-
скольку строительные материалы неоднородны, то пре-
дел прочности определяют как средний результат испы-
тання серии образцов (обычно не менее J
трех). Форма и размеры образцов, сояИ
стояние' их опорных поверхностей суЯЯ
щественно влияют на результаты испы-.у I
таний.
Например, у кубиков малых разме-
ров предел прочности при сжатии ока- К
зывается выше, чем у кубиков больших^
размеров из того же материала. ПрЛ
змы показывают меньшее сопротивди
ние сжатию, чем кубы одинакового пега
перечного сечения. Это объясняет®
тем, что при сжатии образца возника
ет его поперечное расширение. Сила
трения, возникающие между опорным]
гранями образца и плитами пресса
удерживают частицы образца, приле-
гающие к плитам, от поперечного рас
ширения и, следовательно, от разрушу
ния. Средние же части образ®
испытывая поперечное расширение
расширяются в первую очередь. Поэтс(
му при испытании кубов из хрупки
материалов (бетона, раствора, камня
др.) получается форма разрушен^
в виде двух усеченных пирамидок, сложенных вершй-
иамн (рис. 1.11). Если же хорошо смазать опорные грани
куба (например, парафином) и тем самым уменьшить
силы трения, то под нагрузкой куб вследствие свободного ..
поперечного расширения паспаляетгя ия пял гппрп пяя-
поперечного расширения распадается на ряд слоев, раз-
деленных вертикальными трещинами. Прочность куба со
смазанными опорными поверхностями при сжатии состав- 1
ляет около 50 % прочности того же образца с несмазан-
ными опорными поверхностями.
На результаты испытания влияет скорость нагруже-
ния образца. Если нагрузка возрастает быстрее, чем ус-
тановлено стандартом, то результат испытания нолуча-1
™ —""ь-. так как нс Успевают развиваться пла-
стические деформации. .
Пр примеры говорят о том, что показатели J
хап»^иЛТ₽°"Те'"ЬНОГО матеРнала, используемые как j
лвчнваи!. ТНК" еГ0 качества' являются условными ве-
еди ьм Укаемим" по стандартным методикам, j
для всей страны. Я
8 зависимости от прочности строительные материалы
разделяются на марки. Марка материала по прочности
является важнейшим показателем его качества. В нор-
мативных документах марка указывается в кгс/см2- на-
пример, марка портландцемента может быть: 400,’ 500
550 и 600. Чем выше марка, тем выше качество конструк-
ционного строительного материала. Единая шкала ма-
рок охватывает все строительные материалы.
Предел прочности при осевом сжатии Rcw, МПа, ра-
вен частному от деления разрушающей силы Рраэр на
первоначальную площадь поперечного сечения образца
(куба, цилиндра, призмы):
^сж — Р разр/F. (1.32)
В табл. 1.5 систематизированы характерные образцы,
применяемые для определения предела прочности стро-
ительных материалов при-сжатии.
Предел прочности при осевом растяжении /?р (МПа)
используется в качестве прочностной характеристики
стали, бетона, волокнистых и других материалов (табл.
1.6). В зависимости от соотношения7?Р и /?с>к материалы
можно условно разделить на три группы: к первой отно-
сятся материалы, у которых RP>RCw (волокнистые —
древесина и др.); ко второй—с RV^RC>K (сталь); к треть-
ей— с Rp<RCiK (хрупкие — природные камни, бетон,
кирпич).
Предел прочности при изгибе 7?р.и (МПа) определяют
путем испытания образца материала в виде призм (ба-
лочек) на двух опорах. Их нагружают одной или двумя
сосредоточенными силами до разрушения. Предел проч-
ности условно вычисляют по той же формуле сопротив-
ления материалов, что И напряжение при изгибе:
Яр.„ = M/W, (1.33)
В табл. 1.6 приведены схемы испытания и соответст-
вующие им расчетные формулы. Эти формулы, строго
говоря, справедливы в пределах упругой работы мате-
риала и при одинаковом его сопротивлении сжатию и
растяжению. Поэтому по формулам вычисляют условное
значение предела прочности при изгибе, являющееся стан-
дартной прочностной характеристикой кирпича, строи-
тельного гипса, цемента, дорожного бетона.
Динамической (или ударной) прочностью называют
свойство материала сопротивляться разрушению при
ТАБЛИЦА 16. СХЕМА СТАНДАРТНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ И РАСТЯЖЕНИИ
- Обр““ испытанна рЯе„,уТ Мнтарн» 'S-
Призма, кирпич (в натуре) 1 J чг .£ г X При изгибе '"ж Цемент 4X4X16
Призма R ДР=ве- 15XJ5X 2X2X30
Х="4£ Бетон 5X5X50; lOX^lOX
Цилиндр фз - ndl Бетон d=15
ударных нагрузках. Она характеризуется количеством
работы, затраченной на разрушение стандартного образ-
ца, отнесенной к единице объема (Дж/см3) или площади
поперечного сечения образца (Дж/м2). Сопротивление
удару важно для материалов, используемых при устрой-
стве фундаментов машин, полов промышленных зданий,
дорожных покрытий и т. п.
Коэффициент конструктивного качества (к. к. к.) ма-
териала равен отношению показателя прочности /?
(МПа) к относительной плотности d (безразмерная
Личина): к К. ».=«/</, НМД
эта прочность отнесена к единице плотно»
следовательно, эта про материалы имеют высо-Я
сти. Лучшие ““ стенной плотности. ПовМ
К'еш"яТкТможио добиться снижением плотности ма-
ТеооеХХго прочность Отеор получают из условия, что.,
Гмомейт разрушения вся энергия упругой деформации,
накопдавийя в объеме между двумя слоями атомов пе»
пиит- в"поверхностную энергию двух вновь образовав
шихся при разрушении поверхностей. Согласно уравне-Л
нию Орована—Келли,
вм>р=/вэ/«. (135)^
„е £—модуль упругост»: 3-поверхностная энергия твердого те-Ж
I В—межатомное расстояние (в среднем 2-1'1 „ см).
Следовательно, теоретическая прочность материал»
тем выше, чем больше его модуль упругости и поверхно»
стная энергия и чем меньше межатомное расстояние. »
Согласно приведенному выражению, прочность твер- •
лого тела должна находиться между значенями Е/5 и
£/10 Теоретическая прочность стекла при комнатной
температуре 14 000 МПа, прочность на растяжение тон-
ких стеклянных волокон толщиной 3—5 мкм — 3500-je
5000 МПа, а обыкновенного стекла только 70—150 МПа.
Следовательно, используется сравнительно небольшая®
доля потенциальной прочности материала: прочность по-
нижается благодаря наличию пор, трещин и дефектов
структуры материала.
Широко используют методы, которые позволяют ис-
пытывать без разрушения образцы или отдельные изде-
лия, определяя вместе с тем степень их однородности.
Этими методами можно также испытывать изделия при
их изготовлении на заводах, и материалы, находящиеся»
в конструкциях здания и сооружения.
К физическим методам испытания относят: импульс-
ный ультразвуковой, резонансный и радиометрическщ|3
При импульсном ультразвуковом методе оценка свойств
производится по замеренной скорости прохождения .про-
дольных ультразвуковых волн с использованием корре-
ляционной связи между скоростью распространения уп-
ругих волн в материале и его механическими свойствами.
Скорость распространения продольных упругих волн о
связана с модулем упругости Е и плотностью р прибли-
женной зависимостью:
i> = kKe/p”; (1.36)
при коэффициенте Пуассона ц = 0,16—0,25 К=1,05.
Для определения прочности материала необходимо
построить тарировочный график. По полученным экспе-
риментальным данным строят график зависимости от
v, которым можно пользоваться при испытании конст-
рукции из данного материала (рис. 1.12). Без определения
прочности можно также- установить степень однородно-
сти материала в конструкции по скорости распростране-
ния ультразвука в различных ее частях.
Однородность прочности материала—это важнейшее
техническое и экономическое требование. Для оценки
однородности материала используют результаты конт-
рольных испытаний образцов за определенный период
времени. Прочность образцов будет колебаться, отклоня-
ясь от среднего значения в большую и меньшую сторо-
ны. На прочности материала сказываются колебания в
качестве сырья, точность дозирования составляющих и
другие технологические факторы. Чем ближе частные
результаты испытания образцов к среднему значению,
тем выше однородность материала.
Коэффициент вариации прочности V, %, вычисляют
по формуле:
V=*//?• 100, (1.37)
Средняя же прочность равна:
них образцов. Р ₽ Ц ’
В идеальном случае «для абсолютно однородного»
материала s=0 и У=0. Неудовлетворительная однород-
приятиях с хорошо налаженной технологией значение И
не превышает 3—7 % • От коэффициента вариации зави-
сит надежность материала в конструкции, расхода це- J
мента в бетоне и экономические показатели. Поэтому ко- .Я
эффициеит вариации является важнейшим показателем
качества материала. Например, высокопрочные цементы, Л
поставляемые со Знаком качества, характеризуются»
VC3 %. I
При статистическом методе контроля требования к
прочности материала назначают с учетом фактической I
однородности прочности, характеризуемой коэффициен- 1
том вариации прочности бетона.
При вероятностно-статистическом методе контроля ка-
чества материалы1подразделяют по прочности на клас-
сы. Класс прочности характеризует показатель прочности 1
материала с определенной статистической обеспечен-
ностью, принятой при проектировании (см. гл. 6).
3. Влияние строения материала
на его прочность
„ ^Рочность материала одного и того же состава зави-
1
чение пористости с 12,4 до
15,2% снизило прочность при
сжатии с 37,5 до 26 МПа.
Подобная зависимость ха-
рактерна и для других мате-
риалов (известняка, керами-
ческих материалов и пр.).
Кристаллические матери-
алы имеют большее или
меньшее количество точеч-
ных дефектов. Одни из них
заключаются в том, что не-
которые атомы или иолы
смещены в другие положе-
ния и могут располагаться
даже между узлами кристал-
лической решетки (дефекты
s=sO:s=~
(примеси замещения) или м» Основное вещество
древня). ’’ 1ли между ними (примеси вне-
ДислокациГкрКисталаловИЧЛи^о матеРиалов зависят от
мерный (линейныйГл^ Ч“л-Это всегда одно-
-зникающий в процессе o6pS'™X лРа™
результате последующих механических, тепловых и дРу. |
гих воздействии. Дислокации бывают краевые, винтовые |
и смешанные —криволинейные.
На рис. 1.14, а схематически изображена краевая дир- !
локация. Отклонение от идеального строения кристалла
вызвано тем, что один слой атомов (он расположен на i
рис. 1.14 в экстраплоскости) по каким-то причинам ока- '
зался незавершенным. Кромка 1—1 «лишнего» слоя ато-
мов образует линейный дефект, называемый краевой I
дислокацией (обозначена на рис. 1.14,а знаком _L). По
обе стороны от кромки экстраплоскости атомы сдвинуты
на угол, соответствующий теоретической прочности кри-
сталла на сдвиг. Стоит приложить внешнее усилие, зна-
чительно меньшее теоретической прочности данного кри-,. •
сталла, и в плоскости А—А, нормальной к экстраплоско- '
сти, произойдет сдвиг на одно межатомное расстояние^!
Продолжая нагружать кристалл, перемещаем дисло-
кацию из одного ряда атомов в другой, пока не вытолк-''
нем дислокацию на грань кристалла. Механизм скольже-Я
ння, основанный на движении дислокаций, может быть т
сопоставлен с перемещением на полу ковра с предвари-
тельно созданной складкой (рис. 1.15). При таком спо-
собе требуется значительно меньшее усилие, чем в слу-
чае перемещения ковра как единого целого.
Дислокационная теория рассматривает пластический
сдвиг в кристаллических материалах как скольжение-пу-
тем движения дислокаций. Подвижность дислокаций за-
висит от того, насколько легко межатомная связь может
быть разрушена и вновь восстановлена; ведь каждый
раз, когда дислокация перемещается на один шаг (меж-
атомное расстояние), должны рваться старые связи и
устанавливаться новые. В этом отношении предпочти-
тельнее связи, обеспечивающие одинаковое притяжение Л-;
во всех направлениях: металлическая и ионная. Дислока-
ции в ковалентных кристаллах при нормальной темпера- •
туре малоподвижны, так как ковалентная связь являет-
ся направленной, наиболее прочной и жесткой.
„ " 1ТЛацИИ ирисуговуют почти во всех кристалличе? JI
атериалах. Они значительно понижают прочность
монокристаллов, но зато придают пластичность поликри-
сгаллическим телам с металлической связью, делают ме-
талл ковким, затрудняют распространение трещин.
Доказательством, подтверждающим объяснение низ-
кой прочности кристаллов движением дислокаций, явля-
ются результаты изучения механических свойств нитевид-
ных кристаллов различных материалов, .выращенных без
краевых дислокаций, способных претерпевать упругую
деформацию до 5—6 % без признаков пластического те-
чения. Бездислокационные кристаллы способны выдер-
жать напряжения сдвига, достигающие 5 % модуля сдви-
га; это на несколько порядков больше, чем у обычных
кристаллов. В реальности дислокаций убеждают и непо-
средственные наблюдения.
Плотность дислокаций (т. е. число дислокаций, пере-
секающих площадь 1 см2) может быть весьма велика —
до 107— 10я (в отожженных металлах). При механичес-
ких воздействиях дислокации перемещаются, взаимодей-
ствуют между собой и порождают новые дислокаций, в
особенности в местах концентрации напряжений. В ре-
зультате их плотность возрастает до 10’°—Ю13 (в сильно
наклепанных металлах). Когда дислокаций много (боль-
ше некоторой критической плотности), они переплета-
ются (словно спутанные нитки), тормозят перемещение
одни другим, в результате материал упрочняется. Однако
при дальнейшем деформировании материал может сде-
латься хрупким.
Вакансии в кристаллической решетке, межузельные
(внедренные) атомы, дислокации играют важную роль в
процессах диффузии, повышают химическую активность,
что используется, в частности, в технологии быстротверде-
ющих цементов. Однако наличие дислокаций и дефектов
I структуры в готовом материале снижает его стойкость,
так как деформированные межатомные связи (как и
места концентрации напряжений) более уязвимы для
химических и физических воздействий среды. Следова-
тельно, дислокации следует рассматривать как структур-
ный фактор, регулирующий комплекс наиболее важных
свойств кристаллических материалов.
4. Механическое разрушение
Различают хрупкое и пластическое разрушение твер-
дых тел. Хрупкое разрушение сопровождается очень
хрупкими: у них происходит переход от пластического
разрушения к хрупкому. Так ведут себя битумные мате- I
риалы, некоторые полимеры, металлы и др.
Хрупкое разрушение происходит в результате образо-
вания и быстрого роста одной или нескольких трещин при 4
возрастающей нагрузке. Трещина (как и надрез) вызы-
вает концентрацию напряжений около ее вершины (рйр. I
1.16). В этом месте напряжение оказывается значительно ЭД
большим, чем можно ожидать при простом уменьшении .
площади поперечного сечения. Напряжение сгк на конце
трещины зависит от номинального напряжения аи, длины
(глубины) трещины / и радиуса кривизны в вершине тре-
щины г.
ак = ан(1+2К//г). (1.38)
Коэффициент концентрации напряжений ак/стн=^=
==1-}-2 1/г может быть равен 100 и даже 1000, если ра-
диус вершины трещины соизмерим с радиусом атома, хо- ।
тя глубина трещины лишь 0,1—10 мкм. Следовательно,
местное напряжение может превысить 7000 МПа при но- |
минальном (т. е. среднем по сечению) напряжении 35—
100 МПа. Трещина как бы разрезает атомные цепочки, и. ,»]
значительная часть нагрузки, которую несли разрезанные
атомные цепочки, приходится теперь на атомную связь у
конца трещины. Перегруженная часть лопнет раньше
других, и положение ухудшится, так как следующее зве-
но будет еще больше перегружено. Таким образом, тре-
щина становится (по словам Гордона) тем инструмен-
том, с помощью которого приложенная извне слабая си-
ла рвет прочные межатомные связи.
При распространении трещины материал вблизи нее
разгружается, и вследствие этого выделяется энергия уп-
ругой деформации.
Объем, в котором выделяется энергия, изображается ;
на рис. 1.16 как половина объема цилиндра единичной
высоты, численно равного л/2/2. Выделенная энергия
зависит от приложенного напряжения о, модуля упруго- '
сти Е и глубины трещины / (половины длины внутрен-
ней трещины):
Образование двух новых поверхностей трещины требует
затрат энергии: ^=23^, где Э{— поверхностная энер-
Трещина будет самопроизвольно расти, если длина
трещины превышает некоторую «критическую длину
Гриффитса», при которой освобождающаяся энергия уп-
ругой деформации равна энергии образующихся новых
поверхностей. Тогда
я/а’/Е = 2Э1г
(1.39) 1”
Напряжение, необходимое для разрушения растяну. Я
той пластины, возрастает у материалов с высоким моду. Я
лем упругости и большей поверхностной энергией, оно Ж
уменьшается при наличии более глубоких поверхностны» «
трещин.
В данном материале для каждого напряжения суще-
ствует своя критическая длина трещин. Трещины, глубц-^ДД
на которых превышает /кр, способны при данном о само-
произвольно расти со скоростью, приближающейся к.-Д
скорости распространения упругой волны (1,5—2 км/с). I
Сжимающие усилия в отличие от растягивающих мо- I
гут передаваться через трещины, не вызывая концентра- 1
ции напряжений. Поэтому хрупкие материалы всегда 1
оказываются значительно прочнее при сжатии, чем при i
растяжении.
Принцип торможения трещин при помощи создавае-
мых в материале внутренних поверхностей раздела ис- 1 . I
пользуется в современных композиционных материалах.ДИ
Механизм торможения трещины по Гордону основан 1
на том, что при распространении трещины, кроме пер- 1
пендикулярных трещине напряжений, достигающих мак- 1
симума в ее вершине, возникает растяжение в направле- J
нии, параллельном трещине. Растягивающее напряже- J
вне, параллельное трещине, равно нулю в вершине тре- 1
щины и достигает максимума впереди трещины на рас-
стоянии одно-двухатомных размеров от ее вершины. В
растянутом материале отношение максимального напря- j
жеиия параллельного трещине, к максимальному иапря- J
жению, перпендикулярному ее поверхности, составляет ]
приблизительно 1 :5. Если прочность сцепления на по- I 1
верхности раздела больше */5 прочности материала на 1
растяжение, то поверхность не разрушится, трещина ее !
только пересечет и поведение материала не изменится,
т. е. он останется хрупким. Если же прочность сцепле- \
ния материала меньше */s его прочности на растяжение, (
то прежде, чем трещина достигнет поверхности раздела,,
эта поверхность будет разрушена на небольшом участке; I
таким образом образуется ловушка, способная остано-
вить трещину (рис. 1.17).
Кончик трещины, который был очень малым, при 1
встрече с поверхностью раздела становится очень боль-
60
щим, устраняется концентрация напряжений в вершине
трещины и тенденция ее распространения (рис. 1.18).
б. Твердость, истираемость и износ
Твердость — свойство материала сопротивляться мест-
ной пластической деформации, возникающей при внедре-
нии в него более твердого тела. Твердость минералов
оценивают шкалой Мооса, представленной десятью ми-
нералами, из которых каждый последующий своим ост-
рым концом царапает все предыдущие. Эта шкала вклю-
чает минералы в порядке возрастающей твердости от 1
до 10:
1. Тальк 3Mg0.4Si02‘H20 — легко царапается ногтем.
2. Гипс CaSO<-2Н2О — царапается ногтем.
3. Кальцит СаСО3 —легко царапается стальным ножом.
4. Флюорит (плавиковый шпат) CaF2 — царапается стальным но-
жом под небольшим нажимом.
5. Апатит Ca5fPO4]3F — царапается ножом под сильным нажимом.
6. Ортоклаз K2O-AI2O3-6SiO2 —царапает стекло.
7 Кварц SiO3 1. легко царапают стекло; применяются
8 Топаз AhfSiOiKF.OHJa I качестве абразивных (истираю-
1?: А°Р„Уа'зДС 1 1 щвх>
Твердость древесины, металлов, бетона и некоторых
других строительных материалов определяют, вдавливая
в них стальной шарик или твердый наконечник (в виде
конуса или пирамиды). В результате испытания вычис-
ляют число твердости HB=PIF, где F— площадь по-
верхности отпечатка.
От твердости материалов зависит их истираемость:
чем выше твердость, тем меньше истираемость.
Истираемость оценивают потерей первоначальной
массы образца материала, отнесенной к площади поверх-
ности истирания F, и вычисляют по формуле, г/см2:
H = (1.40)
где mi и mt — масса образца до истирания и после него. -
Сопротивление материала истиранию определяют,
пользуясь стандартными методами: кругом истирания и
абразивами (кварцевым песком или наждаком). Это
свойство важно для эксплуатации дорог, полов, ступеней
лестниц и т. п.
Износом называют свойство материала сопротивлять-
ся одновременному воздействию истирания и ударов. Из-
нос определяют на образцах материалов, которые испы-
тывают во вращающемся барабане со стальными шара-
ми или без них. Показателем износа является потеря
массы пробы материала в результате проведенного -ис-
пытания (% к первоначальной массе).
6. Реологические модели
Реология — наука о деформациях и текучести ве-
щества, исследующая различные деформации материа- Ч
лов в зависимости от напряжений. Механические свойст-
ва материалов моделируют, используя три простых рео- |
логических тела, определяющих три фундаментальных Я
свойства: упругость, пластичность и вязкость.
Моделью упругого материала, подчиняющегося зако-
ну Гука, служит спиральная пружина (рис. 1.19,а), де-
формация которой прямо пропорциональна напряжению 1
и не зависит от времени. После снятия нагрузки дефор- 3
мация становится равной нулю, следовательно, деформа
ция этого упругого твердого тела обратима. Поведение
(деформации) упругого тела под нагрузкой определяется I
(модулем Юнга), Па:
зки дефор- I
о, деформа- Я
. ... Поведение Я к
рмации) упругого тела под нагрузкой определяется
лемЮнга),Па:
и изображается на диаграмме о—8 тангенсом угла на-
клона прямой (рис. 1.19,в).
Модель пластичного тела Сен-Венана представляет]
собой груз, покоящийся на столе (элемент сухого трения;J
рис. 1.20). Груз начнет перемещаться, когда напряжений
достигнет предела текучести стт, являющегося основной
механической характеристикой пластичных тел.
Идеальная (ньютоновская) жидкость подчиняется!
уравнению вязкого течения:
где т — напряжение сдвига, Па; / — время, с; 1] — вязкость Па-с. -
Деформация вязкого течения еВЯзк при постоянном на-
пряжении сдвига возрастает пропорционально времени
(рис. 1.21,6). Поведение жидкости моделируют жидкост- Ч
ным элементом (рис. 1.21,а), в котором поршень пере-
мещается под действием приложенной силы, при этом !
жидкость протекает через кольцевой зазор между стен- .
ками цилиндра и поршнем.
Реальные материалы обладают комплексом механиче-
ских свойств, для моделирования которых прибегают к
сочетанию простых моделей, получая сложные реологи-
ческие модели.
Модель Шведова — Бингама состоит из всех трех
простых тел: пру
гую деформацию пружины, затем при достижении пре-
дела текучести смешается элемент сухого трения, и в ра-
боту включается жидкостный элемент, а к упругой де-
формации добавляется деформация вязкого течения. Сле-
довательно, общая деформация
(1-43)
Таким образом, модель Шведова —Бингама характери-
зуется тремя реологическими параметрами: Е, о, и т).
Эта модель достаточно универсальна и часто использует- 1
ся для описания деформативных свойств жидкообраэных I
материалов и паст (красок, глиняного теста, бетонной Я
смеси и др.), а также твердых материалов (бетона, ме- Я
при возрастающем растягивающем напряжении сначала ] I
деформируется упруго (см. участок ОА на рис. 1.10), a j - |
при достижении предела текучести удлиняется при по-
стоянном напряжении, как бы «течет» (см. площадку те- J
кучести АВ на рис. 1.10,6). Другой пример: чтобы крас- I
ка не стекала с поверхности стены, нужно придать кра-
сочному составу достаточный предел текучести; однако
при окраске кистью вязкость краски следует по возмож- I
ности снизить, чтобы рука не утомлялась.
Модель Шведова — Бингама используется также при
расчете трубного транспорта бетонных смесей (перекач- ; ijj
ке бетононасосами) и гидромасс (при намыве земляных |
плотин).
Поведение материалов, сочетающих упругие и вязкие 1
свойства, можно описать с помощью модели Максвелла,
состоящей из последовательно соединенных пружины и
элемента (рис. 1.23,а). В первый момент времени t0 со-.^
противление создается упругим элементом и возникает ;
упругая деформация еупр, неизменяющаяся при постоян-
ном напряжении. В период времени от /0 до 6 деформа-
ция возрастает вследствие вязкого течения (оно модели-
руется жидкостным элементом, присоединенным к
пружине). В момент времени/) при снятии нагрузки упру-
гая составляющая деформации равна нулю, но вязкое
смешение е,™ сохраняется, так как оно необратимо.
Следовательно, полная деформация е асфальтобетона,
пластика и т. п. содержит упругую и вязкую составляю-
В соответствии с законом Гука и приведенной выше
формулой для евязк получаем следующее уравнение уп-
руго-вязкой деформации:
е = о/£ + о//Ч;' в = а(1/£ + //П). (1.44Э
Соответствующий график приведен на рис. 1.23,5.
Примером вязкого течения материала асфальтового по-
крытия дороги является след шин, вдавившихся в него
в жаркую погоду. При высо-
кой температуре вязкое тече-
ние проявляется даже у стек-
ла, металла и других твер-
дых материалов.
возможность получить коли-
скорости релаксационных яв-
лений, протекающих в поли-
мерных и других строитель-
ных материалах. Релаксация
напряжений — постепенное
уменьшение напряжений в
материале при постоянной
деформации. Для модели
Поскольку
= —О//П,
-(£/П)Л.
Введем постоянную времени релаксации
Л = ч/£,
Из формулы (1.45) видно, что релаксация напряже- Д
я следует экспоненциальному закону (рис. 1.23, в). j
дят в пиропластическое (глина, стекло и др.) или кау-
чукоподобное (линейные полимеры) состояние, затем
плавятся и становятся жидкотекучими. Следовательно, в
зависимости от температуры материал может проявлять
упругие, вязкоупругие и вязкие свойства. Для анализа
деформаций материалов в температурном интервале, ох-
ватывающем эти три состояния, может быть использова-
на модель, включающая три элемента: /—упругий; 2—
рифмов).
ция этой модели равна сумме деформации каждого по-
следовательно расположенного элемента:
ты с 10 до 140 мм
8.44 МПа.
90 су
2. 1.92 МПа.'
Деформативпые свойства материалов зависят от тем-
пературы. При нагревании они размягчаются и перехо-
Поскольку каждый элемент модели функционирует раз-
дельно, он характеризуется своими значениями Е и п,
поэтому
а = о/£1+а/£г(| —е-'£-^-) + сГ/1)3. (1.46)
На рис. 1.24,6 представлено развитие деформации во
времени. После прекращения действия напряжения, на-
чиная с момента времени упругая в. и вязкоупругая
Bi составляющие деформации становятся равными нулю,
а вязкая деформация е3 необратима.
§ 4. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ
Долговечность — свойство изделия сохранять работо-
способность до предельного состояния с необходимый^ I
перерывами на ремонт. Предельное состояние определи^ I
ется степенью разрушения изделия, требованиями безо-
пасностн или экономическими соображениями. Долговечна
ность строительных изделий измеряют обычно сроком '
службы без потерн эксплуатационных качеств в конкрет-
ных климатических условиях и в режиме эксплуатации.
Например, для железобетонных конструкций нормами
предусмотрены три степени долговечности, причем пер-
вая соответствует сроку службы не менее 100 лет. вто- 1
рая — не менее 50 лет, третья —не менее 20 лет. Долго-
вечность определяется совокупностью физических, меха- I
нических и химических свойств материала. Ее нужно оце- '
ннвать применительно к конкретным условиям эксплуа-
О долговечности судят, подвергая материал испыта-
ниям, которые по возможности воспроизводят воздейст<< |
виях лабораторных испытаний представляет достаточно |
сложную задачу. Например, долговечность лакокрасок
ных покрытий устанавливают, применяя специальную уёЯ
лучения ультрафиолетовыми лучами, действию различ-
ных температур. Лабораторные испытания сочетают с
натурными испытаниями материалов в виде образцов или
непосредственно в сооружениях. Стенды с образцами
располагают на крыше здания («крышные» испытания^
кровельных и отделочных материалов) либо в зоне при-
лива и отлива морской воды (бетоны для морских соору-
жении) и т. п.
Надежность представляет собой общее свойство, ха-
рактеризующее проявление всех остальных свойств изде-
лия в процессе эксплуатации. Надежность складывается
из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и
сохраняемости. Эти свойства связаны между собой.
Безотказностью называют свойство изделия сохранять
работоспособность в определенных режимах и условиях
эксплуатации в течение некоторого времени без вынуж-
денных перерывов на ремонт. К показателям безотказно-
сти относят вероятность безотказной работы. Отказом
взывают событие при
делие полностью иливыэыРается такой непсправ-
Потеря Ра6о™““й X бы один из основных парамет-
ностыо, при кото₽°ДеЛы установленных допусков.
ров выходит за пределы^ст о ]13дач„я. характери-
Рыонтопригодность, с восстановлению исправ-
зуюшее его прнспособленн к кой характерце-
S==S===
№ оценивают временем хранения и транспортирования
до возникновения неисправности.
ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Горные породы —главный источник получения строи-
тельных материалов. Горные породы используют в про-
мышленности строительных материалов как сырье для
изготовления керамики, стекла, теплоизоляционных и
других изделий, а также для производства неорганиче-
ских вяжущих веществ — цементов, извести и гипсовых.
Сотни миллионов кубометров песка, гравия и щебня
применяют ежегодно в качестве заполнителей бетонов и
растворов. Широко используют природные каменные ма-
териалы для облицовки зданий и сооружений, устройства
полов, лестниц, мощения дорог. СССР по запасам и раз-
нообразию горных пород не имеет себе равных. Изыска-
ния, проведенные в больших масштабах за. годы Совет-
ской власти, дают полное представление о запасах и ге-
ографическом размещении минерального сырья.
Горные породы — это природные образования более
или менее определенного состава и строения, образую-
щие в земной коре самостоятельные геологические тела.
Минералами называют однородные по химическому
составу и физическим свойствам составные части горной
породы. Большинство минералов— твердые тела, иногда
встречаются жидкие (самородная ртуть).
В зависимости от условий формирования горные по-
роды делят на три генетические группы: 1) магматиче-
ские породы, образовавшиеся в результате охлаждения ц?
затвердевания магмы; 2) осадочные породы, возникшие
г. поверхностных слоях земной коры из продуктов вывет-
ривания и разрушения различных горных пород; 3) мета-
морфические породы, являющиеся продуктом перекри-
сталлизации и приспособления горных пород к изменив-
шимся в земной коре физико-химическим условиям. В
§ 2. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Магматические горные породы слагают большую .1
часть земной коры. Земная кора является наиболее неод-
нородной геосферой, она имеет три слоя: нижний — ба-
зальтовый; выше его —гранитный, и верхний сравни-
тельно тонкий чехол осадочных пород (рис. 2.1). Базаль-
товый слой коры состоит из пород основного состава, в j
пределах океанов его верхняя часть доступна непосредст-
венному изучению. Гранитный слой сложен преимущест-
венно породами кислого состава и различными метамор- ’.
фическими породами.
В зависимости от условий образования выделяют две
главные группы магматических пород — глубинные (ин- 3
трузнвные) и излившиеся (эффузивные). Глубинные по-
роды обРаз°ваойИкореР избившиеся - прб вулканической
глубине в магмы из глубин и застывании
*Гп»ер°"ОСТИ или В приповерхностных слоях земной
ующие минералы
1. Главные породос
Основные породообразующие минералы магматичес-
к„х пород: кварц и его разновидности; полевые шпаты;
железисто-магнезиальные силикаты, слюды. Все эти ми-
нералы различаются по своим свойствам, поэтому преоб-
ладание в породе тех или иных минералов меняет ее
Строительные свойства- прочность, стойкость, вязкость и
способность к обработке (полированию, шлифованию
" Т'к"варц, состоящий из диоксида кремния (SiO2) в кри-
сталлической форме —один из самых распространенных,
прочных я стойких минералов. Он обладает исключитель-
но высокой прочностью при сжатии (до 2000 МПа) и вы-
сокой для хрупких материалов прочностью при растяже-
нии (около 100 МПа), а также высокой твердостью, ус-
тупающей только твердости топаза, корунда и алмаза.
Кварц отличается высокой кислотостойкостыо и вообще
химической стойкостью при обычной температуре: из кис-
лот на него действует фтористоводородная кислота и го-
рячая фосфорная;, едкие щелочи вступают в химическое
взаимодействие с кварцем при повышенной температуре.
Кварц плавится при температуре около 1700 °C, поэтому
широко используется в огнеупорных материалах.
Благодаря высокой прочности и химической стойкос-
ти кварц остается почти неизменным при выветривании
магматических пород, в состав которых он входит (на-
пример, при выветривании гранитов). Поэтому он явля-
ется также одним из самых распространенных минералов
и в осадочных породах (в песчаниках и кварцевых пес-
Цвет кварца может быть различным, но чаще всего
встречаются бесцветный, молочно-белый и серый. Про-
зрачные, полупрозрачные и красиво окрашенные разно-
видности носят названия: горный хрусталь (водяно-про-
зрачный кристалл), аметист (фиолетовый), раухтопаз
(дымчатый топаз), морион (черный).
В СССР впервые синтезирован новый класс исКу«<1 ственных монокристаллов — фианиты на основе твердых i растворов тугоплавких оксидов циркония и гафния. Фпа- ветривается легче, чем муско . ,,,иость в одном на- srs пластинки. Слюды встречаются и в песках, где также считаются вредной примесью: бетоны и строительные 1 растворы на песке с значительным содержанием слюды 1 обладают пониженной морозостойкостью. Для специальных отделочных штукатурок в растворы иногда намеренно вводят слюду в целях достижения оп- ределенного художественного эффекта.
ниты по качеству превосходят многие природные минера- лы: они отличаются высокой твердостью (8,5), устойчи- вы к окислению на воздухе, имеют хорошие оптические Полевые шпаты —самые распространенные минера- лы магматических пород (до 2/3 общей массы породы). Как и кварц, они представляют собой светлые составные части пород (белые, розоватые, красные и т. п.). Глав-
клаз и плагиоклазы. Ортоклаз K2O-Al2O3-6SiO2 или K[AlSi3Oe] «прямо* 1 раскалывающийся» характеризуется следующими свой- ствами: угол между спайностями 90°, твердость 6—6,5,7| 1 плотность 2,57 г/см3, плавится при 1170°C, полное рас- 1 плавление при 1450”С. Встречается в кислых (гранитах) и средних (сиенитах) по кислотности магматических по- родах. Плагиоклазы «косораскалывающиеся» образуют изо- ъд морфный ряд от альбита Na2O-Al2O3-6SiO2 или Д Na[AlSi3O8], входящего в состав кислых пород, до ано- "В рита CaO-Al2O3-2SiO2 или Са [Al2Si2O8], характерного Я для основных пород (габбро, базальта и др.). По сравнению с кварцем полевые шпаты обладают
2. Глубинные (интрузивные) горные породы
значительно меньшей прочностью (120—170 МПа на
сжатие) и стойкостью, поэтому они реже встречаются в '
осадочных породах (главным образом, в виде полево-
шпатовых песков). Выветривание полевых шпатов проис-
ходит под влиянием воды, содержащей углекислоту. Ре-
зультатом выветривания является новый минерал —као-
линит (важнейшая часть самой распространенной оса-
дочной породы — глины).
К цветным (темноокрашенным) минералам, встреча-
ющимся в магматических породах, относятся железомаг-
незнальные и магнезиальные силикаты.
».А»™₽уППе желез0"агнгзиальных силикатов наиболее
Ра/е"Ы олив"»- пироксены (например, авгит),
а“ф"®ол“ (Р°Г0ВаЯ обманка)- Среди магнезиальных си-
аИмК ’ СТреЧаюТСЯ вт0₽п™ые минералы, чаще всего
оливин - серпентин, хризотил-асбест.
пвета Го ’пмагиезиальпые силикаты - минералы темного
ц та (от темно-зеленого до черного); для них характер-
Магматические горные породы, образующиеся в раз-
личных геологических условиях, различаются по своим
ности строения горных пород, зависящие от условий об-
разования, выражаются в структурных и текстурных
признаках.
Структура определяется степенью кристаллизации и
размерами зерен, а также формой и взаимными отноше-
ниями составных частей горной породы. При медленном
остывании магмы в глубинных условиях (рис. 2.2) воз-
никают полнокристаллические структуры. По размерам
зерен среди кристаллических пород выделяют: крупно-
зернистые (средний размер зерен более 5 мм), средне-
зернистые (1—5 мм) и мелкозернистые (0,5—1 мм), а
роды относительно друг друга в занимаемом ими прост-
И”“Г
К'““е Граниты 2,7-2,6 250-120 Кварцевые пор-
Средине Сиениты 2.8-2,6 250-120 Бескварцевые порфиры, тра-
Диориты 3-2,8 300-150 Порфириты,
Основные броиды’ 3,3-2,9 500-250 Диабаз, базальт
шпатов (35—40%) и плагиоклаза (20—25 %), обычно
небольшим количеством слюды (5—10%) и отсутствием
сульфидов. Граниты имеют высокую механическую проч-
ность на сжатие—120—250 МПа (иногда до 300 МПа).
Сопротивление растяжению, как у всех каменных мате-
риалов, относительно невысокое и составляет около
род характеризуется массивной текстурой.
Наиболее общие свойства глубинных горных пород:
весьма малая пористость и, следовательно, большая
плотность и высокая прочность. Кроме того, в связи с
очень малой пористостью эти породы обычно обладают
низким водопоглощением, морозостойки и сравнительно
высокотеплопроводны. Обработка таких пород из-за их
высокой прочности затруднительна. Однако благодаря
высокой плотности они хорошо полируются и шлифуются.
Средние показатели важнейших строительных свойств
таких пород: прочность на сжатие 100—300 МПа; плот-
ность 2600—3000 кг/м3; водопоглощение меньше 1 % по
объему; теплопроводность около 3 Вт/(м-°С).
Граниты обладают благоприятным для строительного
камня минеральным составом, отличающимся высоким
содержанием кварца (25-30%), натриево-калиевых
Необходимо отметить, что в каменных материалах
вследствие их хрупкости сравнительно легко могут поя-
виться тонкие (волосные) местные трещинки (от взрывов
при добыче, от ударов, резких колебаний температуры
шое влияние на предел прочности при сжатии, но могут
значительно понизить прочность на растяжение.
Важнейшее свойство гранитов — их малая пористость
(непревышающая 1,5%), что обусловливает водопогло-
щение около 0,5 % (по объему). Поэтому морозостой-
кость их высокая. Огнестойкость гранитов недостаточна,
так как они растрескиваются при температуре выше
600 °C вследствие полиморфных превращений кварца.
Граниты, как и большинство других плотных магматиче-
ских пород, обладают высоким сопротивлением истира-
Граниты весьма разнбдбразны по цвету, зависящему 1
в основном от окраски полевых шпатов: они могут быть Я
белыми, серыми, желтыми, розовыми, красными. Различ- -
ные сочетания отдельных компонентов и изменение струк. 3
туры обусловливают разнообразие цветов, оттенков и Я
рисунка гранитов, поэтому они являются прекрасным об- Д
лицовочным материалом. Высокая прочность на сжатие Я
и морозостойкость гранитов позволяют применять их для : J
защитной облицовки набережных, устоев мостов, цоко- Д
лей зданий, а также в качестве щебня для высокопроч^ |
ных и морозостойких бетонов. Кроме этого, благодаря '
значительной кислотостойкости гранитов их используют | Я
в качестве кислотоупорной облицовки.
Граниты как наиболее распространенные из глубин-
ных магматических пород широко используют в строи- -’-Л
тельстве. Остальные глубинные породы (сиениты, дио- Я
риты, габбро и т. п.) как менее распространенные в при- 9
роде применяются в строительстве значительно реже. I
Сиениты. Горные породы группы сиенитов составля- Д
ют около 2,6 % магматических пород. Цвет этих пород Я
зависит от цвета полевых шпатов и поэтому они окраше-
ны в розовые, серые и зеленоватые тона. Сиениты состо- Я
ят из калиевых (50—70 %) и натриевых полевых шпатов Я
(10—30%), цветных минералов (10—20%). Если при- Я
сутствует кварц (10—15%), то породу называют квар-
цевым сиенитом. По физико-механическим свойствам Я
сиениты близки к гранитам, несколько уступая им по :
прочности из-за отсутствия кварца.
Гранодиориты менее распространены, чем граниты, и
отличаются от них меньшим содержанием кварца (20— В
25 %), повышенным количеством цветных минералов а
(15-20%), в составе которых преобладает роговая об’- Я
манка, поэтому эти породы темнее гранитов. В гранодио- В
ритах всегда присутствует полевой шпат (45—50 %). В
Гранодиориты по механической прочности уступают гра- 1
нитам, что связано с меньшим содержанием кварца. По- Я
добно гранитам, они находят в строительстве самое раз- J
нообразное применение —от бута и щебня до облицовоч- Я
ного и скульптурного камня.
Диориты и кварцевые диориты — породы серого цве- д
та; состоят они из плагиоклаза (65—70 %) и роговой об-7 J
манки, иногда с пироксенами или биотитом, составляю- .1
щи ми около 25—30 %. Структура породы равномерно- В
зернистая, средне- или мелкозернистая. Текстура массив- я
ная или пятнистая, что обусловлено наличцем обособле
нии (шлиров), обогащенных темноцветными минералам
Кварцевые диориты характеризуются присутствием
20 % кварца и меньшим содержанием роговой обма!
Структура и текстура аналогичны диоритам.
Плотность диоритов 2,9 г/см3, предел прочности
сжатии 150 300 МПа. Наиболее прочны диориты с n
ко- и среднезернистой структурой, массивной текстурой
с повышенным содержанием роговой обманки. Разновид
ноет и, включающие биотит, имеют пониженную проч
ность. Диориты и особенно кварцевые диориты превос
ходят по прочности граниты и сиениты.
габброиды. Среди габброидов важнейшими являются
габбро и анартозиты.
Габбро — порода темно-серого или почти черного цве-
та, что объясняется темной окраской плагиоклазов и вы-
соким содержанием цветных минералов. В результате
вторичных изменений плагиоклазы приобретают светло-
серый и зеленовато-серый цвет. Типичное габбро состоит
примерно из равного количества натриево-кальциевого
полевого шпата и моноклинного пироксена. В габбро в
очень малых количествах могут присутствовать оливин,
янными компонентами габброидов являются магнетит и
титаномагнетит.
Анортозиты представляют собой темноокрашенные
породы, состоящие почти из одного натриево-кальциево-
го полевого шпата — лабрадора. Благодаря иризиру-
ющему свойству з>тих пород (иризация — яркий цвет-
ной блеск на гранях или плоскостях спайности лабрадо-
ра) их применяют в строительстве в качестве облицовоч-
ного камня.
Для пород группы габбро характерна плотность
2,9—3,3 г/см3, большая прочность (на сжатие 250—500
МПа) и достаточно высокая стойкость против выветри-
вания. Красивый вид и хорошая полируемость габбро-
вых пород и лабрадоритов позволяют применять их в ка-
честве ценной облицовки. Так, темные и светлые лабра-
дориты с синим оттенком использованы для облицовки
Мавзолея В. И. Ленина, памятника Неизвестному сол-
дату в Москве и других уникальных сооружений.
Перидотиты — черные породы, иногда с зеленоватым
оттенком, обычно среднезернистой структуры. Текстура
массивная, нередко пятнистая или полосатая. В составе
перидотитов присутствует олчвии (30-70%) и пироксе- Я
hbi (70—30%) Используются для получения щебня. д|
Свойственная перидотитам текстура не позволяет исполь-в
зевать их в качестве штучного камня, кроме того, разра- Я
ботка месторождений перидотитов связана с большими Я
расходами.
3. Излившиеся (эффузивные) горные породы
Такие породы образовались в результате излияния Я
магмы, ее охлаждения и застывания на поверхности зем- '
ли, поэтому они имеют стекловатую, скрытокристалличе-
скую или порфировую структуру.
Порфиры образуются при остывании магмы на не- Ч
больших глубинах (см рис 2.3, а) П| и i
магмы в приповерхностных слоях образуются полнокри-Я
сталлические неравномернозернистые и неполнокрнстал- ‘.ь
лические структуры. В связи с тем, что скорость выделе- 1
ния минералов из магматического расплава при его 'fl
кристаллизации различна, не все минералы успевают в
одинаковой степени выкристаллизоваться и принять Д
свойственную им форму. Порфировые структуры харак-
теризуются наличием хорошо образованных кристал-
лов — порфировых «вкрапленников», погруженных
стекловидную основную массу породы.
Структура породы определяет ее физико-механичеса^М
кие свойства. Наиболее прочными являются равномерно-
среднезернистые породы, тогда как породы такого же ми- I
нерального состава, но крупнозернистой порфировидной Л
структуры быстрее разрушаются как при механическом,Я
воздействии, так и при резких колебаниях температур. Я
В строительстве применяют кварцевые и бескварце-
вые (полевошпатовые) порфиры. Кварцевые порфиры по 4
своему минеральному составу близки к гранитам. Проч- J
ность. пористость, водопоглощение порфиров в общем Л
сходны с показателями этих свойств, присущими грани- Л
там. Но порфиры более хрупки и менее стойки при коле- j
баниях температуры вследствие крупных вкраплений. .Д
Различают эффузивы: излившиеся плотные и излив- 1
шиеся пористые. К плотным, кроме порфиров, относят
липарит, трахит, андезит, базальт, диабаз. Излившиеся {
аналоги гранитов представлены липаритами, в стеклова- Л
той основной массе которых имеются вкрапленники Л
кварца и полевого шпата.
Трахит по своему минеральному и химическому сос-
таву схож с сиенитом, но более порист. Трахит легко об-
рабатывается, но не полируется. Трахит используют как
кислотоупорный материал и в качестве строительного
камня.
Андезит— излившийся аналог диорита, порода серого
или желтовато-серого Цвета порфировой структуры с
плотной основной массой. Андезит содержит плагиоклаз,
роговую обманку, некоторые пироксены и биотит. Структу-
ра может быть неполнокристаллическая или стекловатая,
текстура массивная или пористая. Плотность анде-
зитов 2,7—3,1 г/см3, предел прочности при сжатии 140—
250 МПа. Андезиты, содержащие в своем составе боль-
шое количество роговой обманки или пироксенов, отли-
чаются более высокими техническими качествами, чем
биотитсодержащие разновидности. Андезиты применяют
в качестве кислотостойкого материала— облицовочных
изделий и в виде щебня для кислотоупорного бетона.
Базальт — излившийся аналог габбро, порода темно-
го цвета, очень плотная, скрытокристаллическая или тон-
козернистая, иногда порфировая. Базальт состоит из
плагиоклаза, авгита (нередко оливина). Плотность ба-
зальта 2,9—3,3 г/см3, предел прочности при сжатии
ПО-500 МПа. Базальт ввиду большой твердости и
хрупкости трудно обрабатывается, но хорошо полирует-
ся. Применяют в качестве бутового камня и щебня для
бетонов. При наличии благоприятной отдельности (пла-
стовой, призматической; рис. 2.4) применяют в дорож-
ном строительстве в виде брусчатки и шашки (для моще-
ния дорог); равномерно-зернистые разновидности исполь-
зуют для облицовок. Базальт является сырьевым
материалом для литых каменных изделий и базальтового
волокна.
Диабаз — порода мелкозернистая, по составу анало-
гичная габбро, но с типичной диабазовой микрострукту-
рой (структура полнокристаллическая, представлена
кристаллами плагиоклаза, между которыми располага-
ются зерна цветных минералов). Диабаз имеет темный
цвет, выветренный — зеленовато-серый. Диабаз отлича-
ется высокой твердостью, прочностью (300—400 МПа на
сжатие) и ударной вязкостью, что связано с большим со-
держанием в его составе железомагнезиальных силика-
тов II свойственной этим породам структурой. Поэтому
диабаз издавна применяют в виде брусчатки для моще-
ння дорог; щебень из него используют для изготовлени
морозостойких высокопрочных бетонов.
каническне пеплы и туфы, туфолавы.
Пемза представляет собой пористое вулканическое .
стекло, образовавшееся в результате выделения газов
при быстром застывании кислых и средних лав. Цвет -9
пемзы белый или серый. Пористость ее достигает 80 %;
стенки между порами сложены вулканическим стеклом.
Твердость 6, истинная плотность — 2—2,5 г/см3, плотность J
0,3—0,9 г/см3 (пемза плавает в воде). Большая порис- 1'
тость пемзы обусловливает хорошие теплоизоляционные |
свойства, а замкнутость большинства пор — достаточную
морозостойкость. Пемза служит заполнителем в легких
бетонах (пемзобетоне). Наличие в пемзе активного крем- *]
незема позволяет использовать ее в виде гидравлической 1
добавки к цементам и извести. В качестве абразивного 1
материала пемзу применяют для шлифования металлов .Я
и дерева, полирования каменных изделий. Месторожде- .jig
ння пемзы встречаются в областях местонахождения I
действующих и потухших вулканов. jM'
Вулканический пепел — наиболее мелкие частицы
лавы, обломки отдельных минералов, выброшенные при
извержении вулкана. Размеры частичек пепла колеблют-
ся от 0,1 до 2 мм. Вулканический пепел является актив-
ной минеральной добавкой для воздушной извести и
портландцемента.
Вулканические туфы — горные породы, образовавшие-
ся из твердых продуктов вулканических извержений:
Г1епла, пемзы и других, впоследствии уплотненных и
сцементированных. Цементом туфов является вулканиче-
ский пепел, глинистое или кремнистое вещество, иногда
с примесью продуктов разложения пепла.
Туфолавы—горная порода, занимающая промежу-
точное положение между лавой и туфом. Образование
туфолав связывают с быстрым вспениванием лав при па-
дении давления и связанным с этим дроблением вкрап-
ленников и стекла без разрыва сплошности лавового по-
тока. В состав вулканических туфов и туфолав входят
SiO2, А120з, Fe2O3. Вулканические туфы и туфолавы хо-
рошо сопротивляются выветриванию, мало теплопровод-
ны и, несмотря на большую пористость, морозостойки.
Они легко обрабатываются, распиливаются, пробивают-
ся гвоздями, шлифуются, но не полируются.
Типичный представитель туфолав — артикский туф,
добываемый в Армении (вблизи г. Ленинакана). При
истинной плотности около 2,6 г/см3 плотность породы ко-
леблется от 750 до 1400 кг/м3. Соответственно порис-
тость ее составляет 70—46%. Теплопроводность артикс-
кого туфа меньше, чем обыкновенного кирпича, что поз-
воляет уменьшать толщину наружных стен зданий.
Прочность туфов находится в тех же примерно пре-
делах, что и прочность обыкновенного кирпича, т. е. 5—
15 (иногда до 30) МПа.
Туф и туфолавы используют в виде пиленого камня
для кладки стен жилых зданий, устройства перегородок
и огнестойких перекрытий. Используются они также в
качестве декоративного камня, чему благоприятствует
наличие туфов разных цветов —лиловых, желтых, крас-
ных, черных. Применяются туфы и в виде щебня для лег-
ких бетонов. *
Среди эффузивных пород кислого состава широко
распространены вулканические стекла: обсидиан — тем-
ная, нередко черная порода со стеклянным блеском и ха-
рактерным раковистым изломом, почти не содержащая
воды; перлит-вулканическое стекло с 3-4 % воды^
пехштейн — черная порода со смоляным блеском, содер.
жащая до 10% воды. Их используют в строительстве4
после термической обработки в виде «вспученного перли*!
та» обладающего малой плотностью, большой порис-]
гостью, малыми звуке- и теплопроводностью.
$ 3. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
1. Общая характеристика
Осадочная порода образуется в результате переотло-
жения продуктов выветривания и разрушения различных
горных пород, химического и механического выпадения
осадка из воды, жизнедеятельности растений.
В результате воздействия агентов химического вывет-
ривания происходит окисление минералов с образован®
ем новых минеральных видов и выносом в растворенном
состоянии различного рода соединений. В качестве при- .1
мера подобного процесса рассмотрим схему разложения
полевых шпатов под воздействием воды и растворенной Я
в ней углекислоты.
На первом этапе химического выветривания полевые И
ды. При более глубоком разложении образуется другой
глинистый минерал — каолинит:
K2O-AlzO3-6SiOj + nH2O + СО2 = Al2O2-2SiO2-2H2O +
+ K2CO3 + 4SiO2.mH2O.
Преобладающая часть продуктов выветривания вы- л
носится из зоны выветривания и отлагается вдали от мес- I
та разрушения материнских пород. Основными агентами J
переноса являются текучие воды, движущийся лед и ве-
В зависимости от условий образования осадочные not 1
роды (рис. 2.5) делят на следующие три основные труп- Я
иы: 1) обломочные породы, или механические осадки:
а) рыхлые (например, гравий, глины, пески), оставшиеся,; Я
на месте разрушения пород или перенесенные водой,
льдом (ледниковые отложения) или ветром (эоловые от-
ложения); б) сцементированные (песчаники, конгломе- I
раты, брекчии); 2) химические осадки (например, гипс -Я
и известняковые туфы), образовавшиеся из продуктов Я
разрушения пород, перенесенных водой в растворенном
виде; 3) органогенные породы, образовавшиеся из остат-
ков некоторых водорослей и животных (скелеты губок,
кораллов, раковины и панцири ракообразных и др.).
Большинство осадочных пород имеет более пористое
строение, чем плотные магматические породы, а следова-
тельно, и меньшую прочность. Некоторые из них сравни-
тельно легко растворяются (например, гипс) или распа-
даются в воде на мельчайшие нерастворимые частицы
(например, глины). ' I
В составе осадочных пород можно выделить две раз-
личные по происхождению группы минералов: реликто-
вые и минералы осадочного происхождения. К первой
группе относятся минералы магматические и метаморфи-
ческие — обычно зерна этих минералов окатаны; ко вто-
рой — минералы, образовавшиеся на месте в осадке или
в породе.
2. Главные породообразующие минералы
Кремнеземистые минералы. Наиболее распространен-
ные минералы этой группы — опал, халцедон и осадоч-
0noPI(Si02-mH20)-аморфный минерал; содержа-
ние воды в нем колеблется от 2 до 14 % и достигает
иногда 34 %. При нагревании часть воды теряется. Опал * чаще всего бесцветный или молочао-белыи. но в зависим] г мости от примесей может быть желтым, голубым пли чер. ным Плотность 1,9—2,5 г/см3, максимальная твердость 5—6; хрупок. Халцедон 51Ог—волокнистая или скрытокристалличе; ская разновидность кварца. Цвет белый, серый, светло- Ж желтый, бурый, зеленый. Плотность 2,6 г/см ; твердость 6. Халцедон является продуктом кристаллизации опалС,т.;. а также выпадает непосредственно из растворов, отлага- ясь совместно с опалом и кварцем. Кварц SiO2. В осадочных породах присутствует кварц . магматического происхождения и кварц осадочный. Оса- дочный кварц отлагается непосредственно из растворов, а также образуется в результате перекристаллизаций! опала и халцедона. Он широко распространен в кремнис- тых породах, заполняет трещины, поровые пространства и другие полости в песчаниках и известняках. Карбонаты. Минералы группы карбонатов имеют ши- рокое распространение в осадочных породах. Наиболее] * важную роль в них играют кальцит, доломит и магнезит?| Кальцит (СаСОз) — бесцветный или белый, при нали^ чии механических примесей серый, желтый, розовый илЯ ' голубоватый минерал. Блеск стеклянный. ПлотностДД 2,7 г/см3, твердость 3. Характерным диагностическим при¥Г ! знаком является растворимость с бурным вскипанием в i 10 %-ной соляной кислоте. Имеется разновидность кар- .fl боната кальция, называемая арагонитом. В условиях зем- Т, ной поверхности арагонит неустойчив и переходит в-. Доломит CaMg(CO3)2—бесцветный или белый, часто 1 с желтоватым или буроватым оттенком минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,8 г/см3, твердость 3—4. В 10 %- ной соляной кислоте вскипает только в порошке и при 1 нагревании. Доломит обычно мелкозернист, крупные кри- . 1 сталлы встречаются редко. Образуется он либо как пер- вичныи химический осадок, либо в результате доломитИ’j 1 зации известняков. Минерал доломит слагает породу того •) же названия. Применяется в качестве сырья для про- • изаодства магнезиальных и доломитовых вяжущих ве- ществ. доломитовых огнеупорных матгриалов, а также в качестве строительного камня, щебня для бетона. Магнезит МЯСО3— бесцветный, белый, серый, жел- тый, коричневый минерал. Плотность 3 г/см3, твердость 3,5—4,5. Растворяется в соляной кислоте при нагревании. Применение магнезита основано на высокой огнеупорно- сти и вяжущих свойствах оксида магния. Магнезит обожженный при 1500—1650°С, представляет собой вы- сокоогнеупорный материал, применяющийся для изго- товления магнезитового кирпича, а обожженный при 750—800 С дает каустический магнезит и образует с раствором хлорида или сульфата магния магнезиальное вяж\щсе. Глинистые минералы слагают глины, а также могут находиться в качестве примеси в песчаниках, алевроли- тах, известняках и многих других породах, существенно изменяя их физико-химические свойства. Минералы этой группы относятся к водным алюмосиликатам. Наиболее нит и гидрослюды. Каолинит Al2O3-2SiO2-2H2O или Al4[Si4O10] (ОН)8— белый, иногда с буроватым или зеленоватым оттенком минерал. Плотность его 2,6 г/см3, твердость 1, на ощупь жирный. Встречается в виде мелоподобных плотных аг- регатов. Каолинит образуется в результате разложения полевых шпатов, слюд и некоторых других силикатов в процессе их выветривания и переноса продуктов разру- шения. На земной поверхности устойчив в условиях кис- лой среды. Каолинит слагает каолиновые глины, входит в состав полиминеральных глин, иногда присутствует в цементе обломочных пород. Гидрослюды образуются при разложении слюд и не- которых других силикатов (например, полевых шпатов). Гидрослюды используют в строительстве; например, вер- микулит, обладающий свойством увеличиваться при на- гревании в 20 и более раз, применяется как пористый за- полнитель легкого бетона. Монтмориллонит образует бентонитовые глины. Для него характерно слоистое расположение анионов и катио- нов в кристаллической решетке, обусловливающее пла- стичность глиняного теста. Отличается высокой поглоти- тельной способностью, набухает в воде, сильно увеличи- ваясь в объеме, а при нагревании постепенно отдает адсорбционную воду. Его примесь в известняках и песча- никах нежелательна, так как содержание только 3—4 % глины резко понижает их водостойкость и морозостой- кость.
Сульфаты. Наиболее распространенными минера л аЯ
этой группы являются гипс и ангидрит.
Гипс CaSO4-2H2O представляет собой скопленйе ЗДД
лых и бесцветных кристаллов, иногда окрашенных меха- I
ническими примесями в голубые, желтые или красный Тр'
тона. Блеск стеклянный. Плотно'сть 2,3 г/см ', твердость^*
2. Для гипса, развивающегося в пустотах и трещинах,
характерно волокнистое строение и шелковистый блеск.
Иногда гипс встречается в виде тонкозернистых и зем-
листых агрегатов, а также слагает цемент песчайика.
Гипс применяется в производстве гипсовых вяжущий ве-
ществ, портландцемента и др.
Ангидрит CaSO4— белый, серый, светло-розовый, свет-
ло-голубой минерал. Блеск стеклянный. Плотность
3 г/см3, твердость 3—3,5. Как правило, встречается Б ви-
де сплошных мелкозернистых агрегатов; крупные крис-
таллы образуются редко, они обычно имеют таблитчат
тую, игольчатую или призматическую формы.
Красиво окрашенные ангидрит и гипс иногда приме-
няют как облицовочный материал для внутренних отде-
лок зданий, а после пропитки водостойкими эмульсиями I
и для наружных отделок. Ангидрит используют для прсД .
изводства вяжущих веществ. Гипс и ангидрит слагаюЯ |
породы того же названия.
Наиболее характерной особенностью строения ;оса-; J
дочных пород является их слоистость. В том случае,?
когда слоистость отсутствует, текстуру называют беешь
рядочной, так как частицы располагаются в ней без вся-
кой ориентировки.
3. Обломочные породы
Породы рассматриваемой группы сложены преиму^
щественно зернами устойчивых при выветривании мине-
ралов и горных пород.
Рыхлые обломочные горные породы. Песок представ-;
ляет собой образовавшуюся в результате выветривания?.*
горных пород рыхлую смесь зерен (до 5 мм) различных
минералов, входивших в состав магматических (иногда,
осадочных) горных пород.
Гравий — крупнообломочная рыхлая порода, состоя-
щая из окатанных зерен (от 5 до 150 мм). Песок и гра-
вий применяют в качестве заполнителей для бетона в
дорожном строительстве. Пески служат компонентом
сырьевой смеси в производстве стекла, керамических из-
Глинистые породы слагаются более чем из 50 % час-
тиц мельче 0,01 мм, причем многие из них имеют разме-
ры меньше 0,001 мм. За основу классификации глини-
стых пород принимается состав глинистых минералов.
Каолиновые глины слагаются в основном каолином.
Обычно, эти глины окрашены в светлые Тона, жирные на
ощупь, малопластичны, огнеупорны.
Полимиктовые глины характерны наличием двух или
нескольких минералов, причем ни один из них не явля-
ется преобладающим. Они окрашены в бурые, серые, ко-
ричневые или зеленоватые тона. Обычно содержат значи-
тельное количество песчаной примеси, карбонаты, суль-
фаты, сульфиды, гидроксиды железа. Глины находят
широкое применение в керамической промышленности.
Каолиновые глины являются сырьем для огнеупоров. По-
лимиктовые используют для изготовления кирпича, грубой
керамики и других изделий. Глины являются также ком-
понентом сырьевой смеси в производстве цемента. Их ис-
пользуют как строительный материал при возведении
Сцементированные обломочные горные породы.
Песчаник состоит из зерен песка (в большинстве слу-
чаев кварцевого), скрепленных цементирующим вещест-
вом. Если в состав цементированных обломочных пород
входят крупные куски (гравий или щебень), то таким по-
родам даются названия конгломерата (при округлых
кусках) и брекчии (при остроугольных кусках).
Природные цементы весьма разнообразны, поэтому
различают известковые песчаники, сцементированные
карбонатом кальция СаСО3; кремнистые, сцементирован-
ные безводным или водным кремнеземом S1O2 или
SiO2-mH2O; железистые, сцементированные оксидами
железа; глинистые, скрепленные глинистыми вещества-
ми. Эти породы легко разрушаются при насыщении во-
дой, при замерзании и оттаивании.
Из перечисленных сцементированных пород чаще все-
го применяются в строительстве песчаники.
Известковые песчаники сходны по строительным
свойствам с обыкновенными известняками, поэтому их и
применяют так же, как и плотные известняки. Однако
наличие кварцевых зерен делает песчаники труднообра-
батываемыми. Как и в известняках, вредными примеся-.!
ми в песчаниках являются глина и серный колчедан.
Кремнистые песчаники большей частью весьма прочный
стойки.
4. Хемогенные породы
Среди пород химического происхождения наиболее
важные в строительном деле — карбонатные, сульфатные ]
и аллитовые породы.
Карбонатные породы. Наиболее распространенными '1
карбонатными породами являются известняки и доломи-. 1
ты. В зависимости от количественного соотношения в по- J
роде кальцита и доломита наблюдаются постепенные пе- '
реходы от чистых известняков к чистым доломитам .
(табл. 2.2).
Количество глинистой примеси в карбонатных поро-
дах может колебаться в широких пределах. Порода, в]И
которой приблизительно поровну содержится карбонат-]
ного и глинистого материала, называется мергелем. Раз- J
новидности карбонатно-глннистых пород показаны в
табл. 2.3.
Наличие примесей оказывает большое влияние на фи-^^В
зико-механические свойства карбонатных пород. Глинис-
тое вещество при увлажнении понижает прочность извест- Я
няков. Кремнезем уменьшает растворимость известняков
и повышает их поочность. Лплпмитичиплиямимр п^пт. В
и повышает их прочность. Доломитизированные извест-
няки характеризуются большей прочностью по сравне-
нию с известняками. Нежелательны примеси гипса, анги-
дрита и других легкорастворимых солей.
ПОРОДИЦА 2’2’ КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗВЕСТКОВО-ДОЛОМИТОВЫХ
Известняк
Известняк доломнтистый
» доломитовый
Доломит известковый
» известковистый
ЧИСТЫЙ ДОЛОМИ-
Пористость плотных известняков не превышает деся-
тых долей процента, а рыхлых 15—20 %. Окраска изве-
стняков зависит от примесей и может быть белой, жел-
товатой, бурой, серой, темно-серой. Среди известняков,
образовавшихся химическим путем, выделяют известко-
вые туфы и микрозернистые известняки.
Доломиты по внешнему виду похожи на известняки.
Цвет доломитов белый, желтовато-белый, светло-бурый.
Для них характерны микрозернистые и кристаллически-
зернистые структуры.
Благодаря широкому распространению, легкой добы-
че и обработке обыкновенные известняки, доломитизнро-
ванные известняки и доломиты применяют в строитель-
стве чаще, чем другие породы. Их используют в виде
бутового камня для фундаментов, стен неотапливаемых
зданий или жилых домов в районах с теплым климатом,
а наиболее плотные породы применяют в виде плит и
фасонных деталей для наружной облицовки зданий.
Известняковый щебень часто используют в качестве за-
полнителя для бетона. Наконец, известняки широко при-
меняют как сырье для получения вяжущих веществ —
извести и цемента. Доломиты используют для получения
вяжущих и огнеупорных материалов в цементной, сте-
кольной, керамической и металлургической промышлен-
Сульфатные породы. Сульфатные породы состоят из
сучьфатных соединений, выпадающих в осадок в случае
увеличения их концентрации в природных водах. Гипсо^Ш
вне и ангидритовые породы, как раньше упоминалось;^^
слагаются одноименными минералами — гипсом и анги-
дритом. которые в природных условиях в результате гид-
ратации и дегидратации переходят друг в друга. Ангид-
рит отличается от гипса большей твердостью. Ооычно он
имеет светлые цвета —белый, зеленоватый, светло-се-
рый. серовато-голубоватый. Гипс и ангидрит служат
сырьем для получения вяжущих веществ, иногда их при-
меняют в виде облицовочных изделий.
Аллитовые породы характеризуются высоким содер-
жанием глинозема. В этой группе выделяют две главные
породы: бокситы и латериты.
Породообразующими минералами бокситов являются . ;
гидроксиды алюминия (гиббсит и диаспор). По внешне-
му виду бокситы разнообразны. Они могут быть мягки-
ми. рыхлыми, похожими на глину и плотными с раковис-
тым изломом. Пластичностью бокситы не обладают.- ’Я
Окраска обусловлена наличием гидроксида железа. Чаще
она бывает красная, бурая, коричневая, зеленовато-се-
рая. Бокситы используют для производства алюминия,
искусственных абразивов, огнеупоров, в качестве адсор-^И
бента при очистке нефтепродуктов.
Латериты состоят в основном из каолинита и гидро- Я
ксидов железа, в меньшем количестве в них входят гидй^И
роксиды алюминия. Цвет их красный, бурый или желтый. В
Высокая стойкость против выветривания позволяет ис-
пользовать их в качестве строительного камня.
ют пластовые и
5. Органогенные породы
К осадочным органогенным породам относятся бдй-
генные кремнистые породы и органогенные известняки,?
Биогенные кремнистые породы (силициты) сложены
осадочным кремнеземом (опалом ха""-"-'"-'- -----
По морфологическому признаку ’ вы’
конкреционные кремнистые породы.
Главными разновидностями пластовых кремнистых
пород являются диатомиты, радиоляриты, спонголиты^
трепелы, опоки. Диатомиты — легкие светлые тонкопори-
стые породы, состоящие из опаловых скелетов диатомо-
вых водорослей. Радиоляриты сложены опаловыми ске-
летами радиолярий, по внешнему виду они не отличают-
ся от диатомитов. Спонголиты состоят преимущественно
из опаловых спикул губок. Трепелы и опоки (белые или
серые) очень легкие, похожие на каолиновую глину или
мел. породы, состоящие из опала, реже халцедона
Конкреционные кремнистые породы встречаются зна-
чительно реже. Желваки, или конкреции, сложенные оса-
дочным кремнеземом, называются кремнями. Кремни
могут быть рассеяны в различных породах — известня-
ках, песчаниках, глинах. Кремнистые породы находят
разнообразное применение. Диатомиты, опоки применя-
ют для производства теплоизоляционных материалов, в
виде минеральных добавок к вяжущим веществам (воз-
душной извести, портландцементу).
Органогенные известняки могут быть сложены целы-
ми раковинами или обломками раковин различных мор-
ских безпозвоночных, а также остатками известковых во-
дорослей. Органогенные известняки иногда слагают ри-
фы. Рифостроящими организмами являются преимущест-
венно известковые водоросли и кораллы.
Разновидность органогенных известняков — мел. Это
микрозернистая слабосцементированная порода белого
Органогенные известняки применяют в строительстве
в виде стенового камня. Способность легко распиливать-
ся, небольшая плотность (800—1800 кг/м3), малая теп-
лопроводность — все это позволяет уменьшать толщину
наружных стен зданий по сравнению с кирпичными, что
снижает стоимость строительства.
В Молдавии, Одесской обл., ряде районов Крыма,
Азербайджана органогенные известняки — распростра-
ненный материал для кладки стен; наиболее же плотные
разновидности известняков используют для кладки фун-
даментов, наружной (отчасти и внутренней) облицовки ।
стен, а щебень применяют как заполнитель бетона.
§ 4. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
1. Общая характеристика
Метаморфизмом называют преобразование горных по-
род, происходящее в недрах земной коры под влиянием
высоких температур и давлений. В этих условиях может
происходить перекристаллизация минералов оез их плав- < ленпя. Главными факторами метаморфизма являются в температура, давление и химически активные вещества— „□створы и газы под действием которых породы любого состава и генезиса (магматические, осадочные или уже ранее метаморфизованные) подвергаются изменениям. Ш При формировании структурно-текстурных особенно-- Ш стей метаморфических пород велика роль направленного ; давления. При одностороннем давлении кристаллы де- формируются в направлении, перпендикулярном направ- лению наибольшего давления, и видоизмененные породы J- , приобретают сланцевое строение (гнейс, глинистые слан-fl цы и т п.). Образуются специфические текстуры с харак- словливает анизотропию физико-механических свойств) (. породы. сланцеватости на тонкие (2—8 мм) плоские плитки Плотность кровельных сланцев около 2,7—2,8; порис- тость 0,3—3 %; предел прочности при сжатии 50— 240 МПа. Большое значение имеет также прочность на излом перпендикулярно сланцеватости. Гнейсы образовались в результате метаморфизма кварцево-полевошпатовых пород. В состав гнейсов вхо- дят кварц, биотит, роговая обманка, полевые шпаты. Гнейсы по механическим и физическим свойствам не ус- тупают гранитам, однако сопротивление на излом парал- лельно сланцеватости у них в 1,5—2 раза меньше, чем в перпендикулярном направлении. По плоскостям сланце- ватости они раскалываются на плиты, легко расслаива- ются при замерзании и оттаивании. Применяют гнейсы при бутовой кладке, для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог. Щебень из сильно слан- цеватого гнейса не используют для бетона и дорожного
2. Главные породообразующие минералы строительства из-за непригодности формы зерен. Кварциты. Их образование связано с перекристалли-
Минералы, слагающие метаморфические породы, можно разделить на следующие группы: 1) минералы, . широко распространенные как в метаморфических, так Я ‘ и в магматических породах (полевые шпаты, кварц, слю- д. да, роговая обманка, большинство пироксенов, оливин и" др.); 2) типичные для осадочных пород минералы (каль- нит. доломит); 3) минералы, которые могут находиться^ | в магматических породах в качестве вторичных, а также;5 слагать типичные метаморфические породы (серпентин» J | и др.); 4) специфические метаморфические минералы,, присутствие которых возможно только в глубоко преоб- разованных метаморфических породах. зацией песчаников. Кварциты содержат 9^—99 % SiO2, их важными свойствами являются высокая огнеупорность (до 1710—1770 °C) и высокая прочность на сжатие (100—455 МПа). В строительстве кварциты используют в качестве подферменных камней в мостах, в виде бута, щебня и брусчатки для мощения дорог, а кварциты с красивой и неизменяющейся окраской идут на облицовку зданий. Кварциты, применяемые в качестве кислотоупор- ного материала, должны обладать высокой кислотостой- костью. Кварциты используют в производстве динаса — кислого огнеупора, выдерживающего под нагрузкой тем- пературу До 1500—1650 °C. Мрамор — мелко-, и средне- и крупнозернистая плот- ная карбонатная порода, состоящая, главным образом,
3. Основные разновидности метаморфических горных пород из кальцита и представляющая собой перекристаллизо- ванный известняк. Хотя прочность при сжатии составля- ет 100—300 МПа, мрамор легко поддается обработке,
Кристаллические сланцы имеют мелкозернистое ело- 1 истое строение, цвет их от темно- до светло-серого. Основ- 1 ная часть породы состоит из зерен кварца, биотита и мус- | Некоторые разновидности глинистых, кремнистых, | слюдистых и иных сланцев являются кровельными слан- цами. Эти сланцы легко раскалываются по плоскостям | 82 вследствие малой пористости хорошо полируется. Мра- мор широко применяют для внутренней отделки стен зданий, ступеней и лестниц. В виде песка и мелкого щеб- ня (крошки) его используют для цветных штукатурок, при изготовлении облицовочного декоративного бетона. В условиях сульфатной коррозии для наружных облицо- вок мрамор не применяют.
§ 5. ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА
ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Природные каменные материалы и изделия получают-; Ж
из горных пород путем механической обработки (дроб-
ления, распиливания, раскалывания и т. п.), после котрЖ
рой почти полностью сохраняются структура и свойство
исходной породы. _
Средние и мягкие породы (твердость 5—3) добывают М
с помощью камнерезных машин, снабженных твердо^ —
сплавными дисковыми или цепными пилами. Вырезка! ,
блоков из таких пород производится поточным методом-!
(рис. 2.6).
Длй вырезки блоков из пород средней твердости при- |
меняют также дисковые и цепные пилы, снабженные ал-1
мазнымп режущими насадками. Производительность та-- \
кнх машин на породах средней твердости в 4—5 раз выше,
чем производительность твердосплавного инструмента/ у
Добытые в карьере блоки перевозят на камнеобраба- !
тывающий завод, где их распиливают на плиты или из-
готовляют из них фасонные детали.
По способу изготовления природные каменные мате-
риалы и изделия можно разделить на пиленые (стеновые* . I
камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола)' '
шашка для мощения и др.).
можно разделить на следующие основные виды: 1) гру- И
бообработанные каменные материалы (бутовый и валун- jM
ный камни, щебень, гравий и песок); 2) штучный камень-И
и блоки правильной формы (для кладки стен и др.); 1
3) плиты с различно обработанной поверхностью (обли-
цовочные для стен, чистого пола и др.); 4) профилируетИ
ванные детали (ступени, подоконники, пояски, наличии-
ки, капители колонн и т. п.); 5) изделия для дорожногб-Я
строительства (бортовой камень, брусчатка и шашка для
мощения).
Используя ударную и абразивную обработку, природ- 9
ному камню придают ту или иную фактуру — различный ; j
характер поверхности.
Ударная обработка заключается в окалывании по- J
верхности камня с помощью камнетесного инструмента J
со сменными наконечниками: для тески пользуются ши-
роким долотом — скарпелью, скалывание неровностей Д
производят спицей — остроконечным долотом, для чистой V
обработки лицевой поверхности применяют бучарду со -1
средней или мелкой насечкой.
Ударная обработка дает возможность получить еле- я
дующие фактуры (рис. 2.7); скальную с буграми и впа- И
динами, как при естественном расколе породы; рифленую «
с правильным чередованием гребней и впадин глу-
биной до 2 мм; бороздчатую с параллельными прерывис- 1
тыми бороздками глубиной 0,5—1 мм; точечно-шерохова- fl
тую с точечными углублениями 0,5—2 мм.
Абразивная обработка включает распиливание, фре- _
зерование, шлифование и полирование.
' Блоки из мрамора, известняка и других пород распи- fl
ливают при помощи рамных пил, армированных твердо- |
сплавными вставками или снабженных алмазными рез- fl
цамн. Алмазные резцы увеличивают скорость резания в fl
5—10 раз и снижают расход электроэнергии в 2—2,5ра- fl
за по сравнению с резцами карборундовыми или из твер- fl
дых сплавов. Кроме того, алмазные резцы позволяют fl
значительно увеличивать выход готовой продукции. Ши- я
рина пропила сокращается примерно в 3 раза, а расход Л
сырья на 12—18 %. Алмазными резцами можно изготов- 'Л
лять тонкие плиты толщиной 5—10 мм, поэтому из 1 м3 .fl
низкую себестоимость; к тому же обеспечивается чистота j
Для получения профилированных изделий (ступеней,
поясков, карнизов и т. п.) на камнеобрабатывающих за- Л
водах применяют камнефрезерные и универсальные про- fl
филирующие машины.
Шлифуют и полируют на шлифовально-полировальф V
ных станках с вращающимися дисками, которые пере-
мещают по поверхности изделия (рис. 2.8). Шлифуют 'Ж
с применением зернового абразива: корунда, карборунда
или мелких пылевидных алмазов, которые увеличивают
производительность оборудования. После шлифования J
камень имеет гладкую матовую поверхность. Для прида- fl
ния камню блестящей гладкой поверхности его полиру-
ют войлочными полировальными дисками с использова-
пнем мастик и тонких полирующих порошков из окси- *
дов металлов (хрома, олова, железа и др.) или нитрата <
олова.
Абразивная обработка создает фактуры: пиленую— 1
с тонкими штрихами и бороздками глубиной до 2 мм;
86
шлифованную — равномерно-шероховатую с глубиной
рельефа до 0,5 мм; лощеную — гладкую бархатисто-ма-
товую с выявленным рисунком камня; зеркальную —
Термическая обработка каменной породы основана
на воздействии струи газа с высокой температурой (в ре-
зультате сжигания бензина в воздушной струе) на по-
верхность этой породы. При обработке камня бензовоз-
душным термоотбойником он нагревается неравномерно
и возникающие термические напряжения вызывают ска-
лывание верхнего слоя. С помощью термической обра-
ботки можно оплавить поверхностный слой камня, при
этом получают своеобразную «глазурованную» фактуру,
кроме того, изменяют естественный цвет горной породы.
6. ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА
СТРОИТЕЛЬНОГО КАМНЯ
на легкие и тяжелые. Легкие камни плотностью не более
1800 кг/м3 имеют пористое строение (вулканический туф,
пемза, известняк-ракушечник) и поэтому применяются
преимущественно в виде штучного камня и блоков для
гт₽н зданий н щебня для легких бетонов. Тяжелые кам- Ч
«"плотностью более 1800 кг/м’ (из гранита, сиенита,W
“ опита и т. и.) служат облицовкой и используются в в„- Я
де Shot пола,'материалов и изделий для гидротехник -Я
^‘протност^вГОа^ис^мос^отпредела прочности при Я
сжатии образцов в воздушно-сухом состоянии каменные J
КТ& 1^5; 'STI
8О;16о' Марки от 0,4 до 20 свойственны легким камня^^
различной пористости. __ J
Истираемость и износ зависят от твердости камня. Я
Эти свойства имеют важное значение для дорожных по- Я
крытой, полов, ступеней лестниц и т. п. Поэтому для до- |
ложных покрытий и полов следует применять твердые
мелко- и среднезернистые породы, которые хорошо сй|. М
противляются истиранию й износу. -Я
Морозостойкость. По числу циклов попеременного за-
мораживания и оттаивания образцов, в условиях стан-
дартного испытания природные каменные материалы 1
разделяют на марки по морозостойкости: Мрз 10, Мрз 15,
Мрз 35, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300, Мрз 400, Я
Мрз 500.
Высокую морозостойкость имеют плотные камни с Я
равномерно-зернистой структурой. Камни с неравномер- Я
ной порфировой структурой быстрее растрескиваются Я
при резких изменениях температуры из-за разных тем-
пературных коэффициентов линейного расширения мел- -Я
кокристаллической массы и крупных вкрапленников. Я
Слоистая текстура также снижает морозостойкость кам-W
ня. Свежедобытые известняки, доломиты, песчаники, ту- -
фы легко разрушаются от мороза вследствие того, что |
их поры заполнены «горной влагой» и коэффициент на- Л
сыщения пор водой близок к 1. После естественной про-
сушки они становятся достаточно морозостойкими и бо-
лее прочными.
Водостойкость. Коэффициент размягчения камня,
применяемого для гидротехнических сооружений и фун- I
даментов, должен быть не менее 0,8; для наружых стен
зданий не менее 0,6.
Теплопроводность — необходимая характеристика Я
легкой горной породы, применяемой в виде крупных бло-
ков и камней для наружных стен зданий. Этот показа- i
тель зависит от плотности породы, являющейся косвен- Я
ной характеристикой пористости (см. § 2, гл. 1). Тепло-
проводность известняка-ракушечника и вулканического
туфа^воздушно-сухом состоянии составляет 0,5—0,8 Вт/
Огнестойкость зависит от минерального состава и
-структуры камня. Одни породы при повышенной темпе-
ратуре разлагаются (гипс при 100 °C, известняк при
900 СС), другие (гранит, кварцевые порфиры) растрески-
ваются уже при температуре 600 °C вследствие различ-
ного теплового расширения составляющих их минералов
и полиморфного превращения кварца.
§ 7. ВИДЫ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
1. Грубообработанные каменные материалы
Бутовый камень (бут) — куски камня неправильной
формы размером не более 50 см по наибольшему изме-
рению. Бутовый камень может быть рваный (неправиль-
ной формы) и постелистый. Разработку рваного бута и
щебня осуществляют преимущественно взрывным спосо-
бом. Плитняковый бут получают из пород пластового за-
легания. Крупные отдельности такой породы, ограничен-
ные трещинами, отделяют экскаватором с последующей
развалкой кусков до требуемых размеров камнекольным
инструментом. Разрабатывают местные осадочные и из- .
верженные породы, отвечающие проектным требованиям
в отношении прочности, морозостойкости и водостойко-
сти. Бут из осадочных пород (известняков, доломитов,
песчаников) не должен содержать примесей глины, рых-
лых пород и включений пирита.
Из бута возводят плотины и другие гидротехнические
сооружения, его применяют для подпорных стенок, клад-
ки фундаментов и перерабатывают в щебень.
Щебень — куски камня размером 5—70 мм (для гид- (
ротехнического строительства до 150 мм). Получают его
дроблением камня из прочных и морозостойких горных
пород. Чтобы довести щебень до необходимого зернового
состава, его дробление осуществляют в несколько ста-
дий. Встречается и природный щебень, называемый дрес-
Гравий состоит из окатанных зерен тех же размеров,
что и у зерна щебня. Его получают просеиванием рых-
лых осадочных пород, в необходимых случаях применя-тИ
ют промывку для удаления вредных примесей (глины, И
ПЫЛПгсок состоит из зерен различных минералов (квар- f
ца полевого шпата, слюды и др.) размерами 0,14— ’I
5 мм. Применяют природные и искусственные (дробле- |
ные) пески.
Как указывалось, щебень, гравии, песок использц
в качестве заполнителей для бетонов.
2. Блоки и камни
Блоки из природного камня объемом более 0,1 м3 вы-
пиливают механизированным способом из массива гор-
ных пород (туфа, известняка, доломита, песчаника и 1
др.) или получают путем распиливания блоков-заготовок. (
Блоки применяются для наружных и внутренних стен, a. J
также для фундаментов и стен подвалов. По назначению ЗГ
блоки подразделяют на типы Д, Б, П: Д — крупные сте-
новые блоки для кладки при двурядной разрезке стен j
жилых домов и общественных зданий; Б — блоки для
многорядной кладки стен жилых, общественных и про-Я,
изводственных зданий; П — подоконные блоки (рис. 2.9). |
Стеновые блоки имеют форму прямоугольного паралле-1В
лепипеда, их размеры должны соответствовать размерам,
указанным в табл. 2.4.
Стеновые камни, получаемые из туфов и известняков,
применяют для кладки наружных и внутренних стен и
перегородок. Основные размеры стеновых камней: ।
390X190X188, 490X240X188, 390Х190X288 мм. Каж- ;|
ТАБЛИЦА 2.4. РАЗМЕРЫ БЛОКОВ
Типы блоков Высота А. см Ш»Р™. 1. Толщина Ь. |
д 236, 252, 286, 302 82, 100 40, S0 -Л
Б 38. 48, 98, 118, 128, 148, 158, 178, 198 82. 100 30, 40, 50
П 82. 118, 129. 140. 200 91 30, 40 Я
дый такой камень заменяет в кладке 8—12 кирпичей
(рис. 2.10). Укрупнение камней уменьшает затраты тру-
да, позволяет перейти к индустриальным методам стро-
ительства. Стены из мелкопористого природного камня
не требуют наружной штукатурки или облицовки.
Для наружных стен применяют камни плотностью не
более 2300 кг/м3; водопоглощение камня должно быть
не более 30%; морозостойкость—не менее Мрз 15.
3. Камни и плиты для облицовки
Для облицовки гидротехнических сооружений, набе-
режных, устоев мостов, цокольной части монументаль-
ных зданий применяют камни и плиты из гранита и дру-
гих изверженных пород, которым свойственна высокая
морозостойкость, прочность и твердость. Камни для об-
лицовки могут быть плнтообразные (толщиной 15—
25 см) и утолщенные пирамидального вида (толщиной
30 см и более).
Наружная облицовка зданий может выполняться из
атмосферостойких осадочных пород (известняков, доло-
митов, песчаников, туфов), которые легче поддаются об-
работке и экономнее гранитных пород. Для внутренней
облицовки общественных
зданий и сооружений (напри-
мер, станций метрополитена)
широко используют плиты,
получаемые из хорошо рас-
пиливающихся пород: мра-
мора, ангидрита, гипса.
Плиты для наружной об-
лицовки имеют толщину 4—
10 см. Техника резки камня
с помощью искусственных
алмазов дает возможность
получать для облицовки зданий декоративные пластины I
из мрамора, гранита, оникса и др.
Специальные облицовки применяют для защиты от
коррозии.
Цокольные плиты, а также детали карнизов, поясков
и других выступающих частей зданий изготовляют из
стойких пород. Эти изделия не должны иметь волосных 1
трещин, нм придается такая форма, чтобы на них не за-
держивалась вода от дождя и тающего снега.
Плиты для полов и ступеней внутренних лестниц дол-
жны иметь высокие износостойкость и декоративными
4. Камни для гидротехнических сооружений
Природные каменные материалы применяют в боль-
ших количествах для сооружения плотин, причалов, мо-
лов. пирсов, шлюзов. В зоне переменного уровня воды J
условия службы материала особенно неблагоприятны: Л
камень испытывает многократное замораживание и от- J
таивание в насыщенном водой состоянии. Защитную об-
лицовку в этой зоне устраивают из плотных извержее^И
ных пород, имеющих водопоглощение не более 1 %, I
марки по прочности не ниже 80—100 МПа и по морозо-
стойкости Мрз 150—Мрз 500 в зависимости от класса. 3
сооружения, климатических и других условий эксплуатфЯ
ции. Соответствующим требованиям должны удовлетво- Я
рять и материалы для каменных набросных плотин. Вну- fl
тренние части набросок можно делать из камня, I
полученного из осадочных пород марок 60—80 МПа с J
коэффициентом размягчения не менее 0,7—0,8. Каменные 3
материалы проверяют на влияние веществ, растворенных “3
в воде (морской, грунтовой, речной, болотной).
5. Дорожные каменные материалы
Бортовые камни, отделяющие проезжую часть дороЛ
ги от тротуара, изготовляют из плотных изверженных Я
пород (гранита, диабаза и т. п.), отличающихся высокой^
морозо- и износостойкостью и прочностью. Бортовые кам- I
ни бывают прямые и лекальные, высокие (до 40 см) и
низкие (до 30 см). Эти камни применяют вместо бетон-
снюванииС°°ТВеТСТВУЮ1ЦеМ тех,,нко'экономическом обо- 1
Брусчатка для мощения дорог имеет форму бруска
слегка суживающегося книзу. Брусчатку' изготовляют
механизированным способом из однородных мелко- и
среднезернистых пород (диабаза и др.). Из таких же
пород изготовляют шашку для мозаиковой мостовой
(приближающуюся по форме к кубу) и шашку дня мо-
щения (в виде усеченной пирамиды). I
Тротуарные плиты изготовляют из гнейсов и подоб-
ных ему слоистых горных пород. Они имеют форму пря-
моугольной пли квадратной плиты со стороной от 20 до
80 см с ровной лицевой поверхностью и толщиной не ме-
нее 4 см и не более 15 см.
6. Каменные кислотоупорные изделия
Некоторые магматические и метаморфические горные
породы используют для футеровки разнообразных уста-
новок и аппаратов, подвергающихся действию кислот,
щелочей, солей и агрессивных газов, а также испытыва-
ющих влияние высоких и резко меняющихся температур
и давлений. Кислотоупорные породы идут на изготовле-
ние тесаных плит, кирпичей, брусков и фасонных изде-
лий, а в дробленом и размолотом виде служат в качест-
ве заполнителей в кислотоупорном бетоне и наполните-
лей в кислотоупорных цементах.
В соответствии с назначением применяемые породы
должны удовлетворять определенным требованиям, а
именно: быть кислотоупорными, т. е. хорошо сопротив-
ляться воздействию различных кислот и других реаген-
тов — это свойство оценивается по растворимости порош-
ка породы в растворах кислот (соляной, серной) при на-
гревании; иметь высокую огнеупорность; обладать
достаточным сопротивлением сжатию и изгибу; выдер-
живать резкие колебания температур.
Из изверженных горных пород кислотоупорными яв-
ляются, главным образом, кислые мелкокристаллические,
к которым относятся бештаунит, андезит, гранит и неко-
торые туфы, а из метаморфических — кварцит.
Применение кислотоупорного штучного камня ограни-
чено его высокой стоимостью, обусловленной трудностью
добычи и обработки, а также малым выходом готовой
продукции из горной массы. Полноценным заменителем
камня служит значительно более дешевый кислотоупор-
ный бетон. Со штучным тесаным камнем соперничает
также искусственный литой камень (базальтовый, диаба-
зовый).
7. Предохранение каменных материалов от разрушения 1
Основные причины разрушения природных каменных:
материалов в сооружениях: замерзание воды в порахи ' -J
трещинах, вызывающее внутренние напряжения; частое J
изменение температуры и влажности, вызывающее появ-
ление микротрещин; растворяющее действие воды и по-
нижение прочности при водонасыщен и и ; химическая кор| .
розия, происходящая под действием газов (ЬО2, СО2 и •
др.), содержащихся в атмосфере, и веществ, растворе^
ных в грунтовой или морской воде.
Конструктивную защиту открытых частей сооружу та
ний (цоколей, карнизов, поясков, столбов, парапетов)
сводят к приданию им такой формы, которая облегчает I
отвод воды. Этому же способствует гладкая полирован-
ная поверхность облицовки и профилированных деталей.
Стойкость пористых каменных материалов, которые не
полируются, повышают путем пропитки поверхностного |
слоя уплотняющими составами и нанесения на лицевую I
поверхность гидрофобизующих (водоотталкивающих) со-
ставов. Кремнефторизацию (или флюатирование) приме-
няют для повышения стойкости наружной облицовки из I -j
карбонатных пород. При пропитывании известняка рас- Л
твором флюата (соль кремнефтористо-водородной кис-^И
лоты) происходит химическая реакция
2СаСО3 + MgSiFe = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2CO2 f . 3
Полученные нерастворимые в воде вещества CaF2, Я
MgF2, SiO2 отлагаются в порах и уплотняют лицевой в
слой камня. В результате уменьшается его водопоглоще- j
ние и возрастает морозостойкость, облицовка из камня
меньше загрязняется пылью.
Некарбонатные пористые каменные материалы пред-
варительно обрабатывают водными растворами кальцие- j
вых солей (например, СаС12), а после этого пропитыва-
ют флюатами.
Долговечность пористого камня значительно увеличи- 1
вается, если пропитать его поверхностный слой раство- j
ром мономера с последующей полимеризацией мономе-
ра в порах бетона при термокаталитической или радиа-
ционной обработке.
Гидрофобйзация, т ,е. покрытие и пропитка гидро-
фобными составами (например, кремнийоргаиическими
жидкостями), предотвращает проникновение влаги в по-
ристый камень и повышает его морозостойкость. Начи-
нают применять для защиты камня от коррозии пленко-
образующие полимерные материалы — прозрачные и ок-
рашенные.
ГЛАВА 3. СТРОИТЕЛЬНАЯ КЕРАМИКА
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Керамическими называют каменные изделия, получа-
емые из минерального сырья путем его формования и
обжига при высоких температурах.
Термин «керамика» происходит (по П. П. Будникову)
от слова «керамейя», которым в Древней Греции называ-
ли искусство изготовления изделий из глины. И теперь
в керамической технологии используют главным образом
глины, но наряду с ними применяют и другие виды ми-
нерального сырья, например чистые оксиды (оксидная
техническая керамика). Керамические материалы — са-
мые древние из всех искусственных каменных материа-
лов. Черепки грубых горшечных изделий находят на ме-
сте поселений, относящихся к каменному веку. Возраст
керамического кирпича как строительного материала
более 5000 лет.
В современном строительстве керамические изделия
применяют почти во всех конструктивных элементах зда-
ний, облицовочные и другие материалы используют в
сборном домостроении. Богатство эстетических возмож-
ностей керамики обеспечили ей видное место в отделке
фасадов зданий и внутренних помещений. Керамические
пористые заполнители — это основа легких бетонов. Са-
нитарно-технические изделия, а также посуду из фарфо-
ра и фаянса широко используют в быту. Специальная ке-
рамика необходима для химической и металлургической
промышленности (кислотоупорные и огнеупорные изде-
лия), электротехники и радиоэлектроники (электроизо-
ляторы, полупроводники и др.), ее применяют в косми-
ческой технике.
Советская наука в
витке в работах А. И. Августиника, Д. С. Белянкина,-и
П. П Будникова, П. А. Земятченского и др.
Керамические строительные материалы в зависимос-
ти от их структуры разделяют на две основные группы: |
пористые и плотные. Пористые поглощают более 5 % во-
ды (по массе), в среднем их водопоглощен не составля- I
ет 8—20 % по массе или 14—36 % по объему. ПористЯ^И
структуру имеют стеновые, кровельные и облицовочные
материалы, а также стенки дренажных труб и др. Плот- В .
ные поглощают менее 5 % воды, чаще всего 1—4 % по \ I
массе или 2—8 % по объему. Плотную структуру имеют
плитки для пола, дорожный кирпич, стенки канализацяН
онных труб п др.
По назначению керамические материалы и изделщЯ i
делят на следующие виды: стеновые изделия (кирпич,
пустотелые камни и панели из них); кровельные изделийЯ|
(черепица); элементы перекрытий; изделия для облицов- ,|
кн фасадов (лицевой кирпич, малогабаритные и другибздД
плитки, наборные панно, архитектурно-художественным , |
детали); изделия для внутренней облицовки стен (глаЯ ,
зурованные плитки и фасонные детали к ним — карнй^И
зы, уголки, пояски); заполнители для легких бетонов I
(керамзит, аглопорит); теплоизоляционные изделия
(перлитокерамика, ячеистая керамика, диатомитовые ид|
др.); санитарно-технические изделия (умывальные сто- |
лы, ванны, унитазы); плитка для пола; дорожный кйр-fc
пич; кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы м
фасонные части к ним); огнеупоры; изделия для подзем
ных коммуникаций (канализационные и дренажные тру-
бы).
Приведенная классификация показывает широкое
распространение керамических материалов и изделий
в строительстве. Но не все они имеют одинаковое значе-
ние для индустриального строительства. Быстро разви-J .
вается производство материалов и изделий индустриаль--,
ного применения (пористые заполнители для бетона,
фасадная керамика, теплоизоляционные изделия). Сте- г
новые керамические изделия сохраняют видное место * I
в строительстве. Не развивается и даже сокращается^
производство некоторых керамических изделий (дорож- 1
ный кирпич, черепица), успешно заменяемых более эф-
фективными материалами.
§ 2. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. Глинистые материалы
Сырьевыми материалами для производства кера-
мических изделий являются каолины и глины, применя-
емые в чистом виде, а чаще — в смеси с добавками (отс-
тающими, порообразующими, плавнями, пластифика-
торами и др.). Под каолинами и глинами понимают при-
родные водные алюмосиликаты с различными примеся-
ми, способные при замешивании с водой образовывать
пластичное тесто, которое после обжига необратимо пе-
реходит в камнеподобное состояние.
/(долины. Каолины состоят почти исключительно из
минерала Al2O3-2SiO2-2H2O и содержат значительное
количество частиц меньше 0,01 мм; после обжига сохра-
няют белый цвет.
Глины более разнообразны по минеральному составу,
они больше загрязнены минеральными и органическими
примесями. Глинистое вещество (с частицами меньше
0,005 мм) состоит преимущественно из каолинита и род-
ственных ему минералов — монтмориллонита А!2О3-
• 4SiO2-nH2O, галлуазита AI2O3-2SiO2-4H2O.
Содержание тонких частиц определяет пластичность
и другие свойства глин. Высокопластичные глины со-
держат частицы размером менее 0,005 мм 80—90%.
В глинах могут быть примеси, снижающие темпера-
туру плавления: карбонат кальция, полевой шпат,
Fe(OH)3, ГегО3. Камневидные включения СаСО3 явля-
ются причиной появления «дутиков» и трещин в керами-
ческих изделиях, так как гидратация СаО. получивше-
гося при обжиге керамических изделий, сопровождается
увеличением его объема. Часто встречающаяся примесь
оксида железа придает глине привычную красную окрас-
ку. Вообще же окраски глин весьма разнообразны: от
белой, коричневой, зеленой, серой до черной. Окраска
глин зависит от примесей как минерального, так и орга-
нического происхождения, богатых углеродом.
Бентонитами называют высокодисперсные глинистые
породы с преобладающим содержанием монтмориллони-
та. Содержание в них частиц размером меньше 0,001 мм
достигает 85—90 %.
Трепелы и диатомиты, состоящие в основном из
аморфного кремнезема, используют для изготовления
4-265 97
теплоизоляционных изделий, строительного кирпича и
(СДБ) и др.
2. Отошающие материалы
Отстающие добавки вводятся в состав керамической я
массы для понижения пластичности и уменьшения воз- I
душной и огневой усадки глин. В качестве отощающижН
добавок используют шамот, дегидратированную глину,
песок, золу ТЭС, гранулированный шлак.
нами 0,14—2 мм), получаемый измельчением глины/,
предварительно обожженной при той же температуре, при
которой обжигаются изделия. Его можно получить, иМ
мельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает ;
сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его при-
меняют для получения высококачественных изделий —I
лицевого кирпича, огнеупоров и т. д.
Дегидратированная глина при температуре 700—
750°C, добавляемая в количестве 30—50 %, улучшает су,-1
шильные свойства сырца и внешний вид кирпича. I
Песок (с зернами 0,5—2 мм) добавляют в количестве
10-25%.
Гранулированный доменный шлак (с зернами до
2 мм)—эффективный отощитель глин при производст-1
ве кирпича. Роль отощителей выполняют также золы]
ТЭС и выгорающие добавки.
3. Порообразующие и пластифицирующие добавки j
Порообразующие материалы вводят в сырьевую мае- J
су для получения легких керамических изделий с новы- I
шейной пористостью и пониженной теплопроводностью^
Для этого используют вещества, которые при обжиге з
диссоциируют с выделением газа, например СОг (моло- J
тые мел, доломит), или выгорают.
Выгорающие добавки: древесные опилки, измельчен^
ный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик)
золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость сте-
новых керамических изделий, но также способствуют
равномерному спеканию керамического черепка.
Пластифицирующими добавками являются высоко- щ
пластичные глины, бентониты, а также поверхностно-
Для придания декоративного вида и стойкости к
внешним воздействиям поверхность некоторых керами-
ческих изделий покрывают глазурью или ангобом. Слой
глазури, нанесенный на поверхность керамического ма-
териала, закрепляют на ней обжигом при высокой тем-
пературе. Глазури — это стекла, которые могут быть
прозрачными и непрозрачными (глухими), различного
цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури яв-
ляются: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли
щелочных и щелочно-земельных металлов, оксиды свин-
ца, борная кислота, бура и др. Их применяют в сыром
Ангоб приготовляют из белой или цветной глины и
наносят тонким слоем на поверхность еще не обоженно-
го изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому цвет-
ная поверхность получается матовой. Ангоб по своим
свойствам должен быть близок к основному черепку.
§ 3. СВОЙСТВА ГЛИН КАК СЫРЬЯ
ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Глина замешанная с определенным количеством
воды образует глиняное тесто, обладающее связностью
и пластичностью. При смачивании сухой глины ощуща-
ется характерный запах увлажняемой земли и выделе-
ние теплоты. Молекулы воды (диполи) втягиваются
между чешуйчатыми частицами каолинита и расклини-
вают их (пис. 3.1). вызывая набухание глины. Тонкие
в оОусловливаю1 -------
а. Так, например, если расплющить между дву-
ми стеклянными пластинками каплю воды, то
конмх"Цаг-ЬДипМолы1аяР молекула
пластинки нелегко оторвать 1
одну от другой (рис. 3.2), Л
Однако сопротивляясь отрц- ’
ву, пластинки легко скользят I
при сдвиге, причем слой во.
ды играет роль смазки, об-
легчающей скольжение, по-
этому глина, смешанная с
водой, дает легко формую-
щуюся пластичную массу.
Пластичностью глины на- I
зывают ее свойство во влаж-
ном состоянии принимав 1
под влиянием внешнего воз- I
действия желаемую форму -W
без образования разрывов и
трещин и сохранять получен- ,
ную форму при последующей •]
сушке и обжиге.
Поскольку глиняное тесто 1
представляет собой пластич- Я
но-вязкую систему, к нему
применимо уравнение Шве- 1
дова — Бингама. Исходя из Д
этого уравнения, предложе-
но пластичность характерна
зовать физическим показате-
лем пластичности Ф, с-1, ко- j
торый представляет отноше* Я
ние предельного напряжения
сдвига то к пластической -
ВЯЗКОСТИ 1].
Тело не будет пластич-
ным, если Ф=0. Это возмож-
но в двух случаях: первый —- j
когда ситема текучая и то=Ш
=0; второй — когда тело
хрупкое и т]—>оо. Кривые
зависимости показателя Ф ,
от влажности глины позволяют установить оптимальнук?
влажность, при которой проявляется наибольшая пла-
стичность.
(3.2)
Техническим показателем п/
ло пластичности
чести и пределу раскатывания глиняного жгута,7%Щ(рис?зЗ)?У jP*
Для производства строительных керамических изде-
лий обычно применяют умеренно пластичные глины с
числом пластичности Пл = 7—15. Малопластичные гли-
ны с Пл<7 плохо формуются, а высокопластичные гли-
ны с Пл> 15 растрескиваются при сушке и требуют
отощения.
Связующая способность глины проявляется в связы-
вании зерен непластичных материалов (песка, шамота,
и др.), а также в образовании при высыхании достаточ-
но прочного изделия — сырца. Связующую способность
глиняных строительных растворов используют при клад-
ке печей, труб.
2. Отвердевание глины при высыхании и усадка
Особенность глийяного теста — в способности отвер-
девать при высыхании на воздухе. Прочность высушен-
ной глины обусловлена действием ван-дер-ваальсовых
сил и цементацией зерен минералов ионами примесей.
Силы капиллярного давления стягивают частицы глины,
препятствуют их разъединению, вследствие этого проис-
ходит воздушная усадка. При насыщении водой мениски
исчезают, прекращается действие капиллярных сил, час-
тицы свободно перемещаются в избытке воды, и глина
размокает. 1 •
Усадка — это уменьшение линейных размеров и объе-
ма глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка)
и обжиге (огневая усадка) глин. Усадку выражают в
процентах от первоначального размера изделия.
Для различных глин линейная воздушная усадка ко-
леблется от 2—3 до 10—12% в зависимости от содер-
жания тонких фракций. Для уменьшения усадочных на-
пряжений к жирным глинам добавляют отощители, По-
верхностно-активные вещества (СДБ и др ), введенные
в глиняную масу в количестве 0,05—0,2 /о, улучшают
смачивание частиц глины водой, позволяя сократить
формовочную влажность и. снизить воздушную усадку.
Огневая усадка получается из-за того, что в процессе
обжига легкоплавкие составляющие глины расплавля-
101
ются, и частицы глины в местах их контакта сближают-
ся. Огневая усадка может составлять 2—8 % в зависи-
мости от вида глины.
Полная усадка, равная алгебраической сумме воз-
душной и огневой усадок, колеблется от 5 до 18%. Со-
ответственно увеличивают размеры форм, чтобы полу./}
чать готовое изделие необходимых размеров. J . V
а-кварц переходит в а-кристобалит, который, в свою
очередь, в интервале температур 1400—1450°С перехо-
дит в а-тридимит с объемным изменением 0,6%. Кварц
плавится при 1723°С. Изменения объема зерен кварца.
в камневидное состояние
В процессе высокотемпературного обжига глина.пре-1
териевает физико-химические изменения. Сначала вс- Ж
паряется свободная вода, затем выгорают органичес- I
кие вещества. При температуре 700—800 °C происходит а
разложение безводного метакаолинита Al2O3-2SiO2, ко- I
торый образовался ранее (при 450—600°C) вследствие,
дегидратации каолинита; затем АЮ3 и SiOs при повыше^М
ним температуры (go 900 °C и выше) вновь соединяются, J
образуя искусственный минерал — муллит 3AI2O3-2SiO2.
Муллит придает обожженному керамическому изделию j
водостойкость, прочность, термическую стойкость. С его'
образованием глина необратимо переходит в камневиди
ное состояние. Вместе с образованием муллита расплав-]
ляются легкоплавкие составляющие глины, цементируяД
и упрочняя материал.
Обжиг кирпича и других пористых изделий обычнЯЖ
заканчивается при 950—1000 °C. Дальнейшее повышение I
температуры резко интенсифицирует образование и на- В
копление жидкой фазы — силикатного расплава, кото-М
рый не только цементирует частицы глины, но и уплот-в Ш
няет керамический материал. В результате получают '
изделия с плотным керамическим черепком, отличаю- w
щимся малым водопоглощением (менее 5 %).
Кварц присутствует в глине в виде кварцевого песка, J
его добавляют для отощения высокопластичных глин. 1
Кварц претерпевает полиморфные превращения, сопро-
вождающиеся объемными изменениями. Наиболее часто
встречающийся в природе 0-кварц при 573 °C обратимо Я
переходит в а-кварц с увеличением объема на 0,82 %; Я
эта форма устойчива до 1050°С. Поэтому при охлажде- j
нии керамических изделий, обожженных до 1050°С,.
а-кварц снова переходит в 0-кварц с соответствующим
уменьшением в объеме. При температуре выше 1050°С '
02
ся при обжиге и образовывать камнеподобный черепок.
га возрастает степень спекания и уменьшается водопо-
коплавких глин (для производства кирпича, керамзита)
однако различные примеси (Fe>O3, CaCOj и др.) пони-
жают эту температуру. Представляя собой сложные при-
родные смеси, глины не имеют определенной температу-
га имеет существенное зна-
чение для облицовочных ке-
крупные зерна пирита FeS2 и оксидов железа, образую-
щие на черепке после обжига черные точки. ВыделениД
свободного оксида железа при нагревании между 450 и
800 °C придает изделию красноватое и желтоватое окра- ]
шивание. Оксиды титана вызывают глубокую снневатуюЛ
окраску черепка.
Для получения некоторых видов цветной керамики в 1
сырьевую массу добавляют оксиды металлов (железа,Ж
кобальта, хрома и др.).
§ 4. ОБЩАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА
КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИИ
1. Обработка глиняной массы
Производство керамических изделий включает следу-
ющие этапы: карьерные работы, механическую обра- 1
ботку глиняной массы, формование изделий, их сушку ж
и обжиг.
Карьерные работы включают добычу, транспортире- Д
вание и хранение промежуточного запаса глины. Выле- i
живание замоченной глины и ее вымораживание в тече-
ние годичного срока на открытом воздухе разрушает
природную структуру глины, она диспергируется на Я
элементарные частицы, что повышает пластичность и
формовочные свойства керамической массы.
Механическая обработка глины осуществляется с по- |
мощью глинообрабатывающих машин и имеет цель: вы- I
делить либо измельчить каменистые включения, гомоге- я
низировать керамическую массу и получить необходимые ж
формовочные свойства. Каменистые включения выделя- j
ют из глины, пропуская ее через винтовые камневыдели- -
тельные вальцы или применяя другие специализирован-
ные машины. Можно добиться полного выделения кам- 1
ней из глины гидравлическим обогащением: глину,
распускают в глиноболтушках, а затем шликер пропус- Д
кают через сито, на котором отделяются камни размером .J
более 0,5 мм; шликер обезвоживают в мощных распыли-' Д
тельных сушилках.
Глину измельчают после выделения каменистых’ J
включений. Если их нет в глине, то после доставки на J
завод ее сразу подвергают грубому дроблению, потом j
тонкому измельчению. После тонкого измельчения гли- j
ну надо промять, чтобы получить глиняную массу с необ- л
ходимой формовочной влажностью. На кирпичных заво-
дах глину проминают в открытых лопастных глиномял-
ках с водяным орошением и паровым увлажнением гли-
няной массы. Паровое увлажнение увеличивает произ-
водительность ленточных прессов и снижает потребляе-
мую ИМИ мощность на 15—20% по сравнению с водя-
ным орошением глины.
2. Формование
бами пластического формования и полусухого прессова-
ния. Из жидких глиняных масс (шликеров) изготовляют
некоторые виды облицовочной плитки, санитарно-техни-
ческие и другие фаянсовые и фарфоровые изделия.
Способ пластического формования. Изделия стеновой
керамики формуют из пластичных глиняных масс на
ленточных шнековых прессах, которые могут быть ваку-
умными и безвакуумными (рис. 3.5). В корпусе этого
пресса вращается шнек — вал с винтовыми лопастями.
Глиняная масса, поступающая через воронку и питаю-
щий валик, перемещается с помощью шнека к сужаю-
щейся переходной головке и мундштуку. В этом месте
глиняная масса уплотняется, выравниваются давления и
скорости по сечению глиняного бруса. Мундштук лен-
точного пресса для производства обыкновенного кирпи-
ча имеет прямоугольное сечение. Для формования пус-
тотелых кирпича и керамических камней в мундштуке
пресса устанавливают пустотообразующий сердечник,
состоящий-из скобы с прикрепленными к ней стержня-
ми — пустообразователями. Применяются также фасон-
ные вставки с узкими щелями — для формования чере-
пицы, кольцевые — для керамических труб. *
Из мундштука пресса выходит глиняный брус, кото-
рый разрезают автоматически резательным аппаратом,
получая изделия заданного размера. Отбор сырца от
пресса и укладку его на транспортные средства выпол-
няют автоматы. Плотный вакуумированный сырец уста-
навливают рядами на печную вагонетку и он поступает
в туннельную сушилку в штабеле (без полок). Вакууми-
рование глины позволяет извлечь из нее воздух, снизить
формовочную влажность на 3—4 % и вследствие этого
улучшает ее формовочные и прочностные свойства. Проч-
ность сырца возрастает в 2—3 раза, т.е. примерно в 1,5
раза упрочняется высушенное изделие, прочность обож-
женного изделия увеличивается до 2 раз, его водопогло^ ,
щение снижается на 10—15%.
Способ полусухого прессования. Керамические изде-
лия формуют способом полусухого прессования из шнх- J
ты с влажностью 8—10%, уплотняемой прессованием Я
под значительным давлением (15—40 МПа). Керамичес-
кие пресс-порошки должны иметь определенный зерно- J
вой состав и влажность. Их готовят шликерным и су-
шильно-помольным способами.
При сушильно-помольной подготовке глины предус-И
матрпвают следующие операции: дробление глины наЯ
дезинтеграторных вальцах; сушку глины в сушильных-в
барабанах; помол высушенной глины в корзинчатых дез-; 1
интеграторах; отсеивание крупных зерен на ситах; ув-
лажненпе порошка, прошедшего через сито, паром до •]
равномерной влажности 8—10 %, необходимой для прес-^
сования.
Для полусухого способа производства целесообразно
применять глины с небольшой естественной влажностью, J
не требующие сушки перед помолом. Способ полусухого i
прессования применяют в производстве обыкновенного а И!
пустотелого глиняного кирпича, фасадных плиток. Глав-
ное преимущество полусухого прессования перед пласти- j
ческим формованием — сокращение затрат энергии. На
искусственную сушку 1000 шт. сырца пластического фор- J
мования влажностью 18—22 % расходуется до 100 кг i
условного топлива. |
Способ литья. Рассмотрим особенности способа 1
литья применительно к производству тонких (толщиной
которые слу-
рованных конвейерных линиях. По конвейеру движутся
пористые керамические поддоны, на которые наливные
аппараты последовательно наносят шликеры раздели-
тельного, плиточного и глазурованного слоев. Раздели-
поддоном в сыром состоянии и легкое отделение от него
состоящее из вращающихся дисков и разрезающее под-
сохшую трехслойную массу на плитки заданного разме-
ра. Поддон с отлитой массой проходит конвейер за 22—
вые установки. Полный цикл производственного процес-
са (вместе с обжигом) занимает около 2 ч.
3. Сушка сырца
усадки и растрескивания при обжиге. Сушку сырца про-
агонетках движется
го воздуха или ды-
тельных сушилках 16—36 ч при начальной температурД
теплоносителя 120—-150°С. „
Камерные сушилки представляют собой систему-ка-
мер каждая камера обогревается горячим воздухом „ли
горячими газами, отходящими из печей. В стены камер
встроены лопастные реверсивные вентиляторы, создаю- 1
Ш„е интенсивную циркуляцию теплоносителя внутри ка- I
меры После сушки керамические изделия, пмеющие'Я
влажность не более 5 %, поступают в печь.
4. Обжиг изделий
Обжиг завершает изготовление керамических изде- 1
лпй. В процессе обжига формируется их структура, опре-
деляющая технические свойства изделия. Суммарные! 1
затраты на обжиг достигают 35—40 %, а потери от бра- ’
ка достигают 10 % себестоимости товарной продукции. _
Обжиг керамических изделий осуществляется в тун-
нельных печах с автоматическим управлением (хотя на :
действующих кирпичных заводах работает значительное I
количество кольцевых печей). Туннельная печь пред- I
ставляет собой длинный канал, выложенный внутри ог- .
неупорной футеровкой (рис. 3.7). Вагонетки с изделия- j
ми. составляющие сплошной поезд, перемещаются в пе- 1
чи и постепенно проходят зоны подогрева, обжига и
охлаждения: при подаче новой вагонетки с сырцом в зо- .
ну подогрева из зоны охлаждения выходит вагонетка eW
обожженными изделиями.
Максимальная температура обжига кирпича^ и дру-
гнх стеновых керамических изделий (950—1000 °C) не- I
обходима для спекания керамической массы. СпеканиеД
происходит вследствие цементирующего действия расп-
лава эвтектик (жидкостное спекание), реакций в твер-
дой фазе и кристаллизации новообразований.
При избыточном количестве расплава, что характер-
но для пережога, изделия теряют форму, оплавляются
с поверхности. Недожог обусловлен незавершенностью
процесса спекания. Он проявляется в характерных приз-
наках: «алый» цвет кирпича, снижение прочности, силь-
ное уменьшение водостойкости и морозостойкости. В тун-
нельных печах щелевого типа достигается равномер-
ность обжига, а следовательно, высокое качество и
однородность продукции. После выгрузки из печи их
сортируют с учетом технических условий, приводимых
н ГОСТах.
§ 5. СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Пористость керамического черепка (пористых изде-
лий) обычно составляет 10—40%, она возрастает при
введении в керамическую массу порообразующих доба-
вок. Стремясь снизить плотность и теплопроводность,
прибегают к созданию пустот в кирпиче и керамических
камнях.
Водопоглощение характеризует пористость керами-
ческого черепка. Пористые керамические изделия имеют
водопоглощение 6—20 % по массе, т.е. 12—40% по объе-
му. Водопоглощение плотных изделий гораздо меньше:
1—5 % по массе (2—10 % по объему).
Теплопроводность абсолютно плотного керамического
черепка большая — 1,16 Вт/(м-°С). Воздушные поры и
пустоты, создаваемые в керамических изделиях, снижа-
ют плотность и значительно уменьшают теплопровод-
ность, так, например, снижение плотности стеновых кера-
мических изделий с 1800 до 700 кг/м3 понижает их теп-
лопроводность с 0,8 до 0,21 Вт/(м-°С). Соответственно
уменьшается толщина наружной стевы и материалоем-
кость ограждающих конструкций. *
Прочность зависит от фазового состава керамическо-
го черепка, пористости и наличия трещин. Марка стено-
вого керамического изделия (кирпича и др.) по прочнос-
ти обозначает предел прочности при сжатии, однако при
установлении марки кирпича наряду с прочностью при
сжатии учитывают показатель прочности при изгибе, п
109
скольку кирпич в кладке подвергается изгибу. Изделия
с пористым черепком выпускаются марок 75—300-. а '
плотные изделия (дорожный кирпич и др.) — более вы-
соких марок (400—1000). п
Между прочностью керамического черепка /?сж и его -
коэффициентом плотности Кпл прослеживается завися- 1
мость в виде кубической параболы
(3.3)
где Ro — предел прочности при сжатии абсолютно плотного черепка; I
Лпл — коэффициент плотности; /Спл=рт/р? Рт и р — соответственная'• 1
средняя плотность и истинная плотность керамического черепка. J
Морозостойкость. Марка по морозостойкости обозна- 4
чает число циклов попеременного замораживания и от-
таивания, которое выдерживает керамическое изделие
насыщенном водой состоянии без признаков видимых ’1 .
повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание, Л
выкрашивание). Керамические изделия имеют марки по
морозостойкости: 15, 25, 35, 50, 75, 100 в зависимости от
своей структуры.
Керамический материал морозостоек, если в нем объем i В
резервных пор достаточен для компенсации прироста объ- ।
ема замерзающей воды в «опасных» порах. К резерв-
ным относят открытые поры (диаметром больше |И
200 мкм), в которых капиллярное давление недостаточней
но для удержания воды, а также закрытые поры. «Опас- Жв
ные» поры удерживают воду, замерзающую при слабых V
морозах (—10°C).
Паропроницаемость стеновых керамических изде-^Дм
лий способствует вентиляции помещений. Малая паро-
проницаемость нередко служит причиной отпотевания
внутренней поверхности стен помещений с повышенной ] !
влажностью воздуха. Паропроницаемость зависит от . \
пористости и характера пор. Например, коэффициент па-
ропроннцаемости фасадных плиток полусухого прес- ,
сования с водопоглошением 8,5; 6,5 и 0,25 % соответст-
венно равен 0,155; 0,0525 и 0,029 г/(м ч-Па). Неодина-<Я
ковая паропроницаемость слоев, из которых состоит-Ч
наружная стена, вызывает накопление влаги. Так, фа- |
садная облицовка стен глазурованными плитками может Я f
привести к накоплению влаги в контактном слое стена-
плитка; последующее замерзание влаги вызывает отсло- >. 1
ение облицовки.
§ 6. СТЕНОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ
Доля стеновых керамических изделий в общем ба-
лансе стеновых материалов достигает 50 %.
По плотности и теплотехническим свойствам керами-
ческие кирпичи и камни для стен делят на три группы-
первая— эффективные плотностью не более 1400—
1450 кг/м3 с высокими теплозащитными свойствами; вто-
рая — условно-эффективные плотностью 1450—1600 кг/м3-
третья — обыкновенный кирпич плотностью свыше
1600 кг/м3.
1. Керамический кирпич
Сплошной керамический кирпич имеет форму прямо-
угольного параллелепипеда размером 250Х120X65 мм с
прямыми ребрами, четкими гранями и ровными лицевы-
ми поверхностями; искривление ребер и граней кирпича
не должно превышать 3 мм. Модульный кирпич имеет
размер 250X120X88 мм и выпускается с круглыми или
щелевыми пустотами, чтобы масса одного кирпича была
не более 4 кг. Отклонения от размеров не должны пре-
вышать установленных величин.
, Кирпич не должен иметь механических повреждений
и сковозных трещин. На одном кирпиче допускается не
свыше двух отбитостей ребер и углов размером по длине
ребра не более 15 мм. На отдельных карпичах может
быть допущена одна сквозная трещина протяженностью
не более 30 мм по ширине кирпича. Кирпич должен быть
нормально обожжен; кирпич недожженный и пережжен-
ный—брак. После обжига кирпич должен соответство-
вать цвету эталона нормально обожженного кирпича.
Не допускаются известковые включения (дутики), вызы-
вающие разрушение кирпича.
В зависимости от предела прочности при сжатии кир-
пич делят на марки: 75, 100, 125, 150, 200, 250,300. Плот-
ность сплошного кирпича 1600—1900 кг/м3, его тепло-
проводность 0,7—0,82 Вт/(м-°С). Водопоглощение кир-
пича выше марки 150 должно быть не менее 6 %,
кирпича других марок не менее 8%. Это требование
обеспечивает определенную пористость кирпича, иначе
он станет слишком теплопроводен и будет плохо сцеп-
ливаться со строительным раствором. Морозостоищорь
кирпича не менее 15 циклов попеременного замораЖЙВа-
ния и оттаивания; предусмотрены и более высокие марки
по морозостойкости: Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50. "
Кирпич применяют преимущественно для кладки
стен зданий, изготовления сборных стеновых панелей,
кладки печей и дымовых труб.
2. Эффективные стеновые керамические изделия
Наружные стены из сплошного кирпича имеют'над^
лежащие термические сопротивления при сравнительно д'
большой толщине: 2—2,5 кирпича или 52—64 см. Сте-
пы получаются тяжелыми — масса 1 м2 стены составля- М
ет 800—1100 кг. Такие стены нередко обладают излиш- Ж
ней прочностью.
Производство пустотелых стеновых изделий требует; Я
меньше затрат на сырье и топливо, а поскольку ускоря-
ются сушка и обжиг тонкостенных изделий, то соответ^ -в
ственно повышается производительность сушилок и пе-
чей. Применение пустотелых керамических изделий поз-
воляет уменьшить толщину наружных стен и снизить Ж
материалоемкость ограждающих конструкций на 20— Я
30%, сократить транспортные расходы и нагрузки на .В
основание.
Пустотелый кирпич и керамические камни изготовля- Ж
ют из легкоплавких глин или глино-трепельных смесей S
с выгорающими добавками и без них. Пустоты в кирпи-, Ж
че и камнях располагают перпендикулярно или парал- |И
лельно постели, они могут быть круглыми и прямоуголь- ‘ Я
ными (рис. 3.8).
Кирпич и камни из диатомитов и трепелов выпуска-
ют сплошными и пустотелыми. В зависимости от плот- Ж
пости их подразделяют на три класса: класс А—700—•! Ж
1000 кг/м3, класс Б—1001—1300 кг/м3, класс В—свыше ‘ Ж
1300 кг/м3. Кирпич и камни из трепелов и диатомитов 1 В
применяют для кладки наружных и внутренних стен зда-
Размеры камней больше, чем кирпича, поэтому их. I
применение повышает производительность труда при <
кладке стен, а также приводит к уменьшению количест-
ва швов. Несмотря на большую пустотность керамичес- #
ких камней их марки такие же, как и марки сплошного
кирпича, поэтому керамические камни применяют как
для каркасных, так и для несущих стен.
9каднчестмм пусгот'д-7(25(%>%е
3. Сборные изделия из кирпича
и керамических камней
Крупные стеновые панели, изготовленные на заводе
нз кирпича или керамических камней, применяются в
сборном домостроении (рис. 3.9). Кирпичные панели на-
ружных стен выпускают трех-, двух- и однослойные.
Трехслойная панель состоит из двух кирпичных наруж-
ных слоев каждый толщиной 65 мм; в середине уклады-
вают слой утеплителя толщиной 100 мм (минераловат-
ные плиты и т. п.). Общая толщина трехслойной панели
вместе с внутренней и наружной облицовкой 280 мм.
Двухслойная панель состоит из одного слоя в '/г кирпи-
ча (его толщина 120 мм) и
слоя утеплителя (толщиной У
120 мм). Однослойные пане-
ЛИ ИЗГОТОВЛЯЮТ ИЗ крупных ®
многопустотных или мелких *
щелевых камней.
Керамические панели ар.
миру ют сварными каркасами
по периметру панели й окон- I
ных проемов. Применяют це-
ментный раствор не ниже
марки 75 с консистенцйей-м^И
погружению стандартного
конуса 9—11 см. ПанёлйМ
формуют в горизонтальном
или вертикальном пол ожени- 7
ях. Тепловая обработка по-
зволяет получить готовые
панели .через 10—14 ч. J
Монтаж стен из керами- •
ческих панелей занимает на
40 % меньше времени, чем
кирпичная кладка, а суммар-
ные трудовые затраты сокр®I
щаются против кладки из £
кирпича примерно в 2 раза. Применение слоистых кир- '
личных панелей с утеплителем сокращает расход кир=
пича на 1 м2 жилой площади с 270—300 шт. (при стенах
обычной кладки) до 90—110 шт. В результате подземнай
часть здания получается легче в 1,5—2 раза, а стоимость^
строительства снижается на 10—1'5%. Для. облицовки
керамических панелей обычно используют коврово-моза| -®
ичные и другие плитки.
§ 7. КЕРАМИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ НАРУЖНОЙ
И ВНУТРЕННЕЙ ОБЛИЦОВКИ ЗДАНИЙ
1. Керамические изделия для облицовки фасадов ! 1.
Фасадные керамические изделия применяют для об- I
лицовки фасадных поверхностей стеновых панелей, бло- |
ков, цоколей зданий, лоджий, для отделки архитектур* J
ных элементов фасада зданий - поясов, карнизов и со-
здания декоративных панно. р и со
Для отделки сборных конструкций на заводах ис-
ПОооЗ^Т ковР°во’м°заичные плитки размерами 48x48
и 22X22 мм толщиной 2—4 мм, плитки типа «кабанчик»
размером 120X65X7, типа брекчия — ковры, набранные
из плиточного боя. г и
Коврово-мозаичные плитки выпускают с естественно
окрашенным черепком (такие изделия называют тер-
ракотовыми) и глазурованные. Глазури могут быть глу-
хими и прозрачными, белыми и окрашенными, блестящи-
ми и матовыми. Наши заводы выпускают глазурованные
плитки, покрытые глухими блестящими глазурями
Плитки типа «кабанчик» изготовляют неглазурован-
ными и глазурованными. Их используют для отделки па-
нелей (наклеенными на бумажные ковры), а также для
облицовки кирпичных стен.
Ковры типа «брекчия» применяют для облицовки фа-
садов и в виде акцентных вставок. Бой плиток в таком
ковре должен составлять не более 60 % общей его пло-
Для облицовки готовых кирпичных и бетонных стен
применяют крупноразмерные и цокольные плитки.
Крупноразмерные плитки размером 250X140X10 мм
изготовляют неглазурованными и глазурованными. В на-
стоящее время действует полностью автоматизирован-
ная поточная линия для прессования, сушки, глазурова-
ния и обжига таких плиток.
Цокольные глазурованные плитки размером 150Х
Х7бх7 мм являются изделиями штучного применения;
их используют дляс облицовки здании и подземных пе-
реходов. Эти плитки имеют спекшийся черепок, их водо-
поглощение не более 5 %.
Лицевые кирпич и керамические камни применяют
для кладки и одновременной облицовки наружных и
внутренних стен зданий, возводимых из штучных изде-
лий (кирпича, камня). Выпускают кирпич и камни с
гладкой, а также с рельефной или офактуренной лице-
вой поверхностью. Не допускаются трещины и отколы на
лицевой грани. Для изготовления используют не только
глины, но также трепелы и диатомиты.
Лицовой кирпич и камни из красножгущихся глин
изготовляют по той же технологии, что и обычные сте-
новые кирпичи и камни, соблюдая строгие требования к
однородности сырья, ровности цвета обожженного изде.
тня и правильности его формы. Лицевой кирпич и кам- •
ни светлых тонов изготовляют из светложгущихся 1уго. .•
плавких глин с добавкой около 45 % шамота тех же I
глин Подбирая состав керамической массы и регулируя
режим обжига, можно получить кирпич белого, кремово-
го, коричневело цвета.
Двухслойный кирпич формуют из местных красных
глин и лишь лицевой состав (3—5 мм), из белых неок-
рашенных или окрашенных глин. Малый расход привоз-
ных светложгущихся глин (6—7 % объема кирпича^’! f
обусловливает экономичное производство лицевог<з|кир- •
пнча из местного сырья.
Ангобированный кирпич имеет лицевую поверхность,.,
покрытую ангобом. Ангоб изготовляют из белой глины
(около 80%), стеклянного боя (15—20%) с добавкой
минеральных красителей (5—7 %). Ангоб наносят на от-; j
формованные изделия в виде суспензии — шликера.
Глазурованный кирпич применяют для акцентных
вставок, придающих фасаду здания большую архитек-
турную выразительность. Разработан способ производ-
ства этого кирпича с однократным обжигом. По этому!
способу сырец после сушки поступает на глазуровочныЙДИ
конвейер; на нем осуществляется очистка лицевой поЯ ’
верхности от загрязнений, глазурование пульверизациаИв
под давлением и подсушка глазурованного слоя. Затем -
кирпич направляют в туннельную печь для обжига.
ТАБЛИЦА 3.1. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПРИВЕДЕННОЙ
оп/П» ГОД
Керамические облицовк
экономичных, о чем свиде.^.^.^* ^пии,
эффициентов приведения Кпр, руб/(м2-год):
к числу наиболее
(3.4)
Сравнительные даИные для наиболее применяемых
2. Плитки для внутренней облицовки стен
образные по форме плитки; квадратные (150Х 150)Р пря-
моугольные с прямыми кромками (150X100 и 150Х
Плитки, изготовленные методом литья, выпускают
квадратными 50x50 мм, прямоугольными 25X100 мми
других размеров толщиной 2—3 мм. Для производства
плиток используют легкоплавкие или огнеупорные гли-
ны с добавкой кварцевого песка и плавней (фаянсовые
плитки). При обжиге плитки получаются пористыми, ли-
цевая поверхность их покрывается глазурью. Слой гла-
зури придает керамическим плиткам водонепроницае-
мость и стойкость против воздействия слабых растворов
кислот и щелочей .
Выпускают плитки плоские, рельефные, орнаменти-
рованные, покрытые глазурями. Плитки могут иметь
цветной рисунок, наносимый методом сериографическо-
го покрытия. Этот метод заключается в снятии копии
рисунка тушью, изготовлении с нее негатива, а затем
диапозитива, в светокопировании диапозитива на сетки-
трафареты и перенесении рисунка, на обожженные гла-
зурованные плитки. Плитки с рисунком подсушивают и
для закрепления красок обжигают в электрической печи
при 700—780 °C (рис. 3.10).
Глазурованные плитки применяют для облицовки
стен кухонь и санитарных узлов жилых здании, школ,
детских садов, больниц и поликлиник, торговых пред-
приятий, помещений с повышенной влажностью (бань,
прачечных), а также для облицовки внутренних стендам
3. Плитки для полов
Керамические плитки для полов изготовляют из ту-
гоплавких и огнеупорных каолиновых глин с добавкой
отощающих веществ, плавней и, если требуется, окраши- а
вающих примесей. Отощителем служат тонкомолотый J
шамот и кварцевый песок. Производство плиток осуще- Я
ствляется из массы, подготовленной полусухим, пласти- W
ческим или шликерным способами. Обжигают плитки до J
спекания. Полы из керамических плиток практически во-
донепроницаемы; они характеризуются малой истирав- J
мостью. не дают пыли, легко моются, стойки к действию j
кислот и щелочей. Плитки изготовляют квадратные, пря-
моугольные, шестигранные, восьмигранные, треуголь-
ные: длиной граней 50—150 мм и толщиной 10—13 мм
(рис. 3.11). Недостатком плиток является большая теп-
лопроводность (полы холодные), не позволяющая при-
менять их в жилых помещениях. Кроме того, устройст-
во пола из плиток трудоемко. Трудоемкость устройства
чистого пола уменьшается при применении мозаичной
плитки.
Мозаичные плитки выпускают квадратной или пря-
моугольной формы размером 23 и 48 мм при толщине
6—8 мм. Плитки на заводе наклеивают лицевой сторо-
ной на крафт-бумагу с раскладкой по определенному ри-
сунку получая «ковры» размером 398X598 мм. Толщина
шва между плитками 2 мм. На уложенную по основанию
пола пластичную растворную смесь укладывают (плит-
ками вниз) набранный «ковер». После затвердевания .4
раствора бумага размачивается водой и клен смывается. 1
Плитки применяют для полов в помещениях с влаж- 1
ным режимом и повышенной интенсивностью движения
(банях ванных комнатах, кухнях, вестибюлях, коридо. Л
рах станциях метрополитена, промышленных зданиях и
< S. КЕРАМИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ
СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
I. Кровельные керамические изделия
Керамическая черепица — один из старейших долго-ч
вечных и огнестойких кровельных материалов. Выпуска»
ют черепицу пазовую ленточную, пазовую штампован^
ную, плоскую ленточную, волнистую ленточную, s-образ-
ную ленточную и коньковую желобчатую. Обжигаю»
черепицу при 950—1000°С. Она должна выдерживать НЯ
менее 25 циклов попеременного замораживания и от-
таивания в насыщенном водой состоянии.
Пустотелые элементы перекрытий включают: камни
для армокерамических балок плотностью не более 1300
кг/м3; камни для часторебристых перекрытий плотностьия
не более 1000 кг/м3; камни для накатов плотностью до
1000 кг/м3.
2. Дренажные и канализационные трубы
Дренажные трубы изготовляют из кирпичных высо- |
копластичных глин. Трубы малого диаметра формуют в |
горизонтальном ленточном прессе, а большого—в вер- j
тикальных прессах. После сушки трубы обжигают при
950—1000°С. Промышленность выпускает гладкие не- 4
глазурованные трубы без раструбов или глазурованные
с раструбом и перфорацией на стенках. Водопоглощение л
черепка не более 15 %, морозостойкость не ниже 15 цик-
лов. Применяют трубы при мелиоративных работах, а
также при осушении грунтового основания под здания- j
ми и сооружениями.
Канализационные трубы изготовляют из пластичных J
огнеупорных или тугоплавких глин. Формуют их в вер-
тикальных трубных прессах, обжигают при 1250—1300°С
120
до спекания. Поверхность труб снаружи и внутри покры-
вают кислотостойкой глазурью. Канализационные трубы
должны выдерживать гидростатическое давление не ме-
нее 0,2 МПа. Водопоглощение черепка труб: не более
9% для 1 сорта и 11 % для II сорта. Длина канализа-
ционных труб 800—1200 мм, внутренний диаметр 150—
600 мм. Эти трубы на одном конце имеют раструб. Ка-
нализационные трубы применяют для отвода сточных и
щелочных вил.
3. Санитарно-технические изделия
Ванны, раковины и другое оборудование санитарно-
технических узлов жилых и производственных помеще-
ний изготовляют из фаянса, полуфарфора и фарфора.
Сырьем для производства этих трех разновидностей ке-
рамических материалов, обладающих различной порис-
тостью являются беложгущиеся глины, каолины, кварц
и полевой шпат, взятые в различных соотношениях
(табл. 3.2).
Из фаянса преимущественно методом литья изготов-
ляют унитазы, умывальники, смывные бачки и др. Для
производства крупных изделий (ванн, моек и пр.) ис-
пользуют шамотный фаянс, в который вместо кварца
вводят шамот (10—15%). Водопоглощение фаянса 10—
12. %, предел прочности при сжатии обычно до 100 МПа.
Поверхность фаянсовых изделий покрывают глазурью,
что придает им водонепроницаемость.
По сравнению с фаянсом полуфарфор имеет более
спекшийся черепок (водопоглощение 3—5%) и его проч-
ность выше (Ясж = 150—200 МПа). Фарфор отличается
еще большей плотностью (водопоглощение 0,2—0,5%)
и Прочностью (до 500 МПа), что позволяет изготовлять
из него тонкостенные изделия.
ТА ВЛ И ЦА 3.2. ПРИМЕГНЫЯ СОСТАВ ИСХОДНО!! МАССЫ
для изделия сАннтлрно-техническоя керамики (%)
Сырьевые материалы Полуфарфор
Глинистые материалы ?0-15 20—30
4. Кислотоупорные керамические изделия
К кислотоупорным керамическим изделиям относят- I) кислотоупорный кирпич марок 150—250 кислотостой- костыо не менее 92—96 %, водопоглощением не более 8—12%, термостойкостью не менее двух теплосмен;Л| 2) плитки кислотоупорные и термокислотоупорные марки 1 300 кислотостойкостью 96—98%, водопоглощение^ не 1 более 6—9%, теплостойкостью не менее двух—восьми J теплосмен; 3) трубы и фасонные части к ним марок 1 300—400 кислотостойкостью не ниже 97—98 %, водо- 1 поглощением не более 3—5 %. Кислотоупорные изделия изготовляют из глин, не со- j| держащих примесей, понижающих химическую стой- 1 кость (карбонаты, гипс, серый колчедан и т. п.) и спе- J кающихся при температуре около 1200 °C. Кислотостойкость изделий характеризует их нерае^И воримость в кислотах (за исключении HF) и щелоча^Д Кислотоупорные кирпич и плитки служат для футеровки Л башен и резервуаров на химических заводах, а такжеД печей для обжига серного колчедана, для устройства по- 1 лов и в цехах с агрессивными средами и т. п. Керамичес- кие кислотоупорные трубы применяют для перекачки,^ неорганических и органических кислот и газов при раз-М режении или давлении до 0,3 МПа. F ИЗДелия могут быть огхекчорныяи (1S8O—1//О С), высокоогнеупорными (1700—2000X1 высшей огнеупорности (более 2000 °C). ' В зависимости от пористости (%) огнеупорные изде- лия подразделяются на: особо плотные — пористость ме- нее 3, высокоплотные —пористость 3—10, плотные —по- ристость 0—20, обычные — пористость 20—30, легковес- ные и теплоизоляционные —пористость 45—85. Наиболь- шее распространение в строительстве и промышлен- hk ности строительных материалов получили кремнеземис- Кремнеземистые огнеупоры применяют двух типов- ll кварцевое стекло и динасовые. Кварцевое стекло изготовляют отливкой из расплав- ленного кварца, оно содержит SiO2 не менее 99 % • Об- ладает хорошей термостойкостью и кислотостойкостью; при 1100 °C расстекловывается и крошится. Кварцевая керамика используется для футеровки котлов большой мощности, при изготовлении штампов горячего прессо- вания, труб для подачи расплавленного алюминия и дру- гих целей. Кварцевое стекло идет на производство хи- мической аппаратуры. Динасовые (тридимито-кристобалитовые) огнеупоры изготовляют обжигом при температуре выше 870 °C кварцевого сырья (измельченных кварцитов песка, мар-
5. Дорожный кирпич шалита) на известковой или другой связке; содержит SiO2 не менее 93%. Огнеупорность 1600—1770 °C. Из
Дорожный (клинкерный) кирпич вырабатывают из кирпич имеет размер 220ХН0Х65 или 220ХП0Х7о мм, d марки 400, 600 и 1000, водопоглощение 2—6 %, морозо- стойкость 50—100 циклов попеременного замораживания | и оттаивания. Этот кирпич можно применять для моще- Д ния дорог и тротуаров, устройства полов промышленных J зданий, кладки канализационных коллекторов. динаса выполняют кладку сводов сталеплавильных, стекловаренных и коксовых печей. Алюмосиликатные огнеупоры подразделяют на три группы: полукислые, шамотные и высокоглиноземистые, держанием кремнезема — болеее 65%; глинозема со- держат менее 28 %. Изготовляют их обжигом кварцевых пород на глинистой или каолиновой связке или глин и каолинов с большим содержанием кварцевого песка. Их
6. Огнеупорные изделия огнеупорность 1380—МОО’С Применяют для футеровки шахтных и туннельных печей, вагранок и т. д.
Огнеупорными называют изделия, применяемые для | строительства промышленных печей, топок и аппаратов, 1 работающих при высокой температуре. Огнеупорные из- 1 делия классифицируют по огнеупорности, пористости, 1 Химико-минеральному составу и способу изготовления. 1 Шамотные огнеупоры изготовляют обжигом смеси шамота (порошка обожженной и размолотой огнеупор- ной глины) и огнеупорной глины или каолинов. Они со- держат 30-45 % А12О3 и отличаются термической стой- костью, шлакоустойчивостью, прочностью (марки 1UU 125). Огнеупорность шамотных материалов 1ЛЮ 123
1400°С. Применяют их для кладки и футеровки печей а
местах, где они непосредственно соприкасаются с рас-
плавленным металлом, шлаком, стеклом, а также для
футеровки вращающихся печей для обжига цементного
клинкера, облицовки топок паровых котлов, дымоходов
" "^Высокоглиноземистые огнеупоры получают из мате-
риалов (боксита, корунда), содержащих более 45 % гли-
нозема. Огнеупорность их зависит от содержания глино-
зема и технологии и составляет 1450—1725 °C. Изделия,
изготовленные из высокоглиноземистого сырья на гли-
няной или иной связке, обладают высокой термостой- '
костью при содержании А|2О3 60 %. Применяют ихвсте-
зволяют успешно применять их для футеровки промыш-
но (в 2—4 раза) сокращается продолжительность разо-
грева или холостого хода печей, в 2—3 раза уменьшает- e
ся толщина ограждающих стен и на 20—70 % снижают-
ся удельные расходы топлива на тепловые процессы. Я
В связи с этим производство легковесных огнеупоров не- Я
прерывно расширяется.
Для высокотемпературной теплоизоляции различных
промышленных печей и тепловых агрегатов используют
алюмосиликатные и другие волокна, обладающие высо- Л
кой прочностью, термической стойкостью и малой тепло!И
ГЛАВА 4. СТЕКЛО, СИТАЛЛЫ
И ПЛАВЛЕНЫЕ КАМЕННЫЕ ИЗДЕЛИЯ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Стеклоделие возникло очень давно. В Египте, Ме-
сопотамии умели изготовлять стекло за 3000—4000 лет!
до н. э. В 1 в. до н. э. стеклоделие проникло из Египта.'
в Италию, откуда распространилось по всей Римской
184
основоположником научного стеклоделия в России
является М. В. Ломоносов, построивший фабрику для
изготовления цветных стекол (в 70 км от Петербурга)
опытРнаымбзГваодомНОВРеМеНН° Нау™0Й -бораторией’в
,О1Ч Г 974п уже бЫЛ0 156 «екольных заводов,
в laid г, —д/о. Однако уровень производства был низ-
кий большинство предприятий были кустарными.
За годы Советской власти стекольная промышлен-
ность превратилась в крупную технически оснащенную
отрасль промышленности. В 1918 г. был создан Научно-
исследовательский институт силикатов, в котором наука
о стекле занимала видное место.
В период с 1926 по 1941 гг. в СССР вступили в строй
крупные заводы стекольной индустрии. Начиная с 1950 г.
стекольная промышленность быстро развивается и в на-
стоящее время СССР занимает первое место в мире по
выпуску оконного стекла. Растет производство новых ма-
териалов и изделий: профильного стекла, стеклопакетов,
стеклопанелей, стеклянных труб, стекловолокна, стекло-
пластиков, стекол с селективным пропусканием, безопас-
ных и др.
За последние 15—20 лет выделился новый тип стро-
ительных конструкций — конструкции светопрозрачных
ограждений гражданских и промышленных зданий. Стек-
ло стало конструкционным строительным материалом
наравне с металлом и железобетоном. Проектирование и
применение конструкций светопрозрачных ограждений,
изготовляемых с использованием стекла и.стеклоизделий,
требуют дальнейшего изучения механических и физичес-
ких свойств стекла.
Классифицируют стекла и стеклоизделия по следую-
щим признакам: по химическому составу: оксидные (си-
кислородные (галогенидные, нитратные и др.); по на-
значению: строительные и архитектурно-строительные;
технические (кварцевые, стекла в атомной технике, опти-
ческие, закаленные, многослойные, светотехнические
и др.); стекловолокно; тарное стекло.
5 2. ПОНЯТИЕ О ПОЛУЧЕНИИ СТЕКЛА
Основным сырьем для изготовления стекла являются I
кварцевый песок, известняк, сода и сульфат натрия. Вы- I
-сококачественвые стекольные белые пески содержат '
немного примесей, в частности оксида железа, придаю,
щего стеклу зеленоватую окраску. В стекольную шихту 1
вводят соду, сульфат натрия, поташ, которые понижают ж]
температуру варки стекла и ускоряют процесс стекло- Я
образования. При варке смеси чистого песка SiO2 и соды J
Na2COs образуется полупрозрачная стеклообразная мае- "4
са Na2SiO3, растворяющаяся в воде(«растворимое стек- к
до»), Благодаря введению в шихту СаО в виде известия- Я
ка СаСО5 или доломита стекло становится нераствори- Я
мым в воде.
Варка строительного силикатного стекла производит-
ся в стекловаренных печах при температуре до 1500 °C.
В процессе стекловарения," начиная с температур 800—
900°С протекает стадия силикатообразования. К концу
следующей стадии стеклообразования (1150—1200 °C).
масса становится прозрачной, но в ней еще содержится
много газовых пузырей. Дегазация заканчивается при I
1400—1500 °C; к ее концу стекломасса освобождается от •
газовых включений, свилей и становится однородной.
Для достижения необходимой для формования рабочей Я
вязкости температуру массы снижают на 200—300 °C.
Вязкость стекломассы зависит от химического состава:-Я
оксиды SiO2, А1гО3, ZrO2 повышают вязкость, Na2O, СаО,
Li2O, наоборот, понижают ее.
Переход от жидкого состояния в стеклообразное ян- Я
ляется обратимым. При длительном нахождении на воз- Я
духе и нагревании некоторых стекол обычная для них Я
аморфная структура может переходить в кристалличес-
нием»)Т° ЯВЛение называют расстекловыванием («заруха- -Ч
Строительное силикатное стекло имеет следующий 3
примерный химический состав, %, по массе: Я
510,-71—73; 1Ча20—13 —15; СаО-8-10.5: МяО-1 -AllW
„ ® пРоцессе изготовления в стекло вводят соединения,
придающие ему специальные свойства. Глинозем AUOj,
виадимыи в шихту в виде каолина и полевого шпата, по-
вышает механическую прочность, а также термическую <
126
и химическую стойкость стекла. При замене части диок-
сида кремния борным ангидридом В2О3 повышается ско-
рость стекловарения, улучшается осветление и уменьша-
ется склонность к кристаллизации. Оксид свинца РЬО,
вводимый, главным образом, при изготовлении оптичес-
Кого стекла и хрусталя, повышает показатель светопре-
ломления. Оксид цинка ZnO понижает температурный
коэффициент линейного расширения стекла, благодаря
чему повышается его термическая стойкость.
Вспомогательные сырьевые материалы делят по сво-
ему назначению на следующие группы: осветлители —
вещества, способствующие удалению из стекломассы га-
зовых пузырей (сульфат натрия, плавиковый шпат); обес-
цвечиватели — вещества, обесцвечивающие стекольную
массу; глушители— вещества, делающие стекло непро-
зрачным.
В 20 в. были разработаны различные способы вытяги-
вания бесконечной ленты стекла. Толщина стекла регу-
лировалась путем изменения скорости вытягивания. При
изготовлении витринных и зеркальных стекол тянутое и
прокатное стекло подвергали шлифованию и полирова-
нию. Только в 1960 г. удалось изготовить стекло, которое
полируется в процессе формования ленты стекла на плос-
кой поверхности расплавленного олова. Качество поверх-
ности такого стекла не уступает полированному.
§ 3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СТЕКЛА
Стеклом называют все аморфные тела, получаемые
путем переохлаждения расплава, независимо от их хими-
ческого состава и температурной области затвердевания,
обладающие в результате постепенного увеличения вяз-
кости механическими свойствами твердых тел, причем
процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное
должен быть обратимым. Это общее определение стекла,
данное комиссией по терминологии при Академии наук
СССР, охватывает наиболее характерные свойства, при-
сущие любой стекловидной системе.
Для стекловидного состояния характерно наличие не-
больших участков правильной упорядоченной структуры,
тропность свойств, отсутствие определенной температуры
плавления.
А. А. Лебедев, изучая процессы отжига и закалкй§
стекла, впервые пришел к выводу о наличии в структуре
стекла микрокристаллических образований — кристаллит
тов (рис. 4.1). Кристаллиты обладают во внутренней ча-
сти сравнительно нормальной кристаллической решеткой;
состоящей из групп тетраэдров SiO<, но по мере прибли|
жения к периферии их структура становится все менееЖ
упорядоченной, и прослойки между кристаллитами об--
ладают уже аморфным строением. Кристаллитная теорияИ
структуры стекла развита в работах советских ученьи^И
показавших «микрогетерогенность» строения стекла. На
ее основе создан новый класс стеклокристаллических
материалов — ситаллов, обладающих лучшими свойства- 4
ми стекла и нехрупких материалов.
В силикатных стеклах катионы металла помещаются 5
между отрицательно заряженными тетраэдрами SiO4, ,
не нарушая структуры силикатного каркаса (см. рис.
Стеклообразное состояние является менее устойчи-^
вым по сравнению с кристаллическим и обладает избы- -
точным запасом внутренней энергии, поэтому возможен
самопроизвольный переход лишь из стеклообразного сО- Я
стояния в кристаллическое, сопровождающийся выделе-
нием небольшого количества теплоты. Благодаря своей
структуре стекло обладает рядом специфических свойств, В
к которым относятся прозрачность, хрупкость, высокая
стойкость к атмосферным воздействиям, чувствитель-
ность к резким изменениям температуры. Этот материал
непроницаем для воды и воздуха, обладает низкой элек-
Светопропускание измеряют коэффициентом пропус-
кания — где / — световая энергия, прошедшая
через данный материал; /0 —световая энергия, вошед-
шаппВ ТоТ£рИЭЛ’ ‘С’ СветопР°пускание оконного стек-
ла 90—Э2 %, профильного 84—86 %, стеклоблоков 82—
Свстопропускание зависит не только от вида стекла
по и от угла падения световых лучей. Поскольку стекло
поглощает всего лишь около 2 % световых лучей, то ос-
новной причиной снижения светопропускания является
отражение лучей.
Оконное стекло обладает хорошим пропусканием в
инфракрасной области спектра и плохо пропускает ульт-
рафиолетовые лучи; органическое стекло имеет в этом
отношении преимущество (рис. 4.2).
Плотность листового стекла составляет 2,5 г/см3 ар-
мированного до 2,6 г/см3.
Обладая значительной плотностью, стекло хорошо
проводит звук. Окно считается самым слабым конструк-
тивным элементом стены здания в отношении воздейст-
вия внешней шумовой нагрузки. Усредненный коэффици-
ент звукоизоляции стеклопакетов зависит как от рассто-
яния между стеклами, так и от толщины стекла.
Стремясь улучшить звукоизоляцию, используют стекла
разной толщины, уделяя особое внимание качеству вы-
полнения швов.
Теплопроводность обычного стекла при температуре
до 100°C составляет 0,4—0,82 Вт/(м-°С). Малой тепло-
проводностью обладают стекла, содержащие большое
количество щелочных оксидов. Пеностекло, являющееся
теплоизоляционным материалом, имеет теплопровод-
ность 0,045—0,058 Вт/(м-°С).
Теплоемкость стекол определяется их химическим со-
ставом. При комнатной температуре их теплоемкость
составляет 0,63—1,05 кДж/(кг-°C).
На термическое расширение стекол также влияет хи-
мический состав. Наиболее низкий температурный коэф-
фициент линейного расширения кварцевого стекла
5,8-Ю-^С-1, обычных строительных стекол (9-10-в —
1Я1
МИИ
15-10-®)°C-1. Термостойкость стекла зависит от темпе-
ратурного коэффициента линейного расширения.
Вследствие малой теплопроводности при нагреваниЙЯ
или охлаждении стекла может возникнуть большой тем'^Я
пературный градиент А/, обусловливающий большие jpac- <
тягивающие напряжения, которые приводят к растрески-3
ванию стекла. Максимальное значение градиента, при
котором возникающие напряжения еще не превышаютД
предела прочности при статическом изгибе, характерна
зует термостойкость материала и в первом приближении
выражается формулой
где <тн — напряжение изгиба на .поверхности пластинки, обусловлен-
ное постоянным перепадом температур; а — температурный коэффн- -I
цненг линейного расширения, °C*1; Е— модуль упругости; ц-ко-
эффициент Пуассона. и I
Если для обычного стекла принять о„=50 МПа, Е= Л
=70000 МПа, а=9.10-“°С-' и (1=0,22, то рассчитан--!
~Я120°С*°РЫУЛе те₽мическая стойкость составит А/® Х|
Приведенная формула предполагает равиомепность
температурного, градиента по всей толщине материала
На самом деле температурный градиент изменяется в за
висимостн от толщины материала и его теплопроводно’-
ста. Поэтому термостойкость стекла зависит и oi толщи-
ны изделии. Например, листовое стекло толщиной 2 мм
выдерживает перепад температур в 100 °C, а с увеличе-
нием толщины до 5 мм термостойкость понижается
ставляет всего 80 °C. Для повышения термостойкости
прибегают к корректированию состава стекла (например
путем введения бора); при этом температурный коэф-
фициент линейного расширения резко уменьшается. Наи-
более термостойко Кварцевое стекло.
Силикатное стекло обладает удельным электрическим
сопротивлением (при нормальной температуре) от 1010
до 1011 Ом-см, пробивная напряженность 450 кВ/см.
Наибольшее влияние на электропроводность оказы-
вает содержание в них оксида лития: чем больше его в со-
ставе стекла, тем выше электропроводность. Понижают
электропроводность оксиды двухвалентных металлов
(больше всего ВаО), а также SiO2 и В2О3. Следует учи-
тывать поверхностную проводимость стекла, которую
обусловливает пленка, образующаяся на поверхности
стекла в результате гидролиза силикатов. Эта пленка
поглощает значительное количество влаги и вызывает
повышенную активность стекла.
Стекло поддается механической обработке: его мож-
но пилить циркулярными пилами с алмазной набивкой,
обтачивать победитовыми резцами, резать алмазом,
шлифовать, полировать. В пластичном состоянии при
800—1000 °C стекло поддается формованию. Его можно
выдувать, вытягивать в листы, трубки, волокна, можно
сваривать.
Такие разнообразные механические свойства стекла
позволяют выделить его среди других конструкционных
материалов и использовать эти свойства при конструи-
ровании изделий из стекла.
Теоретическая прочность при растяжении, рассчитан-
ная по структурной сетке (см. рис. 4.1), весьма велика и
составляет для обычного оконного стекла 6500—
8000 МПа. Однако фактическая прочность оконного стек-
ла при растяжении и изгибе значительно меньше теоре-
тической вследствие мнкродефектов в структуре и на по-
верхности стекла и составляет всего 30—90 МПа.
. Стекло обладает высокой прочностью на сжатие
(700—1000 МПа), иногда до 1250 МПа. Стекло плохо 1
сопротивляется удару, т. е. оно хрупко; прочность при
ударном изгибе составляет всего около 0,2 МПа. Твер.
дость его равна 5—7 по шкале твердости.
Отличительны деформативные свойства стекла. У стек- 1
ла отсутствуют пластические деформации, стекло подчи- 1
няется закону Гука вплоть до момента хрупкого разру-Я
шения. Модуль упругости 70 000—75 000 МПа, модуль -I
сдвига 20 000—30 000 МПа, коэффициент Пуассона 0,25. I
ВИДЫ СТЕКЛА
1. Листовое стекло
Листовое стекло —основной вид стекла, используе-Л
мый для остекленения оконных и дверных проемов, вит*И
рин, наружной и внутренней отделки зданий. Наряду
обычными видами промышленностью вырабатываются
специальные виды листового стекла: теплопоглощающее, Я
увнолевое, армированное, закаленное, архитектурно-Я
строительное и др. Листовое оконное стекло вырабаты-
вают трех сортов и в зависимости от толщины — шести Я
размеров (марок): 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Ширина листов в
стекла 250—1600 мм, длина 250— 2200 мм. Масса 1 м2
стекла 2—5 кг. Листы стекла должны быть бесцветными^И
допускается лишь слабый голубоватый или зеленовагыйЯ
оттенки. Светопропускание стекла должно быть не ме-И
нее 87 %. С увеличением толщины стекла несколько сш^И
жается светопропускание. Сорт листового стекла опреде~<И
ляется наличием дефектов, к которым относятся: полос-
ность — неровности на поверхности; свиль — узкие ните-
видные полоски; пузыри — газовые включения и др. Я
Витринное стекло — широко применяют для остекле-Я
ния больших поверхностей фасадов торговых помеще- .£
ний, административных зданий и т. п. Витринное стекло, J
как правило, выпускают полированным (во избежание
оптических искажений), его толщина 6—10 мм, наиболь-Я
шин размер 3500X6000 мм.
Увеличение площадей светопроемов в современных^
административных, общественных и промышленных зда- т|
ниях вызывает необходимость осуществления солнцеза-
щитных мероприятий, чтобы предотвратить перегрев воз- .
духа в помещениях без уменьшения освещенности. Эта I
132
задача эфективно решается использованием пластинча-
тых жалюзи в комбинации с солнцезащитным остеклени-
ем из теплоотражающего или теплопоглощающего
Стекла, отражающие тепловые лучи, покрыты тончай-
шими (0,3—1 мкм) пленками металлов или оксидов. Та-
кие стекла обладают повышенной отражающей способ-
ностью поверхности, обращенной на улицу, и имеют с
этой стороны самую различную окраску: золотистую, го-
лубую, оранжевую и др. При этом свет, проникающий в
помещение, остается естественным. В настоящее время
широко применяются методы металлизации стекла в ва-
кууме. Методом ионного распыления наносят слой рав-
ной толщины, обеспечивающий однородное окрашивание.
В качестве материала покрытия используют очень тонкие
пленки золота и меди, никель-хромовые покрытия (под
серебро), металлы группы железа и платины и др. Све-
топропускание стекла с такими пленками можно изме-
нять в широких пределах (от 30 до 70 %). Благодаря то-
му, что в таких стеклах большая часть инфракрасных лу-
чей не поглощается, а отражается, само стекло почти не
нагревается. Металлическое покрытие стекла вместе с
тем повышает теплозащиту зимой вследствие уменьшения
излучения из помещения.
Отражающее стекло предназначено для уменьшения
нагрева солнечными лучами, регулирования освещеннос-
ти и одновременно используется в общественных совре-
кол, например, при архитектурном решении Дворца
съездов в Московском Кремле, Дворца Республики в
Берлине раскрыло Их богатейшие возможности.
Стекла, поглощающие тепловые лучи, также умень-
шают нагрев помещений. Теплопоглощающее стекло по •
своему составу отличается от обычных стекол содержа-
нием оксидов железа, кобальта и никеля, благодаря че-
му приобретает слабый сине-зеленый оттенок. Теплопог-
лощающее стекло задерживает 70—75 % инфракрасных
лучей, т. е. в 2—3 раза больше, чем обычное оконное
стекло (см. рис. 4.2). Интенсивное поглощение лучистой
энергии приводит к сильному нагреванию и значитель-
ным температурным деформациям стекла. Поэтому при
остеклении следует предусматривать достаточный зазор
между рамой и стеклом (рис. 4.3). При двойном остек-
Ленин теплозащитное стекло помещают с внешней сторо- ;
ны, чтобы оно охлаждалось наружным воздухом, а
обычно стекло — изнутри.
Увиолевое стекло получают из шихты с минимально
ми примесями оксидов железа, титана, хрома. УвиолевО^
стекло пропускает 25т-75 % ультрафиолетовых лучей,;
т. е. гораздо больше, чем обычное оконное стекло, .поэтов
му его используют для остекления оранжерей, а также
оконных проемов в детских учреждениях и лечебных
зданиях.
Светорассеивающие стекла. Для остекления оконных
проемов, перегородок и дверей, когда требуется освещу
ние без сквозной видимости пли рассеянный свет, приме- .
няют матовые или узорчатые стекла. Узорчатые стекла
получают методом горизонтального проката на гравиро- I
вальных вальцах. Матовое стекло получают из обычного
листового стекла с помощью пескоструйной обработки. .1
Армированное стекло. Стекло армируют металличес-
кой сеткой из отожженной, хромированной или никелиро-
ванной стальной проволоки. Будучи запрессованной в
стекло, металлическая сетка служит каркасом, удержи-
вающим мелкие осколки стекла при его повреждении.
Армированное стекло выпускают плоским и волнистым
(рис. 4.4,а). Волнистое армированное стекло использу-
ют, например, в кровельных конструкциях, когда не тре-
буется сквозной видимости, но необходимо освещение, и
кроме того к остеклению предъявляются повышенные
требования в отношении механической прочности и ог-
нестойкости. Армированное стекло выпускают плоским
и волнистым; его размеры по длине 1200—2000 мм, По
ширине 400—1500 мм.
К «безопасным стек
гослойное стекло.
Закаленное стекло получают путем нагрева стекла д0
температуры закалки (540—650 °C) и последующего бы-
строго равномерного охлаждения. Этим добиваются од-
неродного распределения внутренних напряжений в стек-
ле. Прочность при ударе и предел прочности при изгибе I
закаленного стекла в несколько раз выше, чем обычно-
го. В строительстве закаленное стекло применяют для
остекления витрин, изготовления стеклянных дверей,
балконных и лестничных ограждений, перегородок. Ос-
новным же потребителем закаленного стекла является ,
транспорт.
Многослойные стекла (триплекс), армированные или
неармированные, состоят из основных и промежуточных '
(амортизирующих) слоев. Благодаря этому они являютейМ
безосколочными, т. е. при ударе стекла оно хотя и раз-
рушается, но осколки остаются прочно сцепленными
промежуточным слоем.
Стекло, устойчивое к радиоактивным излучениям, '
получают из шихты специального состава. Для погло- л
шения рентгеновских и у-лучей используют оптические
стекла с высоким содержанием свинца и бора. Чтобы
улучшить устойчивость стекла к излучению, в шихту до-еИ
бавляют 0,25—1,5 % оксида церия.
Защитные свойства стекла можно приближенно оце-
нивать по их плотности. Например, тяжелое свинцовое Ж
стекло плотностью 6200 кг/м3, содержащее 80 % оксида Ж
свинца, по своей защитной способности в отношении I
у-лучей эквивалентно стали. Стекла, поглощающие мед- I
ленные нейтроны, должны содержать один из оксидов:
бора, лития или кадмия. Стекло, устойчивое к действию
радиоактивных излучений, применяют при сооружении J
атомных электростанций (например, для устройства з&
щнтных смотровых окон) и предприятий по изготовлению 4
изотопов.
Термостойкое стекло (боросиликатное) содержит ок-
сиды бора, рубидия, лития. Термостойкие стекла имеют
температурный^коэффициент линейного расширения око- •,
ло 2—4-10~flOC «, т.е. в 2—3 раза меньше, чем обычное
стекло. Изделия из таких стекол выдерживают перепадй
температур до 200 °C. Их используют для изготовления J
136
термостойких деталей аппаратуры (например, водомер-
ных трубок).
Электропроводящие прозрачные покрытия наносят на
стекло в основном с целью обогрева стекла и предотвра-
П1РННЯ запотевания. Электпппппнп^ашаа пленка (толщи-
НОЙ 0,5 мкм) может быть ПОЛ,-„.«в паио.«сппсм имея
металлического серебра и нагревом стекла до 500—
700 °C. После покрытия пленки-гонким слоем люмино-
фора стекло можно использовать в качестве светящего-
ся элемента (с голубым, желтым, зеленым свечением).
Кроме того, в качестве источника тепла используют стек-
лопакеты с внутренним слоем из электропроводящего
стекла.
2. Облицовочное стекло
Такое стекло широко применяют для отделки фасадов
и внутренних помещений здания. Для стеклянных отде-
лочных материалов характерны высокая декоративность
(яркие цвета, блестящая поверхность), большая атмо-
сферостойкость и долговечность. Кроме специальных от-
делочных стекол, описанных ниже, функции отделочного
материала в совреме"—-° ~- ——
вое стекло с пленочн:
витринное стекло
Стекло для облицовочных панелей (стемалит) в виде
горизонтальных конструктивных элементов располагают
между рядами окон многоэтажного здания. На внутрен-
нюю поверхность толстого полированного стекла наносят
при нагревании непрозрачное покрытие из керамической
эмали различного цвета, составляющей единое целое со
стеклом. Покрытие защищается со стороны помещения
тонким слоем алюминия, наносимым в вакууме. Стема-
лит широко применяется для облицовки стен обществен-
ных зданий (например, стемалитом облицованы здания
СЭВ и гостиницы Аэрофлота в Москве).
Марблит представляет собой листы толщиной 12 мм
из цветного глушеного стекла с полированной лицевой
поверхностью и рифленой тыльной. Стекло может быть
однотонным, но может также имитировать мрамор; его
применяют для облицовки фасадов и внутренней отделки
общественных зданий, а также для устройства подокон-
ников, крышек столов, прилавков.
Стеклянную эмалированную плитку толщиной 3-Л
5 мм изготовляют из отходов листового оконного'стекла.. J
Нарезанное на требуемые размеры (150X150, 150Х 1
У75 мм) стекло покрывают стеклянной эмалью. После
сушки плитки направляют в печь, где эмаль оплавляется.!
и’ спекается с поверхностью стекла. Тыльная сторона ]
плиток может покрываться песком, спекающимся с ней
при оплавлении эмали. Применяют эмалированную плит-
ку для отделки стен.
Стеклянная мозаика: ковровая мозаика — в виде мел-
ких квадратных плиток (20X20 или 25X25 мм) из глу- ;
шеного цветного стекла, набираемых в однотонные или
мозаичные ковры; смальта — кусочки цветного стекла
различной формы, используемые для художественных
мозаичных работ. Ковровую мозаику получают прокатом
стекломассы в ленту, имеющую рифления, соответствуй -
ющие размерам плитки. После ленту разламывают на
плитки, которые наклеивают лицевой стороной на крафт.-^Л
бумагу.
Смальту изготовляют из цветной глушеной стекломас-
сы отливкой или прессованием крупных плиток толщиной
около 10 мм. Из смальты набирают мозаичные картины
и орнаментальные панно.
Зеркала изготовляют из полированного стекла тол-
щиной 4—10 мм. На стекло наносят тонкий слой алюмй-Я
ння или серебра, защищенный слоем стеклянной эмали 1
или лака. Применяют зеркала для внутренней отделки, Я
3. Изделия и конструкции из стекла
Пустотелые стеклянные блоки обладают хорошей
светорассеивающей способностью, а выполненные из них Я
световые проемы и перегородки имеют хорошие тепло- Я
изоляционные и звукоизоляционные свойства. Блоки со-
стоят из двухотпресованных половинок, которые сварива-.^J
юте я между собой. Наиболее распространенные виды
стеклянных блоков имеют на внутренней стороне рифле- 11
ння, придающие блокам светорассеивающую способ- J1
ность (рис. 4.4,б). Светопропускание не менее 65%,
светорассеивание около 25 %, теплопроводность 0,4 Вт/ j
Помимо обычных блоков изготавливают цветные, Л
блркиаМеРНЫе (теплозащитные) и светонаправленныеД
Стеклобетонные конструкции представляют собой бе.
тонную обойму, внутри которой на растворе уложены
стеклянные блоки. Эти конструкции несгораемы и пре-
пятствуют распространению огня. В промышленном стро-
ительстве стеклянные блоки применяют для устройства
окон. В жилых и общественных зданиях пустотелые сте-
клянные блоки используют для заполнения наружных
световых проемов, остекления лестничных клеток, а так-
же для устройства светопрозрачных перекрытий и пере-
городок.
Стеклопакеты, в индустриальном строительстве нахо-
дят все большее применение. Они состоят из двух или
трех листов стекла, между которыми образуется герме-
тически замкнутая воздушная полость. Стеклопакетное
остекление обладает хорошей тепло- и звукозащитной
способностью, оно не запотевает и не нуждается в про-
тирке внутренних поверхностей. В зависимости от назна-
чения стеклопакеты могут быть выполнены с примене-
нием оконного, закаленного, отражающего или других
видов стекла.
Стеклянные трубы в ряде случаев (например, в усло-
виях химической агрессии) могут оказаться эффективнее :
металлических. Они обладают высокой химической стой-
костью, гладкой поверхностью, прозрачны и гигиеничны.
Благодаря этим высоким качествам их широко исполь-
зуют в пищевой и химической промышленности. Основ-
ными недостатками стеклянных труб следует считать их
хрупкость, т. е. слабое сопротивление изгибу и ударам,
а также невысокую термостойкость (около-40-°C). В по-
следнее время на основе боросиликатных стекол получе-
ны термостойкие трубы с малым тепловым расширением.
Панели из профильного стекла (стеклопрофилит).
Отечественной промышленностью освоен выпуск профи-
лированных стеклянных панелей больших размеров (рис.
4.4, в). Эти изделия имеют каробчатый, тавровый, реб-
ристый, швеллерный, полукруглый профили и использу-
ются для монтажа светопропускающих стен, перегородок,
покрытий, а также для остекления фонарей промышлен-
ных зданий. Элементами коробчатого профиля можно
заполнять световые проемы высотой до 4,8 м. Ширина
швеллерного стеклопрофилита 250—500 мм, коробчатого
250—300 мм.
Стеклопрофилит изготовляют армированным и неар-
мированным, бесцветным и цветным. Соединения профи-
вергается плавлению, при этом катализатор кристалли-
теми же методами, что и при произ-
ного завершения кристаллизации. Наконец, ситалловое
изделие охлаждают до комнатной температуры. Регули-
кристаллизации, размеры кристаллов, что отражается на
свойствах изделия.
лированных стеклянных изделии герметизируют эластит?
нымн морозостойкими и влагостойкими прокладками.
деннйРвыстЯЮТ 4ЛЯ устройства светопрозрачных ограж-.
$ 5. ПОНЯТИЕ О ПОЛУЧЕНИИ СИТАЛЛОВ
Ситаллы, или стеклокристаллические материалы, пй-
ного^йД7еМ контРолнРУем°н кристаллизации силикат*- J
Л ’ заканч»вающейся образованием микро-
J₽Se П^-ЧаСТИЩ равномеРно Распределенных!
робХои» в кстото структуре ситаллы напоминают «мик- 1
. Р нап°лннтелем являются мелкие кри-
в Йльш:Я’^‘и,'’'-прослойка ст<™ между нимГк
дится то™ ,0 котоГ" Процесс “РИ^^изацип дово-
превышает иескоТ ' 410 км“-‘ество стеклофазы не
снталлак !-2 Х”"™’’ Срвдввй раэмеР КР“<=-
слойки „з тек’. „ в 10 ВР£МЯ как толщина про-
Отлмьные тототя^м РЛ ЫШает д-есятых долей микрона,
вымн свойствами в оаши!! "° “6е облада,°т иеодинако-
оаствами в разных кристаллографических
правлениях, однако благодаря их беспорядочной ориен-
тации анизотропия в ситаллах отсутствует.
Таким образом, ситаллы отличаются от керамики зна-
чительно меньшими размерами кристаллов, ’а от стекол
тем, что имеют поликристаллическое строение. Благода-
ря этому ситаллы, сохраняя положительные свойства
стекла, лишены его недостатков: хрупкости, малой проч-
ности при изгибе, низкой термостойкости.
Для изготовления ситаллов используют те же исход-
ные компоненты, что и для стекла, а также специальные
добавки-катализаторы кристаллизации (соединения ти-
тана, лития, циркония и др.). Однако при производстве
ситаллов предъявляются повышенные требования в от-
ношении чистоты сырья и соблюдения установленного
технологического режима.
Получение ситаллов включает следующие технологи-
туры выделения микроскопических частиц катализатора,
§ 6. СВОЙСТВА СИТАЛЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ
Ситаллы обладают благоприятным сочетанием многих
важных свойств: высокой механической прочностью,
влаго- и газонепроницаемостью, термостойкостью, высо-
кой температурой размягчения, хорошими диэлектричес-
кими свойствами, химической стойкостью.
Ситаллы выдерживают сравнение с рядом конструк-
ционных материалов (легированными сталями, черными
металлами, алюминием) и превосходят по своим свойст- 1
нам стекло. Твердость некоторых ситаллов приближается 1
к твердости закаленной стали и почти в 25 раз больше 1
твердости шлифованного оконного стекла. Ситаллы об-
ладают высокой стойкостью к действию сильных кислот <
. ,.!!! II 1НГ имей Й1.Г1И И. ..шиче-
ская прочность, а также химическая стойкость способст-
вуют применению ситалловых изделий в химической «1В
нефтехимической промышленности. Термостойкость из- Н
делнй из ситалла составляет 200—700 °C, а иногда и
1100 °C.
Высокие термомеханические свойства предопределяют
использование ситалловых изделий в специальных об-
ластях строительства. Они находят применение для нз- I
готовления деталей, сохраняющих стабильные размеры |
при изменениях температуры (например, фундаменты 1
особо точных станков). Трубы из ситаллов применяют я
для изготовления теплообменников.
Получены ситаллы, поглощающие медленные нейтро-
ны, а также отличающиеся жаростойкостью и способно- Я
стью герметически паяться со сталью. Эти ситаллы ис- Я
пользуют при изготовлении стержней в атомных реакто- J
рах и для устройства биологической защиты.
В СССР разработан эффективный и экономически j
выгодный способ получения ситаллов из огненно-жидких Д
металлургических шлаков. Для получения шлакоситал- 3
лов в расплавленный шлак вводят корректирующие
добавки и добавки-катализаторы, ускоряющие кристалли- 3
зацию шлаков. В качестве кристаллизаторов использу-
Все м Т'°2, P2°s' Сар2‘ сУльфаты тяжелых ме-
Хкио жидког” “ К0ЛИ,естве 4~5 ПР" охлаждении I
продышав ^стичск'каталнзатор" который "тляюгся !
«Рхоталлизацпи расплава Отформованное
редеХо8,у';еж“еу."ОДверГа,от теРм°°бРаб°™<= по on- 1
Платность шлакоситаллов 2500-2650 кг/м? предел I
по м°пт" П|>и сжатнн 50()-650 МПа. при изгибе 90- |
иг,™ Па' УпРУгости 11-10' МПа, рабочая темпе-
ратура до 750 С, температура размягчения около 950 °C, 1
воропоглощение практически равно нулю. 1
плотней ?"?МУ В"ДУ представляют собой I
“ „ Т0НК03еР"истый. непрозрачный материал. Прак-
тнчески можно получить шлакоситалл любого цвета пу-
тем использования в процессе изготовления и&елйй
различных керамических красок. Из шлакоситаллов изго-
товляют дешевые и высококачественные изделия, отлича-
ющиеся высокой долговечностью и используемые в жи-
лищном и промышленном строительстве для устройства
лестничных ступеней, плиток для полов, подоконников,
внутренних перегородок и др. Волнистые и плоский лис-
товой шлакоситаллы можно применять как кровельный и
стеновой материалы.
Шлакоситаллы применяют в гидротехническом строи-
тельствс для облицовки ответственных частей гидросо-
оружений. а также в дорожном строительстве в качестве
плит для тротуаров, дорожных покрытий, бортовых кам-
ней. Листовой шлакоситалл можно использовать и как
декоративно-отделочный материал для наружной и вну-
тренней облицовки различных сооружений.
Вспененный шлакоситалл (пеношлакоситалл) имеет
ячеистую структуру, как и пеностекло, но отличается от
него своим строением. Пеношлакоситалл является эффек-
тивным теплоизоляционным материалом, поскольку Он
обладает незначительным водопоглощением и малой
гигроскопичностью. Его используют Для утепления стен
и перекрытий, а также для звукоизоляции помещений.
Изделия из пеношлакоситалла могут работать при тем-
пературе до 750 °C, поэтому их применяют также для
изоляции трубопроводов теплотрассы и промышленных
§ 7. ПОНЯТИЕ О ПОЛУЧЕНИИ ПЛАВЛЕНЫХ
КАМЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Плавленые каменные изделия (каменное литье) —
искусственные силикатные материалы, получаемые рас-
плавлением горных пород, шихты нз них, а также вто-
ричного сырья (доменных и мартеновских шлаков и шла-
ков цветной металлургии) разливкой расплава в формы
с последующей термической обработкой, включающей
прцоессы кристаллизации и отжига. Это производство
дает возможность быстро и экономично изготовить изде-
лия требуемой формы.
Из основных пород (базальта) и шлаков получают
изделия темного цвета. Для светлого каменного литья
используют карбонатные горные породы и пески.
Для понижения температуры плавления и уменьш&И^
ния вязкости расплава применяют добавки — плавни, на-
пример, плавиковый шпат CaF2. С целью получения мел-
козернистой однородной структуры и ускорения процес- I I
са кристаллизации в расплав добавляют так называемые
минерализаторы (хромит, магнезит и др.). Изменяя хи- Я ;
мический состав сырьевой смеси, можно регулировать '
термостойкость, температурный коэффициент линейно^^И-:
расширения и другие свойства изделий.
Шлаки экономически выгодно использовать для нзго- j
товления литых изделий разнообразных видов. Произ- ' - !
водство при этом упрощается: расплавленный шлак по- I
ступает непосредственно из металлургических печей в Я |
обогреваемый миксер, куда могут вводиться специальные jp 1
добавки для улучшения свойств шлакового лтья. При »
температуре плавления массы 1350—1450 °C происходит
химическое взаимодействие компонентов шихты: образу-J
ются силикаты и алюмосиликаты кальция, магния и же- J ;
леза. Изделия изготовляют из расплава' центрифугирова- ’1л
нием, отливкой в кассетных формах, а также прокатом на -Я
специальных станах или штампованием. Затем изделия j|
проходят стадии кристаллизации и отжига. Их помещают Я]
в печь для отжига, где выдерживают при температуре < .
900—1000 °C в течение определенного времени, чтобы
получить кристаллическую структуру и снять внутрен- Ав 1
ние напряжения, возникшие при остывании отливки. 1
§ 8. СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАВЛЕНЫХ
КАМЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ
По своим техническим свойствам изделия из плавле- ~Г1
ных горных пород и шлаков не уступают природным ка- S
менным материалам.
Плавленые изделия отличаются большой плотностью *
(2900—3000 кг/м3). Вследствие малой пористости (не 3
более 1—2 /0) и ее замкнутого характера плавленые из-
делия почти не поглощают воду, поэтому они морозостой-.
ки, хорошо сопротивляются коррозии, в том числе дей- d'
ствию концентрированных серной и соляной кислот. Вы- 1
сомя долговечность сочетается с большой прочностью. J .
Предел прочности при сжатии составляет 200—240МПа, I
ИРсткпаИбе 40~50 МПа’ Прн Растяж*нии 20—30 МПа. J i
Истираемость каменного литья составляет 0,7 г/см2, т. е. Н
в 2-5 раз меньше, чем гранита, базальта, диабаза. 11
f Плавленые каменные изделия обладают хорошими
диэлектрическими свойствами и отличаются высокой
термостойкостью, их можно армировать и сваривать.
Плавленые каменные изделия применяют для конст-
рукций, испытывающих многократное замораживание и
оттаивание, интенсивное истирание, воздействие агрес-
сивных химических веществ. Поэтому основными вида-
ми изделий, выпускаемых камнелитейными заводами,
являются брусчатка для мощения дорог, облицовочные
плитки для предприятий химической промышленности,
мелющие тела для мельниц, трубы. Трубы из каменного
литья диаметром 200—1200 мм, длиной до 2 м, отли-
ваемые в формах или получаемые центробежным спосо-
бом, заменяют металлические трубы. Диэлектричес-
кие свойства каменного литья нужны в электроизоля-
торах.
Плавленые каменные изделия светлых тонов исполь-
зуют как облицовки фасадов зданий и сооружений (плит-
ки, пояски, цоколи), в виде архитектурных и других де-
ГЛАВА 5. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Неорганическими вяжущими веществами называют
порошкообразные материалы, которые при смешивании
с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со
.временем самопроизвольно затвердевать в результате
физико-химических процессов. Переходя из тестообраз-
ного в камневидное состояние, вяжущее вещество скреп-
ляет между собой камни либо зерна песка, гравия, щеб-
ня. Это свойство вяжущих используют для изготовления
бетонов, силикатного кирпича, асбестоцементных и дру-
гих необожженных искусственных материалов, строите
ных растворов (кладочных, штукатурных и специаль-
НЫ Вяжущие вещества по составу делят на две большие
группы: 1) неорганические (известь, цемент, гипсовые вя-
жущие, жидкое стекло и др.), которые затворяют водой
(реже водными растворами солеи); 2) органические
(.битумы, дегти> животный клей, -полимеры), которые пе. ’
реводят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением I
или растворением в органических жидкостях. .. . Я
Неорганические вяжущие вещества включают воздущ/
ные. гидравлические и вяжущие автоклавного твердения; 1
Воздушные вяжущие способны затвердевать и дли-
тельное время сохранять прочность только на воздухе.
По химическому составу они делятся на четыре группы: £
1) известковые вяжущие, состоящие, главным образом^
из оксида кальция СаО; 2) магнезиальные вяжущие, со*. .5
держащие каустический магнезит MgO; 3) гипсовые вя-
жущие, основой которых является сульфат кальция- I
4) жидкое стекло — силикат натрия или калия (в виде
водного раствора).
Гидравлические вяжущие твердеют и длительное вре-;
мя сохраняют прочность (или даже повышают ее) не
только на воздухе, но и в воде. По своему химическому -I
составу гидравлические вяжущие представляют собой I
сложную систему, состоящую в основном из соединений'-
четырех оксидов: СаО —SiO2 —А!2О3 —Fe2O3. Эти сое- j
динения образуют три основные группы гидравлических I
вяжущих: 1) силикатные цементы, состоящие преимуще- I
ственно (на 75 %) из силикатов кальция; к ним относят- I
ся портландцемент и его разновидности — главные вяжу- 1
щие современного строительства; 2) алюминатные це- Д
менты, вяжущей основой которых являются алюминатыЦ
кальция; главным из них является глиноземистый це-
мент и его разновидности; 3) гидравлическая известь и I
романцемент.
Вяжущие автоклавного твердения — это вещества,
способные при актоклавном синтезе, происходящем в I
среде насыщенного водяного пара, затвердевать с обра- I
зованием прочного цементного камня. В эту группу вхо- ’
дят: известково-кремнеземистые, известково-зольные, 1
известково-шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент
§ 2. ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА СИСТЕМЫ
СаО-SiO2- AI2O3—Fe2O3
К вяжущим данной системы принадлежат воздушная
и гидравлическая известь, романцемент, портландцемент
и его разновидности. Химико-минеральный состав и свой-
ства указанных вяжущих зависят от гидравлического мо-
дуля и температуры обжига сырья. Гидравлический мо-
дуль m выражает содержание основного оксида СаО по
отношению к суммарному количеству кислотных окси-
8Ю2 + А12О3 + Fe2O3 ’
Для каждого вяжущего вещества характерен свой
гидравлический Модуль. Поскольку воздушная известь
изготовляется из известняков лишь с небольшой приме-
сью глинистого вещества, у нее самый большой гидрав-
лический модуль (более 9). Воздушная известь не обла-
дает гидравлическими свойствами, ее прочность на сжа-
тие после 28 сут твердения невелика — около 0,4 МПа;
tn. гидравлической извести составляет 1,7—9; романце-
мента m <1,7. Портландцемент, получаемый из тщатель-
но составленной искусственной смеси известнякового и
глинистого компонента, характеризуется гидравлическим
модулем (1,9—2,4) примерно таким же, как у романце-
мента. Однако показатели прочности портландцемента во
много раз превосходят прочность романцемента. Объяс-
няется это тем, что при получении романцемента (и гид-
равлической извести) сырье обжигают не до спекания
(при температуре около 1000°C), и в этих условиях об-
разуются низкоосновные силикаты и алюминаты кальция,
обладающие в гидратированном виде невысокой прочно-
стью. В технологии портландцемента обжиг сырьевой
смеси доводится до частичного плавления при темпера-
туре около 1450 °C и только при наличии жидкой фазы
(расплава) происходит синтез трехкальциевого силика-
та обусловливающего высокие показатели прочности и
гидравлические свойства. Усиление гидравлических
свойств при переходе от воздушной к гидравлической из-
вести и романцементу вследствие уменьшения гидравли-
ческого модуля с 9 до 2 при одинаковой температуре
обжига 1000°С видно из рис. 5.1. В точке.3 кривой Z-4
количественное изменение температуры обжига сырья (с
1000 до 1450 °C) привело к скачкообразному увеличению
прочности и появлению качественно нового вяжущего
портландцемента.
§ 3. ВОЗДУШНАЯ ИЗВЕСТЬ
1. Получение и гашение
Известь (как и гипс) —
древнейшее вяжущее вещество.
Ее применяли за несколько ты-
сяч лет до нашей эры. Воздуш-
ная известь — продукт умерен-
ного обжига кальцнево-магние-
вых карбонатных горных пород:
мела, известняка, доломитизи-
рованного известняка, доломи-
та с содержанием глины не
более 6 %. Известняк состоит в
^«овном из карбоната кальция
п<> более ХГиХИЗВеСТ"ЯК "Р“ 900-1200 °C до возмож-
=СаО+СО° Удале™» СО2 по реакции СаСОа= '
„а[’и₽„0|?у„кт °^Ж"Га содеРЖ||т. кР<>«е СаО (главной со/'
магния пбпГ'1' также " "еко1°рое количество оксида
ммЛ В РезУльтате Термической дис-
социаци» содержащегося в известняке MgC03=MgO+.
котапыГ?«« обжига1от чаще всего в шахтных печах, в
8-20 Д- пл поступает в виде кусков размером
0 см, обжиг мелких кусков известняка может произ-
водиться во вращающихся печах. Применяют тепловые
установки для обжига известняка «в кипящем слое» Тег.
мическая диссоциация СаСО3 начинается при 900’С »
^поДС,>‘?пп?£0ПЗВ0ДСТВе темПеРатУРа обжига составляет
1100—1200 С в зависимости от плотности известняка и
Наиболее распространенные шахтные печи (рис 5 21
состоят из шахты, загрузочного и выгрузочного устройст-
ва, воздухопроводящей и газоотводящей аппаратуры
Известняк в шахтную печь загружают сверху, материал
по мере выгрузки извести опускается вниз, а навстречу
обжигаемому материалу просачиваются горячие дымо-
вые газы.
В печи одновременно происходит подогрев, подсуши-
вание загружаемого сверху известняка, его обжиг (де-
карбонизация) и охлаждение (см. рис. 5.2). В пересып-
ных печах топливо (кокс, антрацит и т. п.) загружают
слоями вперемежку с кусками известняка, поэтому к по-
лучающейся Извести примешивается зола. В печах, ра-
ботающих на газовом топливе (газовые), получают
«чистую» известь, к тому же они экономят ценное топ-
ливо (кокс и др.).
Процесс декарбонизации эндотермический, т. е. со-
провождается поглощением теплоты: для разложения
1 г-моля CaGO3 требуется затратить примерно 190 кДйс.
Движение воздуха и газов в шахтных печах обеспечива-
ется вентиляторами, нагнетающими в печь воздух и от-
сасывающими из нее дымовые газы. Противоточное дви-
жение обжигаемого известняка и горячих газов дает воз-
можность хорошо использовать теплоту отходящих газов
для подогрева движущегося вниз сырья, а теплоту обож-
экейного материала — на подогрев воздуха, поступающе-
го в зону обжига. Поэтому расход топлива в шахтных
печах сравнительно невысок —13—16 % массы обожжен-
ной извести, или 3800—4700 кДж на 1 кг СаО.
При обжиге известняка удаляется углекислый газ,-
составляющий 44 % массы СаСО3, поэтому комовая не-
гашеная известь получается в виде пористых кусков, ак-
тивно взаимодействующих с водой.
Гашение воздушной извести заключается в гидрата-
ции оксида кальция при действии воды
СаО-hН2О = Са (ОН)2 + 65,5 кДж.
1 г-моль СаО выделяет 65,5 кДж теплоты, а 1 кг из-
вести-кипелки — 1160 кДж. Гашение сопровождается ра-
аогревом массы вследствие выделения значительного- ко- Л
личества теплоты.
Стехиометрически для полного гашения СаО требует^ 1
ся 32,1 % воды (по массе), практически в зависимости
от способа гашения берут воды в 2—3 раза больше, так
как часть воды теряется в виде пара.
Известь гасят на специализированных растворных за-
ное гашение ускоряет процесс, повышает качествоР изве- .1
сткового теста. На небольших стройках известь сначала
гасят в творилах и известковое тесто через сетку слива-
ют в известегасильную яму, в которой завершается га- |
шение. Известковое тесто выдерживают в известегасиль-
ной яме не менее двух недель. Нельзя применять Я
известковое тесто, в котором осталась непогасившаяся
известь, так как ее гашение в штукатурке и кладке вы-
зовет растрескивание затвердевшего известкового рас- я
твора.
В зависимости от количества воды, добавляемой к ч
комовой извести, можно получить известковое тесто или fl
гидратную известь (пушонку) в виде порошка.
Гашение извести в пушонку осуществляют в гидрате-
рах непрерывного действия, в которых выделяющаяся 1
теплота и водяные пары используются для превращения 1
комовой извести в тончайший рыхлый порошок насыпной fl
плотностью 400—450 кг/м3. При гашении в пушонку из- I
весть увеличивается в объеме в 2—3,5 раза; в большей j
степени «распушивается» высокоактивная известь с вы-
соким содержанием СаО.
В процессе гашения куски негашеной извести само- fl
произвольно диспергируются, распадаясь на тонкие час- я
типы Са(ОН)2 размером в несколько микронов (тоньше, I
чем у цемента). Воздушная известь'отличается от других я
вяжущих веществ тем, что превращается в тонкий поро-
шок при помоле, а также путем гашения водой. Громад- I
ная удельная поверхность частиц Са(ОН)2 обусловлива- я
ет большую водоудерживающую способность и пластич- я
ность известкового теста. После отстаивания известно- I
вое тесто содержит около 50 % твердых частиц Са (ОН)? 1
и 50 % воды. Каждая частица окружена тонким слоем
адсорбированной воды, играющей роль своеобразной гид- |
родинамической смазки. Высокая пластичность известно- Л
вого теста в смеси с песком — это свойство, которое так
ценится при изготовлении строительных растворов.
Чем выше содержание основных оксидов (CaO+MgO)
в извести, тем пластичнее известковое тесто и тем выше
ее сорт. Содержание непогасившихся частиц, к которым
относятся частицы недожога и пережога, снижает каче-
сырья-известняка, которые отощают известковое тесто,
ухудшают его пластичность и пескоемкость. Пережог
представляет собой остеклованный трудногасящийся ок-
сид кальция, уплотненный при высокой температуре. Ча-
стицы пережога гйдратируются очень медленно с увели-
чением своего объема, что может вызвать растрескива-
ние штукатурки или известковых изделий.
2. Твердение гашеной извести
Известь применяется в виде строительных растворов,
т. е. в смеси с песком и другими заполнителями. На воз-
духе известковый раствор постепенно отвердевает под
влиянием двух одновременно протекающих процессов:
а) высыхания раствора, сближения кристаллов Са(ОН)2
и их срастания; б) карбонизации извести под действием
держится в воздухе: Са(ОН)2+СО2=СаСО3-|-Н2О.
Образующийся карбонат кальция срастается с крис-
таллами Са(ОН)2 и упрочняет известковый раствор.
При карбонизации выделяется вода, поэтому штукатур-
ку и стены, в которых применены известковые растворы,
подвергают сушке. Известковые растворы твердеют мед-
ленно, сушка ускоряет процесс их твердения. Для ускоре-
ния твердения к извести добавляют цемент и гипс. Це-
водостойкость известковых растворов.
3. Молотая негашеная известь
Молотую негашеную известь получают путем тонкого
размола комовой извести без предварительного гашения.
Строительные растворы и бетоны, приготовленные на
отвердевают вследствие гидратационного твердения нега-
шеной извести. При правильно подобранном водоизвест-
ковом отношении (0,9—1,5) кристаллы гидроксида каль-
ция получившиеся при гидратации оксида кальция непо-
средственно в растворе СаО>Н2О, срастаются между
• собой и быстро образуют прочный кристаллический срос- I
ток. Саморазогреванне материалов (раствора или бето-
на), со своей стороны, способствует ускорению твердения'З
и росту прочности раствора, что особенно важно при зим- I
них работах (каменной кладке, штукатурке и др.). □
Во избежание чрезмерного разогрева нужно позабо- 1
титься об отводе излишней экзотермической теплоты, при
этом трещин от гашения извести не образуется, а воздуш-
ная известь ведет себя как быстросхватывающееся и бы-
стротвердеющее вяжущее вещество.
В молотую негашеную известь и гидратную известив
(пушонку) разрешается вводить тонкомолотые минераль-
ные добавки: доменные и топливные шлаки, золы, извест- 1
няк. Продукт совместного помола негашеной извести |
и карбонатной породы называют карбонатной известью.
Молотую негашеную известь обычно используют сразу ;
после помола, так как вследствие поглощения влаги из
воздуха она теряет свои вяжущие свойства.
4. Виды и применение воздушной извести
В зависимости от содержания оксида магния воздуш-
ная известь разделяется на кальциевую (MgO^5%),
магнезиальную (MgO=5—20%) и высокомагнезиаль-
ную, или доломитовую (MgO=20—40 %). Наиболее важ-
ные показатели качества извести: активность — процент-
ное содержание оксидов, способных гаситься; количествах
непогасившихся зерен (недожог и пережог); время га-
В зависимости от времени гашения извести всех сор-
тов различают: быстрогасящуюся известь с временем га-
шения до 8 мин, среднегасящуюся — время гашения не
превышает 25 мин и медленно гасящуюся . с временем
гашения более 25 мин.
Строительные растворы на воздушной извести имеют
невысокую прочность. Так, известковые растворы через
28 сут воздушного твердения имеют прочность прижа-
тии: на гашеной извести 0,4—1 МПа, на молотой нега-
шеной извести до 5 МПа. Поэтому сорт воздушной изве-
сти устанавливают не по прочности, а по характеристикам
ее состава (табл. 5.1). Чем меньше глинистых и дру-
гих примесей в исходном известняке, тем выше актив-
ность извести, быстрее происходит ее гашение и больше
выход известкового теста.
Показатели Сорт
первый второй трети. ।
лее, % 90 80 70
Большое количество извести идет на изготовление си-
ликатного кирпича и силикатных бетонов: ячеистых, лег-
ких, тяжелых, а также используется в смешанных вя-
жущих.
5. Известково-шлаковые
и известково-пуццолановые вяжущие
Получение известково-шлаковых вяжущих основано
на способности тонкоизмельченных гранулированных до-
менных шлаков твердеть при добавке извести. Обычно
шлак размалывают совместно с воздушной известью, со-
держание которой в вяжущем составляет 20—30 %. При
помоле добавляют до 3—5 % гипса для улучшения про-
цессов твердения. Известь, реагируя с алюминатами и
новных гидроалюминатов и гидросиликатов кальция.
Добавляемый гипс реагирует в водном растворе с алю-
минатами кальция, образуя гидросульфоалюминат каль-
ция. В результате этих процессов возрастает прочность
вяжущего.
Известково-шлаковые вяжущие схватываются и твер-
деют медленно, но при тепловлажностнои . обработке
твердение ускоряется. Они стойки в пресной воде, но
имеют невысокую морозостойкость. Известково-шлако-
вые вяжущие применяют в бетонах невысоких марок и в
строительных растворах. ’ Т/*
Известково-пуццолановые вяжущие изготовляют пу-
тем совместного помола трепела, диатомита и других
активных минеральных добавок с известью. При тверде
НИН смешанного вяжущего во влажных условиях образу
ются низкоосновные гидросилнкаты кальция. На воздухе I
в сухих условиях гидросилнкаты способны дегидратиро- 1
ваться, при этом прочность изделия может сильно сни- I
жаться. Прочность этих вяжущих невысока, и они при- ]
меняются там же, где и известково-шлаковые вяжущие. |
6. Безотходное производство
воздушной извести
В ЧССР освоено производство комовой и порошкооб- I
разной извести, обеспечивающее полное использование
карбонатного сырья (автор системы — НИИстроймате- j
риалов, г. Брно).
Производство порошкообразной негашеной извести " |
осуществляется в кооперации с обычным производством I
негашеной извести в шахтных печах (на данном пред- |
приятии две печи, работающие на коксе по пересыпному 1
способу). Шахтные печи используют дробленый извести
няк местного карьера с размером кусков 7—18 см. Бо- I
лее мелкие куски известняка (менее 7 см) подвергаются I
дальнейшему измельчению в молотковой дробилке, а за- • |
тем путем воздушной сепарации продукт разделяется на
две фракции: более грубая фракция (0,2—2,5 мм) пере- I
рабатывается на известь, а тонкая (менее 0,2 мм) ис- 'fl-
пользуется для известкования кислых почв. При воздуш-
ной сепарации из тонкой фракции удаляются глинисты^^И
-вещества и периклаз, т. е. происходит обогащение окси- > i
дом кальция известняка, идущего на обжиг. В результа- 1
те порошкообразная негашеная известь имеет высокую
активность.
Производство негашеной извести включает: предвари- |i
тельный прогрев порошка известняка до 700—800°C
газами, отходящими из вращающейся печи; обжиг подо- 5
гретого порошка в короткой вращающейся печи; охлаж- |
дение по выходе из печи в слоевом холодильнике. Не-
смотря на высокий расход теплоты, производство себя
оправдывает из-за комплексного полного использования Л
§ 4. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗВЕСТЬ И РОМАНЦЕМЕНТ
Гидравлическая известь. Такую известь получают об-
жигом в шахтных печах не до спекания (900—1100 °C)
мергелистых известняков с содержанием глины 6—20 %.
Полученную известь размалывают и применяют в виде
порошка либо гасят в пушонку. В процессе обжига мер-
гелистых известняков после разложения карбоната
кальция (900 °C) часть СаО остается в свободном состо-
янии, а часть соединяется с оксидами SiO2, А12О3 и
Бе20з, входящими в состав глинистых минералов. При
этом образуются низкоосновные силикаты 2CaO SiO2,
алюминаты СаОА12О3 и ферриты кальция CaO-Fe2O3,
которые и придают извести гидравлические свойства.
Гидравлическая известь начинает твердеть на возду-
хе (в первые 7 сут) и продолжает твердеть и увеличи-
вать свою прочность в воде. Предел прочности при сжа-
тии после 28 сут комбинированного хранения образцов
из раствора 1 : 3 по массе (7 сут во влажном воздухе и1
21 сут в воде): а) слабогидравлической извести не менее
1,7 МПа; б) сильногидравлической извести не ниже
5 МПа. Гидравлическая известь твердеет медленно: на-
чало схватывания 0,5—2 ч; конец 8—16 ч.
Растворы и бетоны на гидравлической извести обла-
дают удовлетворительной долговечностью в сухих и
влажных условиях, поэтому ее применяют для изготов-
ления кладочных и штукатурных растворов и бетонов
невысоких марок и бетонных камней. Ее хранят в закры-
тых помещениях, при перевозке предохраняют от увлаж-
нения.
Романцемент —гидравлическое вяжущее вещество,
получаемое тонким помолом обожженных не до спекания
(900 °C) известняковых и магнезиальных мергелей, со-
держащих 25 % и более глины. Образующиеся при об-
жиге низкоосновные силикаты и алюминаты кальция
придают романцементу гидравлические свойства.
В романцементе нормального обжига нет свободной
извести или она содержится в небольшом количестве
(2—3%). Романцемент измельчают (после обжига) в
шаровых мельницах, нередко совместно с гипсом (3—
5 %) и активными минеральными добавками (10—15 %).
Схватывание и твердение романцемента обусловлено
гидратацией силикатов и алюминатов, образовавшихся
при его обжиге. . о с. к „
Романцемент выпускают трех марок (МПа). 2,5, 5 и
10- он должен выдерживать испытание на равномерность
изменения объема. Применяется цля изготовления строи-
тельных растворов, бетонов, бетонных камней. Гидрав-
лическая известь и романцемент ранее широко применя-
ла
лись. Однако теперь эти материалы постепенно уступил»
свое место более совершенным гидравлическим вяжущим I
веществам и прежде всего портландцементу. Однако-
применяя эти вяжущие вещества для-изготовления стро-
ительных растворов, стеновых камней и бетонов невысо-
ких марок, можно сэкономить энергоемкий и дорогой
портландцемент.
§ 5. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ
1. Общая характеристика портландцемента
Портландцементом называют гидравлическое вяжу- J
щее вещество, в составе которого преобладают силика-
ты кальция (70—80 %). Портландцемент — продукт тон-
кого измельчения клинкера с добавкой (3—5 %) гипса.
Клинкер представляет собой зернистый материал (в ви-
де горошка), полученный обжигом до спекания (при
1450 °C) сырьевой смеси, состоящей в основном из кар-
боната кальция (различных видов известняков) и алю- I
мосиликатов (глин, мергеля, доменного шлака и др.). I
Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватыва- Л
ння портландцемента. Допускается применение фосфо-
гипса и борогипса.
Для производства портландцемента имеются неогра-
ничейные сырьевые ресурсы — побочные продукты про-, л!
мышленности (шлаки, золы, шламы) и распространенные
карбонатные и глинистые горные породы. Автомата-
зация производственных процессов и переход к произ- Д
водству цемента на заводах-автоматах значительно 1
снижают потребление энергии и трудоемкость, позволя- J
ют значительно увеличить выпуск цемента в соответствии
с широким масштабом строительства в нашей стране. •
Изобретение портландцемента (1824 г.) связано с Д
именами Егора Герасимовича Челиева — начальника1
мастерских военно-рабочей бригады в Москве и Джозе- I
фа Аспдина — каменщика из английского города Лидса. 2
2. Клинкер
Качество клинкера определяет все свойства портланд-
цемента; добавки же, вводимые в цемент, лишь регули-
рует его свойства. Качество клинкера зависит от его хи-
мического и минерального состава, тщательности подго-
товки сырьевой массы, условий проведения ее обжига й
режима охлаждения. Клинкер обычно получают в виде
спекшихся гранул размером 10—40 мм, имеющих слож-
ную микроструктуру, так как клинкер включает ряд кри-
сталлических фаз и некоторое количество стекловидной
Химический состав клинкера определяется содержа-
нием оксидов (% по массе), причем главных из них:
СаО 63-66, SiO2 21-24, А12О3 4-8, Fe2O3 2-4; их сум-
марное количество составляет 95—97 %. В небольших
количествах в виде различных соединений могут входить
MgO, SO3, Na2O и КгО, а также TiO2, Сг2О3, Р2О5. В про-
цессе обжига, доводимого до спекания, главные оксиды
образуют силикаты, алюминаты, алюмоферрит кальция
в виде минералов кристаллической структуры, а некото-
рые из них входят в стекловидную фазу.
Минеральный состав клинкера. Основные минераль
клинекера: алит, белит, трехкальциевый алюминат i
алюмоферрит кальция.
Алит 3CaO«SiO2 (или C3S*) — самый важный мине
рал клинкера, определяющий быстроту твердения, проч
ность и другие свойства портландцемента; содержится i
клинкере в количестве 45—60 %. Алит представляет со
бой твердый раствор трехкальциевого силиката и неболь
шого количества (2—4 %) MgO, А12О3, Р2О5, Cr2O3 i
других примесей, которые могут существенно влиять на
структуру и свойства. Согласно Регур и Гинье, в интер
вале между нормальной температурой и 1100 °C трех
кальциевый силикат кристаллизуется в шести поли
морфных формах. Алит в клинкере фиксируется в виде
тригональной модификации. На микрофотографии (рис
5.3) кристаллы алита имеют обычно шестиугольную или
прямоугольную форму. Предпочтительнее правильно
сформировавшиеся кристаллы вытянутой формы разме
ром 3—20 мкм, благоприятствующие повышению марки
ЦеМБелмт 2CaO-SiO2 (или C2S) — второй по важности я
содержанию (20—30 %) силикатный минерал клинкера
Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности
; написания химических формул: СаО-С
ет пять кристаллических^
форм двухкальциевого сили-
ката. Белит в клинкере пр'йд» м|
ставляет собой твердый рас-
твор 0-двухкальциевого си-
ликата (0-C2S) и небольшого I
количества (1—3%) Д12О,
Fe2Os, MgO, Cr2O3. '
Горячий клинкер, вышед-
ший из печи, постепенно’ рх-
I лаждается; при температуре i
ниже 525 °C p-C2S может пе-
рейти в y-C2S и этот переход а
сопровождается увеличением I
базального расстояния, т. е. «разрыхлением» молекуляв- I
нои структуры белита. Действительно, плотность B-C2S |
равна 3,28 г/см3, а плотность Y-C2S — 2,97 г/см3, поэтому I
полиморфный переход вызывает приращение абсолютно- I
го объема белита примерно на 10 %, в результате грану-
лы клинкера рассыпаются в порошок.
Казалось бы, самопроизвольная днспергация облег- |
чает измельчение клинкера, однако порошок y-C2S при
температуре до 100”С практически не взаимодействует с I
водой, т. е. не обладает вяжущими свойствами. Следова- .1
тельно, необходимо воспрепятствовать переходу белита 1
® т рМу', ?|Тл"Л1?3^',И ="<>™бству,от некоторые й
"Р " ' (А1:Оз. Fe2O3. MgO, Сг2О3), внедряющиеся в Я
кристаллическую решетку в количестве 1—3 %, а также
быстрое охлаждение клинкера в холодильных устройст- 1
вах, располагаемых при выходе клинкера из печи. Регу- I
™Р>'Я.скорость охлаждения, получают клинкер, содер- '1
жащии белит в виде округлых плотных кристаллов (см '
рис. 5.3) размером 20—50 мкм. 1 1
. С°"р'кание м1,неРалов-снлякатов в клинкере порт- |
ландцемента в сумме составляет около 75 % поэтому
гидратация алита к белита в основном onpeje яе? технн
веские свойства портландцемента. Остальные 25 % со-
между кХОтМяеЖУТ°ЧНОе вещество' заполняющее объем ,
между кристаллами алита и белита (см оис 5 31
ХнХо Н°»л “ешест“° Л"0'" 113 кристаллов Tpei
САЕгтеьча люм,1ната СзА, алюмоферрпта кальция ,
н дрР’ “торостепенных минералов 12СаО 7А12Оз j
158 Т-еХКа41,Циее"““ алюми«" СзА содержится в клинке- 1
ре в количестве 4—12 % и при благоприятных условиях
обжига получается в виде кубических кристаллов разме-
ром до 10—15 мкм; образует твердые растворы сложно-
го состава. Плотность С3А 3,04 г/см3, он очень быстро
гидратируется и твердеет, но имеет небольшую проч-
ность. Является причиной сульфатной коррозии бетона
поэтому в сульфатостойком портландцементе содержание
С3А ограничено 5 %.
Четырехкальциевый алюмоферрит C.AF в клинкере
содержится в количестве 10—20 %. Алюмоферритная фа-
за промежуточного вещества клинкера представляет
собой твердый раствор алюмоферрнтов кальция разного
состава, в клинкерах обычных портландцементов ее со-
став близок к 4СаО-А|2Оз-Ее2Оз. Плотность C,AF
3,77 г/см3. По скорости гидратации минерал занимает
как бы промежуточное положение между алитом и бели-
том, поэтому он не оказывает определяющего влияния
на скорость твердения и тепловыделение при гидрата-
ции портландцемента.
Клинкерное стекло присутствует в промежуточном
веществе в количестве 5—15 %. Оно состоит в основном
из СаО, А12О3, Fe2O3, MgO, KaO, Na2O.
Оксид магния входит в состав алюмоферритной фа-
зы и клинкерного стекла, а также присутствует в сво-
бодном состоянии в виде кристаллов медленно гидрати-
рующего минерала периклаза. Гидратация MgO длится
долго, возможно, несколько лет, и переход в Mg(OH)2
сопровождается увеличением объема твердой фазы в
уже затвердевшем цементном камне. При содержании
MgO более 5 % это явление может явиться причиной не-
равномерного изменения объема цемента при твердении
и растрескивания бетона.
Свободный оксид кальция СаОСВоб находится в све-
жеобожженном клинкере в виде зерен; его содержание
в цементе не должно превосходить 1 %. При более вы-
соком содержании СаОСВоб может проявиться нерав-
номерное изменение объема цемента при твердении,
связанное с переходом СаО в Са(ОН)2 и увеличением
объема.
Щелочи (Na2O, К2О) входят в алюмоферритную фа-
зу клинкера, а также присутствуют в цементе в виде
сульфатов. Содержание щелочей в портландцементе
ограничивается в случае применения заполнителя (пес-
ка, гравия), содержащего реакционноспособные опало-
из-за опас„ости | (
3. Принципы получения клинкера
кальция (мела, плотного известняка^еТел ?арбоната
глинистые породы (глины гь„„, Ка' меРгелеи и др.) н
шие SiO2, А|2О3 и Ре2Оз В сг)еднеТм1е|1я',Г'иЫ)' содеРжа’
’"“д*г“=л=5
ma^₽ao/“^ ' I
“а ' добавляя ° сырьевую смесь трепел, опоку. Добав- j
Fe2O3 к0лчеданнь,х огарков увеличивает содержание.'^ |
Для производства портландцемента все шире исполь-1'1
зуют побочные продукты промышленности. АН
На Седьмом Международном конгрессе по химии це-
мента (Париж, 1980 г.) ученые многих стран отмечали I i
целесообразность широкого использования промышлен- hl
ных отходов (металлургических и топливных шлаков, |
зол ТЭС). Весьма ценным сырьем являются доменные ЬГ
шлдки, содержащие необходимые для получения клинке- В
ра составные части (СаО, SiO2, А12О3, Fe2O3). Нефели-
новый шлам, получающийся при производстве глинозё?
ма, содержит 25—30 % SiO2 и 50—55 % СаО; достаточ- А
но к нему добавить 15—20 P/о известняка, чтобы получить 1
сырьевую смесь. Использование нефелинового шлама
повышает производительность печей примерно дна 20 % 1
и снижает расход топлива на 20—25 %.
Основной и наиболее эффективный вид топлива— А
природный газ-, он отличается высокой удельной тепло- I
той сгорания. Сокращается применение мазута л твердо-
го топлива, приготовляемого в специальных установках й
для сушки и помола угля (антрацита, каменного угля).
Удельная теплота сгорания твердого топлива ниже газо-
образного; углевоздушные смеси подвержены взрывам; |
зольность углей 10—20 %; зола, попадая в обжигаемую |
сырьевую смесь, искажает расчетный минеральный со-
6-265 161
став клинкера. Стоимость топлива составляет до 26 %
себестоимости готового цемента, поэтому па цементных
заводах много внимания уделяется его экономии.
Подготовка сырья. Производство портландцемента— I
сложный технологический и энергоемкий процесс, вклю-
чающий: а) добычу в карьере и доставку на завод сырь-
евых материалов, известняка и глины; б) приготовление 3
сырьевой смеси; в) обжиг сырьевой смеси до спекания—-2
получение клинкера; г) помол клинкера с добавкой гип-
са—получение портландцемента; д) магазинирование.^з|
готового продукта. Обеспечению заданного состава и ка-
чества клинкера подчинены все технологические опера- J
Приготовление сырьевой смеси состоит в тонком из-
мельчении и смешении взятых в установленном соотно-.Л
шении компонентов, что обеспечивает полноту прохож-
дения химических реакций между ними и однородность
клинкера. Сырьевую смесь приготовляют сухим, мокрыМ‘>5
и комбинированным способами.
. Сухой способ заключается в измельчении и тесном
смешении сухих (или предварительно высушенных) -ч
сырьевых материалов, поэтому сырьевая смесь получа-
ется в виде минерального порошка, называемого сырье- I
вой мукой. Тонкое совместное измельчение известняка и J
глины осуществляют в мельницах, в которых совмеща-
ются помол и сушка сырьевых материалов до остаточ-
ной влажности 1—2 %. Совмещение сушки с дроблениеИ
ем и тонким измельчением осуществляют подсушиваниеIВ
ем сырья в дробилках и сушкой сырья в мельницах Я
тонкого измельчения. Сушку производят отходящими; д
газами печей, при этом в мельнице можно перерабаты-
вать сырье с влажностью до 5 %, а при использовании. 1
топки до 15 %. В последние годы в цементной промыш- I
ленности используют мощные валковые мельницы-су-.'J
шилки и мельницы самоизмельчения «Аэрофол».
На крупных предприятиях сырьевые мельницы рабо-
тают по замкнутому циклу (рис. 5.4): установка произ-
водительностью до 100 т/ч включает сепараторы, отделя-
ющие крупную фракцию сырьевой муки и возвращающую
ее в мельницу для помола. Таким образом повышается 1
тонкость помола сырьевой смеси и качества обжигаема- J
го из нее клинкера. Сырьевую муку направляют в сило- I
сы, в них корректируют состав сырья и создают запаб, I
необходимый для бесперебойной работы печей. При су-
дом. способе производства затраты теплоты на обжиг
клинкера в 1,5—2 раза меньше, чем при мокром. Ввиду
технико-экономических преимуществ сухой способ про-
изводства цемента быстро развивается. Сухой способ
наиболее выгоден при использовании известняка и гли-
ны с невысокой влажностью (10—15 %), однородного
состава и физической структуры, когда можно получить
гомогенную сырьевую муку при сухом помоле.
.... Мокрый способ приготовления сырьевой смеси при-
меняют, если мягкое сырье имеет значительную влаж-
ность (мел, глины). Тонкое измельчение и смешение ис-
ходных материалов осуществляют в водной среде, поэто-
му сырьевая смесь получается в виде жидкотекучей
массы — шлама с большим содержанием воды (35—
45 %) • Используется способность мягких горных пород
(глины и мела) легко распадаться в воде на мелкие час-
тицы. Глину перерабатывают в водную суспензию в
глиноболтушках. Иногда гли-
ну перерабатывают в шлам
непосредственно в карьере и
далее полученный шлам над-
лежащего состава, перекачи-
вают на завод.
Второй компонент сырье-
вой смеси — известняк —по-
сле дробления направляется
на совместный помол с гли-
няным шламом в’ шаровую
мельницу через весовые до-
заторы непрерывного дейст-
вия с автоматическим управ-
лением. что позволяет выдерживать точное соотношенйц -И
между компонентами сырьевой смеси (рис. 5.5). Совмест- В
ное измельчение известняка, глины и корректирующий
добавок (например, пиритных огарков, содержащих *В
Fe2O3) обеспечивает тщательное смешение исходных маг
териалов и получение однородной сырьевой смеси. Помол
сырья производят до остатка на сите № 008 не более 8— В
10 %, следовательно, более 90 % частиц смеси имеет раз-
мер менее 80 мкм.
После мельниц известково-глиняный шлам передачи-
вают насосами в вертикальные и горизонтальные резер- г}
вуары (шлам-бассейны); в них корректируют и усредни- М
ют химический состав шлама. Состав сырьевой смеси
контролируют теперь с помощью автоматического рент- В
геноспектрометра, обеспечивающего ежечасное опреде- \
ление содержания СаО, SiO2, Fe2O3 и А12О3. По данным I
анализа электронно-вычислительная машина рассчиты-
вает дозировку сырьевых компонентов, исходя из полу- В
чения сырьевой смеси заданного состава, а также соот- В
ветствующий режим работы автоматических дозирующих
устройств, что позволяет отказаться от корректирования
при достаточном постоянстве состава смеси. Применение
разжижителей шлама (добавок СДБ и др.) позволяет В
снизить влажность шлама, но не устраняет основной не- • j|
достаток мокрого способа производства цемента — высо- ]^В
кую энергоемкость процесса получения клинкера.
Комбинированный способ дает возможность на 20—
30 % снизить расход топлива по сравнению с мокрым 1
способом. Сущность этого способа заключается в том, В
что приготовленный шлам до поступления в печь обезво- 1
живается на специальных установках. Однако при этом 1
возрастает расход электроэнергии, т. е. энергоемкость ']
производства в целом остается высокой.
Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мок- ’Я
ром способе производства осуществляется в основном во I
вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда
только при сухом способе. Вращающаяся печь представ- ]
ляет собой длинный, расположенный слегка наклонно _
цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огне- В
Уг2рн^Лфутеровкой внутРИ (рис. 5.6). Длина печей 95— В
185—230 м, диаметр 5—7 м. В СССР стали применять .1
вращающиеся печи, работающие по сухому способу, раз- |
мерой 7x95 м, производительностью 3000 t/cvt при рас- J
ходе теплоты на обжиг 3400 кДж/кг. На предприятиях, I
работающих по мокрому способу производства, применя-
ют печи 7X230 м, производительностью 3000 т/сут при
расходе теплоты 5600 кДж/кг. Для улучшения теплооб-
мена внутри печей ближе к верхнему (холодному) концу
устраивают цепные завесы, устанавливают теплообмен-
ники различной конструкции.
Вращающиеся печи работают по принципу противото-
ка. Сырье в виде порошка (сухой способ) или шлама
(мокрый способ) подается автоматическим питателем в
печь со стороны ее верхнего (холодного) конца, а со сто-
роны нижнего (горячего) конца вдувается топливо (при-
родный газ, мазут, воздушно-угольная смесь), сгорающее
в виде 20—30-метрового факела. Сырье занимает только
частьпоперечного сечения печи и при ее вращении со ско-
ростью 1—2 об/мин медленно движется к нижнему концу
навстречу горячим газам, проходя различные темпера-
турные зоны. Выдающийся советский ученый В. Н. Юнг,
разработавший основы теории обжига клинкера, услов-
но разделил вращающуюся печь на шесть температур-
ных зон в зависимости от характера протекающих в них
процессов. Рассмотрим эти процессы, начиная с поступ-
ления сырьевой смеси в печь, т. е. по направлению с
верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).
В зоне испарения происходит высушивание по-
ступившей сырьевой смеси при постепенном повышении
температуры с 70 до 200°C (а конце этой зоны), поэтому
первую зону называют еще зоной сушки. Подсушенный
материал комкуетси, при перекатывании комья распада-
ются на более мелкие гранулы.
В зоне подогрева, которая следует за зоной
сушки сырья, при постепенном нагревании сырья с 200 до
700 °C сгорают находящиеся в нем органические приме-
си из глиняных минералов удаляется кристаллохимиче-
ская вода (при 450-500°C) и образуется безводный као-
линит Al3O3.2SiO2. Подготовительные зоны (испарения
и подогрева) при мокром способе производства занима-
ют 50—60 % длины печи (считая от холодного конца);
при сухом же способе подготовка сырья сокращается за
счет зоны испарения.
В зоне декарбонизации (ее протяженность
20—23 % длины печи) температура обжигаемого мате
риала поднимается с 700 до 1100 С; здесь зав. р
процесс диссоциации карбонатных солей кальция и маг
«нем теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСО > п погл°Ще-
требленпе теплоты в третьей зонеПОЭТОМУ по.
в этой же зоне происходит распад дегидмт "больи,ее.
глинистых минералов на оксиды 5Ю, А Г? Р пВан"Ых
рые вступают в химическое взХодейс™,?.: S0™'
Ьичи^^
печ^С^'17Ро7КЦ'‘" На ,сРавН||тельно коротком участке
боли., 5 7 ° ее длпны) сопровождаются выделением
большого количества теплоты (до 420 кДж на 1 кг клин
лаР(наИ150-200В“С)М П0ВЬ,шением температуры материа-
В зоне спекания (1300-1450-1300СС) темпера-
тура обжигаемого материала достигает наивысшего зна-
чения (1450 С), необходимого для частичного плавления
материала и образования главного минерала клинкера—
алита. В начале спекания, начиная с 1300°C, образуется
расплав в количестве 20—30 % объема обжигаемой мае- %
сы из относительно легкоплавких минералов ЗСаОА12О3,
4СаО-AI2O:,-Fe2O3, а также MgO и легкоплавких приме- ;,,
сей. При повышении температуры до 1450 °C в клинкер-
ной жидкости растворяются 2CaO-SiO2 и СаО и из них
в расплаве происходит образование алита 3CaO-SiO2,
проходящее почти до полного связывания оксида каль-
ция (в клинкере СаОсвое не более 0,5—1 %). В расплаве
сначала образуются тетраэдры SiO2~ , которые потом со-
единяются с ионами Са2+, образуя кристаллическую ре-
шетку трехкальциевого силиката. Алит плохо растворяет-
ся в расплаве и вследствие этого выделяется из него в ви-
де мелких кристаллов, что влечет дальнейшее растворе-
ние в расплаве 2CaO-SiO2 и СаО. Процесс образования
алита заканчивается за 15—20 мин пребывания матери-
ала в зоне спекания (ее протяженность 10—15% длины
лечи). Поскольку при вращении печи частично расплав-
ленный материал непрерывно перекатывается, мелкие
частички слипаются в гранулы. Понижение температуры
с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава
166
J
ЗСаО-А12Оз, 4CaO-AI2O3-Fe2O3 и MgO (в виде пернкла-
за), которая заканчивается в зоне охлаждения, следую-
щей за спеканием.
В зоне охлаждения температура клинкера по-
нижается с 1300 до 1000°С; здесь полностью формиру-
ются его структура и состав, включающий алит C3S,
белит C2S, С3А, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную
фазу и второстепенные составляющие.
Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в
виде мелких камнеподобных зерен — гранул темно-серого
или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер
интенсивно охлаждается с 1000 до 100—200 С в колосни-
ковых рекуператорных и других холодильниках возду-
хом, идущим навстречу клинкеру - или просасываемым
через слой горячего клинкера. После этого клинкер вы-
держивается на складе одну-две недели.
Сухой способ производства цемента в последние годы
значительно усовершенствован. Наиболее энергоем-
кий процесс —декарбонизация сырья — вынесен из вра-
167
щающейся печи в специальное устройство — .Л кпроонпс Ч
затор, в котором он протекает быстрее и с нспользованн- 1
ем теплоты отходящих газов (рис. 5.7).
Из расходных силосов сырьевая мука сначала посту; ,'П
пает в систему циклонных теплообменников, где, нахо-
дясь во взвешенном состоянии, нагревается движущими-
ся навстречу (снизу-вверх) отходящими газами и уже
горячей подается в декарбоннзатор. Непосредственно в
декарбонизаторе сжигают около 50 % топлива, что поз- - 1
воляет быстро и почти полностью (на 90%) завершить
разложение СаСО3. Остальная часть топлива сжигается,
как обычно, в горячем конце вращающейся печи, в кото-
рой получают клинкер из уже подготовленной к обжигу, j
т.е. декарбонизированной, сырьевой муки. Теплообмен-
ное устройство с декарбонизатором устанавливают около
Повсеместное распространение сухого способа произ- -i
водства с применением декарбонизатора обусловлено' Я
возможностью ускорить технологический процесс, повы-
сить суточную производительность технологических ли-
ний до 3000 т клинкера, использовать теплоту газов, от- si1
ходящих из печи и холодильника, и тем самым снизить
затраты топливно-энергетических ресурсов. При системе UB
декарбоннзатор — печь сокращается примерно вдвое
длина вращающейся печи, компоновка цементного заво- лМ
шается потребность в земельных площадях.
В СССР открыт новый способ производства портланд- ДВ
цемента — путем обжига клинкера в солевом растворе чИ
хлоридов. При этом способе основная реакционная среда
в печи (силикатный расплав) заменена солевым распла- "fl
вом на основе хлорида кальция. В солевом расплаве ус-- £
коряется растворение основных клинкерообразующих ок- X
сидов (СаО, SiOs, AI2O3, Fe2O3) и образование минера- "Ж
лов (алита, белита и др.) завершается при 1100—1150°С Л
вместо обычных 1400—1500°С, что существенно снижает
энергоемкость получения цементного клинкера. Получен-
ныи клинкер, наряду с алитом, содержит минерал, на- I
званный алинитом.
Ал и и ит — это высокооснбвный А|—С1— силикат каль- Я
ния, содержащий около 2,5 % хлорида. Клинкер, спите- I
зированный в солевом расплаве, размалывается в 3—4 Л
раза легче, чем обычный. Это позволяет снизить электро- Л
затраты на помол и увеличить производительность це- Л
ментных мельниц. При этом сокращается число помоль-
ных агрегатов. Алинитовый цемент быстрее гидратируется
в начальные сроки. Технология нового цемента осва-
ивается на цементных заводах. Сейчас глубоко изучают-
ся коррозионная стойкость бетона на этом цементе и по-
ведение стальной арматуры в бетоне с учетом наличия в
нем хлора. Все это позволит определить рациональные
области применения алинптового цемента.
Общий расход энергии на 1 т цемента 325—550 МДж,
причем минимальные энергетические затраты достигают-
ся при сухом способе с применением декарбонизатора:
на помол клинкера с добавками затрачивается 125—
180 МДж.
Помол клинкера в тонкий порошок производится
преимущественно в сепараторных установках, работаю-
щих по открытому или замкнутому циклу. Трубная мель-
ница представляет собой барабан, облицованный внутри
стальными броневыми плитами и разделенный дырчаты-
• ми перегородками на две — четыре камеры (рис, 5.8).
Крупнейшими помольными агрегатами являются мельни-
цы размером 3,95x11 м, производительностью 100 т/ч и
размером 4,6X16,4 м, производительностью 135 т/ч. Ма-
териал в трубных мельницах измельчается под действи-
ем загруженных в барабан мелющих тел — стальных ша-
ров (в камерах грубого помола) и цилиндров (в камерах
тонкого помола). При вращении мельницы мелющие тела
поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и ис-
тирая зерна материала.
При работе по открытому циклу мельница работает
«на проход», т. е. материал (клинкер и добавки) непре-
рывно поступает со стороны камер грубого помола че-
рез полую ось, а измельченный материал выходит из ка-
меры тонкого помола и далее транспортируется в сило-
сы. Замкнутый цикл помола включает помольный агре-
гат и центробежный сепаратор, отделяющий крупные
зерна, возвращаемые на домол (рис. 5.9), в результате
чего достигается высокая тонкость помола. Помольные
установки, работающие по замкнутому циклу, дают воз-
можность тонко измельчить клинкер (до удельной по-
верхности 4000-5000 смг/г) н регулировать в цементе
содержание частиц различного размера, что необходимо
для получения быстротвердеющего и других специальных
портландцементов. При помоле к клинкеру добавляют
гипс (так, чтобы общее содержание SO3 в цементе было
«9
иементо 3’5°/“) ДЛЯ замедлення схватывания портланд-
теМноТг°АвпЫпгпП„ОРТЛаНДЦеЫент--очень порошок
мельнивы пн ш» зеленовато-серого цвета; ио выходе Я
смеет высокую температуру (80- 120°С) и
направляется пневматическим транспортом для хранения
в силосы, которые обычно выполняют в виде железобе-
тонных банок диаметром 8-15 м и высото25-30 м.
Большие силосы вмещают 4000—10000 т немев
мент в силосах выдерживают до его охлаждения и га .
ни'я остатков свободного оксида кальция, которое проие-
холит под действием влаги воздуха. Из силосов цемент
погружают в автоцементовозы, в вагоны-цементовозы или
крытые железнодорожные вагоны. Часть цемента посту-
пает на отвешивающие и упаковывающие машины и по-
ставляется в мешках (по 50 кг цемента). Схемы произ-
водства портландцемента представлены на рис. 5.10 if,
5.11.
4. Теория твердения 1
Цементное тесто, приготовленное путем смешиванияЯ
цемента с водой, вначале (в течение 1—3 ч после затво-
рения) пластично и легко формуется. Потом_ наступает
схватывание, заканчивающееся обычно через 5—10 ч пос-
ле затворения; в период схватывания цементное тесто за-
густевает, утрачивая подвижность, но его механическая j
прочность еще невелика. Переход цементного теста в
твердое состояние означает конец схватывания и начало
твердения, которое характерно возрастанием прочности.
Твердение при благоприятных условиях длится годами —
вплоть до полной гидратации2 цемента.
Химические реакции. Сразу после затворения цемен-
та водой начинаются химические реакции. Уже в началь-.
ной стадии гидратации цемента происходит быстрое вза- I
имодействие алита с водой, сопровождающееся образо- I
ванием гидросиликата кальция и гидроксида:
2(3CaOSiO2) 4- 6Н2О = 3CaO-2SiO2-3H2O + ЗСа (ОН)2. J
После затворения гидроксид кальция образуется из J
алита, так как белит гидратируется медленнее алита и
при его взаимодействии с водой выделяется меньше 1
Са(ОН)2, что видно из уравнения реакции:
2 (2CaO-SiO2) 4- 4Н2О = 3CaO.2SiO2-3H2O 4- Са (ОН)2. . Я
Гидросиликат кальция 3CaO-2SiO2-3H2O образуется I
при полной гидратации чистого трехкальциевого силика-
та в равновесии с насыщенным раствором гидроксида
кальция. Молярное соотношение CaO/SiO2 в гидросйлй-
В целях развития теории твердения периодически проводятся
международные конгрессы по химии цемента. На Шестом Конгрессе,
проходившем в Москве в 1974 г., отмечался большой вклад совет-
ских ученых в науку о цементе.
* Термин «гидратация» объединяет процессы взаимодействия це-
мента с водой, происходящие при его схватывашш и твердеиии.
катах, образующихся в цементном тесте, может изме-
няться в зависимости от состава материала, условий
твердения и других обстоятельств. Поэтому применяется
термин С—S—Н для всех полукристаллических и аморф-
ных гидратов кальциевых силикатов, относимых к геле-
вой фазе.
Гидросиликаты кальция низкой основности, имеющие
состав (0,8—1,5) СаО-SiO2-(1—2,5) Н2О обозначаются
(поТейлору) формулой С—S—Н (I), гидросиликаты бо-
лее высокой основности (1,5—2) СаО SiO2-nH2O — фор-
мулой С—S—Н (II). Образование низкоосновных сили-
катов кальция повышает прочность цементного камня;
при возникновении высокоосновных гидросиликатов его
прочность меньше. При определенных условиях, напри-
мер при автоклавной обработке (в среде насыщенного
пара при давлении 0,8—1,3 МПа и температуре 175—
200°С), образуется тоберморит 5CaO-6SiO2 5H2O, ха-
рактеризующийся хорошо оформленными кристаллами,
которые упрочняют цементный камень.
Основной алюмосодержащей фазой в портландцемен-
те является трехкальциевый алюминат ЗСаО-А12О3. Он
представляет и самую активную фазу среди клинкерных
минералов. Немедленно после соприкосновения ЗСаО-
AI.Oj с водой на поверхности непрореагпровавших час-
тиц образуется рыхлый слой метастабильных (неустой-
чивых) гидратов 4СаОА12О3-19Н2О и 2СаО-А12О3-8Н2О
в виде тонких гексагональных пластинок, образующих по
терминологии Р. Кондо и М. Даймона «структуру кар-
точного домика». Рыхлая структура гидроалюминатов
ухудшает морозостойкость, а также стойкость против хи-
мической коррозии. Это одна из причин ограничения ко-
личества трехкальцневого алюмината в специальных
портландцементах, применяемых для морозостойких ое-
Т0НСтабильиая форма - шестиводный ^^“еской
чСаО. Al.Ch-бНгО кристаллизующийся в кубической
форме, образуй в результате быстро протекающей хи-
мической реакции:
ЗСаО-AlnOj + 6Н2О = ЗСпОА12О2-6Н2О.
доб^лЯя"о№шое^
5 % массы цемента). Сульфат кальция nrpaei в
чески активной составляющей цемента, реагирующей
трехкальциевым алюминатом при затворении цемента ’
водой и связывающей его в гидросульфоалюминат каЖ
ция (минерал эттрингит) в начале гидратации порт-
ландцемента.
3CaOAl2O34-3(CaSO4-2H2O) + 26Н2О = ЗСаО-А12О3-ЗСаОг 32Н2О. J
В насыщенном растворе Са(ОН)2 эттрингит сначалаПЯ
выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии-,
осаждаясь на поверхности частиц ЗСаО АЬОз, замедля-
ет их гидратацию и продлевает схватывание цемента^
Кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенного раствора Л’
понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе
и эттрингит уже образуется в виде длинных иглоподоб-
ных кристаллов. Кристаллы эттрингита и обусловливай^'
раннюю прочность затвердевшего цемента. Эттрингит,
содержащий 31—32 молекулы кристаллизационной воды,
занимает примерно вдвое больший объем по сравнению с -1
суммой объемов реагирующих веществ (С3А и сульфат Д
кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит Я
при оптимальной дозировке гипса повышает его механи- 9
ческую прочность. Структура затвердевшего цемента J
улучшается еще и потому, что предотвращается образо- V
ванне в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюмина-
тов кальция. Эттрингит взаимодействует с ЗСаО-А12О3. 4
оставшимся после израсходования добавки гипса, с об- J
разованием моносульфата кальция
2 (ЗСаО-А!2О3) + ЗСаО-А12О3-3CaSO4-32Н2О 4-
4- 22Н2О = 3 (ЗСаО-AI2O3-CaSO4- 18Н2О).
В результате введения в портландцемент сульфата Я
кальция гидроалюминаты кальция заменяются гидро- 1
сульфоалюминатом.
Четырехкальциевый алюмоферрит при взаимодейст-
вии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидро,-
феррит
4СаО- А12О3- Fe2O3 4- mH2O = ЗСаО- А12О3- 6Н2О 4- СаО- Fe2O3- лН2О.. 3
Гидроалюминат связывается добавкой гипса, как
гогел”0 ВЫШе’ а гидР°ФеРРит входит в состав цементно-
5 формирование структуры и свойств
цементного теста
Путем тщательного смешения цементного порошка с
водой получают цементное тесто\ оно представляет со-
бой концентрированную водную суспензию, обладающую ।
характерными свойствами структурированных дисперс-
ных систем: прочностью структуры, пластической вяз-
костью, тиксотропией. Цементное тесто до укладки бе-
тонной смеси и начала схватывания имеет в основном ко-
агуляционную структуру, в нем твердые частицы суспен-
зии связаны ван-дер-ваальсовыми силами и сцеплены
вследствие переплетения гидратных оболочек, покрыва-
ющих частицы. I_
Стриктура цементного теста разрушается при меха-
ническпх воздействиях (перемешивании, вибрировании
ит и ) вследствие этого резко падает предельное напря-
жение сдвига, и тесто с предельно разрушенной структу-
рой подобно вязкой жидкости, заполняет форму. Пере-
ход’ теста в текучее состояние носит тиксотропный
характер, т.е. после прекращения механических воздейст-
вий структурные связи в системе вновь восстанавлива-
ЮТСтруктурно-механические свойства цементного теста
возрастают по мере гидратации цемента. НагФи«еР’
собностью быстро наменять реологические свойства в те-
Фо'рмирование структуры йеменок, теста идочно-
=S^g=»
и иглы геля С—S—Н, растущ гексагональных
сутствие эттрингита в п*сле затворения ие-
призм обнаРУ*е"°/*ен^ОЛько часов появляются заро-
мента водой, а 'пустя нескцы геля гидросилика-
дыши кристаллов Са(ОН)э игольчагую форму, иродол-
ХеРаАТВДитн7хСфо"ма7л^
динення частиц геля гидросиликата в агрегаты, имеющие
характерную форму «снопов пшеницы» или в виде плот-
но агломерированных листков. Тонкие слои геля получа-
ются и между кристаллами Са(ОН)2, образуя с ними I
сросток, упрочняющий цементное тесто.
На рис. 5.12 схематично показано развитие структу-
ры цементного теста. Первичная структура представляет
собой малопрочный пространственный каркас из дисперс- |
ных частиц продуктов гидратации и не полностью гидра- I
тированных зерен цемента, связанных ван-дер-ваальсо-Я
выми силами и переплетенными гидратными оболочкамиД
адсорбированных на частицах воды. По мере увеличен I
нпя количества новообразований подвижность твердых j
частиц снижается и цементное тесто загустевает. К кон-
цу периода схватывания формируется основная структу- j
ра цементного теста, которое затем превращается в це-
ментный камень.
Структура цементного камня в значительной степени I
определяется механизмом его гидратации. В результате
взаимодействия цемента с водой образуются «внутрен- I
ние» продукты гидратации в пространстве, первоначаль- ч
но занятом цементными зернами, и «внешние» продукты
гидратации, заполняющие пространство, первоначально
занятое водой. 1
Количество внутреннего гидросиликата кальция на-
много оол'.ше, чем внешнего C-S-H. Внутренний гид-
росиликат получается в результате топохимической гид-
ратация алита и белита, т. е. путем непосредственного
присоединения воды к твердой фазе. Внутренний гидро-
силикат имеет тонкую и плотную структуру; отношение
CaO/SiO, может быть от 0,5 до больших величин по 1ей-
РВнешние продукты гидратации образуются через раст-
личества внешнего ™дрХииТкруп«ы» °кр“Хлов
Са<НаНртс" 5ЛЗ "можно видеть основные фазы
цементного камня. Частицы геля гидросиликата (ирн
:?v=.=:
в гидратированном цементе находится в тонколЛ* а
готовленного с водоцементным отношением 06 поем
512 сут твердения при 100 %-ной влажности была О
782 м-/г (при гидратации 91 % цемента). ₽
Клеящая способность цементного теста зависит
дисперсности твердой фазы: она повышается по мепе
гидратации цемента, т. е. при превращении все большего
количества цемента в гель. Однако удельная поверхность
геля гидросиликата значительно уменьшается при высу-
шивании. что видно из опытных данных. Цементный ка
пасте ^г4ОТОВЛ7ный "з раствора с В1Ц=0,4 имел в воз-
расте о14 сут (при гидратации 86 % цемента) удельную
нойе;7'189ТЬпп,:/1Л08-.ПРИ ’°0 %”Н0Й' 33°- "Р« “%
нои 189 при 12 %-нои относительной влажности Ук-
рупнение частиц новообразований при сильном высуши-
вании не только снижает клеящую способность гидрати-
рованного цемента, но и повышает его хрупкость. Все эти
исследования подтверждают необходимость ухода за бе- I
тоном, предотвращающего его раннее высушивание, а I
тепл3дЭ”Ие соответствУюЩйх влажностных условий J
§ 6. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА
ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ
1. Структура цементного камня
В. Н. Юнг ввел представление о цементном камне как
о микробетоне, состоящем из гелевых и кристаллических
продуктов гидратации цемента и многочисленных вклю-
чений в виде негидратированных зерен клинкера. Основ-
‘ Удельная поверхность приведена по Л. Э. Коупленду я Дж.
Вербеку; она измерена по способу рассеяния рентгеновских лучей
под малыми углами.
qap масса новообразований при взаимодействии цемента
с'водой получается в виде гелевидной массы, состоящей в
основном из субмикрокристаллических частичек гидоо-
силиката кальция. Гелеподобная масса пронизана отно-
сительно крупными кристаллами Са(ОН)о. Такое своеоб-
разное «комбинированное» строение предопределяет спе-
цифические свойства цементного камня резко
отличающиеся от свойств других материалов: металлов
стекла, гранита и т. п. Например, с наличием гелевой со-
ставляющей связана усадка цементного камня при твер-
дении на воздухе и набухание в воде, особенности рабо-
ты пол нагрузкой и другие свойства.
Цементный камень включает: 1) продукты гидрата-
ции цемента: а) гель гидросиликата кальция и другие
новообразования* 1, обладающие свойствами коллоидов;
б) относительно крупные кристаллы Са(ОН)2 и эттрин-
ние которых уменьшается по мере гидратации цемента;
3) поры: а) поры геля (менее 0,1 мкм); б) капиллярные
поры (от 0,1 до 10 мкм), расположенные между агрега-
тами частиц геля; в) воздушные поры (от 50 мкм до
2 мм), заполненные воздухом, засосанным вследствие
вакуума, вызванного контракцией, либо вовлеченным при
добавлении специальных воздухововлекающих веществ,
повышающих морозостойкость.
Классификация пор геля по размерам дана Р. Кондо
и М. Даймоном (размер пор в данной классификации ха-
рактеризуется половиной . гидравлического радиуса):
1) очень мелкие поры, пронизывающие частицы геля: меж-
кристаллитные размером менее 0,6 нм, а внутрикристал-
литные до 16 нм; 2) более крупные поры между частица-
ми геля — до 0,1 мкм. Все эти поры структурно присущи
цементному гелю, т. е. в геле всегда есть поры, посколь-
ку он является дисперсной системой, состоящей из частиц
коллоидного уровня и их агрегатов, разделенных поро-
вым пространством. В зависимости от состава цемента,
начального количества воды и технологии пористость ге-
ля может составлять 28—40 % объема геля, причем около
>/4—>/3 пористости (т. е. 7—12%) приходится на долю
контракционного объема.
1 Термин «новообразования» объединяет все продукты гидрата-
ции цемента.
Показатели ЗСаО. А1,О,4-6Н.О=ЗСаО. Л|,О,. 6НЛЦ
Молекулярная масса М, г 270,2 108,09 378,28 ;
Плотность р, г/см3 3,04 1 2,52
Объем М/р, см3 88,88 108,09 150,11- ’
88,884-108,09=196,97 150,11
Контракция (стяжение) —это явление уменьшения’ •
абсолютного объема системы (цемент + вода) в процессе
гидратации. Для примера рассмотрим систему:
ЗСаО-А12О3 + 6Н2О = ЗСаО-А12О3-6Н2О,
указанную в табл. 5.2.
Абсолютный объем реагирующих веществ—С3А и во-
ды— составит 196,97 см3, а объем гидроалюмината толь- J
ко 150,11 см3. Следовательно, контракция в данном при- 2
мере составила 46,86 см’. Поскольку контракция почти j
ляется образование в гидратированном цементе контрах-
ционного объема. В цементном камне и бетоне возникает
вакуум, под влиянием которого эти поры заполняются
водой или воздухом в зависимости от среды, в которой 'V
твердеет цементное тесто. Контракция для обычных
портландцементов, затворенных водой после 28 сут твер- i
дения составляет 6—8 л на 100 кг цемента, т. е. в 1 м3
бетона с расходом вяжущего 300 кг/м8 контракционный;
Каждому минералу цемента свойственна контракция;
она начинается после его смешения с водой и достигает
максимума при полной гидратации. На рис. 5.14 сопос-
тавлена контракция, происходящая при гидратации глав-
ных клинкерных минералов. Самая большая контракция
происходит при гидратации трехкальциевого алюмината
(более 15%); она может быть причиной внутренних на-
пряжений в цементном камне. Двуводный гипс, добавля-
ра, выравнивает контрак-
цию, так как в химической
реакции образования эт-
трингита из С3А, гипса и
воды контракция состав-
ляет лишь 6,14 %.
На рис. 5.15 изображе-
на упрощенная модель
геля С—S—Н. Пористая
структура геля как самого
влияние на механические
свойства, проницаемость и
ного камня; при этом сле-
дует учитывать особые
физические свойства пор
геля, обусловленные их
малыми размерами.
ют собой микропоры менее
0,1 мкм. Вода, заполняю-
щая поры геля (сокращен-
но «вода геля»), имеет с
твердой фазой физико-хи-
мическую связь, так как
адсорбционный полимоле-
кулярный слой воды имет толщину до 0 15 мкм. Вода
п.п.опопрт ппи низкой температуре (по некоторым
ных морозах. Следовательно, поры геля не сказываются
отрицательно на морозостойкости цементного камня и
бетона Вода, адсорбированная в порах, уменьшает жк-
оетона. пода, в „ПРпы, поп. поэтому водо-
затворения, не уместившейся в порах геля,
оиа геля П обоазует капиллярные поры.
прон"цае'
мость, плохо сопротивляется химической коррозии и 1не
защищает надежно стальную арматуру.
Вода является активным элементом структуры цемент- I '
ного камня, участвующим в образовании гидратных сое-
динений и в формировании пор. Пористость цементного
камня зависит не только от начального водоцементного
отношения, но и от форм связи воды с твердой фазой.
Согласно классификации П. А. Ребиндера, построен- К1
ной по принципу интенсивности энергии связи, выделяют
три формы связи воды в цементном камне: химическая
связь является наиболее сильной. Химически связанная <
вода удаляется при прокаливании. Количество химически,
связанной воды w обычно выражают в % или долях от
массы цемента; физико-химическая связь характерна для
адсорбционно связанной воды, находящейся в порах це-
ментного геля; связь эта нарушается при высушивании;
физико-механическая связь—в данном случае капилляр-
ное давление — обусловливает удержание воды в калил-
лярных порах цементного камня. Адсорбционно связан- Ж
ная и капиллярная вода, удаляемая при высушивании,,
называется еще испаряемой. Потери при прокаливании W
высушенной пробы цементного камня определяют хими-
чески связанную (неиспаряемую) воду.
Цементный камень, являющийся минеральным клеем,
скрепляющим зерна заполнителя, должен обладать до-
статочной собственной прочностью и адгезией, т. е. хо-
рошо сцепляться (срастаться) с зернами заполнителя.
Эти свойства цементного камня зависят от качества й 'Я'
количества новообразований, объема и характера пор.
Качество новообразований в цементном камне опре-
деляется их составом и дисперсностью. Количество ново- Я
образований прямо пропорционально степени гидратации *
цемента а, численно равной отношению прореагировав-
шей с водой части цемента к общей массе цемента. Сте- «
пень гидратации может определяться количественным >
рентгеновским методом или по содержанию связанной Ж
воды w, не испаряемой при высушивании: a=w/wuaU(i.
Количество связанной воды при полной гидратации
лартландцемента щМВкС может колебаться от 0,25 до 0,3
(массы цемента); при щм_к< =0,25 a = 4w или w=0,25a. I
Следовательно, если в 28-суточном возрасте цемент свя- Я
зал 15% воды (считая от массы цемента), то а=4Х W
Х0,15=0,6. Это означает, чтов бетоне с расходом немей- Д
та 300 кг/м3 180 кг вяжущего (60%) вступило во взаи- Я
182
модействие с водой, а 120 кг (40 %) еще сохранилось в
йИде- клинкерного фонда. Вообще же а может быть в
пределах от 0 до 1 (при полной гидратации цемента).
Степень гидратации имеет большое технико-экономи-
чеСКОе значение. При увеличении степени гидратации
цемента возрастает объем новообразований и уменьша-
ется пористость цементного камня, при этом повышается
прочность и долговечность бетона. Поэтому нужно co-
вер Чествовать технологию бетона, добиваясь наиболее
полного использования вяжущего, что эквивалентно его
экономии.
Пористость цементного камня ЛОбщ слагается из ге-
левой Пг, капиллярной Пка„ и воздушной ПВ03д пори-
стости:
Пористость вычисляют как отношение объема пор к
объему цементного камня Иц.к, равного сумме объемов
воды затворения и абсолютного объема зерен цемента,
(5.2)
где В и Ц — масса соответственна воды затворения и цемента, т;
рв и рц — плотность воды и цемента, т/м3; водоцементное отношение
В/Ц - безразмерная величина.
Цементный гель, получившийся при полной гидрата-
цйй 1 т цемента, заключает в себе 0,2 м3/т пор геля,
представляющих собой промежутки между частицами
гидросиликата кальция, и содержит контракционный
объем 0,09 м3/т, образовавшийся вследствие уменьше-
ния абсолютного объема системы «цемент —вода»; в
сумме объем пор геля составляет 0,29 м3/т.
Объем пор геля в твердеющем цементном камне Кп1ч
прямо пропорционален количеству гидратированного це-
мента, которое равно а-Ц, поэтому Vn.r—0,29а//м . где
а —степень гидратации цемента. Пористость геля Пг=
= V,, ,./ Иц к, следовательно
"г""= Р./Ри+В/й”
(5.3)
Вода, не уместившаяся в порах цементного геля,
располагается между агрегатами частиц геля и образу-
ет капиллярные поры. Объем капиллярных пор Укап
определяют с учетом того, что цементный гель связыва-
ет химически и адсорбционно примерно одинаковые ко-
личества воды (по 25 % от массы цемента), т. е. объем
«лишней» воды, образующей капиллярные поры, будет
Укап =
Капиллярную пористость определяют как УКап/Уц.к,
принимая Уц.к по формуле (5.2):
(В/Д — 0,5<х) рц
Лкап.ц.к- рв + рц(в/д)
Ц(В/Ц — 0,5а)
(5-4)
Можно принять рв=1 т/м3, пренебрегая изменением
плотности воды затворения от температуры, и среднее
значение рц=3,1 т/м3. Тогда частное значение
Прпм = 0,32 +В/Д '
Гелевая пористость достигает максимального значе-
ния, когда весь цемент прореагирует с водой, т. е. прев-
ратится в цементный гель (при этом а=1), и при мини-
мальном В/Д=0,25, необходимом для полной гидрата-1
ции цемента,
(/7Г.Ц.Н)Ш„ = 0 3г-+ 0 25 0,508 (~ 51 %).
Истинная плотность цементного геля рг=2,6 г/см3,
при указанной пористости его средняя плотность, опре-
деляемая из соотношения 0,5=1—рт/2,6, будет равна
ри=1,3 г/см3.
Следовательно, цементное зерно (его р=3,1 г/см3) ~
как бы «разбухает» и после полной гидратации займет
(в виде продуктов гидратации вместе с порами геля)
объем (3,1/1,3=2,4) в 2,4 раза больше, чем первона-
чальный. Это явление оказывает решающее влияние на
модификацию структуры цементного камня и бетона в
процессе твердения. Цементный гель заполняет капил-
лярные поры в цементном камне и уплотняет бетон, по-
этому объем капиллярных пор уменьшается с течением
гидратации цемента (рис. 5.16).
В/Д-0,5а
рв/ра+В1Ц
Частное значение Пкап при рв=1 т/м3, рц=3,1 т/м3
составит
_ Л/Ц-О.бо- 56)
"«ап.ц.к- 0 32 + В/Д
Максимальное значение капиллярной пористости в
начале затворения (приготовления бетонной смеси),
когда а»0 и
(Лкап.ц.к)тах = 0,32 + В/Д *
По мере гидратации цемента капиллярная пори-
стость уменьшается вследствие заполнения капиллярных
пор цементным гелем (см. рис. 5.16). Плотный цемент-
ный камень (., бетон) без капиллярных проинцаемых
поо можно получить, если В'Ц—0,5 а—0, т. е. а 2 d/ц.
Следовательно, даже при а=1 ВЩ должно быть, не бо-
лее 0,5; область плотных бетонов (без Пкап) ограни ie
на условием B/ZZ^0,5; а = 2 В/Ц. /е п.
Общая пористость цементного камня согласно (5. ).
= 0,29арв + (Д/Д-0.5а) (5,7)
пористости различны по происхождению, местоположе-
нию в цементном камне и влиянию на его структуру и
свойства. Пористость Лг, Пкап, П06щ получают в долях
от единицы объема цементного камня (или в %). Част-
ное значение при рв = 1 т/м3, рц = 3,1 т/м3, /7ВОЭД=0
0,29а +(В/Ц-0,5а)
П°бш~ 0,32 + В/Ц ’ (58>
. Когда в процессе твердения цемента исчезают капил-
лярные поры, гелевая пористость достигает максималь-
ного значения.
Объем пор бетона плотной структуры (и с плотным '
заполнителем) равен пористости цементного камня в .
нем, но уже отнесенной к объему бетона (обычно при-
нимают 1 м3):
(5-9)
(В/Ц-0,5а)Ц
Яобш.бет :
В формулу входят Пг=0,29 м3/т, рв=1 т/м3, масса I
Ц, т, объем бетона 1 м3, поэтому /70бщ, Лг и /7кап полу- Я
чаем в долях от единицы объема материала (можно вы- я
разить ив %).
С помощью формул можно определить общую пори-
стость цементного камня и бетона и расчленить ее на
группы. Для этого нужно экспериментально определить 3
степень гидратации цемента а (количественным рентге- J
новскнм анализом либо при помощи автоматического Я
прибора—дериватографа). Поэтому данный метод I
определения групповой пористости бетона называется 1
экспериментально расчетным.
Например, бетон, изготовленный на плотных заполнителях при
/' - • ' i
духовое л екающей добавкой /7,оад=2,5 % и твердевший 28 сут а 4
нормальных условиях (степень гидратации а=0,7), будет иметь еле- й
дующие характеристики пористости:
/70бш = 10,29-0,7+(0,6 - 0,5-0,7)) 0,3 + 0,025 = 0,161 (16.1%); I
Пк = (0,6 — 0,5-0,7) 0,3 = 0,075 (7,5%);
- пористость геля
Лг = 0,29-0,7 0,3= 0,061 (6,1%);
Ук= 0,09-0,7-0,3 = 0,019(1,9 %).
Характер пористости оказывает решающее влияние
на все свойства цементного камня и бетона: прочность
зависит от общей пористости, а морозостойкость, про-
ницаемость (для воды, газов), долговечность определя-
ются, главным образом, капиллярной пористостью.
Пористость цементного камня уменьшается, а его
плотность возрастает при снижении начального В/Ц и
увеличении степени гидратации цемента (см. рис. 5.16).
В первый момент после смешения цемента с водой в
цементном тесте будут только капиллярные поры, и их
объем равен объему воды затворения, поэтому соглас-
но (5.5)
г, п в,ц
/7о6щ-ЯКап- рв/рц + ад •
В процессе гидратации общая пористость цементно-
го камня уменьшается, однако капиллярная пористость
снижается быстрее, чем общая пористость. Это явление,
чрезвычайно важное для повышения прочности и долго-
вечности цементного камня и бетона, объясняется тем,
что капиллярные поры заполняются продуктами гидра-
тации цемента.
2. Свойства цементного камня
Прочность цементного камня определяется активно-
стью цемента и его пористостью, которая, в свою оче-
редь, зависит от В/Ц и степени гидратации цемента.
Следовательно, зависимость прочности цементного кам-
ня и бетона от В/Ц выражает в сущности связь прочно-
сти со структурой, характеризуемой пористостью. По
экспериментальным данным в полулогарифмических ко-
ординатах зависимость пористость—прочность изобра-
жается в виде отрезка прямой (рис. 5.17), отвечающего
формуле
Pa = Ri(\-klnn), (5.12)
где Яп —прочность при данной пористости П (2—55%); Я> — проч-
ность при пористости /7=1 %. Л=1/1п/70; /70 - пористость при нуле-
вой прочности (приблизительно составляющая в данных опытах
Время (to) твердения, curr
& JO О О iQOD JOO О 60007000
Из рис. 5.17 видно, что
потенциальная прочность
цементного камня весьма
велика. Цементный ка-
мень с В/Ц=0,093, под-
вергнутый горячему прес-
сованию (при температу-
ре 250 °C и давлении
350 МПа) был очень плот-
ным (пористость 2,13—
3,9%), его прочность на
сжатие через 1 сут соста-
вила 412 МПа, а к 3 мес
достигла 668 МПа, что в
мые высокие марки бетона
(60-80 МПа). Следова-
тельно, далеко не полно-
стью используются вяжущие свойства цемента. Применя-
ют в основном бетонные смеси с В/#=0,4—0,8, которые
поддаются уплотнению вибрированием, поэтому порис-
тость цементного камня в бетоне составляет 30—50 %,
а прочность 20—80 МПа.
I Скорость химического взаимодействия клинкерных
минералов с водой можно охарактеризовать увеличени-
ем степени их гидратации во времени (табл. 5.3). Наибо-
лее быстро гидратирующимися минералами цементно-
го клинкера являются трехкальциевый алюминат и трех-
кальциевый силикат; медленная гидратация в началь-
ный период — до 6 мес происходит у двухкальциевого
силиката.
На рис. 5.18 сопоставлены кривые нарастания проч-
ности клинкерных минералов, затворенных водой. Трех-
кальциевый силикат быстро твердеет и приобретает вы-
сокую прочность. Трехкальциевый алюминат отличается
очень быстрым нарастанием прочности, но в дальнейшем
она почти не изменяется. Таким образом, увеличение сум-
марного содержания трехкальциевого силиката и трех-
кальциевого алюмината в цементном клинкере необхо-
димо для получения быстротвердеющих портландцемен-
Влияние тонкости помола цемента на прочность мож-
но проследить по -рис. 5.19. Увеличение удельной поверх-
ности и прочности цемента в начальные сроки твердения
(до 3 сут) объясняется повышением содержания в це-
менте частиц размером меньше 5 мкм. Именно в мел-
кой фракции цемента скапливаются менее твердые ми-
нералы — алит C3S и С3А, быстро реагирующие с водей.
Полная гидратация мелких зерен этих минералов про-
исходит в течение первых 3 сут после затворен .-я цемен-
та водой и дает соответствующий выигрыш в начальной
прочности (табл. 5.4). Прочность в последующие сроки
твердения ( после 7 сут) обусловлена гидратацией внут-
ренней части зерен более крупных фракций цемента.
Химическими добавками — ускорителями твердения
цементного камня — являются: хлорид CaClj, нитрат
Ca(NO3)2 и нитрит кальция Ca(NO2)2, а также их сме-
си: нитрит-нитрат (ННК) и нитрит-нитрат-хлорид каль-
ция (ННХК). Нитрат-ионы и нитрит-ионы ускоряют гид-
ратацию силикатных минералов (алита и белита), а
следовательно, и твердение цементного камня, не ока-
зывая отрицательного влияния на сохранность армату-
ры. Наоборот, нитрит-ионы даже защищают сталь от
коррозии.
Основным методом ускорения твердения портланд-
ментного камня (и бетона) в заводском производстве :
сборных железобетонных конструкций является тепловая п|
сборных железобетонных конструкций является тепловая
обработка в виде пропаривания, электропрогрева и др,
Повышение температуры (при сохранении в нем влаги)
ускоряет процесс гидратации цемента в 7—10 и более
раз, что позволяет получить готовые изделия через 8— Ч
Проницаемость цементного камня определяется его J
пористостью и наличием трещин. Проницаемость зави-
сит от капиллярных пор, пронизывающих цементный ка-
мень (рис. 5.20). Коэффициент проницаемости геля очень Я
мал, он значительно меньше, чем гранита, мрамора и J
других плотных материалов. Коэффициент проницаемос-
ти цементного камня с объемом капиллярных пор не бо- 3
лее 15%. хотя и выше, чем цементного геля (полностью I
гидратированного цемента), ио все же весьма невелик Я
и примерно такой же, как коэффициент проницаемости 1
плотных каменных материалов. Однако усадочные тре-
щины, появляющиеся во время твердения бетона, а так-
же при действии нагрузки, атмосферных факторов (за-
мораживание и оттаивание, попеременное увлажнение и
высыхание), могут сильно увеличить проницаемость; j
Наличие «клинкерного фонда» в виде неполностью гид-
ратированных частиц цемента способствует зарастанию I
трещин и восстановлению монолитности.
На рис. 5.21 приведены результаты интересного опыта. Образ-
ные*сроки (через 1, 2,Р7, *28 сут), фиксировали прочность на растя-
жение, затем половинки образцов плотно соединяли и скрепляли,
после чего такой, составной образец помещали в ванну с водой.
Повторное испытание обнаружило, что половники образцов срос-
лись, место разрыва (трещина) затянулось за счет миграции к
трещине и отложения Са(ОН)2 и других продуктов продолжающейся
гидратации; в результате прочность частично восстановилась. Образ-
цы серии 2 после испытания в возрасте сначала 7 сут, повторно че-
рез 28 сут и к 90 сут снова приобрели прочность, хоть и меньшую,
чем прочность сплошных образцов (см. кривую / на рис. 5.21). Это
чинаясь от поверхности, в глуб
В цементном камне во время эксплуатации железо-
бетонной конструкции одновременно происходят струк-
турные процессы, обусловленные продолжающейся гид-
ратацией цемента, и деструктивные, вызванные нагруз-
кой, неблагоприятными физическими и химическими
воздействиями. Долговечность цементного камня будет
в конечном итоге определяться взаимодействием этих
процессов.
При строительстве зданий и сооружений необходимо
учитывать возможность коррозии цементного камня в
бетоне и предусматривать меры защиты: 1) выбор це-
мента, отвечающего условиям эксплуатации; 2) введе-
ние в бетонную смесь химических добавок; 3) примене-
ние особо плотного бетона; 4) специальную пропитку и
защитные покрытия. Меры, предотвращающие или йу.
ществепно ослабляющие коррозию бетона, увеличивают
долговечность бетонных я железобетоных конструкций.
3. Долговечность цементного камня
На рис. 5.22 можно видеть многообразие физичеекШ^В
и химических воздействий на материал строительных "W'
конструкций.
Разрушение бетона обычно начинается с разрушения
цементного камня, стойкость которого ниже стойкости
плотных каменных заполнителей. Оно может происходить м'
под влиянием физических явлений (насыщения водой, ж
попеременного замораживания и оттаивания, увлажне- Щ
ния и высыхания и т.п.), а также при химическом взаи- I
модействии цементного камня с агрессивными вещества- i
ми, содержащимися в воде или в воздухе, поэтому при ]
выборе цемента учитывают требуемую морозостойкость, ЛЖ|
воздухостойкость и химическую стойкость цементного .||
камня.
Многократное замораживание и оттаивание влажного S{
недостаточно морозостойкого бетона сначала вызывает Н
характерное «шелушение», затем разрушается защит-
ный слой бетона, вслед за этим начинается коррозия 4*1
стальной арматуры (рис. 5.23).
Морозостойкость цементного камня определяется не Я
общей, а капиллярной его пористостью, поскольку вода, |
содержащаяся в порах цементного геля, не переходит в II'
лед даже при сильных морозах. Кривая, изображающая I
зависимость показателя морозостойкости (М — циклы
замораживания и оттаивания) от капиллярной пористое- 1
ти (рис. 5.24), характеризует возможность значительного Д
повышения морозостойкости путем уменьшения объема I !
капиллярных пор.
Капиллярная пористость цементного камня опреде-
ляется водоцментным отношением и степенью гидрата- ®I
ции цемента^ [см. формулу (5.6)], поэтому значение В/Ц . |
в морозостойких бетонах принимают не более 0,4—0,55 *
(в зависимости от условий эксплуатации железобетон- I
ных конструкций), а наибольшей полноты гидратации Я
цемента добиваются созданием оптимальных условий ♦Ч
формирования структуры цементного камня.
При высоких требованиях к морозостойкости ограни- I
чнвают содержание трехкальциевого алюмината в клин- Г
кере (5—8%), поскольку гидроалюминат образует в це-
ментном камне «рыхлые» нестойкие структуры. Чтобы
не снизить морозостойкость, вводят в портландцемент не
более 8 % активной минеральной добавки (диатомита,
трепела и т. п.), иначе возрастает водопотребность це-
мента и соответственно капиллярная пористость цемент-
ного камня.
Применение гидрофобного или пластифицированного
портландцемента (см. §8, гл. 5) взамен обычного повы-
шает морозостойкость в несколько раз (2—4 раза и бо-
лее), так как эти цементы позволяют снизить количест-
во воды затворения и объем капиллярных пор. К тому
же гидрофобизация стенок пор снижает водопоглощение
морозостойкости. С этой ж
вовлекающие добавки и суперпластификаторы (подроб-
нее см. гл. 6).
Воздухостойкость — способность цементного камня '
сохранять прочность в сухих условиях, при сильном на.-.,
менного увлажнения и высыхания. Цементы,' содержа-,
щие активные минеральные добавки осадочного проис-J
хождения, не только менее морозостойки, но и менее
воздухостойки. Объясняется это большой усадкой и Де-j
гидратацией низкоосновных гидросиликатов кальция, ко-
торые образовались при взаимодействии аморфного
кремнезема с гидроксидом кальция. Поэтому, например,
пушюлановый портландцемент не рекомендуется приме-
..— — ---.. -----работающих в сухих
НЯТЬ ДЛЯ J
условиях.
Коррозия цементного камня и ее предотвращение.
Коррозия происходит под действием мягкой воды, рас-
творов кислот, некоторых солей и кислых газов на состав-
ные части цементного камня, главным обпачом ня
Са(ОН)2 и ЗСаО А12О,.6Н2О. ра30м на
Встречающиеся в практике коррозии можно разделить
на три вида: коррозия первого вида начинается обычно
с растворения свободного гидроксида кальция, выделяе-
мого цементом при гидратации; коррозия второго вида
вызвана образованием леткорастворнмых солей при дей-
ствии кислот, кислых газов и других агрессивных веществ
па гидроксид цементного камня (кислотная, маг-
незиальная коррозия); коррозия третьего вида обуслов-
лена образованием в порах цементного камня соедине-
нии, занимающих больший объем, чем исходные
продукты реакции; это вызывает появление внутренних
напряжений и растрескивание (сульфоалюминатная и
щелочная коррозия). В практике редко встречается кор-
розия одного вида. Кроме того, трудно разграничивать
коррозию, например, первого и второго вида. Однако
почти всегда можно выделить преобладающий вид кор-
зионных воздействий запроектировать мероприятия по
защите конструкций от коррозии.
Коррозия первого вида. Выщелачивание Са(ОН)2
происходит интенсивно при действии на цементный ка-
мень мягких вод, содержащих мало растворенных ве-
ществ. -К ним относятся вода оборотного водоснабжения,
равнинных рек в половодье, болотная водаР Содержание
гидроксида кальция в цементном камне через 3 мес твер-
дения составляет 10—15 % (в пересчете на СаО). После
его вымывания и в результате уменьшения концентрации
СаО (менее 1,1 г/л) начинается разложение гидросили-
катов и гидроалюминатов кальция. Выщелачивание
Са(ОН)2 в количестве 15—30% общего содержания в
цементном камне вызывает понижение его прочности на
40—50 % и более. Выщелачивание можно заметить по
появлению белых пятен (подтеков) на поверхности бе-
Для ослабления коррозии выщелачивания ограничи-
вают содержание трехкальциевого силиката в клинкере
Са (ОН)2 является введение в цемент активных минераль-
ных добавок и применение плотного бетона. Активные
минеральные добавки (диатомит, трепел и др.), содер-
жащие аморфный кремнезем, химически связывайся
Са(ОН)2 в нерастворимый гидросиликат кальция: ?
Са (ОН)2 4-gSjO2 + mH2° = CaOSiO2/iH2O.
. Процесс выщелачивания замедляется, когда в поверх-
ностном слое бетона образуется малорастворимый СаСО3
вследствие естественной карбонизации Са(ОН)2 при
взаимодействии с СО2 воздуха. Выдерживание на возду- j
хе бетонных блоков и свай, применяемых для, ёосфуже-1
ния оснований, а также портовых и других гидротехни-
ческих сооружений, повышает Их стойкость.
Коррозия второго вида может происходить в различу
ных формах.
Углекислотная корразия развивается при действии на
цементный камень воды, содержащей свободный диок<3
сид углерода, который разрушает СаСО3 на поверхности^
вследствие образования хорошо растворимого бикарбо- !
,-ната кальция по реакции:
СаСО3 + (С02)своб + Н2О = Са (НСО3)2.
Общекислотная коррозия происходит при действии
растворов любых кислот, имеющих значение водородно- 1
го показателя рН<7 (рис. 5.25), исключение составляют |
полнкремневая и кремнефтористоводородная кислоты, а
Свободные кислоты встречаются в сточных водах про- Я
;мйшленных предприятий; они могут проникать в почву и Я
разрушать бетонные фундаменты, коллекторы и другие 1
подземные сооружения. Кислота образуется также из ?
сернистого газа. В выбросах промышленных предприя- |
тий, кроме SO2, могут содержаться другие кислые газы, j
а также хлор и хлористый водород. Кислота вступает в Я
химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, при
этом образуются растворимые соли (например, СаС12) и
соли, увеличивающиеся в объеме (CaSO4-2H2O):
Са (ОН)2Ч- 2HCI = СаС12 + 2Н2О;
Са (ОН )2 4- H2SO4 = CaSO4 • 2H2O.
Кроме того, кислоты могут разрушать и силикаты j
кальция. Бетон на портландцементе защищают от непо-
средственного действия кислот с помощью слоев из кис- я
лотоупорного цемента.
• Магнезиальная коррозия наступает при воздействии Я
на гидроксид кальция магнезиальных солей, которые |
встречаются в растворенном виде в грунтовых водах и Я
i
всегда содержатся в большом количестве в морской во-
де. Содержание солей в воде мирового океана составля-
ет, г/л: NaCl - 27,2; MgCla - 3,8; MgSO4 - 1,7; CaSO« -
1,2. Разрушение цементного камня вследствие реакции
обмена протекает по следующим формулам:
Са (ОН)2 + MgCI2 = СаС12 + Mg (ОН)2;
Са (ОН)2 + MgSO4 + 2Н2О = CaSO4- 2Н2О + Mg (ОН)2. <
В результате этих реакций образуется растворимая Я
соль (хлорид кальция или 1вуводный сульфат кальция),
вымываемая из бетона. Гидроксид магния представляет . 1
собой бессвязную, не растворимую в воде массу, поэтому Я
реакция идет до полного израсходования гидроксида Л
кальция.
Органические кислоты, как и неорганические, быстро
разрушают цементный камень. Большой агрессивностью 'Я
отличаются уксусная, молочная и винная кислоты. В по- Я
мещениях животноводческих комплексов (коровнйках)ЯИ
свинарниках и т.п.), как правило, бывает влажная ат- j
мосфера в специфические коррозионные воздействия' Я
(рис. 5.26). Жирные насыщенные и ненасыщенные кис- Я
лоты (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая и др.) у
разрушают цементный камень, так как при взаимодей- .«
ствии с гидроксидом кальция они омыляются. Кроме то- Я
го, вредны и масла, содержащие кислоты жирного ряда: j
льняное, хлопковое, а также рыбий жир. Нефть, нефтя- Я
ные продукты (керосин, бензин, мазут, нефтяные масла) Я
не представляют опасности для бетона, если они не со-
держат нафтеновых кислот или соединений серы. Одна-
ко надо учитывать, что нефтепродукты легко проникая'
ют через бетон. Продукты разгонки каменноугольного Я
дегтя, содержащие фенол, могут агрессивно влиять на 1
Коррозия под действием минеральных удобрений, J
Особенно вредны для бетона аммиачные удобрения — Я
аммиачная селитра и сульфат аммония. Аммиачная се- |
литра, состоящая в основном из нитрата аммония Я
NH4NO3, подвергается гидролизу и поэтому в воде дает Я
кислую реакцию. Нитрат аммония действует на гидрок- Я
сид кальция
Са (ОН)2 4- 2NH4NO3 + 2Н2О = Са (NO3)2- 4Н2О + 2NO3.. . J
Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется '
в воде и вымывается из бетона. Хлорид кальция KCI по- Я
вышает растворимость Са(ОН)2 и ускоряет коррозию. Я
Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, со-
стоящий в основном из монокальциевого фосфата J
Са(Н2РО4)2 и гипса, кроме того содержащий еще и не-
которое количество свободной фосфорной кислоты.
Коррозия третьего вида возникает при- действии на
бетон растворов сульфатов и едких щелочей. Сульфо-
алюминатная коррозия возникает при действии на гид-
роалюминат цементного камня морской воды, грунто-
вых и других минерализованных вод, содержащих суль-
фатные ионы:
ЗСаО-А12О3-6Н2О + 3CaSO4 + 25HZO = ЗСаО-A2O3-3CaSO4-31H2O.
Образование в порах цементного камня малораство-
римого трехсульфатного гидросульфоалюмината каль-
ция (эттрингита) сопровождается увеличением объема
этого камня примерно в 2 раза. Развивающееся в порах
нию защитного слоя бетона. Вслед за этимР происходят
коррозия стальной арматуры, усиление растрескивания
бетона и разрушение конструкции. Вместе с тем, могут
оказаться агрессивными сточные воды промышленных
предприятий, а также грунтовые воды.
Если в воде содержится сульфат натрия, то вначале
с ним реагирует гидроксид кальция:
Са (ОН)2 + NaSO4 £ CaSO4 + 2NaOH.
В последующем идет образование гидросульфоалю-
мината кальция вследствие взаимодействия получающе-
гося сульфата кальция и гидроалюмината.
Для борьбы с сульфоалюминатной коррозией ис-
пользуются специальные сульфатостойкие портландце-
Щ елочная коррозия может происходить в двух фор-
мах: под действием концентрированных растворов ще-
лочей на цементный камень и под влиянием щелочей,
имеющихся в клинкере цемента.
При действии растворов щелочей (NaOH, КОН) де-
структивные процессы происходят вследствие карбониза-
ции щелочи в порах цементного камня за счет СО2 воз-
духа. Вблизи испаряющейся поверхности (например,
поверхности бетонного пола) в порах накапливаются
кристаллы Na2CO3- ЮН2О и ^СОз- 1,5Н2О. Возникающее
ление структуры и понижение прочности цементного кам-
ня. Сильнее разрушается от действия щелочей цемент с
высоким содержанием алюминатов кальция вследствие
образования растворимых алюминатов натрия и калия.
Щелочная коррозия встречается на предприятиях основ- W
ной химии.
Коррозия, вызываемая щелочами цемента, происхо-
дит вследствие процессов, протекающих внутри бетона Ж
между его компонентами. В составе цементного клинке- Я
ра всегда содержится разное количество щелочных сое- Л
динений. В составе заполнителей для бетона, в особен-
ности в песке, встречаются реакционно способные моди-’ Ж
фикации кремнезема: опал, халцедон, вулканическое
стекло. Они вступают при обычной температуре в разру- J
шительные для бетона реакции со щелочами цемента.
В результате образуются набухающие студенистые от- -Л
ложения белого цвета на поверхности зерна реакционно»
способного заполнителя, появляется сеть трещин, по- ’-Я
верхность бетона местами вспучивается и шелушйт^И^Я
Разрушение бетона может происходит через 10—15 лет
после окончания строительства.
При наличии в заполнителе реакционноспособного -
кремнезема применяют портландцемент с содержанием |
щелочей не более 0,6 % (в пересчете на NagO+KsO) и I • Л
вводят в цемент активные минеральные добавки (дна- 1
§ 7. ХАРАКТЕРИСТИКИ СОСТАВА И СВОЙСТВ
ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Химический состав клинкера характеризуется содер-
жанием оксидов, %: СаО63—66; SiO2 21—24; А12О34—8;
TiO2+Cr2O3 0,2—0,5; Р2О5 0,1—0,3. Содержание оксида
магния MgO в клинкере не должно превышать 5%.
Используя данные химического.анализа, вычисляют по
формулам расчетный минеральный состав клинкера.
Минеральный состав клинкера выражает содержание
в клинкере (% по массе) главных минералов. Применя-
ют расчетный и прямые экспериментальные методы оп-
ределения минерального состава. Прямые эксперимен-
тальные методы определения минерального состава клин-
кера включают: оптическую и электрическую микроско-
пию, рентгеновский фазовый анализ, микрозондированце-^
(лазерный и ионный микрозонды) и др.
Вещественный состав цемента характеризует содер-
Г А Б Л И Ц А 5.5. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ И ЕГО РАЗНОВИДНОСТИ
жание в цементе (% по массе) основных компонентов:
клинкера, гипса и активных минеральных добавок. Со-
держание минеральных добавок в цементе в зависимос-
ти от их вида соответствует величинам, указанным в
табл. 5.5.
Содержание SO3 в цементе (с учетом вводимой до-
бавки гипса) не должно быть менее 1,5 и не более 3,5 %
(в цементах марок 550 и 600 —до 4 %). Допускается
введение в цемент при его помоле пластифицирующих
в количестве не более 0,3 % массы цемента (по согласо-
2. Свойства портландцемента
Тонкость помола цемента оценивается по стандарту
путем просеивания предварительно высушенной пробы
цемента через сито с сеткой № 008 (размер ячейки в све-
ту 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы
через указанное сито проходило не менее 85 % массы
просеиваемой пробы.
Наряду с ситовым анализом для оценки дисперсности
цемента проводят определение удельной поверхности с
помощью специального прибора — поверхностемера. Да-
же обычный портландцемент марки 400 измельчается
довольно тонко: остаток на сите №008 не превышает
15%, т.е. -85% зерен цемента имеет размер менее I
80 мкм, при этом его удельная поверхность составляет!!
обычно 2500—3000 см2/г.
Истинная плотность портландцемента (без минераль- .
ных добавок) составляет 3,05—3,15. Его насыпная плот- Л
ность зависит от уплотнения и составляет: для рыхлогоМ
цемента 1100 кг/м3, сильно уплотненного до 1600 кг/м3, Л
в среднем 1300 кг/м3.
Водопотребность цемента определяется количеством 1
воды (% массы цемента), которое необходимо для полу- - j
чения цементного теста нормальной густоты. Нормаль- 1
ной густотой цементного теста считают такую его под-.Д
вижность, при которой цилиндр — пестик прибора Вика, Л
погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит И
на 5—7 мм до пластинки, на которой установлено коль- <
цо. Водопотребность портландцемента 24—28 %, при
введении активных • минеральных добавок осадочного Д
происхождения (диатомита, трепела, опоки) водопотреб-
ность цемента повышается до 32—37 %.
Сроки схватывания и равномерность изменения объе~ I
ма цемента определяют в тесте нормальной густоты. I
Сроки схватывания определяют с помощью прибора ’]
Вика путем погружения иглы этого прибора в тесто нор- 1
мальной густоты. Началом схватывания считают время, JВ
прошедшее от начала затворения до того момента, ког- И
да игла не доходит до пластинки на 1—2 мм. Конец Л
схватывания — время от начала затворения до того мо- Я
мента, когда игла погружается в тесто не более чем на .1
1—2 мм. Начало схватывания цемента должно насту- И
пать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — 1
не позднее чем через 10 ч от начала затворения. Для по- 1
лучения нормальных сроков схватывания при помоле I
клинкера вводят добавку двуводного гипса в количестве
до 3,5% ( в пересчете на SO3). Замедление схватывания Я
объясняется отложением на зернах цемента тонких пле-
нок гидросульфоалюмината кальция, образовавшегося. Я
при взаимодействии введенного сульфата кальция с .
трехкальциевым алюминатом. Эти пленки замедляют ‘ 1
диффузию воды к цементным зернам, и скорость их гид- I
ратации уменьшается.
Замедлителями схватывания портландцемента явля-
ются также бура или борная кислота, фосфаты и нитра-
ты калия, натрия и аммония. Нитраты образуют с Ч
Са(ОН)г соединения, хорошо растворимые в воде. Дис-
соцнаций этих соединений увеличивает
ионов кальция, поэтому процесс гидролиза трехЗлЗиГ
вого силиката подавляется, а схватывание SS
вещес?вае(н?по1шепТССПХв?ТЬ'ВаНИе М0Гут °Рга«>™ские
вещества (например, СДБ), адсорбирующиеся на части-
цах цемента и замедляющие их гидратацию
ся схва™вания портландцемента являют-
ся карбонаты и сульфаты металлов. Они образуют пои
взаимодействии с Са(ОН)2, выделяющимся при гидроли-
зная хктальцие?ого силиката, труднорастворимые соеди-
нения. Так действует, например, поташ:
Са (ОН)2 + К2СОз = СаСОз + 2КОН.
В результате химической реакции образуется мало-
растворимый карбонат кальция, гидроксид кальция вы-
водится из сферы реакции и процесс гидролиза трехкаль-
циевого силиката ускоряется. . ’
Влияние хлорида кальция на сроки схватывания
портландцемента зависит от дозировки. При введении в
бетонную смесь в обычной дозировке 1—2 % массы це-
мента хлорид кальция мало влияет на сроки схватыва-
ния, но существенно повышает начальную прочность
бетона, т.е. действует как ускоритель твердения. При
использовании хлорида кальция в качестве противомо-
розной добавки его можно вводить в больших количест-
вах, тогда он ускоряет схватывание, и бетонную смесь
рекомендуется затворять на холоде, чтобы избежать
преждевременного загустевания.
Один из методов ускорения процессов схватывания и
ся центрами кристаллизации, например, в виде заранее
приготовленного измельченного гидратированного цемен-
та. Ускорителями, помимо широко применяемых неорга-
нических солей, могут быть органические вещества, на-
пример триэтаноламин.
Равномерность изменения объема. Причиной нерав-
номерного изменения объема цементного камня являют-
ся местные деформации, вызываемые расширением сво-
бодного СаО и периклаза MgO вследствие их гидрата-
ции. По стандарту изготовленные из теста нормальной
густоты образцы-лепешки через 24 ч предварительного
Лепешки не должны деформироваться; на них не допуск
каются радиальные трещины.
Активность и марку портландцемента определятйт^Я
пытанием стандартных образцов-призм размером 4Х4Х |
X 16 см, изготовленных из цементно-песчаной раствор- М
ной смеси состава 1 : 3 (по массе) и B/ZZ=0,4, при коней- J
стенции раствора по расплыву конуса 106—115 мм. Че- Я
рез 28 сут твердения (первые сутки — в формах во Ж
влажном воздухе, затем после расформовки в течение 'Я
27 сут в ванне с питьевой водой, имеющей температуру' Я
20±2°С) образцы-призмы сначала испытывают на из- |
гиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие;
Все стандартные испытания цементов для определе-
ния их марки по прочности должны производиться толь-’
ко на песке, соответствующем стандарту. Песок нормаль- ‘ ®
ный для испытания цементов —это природный кварце- Ж
вый песок Привольского месторождения с зернами ок- Ж
руглой формы размером 0,5—0,9 мм, содержащий SiQ^‘ Ж
не менее 98 %, примесей глинистых, илистых и пылевид- Ж
Активностыо портландцемента называют его предел i
прочности при осевом сжатии половинок балочек, испы- 1
тайных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности
портландцементов с учетом их предела прочности при
изгибе они подразделяются на марки: 400, 500, 550, 600.
Требования к отдельным маркам цементов по пределам
прочности при сжатии и изгибе приведены в табл. 5.6. <1
У быстротвердеющих портландцементов нормируется
не только 28-суточная прочность, но и начальная — 3-^
суточная. Цемент, которому присвоен государственный
Знак качества, должен обладать стабильными показате- |
лями прочности на сжатие: коэффициент вариации проч- J
пости для цемента марок 300 и 400 не более 5 %, марок
500, 550, 600 —не более 3 %.
Выделение теплоты при твердении. Гидратация це-
мента сопровождается выделением теплоты. В тонких ;
бетонных конструкциях теплота гидратации быстро pagM
свивается и не вызывает существенного разогрева бетона. J
Однако тепловыделение внутренней части массивной !
конструкции может повысить его температуру на 40°C 1
и более по отношению к температуре бетонной смеси при
укладке. Снаружи массив остывает быстрее, чем внутри; .
возникают температурные напряжения, которые нередко j
являются причиной появления трещин в бетоне. Чтобы
котермичные цементы, снижают расход цемента в бето-
д™"”" “ "Л'"<АМ "П"'14'‘ЛИЕ«Н1,Л
В„« пер, йх Предел прочности
:(Йпа)8^“воэр«те*
28 28 ’
Бездобавочный , 400, - 55(5,5) -
600 65(6,5) - 1 600 (60)
Вииротрдаю- 500 45(4,5) 55 (5,5) 60(6) I 400 500 (50)
Шлакопортлавд- 300 - 45 (4 ,5) 55(5,5) 60(6) - | SfiOs
i i IL III! 400 35(3,5) 55 (5,5) 200 (20) Ж
не, а, в случае необходимости применяют искусственное
охлаждение массива.
Не всегда тепловыделение играет отрицательную
роль. Например, при бетонировании конструкций в хо-
лодное время года по способу термоса выделяющаяся
теплота способствует поддержанию положительной тем-
пературы твердеющего бетона.
Термохимические свойства портландцемента зависят
от минерального состава клинкера и тонкости помола.
м1шералщшНпр™П^рОоке'твердения
3 сут 7 сут | 28 сут 6 мес
ЗСаО-SiOj 406 461 486 519 566
2СаО • S1O2 63 105 168 )117 !30
ЗСаОАЬО., ' 1! 11, 876 930 1026
4CaO-AI2O3-Fc2O3 176 252 377 415 ~ i
Данные тепловыделения клинкерных минералов приве-Я
дены в табл. 5.7. Трехкальциевый алюминат и алит отли-
чаются быстрым и высоким тепловыделением; наоборот^
белит выделяет теплоту очень медленно. Следовательно,
снизить экзометрию портландцемента можно, уменьшая
содержание С3А и C3S и соответственно повышая коли-
чество C2S и C4AF. Увеличение тонкости помола порт-
ландцемента усиливает тепловыделение в начале твер-
дения (в первые 1—7 сут). Поэтому для бетонирования •
массивных конструкций применяют портландцемент с \
ограниченным содержанием алита (40—50 %) и трех-
кальциевого алюмината (до 7 %) и с умеренной тонкое- I
тью помола (средняя удельная поверхность 2500— *
3000 см2/г). Интенсивность роста прочности и тепловы-
деления портландцемента зависит от одних и тех же
факторов — все мероприятия, ускоряющие гидратацию 3
цемента, вызывают увеличение тепловыделения и воз-
растание прочности. Это позволяет использовать для при-
ближенной оценки тепловыделения эмпирические фор-
мулы, связывающие тепловыделение и прочностную ха-
рактеристику цемента
Q7 = A₽|'3, • (5.13) I
Правила приемки и хранения цементов. Цемент от-
гружают и принимают партиями от 300 до 4000 т в зави-
симости от годовой мощности цементного завода. Завод
производит паспортизацию цемента и назначает его мар-
ку на основании данных текущего контроля производст-
ва. В паспорте указывается: полное название цемента,
его гарантированная марка, вид и количество добавки
нормальная густота цементного теста, средняя актив-
ность цемента при пропаривании. Для проверки качества
отгружаемой продукции поставщик производит физико-
механические испытания цемента, определяя его проч-
ность в возрасте 3 и 28 сут. По требованию потребителя
поставщик сообщает потребителю результаты физико-
механических и химических испытаний цемента в 10-днев-
ный срок после их окончания.
Цемент отгружают навалом или’ в бумажных пяти-
слойных или шестислойных мешках; массу мешка с це-
ментом указывают на упаковке. При транспортировании
и хранении цемент необходимо защищать от воздействия
влаги и загрязнения. Цементы хранят раздельно по ви-
дам и маркам; смешивание разных цементов не допуска?
§ 8 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЦЕМЕНТА
Для получения портландцемента с заданными специ-
меры: 1) регулирование минерального состава и струк-
туры цементного клинкера, оказывающего решающее вли-
яние на все строительно-технические свойства цемента;
2) введение минеральных и органических добавок, поз-
воляющих направленно изменять свойства вяжущего,
3) оптимизацию тонкости помола и зернового состава
цемента, влияющих на скорость твердения, активность,
1. Быстротвердеющий и особобыстротвердеющий
высокопрочный портландцементы
Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отлича-
ется от обычного более быстрым нарастанием прочности:
через 3 сут твердения его прочность на сжатие не менее
25—28 МПа, т. е. более половины его марочной 28-суточ-
ной прочности (40 и 50 МПа). Быстротвердеющий порт-
ландцемент получают путем тонкого измельчения (с до-
бавкой 3—5 % гипса) алито-алюминатного клинкера:
сумма C3S + C3A в клинкере обычно составляет 60—
65 %; тонкий помол увеличивает реакционную способ-
ность цемента. Обращают особое внимание на тщатель-
ность подготовки сырьевой смеси, обеспечивая опреде-• 1
ленный химический состав смеси и ее гомогенность^ I
Клинкер должен быть хорошо обожжен и быстро ох- . "1
лажден.
Производство быстротвердеющего портландцемента -1
началось в СССР с 1955 г. одновременно с бурным раз- '
стоящее время БТЦ —основной вид вяжущего для изго- I
товления-сборного железобетона. Применение БТЦ в Я
позволяет снизить расход цемента в бетоне на 10—15 %,
ускорить тепловую обработку при меньших энергозат- Я
ратах, увеличить оборот металлических форм и тем са- Я
мым сэкономить металл. Сокращение общей продолжи- J
тельности производственного цикла дает возможность I
получить больше продукции на том же оборудовании. J
Быстротвердеющий портландцемент используют так- I
же в монолитных немассивных железобетонных конст- 3
рукциях для ускорения набора прочности, в особенности
при зимнем бетонировании. Тонкомолотый БТЦ может
быстро портиться под влиянием влаги и СО2 воздуха, '
теряя свою активность. Поэтому его не следует долго
хранить.
Повышенное тепловыделение БТЦ исключает воз-
можность его применения для массивных конструкций, .
а БТЦ с повышенным содержанием трехкайьциевойМ j
алюмината непригоден для бетона, подвергающегося^
сульфоалюминатной коррозии.
Особобыстротвердекиций высокопрочный портланд-
цемент (ОБТЦ) марки 600 в возрасте 1 сут имеет пре-
дел прочности при сжатии 20—25 МПа, а в возрасте
3 сут — 40 МПа. Столь быстрый рост прочности обуслов-
лен высоким содержанием трехкальциевого силиката
(65—68 %) при умеренном количестве трхкальциево-
го алюмината (до 8%) и высокой тонкостью помола!
(удельная поверхность цемента около 4000 см2/г). При-
менение ОБТЦ в высокопрочных бетонах марок М500—
М 600 снижает на 15—20% расход цемента, сокращает Жц
время и энергетические затраты на тепловую обработку 1
железобетонных изделий. №
Сверхбь'стротвердеющий цемент (СБТЦ), разрабо- Н
тайный НИИЦемента, отличается от уже описанного
БТЦ значительно более высокой ранней прочностью, 1(
превышающей через 6 ч после затворения водой 10 МПа. 4.
Применение СБТЦ дает возможность через 1—4 ч полу-
чать без тепловой обработки прочность бетона, достаточ-
ную для распалубки изделий. Для изготовления СБТЦ
требуется вводить в сырьевую смесь галогеносодержа-
щие вещества (например, фторид или хлорид кальция)
и повышать содержание алюминатов. СБТЦ отличается
2. Сульфатостойкие портландцементы
Такие портландцементы изготовляют на основе клин-
кера нормированного минерального состава и применя-
ют для изготовления бетонных и железобетонных конст-
действии сред, агрессивных по содержанию Рв них
сульфатов. • л
По вещественному составу эти цементы подразделяют
на следующие виды: сульфатостойкий портландцемент
марки 400, сульфатостойкий портландцемент с мнне-
шлакопортландцемент марок 300 и 400, пуццолановый
портландцемент марок 300 и 400. Клинкер, применяемый
для получения цементов, по расчетному минеральному
составу должен соответствовать требованиям, указанным
в табл. 5.8.
ЗСаО SiO2. нс более
ЗСаО ЛЬОэ, не более
рита 4Cab>AlaOrFe3Oa, нс
Сульфатостойкий портландцемент предназначается ’Л
не только для изготовления бетонов, подвергающихся’.^
действию сульфатной коррозии, но и для бетонов повы-
шенной морозостойкости.
Сульфатостойкие шлакопортландцемент и пуццола- Ж
новый портландцемент применяют для подземных и Л
подводных частей сооружений, подвергающихся суль- Я
фатной коррозии.
3. Портландцементы с органическими добавками
Такне цементы изготовляют, вводя при помоле клин- J
кера на цементном заводе поверхностно-активные добав- 4
ки в оптимальной дозировке. Поверхностно-активные до- Ч
бавки можно разделить на гидрофилизующие и гид--
рбфобизующие.
К гидрофилизующим добавкам относится сульфитно- Ж
дрожжевая бражка (СДБ), получаемая из сульфитных J
щелоков, образующихся при сульфитной варке цел л юл©-: V
зы. СДБ представляет собой в основном кальциевую Я
соль лигносульфоновой кислоты — лигносульфонат каль- 3
ция, который гидрофилизнрует частицы цемента, т. е. Л
улучшает их смачивание водой, одновременно ослабляя I
силы взаимного сцепления между частицами вяжущего. I
В результате добавка СДБ повышает пластичность це-
ментного теста и подвижность бетонных смесей.
К гидрофобизукнцим добавкам относят мылонафт, Q
асидол, асидол-мылонафт, синтетические жирные кисло- Л
ты и их соли.
Мылонафт представляет собой натриевое мыло наф-
теновых кислот. Общая формула нафтеновых кислот
СпНгл-iCOOH, где л изменяется от 8 до 13. Источником
получения нафтеновых кислот являются щелочные отхо-
ды. образующиеся при очистке продуктов перегонки
нефти (бензина и др.) щелочью. Из них получают тех-j
ническне нафтеновые кислоты, известные под названием!
асидол и асидол-мылонафт. Синтетические жирные кис-
лоты изготовляют путем окисления парафина. Мож-
но применять в качестве добавки как синтетические жир-
ные кислоты, так и кубовые остатки, полученные при
производстве этих кислот.
Молекулы нафтеновых кислот и их солей состоят из
полярной группы (СООН или COONa) и углеводород-
ного радикала. Эти молекулы адсорбируются на части»
пах цемента так, что их углеводородные радикалы об-
ращены наружу; они не смачиваются водой и придают
цементу гидрофобные свойства. Своеобразным «смазоч-
ным» действием тонких ориентированных пленок на ча-
стицах цемента объясняется увеличение подвижности
бетонных смесей.
Пластифицированный портландцемент изготовляют
путем введения при помоле клинкера около 0,25 % СДБ
(в расчете на сухое вещество). Он отличается от обыч-
ного портландцемента способностью придавать раствор-
ным и бетонным смесям повышенную подвижность. Пла-
стифицирующий эффект используется для уменьшения
водоцементного отношения и повышения плотности, мо-
розостойкости и водонепроницаемости бетона. Если же
сохранить В/Ц,^ то можно снизить расход цемента
Гидрофобный портландцемент изготовляют, вводя в
мельницу при помоле клинкера 0,1—0,2% мылонафта,
асидола, синтетических жирных кислот, их кубовых ос-
татков и других гидрофобизующих добавок. Эти вещест-
ва, адсорбируясь на частицах цемента, понижают его
гигроскопичность, поэтому гидрофобный цемент, в от-
личие от обычного, при хранении даже в очень влаж-
ных условиях не портится, т.е. не комкуется и со-
храняет свою активность. В связи с этим гидрофоб-
ные портландцементы рекомендуется поставлять в
районы с высокой влажностью воздуха, а также в
тех случаях, когда неизбежно длительное хранение це-
При изготовлении бетонных смесей, когда происхо-
дит смешивание гидрофобного цемента с заполнителями
и водой, целостность адсорбционных пленок на частицах
цемента нарушается и он нормально реагирует с водой.
Гидрофобизующие вещества, введенные при помоле
клинкера, действуют и как пластификаторы, т. е. плас-
тифицируют бетонные смеси. Такие вещества сохраня-
ются в отвердевших материалах, существенно повы-
шая их водо- и морозостойкость и увеличивая сопро-
тивляемость агрессивным воздействиям среды. Гидро-
фобный цемент был разработан М. И. Хигерови-
чсм и Б. Г. Скрамтаевым; на основе советского опы-
та было начато изготовление этого цемента и за гра-
ницей.
4. Портландцемент с минеральными добавками
Активными минеральными добавками называют при-
родные или искусственные вещества, которые при сме- 1
пищании в тонкоизмельченном виде с воздушной из-
вестью и затворении водой образуют тесто, способнотаД
после твердения на воздухе продолжать твердеть й под
водой. Активные минеральные добавки (называемые I
иначе гидравлическими добавками) содержат диоксид, в
кремния в аморфном, а следовательно, в химически ак- '
вать с Са(ОН)2, образуя гидросиликаты кальция.
Активные минеральные добавки могут быть природ-
ными (естественными) и искусственными. В качестве
природных активных добавок широко используют оса- |
дочные горные породы (диатомит, трепел, опоку, горе-
лые глинистые породы — гл иежи), а также породы вул-
канического происхождения (вулканический пепел, туф,
пемзу, витрофир, трасс). Искусственные активные мине-
ральные-добавки представляют собой побочные продук-
ты и отходы промышленности; быстроохлажденные (гра-
нулированные) доменные шлаки; белитовыи (нефелино- I
вый) шлам —отход глиноземного производства,
содержащий в своем составе до 80 % минерала белита
(двукальциевого силиката); зола-унос — отход, получа- J
емын при сжигании твердого топлива в пылевидном со- 4
стоянии и улавливаемый электрофильтрами и другими
устройствами. Использование отходов промышленности j
для выпуска вяжущих веществ имеет большое народно- j
ет растворимый в воде гидроксид кальция, выделяющий-
ся при твердении портландцемента, при этом повыша-
ется плотность цементного камня, возрастает его сопро-
тивленне коррозии. Поэтому активные минеральные до- 1
бавки применяют для повышения плотности, водостой-
кости и солестойкости бетонов и растворов. Некоторые Я
из них используют для приготовления жароупорных бе- J
тонов и растворов на портландцементе. Портландцемент, .
содержащий активную минеральную добавку в количест-
ве до 5 % и 10—20 % (массы цемента), имеет те же мар-
ки, что и портландцемент (см. табл. 5.6), и близок к не-
му по другим свойствам.
Пуццолановый портландцемент изготовляют путем
добавки с необходимым количеством гипса. Добавокоса-
дочного происхождения (диатомита, трепела, опоки)
должно быть не менее 20 и не более 30 %, а вулканиче-
ских добавок (пемзы, туфа, гл нежа или топливной зо*
лы) не менее 25 и не более 40%. Активная минераль-
ная добавка вначале адсорбирует, а затем химически
связывает Са(ОН)2, образующийся при взаимодействии
алита с водой:
mCa (ОН)2 + SiO2(aKT> + лН2О -► (0,8 — 1,5) CaOSiO2pH2O.
В ходе этого цроцесса, происходящего во влажных
условиях и при положительной температуре, раствори-
мый гидроксид кальция связывается в практически не-
растворимый гидросиликат кальция. В результате значи-
тельно возрастает стойкость бетона к коррозии первого
вида — выщелачиванию Са(ОН)2. Пуццолановый порт-
ландцемент следует применять для бетонов, постоянно
находящихся во влажных условиях (подводных и под-
земных частей сооружений). На воздухе бетон на пуц-
цолановом портландцементе дает большую усадку и в
сухих условиях частично теряет прочность. Кроме того,
бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость
и не годятся для сооружений, подвергающихся замора-
живанию и оттаиванию. Пуццолановый портландцемент
твердеет медленнее, чем портландцемент, в особенности
при низких температурах, поэтому его не следует приме-
нять при зимних бетонных работах. Он обладает срав-
нительно Небольшим тепловыделением, а поэтому его ча-
Шлакопортландцемент — гидравлическое вяжущее
вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Он получает-
ся путем совместного тонкого помола клинкера и грану-
лированного доменного (или электротермофосфорного)
шлака с необходимым количеством гипса. Допускаются
раздельный помол компонентов и их последующее сме-
шение. Количество доменного шлака в шлакопортланд-
цементе должно быть не менее 21 и не более 80 % (мас-
сы цемента). Допускается замена до 10 % шлака трепе-
лом пли другой активной минеральной добавкой.
Доменные шлаки по своему химическому составу на-
поминают цементный клинкер. В них нР^ладают окси-
ды, %: СаО 30—50; SiO2 28—30; А12О3 8—24; МпО 1—3;
MgO 1 — 18; их общее содерн<ание составляет 90—95 %.
Гидравлическая активность шлаков характеризуется мо-
дулями основности (Мо) и активности (Ма).
Модуль основности — отношение содержащихся в
шлаке основных оксидов к сумме кислотных, %; |
М CaO+MgO g 1
"•= SIO.J-AI.O. (5 U?
нбвные шлаки; их Л/о>1, и кислые, имеющие Л40<1.
Более активные — основные шлаки.
Гидравлическая активность доменных шлаков воз-
мото по формуле, %
Ма = A12O3/S1O2. (5.15) Л
Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, Я
обязательно подвергается быстрому охлаждению водой JV
или паром. Эта операция называется грануляцией, так Л
как в процессе быстрого охлаждения шлаковый расплав -4|
распадается на отдельные зерна (гранулы)- Быстрое ох- ж
лаждение препятствует кристаллизации шлака и он пе- Я
реходит в стеклообразное и тонкозернистое химически Л
являющийся активным компонентом^ шлакопортландце-
мента, взаимодействует с гидроксидом кальция и обра-
зует низкоосновные гидросиликаты Cao-SiO2-2,5 Н2О и V
гидроалюминаты 2СаО-А12О3-8Н2О кальция. Процесс М
твердения шлакопортландцемента значительно ускоряет-
ся при тепловлажностной обработке, поэтому его эффек- ж
тивно применять в сборных Изделиях, изготовляемых с
Незначительное содержание в цементном камне Я
Са(ОН)2 повышает стойкость шлакопортландцемента в
мягких и сульфатных водах по сравнению с портландце- Ж
ментом. Тепловыделение при твердении шлакопортланд-
цемента в 2—2,5 меньше, чем портландцемента, поэтому I Л
он является самым подходящим цементом для бетона fl
массивных конструкций. Шлакопортландцемент выгод- "fl
но отличается от пуццоланового портландцемента уме- -ж
ренной водопотребностью, более высокой воздухостой-
костью и морозостойкостью. Он успешно применяется fl
для надземных, подземных и подводных частей соору-
жений. Стоимость его на J5—20 % ниже стоимости порт- ifl
ландцемента. Однако шлакопортландцементу присущ
тот же недостаток, что и пуццолановому портландцемен-
ту — он медленно набирает прочность в первое время
твердения, в особенности при пониженных температурах
Этот недостаток устраняется в быстротвердеющем шла-
копортландцементе, который обладает более интенсив-
ным нарастанием прочности, чем обычный шлакопорт-
ландцемент. Обычный шлакопортландцемент имеет мав-
ки 300, 400 и 500.
Быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400
за 3 сут твердения должен приобрести предел прочности
при сжатии не менее 20 МПа, при изгибе —не менее
3,5 МПа. Этот вид цемента эффективно применять в про-
изводстве бетонных и железобетонных изделий, изготов-
ляемых с применением тепловлажностной обработки.
5. Белый и цветные портландцементы
Основой декоративных цементов является белый
клинкер. Клинкер белого цемента изготовляют из чис-
сидов железа и марганца, которые придают обычному
портландцементу зеленовато-серый цвет. Обжигают
сырьевую смесь на беззольном (газовом) топливе. При
помоле клинкера предохраняют цемент от попадания в
него частиц железа.
Важный показатель качества белого цемента —сте-
степени белизны применяют молочное матовое стекло
МС-14 с коэффициентом отражения не менее 95%. Сте-
пень белизны, определяемая коэффициентом отражения
(в % абсолютной шкалы) должна быть для белого
портландцемента первого сорта не ниже 80, второго сор-
та 75, третьего сорта 68; такой цемент выпускают марок
400 и 500.
Цветные портландцементы (желтый, розовый, крас-
ный и др.) получают совместным помолом белого клинке-
ра с соответствующими минеральными пигментами (ох-
рой, железным суриком и др.).
Белые и цветные цементы применяют для индустри-
альной отделки стеновых панелей, при изготовлении ле-
стничных ступеней, подоконных плит, в дорожных рабо-
тах для цементно-бетонных покрытий площадей, разде-
лительных полос на авто-магистралях, а также для дру-
гих нужд архитектурно-художественного оформление Я
зданий и сооружений.
Цементы для строительных растворов (кладочные ЛЖ
цементы) изготовляют совместным помолом клинкера и - j
минеральных добавок (трепел, опока и известняка), взя- ЗЯ
тых примерно в равных количествах или при соотноше-
ннях до 30 % клинкера и 70 % минеральной добавкйДД
При помоле могут вводиться пластификаторы. Получа-1 \
ются низкомарочные цементы: их активность в среднем'Я Л
в 2—3 раза меньше активности портландцемента, но до- i
статочна для кладочных и штукатурных работ. РасходЯИ
наиболее дорогой и энергоемкой клинкерной части ’ шЯ
этих цементах сравнительно невелик.
6. Тампонажный портландцемент
Тампонажный портландцемент изготовляют измель-
чением клинкера, гипса и добавок. Он прёдназначен для I
цементирования нефтяных и газовых скважин. ЦеменяИ
для холодных скважин испытывают при температуре
22±2°С, для горячих скважин —при 75±3°С. Основная
прочностная характеристика цемента — предел прочнос-
ти при изгибе образцов-балочек размером 4X4X16 см,
изготовленных из цементного теста с В/Д=0,5. Преду-J
сматривается выпуск специальных разновидностей там-
понажного портландцемента: утяжеленного, песчанистой
го, солестойкого низкогигроскопичного.
7. Глиноземистый цемент
По минеральному составу и техническим свойствам 1
такой цемент сильно отличается от портландцемента. J
Глиноземистый цемент — быстротвердеющее и высоко-J
прочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое»
путем тонкого измельчения клинкера, содержащего пре- i
имущественно низкоосновные алюминаты кальция. Од-Л
иокальциевый алюминат СаО-А12Оз определяет быстроёд
твердение,и другие свойства глиноземистого цемента..
В небольших количествах в нем также содержатся дру-
гие алюминаты кальция (СаО-2А12О3) и алюмосили-
кат кальция— геленит 2СаО-Al2O3-SiO2. Силикаты
кальция представлены небольшим количеством белита.
сырьевую смесь, составленную из известняка СаСОз и J
боксита А12О3-пН2О, подвергают спеканию (при темпе-
ратуре около 1300°С) или плавлению (при 1400 °C)’.
Глиноземистый клинкер размалывается труднее, чем
клинкер портландцемента, поэтому на помол затрачива-
ется больше электроэнергии. Кроме того, бокситы пред-
ставляют собой ценное сырье, используемое для произ-
водства алюминия. Эти и другие обстоятельства повы-
шают стоимость глиноземистого цемента и ограничивают
его выпуск. Сырьевая база для выпуска глиноземис-
'того цемента может быть расширена путем использова-
ния некоторых отходов промышленности, содержащих в
своем составе глинозем. В СССР разработан способ про-
изводства глиноземистого цемента путем плавки в домен-
ной печи бокситовой железной руды с добавкой извест-
одновременно выдает- чугун и шлак, представляющий
собой клинкер глиноземистого цемента.
Глиноземистый цемент обладает высокой прочностью,
если он твердеет при умеренной температуре (не выше
25°C), поэтому глиноземистый цемент нельзя применять
для бетонирования массивных конструкций из-за разог-
работке. В процессе твердения глиноземистого цемента
образуется высокопрочное вещество — двухкальциевый
гидроалюминат:
2 (СаО-А12о3) + 11Н2О = 2СаО-А2О3- 8Н2О + 2А1 (ОН)3.
Двухкальциевый гидроалюминат выделяется в виде
пластинчатых гексагональных кристаллов, а гидроксид
алюминия представляет гелевидную массу. Если же тем-
пература бетона превысит 25-30 °C, то наблюдается пе-
реход двухкальциевого гидроалюмината в кубический
трехкальциевый гидроалюминат ЗСаО-А12О3-6Н2О, кото-
рый сопровождается возникновением внутренних напря-
жений в цементном камне и понижением прочности оето-
на в Z—о раза. оземистого цемента яв-
ляется его необычно быстрое твердение. Марки глинозе-
мистого цемента, определяемые по Результатам испыта-
ния образцов 3-суточного возраста: 400. 500 и 600. Как
известно, портландцемент набирает такую прочное
только через 28 сут нормального твердения. Из табл. 5.У
видно, что уже через 1 сут глиноземистый цемент наби-
рает высокую прочность.^
.Ж ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЧНОСТИ ГЛИНОЗЕМИСТОГО №»”"* — Предел IIJ..-4HA A п. ' Г" жж —j Г ряющиеся цементы обладают контролируемым расшире- | нием, которое, проявляясь в стесненных условиях, вызы- 1 вает самоуплотнение цементного камня (и бетона). ' Растворы и бетоны на расширяющихся цементах практи- | 1 чески непроницаемы для воды и нефтепродуктов (керо-
400 230(23) fnn£m Kg. JJJ 280(28) 50» И 6ТО 330(33) 600(60) я 1 сина, бензина и др.), которые вследствие малого поверх- 1 ностного натяжения легко просачиваются через капил- [ \ лярные поры портландцементного камня. Расширяющиеся цементы относятся к числу смешан-
При столь быстром твердении глиноземистый «ме«т Я обладает нормальными сроками схватывания, почти та- 1 кнми же как и портландцемент. Начало схватывания глиноземистого цемента должно наступать не ранее чем | через 30 мин (портландцемента не ранее чем через Я 45 мин), а конец —не позднее чем через 12 ч от начала | ^Т^ловыделение глиноземистого цемента при тверде- -Я НИИ примерно в 1,5 раза больше тепловыделения порт- . ландцемента (250—370 кДж/кг). В продуктах гидратации глиноземистого цемента не содержится Са(ОН)а и трехкальциевого шестиводного гидроалюмината (если температура твердения не превы- Я шает 25°C). Этим объясняется высокая коррозионная V стойкость бетона на глиноземистом цементе в сульфат- 4 ных, морской и углекислой водах. Сильные кислоты раз- Л рушают глиноземистый цемент так же, как и концентри- -я рованные растворы щелочей. Глиноземистый цемент применяют в специальных со- ' тах, для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Л Кроме того, он входит в состав многих расширяющихся Я цементов. |И ных, иногда многокомпонентных вяжущих. Были изучены различные расширяющиеся компоненты цемента, однако 1 наиболее эффективными оказались модификации гидро- сульфоалюмийата кальция. Состав цемента, влажностные 1. условия твердения позволяют регулировать количество и скорость образования кристаллов гидросульфоалюмина- L- та кальция и избежать появления вредных напряжений,. 1 вызывающих растрескивание цементного камня. Совет- ► ские ученые разработали ряд вяжущих, получивших при- знание в СССР и за рубежом. Водонепроницаемый расширяющийся цемент (разра- ботан В. В. Михайловым) является быстрбсхватываю- щимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. - Его получают путем тщательного смешивания глинозе- мистого цемента (~70%), гипса (~2О°/о) и молотого специально изготовленного высокооснбвного гидроалю- мината кальция (~ 10 %). Водонепроницаемый расширя- ющийся цемент был впервые применен для зачеканкн швов тюбингов Московского метрополитена взамен ранее применявшегося свинца. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (разра- ботан И. В. Кравченко) — быстротвердеющее гидравли- ческое вяжущее, получаемое совместным тонким измель- чением высокоглиноземистых клинкера или шлака и при- родного двуводного гипса (до 30 %) или тщательным
8. Расширяющиеся и безусадочные цементы смешиванием тех же материалов, измельченных раздель- но. Гипсоглиноземистый цемент обладает свойством рас-
Портландцементный камень при твердении на возду- S хе высыхает и претерпевает усадку, которая нередко яв- Я ляется причиной усадочных трещин. Чтобы плотно заде- Я лать шов между сборными элементами конструкций и по- # лучить практически непроницаемый раствор, или бетон, необходимо использовать вяжущее вещество, способное j после затворения в начальный период твердения увели- Я чивать свой объем без структурных нарушений. Расши- ширения при твердении в воде; при твердении на возду- хе он проявляет безусадочные свойства. Применяется t | для омоноличивания стыков сборных конструкции, гид- роизоляционных штукатурок, плотных бетонов в железо- бетонном судостроении и при возведении емкостей для хранения нефтепродуктов. иппапПии₽гкпе Расширяющийся портландцемент —гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким из- 219
мельчанием елелую= компонент %™ м--): порт- Я
ландцемеитного к^,н1‘ер 7_10. доменного граиулпро- •
===-;t;s^==^:; 1
нни в течение первых 3 сут. R м„хайло- I
Напрягают,....вменг (разработан В. В. ™'ха'а1°
вым) состоит из 65-75 % портландцемента, 13-20 /о 1
Хтоземистого цемента и 6-10 % гипса; его удельная
поверхность iне менее 3500 см’/г. В процессе расширения |
Гопрмеленных условиях твердения этот Цемент создает. 1
в арматуре, независимо от ее расположения в железобе
тонной конструкции, предварительное напряжение. Сле-
дователыю, химическая энергия вяжущего вещества ис- |
пользуется для получения предварительно напряженных
конструкций без применения механических или термине- И
ских способов, требующих специального оборудования. I
В зависимости от достигаемой энергии самонапряже- «
пня. определяемой по специальной методике и выражае- J
мой в МПа, выделяют: НЦ=2, НЦ=4 и НЦ=6. Нача-
лосхватыванияНЦдолжнонаступатьне ранее чем через
30 мив и конец—не позднее чем через 4 ч после за- 1
творения. Напрягающий цемент быстро твердеет, проч- I
ность НЦ при сжатии через 1 сут должна быть не менее
15 МПа. через 28 сут твердения—50 МПа.
Самонапряженные железобетонные конструкции на |
НЦ отличаются повышенной трещиностойкостью, поэто- j
му НЦ применяют для газонепроницаемых конструкций, ] I
хранилищ бензина, подводных и подземных напорных ]
сооружений, спортивных объектов (например, НЦ успеш-
но применен в основной конструкции искусственного кат-
ка Медео).
§ 9. ГИПСОВЫЕ И ДРУГИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
1. Виды гипсовых вяжущих веществ
Гипсовые вяжущие вещества —это состоящие в ос-
новном из полуводного гипса или ангидрита воздушные
вяжущие, получаемые тепловой обработкой сырья и по-
молом. Сырьем для получения гипсовых вяжущих чаще
всего служит горная порода — гипс, который состоит пре-
имущественно из минерала гипса CaSO4-2H2O. Исполь-
зуют и ангидрит CaSO4, отходы промышленности (фос-
фогипс—от переработки природных фосфатов в су-
перфосфат, борогипс и др.).
В зависимости от температуры тепловой обработки
гипсовые вяжущие вещества подразделяют на две груп-
пы: низкообжиговые и высокообжиговые.
Н иакообжиговые гипсовые вяжущие получают тепло-
вой обработкой природного гипса при низких температу-
рах (ПО— 160°С). Они состоят в основном из полувод-
ного гипса, так как дегидратация сырья при указанных
температурах приводит к превращению двуводного гип-
са в полугидрит CaSO4-0,5H2O:
CaSO4-2H2O = CaSOr0,SH2O + 1,5Н2О.
Реакция дегидратации протекает с поглощением теп-
лоты, для получения 1 кг полуводного гипса из двугидра-
та теоретически надо затратить 580 кДж.
К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам от-
носятся: строительный, формовочный и высокопрочный
Строительный гипс изготовляют низкотемпературным
обжигом гипсовой породы (гипсового камня) в варочных
котлах или печах. В первом случае гипсовый камень
сначала размалывают, а потом в виде порошка нагрева-
ют в варочных котлах. Имеются промышленные установ-
ки, в которых совмещены помол и обжиг. При'обжиге в
открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой, вода
из сырья удаляется в виде пара, и гипсовое вяжущее
состоит в основном из мелких кристаллов р-модифика-
ции CaSO4-0,5H2O; содержит также некоторое количест-
во ангидрита CaSO4 и частицы неразложившегося сырья.
Формовочный гипс состоит также в основном из р-
модификации полугидрата CaSO4«0,5H2O. Он содержит
незначительное количество примесей и тонко размалыва-
ется. Применяют его в керамической и фарфоро-фаянсо-
вой промышленности для изготовления форм.
Высокопрочной гипс получают термической обработ-
кой высокосортного гипсового камня в герметичных ап-
паратах в среде насыщенного пара при давлении выше
атмосферного либо кипячением его в водных растворах
некоторых солей с последующей сушкой и размолом в
• лялю™ Он состоит в основном из а-модифика-
тонкии порошок, он с кальция в виде крупных и
ций полуводного су Ф еризу10щИХСЯ пониженной во-
обболее ₽плот„ую структуру отвердевшего
„ CaSO.-ftSHsO и прочность на сжатие 15—25 Mila, ко-
торая может достигать при специальной технологии 60- !
70 Высокообжоговые гипсовые вяжущие вещества изго-
товляют путем обжига'гнпсового камня при высокой тем-
пературе (600—900’С), поэтому они состоят преимущест-
венно’ из ангидрита CaSO,, который частично подверга-
ется термической диссоциации с образованием СаО. Не-
большое количество оксида кальция в составе вяжущего
играет роль активизатора процесса химического взаимо-
действия ангидритового вяжущего с водой. Можно полу-
чить ангидритовое вяжущее и без обжига (по способу
П. П. Будникова)—помолом природного ангидрита с ак-
тивизаторами твердения (известью, обожженным доло-
митом и т. п.).
Высокообжиговый гипс (в отличие от строительного
гипса) медленно схватывается и твердеет, но его водо-
стойкость и прочность на сжатие выше (10—20 МПа),
поэтому его применяют при устройстве бесшовных полов,
в растворах, для штукатурки и кладки, для изготовления
«искусственного мрамора».
2. Твердение, свойства и применение
1ипсовых вяжущих веществ
При твердении строительного гипса происходит хими-
ческая реакция присоединения воды и образования дву-
водного сульфата кальция
CaSO40,5H2O + 1,5Н2О = CaSO4-2H2O.
При гидратации 1 кг p-полугидрата выделяется теп-
лота, равная 133-кДж. Теоретически для гидратации по-
луводного гипса с образованием двуводного гипса требу-
ется 18,6 % воды от массы гипсового вяжущего вещества.
Практически для получения удобоформуемой пла-
стичной смеси строительный гипс требует 50—70 % воды,
а высокопрочный —30—40% воды. Вследствие значи-
тельного количества химически несвязанной воды за-
твердевший гипс имеет большую пористость — 40—60 %
н более. Пористость меньше при использовании высоко-
прочного гипса.
Поскольку растворимость полугидрата в воде 8 г/л
(в расчете на CaSO4), а двугидрата 2 г/л, то вскоре пос-
ле затворения строительного гипса водой создаются усло-
вия для образования в пересыщенном растворе зароды-
шей кристаллов двугидрата. Схватывание (загустевание)
гипсового теста начинается с образования рыхлой прост-
ранственнои коагуляционной структуры, в которой крис-
сталлики двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсо-
выми силами молекулярного сцепления. После схватыва-
ния происходит твердение, обусловленное ростом кри-
сталлов новой фазы, их срастанием и образованием кри-
сталлизационной структуры. Свежеизготовленные гипсо-
вые изделия сушат (при 60—70°C), что повышает проч-
ность контактов срастания кристаллов и самих изделий
вследствие удаления пленочной воды. Можно обойтись
и без сушки, если уменьшить количество воды затворе-
ния за счет введения в гипсовые растворы и бетоны пла-
стифицирующих добавок и применения интенсивного yn*
лотнения.
Основные свойства гипсовых вяжущих: тонкость по-
мола, водопотребность, сроки схватывания, прочность на
растяжение при изгибе и при сжатии (марка).
Тонкость помола характеризуется массой гипсового
вяжущего (% пробы, взятой для просеивания, но не ме-
нее 50 г), оставшегося при просеивании на сите с ячей-
ками размером в свету 0,2 мм. Установлены три степени
помола, обозначаемые соответственно I, II, III: I (грубый
помол) —остаток на сите не более 30 %; II (средний по-
мол)— остаток на сите не более 15%; III (тонкий по-
мол)— остаток на сите не более 2 %.
Водопотребность гипсового вяжущего определяется
количеством воды, % массы вяжущего, необходимым для
получения гипсового теста стандартной консистенции
(диаметр расплыва 180±5 мм).
В зависимости от сроков схватывания гипсового тес-
та стандартной консистенции йыпускают следующие ви-
ды гипсовых вяжущих: быстротвердеющие (обозначают
А) с началом схватывания не ранее чем через 2 мин и
концом —не позднее чем через 15 мин; нормальнотвер-
деющие (обозначают Б) с началом схватывания не ранее
чем через 6 мин и концом —не позднее чем через 30 минj
медленнотвердеющие (обозначают В} с началом схваты-
валяя не ранее чем через 30 мин (конец схватывания не
нормируется).
Прочностные характеристики гипсового вяжущего оп-
ределяют, подвергая испытанию образцы-балочки разме-
ром 40X40X160 мм из гипсового теста стандартной кон-
систенции через 2 ч после изготовления. Для гипсовых,
вяжущих установлены следующие марки в зависимости
от предела прочности при сжатии (,/?Сж) с учетом прочно-'
Маркировка гипсового вяжущего дает информацию о
его основных свойствах^ Например, Г-5-А-П обозначает:
гипсовое вяжущее марки 5 быстротвердеющее, среднего I
помола.
Гипсовые вяжущие в воде снижают свою прочность- *
вследствие растворения CaSO4-2H2O и разрушения кри-
сталлического сростка. Для повышения водостойкости I
гипсовых изделий при изготовлении вводят гидрофобные
добавки, молотый, доменный гранулированный шлак, а
также пропитывают водоотталкивающими составами.
Гипсовые вяжущие марок от Г-2 до Г-7 применяют
для изготовления гипсовых деталей и гипсобетонных из-
делий—перегородочных панелей, сухой штукатурки я
и т. п., а также для приготовления штукатурных раство-
ров (внутренней штукатурки) и получения гппсоцемент-
но-пуццолановых вяжущих (ГЦПВ). Нередко при при-
менении быстросхватывающегося гипса требуется замед-
лить схватывание. С этой целью в воду затворения до-
бавляют животный клей или СДБ, которые адсорбируют-
ся на частицах гипса и образуют адсорбционную пленку,
затрудняющую растворение полугидрага и начало его
схватывания. В процессе твердения гипсовый раствор не-
много увеличивается в объеме, что благоприятствует из-
готовлению архитектурных деталей способом литья
Для тонкостенных изделий (вентиляционные короба и
др.), штукатурных работ, заделки швов применяют гип-
совые вяжущие марок Г-3—Г-25.
Кроме гипсовых вяжущих общестроительного назна-
чения, выпускают гипсовые вяжущие марок Г-5—Г-25
тонкого помола с нормальными сроками схватывания для
изготовления форм и моделей фарфорово-фаянсовых и
керамических изделий. К ним предъявляются дополни-
тельные требования: объемное расширение не более
0,15 %, содержание нерастворимых в НС1 примесей —не
более 1 %, водопоглощение затвердевшего вяжущего —
не менее 30 %.
3. Гилсоцементно-пуццолановые вяжущие
Такие вяжущие (предложены А. В. Волженским) по- -
лучают, смешивая (% по массе) полуводный^гипс (50—
75), портландцемент (15—25) и активную минеральную
добавку (1Q-—25) — трепел, диатомит и т. п. Эти вяжу-
щие относят к числу гидравлических и применяют в за-
водском производстве санитарно-технических кабин, стё-
новыхпанелей и других изделий.
печения стабильности затвердевшего вяжущего. Портг
ландцемент не рекомендуется смешивать с гипсом, так
как получается неустойчивый материал, деформирую-
щийся и разрушающийся вследствие образования высо-
косульфатной формы гидросульфоалюмината кальция,
кристаллизующегося с 31—32 молекулами воды и значи-
тельным увеличением объема. Когда же свободной извес- '
ти в жидкой фазе немного (СаО связывается добавкой в
гидросиликаяы кальция), то получается низкооснбвный
гидросульфоалюминат кальция без заметного увеличе-
ния объема. Добавка как бы ослабляет внутренние на-
пряжения в цементном камне ГЦПВ и обеспечивает ус-
тойчивость его во времени.
4. Магнезиальные вяжущие вещества
Магнезиальные вяжущие вещества (каустический
магнезит и каустический доломит) — тонкие порошки,
главной составной частью которых является оксид маг-
<шя Магнезиальное вяжущее получают умеренным об-
жигом (при 750-850"С) магнезита (реже доломита):
мвсо, = мго + сог.
Магнезиальное вяжущее чаще всего затворяют водным
раствором хлорида магния (или других магнезиальных
солей). Это ускоряет твердение и значительно повышает
прочность, так как наряду с гидратацией оксида магния
происходит образование гидрохлорида магния 3MgO-
MgCI2-6HaO. При затворении водой оксид магния гид-
ратируется очень медленно.
Магнезиальное вяжущее относят к воздушным вяжу-
щим веществам. Оно отличается высокой прочностью,
достигающей при сжатии 60—100 МПа, хорошо сцепля-
ется с деревом, поэтому его можно применять для из-
готовления фибролита и магнезиально-опилочных (кси-
лолитовых) полов — монолитных И ПЛИТОЧНЫХ.
5. Жидкое стекло и кислотоупорный
кварцевый цемент
Жидкое стекло представляет собой коллоидный вод-
ный раствор силиката натрия или силиката калия,-име-
ющий плотность 1,3—1,5 при содержании воды 50—
70%.
Состав щелочных rii iiii.jmi г.i j ра;i. icгея форм\ ioii
R2O-mSiO2, где R—Na или К; m — модуль жидкого стек-
ла; m натриевого стекла составляет 2,6—3,5; m калиево-
го стекла—3—4. Натриевое стекло варят из кварцевого
песка и соды в стеклоплавильных печах, как обычное
стекло, и когда расплав застывает, образуются твердые
прозрачные куски с желтоватым, голубоватым или слабо
зеленым оттенком, называемые силикат-глыбой. Жидкое
стекло получают, растворяя раздробленные куски сили-
кат-глыбы в воде при повышенной температуре и давле-
нии 0.6—0,7 МПа. Силикат натрия должен удовлетво-
рять требованиям, указанным в табл. 5.10.
Натриевое стекло применяют для изготовления кис-
лотоупорных я жароупорных бетонов, для уплотнения
грунтов. Калиевое стекло, более дорогое, применяют пре-
имущественно в силикатных красках. Н
шестая” етекл0 оти°сЯ’' к воздушным вяжущим ве-
ГАБЛИЦА 6.10. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИЛИКАТУ НАТРИЯ
FcjOj-l-AljOs, % не более
Силикаты натрия и калия в воде подвергаются гидро-
лизу с участием СО2 воздуха
NajjSiOa + 2НгО + СО2 = SiO2 - 2Н2О + Na2COs.
Выделяющийся гель кремневой кислоты SiO2*2H2O об-
ладает вяжущими свойствами, а водный раствор имеет
щелочную реакцию. Для ускорения твердения жидкого
стекла к нему добавляют кремнефторид натрия Na2SiFe,
ускоряющий выпадение геля кремневой кислоты и гид-
ролиз жидкого стекла.
Кислотоупорный кварцевый цемент —это порошкооб-
разный материал, получаемый путем совместного помола
чистого кварцевого песка и кремнефторида натрия
(возможно смешение раздельно измельченных компонен-
тов). Кварцевый песок можно заменить в кислотоупор-
ном цементе порошком бештаунита или андезита. Кисло-
тоупорный цемент затворяют водным раствором жидкого
стекла, которое и является вяжущим веществом; сам же
Кислотоупорный цемент применяют для изготовления
кислотостойких растворов и бетонов, замазок. При этом
берут кислотостойкие заполнители: кварцевый песок,
гранит, андезит. Прочность при сжатии кислотоупорного’
бетона достигает 50-60 МПа. Будучи стоиюш^ мело.
родной^^к^орнойГ^^лотоупоряый бетон теряет
прочность в воде, а в едких щелочах разрушается.
Из кислотоупорного бетона изготовляют резервуары,
башни и другие сооружения на химических заводах,
ванны в травильных цехах. Кислотоупорные растворы
применяют при футеровке кислотоупорными плитками
(керамическими, стеклянными, диабазовыми) железобе-
тонных, бетонных и кирпичных конструкций на пред-
приятиях химической промышленности.
6. Вяжущие вещества автоклавного
твердения
Пользуясь классификацией автоклавных материалов
по составу исходных материалов, предложенной П. И.
Боженовым, можно выделить следующие группы вяжу-
а) силикатные, приготовленные из сырьевой смеси,
содержащей известь (гашеную или молотую кипелку) и
кварцевый песок, образующие силикаты кальция в про-
цессе автоклавной обработки;
б) шлаковые, изготовляемые с использованием метал-
лургических или топливных шлаков в качестве кремне-
земистого компонента;
в) зольные, приготовляемые с применением золы от
сжигания угля, сланцев, торфа;
г) вяжущие, изготовляемые с использованием отхо-
дов химической (нефелиновый шлам и др.) и горно-добы-
вающей промышленности.
Каждое из указанных вяжущих содержит две глав-
ные части: кремнеземистый компонент (SiO2 в кристал-
лической или аморфной форме) и известь (СаО); вводи-
мые добавки могут регулировать процесс структурирова-
Тверденне этой группы вяжущих основано на техни-
ческом синтезе гидросиликатов кальция, происходящем в
среде насыщенного водяного пара при температуре (в
промышленных автоклавах) 174,5—200°C и соответству-
ющем давлении пара 0,9—1,3 МПа. В результате взаи-
модействпя оксидов SiO2 и СаО с участием воды обра-
зуется группа гидросиликатов — тоберлюритов состава-
228
5CaO-6SiO2-nH2O с различным количеством воды (л—
3—10,5). Тоберморитам, обусловливающим высокую
прочность автоклавных материалов, могут сопутствовать
плохо закристаллизованные гидросилнкаты.
Вяжущие автоклавного твердения применяют для
изготовления разнообразных материалов: пористые (га-
зосиликат, пеносиликат)—для теплоизоляции элементов
наружных стен и покрытий зданий; плотные — для кон-
струкционных элементов.
Использование промышленных отходов, не требую-
щих обжига, для бесцементных вяжущих материалов да-
ет возможность экономить топливо и энергию, получать
сравнительно низкую их себестоимость и одновременно
решать экологические проблемы защиты среды от за-
грязнения отходами производства.
§ 10. РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА
ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
В двенадцатой пятилетке предусмотрен выпуск в
1990 году 140—142 млн. т цемента, улучшение его каче-
ства, а также расширение производства высокомароч-
ных, специальных и многокомпонентных цементов.
В годы первых пятилеток и особенно после Великой
Отечественной войны цементная промышленность быстро
развивается. Производство цемента в СССР за период
1950—1975 гг. возросло в 12 раз и достигло в 1984 г.
130 млн. т.
Среди современных вяжущих веществ основным яв-
ляется портландцемент, с которым связана эпоха желе-
зобетона в строительстве. Мировое производство цемен-
та в 1980 г. составило 888 млн. т, из них в СССР в 1982 г.
было выпущено 125 млн. т, а в США 76 млн. т цемента;
выпуск цемента на душу населения в 1981 г. составил в
СССР 475 кг, а в США—331 кг. С 1962 г. СССР зани-
мает первое место в мире по объему производства це-
мента. Неуклонно возрастает средняя марка цемента,
кг/см2: 1975 г. —359, в 1977 г. —405, в 1980 г. —410.
Существенно улучшается ассортимент цементов, уве-
личивается производство быстротвердеющих портландце-
мента и шлакопортландцемента. Экономия от примене-
ния 1 т БТЦ марки 600 по сравнению с маркой 400 со-
ставляет 2,5—3 руб. вследствие сокращения расхода
цемента и ускорения производственного цикла изготовле-
KI,я железобетонных изделий. При этом заводская се-
бестоимость железобетонных изделий прн применении
БТЦ снижается на 1,54—2,4 руб/м3.
Повышение марки на одну ступень (100) эквивалент-
но экономии 10-15 % цемента в бетоне.
Введение гндрофобно-пластифицирующих добавок
придает специальные свойства цементам и позволяет
снизить расход цемента на 1 м3 бетона на 10—15 %; эти
же добавки являются интенсификаторами процесса по-
мола клинкера и снижают расход электроэнергии на по-
М° Важнейшей задачей является коренная интенсифика-
ция технологии цемента с одновременной экономней топ-
лива и энергии. Эта задача решается путем перевода це-
ментных заводов с мокрого на сухой способ производст-
ва с использованием метода предварительной подготовки
(декарбонизации) сырья. Значительное снижение затрат
топливно-энергетических ресурсов и решение экологиче-
ских проблем вовлекают в сферу производства вяжущих
веществ промышленные отходы, не требующие обжига
(шлаков, зол, и т. п.).
Потребуется существенно увеличить производство
многокомпонентных местных бесклинкерных вяжущих
для сельскохозяйственного строительства: известково-
шлаковых, сульфатно-шлаковых, известково-зольных и
других для применения в бетонах марки М 150 и ниже,
в ячеистых бетонах и строительных растворах. Это дает
значительную экономию топлива, электроэнергии и рас-
хода цемента. Высокая экономическая эффективность ка-
питальных вложений в производство местных вяжущих
видна из данных табл. 5.1 Г.
Производство строительной извести увеличилось за
период с 1940 до 1975 г. и 3 раза. Потребность в извести
возрастет в связи с развитием производства силикатного
кирпича и силикатных бетонов автоклавносо твердения
иости. Экономически целесообразно" повышение сортно-
сти извести и увеличение выпуска молотой и гидратной
извести (пушонки), а также молотой извести с добавка-
Пронзводство гипсовых вяжущих в 1975 г. составило
4,9 млн т. причем 98 % падает на строительный гипс
Выпуск высокопрочного гипса (он составляет около 2 %)’
будет увеличен. На производство гипсовых вяжущих за-
ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ ДЛЯ БЕТОНОВ МАРКИ М 200
Прочность на сжатие. МПа v5s:«" *
Вид вяжущего' ... 1 I * g Il-
й 1 н И ! ls
Портландце- - 40 40 42 8332 85 100 100
ландцемент 30 30 37,2 7602 77 82 79
Ю-20 15-25 30-40
трачивается в 3—3,8 раза меньше топлива, чем на из-
весть и цемент. Эффективность производства гипсовых
вяжущих по сравнению с известью и портландцементом
видна из данных табл. 5.12.
Положительные свойства гипсовых изделий — малая
энергоемкость технологии, небольшая средняя плотность,
огнестойкость, хорошая звукоизолирующая способность,
гигиеничность и декоративность — позволяют применять
их в различных строительных элементах: стеновых, от-
делочных, акустических, теплоизоляционных.
ВЯЖУЩИХ (ПО А. В. ВОЛЖЕНСКОМУ»
Пяжущне Расход на 1 т вяжущего Капиталов-
СЫРЬЯ. ,
Портландцемент 1 6 150 100 38—41
марки 400 |',25 140 15 30—25
Строительный гипс 40 23
ГЛАВА 6. БЕТОНЫ
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ о БЕТОНАХ
1. Общие сведения
Бетоны — искусственные каменные материалы, полу-
чаемые в результате затвердевания тщательно переме-
шанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, в >
ды мелкого и крупного заполнителей, взятых в опреде-
ленных пропорциях. До затвердевания эта смесь назы-
вается бетонной смесью.
Вяжущее вещество и вода являются активными со-
ставляющими бетона; в результате реакции между ними
образуется цементный камень, скрепляющий зерна за-
полнителей.
Заполнители (песок, гравий, щебень) в большинстве
случаев не вступают в химическое соединение с цемен-
том и водой. Эти материалы образуют жесткий скелет
бетона и уменьшают его усадку, вызываемую усадкой це-
ментного камня при твердении. В легких бетонах порис-
тые заполнители уменьшают плотность и теплопровод-
ность бетона.
Для приготовления заполнителей используют преиму-
щественно местные горные породы и отходы производств
снижает стоимость бетона и делает его в основном мест-
90 %. В случае отсутствия местных доброкачественных
заполнителей для бетона их приходится привозить со
специальных карьеров или заводов.
В бетон могут вводиться специальные добавки, улуч-
шающие свойства бетонной смеси и бетона, повышающие
подвижность бетонной смеси, регулирующие сроки схва-
тывания, ускоряющие твердение бетона в раннем возрас-
те, повышающие его морозостойкость.
2. Классификация бетонов
Основную классификацию бетонов производят по
плотности, зависящей, главным образом, от плотности це-
ментного камня, вида заполнителей и структуры бетона.
С этим связаны основные свойства бетона — прочность,
морозостойкость, водонепроницаемость, теплопровод-
ность и др. Бетоны разделяются на пять видов:
1) особо тяжелый, содержащий такие тяжелые запол-
нители, как стальные опилки или зерна (стальбетон), же-
лезные руды или барит (баритовый бетон); плотность
этих бетонов выше 2600 кг/м3;
2) тяжелый (обычный), содержащий плотные запол-
нители (кварцевый песок, щебень или гравий нз плотных
каменных пород); 'плотность этого бетона 2100—
2600 кг/м3;
3) облегченный, например, с кирпичным щебнем или
крупнопористый (беспесчаный); плотность 1800—
2000 кг/м3;
4) легкий, содержащий пористые заполнители (шлак,
пемзу, туф и т. п.), обычной плотной структуры или круп-
нопористый; его плотность 1200—1800 кг/м3 (чаще
1300—1500 кг/м3);
5) особо легкий, очень пористый, ячеистый (пенобе-
тон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполни-
телями; плотность меньше 1200 кг/м3 (чаще 500—
800 кг/м3).
разделяются на цементный, цементно-полимерный, сили-
катный (на извести), шлакощелочной и другие виды бе-
Бетон —один из основных строительных материалов.
Он ценен тем, что ему можно придавать самые разнооб-
разные свойства, изменяя в широких пределах проч-
ность, плотность, теплопроводность, и изготовлять из него
сборные конструкции, изделия и монолитные сооруже-
ния различной формы и назначения. Бетон широко ис-
пользуют в гражданском, промышленном, гидротехниче-
ском, теплоэнергетическом, дорожном и других видах
строительства.
В зависимости от применения различают бетоны:
обычный — для железобетонных конструкций (фундамен-
тов, колонн, балок, перекрытий, сводов, мостов и т. п.);
гидротехнический — для плотин, шлюзов, облицовки ка-
налов, водопроводно-канализационных сооружений
и т. п.; бетон для стен зданий (главным образом, легкий
бетон) и легких перекрытий; теплоизоляционный особо
легкий (пено- и газобетон); бетон для полов, тротуаров,
дорожных и аэродромных покрытий; специального на-
значения. например кислотоупорный, жароупорный, не-
”Р Нижеподровторассмагриваетсп тяжелый (обычный)
бетон, чаще всего применяемый в промышленном, гидро-
техническом и дорожном строительстве.
3. Основные требования к бетонам
В зависимости от назначения бетоны должны удов-
летворять следующим требованиям:
бетоны для обычных железобетонных конструкции
должны иметь заданную прочность (главным образом,
при сжатии), для сооружений, находящихся на открытом
воздухе кроме того, важна морозостойкость;
бетоны для гидротехнических сооружений должны
обладать высокой плотностью, водонепроницаемостью,
морозостойкостью, достаточной прочностью, малой усад-
кой, малым выделением теплоты при твердении, стойко-
стью против выщелачивающего действия фильтрующих
вод и в ряде случаев стойкостью по отношению к дейст-
вию минерализованных вод;
бетоны для стен отапливаемых зданий и легких пере-
крытий должны иметь небольшие плотность и теплопро-
водность; прочность в соответствии с расчетом;
бетоны для полов должны характеризоваться малой
изнашиваемостью и достаточной прочностью на изгиб, а
бетоны для дорожных и аэродромных покрытий — и мо-
Кроме того, ко всем бетонам и бетонным смесям
предъявляются следующие общие требования: до за-
твердения бетонные смеси должны легко перемешивать-
ся, транспортироваться и укладываться (обладать
подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаивать-
ся; бетоны должны иметь определенную скорость твер-
дения в соответствии с заданными сроками распалубки
изделия или ко
минимальным.
Получить бетон, удовлетворяющий всем поставлен-
ным требованиям, можно при правильном подборе мате-
риалов, точном расчете состава, при механизированных
способах приготовления, укладки и уплотнения бетонной
смеси, а также при правильном уходе за уложенным бе-
тоном в начальный период его твердения. В этот период
для ускорения твердения бетона часто применяется ис-
кусственная тепловлажностная обработка.
§ 2 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БЕТОНА
1. Выбор цемента для бетона
При выборе цемента для бетона учитывают требова-
ния, предъявляемые к бетону (прочность, морозостой-
кость, химическую стойкость и др.), а также технологию
изготовления изделий. Марку цемента рекомендуется вы-
бирать в зависимости от проектной марки бетона при
Ml 00 М200 М250 МЗОО
300 300-400 400 400-500.-
500-600.
На практике наиболее широко применяют портланд-
цемент марок 400—500. Приготовление бетона с исполь-
зованием более высокой марки цемента обеспечивает его
экономию в среднем на 10—15 % при повышении марки
цемента на 10 МПа.
Для изготовления морозостойких бетонов, а также
дуется применять сульфатостойкий портландцемент. Для
быстротвердеющего бетона .используют быстротвердею-
щий цемент. (БТЦ).
Для бетона сборных изделий и конструкций рекомен-
дуется применять цементы с повышенным содержанием
CaS и СзА, обеспечивающие быстрое твердение в услови-
дах сборного, железобетона для ускорения твердения
цемента.
2. Заполнители для бетона
Песок. Природный песок, применяемый для изготов.-.
ления обычного бетона, представляет собой образовав-
ц/уюся в результате выветривания горных пород рыхлую
смесь зерен (крупностью 0,14—5 мм) различных мате-
риалов, входящих в состав изверженных (реже осадоч-
ных) горных пород. При отсутствии пригодного природ-
ного песка изготовляют искусственный песок путем
дробления твердых горных пород, но этот песок стоит
гораздо дороже.
Чаше всего встречаются кварцевые пески с примесью
полевого шпата, листочков слюды и зерен других мине-
палов реже-полевошпатовые, известняковые и другие
пески Кварцевые пески пригодны для бетона любых
марок. Остальные пески, в особенности известняковые и
ракушечные, должны быть предварительно проверены
на прочность в растворе или бетоне требуемой марки.
По условиям залегания пески разделяют на речные,
морские и горные (овражные).
В большинстве случаев зерна речного и морского пес-
ка истираются при переносе водой и имеют поэтому
округлую форму. Наоборот, зерна горных (овражных)
песков —остроугольные. Речные и морские пески обыч-
но более чистые, т. е. содержат меньше глинистых и ор-
ганических примесей, чем овражные. В морском песке
часто имеются примеси известняковых зерен и обломков
раковин, которые легко разрушаются и могут понизить
прочность бетона.
Желательно применять песок с остроугольными зер-
нами. так как он лучше сцепляется с цементным камнем,
придавая бетону большую прочность. В то же время
этот песок должен быть как можно чище. Поскольку
пу чывка песка с.тмг.нз и дор<>м, обычно предпочитают
речной песок. Вообще же выбор песка для бетона про-
изводится всегда с учетом всех его свойств и стоимости.
Для обычного бетона требования к природному песку
следующие:
а) содержание в песке зерен, проходящих через сито
0,14 мм, не должно превышать 10 % > а содержание гли-
нистых. илистых и пылевидных примесей, определяемых
отмучиванием, не должно превышать 3 % по массе. Наи-
более вредна примесь глины, обволакивающей зерна
песка, так как она препятствует сцеплению с цементным
камнем. От этой глины песок можно освободить только
тщательной промывкой;
б) органические примеси (гумусовые и др.) допуска-
ют только в самом небольшом количестве, так как они,
в особенности органические кислоты, понижают проч-
ность и даже разрушают цемент. Для их определения
песок обрабатывают 3 %-ным водным раствором едкого
натра (при соотношении раствора к песку 1:1). Полу-
тша раствор с песком отстаивается в течение 1 сут.
ЧТ°6и после °бРаб0™и песка цвет его был не
мнее светло-желтого. Этот метод называется колори-
метрическим (определение по цвету); в лабораториях
изготовляют для сравнения цветной эталон.
Если песок содержит много органических примесей,
то они вступают в соединение с едким натром и образу-
ют соли, окрашивающие раствор в различные цвета —
от желтого до красного и коричневого в зависимости от
содержания органических веществ. Для бетона, приме-
няемого в наиболее ответственных сооружениях, следует
использовать пески, которые при обработке 3 %-ным
раствором NaOH не дают окрашивания. При светло-жел-
той окраске раствора песок пригоден только для неот-
ветственных конструкций, а при темной окраске (темно-
желтой, красной или коричневой) он без промывки не-
пригоден, так как прочность бетона, приготовленного на
таком песке, понижается более чем на 25 %.
Крупность зерен определяют просеиванием песка че-
рез стандартный набор сит. Сита имеют отверстия в
свету: 5; 2,5; 0,63; 0,3 и'0,14 мм, т. е. размер их уменьша-
ется примерно в геометрической прогрессии. Наличие в
песке зерен крупнее 10 мм не допускается; зерен разме-
ром 5—.10 мм должно быть не более 5 % (по массе).
.. Для просеивания берут среднюю пробу сухого песка
массой 1 кг. Просеивание песка начинают на самом
крупном сите. На каждом сите получается остаток, кото-
рый выражают в процентах; эти остатки называют част-
ными. Частные остатки на ситах характеризуют распре-
деление зерен песка по степени крупности — это так
называемый зерновой (гранулометрический) состав
песка. Кроме того, определяют полные остатки на ситах.
складывая частный остаток на каждом сите с суммой
остатков на предыдущих ситах. Пример определения
зернового состава песка приведен в табл. 6.1.
особый термин — модуль крупности, обозначающий сум-
му полных остатков (в процентах на ситах стандартного
набора), деленную на 100. Для приведенного в табл. 6.1
зернового состава песка модуль крупности Л4Кр=260:
: 100=2,6.
Результаты просеивания песка удобно представить
графически, если по горизонтали отложить размеры от-
верстии сит, а по вертикали — полные остатки на ситах
в процентах. На графике (рис. 6.1) в виде заштрихован-
ной полосы указаны допустимые пределы колебаний зер-
нового состава песка для бетона. При оценке зернового
состава песка учитывают только зерна, проходящие че-
рез сито 5 мм. Кривая просеивания песка, получаемая
по результатам ситового анализа, должна находиться
между верхней и нижней ломаными линиями. Сравнивая
данные табл. 6.1 и рис. 6.1, видим, что песок, взятый для
В зависимости от крупности пески, пригодные для бе-
тона, разделяются следующим образом (табл. 6.2).
Если песок крупный, то это еще не значит, что он
вполне пригоден для бетона. Крупный песок может
иметь большой объем пустот, который придется запол-
нять цементным тестом, что невыгодно. Поэтому полная
характеристика песка может быть дана только с учетом
его пустотности; .
Песок, отсеянный на ситах двух близких номеров,
т. е. состоящий из зерен почти одинаковой крупности,
имеет большую пустотность (40—42 %). При наилучшем
сочетании в песке крупных, средних и мелких зерен пус-
тотность может уменьшаться до 30 %. В хорошем песке
пустотность не. должна превышать 38 %.
Если в бетоне или растворе заполнить цементным тес-
том только пустоты между зернами песка, то получится
малоподвижная, трудная для укладки, очень жесткая
смесь. Необходимо раздвинуть зерна песка и окружить
их цементной оболочкой, которая создавала бы смазку,
обеспечивающую подвижность растворной или бетонной
смеси и скрепляла бы в дальнейшем зерна песка. Чем
крупнее песок, тем меньше общая поверхность зерен и
расход цемента для создания оболочек, так как суммар-
ная поверхность зерен, содержащихся в единице объема,
обратно пропорциональна их диаметру. Однако, как ука-
зывалось выше, песок, состоящий только из крупных зе-
рен, имеет слишком большой объем пустот, и его приме?
нять не следует.
Для бетона наиболее пригоден в основном крупный
песок, содержащий достаточное количество средних и
мелких зерен. При такой комбинации зерен объем пустот
будет малым и поверхность зерен небольшая. Этот оп-
тимальный состав песка соответствует заштрихованной
полосе на рис. 6.1.
Плотность песка зависит от его истинной плотности,
пустотности и влажности и определяется в сухом рых-
лом состоянии (называемом стандартным), для чего пе-
сок насыпают совком с высоты 5 см в пятилнтровый ци-
линдрический сосуд (без встряхивания).
Песок, предназначенный для бетона марок М 200 и
выше или для бетона в конструкциях, подвергающихся
замерзанию в насыщенном водой состоянии, должен
иметь плотность в рыхлом (стандартном) сухом состоя-
нии не ниже 1550 кг/м3; в остальных, более простых слу-
чаях — не ниже 1400 кг/м3.
При встряхивании песок
.уплотняется, и плотность
его может увеличиваться
до 1600—1700 кг/м3. Са-
мый большой объем песок
занимает при влажности
около 5—7%; с повыше-
нием или понижением
влажности объем песка
уменьшается (рис. 6.2).
Это свойство должноучи-
тываться при его приемке
и дозировке (по объему)
Гравий. Гравием назы-
вают рыхлый материал^
образовавшийся в резуль-
тате естественного разру-
шения (выветривания)гор-
ных пород. Гравий состоит
ид более или менее ока-
танных зерен размером
$—70 мм. В нем могут со-
держаться зерна высокой
прочности, например гра-
нитные, и слабые зерна по-
обычно содержит примеси
ристых известняков. Гравий ______
пыли, глины, иногда и органических веществ, а также
песка. При большом содержании песка такой материал
называют песчано-гравийной смесью, или гравилистым
В зависимости от происхождения различают гравий
овражный (горный), речной и морской. Овражный
(горный) гравий обычно загрязнен примесями, речной и
морской — более чистые. Зерна морского и речного гра-
вия вследствие истирания водой обычно имеют округлую
форму, иногда со слишком гладкой поверхностью, не да-
ющей прочного сцепления с цементным раствором, что
понижает прочность бетона. Зерна овражного (горного)
гравия более остроугольные.
Наиболее выгодна малоокатанная (щебневидная)
форма зерен, хуже — яйцевидная (окатанная), еще ху-
же—пластинчатая или лещадная с шириной, в три и
более раз превышающей толщину, и игловатая с дли-
ной, в три и более раз превышающей толщину и ши-
рину. Игловатых и пластинчатых зерен в составе гра-
вия для бетона должно быть не более 15% (по
В зависимости от величины зерен, мм, различают
Крупность гравия определяют, просеивая его через
стандартный набор сит с круглыми отверстиями разме-
ром 70, 40, 20, 10 и 5 (или 3) мм. Среднюю пробу высу-
шенного гравия (масса пробы 10 кг) для просеивания
берут из разных мест штабеля.
При изготовлении бетона большое значение имеет
максимально допускаемая крупность гравия, определяе-
мая размером отверстия сита, на котором полный оста-
ток.не превышает 5 % общей навески. Максимальная
крупность гравия зависит от размера бетонируемых кон-
применять гравий крупнее ‘/( части минимального раз-
мера сечения конструкции и больше минимального рас-
стояния между стержнями арматуры в железобетонной
конструкции. Например, для балки шириной 200 мм
можно использовать гравий с наибольшей величиной зе-
рен (200:4=50 мм). Только для бетонирования плит,
полов и покрытий, в которых бетонная смесь укладыва-
ется легче благодаря их большой площади, применяют
гравий с максимальной крупностью зерен, составляющей
до ’/2 толщины плиты. При изготовлении бетонной смеси
в крупных бетоносмесителях вместимостью больше
• 2000 л для бетонирования массивных сооружений с ред-
кой арматурой можно использовать гравий, наибольшая
крупность которого достигает 120-150 мм.
Желателен в основном крупный гравий, но с доста-
точным содержанием средних и мелких зерен. Подвиж-
ность бетонной смеси одинакового состава и с одинако-
вым количеством воды при крупном гравии больше, чем
при мелком, вследствие меньшей поверхности зерен.
Результаты просеивания гравия обычно наносят на
график, откладывая по горизонтали размеры отверстий
сит наибольший для данного гравия (Д,половин-
ный и наименьший (5 пли 3 мм); по вертикали отклады-
вают полные остатки на ситах в процентах. Данные зер-
нового состава гравия должны располагаться по возмож-
ности в пределах заштрихованной части (рис. 6,3). Пус-
тотность в гравии не должна превышать 45 %.
Влажность гравия (за вычетом воды, поглощенной
зернами) должна учитываться при определении количе-
ства воды, добавляемой в бетонную смесь. На изменение
объема гравия влажность в отличие от песка почти не
влияет.
Прочность зерен гравия должна обеспечивать полу-
чение прочности бетона выше заданной на 20—50 %.
Так как определять прочность зерен гравия трудно (ку-
бики из них выточить нелегко), то ее определяют косвен-
ным путем. Для этого приготовляют кубики из бетона с
испытываемым гравием на цементе известной активно-
сти при водоцементном отношении, рассчитанном для
бетона, прочность которого на 20—50 % превышает за-
данную. При испытании эти кубики должны показать
прочность не ниже вычисленной по расчетным формулам
для бетона с гравием.
Количество зерен слабых пород в гравии допускается
для бетона марки М 100 и выше не более 10%, зерен
пластинчатой (лещадной) и игловатой формы — не бо-
лее 15 % (по массе).
Гравий считается морозостойким, если в насыщенном
водой состоянии он выдерживает без разрушения много-
кратное попеременное замораживание при —15 °C и от-
таивание, причем суммарная потеря в массе зерен будет
не более 10 %, а при морозостойкости выше 50 циклов —
потеря в массе не более 5 %. Морозостойкость требуется
от гравия только в том случае, если он предназначается
для бетонных сооружений, подвергающихся заморажиг
ванию и оттаиванию. В суровых климатических условиях
требуется, чтобы гравий выдерживал не менее 100—200
циклов замораживания и оттаивания; в умеренных —50
циклов; в мягких— 15—25 циклов.
Допускается и ускоренное испытание гравия на моро-
зостойкость (Мрз) путем его переменного насыщения в
растворе сернокислого натрия и высушивания. Требуемое
число циклов в этом случае 5—10—15 соответствует Мрз
25—50—200 циклов обычного испытания замораживани-
ем и оттаиванием. Если потеря в массе зерен гравия со-
ставит при этом соответственно не более 10—5—3 %, то
материал признается пригодным. Если получены неудов-
летворительные результаты, необходимо испьв 1ть моро-
зостойкость гравия обычным способом.
В гравии допускается не более 1 % (по массе) гли-
нистых, илистых и пылевидных примесей, количество ко-
торых определяют отмучиванием. Содержание органиче-
ских примесей в гравии устанавливают, как и в песке,
организуя обычно промывку в карьере.Р Кроме того, на
карьере гравий сортируют, т. е. разделяют на фракции
по крупности путем просеивания через сита или хотя бы
отделяют песок и излишне крупные зерна, т. е. получа-
Для сортировки гравия на фракции иногда вместе с
грохоты с ситами, у которых отверстия увеличиваются
по пути движения материала. Более производительны
современные вибрационные грохоты, которые состоят из
плоских прямоугольных рам с натянутыми на них про-
волочными ситами. Рамы расположены параллельно
одна над другой. Сита приводятся в колебательное дви-
жение, вызываемое вращением неуравновешенного груза
на валу грохота.
том настиле или бетонной площадке, чтобы материал не
загрязнялся землей и чтобы его удобно было брать скре-
пером.
Приемку гравия, как и песка, производят по объему;
< кп ik\ на влажность нс делают. Иногда в природе встре-
чаются готовые смеси песка и гравия. В этих случаях
необходимо проверять постоянство состава и соответст-
вие песчаной и гравийной частей существующим стан-
дартам. Если состав смеси пригоден для бетона и сохра-
няется неизменным, то смесь можно не рассеивать, но
чаще всего смеси по составу непостоянны и их приходит-
ся разделять на песок и 2—3 фракции гравия.
Щебень из природного камня. Щебнем называется
материал, полученный в результате дробления камней
из горных пород, имеющих предел прочности при сжа-
тии от 20 до 120 МПа. Куски щебня имеют остроуголь-
243
»vra форму. Куски, близкие по форме к кубу или тетра-
эдру лучше всего для применения, куски плоской фор-
мы рачительно хуже, гак какони легко ломаются. Форма
щебня зависят от структуры каменной породы и от
типа камнедробильной машины (прн слоистых породах
н простых щековых дробилках получается пластинчатый
щебень) Щебень дробят из граната, диабаза и других
изверженных пород, а также из плотных осадочных по-
род — известняка, доломита и измененных пород—квар-
ЦИТК крупности, зерновому составу, прочности и морозо-
стойкости щебня предъявляют те же требования, что и
к гравию. Щебень чище гравия, обычно он не содержит
органических примесей. Предельное содержание глинис-
тых и пылевидных примесей допускается: для бетонов
марки М 300 и выше 1 % в щебне из изверженных пород
н 2 % в щебне из карбонатных пород; для бетонов
более низких марок соответственно 2 и 3 % (по
Для обычного бетона можно применять щебень толь-
ко из каменных пород, прочность которых выше задан-
ной марки бетона, а именно: необходимая прочность ис-
ходной каменной породы (в насыщенном водой состоя-
нии) /?щ>2Лб для бетона марки М 300 и выше и /?щ>
щением не более 3 % (по массе), а без замерзания — не
более 5 %.
пов: щековых, конусных и валковых. В щековых дробил-
ках камень попадает в пространство между двумя сталь-
ными плитами-щеками, из которых одна укреплена не-
подвижно. а другая качается и раздавливает камень.
Щеки изготовляются из твердой стали в виде рифленых
плит. Размер щебня, получаемого из дробилки, зависит
от ширины выпускного отверстия. Однако из крупной
дробилки нельзя сразу получить мелкий щебень. Поэтому
дробление крупного камня производится последователь-
но в двух-трех дробилках, позволяющих получить ще-
бень постепенно уменьшающихся размеров.
Гравий имеет перед щебнем то преимущество, что
встречается в природе в раздробленном состоянии и дро-
бить приходится только крупйые его куски. Другое пре-
имущество гравия —несколько большая подвижность бе-
между цементным раствором и гладкой поверхностью зе-
рен. Гравий обычно имеет меньший объем пустот из-за
окатанности зерен и меньшего трения при укладке, бла-
годаря чему получается больший выход бетона.
К недостаткам гравия относятся более слабое сцеп-
ление его с цементным раствором при затвердевании,
снижающее прочность бетона, а также загрязненность
глинистыми и другими примесями, вследствие чего час-
ПриУвыборе между гравием и щебнем исходят из их
стоимости и других экономических показателей. Для вы-
Щебень из искусственного камня. Для бетона невысо-
ких марок можно применять щебень из примышленных
В районах, расположенных близ металлургических заво-
дов, для изготовления, обычного бетона можно дробить
щебень из кускового тяжелого отвального или специаль-
но отлитого доменного шлака. Из старых отвалов дроб-
леный шлак можно брать только после того, как он про-
лежал не менее 3 мес на открытом воздухе и не обнару- '
жил признаков распада.
По структуре шлак должен быть кристаллическим, по
химическому составу — кислым1, так как именно в этом
случае он не распадается при медленном охлаждении.
Наоборот, основные шлаки при медленном охлаждении
могут распадаться вследствие перехода содержащегося
в них двухкальциевого силиката из одной формы в дру-
гую с увеличением объема. Кроме того, возможен еще
распад шлака от гашения свободного оксида кальция или
магния в шлаке, а также железистый или марганцевый
распад от перехода закисей этих металлов в оксиды с
увеличением объема. В шлаке допускается содержание
закиси марганца не более 5 %, свободных оксидов CaU
и MgO не должно быть.
Кроме выдерживания шлака в отвалах, должно быть
проведено ускоренное испытание стойкости шлака в ла-
боратории путем пропаривания образцов в автоклаве
под давлением 0,2 МПа в течение 2 ч или в парах кипя-
щей воды пять раз по 3 ч; стойкие по отношению к сила-
---------- СаО-!-MgO
‘ Модуль основности SiOrHil7T
катному распаду шлаки при этом испытании не юлжны
обнаруживать никаких дефектов. Шлаки, стойкие по
отношению к железистому распаду, должны выдержи-
вать без повреждений 30-дневное хранение в дистилли-
Р°ВДоменныеекусковые шлаки имеют плотность (в кус-
ке) не менее 2.1 кг/дм3, прочность на сжатие обычно не
менее 50 МПа. Шлаковый щебень применяют в граждан-
ских и промышленных бетонных и железобетонных со-
оружениях за исключением сооружений, эксплуатирую-
щихся в проточной воде.
Отходы, имеющиеся на кирпичных, черепичных, кера-
мических заводах, а также кирпичный лом, получаемый
от разборки старых и разрушенных зданий при реконст-
рукции городов, можно использовать в бетонах низких
марок (до М 150 включительно), так как в этом случае
бетон разрушается по наиболее слабому месту — цемент-
ному раствору, и применение кирпичного щебня техни-
чески допустимо и часто экономически выгодно. В этих
бетонах можно использовать и щебень, полученный дроб-
лением бракованных бетонных и железобетонных изде-
3. Добавки к бетонам
Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и
экономии цемента применяют различные добавки в бе-
тон. Их подразделяют на две группы. К первой относят-
ся химические вещества, добавляемые в бетон в не- *
большом количестве (0,1—2 % массы цемента) для
изменения в необходимом направлении свойств бетонной
смеси и бетона. Ко второй относят гонкожолотые жаге-
риалы, добавляемые в бетон в количестве 5—20 % и
более для экономии цемента или для получения плотно-
го бетона при малых расходах цемента. К тонкомолотым
добавкам относят золы, молотые шлаки, пески, отхода '
камнедробления и некоторые другие материалы, прида-
ющие бетону специальные свойства (повышающие его
плотность, жаростойкость, изменяющие электропроводи-
мость, окрашивающие и т. п.).
В последнее время наибольшее применение находят
химические добавки. Эти добавки классифицируют по
основному эффекту действия:
I. Добавкй, регулирующие свойства бетонных смесей-
пластифицирующие, т е. увеличивающие подвижность
бетонной смеси; стабилизирующие, т. е. предупреждаю-
щие расслоение бетонной смеси; водоудерживающие,
уменьшающие водоотделение.
2. Добавки, регулирующие схватывание бетонных
смесей и твердение бетона: ускоряющие схватывание, за-
медляющие схватывание, ускоряющие твердение, обеспе-
чивающие твердение при отрицательных температурах
(противоморозные).
3. Добавки, регулирующие плотность и пористость
бетонной смеси и бетона: воздухововлекающие, газообра-
зующие, пенообразующие, уплотняющие (воздухоудаля-
ющие и кольматирующие поры бетона), добавки — регу-
ляторы деформаций бетона, расширяющие добавки.
4. Добавки, придающие бетону специальные свойства:
гидрофобизирующие, т.е. уменьшающие смачивание бе-
агрессивным средам; ингибиторы коррозии стали, повы-
шающие защитные свойства бетона по отношению к ста-
ли; красящие; придающие бактерицидные и инсектицид-
Некоторые добавки обладают полифункциональным
действием, например пластифицирующие, воздухововлека-
ющие, газообразующие, пластифицирующие и др. Нередко
для получения необходимого эффекта полифункциональ-
ного действия применяют комплексные добавки, включа-
ющие несколько компонентов, например добавки одно-
временно пластифицирующие бетонную смесь н инги-
бирующие бетон и т. д. Большое разнообразие добавок и
возможностей их рационального комплексирования по-
зволяет технологу добиваться повышения технологичес-
ких свойств бетонной смеси и бетона, снижения расхода
ных и железобетонных конструкций.
В качестве пластифицирующих добавок широко при-
меняют поверхностно-активные вещества (ПАВ), неред-
ко получаемые из вторичных продуктов и -отходов хими-
ческой промышленности.
ПАВ делят на две группы: первая — пластифицирую-
щие добавки гидрофильного типа, способствующие дис-
пергированию коллоидной системы цементного теста и тем
самым улучшающие его текучесть; вторая - гидрофоби-
зирующне добавки, вовлекающие в бетонную смесь мель-
чайшне пузырьки воздуха, что также улучшает подвиж-
ность бетонной смеси. Молекулы поверхностно-активных
гидрофобных добавок, адсорбируясь на поверхности раз-
дела воздух —вода, понижают поверхностное натяжение
воды и стабилизируют мельчайшие пузырьки воздуха в
цементном тесте.
К добавкам первой группы относят сульфитно-дрож-
жевую бражку (СДБ). Эта добавка представляет собой
в основном кальциевые соли лнгносульфоновых кислот.
Получают ее в виде жидкости из сульфитных щелоков,
образующихся при переработке целлюлозы.
К добавкам второй группы относят: абиетат натрия—
натриевую соль абиетиновой кислоты, получаемую в ви-
де порошка или жидкости путем омыления канифоли
едким натром; омыленный древесный пек (препарат
ЦНИИПС-1) —паста, получаемая нейтрализацией ед-
ким натром жирных кислот древесного пека; мылонафт —
мазеобразное вещество желто-коричневого цвета, пред-
ставляющее собой натриевые соли нерастворимых в во-
де органических кислот, получаемых из отходов при пе-
реработке нефти: асидол — нефтяные кислоты, являющи-
еся отходами при переработке нефти, и др.
ПАВ повышают подвижность бетонной смеси, ее од-
нородность, нерассланваемость, текучесть при перекачи-
вании насосом, способствуют сохранению удобоуклады-
ваемости смеси во времени. Пластифицирующие добавки
позволяют за счет уменьшения расхода воды сократить
на 8—12 % расход цемента либо при неизменном расхо-
де цемента понизить водоцементное отношение и не-
сколько повысить прочность бетона, его водонепроницае-
мость н морозостойкость.
В обычных бетонах в качестве пластификатора широ-
ко используют СДБ. Эта добавка несколько замедляет
твердение бетона в раннем возрасте, поэтому при про-
изводстве железобетонных изделий на заводах ее приме-
няют в сочетании с добавками — ускорителями тверде-
цемента в первые дни твердения, что облегчает возведе-
ние массивных железобетонных сооружений. СДБ в ос-
новном воздействует на цементное тесто, поэтому наибо-
лее эффективно ее применение в бетонах с достаточно
высоким расходом цемента.
Воздухововлекающие добавки используют, главным
образом, в бетонах, от которых требуется повышенная
морозостойкоств,- й в строительных растворах Воздухо-
вовлечение в бетонную смесь несколько понижает проч-
ность бетона. Так, по опытным данным, 1 % вовлеченно-
го воздуха снижает прочность бетона на сжатие на 3 %
поэтому не следует в бетонную смесь с целью ее пласти-
фикации вводить большое количество воздухововлекаю-
щей добавки. Содержание вовлеченного воздуха состав-
ляет обычно 4—5%. В этом случае прочность бетона
практически не снижается, так как отрицательное влия-
ние на прочность бетона вовлеченного воздуха нейтрали-
зуется благодаря повышению прочности цементного кам-
ня вследствие уменьшения водоцементного отношения за
счет пластифицирующего эффекта добавки. Воздуховов-
лекающая добавка гидрофобнзирует поры и капилляры
бетона, а воздушные пузырьки служат резервным объ-
емом для замерзания воды без возникновения больших
внутренних напряжений в бетоне. В результате значи-
тельно повышаются водонепроницаемость и морозостой-
кость бетона. Воздухововлекающие добавки более эф-
фективны в бетонах с малыми расходами цемента.
К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относят
также кремнийорганическне жидкости: метилсиликонат
натрия (ГКЖ-11), этилсиликонат натрия (ГЖК-10) и
этилгидросилоксановая жидкость (ГКЖ-94). Применя-
ют их для увеличения стойкости бетонов и растворов в
агрессивной среде, для повышения долговечности бетона,
а также в качестве гидрофобизаторов поверхности яче-
истых бетонов.
В последнее время разработаны и внедряются в стро-
ительство новые химические добавки — суперп л верифи-
каторы, резко увеличивающие подвижность и текучесть
бетонной смеси и существенно улучшающие строительно-
технологические свойства бетона. В большинстве супер-
которые вводят в бетонную смесь в количестве 0,1—
1,2 % массы цемента.
Действие суперпластификаторов, как правило, огра-
ничено 2—3 ч с момента введения их в бетонную смесь.
Под действием щелочной среды они подвергаются час-
тичной деструкции и переходят в другие вещества, без-
вредные для бетона и не тормозящие процессы его твер-
дения. Введение суперпластификаторов эффективно
для производства сборного железобетона, где увеличение
щих твердение, требует применения специальных мер: м
введения в бетонную смесь одновременно ускорителей
твердения, мягких режимов, тепловой обработки и др.
Кроме того, суперпластификаторы разжижают бетонную Я
смесь в большей степени, чем обычные пластификаторы, -
например, увеличивают подвижность смеси с 2 см до J
20 см по осадке конуса или на 20—25 % уменьшают 1 Я
водопотребность бетонной смеси.
Все это вместе взятое, позволяет эффективно приме- I
пять бетоны с низкими В/Ц и получать высокую проч- I
ность (60—80 МПа) более просто, чем при использова- ) Я
нии других технологических приемов, шире использовать Я
литьевой способ изготовления сборного железобетона J
или укладку бетонной смеси с пониженными В/Ц с по- I
мощью кратковременной вибрации, успешно бетониро- Я
вать конструкции сложного профиля, сокращать время I Д
верхностей, уменьшать расход цемента.
Среди суперпластификаторов-разжижителей широко J
распространена добавка С-3 на основе нафталинсульфо- I
кислоты, предложенная НИИЖБ. Внедряются в строи- Я
тельство также добавки 10-03 ВНИИжелезобетона и 2
КМ-30 ЦНИЭПжилища на основе меламиновой смолы. а
Сильными, разжижителями являются и другие поли-. -Я
мерные добавки, например СПД, ОП-7, 40-03 и т. п. Их Я
следует отнести к добавкам переходного типа так как J
они несколько замедляют твердение бетона. Это вынуж-- Я
дает ограничивать дозировку добавки и тем самым сни- S
жать ее пластифицирующий эффект.
В качестве ускорителей твердения применяют хлорид ш
кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция
и др. При этом необходимо учитывать побочное действие
этих добавок. Например, хлорид кальция способствует] Я
коррозии арматуры, поэтому нормы ограничивают его- Я
максимальную дозировку в железобетоне (менее 2 fl
не допускают его применения в конструкциях с тонкой, и •
предварительно напряженной арматурой, эксплуатируй Д
щихся в неблагоприятных условиях. Сульфат натрия мо- -3
жет вызвать появление высолов на поверхности конст-
рукций, что требует специальных предохранительны?^
мер. В нитрит-нитрат-хлориде кальция ускоряющие дей- |
ствия хлорида сочетаются с ингибирующим действием Ч
нитрата кальция.
В качестве противоморозных добавок применяют по-
таш, хлорид натрия, хлорид кальция и др. Эти добавки
понижают точку замерзания воды и способствуют твер-
дению бетона при отрицательных температурах: чем ни-
же температура твердения, тем выше обычно дозировка
добавки (до 10 % массы цемента и больше).
В качестве газообразующей добавки хорошо исполь-
зовать алюминиевую пудру (ПАК) и ГКЖ-94. Наоборот
для уплотнения структуры бетона добавляют нитрат
кальция, хлорид и сульфат железа, сульфат алюминия,
диэтиленгликолевую ДЭГ-1 или трлэтиленгликолиевую
ТЭГ-1 смолы. Для замедления схватывания применяют
сахарную патоку и добавки СДБ, ГКЖ-10 и ГКЖ-94 в
повышенных дозировках. Для придания бетону специ-
альных свойств используют особые виды добавок, часто
включающие несколько компонентов. Например, для по-
лучения расширяющихся бетонов применяют добавку,
включающую СДБ, алюминиевый порошок, сульфат алю-
миния и хлорид кальция.
Большинство добавок растворимы в воде и их вводят
в бетоносмеситель в виде предварительно приготовленно-
го раствора. Некоторые добавки вводят в виде эмульсии
(ГКЖ-94) или в виде взвесей в воде (ПАК). Оптималь-
ная дозировка добавки зависит от вида цемента, состава
бетонной смеси, технологии изготовления конструкции.
Обычно применяют от массы цемента: 0,1—0,3 % плас-
тифицирующих добавок; 0,5—1 % суперпластификаторов;
0,01—0,05 % воздухововлекающих добавок; 1—2 % уско-
рителей твердения. На практике оптимальную дозировку
добавки определяют опытным путем.
4. Вода для приготовления бетонной смеси
Для приготовления бетонной смеси используют водо-
проводную питьевую, а также любую воду, имеющую
водородный показатель (pH) не менее 4, т. е некислую,
не окрашивающую лакмусовую бумагу в красный цвет;
Вода не должна содержать сульфатов более 2700 мг/л
(в пересчете на SOJ и всех солей более 5000 мг/л.
Сточные воды, содержащие жиры, растительные мас-
ла, сахар, кислоты и т. п., нельзя использовать для за-
творения бетона. Природные воды для затворения бе-
тона должны браться из мест, достаточно удаленных от
места выпуска сточных вод.
В сомнительных случаях пригодность воды для при- 1
готовлення бетонной смеси необходимо проверять срав- J
пительными испытаниями образцов, изготовленных на !
данной воде и на обычной водопроводной.
Морская и другие соленые воды, удовлетворяющие 1
приведенным выше условиям, применяются для приго- J
топления бетонной смеси, за исключением случаев вето-
пирования внутренних конструкций жилых и обществен- S
ных зданий. Морскую воду нельзя применять для бето-
пирования надводных железобетонных сооружений в .1
жарких и сухих местах. Во всех указанных случаях мор- 1
ские соли могут выступить на поверхности бетона, а
также вызвать коррозию стальной арматуры.
§ 3. СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ
И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ БЕТОНА
1. Бетонная смесь
Бетонная смесь представляет собой сложную много-. I
компонентную систему, состоящую из частичек вяжуще-
го, новообразований, возникающих при взаимодействии J
вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды, вводимых в 1
ряде случаев специальных добавок, вовлеченного возду- J
ха. Вследствие наличия сил взаимодействия между дис-
персными частицами твердой фазы и воды эта система .1
приобретает связанность и может рассматриваться как 1
единое физическое тело с определенными физическим^ . >1
й механическими свойствами.
Основное влияние на эти свойства будет оказывать я
количество и качество цементного теста, так как именно J
цементное тесто, являясь дисперсной системой, имеет 1
высокоразвитую поверхность раздела твердой и жидкой i
фаз, что способствует развитию сил молекулярного I
сцепления и повышению связанности системы. В процес- 1
се гидратации цемента (до момента затвердевания) по- -Я
является все большее количество гелеобразных гидрат- j
ных соединений новообразований, что способствует уве- I
личению дисперсности твердой фазы и соответственно Я
повышению клеящей способности цементного теста и его J
связующей роли в бетонной смеси.
Цементное тес го относят к так называемым структу- J
рированным системам, которые характеризуются некото- I
рой начальной прочностью структуры. В цементном тесте
создается определенная структура за счет действия сил
молекулярного сцепления между частицами, окаймлен-
ными тонкими пленками воды. Пленки жидкой фазы
создают непрерывную пространственную сетку в струк-
туре цементного теста, придавая ему свойство пластич-
ности. Прочность начальной структуры, или структурная
вязкость цементного теста, зависит от концентрации
твердой фазы в водной суспензии.
Поведение структурированных систем при приложе-
нии внешних сил существенно отличается от поведения
жидких тел. Если вязкость жидкости (истинная ньюто-
новская) постоянна и не зависит от величины приклады-
ваемого давления (вязкость жидкости меняется только
с изменением температуры), то вязкость структуриро-
ванных систем изменяется (часто на два-три порядка)
даже при постоянной температуре в зависимости от ве-
личины внешних сил, действующих на систему.
Способность структурированных систем изменять свои
реологические свойства под влиянием механических воз-
действия называется тиксотропией. В технологии бетона
это свойство широко используют для формования изде-
лий из малоподвижных и жестких смесей путем воздей-
ствия на них вибрацией, встряхиванием, толчками.
Для производства работ и обеспечения высокого ка-
чества бетона в конструкциях или изделиях необходимо,
чтобы бетонная смесь имела консистенцию, соответству-
ющую условиям ее укладки. Обычно консистенцию бе-
тонной смеси оценивают показателем подвижности или
жесткости бетонной смеси.
Для определения подвижности, т. е. способности сме-
си расплываться под действием собственной массы, и
связанности бетонной смеси служит стандартный конус
(ГОСТ 10181—81). Он представляет собой усеченный,
открытый с обеих сторон конус из листовой стали тол-
щиной 1 мм. Высота конуса 300 мм, диаметр нижнего ос-
нования 200 мм, верхнего 100 мм. Внутреннюю поверх-
ность формы-конуса и поддон перед испытанием смачи-
вают водой. Затем форму устанавливают на поддон и
заполняют бетонной смесью в три приема, уплотняя смесь
штыкованием. После заполнения формы и удаления из-
лишков смеси форму тотчас снимают, поднимая ее мед-
ленно и строго вертикально вверх за ручки. Подвижная
бетонная смесь, освобожденная от формы, дает осадку
свойствами в зависимости от
или даже растекается. I
Мерой подвижности сме- 4
си служит величина осад-
ки конуса, которую из-
меряют сразу же после ]
снятия формы (рис. 6.4). '
В зависимости от осад- 1
ки конуса различают по- |
цвижные (пластичные) бе- j
тонные смеси, величина
осадки конуса для кото-
рых составляет 1—12 см J
и более, и жесткие, кото-
рые практически не дают I
осадки конуса. Однако I
при воздействии вибрации
последние обладают раз-
личными формовочными
состава и использованных
материалов. Для оценки жесткости этих смесей исполь-
зуют свои методы.
Показатель жесткости бетонной смеси определяют на
специальном приборе, который состоит из цилиндричес-
кого сосуда высотой 200 мм с внутренним диаметром
240 мм с закрепленным на нем устройством для измере-
ния осадки бетонной смеси в виде направляющего шта-
тива, штанги и металлического диска толщиной 4 мм с
шестью отверстиями (рис. 6.5)‘.
Прибор устанавливают на виброплощадку и плотно
прикрепляют к ней. Затем в сосуд помещают металличе-
скую форму-конус с насадкой для заполнения бетонной
смесью. Размеры формы-конуса такие же, как при опре-
делении подвижности бетонной смеси, т. е. высота
300 мм, нижний диаметр 200 мм, верхний диаметр
100 мм. Форму-конус с. помощью специального кольца-
держателя закрепляют в приборе и заполняют тремя
слоями бетонной смеси, уплотняя ее штыкованием (2b
раз каждый слой). Затем удаляют форму-конус, пово-
рачивают штатив, устанавливают на поверхности оетон-
иой смеси диск и включают виброплощадку. Вибрирова-
ние при амплитуде 0,5 мм продолжают до тех пор, пока
не начнется выделение цементного теста из двух отвер-
стий диска. Полученное время вибрирования — показа-
тель жесткости бетонной смеси.
В лабораториях иногда используют упрощенный спо-
HbFtt°BPEec1S этому способу испытание
проводят следующим образом. В обычную металдичес-
о». | Смесь
Особо жесткая 0 Жесткая 0 Малоподвиж- 1—4 | более 30 Подвижная Более 15 -
кую форму для приготовления кубов размером 20X20 X *|
Х20 см вставляют стандартный конус. Предварительно с fl
него снимают упоры и немного уменьшают нижний диа- -1
метр, чтобы конус вошел внутрь куба (рис. 6.6). Напол- fl
няют конус также в три слоя. После снятия металличес- fl
кого конуса бетонную смесь подвергают вибрации на ла- fl
бораторной площадке. Вибрация длится до тех пор, пока fl
бетонная смесь не заполнит всех углов куба и ее по- fl
верхность не станет горизонтальной.
Продолжительность вибрирования (с) принимают за 1
меру жесткости (удобоукладываемости) бетонной смеси. J
Стандартная виброплощадка должна иметь следующие -fl
параметры: кинематический момент 0,1 Н-м; амплитуду fl
0.5 мм; частоту колебаний 3000 мин-1. Как показали опы- Я
ты, показатель жесткости, определенный на стандартном fl
приборе, приблизительно в 1,5—2 раза меньше показа- 'Я
теля, полученного по способу Б. Г. Скрамтаева. Класси- _fl
фикация бетонных смесей по степени их жесткости (удо- fl
боукладываемости) приведена в табл. 6.3.
Жесткая бетонная смесь по влажности напоминает fl
сырую землю, при укладке требует длительного вибри- 1
ровання (обычно в 5—10 раз более длительного, чем по- 1
казатель жесткости смеси), прокатки, прессования или J
трамбования. Подвижная смесь хорошо уплотняется Л
кратковременным вибрированием.
Удобоукладываемая бетонная смесь при перевозке не fl
расслаивается, при определении ее подвижности стан-
дартным конусом она садится целиком, не рассыпается, 1
от нее отделяется разжиженное цементное тесто.
Главным фактором, определяющим подвижность бе-
тонной смеси, является расход воды: с его увеличением I
подвижность смеси возрастает. При изменении расхода
цемента в бетоне от 200 до 400 кг/м3 с постоянным рас-
ходом воды изменения подвижности бетонной смеси не ’
ТАБЛИЦА 6.4. МИНИМАЛЬНЫЙ РАСХОД ЦЕМЕНТА
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕРАССЛАИВАЮШЕПСЯ ПЛОТНОЙ
См«.
10 20 40
1 L hll hull 1 |§gS88 |
наблюдается. Подвижность смеси изменяется только с
изменением расхода воды. Эта закономерность, полу-
чившая название закона постоянства водопотребности,
позволяет в расчетах использовать упрощенную зависи-
мость подвижности бетонной смеси только от расхода
С увеличением содержания цементного теста при по-
стоянном В/Ц или с уменьшением количества заполните-
лей подвижность бетонной смеси возрастает. Если це-
ментное тесто взять только в количестве, необходимом
для заполнения пустот между заполнителями, то бетон-
ная смесь получается жесткой, неудобоукладываемой,
склонной к расслоению. Чтобы смесь стала подвижной,
следует не только заполнить пустоты, но и раздвинуть
зерна заполнителя прослойками из цементного теста.
Для получения плотной пластичной и нерасслаивающей-
ся бетонной смеси расход цемента не должен быть мень-
ше значений, приведенных в табл. 6.4.
Применение цемента с более высокой нормальной
густотой понижает подвижность бетонной смеси (при по-
стоянном расходе воды). Бетонные смеси, содержащие
пуццолановый портландцемент с активной кремнеземис-
той добавкой, особенно осадочного происхождения (тре-
пел, диатомит), при одном и том же расходе воды имеют
значительно меньшую осадку конуса, чем смеси с обыч-
ным портландцементом. - *
С повышением содержания воды подвижность бетон-
ной смеси увеличивается. Однако каждая бетонная смесь
обладает определенной водоудерживающей способно-
ТАБЛИЦА 6.5. СНИЖЕНИЕ ВОДОПОТРЕБНОСТИ БЕТОННОЙ СМЕСИ
ПРИ ВВЕДЕНИИ СДБ
Смияетне^отподабво™ %. „р„
500 400 300
1 •°
стью, устанавливаемой опытным путем: при большем со- 1
держании воды часть ее отделяется от бетонной смеси, 1
что недопустимо.
Подвижность бетонной смеси существенно зависит от V
крупности зерен заполнителя. С увеличением крупности Я
зерен суммарная площадь их поверхности уменьшается, Я
снижается их влияние на цементное тесто, в результате и
подвижность бетонной смеси возрастает. Пыль, глинис- 1
тые и другие загрязняющие примеси обычно снижают 1
подвижность бетонной смеси. Подвижность зависит так- J
же от соотношения между песком и щебнем. Наилучшая j
подвижность достигается при некотором оптимальном со- Л
отношении, при котором толщина прослойки цементного
теста между зернами заполнителя максимальна. При со- Л
держании песка в смеси заполнителей сверх этого значе- J
ния бетонная смесь делается менее подвижной, что объ- я
телеГСЯ увел,,чением сУммаРной поверхности заполни- I
Обобщенное представление о влиянии различных фак-
торов на подвижность и жесткость бетонной смеси дает
рис. 6.7, на котором представлена зависимость этих ха-
рактеристик от расхода воды и других факторов.
Введение в бетонную смесь поверхностно-активных
добавок, например СДБ, повышает подвижность бетон-
ной смеси и уменьшает ее водопотребность (табл. 6.5).
Пластифицирующие действия СДБ сильнее в жирных и
пластичных бетонных смесях. При малых расходах це-
мента хорошими пластификаторами являются воздухо-
вовлекающие поверхностно-активные добавки.
Аналогично СДБ влияют на подвижность бетонной
смеси суперпластификаторы (С-3, 10-03 и др.). Однако
их эффективность выше и в подвижных бетонных смесях
они позволяют снизить водопотребность смеси на 20—
25 % • Ввиду многообразия факторов, влияющих на под-
вижность бетонной смеси, трудно заранее определить ее
подвижность или водопотребность по какому-либо гра-
фику или таблице, лучше определять ее подвижность
опытным путем.
Степень подвижности и жесткости (удобоукладывае-
мости) бетонной смеси выбирают в зависимости от раз-
меров конструкции, густоты армирования, способа уклад-
ки и уплотнения. Приблизительно выбирать подвижность
и жесткость бетонной смеси для бетонирования различ-
ных конструкций можно по данным табл. 6.6. Чем слож-
нее конструкция и гуще армирование, тем более подвиж-
ную смесь следует использовать для ее бетонирования.
При перекачивании бетонной смеси насосом осадка конуса
должна быть 6—8 см. Следует учитывать, что подвиж-
ность бетонной смеси с течением времени постепенно
уменьшается вследствие физико-химического взаимодей-
ствия цемента с водой. Особенно сильно ухудшается
удобоукладываемость жесткой бетонной смеси, поэтому
такую смесь следует укладывать в формы как можно
быстрее.
ТАБЛИЦА 6.6. ТРЕБОВАНИЯ К ПОДВИЖНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ
распалубкой, формуемые на виброплощад-
Монолитные густоармированные железобе-
тонные конструкции (бункера, силосы и др.)
2. Структурообразование и твердение бетона
Структура бетона образуется в результате затверде- 1
вания (схватывания) бетонной смеси и последующего j
твердения бетона, Структура бетона определяет его свой- *1
После приготовления и уплотнения бетонной смеси в
результате гидратации цемента происходит медленное J
упрочнение свежеуложенной смеси, однако какое-то вре- 1
мя она еше сохраняет способность к значительным пла- 1
стическим деформациям. После образования заметного
количества новообразований их частицы сближаются и ’I
начинается переход коагуляционной структуры в кри- |
сталлизационную с резким возрастанием прочности. Бе-
тонная смесь затвердевает, возникает твердая структура 4
бетона.
Продолжительность периода формирования структу- j
ры бетона и ее свойства зависят от состава бетона и 4
применяемых материалов. Определяющее значение име- Д
ют вид цемента и химические добавки. Применение быст-
ротвердеющих цементов, добавок-ускорителей твердения,
уменьшение водоцементного отношения и повышение
жесткости или температуры бетонной смеси ускоряют
формирование структуры бетона. Это имеет важное зна-
чение при заводском производстве железобетонных изде-
лий. Схватывание бетонной смеси ускоряется также при
увеличении содержания заполнителя и уменьшении его
крупности.
Введение в бетонную смесь некоторых пластифициру-
ющих добавок, например СДБ, или специальных доба-
вок-замедлителей схватывания замедляет формирование
структуры бетона. Этот прием используют при необходи-
мости перевозки бетонной смеси на дальние расстояния
или при бетонировании в жаркую погоду. Всякое воз-
действие на бетонную смесь с целью ее формоизменения
или уплотнения должно заканчиваться до начала схва-
тывания. Воздействие в более поздние сроки может при-
вести к необратимому нарушению еще слабой первона-
чальной структуры бетона.
Образовавшаяся после затвердевания бетонной смеси
структура тяжелого бетона представляет собой цемент-
ный камень с втопленными в него зернами заполнителя,
имеющий множество пор и пустот разных размеров и
происхождения. В бетоне различают макроструктуру,
представленную системой щебень — цементно-песчаный
раствор; мезоструктуру, показывающую строение систе-
мы песок —цементный камень, и микроструктуру —тон-
кое строение цементного камня и заполнителя.
Макро- и мезоструктуру бетона можно разделить на
три вида в зависимости от величины раздвижки зерен
заполнителя цементным камнем; первый — зерна запол-
нителя значительно раздвинуты цементным камнем и как
бы «плавают» в нем; второй — цементный камень запол-
няет поры между зернами заполнителя и лишь незначи-
тельно раздвигает их, покрывая тонким слоем; третий —
зерна заполнителя контактируют друг с другом через
тонкую прослойку цементного камня, который лишь час-
тично заполняет пустоты между его зернами. Наиболее
оптимальной является структура второго вида, которая
обеспечивает высокую плотность и заданную прочность
бетона при минимальном расходе цемента.
Микроструктура цементного камня в бетоне состоит
из новообразований и непрореагировавших зерен цемен-
та и микропор различных размеров. С увеличением воз-
раста бетона его микроструктура в результате продолжа-
ющейся гидратации цемента изменяется: возрастает коли-
чество новообразований цементного камня, уменьшается
его пористость, изменяется распределение пор по раз-
мерам. Изменение структуры бетона сопровождается из-
менением его свойств: бетон становится прочнее, он
твердеет. -гл»
Бетон твердеет постепенно, причем прочность его при
благоприятных температуре и влажности непрерывно по- 1
вышается. В первые 7 сут после изготовления прочность 1
бетона нарастает быстро, в дальнейшем же, особенно 1
после 28 сут, это нарастание, как показывают результа- I
ты опытов, замедляется.
Скорость нарастания прочности бетона зависит отви- 1
да цемента. В первые дни прочность быстрее нарастает -1
у бетонов на быстротвердеющих цементах. У бетонов на ]
белитовых цементах прочность нарастает -постепенно, но Я
в течение длительного времени. Для твердения бетона не-
обходима теплая и влажная среда. Она может быть соз- “Я
дана в специальных камерах, а также засыпкой бетона .1
песком или опилками, которые постоянно увлажняют;
Если бетон твердеет все время в воде, то он ста но- -д
внтся более прочным, чем при твердении на воздухе. В «
сухой среде через некоторое время после того, как сво- Я
бодная вода испарится, твердение бетона прекращается. Я
Твердение бетона при температуре ниже 15 °C замед-
ляется, а при температуре ниже О °C практически пре- лА
кращается; наоборот, при повышенной температуре и до- -Л
статочной влажности (в горячей воде при температуре до
80 °C, во влажном паре с температурой до 100 °C или в
автоклаве при действии насыщенного водяного пара вы- Я
сокого давления и температуре около 175 °C) твердение Я
бетона идет значительно быстрее, чем в нормальных ус- --Я
ловиях. Это имеет большое практическое значение при Л
изготовлении сборных бетонных и железобетонных дета- Я
лей, а также при бетонировании зимой. Прогревают бе- 1
тон паром или электрическим током. Для ускорения 1
твердения бетона, кроме прогрева, часто применяют хи- .Л
мическиеускорители (хлористый кальций и др.), которые |
вводят в бетонную смесь вместе с водой затворения. j
Прочность бетона при нормальных условиях твердения I
му времени п₽иблнзительпо пропорционально логариф-
Кп = К*~№' <61)-
Нй5=Г“ж»’"""-"™я
Действительная прочность бетона может быть опре-
делена только испытанием контрольных образцов, твер-
деющих в условиях, аналогичных имеющимся на произ-
водстве, или испытанием бетона, выбуренного непосред-
ственно из конструкции или изделия.
§ 4. СВОЙСТВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
Тяжелый бетон получил наиболее широкое примене-
ние в строительстве. Для его приготовления используют
разные виды цемента и заполнители из плотных и прочих
горных пород. В зависимости от вида конструкции или
изделия и предъявляемым к ним требованиям бетон дол-
жен иметь определенную прочность и стойкость в задан-
ных условиях эксплуатации, а свойства бетонной смеси
должны соответствовать принятым способам ее укладки
и уплотнения и обеспечивать получение плотного бетона,
имеющего хорошее сцепление с арматурой в железобе-
тонных конструкциях и предохраняющего ее от корро-
1. Прочность бетона
Прочность бетона — одно из главных его строитель-
ных свойств. Она определяет способность бетона проти-
востоять внешним механическим усилиям. Разрушение
бетона под нагрузкой происходит в том случае, когда по
всему сечению преодолевается предел прочности мате-
риала, т. е. сопротивление отрыву одних частиц от дру-
гих. Разрушению предшествует появление микротрещин
в местах концентрации напряжений, что ведет к посте-
пенному ослаблению структуры бетона. При сжатии бе-
тон разрушается от разрыва в направлении, перпендику-
Прочность бетона Ra к определенному сроку при твер-
дении в нормальных условиях (температура 15—20 °C и
относительная влажность окружающего воздуха 90— i
100%) зависит, главным образом, от двух факторов:
прочности (активности) цемента и водоцементного
отношения В/Ц.
Водоцементным отношением называют отношение
массы воды к массе цемента в свежеизготовленной бе-
тонной смеси, причем учитывают только свободную, не
поглощенную заполнителями воду. Прочность бетона
2И
прямо пропорциональна Я
прочности цемента. Завися? Ж
мость прочности бетона от 1
водоцемёнтного отношения Д
более сложная (имеет вид
гиперболы — рис. 6.8). Эта
зависимость была установле- Ч
на опытами И. Г. Малюгя.^И
(1895 г.), Н. М. Беляева в
(1927 г) и других советских V
и зарубежных (Фере, Аб-
| рамс, Граф) исследователей.
I Зависимость прочности
бетона от водоцементного от-
ношения объясняется еле- Я
дующими причинами. Изве-
стно, что цемент при твер^лД
-----1 дении присоединяет всего ;
10—25 % воды от своей массы в зависимости от качества
цемента и срока твердения. В течение первого месяца Я
связывается не более 20 % воды от массы цемента. Вме-
сте с тем, для придания бетонной смеси подвижности в Я
нее добавляют воды значительно больше (40—70 % мае- • 1
сы цемента, В/Ц=0,4—0,7), так как при В/Ц^0,2 бе- :
тонная смесь была бы почти сухой и ее было бы невозвЯ
можно укладывать в изделие и конструкцию. Избыточ- Я
ная вода, не вступающая в химическую реакцию с ;
цементом, остается в бетоне в виде водяных воздушных 1
пор или испаряется, оставляя на своих местах воздушные 1
поры. В обоих случаях наличие пор ослабляет бетон: чем я
больше их будет, т. е. чем больше водоцементное отно- Я
шение, тем ниже прочность бетона. Таким образом, закон <
водоцементного отношения показывает большое влияние I
плотности бетона на его прочность.
Зависимость прочности бетона от водоцементного от-
ношения соблюдается лишь в определенных пределах 3
последнего. При очень низких водоцементных отношениях,
даже при повышенных расходах цемента и воды не уда-
ется получить достаточно удобообрабатываемых бетон- I
ных смесей и необходимой плотности бетона, поэтому за-
висимость Rr,=f (В/Ц) нарушается: с уменьшением
ВЩ прочность бетона не увеличивается, а даже начина- j
ет уменьшаться (см. рис. 6.8).
Определенную роль в снижении прочности бетона в 1
этом случае играет то, что
гидратация цемента про-
текает благоприятно и до-
статочно полно лишь при
некотором избытке воды
Ц5 Ц5 1 [5 2 25 3 ЩВ
2 I Ц5 Ц5 М H38 ВЩ
нию с тем количеством,
ко Iорое необходимо для
гидратации цемента.
Уменьшение этого избыт-
ка ниже определенных Рис. 6.9. Зависимость прочности бето-
пределов влечет за собой "а от цементно-водного °™°ше"ия
неполноту гидратации и,
следовательно, понижение прочности бетона-
Зависимость прочности от водоцементного отношения
соблюдается строго лишь при испытании бетона на оди-
наковых материалах с близкой подвижностью бетонной
смеси и при применении одинаковых приемов перемеши-
вания, приготовления и укладки бетона. На прочность
бетона, хотя и менее существенное, чем /?ц и ВЩ, за-
метное влияние оказывают также виды цемента, форма
заполнителей, характер их поверхности, способы приго-
товления образцов и другие факторы. При использовании
белитового портландцемента, шлакопортландцемента или
пуццоланового портландцемента прочность бетона в воз-
расте 28 сут при одинаковом водоцементном отношении
может быть на 15—20% ниже, чем бетона на обычном
портландцементе. „
Прочность бетона с гравием обычно на 10—20 % ни-
же прочности бетона со щебнем (при одинаковом ВЩ)
из-за менее прочного сцепления гравия с цементным
раствором. Несколько пониженной прочностью иногда об-
ладают бетоны на мелких песках. Заметное влияние на
прочность бетона оказывают химические добавки. Проч-
ность зерен заполнителей не имеет значения, если она
выше прочности цементного камня. В этом случае бетон
разрушается по наиболее слабому месту цементному
практике часто используют зависимость прочное-
ти не от водоцементного, а от цементно-водного отноше-
ния Ц/В. Эта зависимость показана на рнс. 6.9. при що
в пределах 1-3,3, которое наиболее часто встречается
при₽ приготовлении бетона, эту кривую можно
двумя прямыми. Тогда для расчетов можно использовать
следующие формулы: и5
а) для бетонов с Д/В^2,5 (В/Д^0,4)
^ = ЛИа(^—0.5);
б) для бетонов с Ц/В>2$ (В/Д<0,4)
R6 = AR,(-f + 0.5).
(6.2)
(6.3).
(образцы 15X15X15 см); /?ц — активность цемента; А и 4, — эмпи-
Значение коэффициентов А и Л принимают по та'^Я
Л
Высококачествен. 0,65 0,43
Пониженного ка- S.55 М7
Высококачественными материалами являются: ще- I
бень из плотных горных пород высокой прочности, песок
хорошего зернового состава, портландцемент высокой ак- I
тивности, без добавок или с минимальным количеством I
гидравлической добавки. Заполнители должны быть чис- .
тыми, промытыми, фракционированными с оптимальным 1
зерновым составом смеси фракций. Рядовые материалы:
заполнители среднего качества, отвечающие требованиям
ГОСТ, в том числе гравий, портландцемент средней ак-
тивности или высокопрочный шлакопортландцемент. Ma- I
териалы пониженного качества: крупные заполнители j
низкой прочности и мелкие пески, цементы низкой актив- I
При проектировании состава бетона наиболее часто
используют формулу (6.2). Формулу (6.3) применяют
"Р"^=°.65 и /?С>1,ЗЯ„; при 4=0,6 и R„>1,2 Яц; при
4—0,55 и Яб> Формулы зависимости прочности
бетона от цементно-водного отношения справедливы
только для бетона, уложенного совершенно плотно.
Закон прочности бетона и выражающие его формулы j
шать две практические за-
дачи: первая — при из-
вестных прочности цемен-
та и водоцементном
отношении можно заранее
определить прочность,
приобретаемую бетоном
через 28 сут, вторая — при
заданной прочности бето-
на /?б и известной прочности цемента рассчитать водо-
цементное отношение, необходимое для определения пра-
вильного состава бетона.
Однако приведенные формулы и графики являются
только ориентировочными. На каждой стройке или заво-
де, где ведутся большие бетонные работы, необходимо
проводить предварительные опыты по уточнению зависи-
мости прочности бетона от водоцементного отношения и
других факторов. Для этого готовят из бетона при трех-
четырех значениях водоцементного отношения, например
при 0,4; 0,5; 0,6 и 0,7, по три куба и испытывают их пос-
ле 28 сут нормального твердения. Результаты испытания
наносят на график или уточняют их с помощью формулы,
которые используют при расчете состава бетона из мест-
ных материалов.
Прочность бетона характеризуется его маркой, кото*
рая определяется пределом прочности при сжатии стан-
дартных бетонных кубов размером 150X150X150 мм, из-
готовленных из рабочей бетонной смеси в металлических
формах и испытанных в возрасте 28 сут после твердения
в нормальных условиях. Для тяжелых бетонов применя-
ют марки Ml00, Ml50, М200, М250, М300, М350, М400,
М450, М500, М600.
На производстве необходимо обеспечить заданную
марку бетонов. Превышение заданной марки свыше 15 %
не допускается, так как оно вызывает перерасход це-
Кубы размером 150X150X150 мм применяются в том
случае, когда наибольшая крупность зерен заполнителей
40 мм. При другой крупности заполнителей допускается
применение кубов других размеров с введением переход-
ных коэффициентов к прочности стандартного куба. Для
кубов с длиной ребра 70 мм переходный коэффициент
равен 0,85; соответственно 100 мм—0,95; 200 мм—1,05.
Размер ребра куба, должен быть приблизительно в три
раза больше наибольшей крупности зерен заполнителя.
Марки бетона могут быть определены также и по
прочности на растяжение при изгибе, например для тя-
желых бетонов, применяемых в дорожном и аэродром-
ном строительстве. Прочность бетона на растяжение при
изгибе определяется путем испытания образцов, имею-
щих форму балочек квадратного сечения с размерами,
указанными в табл. 6.8. Прочность бетона при изгибе в
несколько раз меньше прочности бетона при сжатии и его
ЯнКзг°11БвРАЗЦАМ и тело“иям
Размеры образцов, мм"
ЮОХЮО I 400
150X150 «Ж
| 200X200 | Ж
1U1W, mU, М50> M55 —,
s==as5™==i
бетона’ .
-4
ки твердения, превышающие 28 сут (60, 90, 180 сут) со--1
ответственно с графиком работ и сроками строительства
Увеличение расчетного срока твердения бетона сверх
28 сут обеспечивает экономию цемента.
Бетон марок Ml00—Ml50 применяют для оснований,
фундаментов и массивных сооружений с невысокими W
расчетными напряжениями. Для обычных монолитных и
сборных железобетонных конструкций в гражданском и
промышленном строительстве используют бетон марок
М200—М300. Для предварительно напряженных и специ- Д
альных железобетонных конструкций применяют бетон
марок М300—М600.
Качество бетона нельзя достаточно полно оценить по
его средней прочности или марке. На практике всегда
наблюдается отклонение от этой величины. Колебания 1
активности цемента, свойств заполнителей, дозировки /Д
материалов и других факторов приводят к определенной т
неоднородности структуры бетона и к колебанию его
свойств. Более полное суждение о качестве бетона можно
сделать при одновременном учете средней прочности бе- j
тона и его однородности, определяемой на основе стати- j
стического анализа коэффициентом вариации прочности 1
V. который равен отношению среднего квадРа”™™1 J
отклонения отдельных результатов испытаний прочности J
бетона к его средней прочности. Чем выше однородность
бетона, тем с большей надежностью получают задан-
ную прочность бетона.
Коэффициент вариации прочности бетона колеблется
от 0,05 до 0,2. На предприятиях с хорошо налаженной
технологией значение и не превышает 10%. Снижение
коэффициента вариации обеспечивает экономию цемента.
При проектировании железобетонных конструкций
учитывают однородность бетона. Нормативную кубико-
вую прочность бетона Ra, используемую в расчетах, при-
нимают равной:
/?Н = Л1(1 — 1,64о).
При заданной нормативной прочности проектная мар-
ка бетона М будет зависеть от коэффициента вариации.
При п=0,07 М=1,12/?в, при v=0,14 М=1,3/?н и соот-
ветственно на 15—20% возрастет расход цемента.
При проведении статистического контроля качества
бетона, когда суждение о прочности бетона выносится по
результатам большого количества испытаний, расчет
конструкции может производиться не по средней, а по
гарантированной прочности бетона.
Для конструкций, которые проектируют с учетом тре-
бований СТ СЭВ 1406—78 и СНиП 2.03.01—84 прочность
бетона характеризуется классами. Класс бетона опреде-
ляется величиной гарантированной прочности на сжатие
с обеспеченностью 0,95. Бетоны подразделяются на клас-
сы: Bl; В 1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12.5; В15;
В20; В25; ВЗО; В40; В45; В50; В55; В60. Для перехода от
класса бетона В к средней прочности бетона (в МПа),
контролируемой на производстве для образцов 15Х15Х
XI5 см (при нормативном коэффициенте вариации
13,5%) следует применять формулу: =В/0,778. На-
пример, для класса В5 получим среднюю прочность
/?ср=6,43 МПа, для класса В40 /?£р=51,4 МПа.
2. Деформативные свойства бетона
Деформации бетона можно разделить на собственные
деформации — усадку и расширение, возникающие под
действием физико-химических процессов, протекающих в
бетоне; деформации от действия нагрузки, причем раз-
личают деформации от кратковременного действия на-
с?вУия"Н0пТоДЛИТеЛЬ,,0Г0 Дей-
ствия - ползучесть бетон» •
б“оПнТТУРНЫе «'Форма^
Усадка бетона, т ь
уменьшение его объема поп
является при твердении бе'
тона в атмосферных услови-
ях или при недостаточной
влажности среды, способст-
вующеи высыханию бетона
При твердении в воде или во
влажных условиях усадка
резко уменьшается, а в ряде
случаев происходит незначи
вла^Х:Г^адаФ°РМа™Й^
формации, пазванио^та^п^виду^пределяюихстс^фак-
®ЛаЖН0Стная усадка вызывается изменением распре-
деления, перемещением и испарением влаги в образо-
вавшемся скелете цементного камня. Эта составляющая
играет ведущую роль в суммарной усадке бетона. Конт-
ракционная усадка вызывается тем, что объем новообра-
зований цементного камня меньше объема, занимаемого
веществами, вступающими в реакцию. Эта усадка раз-
вивается в период интенсивного протекания химических
реакций между цементом и водой и не столько изменяет
внешние размеры образца, сколько способствует измене-
ниям в поровой структуре материала: уменьшается объ-
ем пор, занимаемых водой, возникают воздушные поры.
Обычно эта усадка развивается в период затвердевания
бетона, когда он еще достаточно пластичен, и поэтому
не сопровождается заметным растрескиванием материа-
ла. Карбонизационная усадка вызывается карбонизацией
гидрата окиси кальция и развивается постепенно с по-
верхности бетона в глубину.
Наибольшую усадку дает чистый цементный камень.
Введение заполнителя резко уменьшает усадку (рис.
6.10). В среднем годичная усадка тяжелого бетона сос-
тавляет 0,0002—0,0004 или 0,2—0,4 мм/м. Усадка бетона
уменьшается при сокращении расходов цемента и воды
и понижении водоцементного отношения. Усадка возра-
стает с возрастом бетона и при понижении влажности
окружающего воздуха. ложности
Быстрое высыхание бетона, особенно в раннем возоа-
сте, приводит к значительной и неравномерной усадке и
может вызвать появление на поверхности материала уса-
дочных трещин. Во избежание этого применяют правиль-
но подобранные составы бетона (с минимальным расхо-
дом цемента), обеспечивают надлежащие условия его
твердения, устраивают специальные швы, бетон в мас-
сивные сооружения укладывают отдельными блоками
применяют химические добавки, уменьшающие усадку
Деформации бетона при кратковременном нагружении
включают упругую еу, пластическую епл и псевдопласти-
ческую епл, связанную с появлением и развитием в бето-
не микротрещин, части:
Предельные суммарные относительные деформации,
при достижении которых наступает разрушение, для бе-
тона как для хрупкого материала невелики и составля-
ют при сжатии 0,0015—0,003, при растяжении 0,0001—
0,0015.
О деформативных свойствах бетона при приложении
нагрузки судят по его модулю деформации, т. е. по от-
ношению напряжения к относительной деформации, вы-
зываемой его действием. Чем выше модуль деформации,
тем менее деформативен бетон. Модуль деформации бе-
тона повышается с его прочностью и составляет: для бе-
тона марки Ml00 1900 МПа, для бетона марки М500
4100 МПа.
Ползучесть бетона проявляется в виде необратимых
деформаций, возникающих при длительном действии по-
стоянной нагрузки. Деформации ползучести наиболее за-
метно развиваются в первые сроки после приложения
нагрузки и постепенно затухают. Уменьшению ползучести
способствуют понижение расхода цемента и водоцемент-
ного отношения, повышение крупности заполнителей и
уменьшение их деформативных свойств, увеличение воз-
раста бетона и его прочности.
Температурные деформации бетона характеризуются
температурным коэффициентом линейного расширения,
который в среднем составляет 10-10"6. Этот коэффици-
ент близок к коэффициенту линейного расширения ста-
этих материалов®
антои™В°СТЬ»И "'проницаемость.
ант.,коррозийная стойкости, морозостойкость
£ еГ° Я
плотность незатвердевшей Vcrnmn- Следует Различать . .
затвердевшего бетона. Бетонная смесь м'ож "
ти совершенно плотной (имеется в вилт пТ 1ТЬ "оч-
том воды, содержащейся в смеси/если п °СТЬСуче-
рассчитана и плотно уложена Плотна правильно -I
где В и Ц- расход воды и цемента на 1 м’ бетона (1000 дм); <И
количество химически связанной воды в долях от массы цемента. Я
В возрасте 28 сут цемент связывает приблизительно Д
15 % воды от своей массы. Например, если в 1 м3 бетон- -Д
ной смесн содержится 320 кг цемента и 180 л воды, то Л
пористость бетона будет:
180 — 0,15-320
я‘=--------Пйю-----
Поры в тяжелом бетоне, образовашиеся на месте из-
быточной воды, располагаются в цементном камне и под-
разделяются на поры геля и капиллярные поры. Если в -
бетоне содержится вовлеченный воздух, то суммарная
пористость возрастает:
где П2 — объем вовлеченного воздуха, %.
Плотность бетона может быть повышена тщательным J
подбором зернового состава заполнителей, дающим
уменьшение объема пустот в смеси заполнителей, а еле- ' .
довательно, и содержания цементного камня в бетоне.
Кроме того, можно применять цементы, присоединяющие,
возможно больше воды (высокопрочный портландце-
мент, глиноземистый цемент, расширяющийся цемент),
или цементы, занимающие больший абсолютный объем
(пуццолановый портландцемент). Плотность бетона мо-
жет быть повышена путем уменьшения водоцементного
отношения, что достигается введением в бетонную смесь
специальных добавок — пластификаторов, уплотнением
бетонной смеси вибрацией, центробежным или другим
механизированным способом. Часть свободной воды из
бетонной смеси при укладке можно удалить вакуумиро-
ванием.
Водонепроницаемость бетона зависит от его плотно-
сти и структуры. Бетон мелкопористой структуры и одно-
родного состава, тщательно уплотненный и достаточно
затвердевший, практически водонепроницаем в слоях
значительной толщины. Водонепроницаемость бетона
раствором, в особенности наносимым пневматическим
способом (так называемым торкретированием).
Плотный бетон достаточно непроницаем не только для
воды, но и для мазута и тяжелой нефти. Жидкости, име-
ющие малую вязкость и плотность значительно меньше
единицы (керосин, бензин, смазочные масла и др.), прони-
кают через бетон значительно легче воды. В резервуарах,
предназначенных для хранения тяжелых нефтепродук-
тов, поверхность бетона дополнительно через сутки после
штукатурки и затирки три раза покрывают жидким стек-
лом, которое закрепляют раствором хлористого кальция.
Для защиты от проникания бензина и керосина поверх-
ность бетона покрывают пленками из пластмасс или из-
жидкостей, расширяющемся или безусадочном цементе.
Под влиянием физико-химического действия некото-
рых жидкостей и газов бетон может разрушаться. Корро-
нием цементного камня, заполнители же всегда можно
подобрать достаточно стойкие.
Защищают бетон от коррозии следующим образом:
придают бетону повышенную плотность; устраивают во-
донепроницаемую оболочку вокруг бетона; выбирают це-
мент с малым выделением свободного гидроксида каль-
ция и с низким содержанием трехкальциевого алюмината .
ьф^ " T“"°P Д
крывают кислотоупорными плитками или камнями ' П0'
ментного геля, имеющие размер менее 10-s см непоони
цаемы для воды. В них содержится, обычно связанная i
вода, которая не переходит в лед даже при очень низких
температурах (до -70"С). Условно можно считать что!
в бетоне такой воды содержится примерно столько же I
сколько химически связывается цементом. Микропоры не
оказывают заметного влияния на морозостойкость бе-
Водонепроницаемость н морозостойкость бетона очень I
зависят от количества крупных пор (макропор) в бетоне ",
которые образуются водой, не вступившей в химическое I
взаимодействие с цементом, и имеют размер более >
10 5 см. Относительный объем макропор можно вычис- та
лить по формуле, %:
л = ~'юоо 10°-
По данным Г. И. Горчакова, морозостойкость бетона,
цикл, составляет:
Макропористость бетона уменьшается, а его морозо- |
стойкость улучшается при понижении В/Ц и с увеличе- j
нием возраста бетона. Обычно для получения достаточно
морозостойкого бетона В/Ц применяют менее 0,5. •_ I
Морозостойкость бетона можно улучшить также пу- J
тем введения в его состав специальных гидрофобных воз- Я
духововлекающих добавок, уменьшающих проницаемость Ж
его пор и капилляров для воды и снижающих внутрен- j
ние напряжения в бетоне при ее замерзании (рис. 6.1 Ц* в
При проектировании бе-
тонных и .«елезобетоиншс
^Хляться особые трХ
ояния по водонепроницаемо-
0.35 0//5 Ц55 0,65 0,15 В/Ц
конструкций, от которых тре-
буется непроницаемость,
установлены марки по водо-
непроницаемости: W2, W4,
W6, W8, W10, W12. Для кон-
струкций подвергающихся в
увлажненном состоянии по-
переменному заморажива-
нию и оттаиванию, установлены марки по морозостойко-
сти: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.
§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА БЕТОНА
Состав бетонной смеси выражают двумя способами.
1 В виде соотношения по массе (реже объемного, ме-
нее точного) между количествами цемента, песка и гра-
вия (или щебня) с обязательным указанием водоцемент-
ного отношения и активности цемента. Массу цемента
принимают за единицу, поэтому соотношение между со-
ставными частями бетона имеет вид: 1 : х: у при опреде-
ленном В/Ц и Яц (например, 1: 2 :4 по массе при В/Ц =
=0,6 и Яц=40 МПа). Устанавливать составы бетона
по объему допустимо только на небольших стройках;
при этом цемент всегда должен дозироваться по массе.
2 . На крупных стройках и центральных бетонных за-
водах все материалы дозируются по массе, при этом со-
став бетона обозначают в виде расхода материала на
1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси, например:
2400 кг/м3
Расход материала указывают с точностью, которую
может обеспечить принятый способ дозирования матери-
алов. Обычно расход цемента и воды указывают с точно-
стыо до 1 кг, песка и щебня до 5 кг. Правильный „
состава-одна из наиболе важных операций „ Je?»'"” Я
ГИИ бетона. Различают два состава S.™. тсхноло-
ный (лабораторный), устанавливаемый для сухих"»»’’! В
лоТ“^'тесХ™в;;а'к™"ЫЙ (полевой) f
Хкххг'х--/
создающие надлежащее уплотнение в изделии или кон?
струкцин; экономичность, заключающуюся в возможно
меньшем расходе цемента на единицу объема бетонаЛ
выше минимального расхода, обеспечивающего плот- "
бетона (см- табл- 6-4)- При определении состава! 2
бетона учитывается необходимость достижения полной'
или частичной прочности в сроки, соответствующие гоа- <
фику производства работ или изготовления конструкций ’
Прежде, чем рассчитывать состав бетона, необходимо’®
выбрать марку цемента и исследовать местные заполни-Л
тели (песок, гравий, щебень), а также воду. Для эконом- |
ного расходования цемента необходимо, чтобы его марка Я
превышала заданную марку бетона (см. п. 1, § 2). Д
При применении бо iee низких марок цемента для при-
готовления бетона требуется слишком большой расход .
цемента. Наоборот, когда марка цемента слишком высо-
ка, может случиться, что расход цемента будет меньше
требуемого для получения бетона необходимой плотности, fl
В этом случае к цементу надо добавить тонкомолотую .
добавку — активную кремнеземистую или инертную (мо-
лотый кварцевый песок, инертный при обычном тверде-
нии бетона без автоклавной обработки; каменную муку
из плотного известняка и т. п.). Добавка может быть раз- I
молота в сухом состоянии и заранее смешана с цементом И
или же в виде водной суспензии введена непосредствен- ,
но в бетоносмеситель.
Для расчета состава бетона необходимо вычислить *1
водоцементное или цементно-водное отношение; опреде- -н
лить расход воды на 1 м3 бетона; расход цемента на 1 м3 I
„едоетигнугы; определить окончательны*
Расход материалов на 1 м’ бетона; изготовить бетонные
Ез5ы И испытать прочность бетона. На производстве
„-обходимо кроме того, пересчитывать номинальный со-
став непроизводственный с учетом влажности заполни-
теЛВодоцементное отношение рассчитывают по заданным
марке и сроку твердения бетона, активности цемента и
виду заполнителей на основании ранее указанных фор-
мул (6.2) и (6.3) или по результатам предварительных
опытов. Если задан расчетный срок и, не равный 28 сут,
то сначала вычисляют Кц по формуле (6Л), затем по
Я28 определяют водоцементное отношение.
Расход воды В на 1 м3 бетона определяют по графи-
ку (см. рис. 6.7) в зависимости от требуемой подвижно-
сти или жесткости бетонной смеси, вида и крупности за-
полнителя. Зная В/Ц и В, определяют расход цемента на
1 м3 бетона . Зи
Ц = В(Ц1В).
Для определения расхода песка и щебня (гравия)
составляют два уравнения. Первое уравнение выражает,
что сумма абсолютных объемов всех составных частей
бетона (в литрах) равна 1 м3 (1000 л) готового уплот-
ненного бетона, если в бетоне нет вовлеченного воздуха
Рц Рп Рщ
истинная плотность материалов, кг/л; В — водопотребность бетонной
Второе уравнение выражает, что цементно-песчаный
раствор должен заполнить все пустоты между щебнем
(в рыхлом состоянии) с некоторой раздвижкой зерен
Ц д К _ Щ а
Ishh | }.«• o.s —
----------101)0
Коэффициент раздвижки зерен щебня а принимают
Для подвижной бетонной смеси но табл. 6.9 Р ЮТ
мается* пявимл°Й 6етонноЯ смеси коэффициент а прини-
мается равным в зависимости от расхода цемента, кг/м: j
до 400 ..................... . nr 1 1 ]
400-500 .... ............... 111'о 1
500-600...................::::::: 1,2-1:25 1
Коэффициент а определяет соотношение между пес-
ком и щебнем в бетоне. При излишне высоких коэффи-
циентах а бетонная смесь содержит избыточное количест- ,
во песка. Такая смесь обладает повышенной водопотреб- I
ностью и соответственно требует большего расхода
цемента. При слишком малых значениях а в бетонной
смеси будет недостаток песка, что приведет к ее расслое- |
нию, и, следовательно, к снижению прочности бетона, к |
ухудшению его морозостойкости и других свойств. Таким
образом, правильный выбор коэффициента а даст воз-
можность получить экономичный по расходу цемента
прочный и плотный бетон.
Физический смысл изменения коэффициента а заклю-
чается в следующем. В жесткой бетонной смеси при уме-
ренных расходах цемента содержится относительно не-
большое количество цементного теста высокой вязкости.
а смесь хорошо удерживает воду, и опасность водо-
этделения и расслоения здесь отсутствует. Требуемая
«рсткость бетонной смеси обеспечивается при минималь-
ной раздвижке зерен щебня раствором, при этом дости-
гают минимального расхода песка, а следовательно, во-
допотребности бетонной смеси и расхода цемента.
С увеличением количества воды для придания бетон-
ной смеси большей подвижности объем цементного теста
возрастает, а вязкость его понижается. Чтобы избежать
водоотделения и расслоения бетонной смеси и чтобы бы-
ла необходимая ее связанность, приходится увеличивать
коэффициент а, сохраняя и даже увеличивая (при высо-
ких значениях В/Ц) соотношение между песком и щеб-
нем, так как более высокая удельная поверхность песка,
мелкие поры и капилляры между его частицами способст-
вуют удержанию воды в жидком цементном тесте.
При применении для бетона щебня или гравия не-
соотношение между ними, подбирая смесь с минималь-
ным количеством пустот. Полученный расчетом состав
бетона проверяют в лаборатории и при необходимости
довательного приближения (см. пример 6.1).
3(Ю = 0,6.5Oo(-^--O,s); Ц/Я=1,0.
(По^рафику (см. рнс. 6.7) определяем расход воды: В=1704-
скаемого по нормам (см. табл. 6.4), в данном^учае'шо^0 Коэф-
1,35И(2=270 кг°°ВЩ=0,67)С Т8бЛ‘ "° интерполяци“ пРинимаем
Тогда расход щебня:
0.40^4
= 1210 кг;
расход песка:
Плотность бетонной смеси:
рб/с = 270 + 180 + 710 4- 1210 = 2370 кг/м3. 3
осадку конуса. Из-за особенностей используемого цемента и мест*,
ных заполнителей осадка конуса может отличаться от заданны^
Предположим, ОК=1 см. Это говорит о том, что смесь недостдА
точно подвижна. Для повышения подвижности и удобоудладываемо- I
ста увеличиваем в данном замесе расход цемента на 10 %, т. е. до
менять В/Ц-, снова перемешиваем бетонную смесь, измеряем осадкуД
стальную форму н определяем плотность бетонной₽°смесн.
смесь уложена плотно, ее плотность должна совпадать с расчетнс
(допускаемое отклонение ±2 %). Кроме того, из пробного замес
изготовляем образцы бетона для проверки прочности в заданные ср<
Полевой состав бетонной смеси определяют с учет«м
влажности заполнителей. При этом находят содержание
воды в заполнителе по формулам:
где в., - содержание воды в песке и щебне: W„, - влаж- в
"а н щеб'яя ‘ “’““'“тельных единицах; П,Щ- расход пес-
Для получения заданной прочности бетона и подвиж-
ности бетонной смеси необходимо сохранить определен-1
вые для номинального состава В/Ц расход воды и плот-
В „,™на' Соответственно уменьшают расход воды,
nari непосредственно в бетоносмеситель, так как
ход воды оп°„В0Д“ТСЯ “МеСТе с заполнителем. Новый рас-
ход воды определяют по формуле:
оя = о-нп_в|ц.
"е “зменяют- Для сохранения массы -
массой со™?''’",Ч“ВаЮ1 ег° ₽ac“A соответственно «Я
массой содержащейся в нем воды
по
При изготовлении бетонной смеси происходят как бы
уменьшение общего объема материалов, так как зевм
песка располагаются между зернами щебня частицы не
мента-между зернами песка. Поэтому, если насыпа™,
в определенную емкость цемент, песок, щебень а затем
начать их перемешивать, то будет получен объем бетон-
ной смеси меньше первоначального объема Степень
уменьшения объема характеризуют коэффициентом вы-
хода бетона, который определяют по формуле:
6 =___________1000________
Д/Рв.ч+Я7Ри.п+Я(/р1,,|Ц *
где рв.п, р,,п, рн.щ — насыпная плотность соответственно цемента,
г^Дсли при расчете материалов на один замес бетоно-
смесителя исходят из условия, что сумма объемов не-
ет объему барабана бетоносмесителя, то расход матери-
алов определяют, умножая расход материалов на 1 м3
на объем барабана и коэффициент выхода бетона.
КддГТЖГ-21—12=147 л, песка 710+2^=731’кг,
270 731 1222 °'66’
бетона. Расход материалов на замес: цемента: 270-0,33=89 кг, во-
ды 147-0,33=48 л, песка 731-0,33=241 кг, щебня 1222-0,33=403 кг.
При определении состава бетона с химическими до-
и бетонной смеси соответствующими коэффициентами.
Сведения о действии добавок получают по результатам
предварительных испытаний или из соответствующих ин-
струкций. Например, если в бетонную смесь вводят пла-
стифицирующую добавку или суперпластификатор, то
расход воды уменьшают в соответствии с ее эффективно-
стью. Ориентировочно можно принимать, что СДЬ сни-
жает водопотребность в среднем на 10 %, а суперпласти-
“I
• порядок определения
фикаторы на 20 %. В остальном же I
состава бетона не изменяется.
Пример 6.3. Определить состав^бетона^по данным примера 6.1,
бавки на прочность бетона в возрасте 28 сут незначительно™”6 i°'
Расход воды уменьшаем на 20 %: fi= 180-0,8= 144 л.
Расход цемента: Ц= 144-1,5=216 кг.
Расход песка:
л=[1мв_(211 + 144+^]2165 = такг .1
5Ж>ВД“Т0’а позволило сократить расход ценен-
„ При нсо6ходи“ос™ провести определение состава!
“"°'а „Л™1™ большег° числа факторов, например с
нов твеп?ешГ нескольк,,х лобавок и разных режи-
ровамя экспепи^„ЛЬЗУ10ТйСП«Ц1,аЛЬНЫе методы плаН1Ч
Р " °6Раб°™ его результатов, по]
заданных Ла™™СК"е модели' учитывающие влияний
бё?о“ой еФме™₽ п"а Прочность ба™“а « подвижностЯ
мек^но^^ "РименяЛ
§ 6. ОСОБЫЕ ВИДЫ БЕТОНА
! Высокопрочный бетон
ты ЬТдж*. применяя цемя'- I
заполнители. 1 Ше 4U0^ и 8ыс°кокачественные fl
но нрименятьИцементы ^пониже* с00ружений желатель-
особенно СаА, лучше веет н? М содеРжанием C3S. 1
твердеют постепенно, в «тештеми’^' Такие цементы
печивая высокую kohpuuvI6""6 дл,11едьного срока, обес- J
т-ердення^ХТЛ^.?..?™- В. первые
В результате объемные и\^ °ТЫ Н усадка небольшие.
2И ооъемные изменения бетона на таких це- .
ментах, особенно опасные в мас-
ЛЯб,МПа1т
.250 350 450 550 Ц,"»
При бетонировании сборных
железобетонных конструкций,
имеющих, как правило, малые
размеры, или когда необходимо
быстрое твердение бетона, наобо-
рот, предпочтительнее цементы,
содержащие повышенное коли-
чество C3S и С3А. В этом случае
лучше всего применять быстро-
твердеющие портландцементы
(БТЦ).
Выделение теплоты и усадка бетона, связанные с ,
твердением цемента и вызывающие вредные «собствен-
ные напряжения» в бетоне, возрастают с увеличением
расхода цемента. Чтобы эти явления не достигали опас-
ных пределов, необходимо ограничивать расход цемента,
особенно для массивных сооружений. Максимально до-
пустимый расход цемента в высокопрочном бетоне для
массивных сооружений не должен превышать при приме-
нении белитового портландцемента 430 кг/м3, а обычного
портландцемента — 375 кг/м3. Во всех остальных случа-
ях желательно, чтобы максимально допустимый расход
цемента в высокопрочном бетоне не превышал 500 кг/м3.
Следует отметить, что увеличение расхода цемента
выше указанных пределов неэффективно и для повыше-
ния прочности бетона, так как она возрастает незначи-
тельно. Это хорошо иллюстрирует рис. 6.12, на котором
показано увеличение предела прочности бетона при сжа-
тии 7? б в 28-суточном возрасте на 1 кг добавочного це-
мента в зависимости от общего расхода цемента (по опы-
там Й. П. Алексадрина).
Заполнители высокопрочного бетона должны быть чис-
тыми и обладать хорошим зерновым составом и малой
пустотностью. В качестве крупного заполнителя следует
применять фракционный щебень из плотных и прочных
горных пород. Предел прочности при сжатии исходных
каменных пород должен быть не менее: 100 МПа —из-
верженных и 80 МПа — осадочных. Песок для высоко-
прочного бетона должен иметь пустотность не свыше
способствуй
ia используют все средства,
его прочности: применяют
предельно низкое водоцементное отношение, суперплай
титЬикаторы высоки», иногда предельный, расход ценен
„особотщательное перемешивание и уплотнение бе-
тонной смеси и уход за бетоном, различные способы но-
вышення активности цемента и качества бетона (актива,
ция цемента, виброактивация бетонной смеси и др.).
2. Быстротвердеющий бетон
Получение быстротвердеющего бетона, обладающаД
относительно высокой прочностью в раннем возрасте (1JM
3 сут) при твердении в нормальных условиях, достигает- *
ся применением быстротвердеющего цемента, а также
различных способов ускорения твердения цемента. К
этим способам относятся: использование низких значений^
водоцементного отношения и жесткой бетонной смеси,
добавок —ускорителей твердения (СаС12, ННХК и дру-I
гие); сухое или мокрое домалывание цемента с добав-
кой гипса (2—5 % массы цемента) в вибромельницах,
шаровых мельницах, бегунах или других помольных ус-
тановках; виброперемешивание или виброактивация цеуД
ментного раствора.
Наилучшие результаты получают при проведении ..
комплекса мероприятий. Так, при применении цементаМ
марки 500, домолотого с 3% гипса, жесткой бетонной сме-Ж
си с В/Ц=0,35, добавки хлористого кальция в количест-
ве 2 % массы цемента и при виброперемешивании можно
получить бетон прочностью при сжатии в первые сутки
30—50 МПа.
При определении состава быстротвердеющего бето- <
на водоцементное отношение устанавливают по заданной
прочности бетона в раннем возрасте с учетом выбранного jj
способа ускорения твердения. Дальнейший расчет соста- Л
ва оетона производится по обычной методике. В табл. бЛО
показано возможное увеличение прочности бетона в ран-
нем возрасте при различных способах ускорения его
твердения. 1 г 3
Обязательны экспериментальная проверка и коррек-
А₽°ВКа П° ее РезУльтатам состава быстротвердеющего
в раннем возрасте0 ПеРВЫХ’ увеличение прочности бетона .,
цемента, состава бетона и других факторов, поэтому I
твердения НА прочность бетона в раннем возрастеЕНИЯ
“доти 5000-6000,Эсмг/гУД * °ВеР*
Добавка 2 % СаС12 от массы цемента
Совместное применение дополнительного
200-250
150-200
140~170
200-300.
приведенные в табл. 6.10 цифры только ориентировочные;
во-вторых, увеличение прочности бетона при применении
нескольких способов не является прямой суммой вели-
чин прироста прочности бетона, достигаемого каждым
способом в отдельности.
3. Бетон для дорожных и аэродромных покрытий
В бетонных покрытиях на дорогах и аэродромах ос-
новными расчетными напряжениями являются напряже-
ния от изгиба, так как покрытие работает, как плита на
упругом основании, поэтому дорожный бетон должен
иметь соответствующую прочность на изгиб и достаточ-
Применение чистого доброкачественного шебня круп-
ностью до 40 мм и чистого песка улучшает сцепление це-
ментного камня с заполнителем и обеспечивает необхо-
димую прочность бетона на изгиб. Долговечность
на достигается ограничением водоцементного отношения,
которое должно быть не более: для сурового климата
0,5; умеренного 0,53; мягкого климата О.&о. _
Суждение о климате делают по среднемесячной тем
пературе наиболее холодного месяца в году.
Для районов, где температура не 6ывяат 1 водоцементное отношение не должно превыш^0°с. условию предохранения поверхности бетона от ще’®у цементов и воздухововлекающих добавок. дроФобны< Качество песка оказывает заметное влияние на проч- ность мелкозернистого бетона. Если в обычном бетоне замена крупного песка мелким понижает прочность всего на 5—Ю %, то в мелкозернистом бетоне прочность может уменьшиться на 25—30%, а максимальная прочность песчаного бетона составов 1:2—1:3, которую можно до- стигнуть при определенной интенсивности уплотнения,
4. Мелкозернистый бетон 1 иногда снижается в 2—3 раза. Поэтому для мелкозернис- тых бетонов желательно использовать крупные чистые пески или обогащать мелкий песок более крупными вы-
======= тонкостенных конструкций В падевых ₽v=',"''" Материал зернистый бетон можно исполнив™ Уровнях мелко- железобетонных конструкций в районахДЛгпГГ°ТОВЛеНМ Щебень и гравийно-песчаная смесь “ 1 А отЧ™’'вуИ?Д .”= -1 смеси, способствуютвозД^ововАчению »HfiCTb бетонной при вибрирование ВодХтпебно^ бетонную смесь равноподвижной бетонной ’смеси ₽авноп₽очного бетона и не на 20-40 % возрастает оа™„ мелк°зернистом бето- 1 с обычным бетономР Для снижгаи “емента п0 сравнению 4 ДУет применять химичеДи» „ « Рас*°ла Цемента еле- i некие песчаных бетонных смесейТ’ эффективное Уплот- 1 новым составом. В цементнп 1 с х0Р°Ш“м зер- 1 расходом цемента полезно иеп/пв™* смесях с высоким | «торы, СДБ „ЛИ комплексную ^МТЬ с>™Р"ла™фи. СДБ и ускорителя твердения цемент!87’ СОСТОЯЩУЮ из иие Цементно-песчаной смеси Л™ х°Р°шее уплотне- трамбованием, вибрирование,/0 "гается прессованием, 1 нуумированнем. НОриРоваввем с пригрузом „ли виброва- ] севками от дробления камня, мелким гравием. Для изготовления тонкостенных железобетонных кон- струкций обычно применяют цементно-песчаную смесь 1 малоподвижной консистенции составов 1:3—1:4, а для изготовления армоцемента — более жирные составы 1:2. При формовании изделий в двухсторонней опалубке при- 1 меняют литые цементно-песчаные смеси. При прессова- нии или вибрировании с пригрузом используют жесткие бетонные смеси. Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочно- стью на изгиб, хорошей водонепроницаемостью и моро- зостойкостью. Поэтому его можно использовать для до- ротных покрытий в районах, где нет хорошего щебня, - труб, гидротехнических конструкций. Мелкозернистые бетоны широко применяются при из- ' готовлении силикатных изделий. В этом случае высокая удельная поверхность заполнителя полезна, так как уве- 1 личивает количество новообразований при реакции изве- сти с кремнеземом в автоклаве и повышает прочность бетона. 5. Жаростойкие бетоны Жаростойкие бетоны применяют в тепловых агрега- тах. Они должны выдерживать длительное воздействие высоких температур. В качестве вяжущих для жаростой- ких бетонов применяют портландцемент, шлакопортланд- цемент, глиноземистый цемент и жидкое стекло. Для повышения стойкости бетона при нагреве и “лРаяея1,я прочности после нагрева в вяжущее вводят тонюмоло- тые добавки ,13 хромитовой руды, боя “a«°™°r0- “а£. незитового или обычного кирпича, ввДезита, грануляро ванного доменного шлака и др. Тонкость помола добавок
должна быть такой, чтобы через сито № 009 проходи^ П
не менее 70 % материала для бетона на портландцемент
те и не менее 50 % для бетона на жидком стекле.
В жаростойких бетонах на портландцементе тонко/"
молотая добавка связывает образующуюся при нагреве
за счет разложения СаСОз или Са (ОН)2 свободный СаО
и тем самым предохраняет бетон от разрушения после 1
теплового удара вследствие гашения СаО влагой воз-
духа. В качестве мелкого и крупного заполнителей в жа-
ростойких бетонах применяют огнеупорные материалы
или щебень и песок из горных пород, стойких к нагрева- '
нию. Максимальная крупность щебня для массивных
конструкций — 40 мм, для всех остальных — 20мм. Мел-
ких частиц размером менее 0,14 мм в заполнителях; не
должно быть более 15 % по массе.
Выбор материалов для жаростойкого бетона произ-
водят в зависимости от условий и температуры его служ-
бы. В табл. 6.11 приведены некоторые наиболее употре-
бительные составы жаростойких бетонов. Как видно из
таблицы, в жаростойких бетонах для улучшения одно-
родности и жаростойкости применяют повышенное соцепЯ
жание мелкого заполнителя. к
Минимально допустимая марка бетона на поотланд И
ХТем7ТпеМНСтаМ иементеМ25°. бетона нажидкоЖ
стекле Ml 50. При нагреве прочность бетона снижаетсйИ
(после длительного нагрева до предельной темпепатупмЖ
службы она составляет не более 3-4 МПа для бе юна
на портландцементе, 7—9 для бетона на жидком стек- -в
ле). Бетоны на жидком стекле не применяют в условиях
посто-жното воздействия воды, бетоны „а портландце :
менте —в условиях кислой агрессивной среды Для бе- -I
ВИСИТ ОТ ввда заполнГЖеННЫХ жаРосгайк™ бетонов за-
вида заполнителя и составляет, кг/м3:
на хромите ....
» магнезите ....................3000
: шХТ'пиа6ам' ::::::
► кирпичном щебне ; \ \ \.......... 2*»
I
Хромит, и маг-
Хромит
гранулирован- ”
кирпича, ^ба-
Базальт^ анде-
Фосфоритная
мука (30 кг/м3)
Бетон на жидком стекле
Бетон на глиноземистом цементе
| Хромит | — | 1:3:3
Плотность сухих бетонов по сравнению с плотностью
-свежеуложениых меньше примерно на 150—200 кг/м3.
При приготовлении жаростойких бетонов стремятся
ограничивать количество воды или жидкого стекла. Осад-
ка конуса для жаростойких бетонов принимается не бо-
лее 2 см, и для затворения обычно требуется 170—190 л
воды на 1 м3 бетона.
6. Особо тяжелые и гидратные бетоны
Особо тяжелые и гидратные бетоны применяют в
специальных сооружениях для защиты от радиоактивных
воздействий. В качестве заполнителей таких бетонов ис-
,0-265 ?89
пользуют материалы с высокой плотностью: магнетщЗ
лимонит, барит, металлический скрап и др. I
В зависимости от используемого заполнителя плот,
ность особо тяжелых бетонов может быть, т/м3: |
Иногда применяют комбинированные бетоны, на’
пример, на баритовом щебне и обычном песке (плотность
3—3,2 т/м3).
Гидратные бетоны имеют повышенное содержание хи;
мпчески связанной воды, создающей лучшую защиту от
нейтронного потока. Для их приготовления использует
глиноземистый цемент, а в качестве заполнителей лимо-
нит и серпентинит. Для улучшения защитных свойств
особо тяжелых и гидратных бетонов в их состав иногда
вводят добавки, содержащие легкие элементы — литий
кадмий, бор, например, карбид бора, хлористый литий’
сернокислый кадмий и др. Я
7. Цементно-полимерный бетон
Цементно-полимерный бетон относится к бетона^Н
свойства которых улучшаются за счет введения в их соЯИ
став полимеров. В последнее время все шире начинают ’.
применяться в строительстве бетоны с полимерами Ис- В
пользование в бетоне полимеров позволяет изменять Ж *
структуру и свойства в требуемом направлении, улуч-
шать технико-экономические показатели материала У У
ны ФК.„ИвС"°ЛЬ30ВаНИЯ полимеР°в в бетоне многообр^И
виде лобячоГ к Материалы на ВД основе применяют* fl
виде добавок в бетонную смесь, в качестве вяжущего
?м|ЩР°ПИТК1' готовых бетонных и железобетонный из; fl
локнами 1 л“с,,ерского армирования полимерными во- fl
свойств мвне^льных\Хя3аП0ЛН,'Т“еЙ ИЛИ модификации |
полните "я Каждый н елеи’ в качестве микрона- )
стн применения и -«SZ™'™””
c»3aZ»«7oLH₽4X°Z«6eroH“- 8 КОТ°Рые вводит- |
ре таких бетонов пшвдерную ₽Ля' С03да|01цих в структу-Л
иющих на вх строение и свойства В ^а-е"Н° В ™’ I
2М . свойства. В мировой практике fl
к таким бетонам стали применять термин «П-бетоны».
Подобные материалы можно подразделять на четыре
группы: цементно-полимерные бетоны, полимербетоны,
бетонополимеры (см. § 3 гл. 17) й бетоны, содержащие
полимерные материалы (заполнители, дисперсную арма-
туру или микронаполнители).
Цементно-полимерные бетоны — это цементные бето- /
вы с добавками различных высокомолекулярных орга-
нических соединений в виде водных дисперсий полиме-
ров — продуктов эмульсионной полимеризации различ-
ных полимеров: винилацетата, винилхлорида, стирола,
латексов и других или водорастворимых коллоидов: поли-
винилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорас-
творимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегид-
ных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее при-
готовленпи.
Цементно-полимерные бетоны характеризуются нали-
чием двух активных составляющих — минерального вя-
жущего и органического вещества. Вяжущее вещество с
водой образует цементный камень, склеивающий частицы
заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды
из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зе-
рен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая об-
ладает хорошей адгезией и способствует повышению сцеп-
ления между заполнителем и цементным камнем, улуч-
шает монолитность бетона и работу минерального
скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимер-
ный бетон приобретает особые свойства: повышенную по
сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение
и изгиб более высокую морозостойкость, хорошие адге-
зионные свойства, высокую износостойкость, непроницае-
мость В то же время особенности полимерной составля-
ющей определяют и другие особенности цементно-поли-
сногов рядГслучаев несколько повышенную
деформативность, снижение показателей прочности при
В°АНаиболаеНеераспространенные добавм полимеров в це-
ментные бетоны - поливинилацетат (ПВА) ла«““
водорастворимые смолы. Количество ВВ°Д««ОЙ д°6“ 8
полимерного материала устанавливают предваритель
==3==^=
пая добавка ПВА составляет 20 % массы цемента. i
291
„пимеиеннн латекса, чтобы не было коагуляции полиме-;
SaP Хя табХатор (казеинат ам>..........вя.... и др.).
Р Введение полимерных добавок увел!........ .частич-
ность растворных смесей по сравнению с чисто цементны-
ми Прочность увеличивается, если бетон выдерживаетсЛ
В воздушно-сухих условиях (влажность воздуха 40-
50%) при выдерживании во влажных условиях (влаж-^
ность 90—100 %) прочность снижается. 4
Цементно-полимерные бетоны приготовляют по той
же технологии, что и обычный цементный бетон. Наибо-
лее целесообразно применять эти бетоны для тех конст-1
рукций и изделий, где можно использовать особенности
их свойств, например для полов, дорог, отделочных со-1
ставов, коррозионно-стойких покрытий.
8. Декоративный бетон
Для повышения эстетической выразительности зданий• •
И сооружений в последние годы все шире используется Ж'
декоративный бетон. Бетон — материал, которому могут ч
быть приданы хорошие декоративные и пластические свой-
ства. Бетон можно готовить с применением белого и цвет-
ных цементов и специальных заполнителей, что позволяет?-®
получать не только цветные бетоны, но и придавать бе-
тону вид различных природных каменных материалов. Д
При необходимости поверхность бетона может подвер-
гаться специальной обработке, чтобы получить вырази- «
тельную декоративную фактуру. Пластичность бетонной Я
смеси позволяет придавать бетонным изделиям различ- i
ную конфигурацию, формовать изделия с рельефной по- I
верхностью, изготовлять различные декоративные эле- '.Я
менты зданий и сооружений.
В зависимости от состава и назначения декоративные ж
бетоны можно подразделить на цветные бетоны и бетоны,
имитирующие природные камни или обладающие особо -И
выразительной структурой.
Для получения цветных бетонов применяют белые, I
“е™“е иемен™ П разл,|чнь,е минеральные или органа- Л
»Ал^еи“ТЫнП""'еН1ы’ используемые в цветных бе- &
XoorroS обладать высокой светостойкостью, атмо- ,
U “ щелочес™йкостью. Наиболее часто Л
ло“"иералы|ые пигменты, которые, как прави- -Я
Эти пигментиоксидами или солями различных металлов. М
. пигменты вводят в количестве 1-5 % массы немей- £
та в зависимости от их укрывистости, плотности и дру-
гих свойств.
В цветных бетонах используют чистые кварцевые пе-
ски, желательно, светлых оттенков без примеси частиц из
'оксидов железа, которые окрашивают пески и бетоны в
серый цвет. В качестве крупных заполнителей могут при-
меняться светлый известняк и доломит. Широко исполь-
зуются в качестве заполнителей также отходы камнедроб-
ления, дробленые пески и щебень из мрамора, высевки
гранита, туфа и др. Чтобы уменьшить расслоение цвет-
ного бетона и добиться большей равномерности окраски,
используют воздухововлекающие добавки, а также вво-
дят в небольших количествах тонкие фракции некоторых
материалов (жирной извести, тонкомолотого известняка
И АДля повышения художественной выразительности де-
коративных бетонов применяют специальные приемы, по-
зволяющие обнажить заполнитель и выявить структуру
бетона. В этом случае декоративный бетон может имити-
ровать различные породы отделочных камней или можно
создать оригинальную декоративную фактуру самого бе-
тона. Для получения декоративного бетона помимо бело-
го цемента и соответствующих пигментов и добавок ис-
пользуют мелкий и крупный заполнители, которые поз-
воляют получить необходимую структуру материала. В
качестве заполнителя в этом случае может применяться
дробленый мрамор, гранит, базальт, слюда, дробленое
ЦВДля вьшвле кия структуры бетона его поверхность
подвергают шлифовке 11 полировке. Применяют также
обработку поверхности бучардой или пневматическим мо-
лотком, пескоструйную обработку, обнажениерза"“.
телей путем использования специальных замедлителей
твердения При шлифовке обычно используют легко по-
лирующиеся заполнители для бетона, например' мра“р'
При обработке бучардой
S₽5-TcM,CBncBH3H с чем необходимо соответственно уве-
личивать защитный слой бетона над »Р“«’И"“-
В строительстве широко применяют изделия iсс
той структурой заполнителя, например ° 6ето"а
НЯ кодовую получают нанесением на поверхность бетона
или“1 ’поверхность формы, в которой "РО~ющ»
нирование изделия, специальных составов, проникающих
ппярпхностные СЛОИ бетона и замедляющих тверда „Я
".°“СЛ™ „„«ня. В результате поверхностны,, слой 'Г
водяной°струеГ, высокого ™ *««Я
ШеЙХ™""««®Ра™’ного 6етона должны ®охРа,.ять '
СВОН свойства в течение длительного времени. Д.1я этого
могут применяться специальные способы консервации'
поверхности, например флюатированне,/нлрофобизацщЯ
пропитка полимером. Подобная обработка повышает
стойкость бетона и способствует сохранению хорошей)
внешнего вида его поверхности в течение длительного-'
времени без специального ухода.
Декоративные бетоны могут применяться для ограж-
даюшнх конструкций общественных и жилых зданий, де-
коративных плит наружных и внутренних стен зданий
лестничных маршей, элементов фасада, в деталях малых
архитектурных форм, для барельефов и скульптур, изде-
лий специального назначения. Иногда детали из декора-
тивного бетона сочетают с другими материалами: кам-
нем, эмалированной сталью, пластиком.
§ 7. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ
1. Бетон на пористых заполнителях
Общие сведения. Легкому бетону и железобетон»
принадлежит важная роль в решении технической зада-
чи по дальнейшему снижению массы возводимых зданий
и уменьшению материалоемкости строительства. Вместе
ymdB£*“ ’
некие кот констР>'киии и объемные элементы, приме-
монтажишРпД„ полиос6°Р«ом строительстве ускоряет $
руч^”реуд₽еаб0ТЫ ” Сводит к му потребность в
бет^нТае'именно' °,еНЬ важное достоинство у легкого
разнообразных ст во"можность его использования в 4
ет рассматривать aeSee* констРУки"ях, чт0 позволю _ в
риал. В этом Убеждает П 6 «как У""версальный мате-
применяемых в строителкие?"6 В"Л°В ЛеГК0Г0 бе№ I
» конструкционный плотностью 1401—1800 кг/м’ с проч-
ностыо па сжатие 15—50 МПа, чаще всего используемый
для легких несущих железобетонных конструкций (про-
летных строений мостов, ферм, гидротехнических соору-
жений, элементов перекрытий и покрытий зданий и др.);
конструкционно-теплоизоляционный плотностью 501—
1400 кг/м ! с прочностью 2,5—10 МПа, являющийся ос-
новным материалом ограждающих конструкций зданий;
теплоизоляционный и акустический плотностью до
500 кг/м3, широко применяемый в слоистых конструкции
Материалы для изготовления легкого бетона. Для лег-
кого бетона используют быстротвердеющий и обычный
портландцементы, а также шлакопортландцемент. При-
меняют в основном неорганические пористые заполнители.
Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкци-
онно-теплоизоляционных легких бетонов используют и
органические заполнители из древесины, стеблей хлоп-
чатника, костры, гранулы пенополистирола (стиропор-
бетон) и др.
Неорганические пористые заполнители отличаются
и°исХсственные.РПр и родные пористые запол-
нители получают путем частичного дробления и рас-
сева или только рассева горных пород (пемзы, вулкани-
ческого туфа, известняка-ракушечника и др.). Искусст-
венные пористые заполнители являются про-
дуктами термической обработки минерального сырья
и разделяются на специально изготовленные и побоч-
ные продукты промышленности (топливные шлаки и
'^Керамзитовый гравий получают путем обжига гра-
нул, приготовленных из вспучивающихся глию Это. лег-
кий и прочный заполнитель насыпной плотаостью 250
800 кг/м1. В изломе гранула керамзита имеет “РУ^УРР
застывшей пены. Спекшаяся оболочка, "“P*’31®™"
гранулу придает ей высокую прочность. В процессе об
жига (до 1200’С) легкоплавкая глина переходит в пиро-
сим В£еза доЛХсн°пр^еТаХй при обжиге в вое-
становнтельной среде (содержащей СО): Ре20з4-С(эЛ
=СОг+2РеО.
Керамзит —основной вид пористого заполнителя, он
очень легок и имеет высокую прочность.
Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при
производстве керамзитового гравия (в небольших коли-
чествах), а также по методу кипящего слоя обжигом гли-
няных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его
лее 50 мм и сваров.
Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаж-
дения расплава металлургических (обычно доменных)?
шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой
пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень
Производство шлаковой пемзы налажено в районах раз-
витой металлургии. Здесь себестоимость шлаковой пем-
зы ниже, чем керамзита.
Гранулированный металлургический шлак получают :
в виде крупного песка с пористыми зернами размером
5—7 мм, иногда до 10 мм.
Вспученный перлит изготовляют путем обжига водо-
содержащих вулканических стеклообразных пород (пеп
литов, обсидианов). При 950-1200°С вода выдезяетсяи
перлит увеличивается в объеме в 10—20 раз. Вспученный
перлит применяют для производства легких бетонов и
теплоизоляционных изделий.
Вспученный вермикулит — пористый сыпучий мате-
S Za7xyX“fi те₽‘"“ обработки водосо-
готовления теЮД" Этот зап0ЛН1|тель используют для из-
ются°в"каче“тве пХо°бЙ“ иТолы) образу-1
нита каменного чтл™!?™ продуК1а "Р" сжигании антра-
Х’топл.,™ ° УГЛЯ- бу₽0Г0 угля “ ДРУГИХ видов твер-
"олучХ”еЫсяЬХГвТНСТЫе кУсковые материалы,
вания неорганических (в 5!»” спекан,|я и вспучи-
содержащихся в у г те Шлаки по” Глиннсть,х> примесей,
вырья с добавкой 8-То 0?" обжиге глиносодержащего 8
нах агломерационных машинам0/0 топлива <на Решет‘
29в шин). Каменный уголь выгора-
ет, а частицы сырья спекаются.
’ Применяют местное сырье: легкоплавкие глинистые
^’лессовые породы, трепел, а также промышленные от-
ходы — золы, топливные шлаки, углесодержащие шахт-
ные породы. Аглопорит выпускают в виде пористого пес-
ка, щебня и гравия.
Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовцх пород,
содержащих шунгит (месторождение: пос. Шуньга, Ка-
релия) . Это органическое вещество в виде аморфного уг-
лерода или тонкодисперсного графита. При обжиге шун-
гитовые породы вспучиваются, образуя пористый легкий
заполнитель в виде щебня, гравия и песка.
Азерит — новый вид пористого заполнителя, изготов-
ляемый путем предварительной высокотемпературной об-
работки сырья (при 1450мДООО°С) и быстрого охлажде-
ния расплава, переводящего его в-стеклообразное состоя-
ние. Полученный продукт измельчается, смешивается с
газовыделяющей добавкой, увлажняется, гранулируется
и вспучивается в обжиговых агрегатах. Азеритовый гра-
вий может быть получен практически из любого мине-
рального сырья.
Технические требования к пористым заполнителям.
Пористые заполнители, как и плотные, делят на крупные
(пористый гравий или щебень) с размером зерен 5—
40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц
менее 5 мм. Пористый песок рассеивают на две фракции:
до 1,2 мм (мелкий песок) и 1,2—5 мм (крупный песок).
Пористый щебень (гравий) следует разделять на фрак-
ции: 5—10, 10—20, 20—40 мм.
По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) по-
ристые заполнители разделяют на марки: 100,150,200,250,
300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200.
Наивыгоднейшее сочетание показателей плотности,
теплопроводности, прочности и расхода цемента для лег-
ких бетонов достигается при наибольшем насыщении бе-
тона пористым заполнителем, что требует слитного (сбли-
женного) размещения зерен заполнителя в объеме бе-
тона. В этом случае в бетоне будет содержаться меньше
цементного камня, являющегося самой тяжелой частью
легкого бетона. Наибольшее насыщение бетона пористым
заполнителем возможно только при правильном подборе
зернового состава смеси мелкого и крупного пористых за-
полнителей с одновременным использованием технологи-
веских факторов (интенсивного уплотнения, пластификат^
Объем межзерновых пустот в крупном заполнителя-^
зависит от содержания зерен разного размера. Оптималь- '
ныи зерновой состав соответствует минимальной пустот- В
mCIooCMec',' в данном примере фракций 5—10 и И
10—20мм (рис.6.13). Результаты опытов послужили ос-
кованием для рекомедаций по рациональному зерновому-
пооистаго°чТяОРпЫе СОДеРжатся 8 стандартах на каждый вад
пористого заполнителя. '
Требования к зерновому составу пористого песка ve Л
тановлены в зависимости от того, для какого видабетонJ
?.яз^ЯЯ888яя8с®> ^вкструкционно-тепло--в
Прочность пористого
щебня (гравия) определя-
ют по стандартной мето-
зерен в стальном ци-
линдре.
Зерна большинства пористых заполнителей имеют
шероховатую поверхность, поглощают некоторое коли-
чество воды затворения, поэтому легкобетонные смеси
нуждаются в принудительном ----
единицы (0,6—0,8).
общий
метод определения оптимального количества воды за-
творения для легкобетонной смеси, разработал
Н. А. Попов. Этот метод основан на зависимости проч-
применяемом для армиро-
ванных легких бетонов,
допускается не более 1 %
по массе.
Среднее значение ко-
эффициента формы зерен
гравия пли щебня (отно-
шение наибольшего раз-
мера зерна к наименьше-
му) для высококачествен-
ного заполнителя 1,5—2 и
нутой («лсщадной») фор-
статность заполнителя,
ухудшают удобоуклады-
жают прочность легкого
воды (рис. 6.14). Коэффициент выхода ₽ вычисляют по
формуле
Крнвая зависимости прочности от расхода воды име-
ет две ветви. Левая (восходящая) показывает, что проч-
ность бетона при повышении расхода воды постепенно
возрастает. Это объясняется увеличением удобоукла-
дываемости бетонной смеси и плотности бетона. Правая
(нисходящая) ветвь свидетельствует о том, что после
достижения наибольшего уплотнения смеси (т.е. мини-
мального коэффициента выхода) увеличение расхода
ема пор.
янне как недостатка, так и избытка воды затворения.
Прочность легкого бетона R, по Н. А. Попону, зави- I
сит от марки цемента, цементно-водного отношения^ ;
прочности пористого заполнителя и может быть прнбли-
женно определена по формуле, имеющей в определен- "
ных границах Ц/В такой же вид, как и для тяжелых бе-
Чем ниже прочность пористого заполнителя, тем
меньше значения Аг и Ь2.
оптимальном количестве воды затворения, подо- .'
бранном для применяемых цемента и заполните чей jt'
мавкн0ЛЬиЛпГК0Г0 беТ°На завис|,т' равным образом, отЦ
марки и расхода цемента Ц (формула Н. А. Попова): I
др. г “И, 11. а. Иванова, М.З. Симонова и
кого бетона₽формнрИ)"тся^dh’vu бетон* СтРУ«тура лег-
мнческих процессов про?екающихСвИме?"3""еСКИХ " ХИ‘ '
ристого зерна заполнит.» аюЩ| х 8 местах контакта по-
кем. Цеиеиное те™ „„„Я ° иемент,,ь,и те<=гом и кам- j
зерна, при этом зеоно “ повсРхностные поры J
Р отсасывает некоторое количество 9
пы из прилегающего к нему слоя цементного теста, по-
нижая В/U, поэтому в. бетоне плотной структуры каж-
Н е пористое зерно окружено контактным слоем. Сцеп-
ление вяжущего с пористым заполнителем, обусловлен-
ное механическим защемлением цементного камня в
порах зерна, возрастает вследствие химического взаимо-
действия контактирующих фаз.
Большинство пористых заполнителей (керамзит, аг-
лопорпт и др.) содержит аморфный SiO2, способный
химически реагировать с Са(ОН)2, образующимся при
гидратации цемента, что приводит к образованию на
поверхности контакта нерастворимого в воде гидроспли-
ката кальция CaO-SiO2-nH2O, упрочняющего контакт-
ный слой «пористое зерно —цементный камень». Вот
почему бетон на пористом заполнителе (в котором 75—
80 % объема заполнено пористыми зернами) не пропус-
кает воду и другие жидкости даже при большом одно-
стороннем давлении, этот же бетон оказывается доста-
точно морозостойким. Данный технический парадокс
имеет место, если обеспечена плотная структура бето-
на т. с. цементное тесто заполняет все пустоты между
зернами и межзерновая пористость бетона минимальна.
В плотном легком бетоне к тому же стальная арматура
достаточно хорошо защищена от коррозии и в обычных
условиях эксплуатации не требуется специальных за-
щитных мер по сохранению арматуры.
Легкие бетоны разделяют по структуре на плотные,
поризованные и крупнопористые. к„пи„
Основным показателем прочности легкого бетона яв-
ляется класс бетона по "ро-шости "Ри
лены следующие классы, МПа: В 2; В 2 5 В 3,5 Во,
R 7 5- В 10 В 12,5; В 15; В 17,5; В 20; В 22,5; В 25, В 30,
В 40;’ для ’ теплоизоляционных бетонов предусмотрены
кроме того классы: В 0,35; В 0,75; В '• .
учетаЛтрХ1ний\тХ7ртаиСЭВа1406-78, п°К“а«л»
каш^кг “/см^1*14 М°3^ТМа5О^МЖ75;ИМХ1§0,КМ₽15^;
М 2И; М 300; М 350; М 400; М «0;М 500. Для тепло-
изоляционных бетонов предусмотрены марки. М о,
"...............
301
кг/м3 а пористый песок ’
частично или полностью
заменяют плотным.
Наряду с прочностью 1
важной характеристикой
легкого бетона является
плотность. В зависимости |
от плотности в сухом со-
стоянии (кг/м3) легкие I
ш йрп JDDD /?оо поо /600 шо бетоны подразделяют* на
WI да /да >«№ ни т/т маркн. D 2Q0. D
D 400; D 500; D 600; D 700-' i
D 800; D 900; D 1000; D
1100; D 1200; D 1300; D
1400; D 1500; D 1600-
D 1700; D 1800; D.WOoS
D 2000. Уменьшить плот- j
ность легких бетонов можно путем образования в це-
ментном камне мелких замкнутых пор. Для поризации
цементного камня, являющегося самой тяжелой со- I
ставной частью легкого бетона, используют небольшие I
количества пенообразующих или газообразующих ве- К
шеста. Мелкие и равномерно распределенные поры в це- В
ментном камне незначительно понижают прочность, но В
существенно уменьшают плотность и теплопроводность -I
легкого бетона. F ' И
Теплопроводность легких бетонов зависит в основноИ^И
от платности и влажности (рис. 6.15). Увеличение объ-
емной влажности легкого бетона на 1 % повышает его fl
теплопроводность на 0,016-0,035 Вт/(м °C) В завис™
оежнойт ™лопроаоднос™ легкого бетона толщина на-
' ИЫ может изменяться от 20 до 40 см Наруж-
верегаю?сТво,ТйНе Констр^дни "а легких бетонов’под- 1
оХи^ани« v Ю попеР™енного замораживания и, V
бетоны прнменяемыеНлЯ " высыхания' поэтому легкие
,,„йI а также Z ДЛя наРУ«иых стен, покрытий зла- I
сооружен^ X “ ТЦИ,'‘ М0СТ0В' ™ДРО™хнически)? . I
стойкостью.’ обладать определенной морозо- I
F 25°ГМ35ОрО50ОИр7С5ирЛ^ппиг 1пп°Н£‘ Делят на марК1,: I
F son nt и’ ь F Io°; F 150; F 200: F 300- F 400- I
морозостойкос?^юТеЫмеХН25ОциклНо "рименя,от бетон“ |
«ораживання и оттаиХ^“^3^^^“—ни; j
гких бетонов ВЫСОКОЙ морозостойкостью и малой во-
мооницаемостью значительно расширяет области их
„вменения. Бетоны на пористых заполнителях уже
Успешно используют в мостостроении, гидротехническом
строительстве и даже в судостроении.
'водонепроницаемость плотных конструкционных лег-
ких бетонов может быть высокой. Керамзитобетон с рас-
ходом цемента 300—350 кг/ма не пропускает воду даже
пои давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость плот-
пых легких бетонов подтверждается эксплуатацией воз-
веденных из них гидротехнических сооружений (напри-
мер, в Армении и Грузии), а также испытанием напор-
ных железобетонных труб. Характерно, что со временем
водонепроницаемость легких бетонов повышается.
Установлены следующие марки бетона на пористом
заполнителе по водонепроницаемости; W 0,2; W 0,4; W 0,6;
W 0 8; W 1; W 1,2 (в МПа гидростатического давления).
Легкий бетон — эффективный универсальный мате-
риал и его применение в двенадцатой пятилетке возра-
2. Крупнопористый бетон
В состав крупнопористого (беспесчаного) бетона вхо-
дят гравий или щебень крупностью 5-20 мм „порт-
ландцемент или шлакопортландцемент марок 300 40
и вода За счет исключения песка из состава крупно
пористого бетона его плотность У“ень“’"“/^Р',^РН’
на 600-700 кг/м3 и составляет 1700-1900 кг/м . итсут
стане песка и ограниченный расход цемента (70 150
к™3) позволяют Случить пористый бетонI теплопровод-
ностью О 55—0.8 Вт/(м- С) марок М 15—М 76. Крупно
пористый бетон целесообразно применять в Раионах'
гатых гпавпем Из крупнопористого бетона возводят мо
p(a5SS
ный материал.
3. Гипсобетон
Гипсобетон изготовляют ва основе строительного |-ипМ
са высокопрочного гипса или гипсопементно-пуццола-Ж
нового вяжущего, обеспечивающего получение водостой^
ких изделий. Для уменьшения плотности стремятся при-
менять пористые заполнители (топливные шлаки, керам-,
зитовын гравий, шлаковую пемзу и т. п.), а также ком-
бинированный заполнитель из кварцевого песка и дре-
весных опилок. С этой же целью вводят порообразующйе Н
добавки, позволяющие снизить плотность гипсобетона.
Для повышения прочности на изгиб и уменьшения хруп-
кости в состав гипсобетона вводят волокнистые напол-
нители (древесные волокна, измельченную бумажную
массу, синтетические волокна).
Крупноразмерные изделия изготовляют способом', не-
прерывного внбропроката на специальных станах. От-
формованные затвердевшие изделия высушивают в (су-
шильных камерах. Плотность гипсобетона в зависимости
от применяемого заполнителя и водогипсового отношения 'В
составляет 1000—1600 кг/м3 (марки М25, М50).
Гипсобетон широко применяют для изготовления^^
сплошных и пустотелых плит перегородок. Плиты можно
армировать штукатурной дранью, камышом и т. п.
Стальная арматура (проволока) должна быть защище- '
на от коррозии специальной обмазкой (цементно-казеи- 1
повой, битумной и полимерной). На водостойком гипсо- 1К
цемеятио-пуццолановом вяжущем изготовляют санитар-
но-технические кабины, мелкие камни и крупные блоки В
для внутренних и наружных стен жилых зданий, сель- К
скохозяйственных, производственных зданий с относи- -В
тельной влажностью помещений до 75 %.
4. Ячеистый бетон
Ячеистый бетон — разновидность легкого бетона; его
получают в результате затвердевания вспученной при
помощи порообразователя смеси вяжущего, кремнезе- ;
ГМРгого |'омпонента и воды. Прн вспучивании ИСХОДНОЙ I
смеси обрэзуется характерная «ячеистая» структура бе-
"' „ ЛапьНмЫеРк° РаСПРе“елеННЬ1МИ по объему воздуш-
Х.Т Б-1агодаРя этому ячеистый бетон имеет .
Х .».п, «,ЖТь И малую теплопроводность Порис-
тость ячеистого бетона сравнительно легко регулировать
„ „поцессе изготовления, в результате получают бетоны
„азной плотности и назначения. Ячеистые бетоны деля,
на три группы: теплоизоляционные плотностью в высу-
шейном состоянии не более 500 кг/м3; конструкционно-
теплоизоляционные (для ограждающих конструкций)
500—900 кг/м ; конструкционные (для железобетона)
900—1200 кг/м3. * И . -»
Материалы для ячеистого бетона. Вяжущим для це-
ментных ячеистых бетонов обычно служит портландце-
мент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо- и пеносили-
кат) автоклавного твердения изготовляют, применяя мо-
лотую негашеную известь. Вяжущее применяют совмест-
но с кремнеземистым компонентом, содержащим SiO2.
Кремнеземистый компонент (молотый кварцевый пе-
сок зола-унос ТЭС и молотый гранулированный домен-
ный шлак) уменьшает расход вяжущего, усадку бетона
и повышает качество ячеистого бетона. Кварцевый песок
обычно размалывают мокрым способом и применяют в
виде песчаного шлама. Измельчение увеличивает удель-
ную поверхность кремнеземистого компонента и повыша-
ет его химическую активность. Встречается тонкоднс-
персный природный кварц —маршалит с частицами
О 01—0,06 мм.
Возрастает применение побочных промышленных
продуктов (золы-уноса, доменных шлаков, нефелинового
шлама) для изготовления ячеистого бетона.
Соотношение между кремнеземистым к0“"°кв“™““
вяжущим устанавливают опытным путем. При перем*
шивании материалов в смесителе получают "С*°Д"ОУ"
смесь-тесто, состоящее из вяжущего, кр™"^и“ст°™
компонента и воды. Вспучивание теста вяжущетоможет
осуществляться двумя способами: первый химии
ним; в этом случае в тесто вяжущего вводят га3оое „у
гащую добавку и в смеси происходят химическ ре^
ции, сопровождающиеся выд“енивм теСТ0 вяжущего
ханическим, заключающимся в том, что 3 пе.
смешивают с отдельно приготовленной устойч
• В зависимости от способа |,агот°ВЛпКДпане"зарубе-
тоны делят на газобетон и пенобето.j В с Р^ газ0.
жом развивается "Р°"ЭВОД"ВОП"СРТ ,. позволяет полу-
бетона. Его технология более пР°сто со ста6|1Льными
чпть материал пониженной плотно -тя<:.1Льностью, что
свойствами. Пена же не отличается
вызывает колебания плотности и прочности пенобетона?
I Газобетон и газосиликат. Газобетон приготовляют из '
I смеси портландцемента (нередко с добавкой воздушной
извести пли едкого натра), кремнеземистого компонента
и газообразователя. По типу химических реакций спзо-
образователи делят на следующие виды: вступающие®]
химическое взаимодействие с вяжущим или продуктами
его гидратации (алюминиевая пудра); взаимодействую-
щие между собой и выделяющие газ в результате обмен-
ных реакций (например, молотого известняка и соляной
кислоты).
Чаще всего газообразователем служит алюминиевая.
ляет водород по реакции
ЗСв (ОН)2 + 2AI + 6Н2О = ЗН2 t +ЗСаО А1,О3 6Н2О.
Согласно уравнению химической реакции 1 кг алю-' 4
миниевой пудры выделяет в нормальных условиях Н
1,245 м’ водорода. При повышении температуры объем
газа возрастает и, например, при 40° С составит 1,425 м3. jj
На практике расходуется большее количество алюмини- 4
свой пудры, так как она содержит менее 100 % актив-' В
вого алюминия и, кроме того, часть газа теряется в про- В
иессе перемешивания и вспучивания раствора. В
Это учитывается с помощью коэффициента газоудер-
жания Агу, представляющего собой отношение объема'И
газа, удержанного газобетонной смесью Vy, к теорети- В
ческому объему выделяемого газа V, при данной темпе- В
ратуре:
Коэффициент газоудержания обычно составляет 0,7—
кпп товзго.1овлеН1|е 1 «3 ячеистого бетона плотностью
петоы д Рас“ДУ«ся 0,4-0,5 кг алюминиевой
и^?ям? вводят в виде суспензии, для
придания пудре гидрофильных свойств ее обрабатывают
^СЛБМ«я^жВОрОМ повеРхностно-активного вещества
(СДБ, канифольного мыла и др )
л.,й какевп„Яяя„е?ОЛОг“ "РСДУСматривает отливку изде-
лив, как правило, в отдельных формах из текучих сме-
==~=.ssx=s
моходный газобетоносмеситель, в котором их перемеши-
ВЗЮТ о— ....... . - очпвают водную СУСШЧг
ЗИЮ алюминиевой пудры и после последующего пеоеме’
давания теста с алюминиевой пудрой газобетонную
смесь заливают в металлические формы на определен-
ную высоту с таким расчетом, чтобы после вспучивания
формы были заполнены доверху. Избыток смеси («гор-
бу'шку») после схватывания срезают проволочными
струнами. Для ускорения газообразования, а также про-
цессов схватывания и твердения применяют горячие сме-
си на подогретой воде с температурой в момент заливки
в формы око.ъ 10 “С.
Тепловую обработку ячеистого бетона производят
преимущественно в автоклавах в среде насыщенного во-
дяного пара при температуре 175-200’С и давлении
0,8—1,3 МПа. Автоклавы представляют собой гермети-
чески закрывающиеся цилиндры диаметром до 3,6 м и
длиной до 32 м. Во влажной среде и при повышенной
температуре кремнеземистый компонент проявляет хи-
мическую активность и вступает в соединенение с гидро-
ксидом кальция с образованием гидросиликатов каль-
ция, придающих ячеистому бетону повышенную проч-
ность и морозостойкость.
Автоклавную обработку производят по определенно-
не появились трещины в изделиях, предусматривают
плавный подъем и спуск температуры и давления (в те-
чение 2—6 ч); время выдерживания изделий при макси-
мальной температуре составляет 5—8 ч.
Вибрационная технология газобетона заключается в
том, что во время перемешивания в смесителе и вспучи-
вания в форме смесь подвергают вибрации. Для приго-
товления ячеистобетонной смеси применяют виброгазо-
бетоносмеситель СМС-40 (рис. 6.16) пли гидродинами-
ческий смеситель ГДС-3. Бетоносмесители этих типов
позволяют получить однородные смеси с пониже
водотвердым отношением (В/Т=0,35—0,4).
Тиксотропное разжижение, происходящее в“едвт“в
ослабления связей между частицами, позволяет уме>
шить количество воды затворения на 20 ли /о >_’
шения удобоформуемости смеси. В смеси идарт»
щейся вибрированию, ускоряется газовыделе j5_^
чнвание заканчивается в течение 5—г мин в
мин при литьевой технологии. После пр Р .
рирования газобетонная сме
приобретает структурную прочность, позволяющую раз-
резать массив на блоки, время автоклавной обработки
также сокращается.
Разработаны новые технологические приемы изготов-
ления ячеистого бетона из холодных смесей (с темпе-
ратурой около 20°С) с добавками поверхностно-актив-.
ных веществ и малым количеством воды. Такой газобе-
тон на цементе после обычного пропаривания при атмос-
ферном давлении достигает прочности автоклавного бе-
тона, изготовленного по литьевой технологии, что дает
большой экономический эффект.
Принципы вибрационной технологии разработаны со-
ветскими учеными.
Резательная технология изготовления изделий из яче-
истого бетона предусматривает формование вначале
большого массива (объемом 10—12 м‘, высотой до 2 м).
После того как бетон наберет структурную прочность,
массив разрезают в горизонтальном и вертикальном на-
правлениях на прямоугольные элементы, а затем подвер-
гают тепловой обработке. Полученные элементы калиб-
руют на специальной фрезерной машине, а затем отде-
лывают их фасадные поверхности.
7 Г07''вых цементов, имеющих точные размеры,
<,б-1Ли^ОбИ₽аТЬ "а СИН1етическом клею плоские или
Таким х';"стРукции. используя стяжную арматуру-
Ром на МММ мП0ЛуЧа1<,Т 6ольш|1е стеновые панели разме-
одиу или две комнаты и высотой на этаж.
308
Гаэосиликат автоклавного твердения в отличие от
газобетона изготовляют на основе известково-кремнезе-
мистого вяжущего, используя местные дешевые матери-
алы -в'. - известь и песок, золу-унос и металл™,
.„веские гмин:. Соотношение между известью и моло-
тым песком колеблется от 1:3 до 1:4,5 (по массе), при
этом извести расходуется 120-180 кг на I м’ газосили-
ката. Изделия из газосиликата приобретают требуемую
прочность и морозостойкость только после автоклавной
обработки, благодаря которой достигается химическое
взаимодействие между известью и кремнеземистым ком-
понентом и образуются нерастворимые в воде гидроси-
ликаты кальция.
Пенобетон и пеносиликат. Пенобетон приготовляют,
смешивая раздельно приготовленные растворную смесь
и пену, образующую воздушные ячейки. Растворную
смесь получают из вяжущего (цемента или воздушной
извести), кремнеземистого компонента и воды, как и в
технологии газобетона. Пену приготовляют в лопастных
пеновзбивателях или центробежных насосах из водного
раствора пенообразователей, содержащих поверхностно-
активные вещества. Применяют пенообразователи: ка-
нифольный, получаемый путем омыления сосновой кани-
фоли щелочью, смолосапониновый (водная вытяжка
мыльного корня) и синтетические. Пенообразование вы-
зывается понижением поверхностного натяжения воды
на поверхности раздела «вода —воздух» под влиянием
поверхностно-активных веществ, адсорбирующихся на
поверхности раздела. Качество пены тем выше чем боль-
ке «кратность» — отношение начального объв“а
объему водного раствора пенообразователя^ Пей долж
на быть прочной и устойчивой, т. е. не оса*’' пеоиод
расслаиваться по крайней мере в iнача' ® п ₽
схватывания ячеистой массы. Стабилизаторами пены
служат добавки раствора животного «"Хи - да-
ла или сернокислого железа; минерализаторами
мент и известь. „„ а,„„ятя Лоом-
Из бункера, перемещающегося вдоль ФР ыфдля
вагонеток, пенобетонная смесь поступ в* О вае.
сокращения времени выдержки и У^кор. поташидру-
моети форм добавляют хлористый кальци . пота*
тие вещества, ускоряющие струкгуР 1 Структура
Структура и свойства ячеистых бетонов, ^тру
ячеистого бетона характеризуется дво
обусловленным наличием мак
’____ „опппрпеленные в объеме• S
душные кРУпные„ п£нообРазователем; их объем можно -'
зованы газо- или дозировку порообразование
регулировать, из е 0 01 мм) находятся в меж-
Микролоры (разм р м образованы годен затворе-
"ОрОВА1ХсвязанноРй химически вяжущим. Их объем умень-
”"Я' . ее ,, удается снизить (например, при вибраци-
шается. если уд 0 воды затворения. При этом
в Двяж ^“одотвердое В'.11 отноше*
межпоровые перегородки уплотняются. .. прочность* I
ячейстого бР?она возрастает. Следовательно, можно рас-
гматоивать ячеистый бетон как газонаполненный искус-
« тнеиный камень, в котором воздух, заключенный в ячеи-
ках играет роль своеобразного малотеплопроводиойза-
от технологических фактирш». —-----
оистости (т е распределение, характер и размер пор)
определяют все основные свойства ячеистого бетона.
Пористость ячеистого бетона косвенно характеризует^^
его плотностью.
пХ.ЙХкб»’ | 1000 | 900 | 800 | 700 | 600 | 500 | 400
Поэтому плотность— главная количественная харак-
теристика структуры ячеистого бетона, определяющая;,
все его технические свойства. По плотности и назначе-
нию ячеистые бетоны разделяют на следующие группы:
1) теплоизоляционные плотностью в высушенном состоя- I
нин 500 кг/м3 и менее; 2) конструкционно-теплоизоляци-
онные (для ограждающих конструкций — стен и покры-
тии) 500—900 кг/м3;3) конструкционные 900—1200 кг/м3.
По показателям плотности установлены следующие мар-
ки ячеистого бетона (кг/м3): D 300; D 400; D 500; D 600;
D 700; D 800; D 900; D 1000; D 1100; D 1200.
Прочность ячеистого бетона зависит от его плотности,
вида и свойств исходных материалов, от режима теп-
ловлажностной обработки и влажности бетона. В за-
висимости от гарантированных значений прочности яче-
истого бетона на сжатие установлены следующие клас-
зю
Жетдада?™
м'150; М 200. fieT0Ha по прочности обозначает пре-
Марка ячеистого бетонапапро * pefip0M 150
дел прочности при'с1кат™ажность 10±2 % (по массе)
мм, имеющих сР“™ЮисХывают не ранее чем через 12 ч
после “Хвлажностной обработки.
(вл“
90±5 %, температура от вели.
Водопоглощение и морозостойко и плот.
чины и характера "°Р“Т“ТК‘ЯпораМи (ячейками) Для
ности перегородок между м Р ₽ения морОзостоикости
снижения водопоглощения CTt)VKTypU с замкнутыми
инород-
ность материала. „ ячеистого бетона по
Установлены слеДУЮЩие ₽3“ F 50 F 100. Для па-
кость требуется от конструкц аживанию и от-
подвергающегося многократному и» и
составляет в среднем 0, 84 кД / ( 0 бетона, плот-
У садка зависит от c°"aBq я т “й бетон плотностью
ности и условии твердения. Яч стьотносительной
600-800 кг/м’ на воздухе с 70—80 А ноиотно^
влажностью и температурой 20 С имеет усад у
0,6 мм/м. _а ртам я от его плотно-
УВДля легких железобетон-
ных конструкций и тепль ’
ИЗОЛЯЦИИ. Широко пар
пространены конструЯ
онно-теплоизоляционные ТИ
и теплоизоляционные яче
истые бетоны,]И3 них из’
готовляют панели наруж
ных стен и покрытий зда-
ний. неармированные сте.
новые и теп.юпзо.тяцион-
ные блоки, камни для
стен. Конструкции из яче-
истых бетонов долговеч-
ны а зданиях с сухим и ' ’
нормальным режимами
помещений при относи
х7б0-70°ЛГ"ОС™ °0ЗДУ”'?
Для защиты от коррозии стальную ар.матупу пои™-' L~
обм™ кТН1Н°’бИТУМН0Й ИЛ" о полХольХ^
5. Арболит
органических заполнителях получНе₽аЛЬН°М вяжущеми
ревообрабатывающего и№SX"»“X ”3 °™дов
водств. В качестве вяжуще™ иго Вного ПР°ИЗ-
быстротвердеющий портл^вдцемеш Зуют °бь,чный и
вяжущее и гипсоцементно-пуццолановое ™совое
лучаемТ,^елмением''оХо ЯМЯеТСЯ Дробленка- В
хвойных и твердолиственныхДп^3аГОТОВКН 11 обработки.,
ные отходы (сучки ctovikkv Д₽ вес,1ых пород. Древес-
РУбят „а рубильной ма₽ЕеУ’затем'ЛЬ “ Т' П') сначала
билке. Заполнителем могут ™ лзмельчают в дро-
ственного производства- лппбл» Ь отходы сельскохозяйв
востра конопли и льна ₽own стебл" -'-чопчатника,
переработки дубового экстоактлВа~ПопутнЫ|"1 продукт
должна иметь определенный втового сырья. Дробленка
севе на ситах частный остзт 3 рН0В011 состав. При рас-
Должен быть не более на част,ш <в % "О массе)
30; соответственно 5 мм -60 оС 0,веРс™ями Ю мм -
5- Длина частиц не должна п'Д"” ~ 5; мевее 2 мм -
»|г Д ЛЖНа "Решать 40 мм. Примесь
коры, хвои и листьев в дробление допускается до 5 %
/от массы сухой смеси заполнителей).
' Возможно применение смеси органического заполни-
теля С пористым или плотным минеральным заполните-
лем. К органическому заполнителю добавляют древес-
ные опилки, а для приготовления дробленки можно ис-
пользовать стебли камыша.
При приготовлении бетонной смеси добавляют мине-
рализаторы — хлорид кальция или жидкое натриевое
стекло, которые нейтрализуют действие вредных водо-
растворимых веществ древесины (сахаристые вещества,
смоляные кислоты) и ускоряют процесс твердения арбо-
лита. Отделку наружных поверхностей ограждающих
конструкций из арболита производят слоем из декора-
тивного бетона или раствора на минеральных заполни-
320—380
160—250
330-500
400—800
^Рабочая стальная арматура в конструкциях из арбо-
лита должна находиться в слое бетона или цементного
раствора на минеральных плотных заполнителях. Тол-
щина защитного слоя бетона (раствора) до рабочей
арматуры — не менее 15 мм.
Примерный расход материалов на 1 м3
Ш Портландцемент марки 400 . . ’. . . i
Хлорид кальция ................ ‘ ’
Стальная арматура (для стеновых па-
нелей размером 6X1,2x0,6 м) . . . .
_ плотность (в высушенном состояний),
К для теплоизоляционных изделий и ма-
териалов : ..........
для конструкционно-теплоизоляцион-
ных изделий .....................
стоянии), Вт(м-°С) . /...........
Усадка, мм/м ‘.‘°.......................... _ ..
Арболит применяют для изготовления теплоизоля-
ционных материалов и конструкционно-теплоизоляцион-
15^25 2005
0,07—0,16
ныч изделий: стеновых блоков и панелей, плит перекпЯ
т„й и покрытий, для возведения монолитных, ар
ванных в ^армированных конструкции сельскохоаяйИ
венных зданий различного назначения. Выпуск взделий
и конструкций из арболита марок 25—50 в двенадцатой^
пятилетке будет значительно увеличен.
Арболит менее энергоемок по сравнению с керамзц
тобетоном, он имеет обширную сырьевую базу в виде
древесных отходов, в связи с чем не требуется создание
карьеров и предприятий по производству искусственный '
пористых заполнителей. Все эти преимущества арболита
особенно важны для строительства на селе. I
6. Технико-экономическая эффективность
применения легких бетонов
Снижение массы крупноразмерных железобетонвди
изделий и монолитных конструкций — основной путь
уменьшения материалоемкости строительства. аИ
Толщина наружных стен снижается с 52—66 см (кир
личные стены) до 25—40 см (легкобетонные стены)
поэтому масса 1 м! стены с 1080—1250 кг уменьшается
до 175—560 кг, т. е. примерно в 2—6 раз.
При возведении стен из легкого бетона трудовые
затраты снижаются в 12 раз, стоимость ниже примерно
на 32 %, суммарный расход топлива меньше на 48 V
по сравнению с аналогичными стенами из кирпича В
силу высокой технико-экономической эффективности лег-
кобетонных конструкций производство легких бетонов в
перспективе возрастет.
Сравнительная оценка экономической эффективности-:
““териалов н конструкций дается на основе сопостав-
питальнм»ВеДеННЫХ ,затрат’ определяемых с учетом ка-
стоимо™ Л "" на производство продукции, себе-
с™'т °' " ""'Р1,1ала в деле (включая затраты на тран-
neonoi ™" зиспдувтационных расходов за весь
Ле?кп? б!“ КОНСТРУКЦ11П <табл- 6.13).
нее тяже тпг^г°Н "а ПОР|1СТЫХ заполнителях эффектна-
в наружных с?енахана°12ОК25ао1еЛЮ пР"веден'шх затРат;
стенах ня я м и I, 2—25 %, во внутренних несущих
лило снизить Л' Использование легкого бетона позво-
Хд стали на п Х ?ОНСТ₽^ии в среднем на 35 %. .
и1°сиспользованиемтяжадог^бетона.3 2° % "° С₽ЗВНе'
13. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СНИЖЕНИЯ
.йерамзитобето!'
Щлакопемзобеюн
Ячеистый бетон
Керамический киЛ
Керамические лу
стотелые камни
I По данным А. С. Болдырев и др. Технический прогресс
нышленпостп строительных материалов. М., 1980, с. 37.
Конструкционные легкие бетоны плотностью 1700—
1800 кг/м3 марЪкпо прочности М 200—М 400 применяют
в армированных конструкциях —легкобетонных фер-
мах, пролетных строениях мостов и др. Масса легкого
железобетона при одинаковой прочности на 25—35 %
меньше массы тяжелого.
Высокие экономические показатели имеют силикат-
ные ячеистые бетоны автоклавного твердения, в осо-
бенности при использовании для их изготовления про-
мышленных отходов (шлаков и зол). Экономия приве-
денных затрат доходит до 11,7 руб/м2 стены.
Конструкции из ячеистых бетонов отличаются высо-
кими технико-экономическими показателями. Стены из
ячеистого бетона в 1,8 раза легче стен из керамзитобе-
тонных панелей, стоимость их также меньше. Удельные
капитальные вложения в строительство заводов по про-
изводству ячеистого бетона на 30—40 % меньше, чем в
строительство предприятий, выпускающих аналогичные
конструкции из тяжелого и легкого бетона с пористым
заполнителем, поэтому применение ячеистого бетона
расширяется. Эффективность легких бетонов возрастает
при снижении плотности бетона и выпуске изделий пол-
ной заводской готовности.
ГЛАВА 7. ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОНА
В отличие от других материалов, которые промыв ,
ленность поставляет в готовом виде, бетон изготовляют- 1
непосредственно на стройке. При бетонировании моно-
литных конструкций бетонную смесь приготавливает на I
бетонном заводе и транспортируют на строительную
площадку, где и производят их бетонирование. При про-
изводстве сборных железобетонных изделий бетонную
смесь приготавливают на бетоносмесительном узле за.
вода, затем транспортируют в формовочные цеха, где
укладывают в специальные формы для изготовления *1
сборных изделий. Для ускорения твердения бетона в II
изделиях и конструкциях используют различные виды
прогрева бетона.
Основными операциями в технологии бетона явля-
ются: приготовление бетонной смеси, ее транспортире-
ванне и укладка в изделие или конструкцию, ускоре-
ние твердения бетона (на заводах и при производстве I
бетонных работ в особых условиях, например, в зимнее
время).
§ I. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНА
Бетонную смесь перемешивают только механизирован-
ным путем в бетоносмесителях. Каждый бетоносмеситель
снабжен автоматическим или полуавтоматическим бач-
ком, отмеривающим воду с точностью до 1 % Точность
дозировки цемента также до 1 %, заполнителей до 2 %.
Бетоносмесители могут иметь разную вместимость: ма-
Я™ оаТо250^ ,СР?ДНЮЮ (375—500 л), большую
‘20“-2400-4500 л) • Вместим°сть бетоносмесителей ча-to
ТСЯ Не выхадом «товой бетонной смеси, а
° загРУ»аемых материалов. Поступающие
ют объем“ ТеЛЬ мате.риаль' до перемешиванияi занима-
Й»».» РаВНЫ” СуММе их °бъа«°а в отдельности,
«вой &ТОНПОЙ сН"И ТТОТЫ за"°л»*ются и объем го-
го?жа™«* УыеТ Меньше с>'ммы объемов за-
ервднем “ -пкк0В' КоэФФ"Ц|1ент выхода бетона в
леблется от о^Гяп^’т?0 “ денствнтелькостн выход ко-
леблется от 0,55 до 0,75 в зависимости от состава бетона
—ма пустот в заполнителях. В среднем бетоносме-
И ° ПК например, вместимостью 1200 л дает около 800 л
Кной смеси за один за-
„ес Бетоносмесители чаще
„сего бывают порционными
(периодического действия),
io могут быть и непрерыв-
ного действия.
в зависимости от конст-
рукции различают бетоно-
смесители: гравитационные,
К свободным падением бе-
тонной смеси и принуди-
тельного действия.
В смесителях первого ти-
па вращается барабан, к
стенкам которого внутри
приделаны лопасти (рис.
7.1). Здесь перемешивание
производится по принципу
свободного падения мате-
риала. Эти смесители при-
годны только для подвиж-
ных бетонных смесей. В ма-
шинах принудительного
действия внутри барабана
вращается вал с лопастями,
перемешивающими бетон-
ную смесь (рис. 72). По-
следние бетоносмесители особенно необходимы для пере-
мешивания жестких бетонных смесей.
Порционные бетоносмесители со свободным падени- '
ем материала бывают различных типов например: с гру.
шевидным барабаном вместимостью 100—330 л, опрокйЛ
дывающимся для выгрузки (загружается такой бетонов !
смеситель с помощью бадьи); с барабаном вместимость^
800—2400 л, состоящим из двух усеченных конусов^ сло-
женных основаниями (бетон выгружают через отверстие
наклоняемого барабана).
На автоматизированных бетонных заводах применяй
ются бетоносмесители непрерывного действия, в которых!
бетонная смесь принудительно перемешивается вращаю^ 1
щимся в цилиндре или в специальном лотке шнеком, ко - я ;
торый одновременно перемещает ее от загрузочного dffil
верстия к концу смесителя, где происходит выгрузка. « j
Продолжительность перемешивания сильно влияет на
однородность и прочность бетона. С увеличением продол» Л
жительности перемешивания до 2—3 мин прочность бе»,
тона повышается, при дальнейшем перемешивании она.-''
увеличивается незначительно. Увеличение продолжитель- 5’’'
ности перемешивания больше влияет на прочность бетозЯ
нов из жестких и тощих смесей и гораздо меньше влияет
на прочность бетонов из подвижных и жирных смесей^Я
Продолжительность перемешивания бетонной смесил^И
малых и средних бетоносмесителях должна быть не ме-
нее: при жирной и подвижной смесях — 1 мин; при жест-
ких тощих и легких бетонных смесях — 2 мин.
В бетоносмесителях вместимостью более 500 л про-
должительность перемешивания составляет 2—-5 мин; Я
она увеличивается с уменьшением скорости перемешива- «
ния и увеличением вместимости барабана.
2. Транспортирование и укладка
бетонной смеси
При бетонировании монолитных сооружений бетонншяИ
смесь к месту укладки доставляют в автобетоносмесйтё- W
лях, бадьями, перевозимыми специализированным тран-
спортом, автосамосвалами, транспортерами.
Ьолее совершенными видами транспортирования бе- И
тонной смеси являются: перекачивание поршневыми или 'Я
другими насосами по трубам; доставка с центральных 1
бетонных заводов в автомобилях-бетоносмесителях, в ко-
'торых перемешивается бетонная смесь (непосредственно
пеР??ектрализомнноеезаводское изготовление бетонных
иргей и доставка готовых смесей на стройки имеют
нплъшие технические и экономические преимущества,
повышается качество бетона, снижается его стоимость,
отпадает необходимость организации сложного бетонно-
го хозяйства на стройках. Центральные автоматизиро-
ванные бетонные заводы имеются на крупных стройках
стоаны и в городах., •V&gMj!
При длительной перевозке готовой бетонной смеси она
загустевает: понижается ее подвижность, что видно по
уменьшению осадки стандартного конуса. Это объясня-
ется гидратацией цемента, поглощением воды заполни-
телями испарением и прочими потерями воды. Время пе-
ревозки готовой бетонной смеси должно быть не более
1 ч, а в жаркую погоду — менее 30 мин, иначе цемент
-НЭ *Смесь сухих компонентов бетона (с влажностью не бо-
лее 2 %) можно перевозить в течение длительного срока,
поэтому в последнее время развивается приготовление
на центральном заводе и доставка на объект сухих сме-
сей, которые перемешиваются непосредственно у рабоче-
места. - - -
g* Завод на каждую партию бетонной смеси выдает па-
спорт с указанием состава бетона и его марки. В допол-
нение к паспорту сразу же после испытания прочности
бетонных образцов в заводской лаборатории результаты
отсылают на стройки. Стройки, получая готовые бетон-
ные смеси, обязаны немедленно использовать их, не до-
бавляя воды.
В’ настоящее время на всех стройках, где ведутся бе-
тонные работы, и на заводах сборного железобетона при-
меняется механизированная укладка и уплотнение бе-
тонной смеси вибраторами. Такая укладка не только по-
вышает производительность и облегчает труд, но и дает
ряд преимуществ: увеличивает плотность, прочность, во-
донепроницаемость и долговечность бетона, уменьшает
его усадку. Если не требуется повышения прочности бе-
тона, то можно снижать расход цемента на 10 20 /о,
быстрее снимать опалубку, а также ускорять процесс его
^Сущность вибрирования заключается в передаче бе-
тонной смеси вибраторами колебаний высокой частоты
I /3000—6000 в мин) и ма'лой амплитуды (0,2—0 5 м^),
1 благодаря которым уменьшается вязкость смеси (снижа-
ется трение между ее составными частями); оетонная
смесь приобретает свойства тяжелой жидкости и уклады-
вается наиболее плотно, хорошо заполняя опалубку. Ви-
браторы дают возможность укладывать ма юподвиж^е
и даже жесткие бетонные смеси, а это позволяет эконо-
мить цемент или повышает прочность бетона. I
Для механизированного уплотнения бетонной смеси
применяются вибраторы различных типов. По роду дви-
гателя вибраторы разделяются на электромеханические
(наиболее распространенные), электромагнитные, пнев- I
магические и др.
Электромеханические вибраторы имеют специальный
мотор, на валу ротора которого эксцентрично насажены
грузы (дебалансы); вращением грузов создаются колеба-
ния, передаваемые рабочей части вибратора. Мотор
вибраторов нового типа освобожден от дебалансов; (Ши
заменяются валом с эксцентричной осью вращения, поме-
щаемым в самостоятельной рабочей части вибратора, вра-
щение которой от мотора передается гибким валом.
Наиболее широкое применение получили следующий'-
электромеханические вибраторы.
Поверхностный вибратор (рис. 7.3) имеет мотор с де- ।
балансами, закрепленный на металлической рабочей пло-
щадке размером 0,5X1 м. Мощность мотора 0,4 кВ г. Глу-
бина распространения вибрации в бетонную смесь под
рабочей площадкой 20—30 см. Продолжительность ви-
брирования на одном месте около 1 мин.
Эти вибраторы используются для уплотнения бетонной
смеси на больших открытых поверхностях (плитах, до-
рожных покрытий, основаниях под фундаменты, полах |
и т. п.). Их не следует использовать для бетонирования .
массивных сооружений во избежание образования слри?
. Глубинный вибратор (рис. 7.4) относится к группе
внутренних вибраторов. Его вводят в бетонную смесь для
вибрирования, а затем извлекают оттуда за рукоятку, не
прекращая вибрирования. В герметически закрытом ко-
жухе вибратора помещен высокочастотный мотор с де-
оалансами на валу, благодаря чему колебания переда-
ются почти непосредственно бетонной смеси. К верх-
ней части вибратора присоединена трубчатая штанга,
внутри которой проходят провода. Масса вибратора
20 кг, диаметр рабочей
,астп 114 мм, полная дли-
на 1165 мм, мощность мо-
тора 1 кВт. Этот вибратор
используется при бетони-
ровании крупных блоков,
колонн, балок ит.п.
Вибратор с гибким ва-
лом (рис. 7.5) состоит из
тонкого цилиндрического
сменного рабочего нако-
нечника (диаметром 51 и
75 мм), соединенного с
•мотором гибким валом.
Мотор мощностью 1 кВт I
расположен отдельно на
металлической тарелке.
.Этот высокочастотный ви-
братор (до 7000 колеба-
ний в мин) удобен для бе-
тонирования тонких кон-
струкций с густой арма-
5 турой.
Для безопасности
электромеханические ви-
браторы необходимо за-
землять, а рабочих снабжать резиновыми сапогами и ру-
кавицами. Выпускаемые в стране вибраторы переведены
на питание более безопасным током низкого напряже-
ния — 36 В.
Для улучшения качества бетона можно применять ва-
КЖмирование, при котором из бетонной смеси извлека-
ется часть избыточной воды и воздуха; одновременно под
действием атмосферного давления бетонная смесь уплот-
няется и бетон становится более прочным; ускоряется
также его твердение. Хорошие результаты дает повтор-
ное вибрирование после вакуумирования, при котором
закрываются мелкие поры, образовавшиеся при вакууми-
ровании, и бетонная смесь сильнее уплотняется.
Для получения бетона хорошего качества необходимо
обеспечить надлежащий уход за твердеющим бетоном,
создавая летом влажную, а зимой теплую и влажную сре-
ду для его твердения. После укладки бетонной смеси в
летнее время поверхность сооружения должна быть за-
11-265 321
|шпщена от высыхания, а в первые часы твердени^
дождя. Для этой цели горизонтальные поверхности по
окончании бетонирования покрывают специальная па-
ронепроницаемыми пленками, наносят материалы, Кото-
! пые высыхая образуют пленку (например, битум, лак
: этиноль и др.), посыпают песком слоем а см, шлаком и
I другими подобными материалами, все время увлажняв-'
I мыми, создают на них водные бассейны. В первые дни
вертикальные поверхности от высыхания защищает опа-
лубка, которую также следует увлажнять. После снятия
боковой опалубки вертикальные поверхности бетонный
сооружений поливают водой.
Поливка бетона при температуре воздуха выше 15 °C
продолжается не менее 15 дней, при температуре возду-
ха 10—15 °C — 10 дней; при более низкой температуре
продолжительность поливки бетона устанавливается на
месте работ. В первую треть указанного срока бетон по-
ливают 3—4 раза в сутки, затем 2 раза в сутки.
Полную расчетную загрузку конструкций можно,про-
изводить только после испытания контрольных образцов
бетона.
3. Бетонирование монолитных конструкций
Монолитными называют конструкции, которые возво-
дятся непосредственно на месте их расположения. Воз-
ведение конструкций включает установку опалубки, ко-
торая воссоздает в пространстве очертания будущей
конструкции, установку арматуры, бетонирование конст-
рукций, уход за твердеющим бетоном. Монолитные кон-
струкции сооружают в основном из тяжелого и легкого
бетона на пористых заполнителях. Монолитные бетон-
ные и железобетонные конструкции экономически целе-
сообразны при использовании индустриальных методов
работ. Они предусматривают широкое применение инвен-
тарной металлической, деревянной, фанерной или дере- I
вометаллнческои опалубки. В зависимости от типа бето- .
КОНСТРУКЦИЙ 11 их конфигурации используют !
мшею Опалубки: Разборно-переставную, сколь-
"одннмаему'« Домкратами), катучую (переме-
щаемую в горизонтальном направлении) и др.
„„„„РматУРУ- как правило, изготовляют в арматурно-сва-
Ы1‘“еХах “Л“ **а Заводе 8 виде укрупненных элемен-
тов сварных сеток и блоков-каркасов.
322
, I Предусматривается автоматизация' приготовления бе-
,и..ой смеси, комплексная механизация ее транспорти-
рования и уплотнения. Созданы бетонные заводы и уста-
новки периодического и непрерывного действия с про-
гпаммным управлением производительностью 15, 30, 60
it 120 м3/ч. Заводы оборудуют автоматическими дозато-
рами гравитационными бетоносмесителями или смесите-
^^^^^^□"^"тр^портируют так. чтобы она не
Расслаивалась и не изменяла свой состав вследствие по-
падания атмосферных осадков или чрезмерного испаре-
ния воды при действии ветра и солнечных лучей.
Бетонную смесь перевозят на строительную площад-
ку чаще всего автосамосвалами или автобетоносмесите-
тями Транспортирование бетонных смесей на строитель-
ной площадке осуществляют кранами, конвейерами и по
трубам с помощью бетононасосов или пневмонагнетате-
лей. Пневматический способ отличается простотой и по-
зволяет подавать бетонные смеси сжатым воздухом по
трубам на расстояние до 150 м.
Бетонирование монолитных конструкций производят
непрерывно пли с перерывами, т. е. участками или бло-
. ками. Непрерывную укладку бетона осуществляют в том
случае, когда требуется повышенная монолитность и од-
нородность бетона и поэтому нежелательно наличие ра-
бочих швов. Это относится к предварительно напряжен-
ным железобетонным конструкциям, фундаментам, вос-
принимающим динамические усилия от оборудования и
т. п. Конструкции большой протяженности или большой
площади (например, железобетонные перекрытия) бе-
тонируют отдельными участками, причем рабочие швы
между ними предусматривают & местах, где при эксплуа-
тации возникают минимальные напряжения.
Массивные сооружения (плотины, шлюзы, массивные
фундаменты и т. п.) в проекте разрезают рабочими шва-
ми на блоки. Объем блока устанавливают с учетом воз-
никающих в бетоне температурных и усадочных напря-
жений. Бетонную смесь подают так, чтобы не было рас-
слоения, поэтому бетонная смесь поступает к месту
кладки по вертикальным «хоботам», виброжелобам и на-
клонным лоткам, при этом высота свободного падения
смеси не должна превышать 2 м.
Бетонную смесь укладывают слоями, толщину кото-
рых устанавливают с учетом ее хорошего уплотнения ви-
толщина слоя составляет 1,25 длины рабочей части в^ I
браторов, при поверхностном вибрировании не превыптя;Д
ет 15—25 см. Шаг перестановки внутренних вибраторов Я
не должен превышать полутора радиусов их действия.
Уход за бетоном начинают сразу после укладки и уп-
лотнения бетонной смеси и продолжают в течение всего I
периода выдерживания бетона до достижения им Л
заданной прочности. Качество бетона зависит от уходами
за ним, целью которого является создание и поддержав
иве температурно-влажностных условий, благоприятном
для гидратации цемента.
Распалубливание.бетонных и Железобетонных конс^И
рукций производят после достижения бетоном установ^Н
ленной прочности. Несущую опалубку снимают, когда бе-^Д
тон наберет 70—100 % проектной прочности. Полня;ДИ
прочность бетона необходима в том случае, когда факти- И
ческая нагрузка на распалубленную конструкцию будет •
превышать 70 % расчетной.
4. Контроль качества бетона
Контроль качества бетона на стройках осуществияет-Д
ся лабораториями. Лаборатории организуются на всех
стройках и заводах, где объем бетонных работ превышав
ет 2000 м3. Контроль заключается в испытании стандарт-
ными или полевыми методами всех материалов, приме-
ияемых для изготовления бетона, подборе его составов I .
проверке качества приготовления и укладки бе тонной^
смеси, а также прочности затвердевшего бетона.
Наряду со стандартными испытаниями для контроля.^
качества материалов и бетона используются полевые Я
зкспресс-методы. В последнее время широкое распрост-
ми1тр».°луа"л" НеТ0ДЫ конт₽оля качества бетона без Я
шення- Эт“ испытания проводят простыми и доступ- Л
С пг мо баМ11: молотком К. П. Кашкарова и т. п. или
ьных ультразвуковых приборов. При
в,пРконстпЛ.?и к' в' КашкаР08а (рчс. 7.6.) по образцу
OmobSbSo Т на.6е™|с °стается отпечаток-вмятина. «
пом эгатопр °" Же отпечаток получается па сталь- <
инюаивыетпп» ₽ансе "звест"ой твердостью. По отношЗ •’«
рис 76 б!ш Jтпсча1ков d'^ "° тарировочной кривой
бе"она 4ei 6о1ш оР"е"™Р°“°чно установить прочность .
оетона. Чем больше это отношение, тем ниже прочность
бетона. ДЛЯ получения бо-
лее .надежных результа-
тов количество испытании
для получения одного
среднего значения должно
быть не менее 10. При ис-
пытании молотком
К. П. Кашкарова сила
удара не отражается на
результатах испытания,
так Йк отпечатки на бе-
тоне й эталоне вызывают-
ся одним и тем же уда-
₽ При использовании
^.ультразвукового способа
электронный генератор
прибора создает высоко-
частотные электрические
импульсы, которые в спе-
циальном излучателе пре-
образуются в ультразву-
ковые механические вол-
ны. Излучатель плотно
прижимается к образцу или Изделию, посылая в нега
ультразвуковые волны. На расстоянии / от излучателя I
к поверхности бетона подводят приемник, в котором уль- I
тразвуковые колебания преобразуются в электрические. I
Через усилитель эти колебания подаются на измеритель- I
ное устройство, которое позволяет определять время про'
хождения ультразвука через образец t. Скорость расппйаЯ
странения ультразвука
ределяющее задержку сигнала в местах контакта щупов ^бетоном - .
По скорости ультразвука на основе тарировочнь^ за- I
виснмостей, полученных по результатам предваритель-
ных испытаний, определяют прочность бетона: чем плот-
нее бетон, тем выше его.прочность и скорость распрост- I
ранения ультразвука (рис. 7.7).
5. Пути экономии цемента и улучшения качества бетона
Снижение расхода цемента в бетоне не только очень
важно экономически. Оно вместе с тем способствует улуч- -
шенню свойств бетона, так как цементный камень в боль*- В
шпнстве случаев является наиболее слабым компонентом В
. бетона. Уменьшение расхода цемента снижает его усадку
ползучесть, увеличивает долговечность, стойкость протий
коррозии, и кроме того, снижает общие затраты энергии
на производство оетона, так как цемент наиболее энерго- J
емких компонент бетона. р
Минимальный расход цемента в бетоне догтпгаетгДК»
=МмаЫ0°Р0М ма1еР"алов. в частности, отноше*
ТОННОЙ CMern fo 5'" UeMeHla " бет°№. ПОДВИЖНОСТИ бб-1
менёвнем Ше,'',Я МеЖду nec,ioM " щеб“еи. "Р"-
ёшатётьёмм заполнителей оптимальной крупности;!
тщательным приготовлением и уплотнением бетонит.» I
смеси, надлежащим уходом за бетоном применением no J
ТпХТ;'оОваа„КёёёНЫпХ ДОваВ°К ’ сУлсрпластнёжкатор<^4
В поои,в„ Д р°ста "р0™"" бетона во времени.
эко“ м ‘" е±Р"“Г0 желез°бетона значительной
:=Й====^ .
кых добавок не толь^ХI
7.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЦЕМЕНТОВ ПО СКОРОСТИ
2. Минералогическая характеристика „ -В”
Алюминатный (С3А>12 %) 1-1,05 1—1.1
II Алитовый (Сз5>50 %, С3А< 1,05—1,2 1,1—1,3
111 HilL Hl aiiiii 1.6 1.85
держании шлака более 50₽%
за счет уменьшения водопотребно(
и повышает долговечность бетона.
Иногда конструкция вступает в эксплуатацию й вос-
принимает расчетные нагрузки не через 28 сут, в кото-
рые обычно определяют марку бетона, а в более поздние
/сроки. В благоприятных условиях твердение бетона про-
•должается и после 28 сут и к моменту передачи на кон-
струкцию эксплуатационной нагрузки прочность бетона
часто превышает требуемую проектом. В подобных случа-
ях, назначая более длительные сроки (90 или 180 сут)
^"достижения бетоном проектной прочности, можно сэко-
номить цемент.
Рост прочности бетона во времени зависит, главным
менные цементы по скорости твердения можно подразде-
лить на четыре типа (табл. 7.1). Наибольший прирост
прочности в длительные сроки обеспечивают цементы III
и IV типов. При благоприятных условиях твердения
А'?6—iso таких цементов достигает 1,8.
По формуле
= K2S“ig28: *28-в0 = 11351 = ,55,
Если достижение проектной прочности бетона 40 МПа,
приготовленного на цементе IV типа марки 400, назна-
чается в возрасте 180 сут, то /?2в = у-у- «22 МПа.
Дл, ₽„ = « МПа Д/Д = -4О-Г°4о,;
Для = 22 МПа В/Ц =
При одинаковом расходе воды, например, 180 л, обес-
печивающем заданную подвижность, в первом случае
(#28=40) потребовалось бы цемента 180 : 0,46=39(МИ
а во втором (#28=22) — всего 180:0,67=270 кг, т Я
было бы сэкономлено более 30 % цемента. ’ * |
Из табл. 7.1 видно, что пользоваться формулой . J
р-р lgn
Rn~R:' 1828
в сроки 28—180 сут можно только при применении Я-
мента III типа. 4
Однако следует подчеркнуть, что цементы III п IV ти--
пов, для которых наиболее целесообразно назначать поо-
ектиую прочность по длительным срокам твердения осо-
ве"тНаОблУ 7С1°'‘ТкеЛ ь"ж “ услов"я“ ранения. Приведенные^
втют нопм»Л»±Ф"Ц"еНТЫ Лм-и“ и “ответст-
I” ""Р»ми»и уамяв хранения (1 = 15-20"С,
w~аи—100 %) небольших образцов. При понижении
мен^яхаТУРЫ " влажност" твердение бетона на таких це-
ментах резко замедляется. Это хорошо видно по резсли[
тэтам опытов, приведенных в табл 7 2 Р >ЛТ
При возведении сооружений не всегда удается созляА
трсбуемук, влажность в течение всего срока твеплеД
... ..^==^:а=.в xd
табл ИЦА 7.2. опытнир роста прочности бетона
или значениями коэффи-
циентов К2М0 „ Км_]!01
приведенными в табл. 7.1.5b
Ориентировочно можно
считать, что при тверде- l
нии на открытом воздухе S
цементов 1 и II типов
Аае-эо=1,О5, Л28_„0=1,1}И
для цементов III типа .
для цементов IV типа
КОЭФФИЦИЕНТОВ
В том случае, когда назначается определенная от-
пускная прочность бетона, ее снижение (например,
с 70 % ДО 60 % от #2h) также способствует экономии це-
В табл. 7.3 показано влияние некоторых технологиче-
ских приемов на расход цемента. Для сравнения принят
бетон марки М 300, ОК= 5 см, цемент марки 400 (III
тип), предельная крупность щебня 10 мм. Расход цемента
ТАБЛИЦА 7.3. УМЕНЬШЕНИЕ РАСХОДА ЦЕМЕНТА РАЗЛИЧНЫМИ
• ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРИЕМАМИ
4. Повышение жесткости смеси до₽20 с
7. и । .1 марки 600 и супсрпластификато-
10. цемент/ марки 600, ^суперпластификато-
350 кг/м3. Условия производства накладывают опреде-
ленные ограничения на выбор технологических приемов,,
однако при проектировании конструкций и их изготовле-
нии необходимо стремиться к созданию условий для
максимального использования всех возможностей умень-
шения расхода цемента. В отдельных случаях, когда тре-
буемый расход будет получаться меньше минимально
допустимого из условия получения плотного бетона (см.
пп. 9, 10 табл. 7.3), следует вводить в бетон тон комоло^ ,
тые добавки.
§ 2. ПРИМЕНЕНИЕ БЕТОНА В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ
1. Твердение бетона при различных температурах
Нормальной температурой среды для твердения бе-t
тона условно считается 15—20°C. При пониженной тем-
пературе прочность бетона нарастает медленнее, чем
при нормальной. При температуре бетона ниже' нуля
твердение практически прекращается, если только в бе-
тон не добавлены соли, снижающие точку замерзания
воды. Бетон, начавший твердеть, а затем замерзший, I
после оттаивания продолжает твердеть в теплой среде’ 1
причем, если он не был поврежден замерзающей водой
в самом начале тверде-
ния, прочность его нарас-
тает (рис. 7.8).
При повышенных тем-
пературах бетон твердеет
быстрее, чем при нор-
мальной, особенно в ус-
ловиях влажной среды.
Так как при высоких тем-
пературах бетон трудно
предохранить от быстрого
высыхания, то нагревать
его выше 80 °C нельзя. Ис-
ключение составляет лишь
обработка насыщенным водным паром в специальных
герметизированных камерах при температуре 90—100°С
или под давлением в автоклавах на заводах, изготовля-
ющих бетонные изделия.
Прочность бетона, твердеющего при температурах
5—35 °C, может быть приблизительно определена по
Табл. 7.4, полученной опытным путем С. А. Мироновым.
2. Основные требования к бетону
и бетонированию в зимних условиях
Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же при-
обрести прочность, достаточную для распалубки, частич-
ной нагрузки или даже для полной загрузки сооружения.
Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за со-
бой значительное понижение его прочности после оттаи-
вания и в дальнейшем по сравнению с нормально твер-
девшим бетоном. Это объясняется тем, что свежий бетон
насыщен водой, которая при замерзании расширяется,
разрывает связи между поверхностью заполнителей и
мало затвердевшим цементным камнем. Прочность бе-
тона, как было показано на рис. 7.8, тем ближе к нор-
мальной, чем позднее он был заморожен. Кроме того,
из-за раннего замораживания значительно уменьшается
сцепление бетона со стальной арматурой в железобе-
При любом способе производства бетонных работ бе-
тон следует предохранять от замерзания до приобрете-
ния им минимальной (критической) прочности, которая
обеспечивает необходимое сопротивление давлению льда
и в последующем при положительных температурах спо-
собность к твердению без значительного ухудшения ос-
новных свойств бетона (табл. 7.5).
При применении быстротвердеющего высокопрочного
цемента необходимое время выдергивания сокращается
примерно в 1,5 раза. Если к бетону предъявляются высо-
кие требования по динамическим свойствам, водонепро-
ницаемости и морозостойкости, то его следует предохра-
нять от замерзания до достижения марочной прочности,
так как замораживание при минимальной прочности, не
сказываясь заметно на прочности бетона при сжатии,
может несколько нарушить структуру и ухудшить его
особые свойства.
ооеспечитмM
твердение бетона в теплой и влажной среде в течение
срока, устанавливаемого в зависимости от заданноЙ-Sw
прочности. Это достигается двумя способами: первый —
использованием внутреннего запаса теплоты бетону/"'s-
второй — дополнительной подачей бетону теплоты извне,
если внутренней недостаточно. Способы зимнего бетони- .
рования разработаны и широко внедрены в практийу^И
строительства специалистами данной области С. А. Ми-’
роновым, В. Н. Сизовым, И. Г. Соваловым и др. Ч|
При первом способе необходимо-применять высоко/jS
прочный и быстротвердеющий портландцемент. Кроме -
того рекомендуется использовать ускоритель твердени^И
цемента — хлористый кальций, уменьшать количество
воды в бетонной смеси, вводя в нее пластифицирующие <
и воздухововлекающие добавки, и уплотнять ее высоко- .г»,
частотными вибраторами. Все это дает возможность ус-
корить твердение бетона при возведении сооружений и
добиться того, чтобы бетон набрал достаточную прочность '
перед замораживанием.
Внутренний запас теплоты в бетоне создают путем И
подогрева материалов, составляющих бетонную смесь; Я 9
кроме того, в твердеющем бетоне теплота выделяется
при химической реакции, происходящей между цемен-
том и водой (экзотермня цемента).
В зависимости от массивности конструкций и темпе*
ратуры наружного воздуха подогревают только воду для ~
бетона либо воду и заполнители (песок, гравий, щебень).
можно подогревать до 90°C, заполнители — до |
. цемент не подогревают. Требуется, чтобы темпера^ j]
тура бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя бы-
ла не выше 30 °C, так как при более высокой температу- ।
ре она быстро густеет. Загустевание, т. е. потеря подвиж-
ности бетонной смеси, затрудняет укладку, а добавлять
воду нельзя, так как вода понижает прочность бетона.
Минимальная температура бетонной смеси при укладке
в массивы должна быть не ниже 5 °C, а при укладке в
тонкие конструкции — не ниже 20 °C.
В последнее время применяют новый способ —
электроподогрев смеси в специальном бункере непосред-
ственно перед укладкой в конструкцию. В этом случае
^Электрический ток пропускают через смесь и разогре-
вают ее до 50—70 °G. Разогретую смесь надо сразу же
укладывать и уплотнять, так как она быстро густеет.
В процессе твердения бетона цемент выделяет значи-
тельное количество теплоты, зависящее от состава и тон-
кости помола цемента, температуры бетона и срока твер-
дения. Теплота выделяется, главным образом, в первые
3—7 дней твердения. Чтобы сохранить ее в бетоне на оп-
ределенный срок, необходимо покрыть опалубку и все
открытые части бетона хорошей изоляцией (мине-
ральной ватой, шевелином, опилками и т. д.), толщина
которой определяется теплотехническим расчетом.
Описанный выше способ зимнего бетонирования час-
то называют способом термоса, так как подогретая бе-
тонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. При-
менение данного способа рационально, если теплота,
необходимая для его первоначального твердения, сохра-
няется в бетоне по крайней мере 5—7 сут. Это возможно
только при массивных Или тщательно изолированных
средних по толщине конструкциях. У таких конструкций
отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объ-
ему, так называемый модуль поверхности, обычно быва-
ет не более 6. -
Конструкции, более тонкие или со слабой теплоизо-
ляцией, а также возводимые при очень сильных морозах,
должны бетонироваться с подачей теплоты извне. Суще-
ствуют следующие три разновидности этого способа. -
Обогрев бетона паром, пропускаемым между двойной
опалубкой, окружающей бетон, или по трубкам, находя-
щимся внутри бетона, или по каналам, вырезанным с
внутренней стороны опалубки. Обычная температур
пара 50-80 °C При этом,бетон• б“"ор0'аД6%Т
гая в течение 2 сут такой прочности, котирую мл г
ет за 7 сут нормального твердения.
ПОМОЩьЙ 1
1ки-элект-‘ *•;
I Электропрогрев бетона, осуществляемый с nil
' переменного тока. Для этого стальные пластинки-^1СКТ4, ,
! роды, соединенные с электрическими проводами, укла-
дывают сверху или с боковых сторон конструкции бето-
на в начале его схватывания или закладывают в бетон
продольные электроды, или вбивают короткие стальные
стержни для присоединения проводов. После затверде-
ния бетона выступающие концы этих стержней срезают.
Пластинчатые электроды применяют, главным образом^ В
для подогрева плит и стен, продольные электроды и по-
перечные короткие стержни — для балок и колонн.
В начале прогрева обычно подается ток низкого на-
пряжения (50—60 В), получаемый путем трансформи-
рования обычного тока напряжением 220 В. Свежеуло-
женный бетон при пропускании тока разогревается й
затвердевает. По мере затвердевания бетона его элек-
трическое сопротивление возрастает и напряжение прихо-
дится повышать. Нагревать бетон следует медленно, что-
бы избежать его высушивания и появления в нем тре-
щин, (температуру надо повышать не более чем на
5 С/ч) и доводить-температуру бетона до 60 °C. При
этих условиях бетон в течение 36—48 ч твердения наби-
рает прочность не меньшую, чем за 7 дней нормального
твердения. Для сокращения продолжительности прогре-5
ва бетона используют быстротвердеющие цементы и хи-
мические добавки — ускорители твердения.
При бетонировании массивных сооружений зимой • 1
целесообразно применять электропрогрев только поверх-^ J
ммТп0 С,к°Я ®еТ0?а " углов с00РУжен|[я (так называв-'
МЫИ периферийный электропрогрев), чтобы предохра- ’
нить его от преждевременного замерзания .
в°здуха‘ окружающего бетон, производите#Я
товый тепло б₽а30М: устРа,,вают фанерный или брезен- Я
' В КОТОР°М устанавливают временные печи,
соблюдать ппоа30°Ые горелки (П₽И ЭТОМ нужно СТаð 1
™ ta»S”7apH“e правила), воздушное ото-
печи R Р Ф РЫ) "нн электрические отражательные Я
влажн™ СТаВЯТ С°Суды с водой' чтаб“ создать 4
Этот сплгопРадУ ДЛЯ таеРден,1я' или поливают бетон. Ж
очень низки/т Р0!Ке "РедыдУш<чо и применяется при
виания т температурах, при малых объемах бетони- .
рования, а также при отделочных работах
вания тпеб^СаННЫХ вь1ше способ°в зимнего бетониро-
। . ребующих подогрева составляющих бетона или I
самого бетона, применяется холодный способ зимнего
бетонирования, при котором материалы не подогрева?
ются, но в воде для приготовления бетона растворя-
ют большое количество солей: хлористого кальция СаС12,
хлористого натрия NaCl, нитрита натрия NaNO3, поташа
К2СО3. Эти соли снижают точку замерзания воды и обес-
печивают твердение бетона на морозе (хотя и очень мед-
ленное). Количество соли, добавляемое в бетон, зависит
от ожидаемой средней температуры твердения бетона
(табл. 7.6).
Бетонная смесь с добавкой поташа быстро густеет и
схватывается, в результате ее труднее укладывать в опа-
лубку. Чтобы сохранить удобоукладываемость бетонной
смеси с поташом, в нее добавляют сульфитно-дрожже-
вую бражку или мылонафт.
При .приготовлении бетонной смеси с противомороз-
ными добавками можно использовать холодные запол-
нители, укладывать бетонную смесь с температурой до
—5 °C. Прочность бетона на портландцементе с добавка-
ми, твердеющего на морозе, может быть определена
ориентировочно по табл. 7.7.
Бетон с добавкой нитрита натрия при температуре
—5 °C твердеет медленнее, а при температуре ниже
— 10°С почти так, как и бетон с хлористыми солями. |
Зимнее бетонирование с применением противомороз-
ных добавок — простой и экономичный способ. Однако
большое количество соли, вводимой в бетон, может
ухудшить структуру, долговечность и некоторые другие
свойства. При эксплуатации конструкции во влажных
условиях возможна коррозия арматуры под действием
хлористых солей (нитрит натрия и поташ коррозии не
выбывают). Кроме того, образующиеся в процессе jeep-
Хлористые соли
дения бетона с добавками едкие щелочи могут вступить-
в реакцию с активным кремнеземом, содержащимся в .
некоторых заполнителях, и вызвать коррозию бетона.
Поэтому бетон с противоморозными добавками не ре-
комендуется применять в ответственных конструкциях, вi
бетонных конструкциях, предназначенных для эксплуата4•
цни во влажных условиях при наличии реакционноспо-
собного кремнезема в зернах заполнителя, а бетон с хло- .
ристымн солями — в железобетонных конструкциях.
ГЛАВА 8. СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИИ
§ I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
1. Понятие о железобетонных изделиях
и их классификация
Железобетоном называют материал, в котором соеди-
йены в единое целое стальная арматура и бетон. Появле-
ние железобетона было вызвано тем, что бетон имеет
низкую прочность при растяжении и из него нельзя из- Я
готовлять конструкции, работающие при больших рас-
тягивающих напряжениях. В железобетоне арматуру
располагают так, чтобы она воспринимала растягиваю- £
шне усилия, а сжимающие усилия передавались на бе- i
_н Это обеспечивает высокую прочность материала при
сжатии и растяжении. Совместная работа арматуры и
бетона обусловливается хорошим сцеплением между ни-
ми и приблизительно одинаковыми температурными ко-
эффициентами линейного расширения. Бетон предохра-
няет арматуру от коррозии.
Широкое применение в строительстве получили сбор-
ныд (Железобетонные детали и конструкции, изготовляе-
мые на заводах или полигонах и доставляемые на строй- .
ки в готовом виде, а также монолитные конструкции,
возводимые непосредственно на строительной площадке.
В нашей стране создана самая мощная в мире промыш-
ленность сборного железобетона, выпускающая в год
более 130 млн. м3 различных видов изделий и конструк-
ЦН*Широкое применение сборного железобетона повыси-
. ло производительность труда в строительстве более чем
в три раза. Это было достигнуто благодаря тому, что при-
менение крупноразмерных железобетонных элементов по- •
зволило основную часть работ по возведению зданий и
сооружений перенести на завод с высокомеханизирован-
ным технологическим процессом. Я
Сборные железобетонные детали отличаются высо-
ким качеством и долговечностью, не треоуют специально-
го ухода во время эксплуатации; их использование уско-
ряет строительство, уменьшает его трудоемкость сокра-
щает расход леса, так как отпадает необходимость в
устройстве подмостей, опалубки, и металла (по сравне-
нию со стальными конструкциями); упрощает производ-
ство работ в зимний период. Однако сборные железобе
тонные изделия отличаются значительным весом ираз
мерами, что требует специализированного транспорта
при их перевозке и грузоподъемных средств при мои„
же. Снижение веса сборных железобетонных деталей
важная научно-техническая задача. класснфииирудаг
по виду армирования, плотности и виду бетона, внутрен-
нему строению, назначению и области применения.
НеТрмХовХТеб^
н каркасами не предохраняет конструкции, работающие
на изгиб или растяжение, от образования трещин, тай
как предельная растяжимость бетона в 5—6 раз меньше^ -
чем стали Поэтому в обычном железобетоне задолго дб.
разрушения появляются трещины и возникает опасность
коррозии арматуры под действием влаги и газов. Это- М
часто не позволяет использовать полностью несущую. .. /
способность арматуры, делает нерациональным примени. |
нне арматуры из высокопрочной проволоки.,
ГВ предварительно напряженном железобетоне арма- ,
л/pi/ предварительно растягивают, а после изготовления
конструкции и затвердения бетона ее освобождают от
натяжения. При этом арматура сокращается и вызывает J
сжатие бетона. В результате предельная растяжимость
бетона в конструкции под действием эксплуатационной
нагрузки как бы увеличивается, так как деформации от
предварительного сжатия суммируются с деформациями J
растяжения. Предварительное напряжение арматуры не:
только предупреждает появление трещин в бетоне растя-- ,1
нутой зоны конструкции, но позволяет сократить расход <
арматуры, используя высокопрочные сталь и бетон, сни- J
зить вес железобетонных конструкций, повысить их тре-
щиностойкость и долговечность.^
В зависимости от проектных требований железобе-
тонные изделия изготовляют нз бетонов разной плотнос^^И
ти: тяжелого, облегченного, легкого и особо легкого. Дл^^М
элементов каркаса зданий используют детали из тяжело-
го бетона, для ограждающих конструкций — из легкого И]
бетона. Для изготовления железобетонных изделий ис- Л|
пользуют различные виды бетона: цементные тяжелые^^^И!
легкие бетоны, силикатные, ячеистые, химически стойкие,
декоративные и другие виды бетонов. Разнообразие прйг - |
меняемых в строительстве бетонов позволяет выпус- •
кать сборные железобетонные изделия и конструкции '
самого различного назначения.
По внутреннему строению железобетонные изделия
могут быть сплошными, пустотелыми и комбинирован-
ными, включающими элементы из других материалов. .
Изделия могут Состоять из одного вида бетона — одно- Я
слойные, из различных видов бетона — многослойные.
В последнем случае иногда также применяют сочетание
бетона с другими материалами, например теплоизоляции Я
онными или отделочными.
Железобетонные изделия одного вида могут вцлю- И
938
например стеновой блок
чать несколь
может быть -- , ,-----, --------- „ 11Д> Г1Эде_
ЛИЯ одного типоразмера в зависимости от армирования,
различия в закладных деталях и монтажных отверстиях
подразделяются на марки.
По назначению сборные железобетонные изделия де-
лят на изделия: для жилых, общественных, промышлен-
ных зданий, для сооружений сельскохозяйственного и
гидротехнического строительства. Они должны быть ти-
повыми, что позволяет организовать их массовое произ-
водство, и унифицированными, что обеспечивает возмож-
ность их применения в зданиях и сооружениях различно-
го назначения. <•
Изделия должны иметь максимальную степень за-
водской готовностй. Комбинированные или составные
изделия должны выпускаться в законченном, собранном
и полностью укомплектованном виде, например панели
ограждающих конструкций поставляют на строительную
площадку со вставленными оконными блоками, с гото-
вой наружной отделкой и внутренней поверхностью стен,
подготовленной под оклейку обоями.
Высокая степень готовности достигается при примене-
нии объемных элементов, каждый из которых представ-
ляет собой -готовую комнату, часть квартиры или сани-
тарный узел. На заводах в специальных машинах фор-
муют объемные элементы, затем выполняют отделочные
работы, устанавливают окна и двери, производят мон-
таж электро- и санитарно-технического оборудования.
Работы на строительной площадке сводятся к установке
блоков и соединению инженерных сетей.
2. Арматура
Арматурой называют стальные стержни или каркасы
и сетки, расположенные в массе бетона в соответствии
С жздезЖонных конструкций при-
меняют стержневую и проволочную аРматУР|*>™ с
(рис. 8.1). Стержневая арматура подразделяетсямга
рячекатаную, не подвергаемую после пР°Хвв\Тткой
ющей обработке, и упрочненную термической обработкоЯ
или вытяжкой, в зависимости от основных иеханнческзд
характеристик стержневая арматурная сталь^раделяе
ся на классы (табл. 8.1). Ведущим показателем каждого
класса является значение минимального предела теку-
чести стали, которое считается нормативным сопротив-
лением арматуры. Принятые обозначения классов стер-
жневой арматуры (А) дополняются индексами для ука-
TA БЛИЦА 8.1. ХАРАКТЕРИСТИКА СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРНОЙ
K"“S’yp”<"1 разрыва, %
785 785 785 980 980 980 1180 375 440 1180^1230 1180-1230 1370-1420 ТТШГ ЛГ» ООО сл I Шшшишн
зания при необходимости способа изготовления, особых
свойств или назначения. Так, например, термически уп-
рочненную стержневую арматурную сталь обозначают
Дт, сталь для конструкций, используемых в районах Се-
вера — Ас, термически обработанную свариваемую
сталь — А-ШС, A-1VC и сталь с повышенной стойкостью
против коррозионного растрескивания под напряжением
A-IVK, А-VI К. Для классов A-I и А-II применяют в ос-
новном углеродистую сталь СтЗ, Ст5, сталь более высо-
ких классов — низколегированная различных марок.
Сталь класса A-I изготовляют круглого сечения с
гладкой поверхностью. Арматурные стали остальных
классов имеют периодический профиль (рис. 8.1,6). Пе-
риодический профиль позволяет обеспечить лучшее сце-
пление п заанкеривание арматуры в бетоне.
Арматурную проволоку производят гладкой и перио-
дического профиля диаметром 3—8 мм, получаемую
способом холодного волочения. Ее делят на классы В-1,
В-II, Вр-I и Вр-П (буква «р> обозначает наличие перио-
дического профиля). М
В настоящее время в железобетонных конструкциях
в качестве ненапрягаемой арматуры предпочтение отда-
ют стержневой арматурной стали классов А-Ш и
Ат-IVC, а также арматурной проволоке Вр-I. К эффек-
тивным видам напрягаемой арматуры относятся стерж-
невая арматурная сталь классов A-V, A-VI, Ат-V и At-VI,
высокопрочная проволока и получаемые из нее арма-
турные канаты.
3. Типы изделий различного назначения
Сборные железобетонные изделия изготовляют на
домостроительных комбинатах и заводах железобетон-
ных изделий, поэтому при их проектировании учитывают
требования заводской технологичности изделий. Эти
требования обусловливают предельную массу элемен-
тов, их размеры, форму и сечение элементов, их армиро-
вание, степень заводской готовности. По условиям транс-
портного и грузоподъемного оборудования длина эле-
ментов, как правило, не превышает 25 м, ширина 3 м и
масса 25 т. Допускаемые отклонения от номинальных
размеров типовых сборных конструкций устанавливают-
ся стандартами и техническими условиями И обычно со-
ставляют ±5—10 мм. Для экономии цемента на пропас
водстве стремятся к вы-
пуску изделий с минусо-
выми допусками.
Сборные железобетон- ।
ные изделия выполняютс^И,
линейными, плоскостные j
ми, блочными и пространная
ственными. К первым от-
носятся колонны, ригели, ]
балки, прогоны, сваи, |
фермы; ко вторым —пли-
ты покрытий и перекры/М
тий, панели стен и перего-
родок, стенки бункеров и • <
резервуаров, подпорные
стенки; к третьим —мас-
сивные изделия фунда- .*]
ментов, стены подвалов, ,
ограждающих конструк-
ций; к четвертым — объ-
емные элементы санитар?
ных кабин, лифтов, блок-
ом,,ат. кольца колодцев, коробчатые элементы силосов,
из общего объема производства сборного железобетона
gO o/Q составляют изделия для гражданского и промыш-
ленного строительства.
Изделия для гражданских зданий. Для фундаментов
используют фундаментные блоки и сваи. Ленточные
фундаменты под стены выполняют из отдельных блоков
трапециевидного (при ширине фундамента 1—3,2 м) или
прямоугольного (при ширине фундамента 0,6—0,8 м)
сечения (рис. 8.2). Длина блоков 0,78—2,38 м, высота
30—50 см, масса 0,5—4 т. Блоки выполняют из тяжело-
го бетона марок М 150—М 300. Стены подвалов выпол-
няют 1,3 сплошных блоков или блоков с пустотами дли-
ной до 2,5 м, высотой 70 см и шириной до 50 см, из тя-
желого бетона марок М 100 — М 150, армированного
стальными сетками. На торцах блоков делают верти-
кальные пазы, которые после установки блоков заполни-
ют раствором или бетоном, омоноличивая конструкцию.
Фундаменты под колонны представляют собой мас-
сивные элементы из тяжелого бетона марок М 200 —
М 300 с плоской нижней поверхностью — подошвой, ус-
танавливаемой на уплотненный грунт или бетонную под-
готовку, и устройства в верхней части специального гнез-
да — стакана для заделки колонны в фундаменте. Сваи
выпускают в виде линейных элементов квадратного се-
чения со стороной до 30 см и длиной до 20 м.
Панели наружных стен жилых зданий выполняют
сплошными или с оконными и дверными проемами (рис.
8.3). Однослойные панели изготовляют из легкого бето-
на на пористом заполнителе плотностью 700—1000 кг/м3
марок М 50 — М 100, а также из ячеистого бетона плот-
ностью 500—700 кг/м3, марок М 35—М 50. Панели арми-
руют сварными сетками. Наиболее широко применяют
панели размером на комнату: длиной 3,6 м, высотой
2,9 м, толщиной 40 см, массой до 4 т. Панели размером
на две комнаты имеют длину 6—6,6 м и массу до 8 т.
С целью повышения теплозащитных свойств и умень-
шения веса наружных стен применяют трехслойные па-
нели с внутренним слоем из теплоизоляционных матери-
алов: пенополистирола, минеральной ваты, ячеистого
бетона и др. Толщина таких панелей уменьшается до
25—30 см, а масса снижается на 50%. С фасадной сто-
роны панели на заводе облицовывают керамической
плиткой, окрашивают атмосферостойкими красками или
отделывают декоративными материалами. Панели внут-
ренних степ изготовляют однослойными из тяжелого бе-
тона марок М 150—М 300 или из конст-
рукционного легкого бетона марок
М 150—М 200. Панели выпускаюиспло-
шными и с дверными проемами длиной
до 6 м, высотой 2,9 м и толщиной 20 см.
Стеновые блоки выполняют сплошными и с внутрен-
ними пустотами из легкого бетона плотностью й|
1200 кг/м’, марок М50 — М 100. Снаружи блоки имеют
декоративный слой, с внутренней стороны — штукатур.,,
>шн слой. Их предназначают для наружных и внутрен-
них стен. Размеры блоков определяются конструктишЩ
разрезкой стен. Блоки могут быть простеночными, угло-
выми, подоконными, перемычными, карнизными, цоколь-
„„оК°Л0нн,ы многоэтажных зданий производят в виде
прямоугольных элементов сечением 30x30 или 40X40 см
“ л'™"ои "а —4 этажа. Для опирания ригелей иа ко-’
1^2Пг„е?УСМ0Л?'п выстУпа|°Щие консоли высотой
.. чип С м?!!п8'4*' Для КОЛ°Н“ используют бетон марок
‘ 500' аРмиРУЮт колонны пространственными,,
ной япиат.’,"° кониам “олонн имеются выпуски продоль-
Ригел У₽Ы| сва₽иваем°й при монтаже колонн.
тавпоиоге Л?.РКаСОВ мног°этажных зданий производи;
боковым “чення с полкой понизу или с приливами ПО;
боковым граням для опирания плит перекрытий. Ригели
для пролета 6 м изготов-
ляют длиной 5,5 м, высо-
той сечения 45 см; для
пролета 9 м — длиной
8,5 м и высотой сечения
65 см. Для ригелей при-
меняют бетон марок
М 400—М 500. Ригели для
пролета 6 м выпускают с
обычной и с предвари-
тельно напряженной ар-
матурой, для пролета
9 м — только с предвари-
тельно напряженной ар-
матурой.
Перекрытия жилых и
общественных зданий мо-
гут быть из сплошных, реб-
ристых и пустотелых плит
(рис. 8.5). Пустотелые
плиты перекрытий изго-
товляют с цилиндричес-
кими пустотами длиной
до 6 м, шириной до 2,4 м и
толщиной 22 см или длиной 9—12 м, шириной до 1,5 м
и толщиной 30 см.
Ребристые плиты производят П-образного сечения
.длиной до 8,8 м, шириной 1,5 м, высотой 40 см.
f Для больших пролетов выпускают ребристые плиты
типа 2Т длиной до 15 м, шириной до 3 м и высотой 60 см.
Для изготовления плит применяют бетон марок М 200—
М 400, обычное или предварительно напряженное арми-
рование. Наряду с плитами выпускают панели перекры-
тий «на комнату», которые также могут быть пустотелы-
ми, сплошными и ребристыми.
Лестничные марши выполняют из специальных же-
лезобетонных элементов со ступенчатым профилем. В по-
следнее время получили распространение марши со сту-
пенчатой средней частью и плоскими концевыми участ-
ками, образующими лестничные площадки (рис. 8.6).
Объемные элементы для жилых здании выпускают на
одну или две комнаты (рнс. 8.7). Широко практикуются
в строительстве объемные блоки для санитарно-техни-
ческих кабин и шахт лифтов.
Конструкции для производственных зданий. Для про-
мышленных зданий применяют изделия, аналогичные по
номенклатуре изделиям для гражданских зданий, одна-
ко они отличаются размерами, армированием, конфигу-
рацией. Промышленные здания могут быть одноэтаж-
ными, одно- и многопролетнымн с высотой 3,6—18 м и
многоэтажными.
Для одноэтажных зданий выпускают фундаментные
блоки и балки, стропильные и подстропильные’ балки,
фермы, плиты покрытий и стеновые панели (рис. 8.8).
Фундаментные балки применяют под наружные и внут-
ренние стены при шаге колонн би 12 м. Соответственно
балки выпускают длиной до 5,95 и 11,96 м трапециевид-
ного или таврового сечения с ненапрягаемой или предва-
рительно напряженной арматурой.
Для зданий высотой до 10,8 м и грузоподъемностью
мостовых кранов до 20 т колонны выполняют прямо-
угольного сечения 40x60, 40x80 и 50X80 см и высотой
4 5—11,8 м; для зданий высотой (до низа строительных
конструкций) 10,8—18 м и грузоподъемностью мостовых
кранов до 50 т — двухветвевые длиной 11,85—19,35 м
с сечением подкрановой части 40X100 и 60—190 см.
Марка бетона М 300—М 500. Разработаны предваритель-
но напряженные колонны двутаврового и кольцевого се-
чений с целью уменьшить их вес.
Подкрановые балки изготовляют предварительно на-
пряженными таврового сечения длиной 5,95 и двутавро-
вого сечения длиной 11,95 м из бетона марок М400—
М600. Для пролета 6 м высота балки 80 см с шириной
полки 60 см и толщиной 12 см. Толщина ребра 20 см
с утолщением поверху до 25 см и на опорах до 30 см.
Для пролета 12 м высота балки 120 см, ширина верх-
ней полки 65 и нижней 34 см. Для крепления подкрано-
вых рельсов в полках балок устраивают отверстия дли-
ной 75 см с заделанными отрезками труб для передачи
Стропильные и подстропильные фермы и балки (рис.
8.9) выполняют предварительно напряженными из бето-
на марок М 400—М 600. Фермы используют для зданий
с пролетом 18 и 24 м, а балки для зданий с пролетом 6,
9, 12 и 18 м.
Оболочки, используемые для покрытий, представля-
ют собой армированную криволинейную плиту толщиной
3—4 см, окаймленную ребрами жесткости по периметру.
Размер оболочки 10X10 м.
Ребристые предварительно напряженные плиты по-
крытий предназначены для скатных и плоских кровель.
Плиты имеют П-образное сечение и состоят из плоской
полки толщиной 3 см, монолитно связанной с системой
продольных и поперечных ребер (рис. 8.10). Размеры
плит Зхб и 3X12 м, высота продольных ребер 30 см,
поперечных ребер, расположенных через 1 —1,5 м —
15 см. В последнее время получили распространение бо-
лее эффективные предварительно напряженные плиты
«на пролет» размерами 3X18 и 3X24 м (рис. 8.11) с
полкой толщиной 3 см. Выпускают два вида: сводчатые
плиты-оболочки типа КЖС и плиты с малоуклонной
плоской полкой типа П. Плиты совмещают в себе функ-
ции строительных конструкций и плоских ребристых
0
Панели стен отапливаемых зданий представляют со-
бой плоские однослойные плиты из ячеистого бетона или
легкого бетона на пористых заполнителях. При шаге ко-
лону 6 м длина панели 6 м, высота 0,9-1,8 м, толщина
ли см. Для неотапливаемых зданий применяют
7Ие ж5,лезобето"нь1е плиты того же размера толщи-
"'п" ШаГС колони 12 м применяются панели д
□ 15РХР;"'Л»Ь?0пН?По₽Я«е.нн“)( Ребристых ПЛИТ дли-
НоменклТ10" ''2; Ь8 " 2Л м н ™вдной полки Зсм.
ствГишЛ У?а "ЗДелий для многоэтажных произвол-'
тий кол™; Й включает элементы каркаса и перекры-
иологическое’обоп™ ПЛ"ТЫ пеРекРыт||й. балки под тех-
давшие ° Р> ие' лестничные марши, ограж-
альбомы типа!;"' “ ДРУгие элементы. Разработаны
чения с тко«ВЫХ ,13делий для зданий различного казна-
ни бетона и X₽S.CKT“H армирования, мар-
Изделия для инженерных сооружений. Для инженер-
ных сооружений различного назначения применяют так-
же типовые железобетонные изделия. Для транспортного
Строительства выполняют предварительно напряженные
уШпалы из бетона марки М 500 и опоры контактной сети
мз бетона марки М400 и морозостойкости F 100—F 200.
Опоры контактной сети выпускают чаще всего трубчато-
го сечения, а также двутаврового и швеллерного типа со
сквозными решетчатыми стенками. Для дорог и аэродро-
мов используют предварительно напряженные плиты из
тяжелого бетона марки М 300 и М 150 размером до 1.75Х
ХЗ м и толщиной 13—17 см. Для мостов применяют
стойки опор мостов и предварительно напряженные про-
летные строения эффективного сечения (двойное Т, дву-
тавровое и др.). Для туннелей выпускают тюбинги, бло-
ки отделки туннелей, блоки стен, колонны и блоки пере-
крытий станций метрополитена. Эти изделия изготовля-
ют из тяжелого бетона марок М 200—М 400 с предвари-
тельно напряженным или обычным армированием.
Для сооружений водохозяйственного назначения при-
меняют бетонные и железобетонные трубы. Трубы диа-
метром 10—60 см и более и длиной 1—2 м изготовляют
по специальной технологии и предназначают для безна-
порных водоводов и канализации. Трубы диаметром
50—120 мм и более и длиной 4—6 м производят внбрц.
рованием, центрифугированием, центробежным прока-:
том, прессованием. По своему назначению их делят На«
безнапорные и напорные (способные выдерживать./опре.
деленное гидростатическое давление).
§ 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СБОРНЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИИ
1. Основные схемы производства сборного
железобетона
На заводах производство сборного железобетона
ганизуется по отдельным технологическим линиям с при-
менением бетоноукладочных машин. Обычно изготовл<1
ют близкие по типам изделия, например в одном пото-
ке — панели, в другом — плиты перекрытий, в третьем —
балки и прогоны. В полевых условиях сборный железд-~>
бетон производят на специальных полигонах.
На заводах сборного железобетона применяют три
различные схемы производства.
Первая схема — изготовление изделий в* стационар-
ных неперемещаемых формах — стендовый и кассетным
способы. При стендовом способе изделия изготовляютЦИ
формах, устанавливаемых на бетонных площадках с ров-,
ной поверхностью, либо в матрицах, представляющих'
собой отпечаток поверхности изделия сложной конфиг^
рации. Изделия подвергают тепловой обработке непоИ
средственно в форме. При кассетном способе формование
и твердение изделий происходит в вертикальной фор-
ме — кассете, которая состоит из ряда отсеков для: изде-
лий. образованных стальными или железобетонными вер- I
тикальными стенками. Формование изделий в вертикаль-
ном положении резко сокращает производственные
площади, что является основным преимуществом кас-
сетного способа. Кассета имеет специальные паровые
рубашки для обогрева изделий. Может применяться так-
же электропрогрев изделий (рис. 8.12).
Вторая схема — изготовление изделий в формах, пе- ‘
ремещаемых по отдельным технологическим постай;
Различают конвейерный способ с максимальным расчле-
нением технологических операций и поточно-агрегатный,
при котором несколько операций могут выполняться на
одном посту. Конвейерный способ обеспечивает высокую
механизацию и производительность труда.
Высокие показатели получены на новых двухъярус-
ных станах. Непрерывно движущаяся цепь перемещает
формы. На верхнем ярусе производятся формование из-
делий и предварительное твердение бетона в щелевой
№1
камеве где осуществляется интенсивный прогрев. 113„.
лвй паром, специальными подогревателями пли инфо
красными лампами. На нижнем ярусе происходит оквд.
нательное твердение бетона (рис. 8.13).
Третья схема — вибропрокат — изготовление изделий
методом непрерывного формования на станах конструк"
НИИ Н. Я. Козлова. Стан имеет непрерывно движущуюся
со скоростью 25 м/ч металлическую ленту, на которой с
помощью вибрирования и прокатки формуется изделие
перемещаемое затем в зону тепловой обработки на 2 ч'
Вибропрокат — весьма производительный и автоматизи’
рованный способ производства сборного железобетона
Часовая производительность стана достигает 80 м2 па-
нелей. Однако при этом способе затруднен переход ла-
выпуск новых видов изделий; стоимость пзделйМвыше,
чем при их изготовлении другими способами.
При изготовлении сборных желсзобетоных деталей
на заводах производят следующие основные операций;
изготовляют арматурный каркас, и устанавливают его в
формы; формуют изделия; прогревают изделия с целью
2. Армирование изделий
Ненапряженное армирование осуществляется! с по*
мощью плоских сеток и пространственных ^объемных)
каркасов, изготовленных из стальных стержней, сварен-
ных между собой в местах пересечений. В железобетоне»
различают арматуру несущую (основную) и монтажную,
(вспомогательную). Несущая арматура располагаете^
в местах изделия, в которых под нагрузкой возникают
растягивающие напряжения; арматура воспринимает их.
Монтажная арматура располагается в сжатых илц иена»
пряженных участках изделия. Кроме этих видов армату-
ры. применяют петли и крюки, необходимые при погру-
зочных работах, а также закладные части для крепления
и связи сборных элементов между собой.
Наименьшие трудовые затраты на армирование изде-
лий и конструкций будут при применении арматурных
каркасов наибольшей степени готовности, т. е. состоя-
щих не только из основной арматуры, но и из вспомога-
тельной с приваренными петлями, крюками, закладны-
ми деталями. В этом случае армирование сводится к
тагговке готового арматурного каркаса в форму я к его
закреплению.
Арматурные сетки и каркасы изготовляют в арматур-
ном цехе, оборудованном резательными, гибочными и
сварочными аппаратами. Процесс производства строит
ся по принципу единого технологического потока начи
пая от подготовки арматурной стали до получения гото-
вого изделия.
Изготовление ненапрягаемой арматуры. Стержневую
арматурную сталь диаметром до 10 мм поставляют на
завод в мотках (бухтах), а диаметром 10 мм и более —
в прутках длиной 6—12 м или мерной длины, оговарива-
емой в заказах. Арматурную проволоку поставляют в
мотках, причем каждый моток состоит из одного отрезка
проволоки.
Изготовление арматуры складывается из следующих
операций: подготовки проволочной и прутковой стали —
чистки, правки, резки, стыкования, гнутья; сборки сталь-
ных стержней в виде плоских сеток и каркасов; изготов-
ления объемных арматурных каркасов, включая привар-
ку монтажных петель, закладных частей, фиксаторов.
Прутковую арматурную сталь разрезают на стержни
заданной длины, а также стыкуют сваркой в целях
уменьшения отходов. Стыкуют стержни посредством
стыковой электросварки и только в отдельных случаях
при использовании стержней больших диаметров приме-
няют дуговую сварку. Контактную стыковую сварку
осуществляют методом оплавления электрическим током
.торцов стержней в местах их будущего стыка. При этом
стержни сильно сжимают и сваривают между собой.
При изготовлении монтажных петель, хомутов и дру-
гих фигурных элементов арматуры прутковую и прово-
лочную арматурную сталь после разрезки подвергают
'Г“УСборку сеток и каркасов из стальных арматурных
стержней производят посредством точечной
электросварки. Такую сварку осуществляют с помощью
специальных сварочных аппаратов. Они отличаются
мощностью трансформатора, количеством од,|ОВРе
свариваемых точек (одно- и многоточечн ые),
ром' используемых устройств для ежа тия
стержней. Сварочные машины по’в0л"'0} 'Поточные
комплексе с другими машинами и Уст сеток как
автоматические линии изготовления плоских сеток
готового арматурного* элемента, так и полуфабрикате^
для изготовления пространственных каркасов.
На рис. 8.14 показана автоматическая линия для свар-
ки широких сеток. В состав линии входят групповые
бухтодержатели продольной и поперечной подачи, пра-
вильные устройства, сварочная машина МТМС с отрез-
ным устройством, В линии предусмотрена электромаг-
нитная система программирования подачи поперечных
и дополнительных продольных стержней, пневматичес- . •
кие ножницы для поперечной резки сетки, посты для '
приварки закладных деталей и устройство для креплен
ния фиксаторов.
Изготовление пространственных арматурных карка-
сов производят в основном из плоских сеток, соединяя 2
емых между собой на специальных сварочных машинах. I
Каркасы можно собирать в горизонтальном и вертикаль-
ном положениях. При необходимости (например, для •
ребристых плит) плоские сетки и каркасы можно гнуть *
на специальных гибочных станках.
Изготовление предварительно напрягаемой арматуры.
При изготовлении предварительно напряженных изделий
-Необходимо создать в бетоне по всему сечению или толь-
ко в зоне растягивающих напряжений предварительное
обжатие, величина которого должна превышать напря-
жение растяжения, возникающее в бетоне при эксплуа-
тации. Обычно предварительное обжатие бетона 5 —
6 МПа, а при изготовлении железобетонных напорных
труб 10—12 МПа. Обжатие достигается силами упруго-
го последействия натянутой арматуры, которые переда-
ются бетону за счет сцепления арматуры с ним или с по-
мощью анкерных устройств.
Для обжатия бетона упругие деформации применяе-
мой арматурной стали должны составлять 85—90 % пре-
дела ее текучести, а для углеродистых сталей, не имею-
щих четко выраженного предела текучести, 65—70 %
предела прочности на разрыв. -
В качестве основной напрягаемой арматуры приме-
няют проволочную и прутковую арматурные стали, а в
качестве вспомогательной ненапрягаемой арматуры, ес-
ли она имеется в напряженных изделиях, — сварные
сетки и каркасы.
При изготовлении предварительно напряженных из-
делий пользуются одноосным обжатием бетона отдель-
ными стержнями или пучками проволок, располагаемых
в изделии вдоль его продольной оси, и объемным обжа-
тием путем навивки .напряженной проволоки в двух или
нескольких направлениях. Можно навивать проволоку и
на готовое изделие с последующей защитой арматуры
СЛ°Арматурные элементы, применяемые в конструкциях,
состоят из арматуры, устройств для закрепления арма-
туры при натяжении и приснособленнй для сохраиеиия
проектного расположения отдельных «ержне "
“типом машин и n₽1Icn0C0^^*l^3aM(HI(aJu»Hti анкеры,
меняют два в,“а эят^ыУ"Ра°нкеры подразделяют поспо-
В свою очередь, зажимы на р и плоские, кони-
РеЗЬбОВЫе;,ГоНп°р=ссЫоаы"
= в оТйК°Жой₽ХТ^ приведенные уст-
|ройства, за исключением резьбовых, применяют для аа. • ’
крепления круглых стержней и стержней периодической
профиля. ' Д
Для захвата и закрепления стержневой арматуры"
I применяют наконечники с винтовой нарезкой или различ.И
ные «клиновидные сухари» с профилем, обратным про-
! филю натягиваемой арматуры. Прогрессивной коиструк^И
иней зажимных устройств являются групповые зажимы,
применяемые при предварительной механизированной’^
сборке проволочных пакетов. Зажимы применяются для]М
закрепления каждого стержня, нити проволоки пли труп-
Анкеры для проволочных пучков различают по спо- '
собу натяжения и закрепления концов. Для закрепленияЯ
пучков применяют два типа анкеров: конический с на-
тяжением арматуры домкратом двойного действия
гильзовый с натяжением арматуры стержневым домкра-
Передачу предварительного напряжения арматуры на\^И
бетон осуществляют тремя способами: первый — по-
средством сцепления арматуры диаметром 2,5—3 мм с^|
бетоном; при большем диаметре арматуры сцепление
достигается устройством вмятин на поверхности проволо-
ки или свивкой, прядей из двух-трех проволок, либо при-И
менением арматуры периодического профиля; второй— fi
посредством сцепления арматуры с бетоном, усиленног^И
анкерными устройствами; третий — посредством переда- Я
чи усилий натяжения на бетон через анкерные устройст-яЯ
ва на концах арматурного элемента без учета сцепления Й
арматуры и бетона.
Способы натяжения арматуры подразделяют на ме- Л
конические и электротермические. При механическом
способе арматура растягивается осевой нагрузкой, созда-
ваемой домкратами. Сначала арматуру натягивают до
усилия, равного 50 % проектного напряжения, при этом I
производят осмотр зажимных устройств и расположения -Я
арматуры. Затем натяжение арматуры доводят до зна-
чения, превышающего на 10 % проектное натяжение, но Л
не более 85 % предела прочности проволоки при . j
растяжении, и в таком состоянии выдерживают „ в '
течение 5 мин, после чего натяжение снижают до 1
проектной величины. Отпуск напряженной арматуры j
(обжатие бетбна) производят после достижения бетоном |
изделия необходимой прочности и проверки заанкерива-
ния концов проволоки в бетоне. Фактическую прочность
бетона определяют испытанием контрольных образцов.
Прочность бетона по времени отпуска арматуры состав-
ляет обычно 70 % проектной прочности. Отпуск натяже-
ния на стендах осуществляется постепенно, в два-три
этапа. Разгрузку натянутых проволок при невозможнос-
ти постепенного отпуска натяжения производят симмет-
рично относительно оси поперечного сечения с числом
одновременно разрезаемых проволок не более 10—15%
общего числа проволок. При механическом способе ар-
матуру натягивают, как правило, на специальных стен-
А Электрический способ не требует дорогостоящего
оборудования (домкратов) к менее трудоемок. Такой спо-
соб применяют для натяжения стержневой арматурной
стали класса А-Ш, проволочной и прядевой арматуры
из высокопрочной стальной проволоки, холоднотянутой,
периодического профиля диаметром 4—5 мм и семнпро-
во точной проволоки.
Для натяжения арматуры электротермическим спосо-
бом применяют установки с последовательным и одно-
временным натяжением нескольких стержней. Кроме то-
го, установки могут быть с нагревом стержней вне фор-
мы пли непосредственно в ней. На установке для
электронагрева стержневой арматуры вне формы (рис.
8.15) можно нагревать три-четыре арматурных стержня
диаметром 12—14 мм, что соответствует числу стержней
в изделии. Установка состоит из двух контактных опор
(неподвижной и подвижной) и средней поддерживающей.
Каждый контакт имеет две губки: токопроводящую и
прижимную. Нагрев стержней контролируется по их
удлинению автоматически. Нагретые стержни снимают с
установки и укладывают в упоры форм, которые "Ре"я
ствуют укорочению стержня при его охлаждении. После
бетониоования конструкции и твердения бетона армату-
ру освобождают от упоров и усилие натяжения армату-
РЫ Непрерывное3 механическое и электро«е=кое.
п^р^^ется^ере^штыри нПЛИе °Т "аТЯЖе'
му до затвердевания бетонаРимели» Напстенд или Ф°Р‘
ния бетоном необходимой прочности и П°СЛе достиже'
ется и усилие натяжении Рочности проволока обреза-
тон. Арматура может пас„п,₽еДаеТСЯ с аР«втуры на бе-
неречно по отношению^ оси%™ЬСЯ продольно «ли по-
ло диагонали. Бетон в изделии пеРекРес™<> «ли
ное и даже объемное ппет»ь„ Получает двух-, трехслой-
Пренмушеством ^ennen^ РИТМьное обжатие
возможность комплекснойРмехат<ЛРЧ"РОВаННЯ является
технологического процесса н» ''' " автоматизации
тяжение проволоки прХоЛР!РЫВНая навнвка " на-
мвшвн: с поворотным стотом Л ,жЭ не“ольких типах
траверсой, с продольно поперечным°РМ0"' С ПОВОРОТ,,ОЙ
РВ’ки и неподвижным поддоном ? перемещением ка-
по-поступательным движением°М 'к01"уРом). с возврат-
сердечником или контуром OchobhU*4'' " вРащающимся
кои машины: узел размотки б" т „ УЗЛЫ каждой та-
эаданиым натяжением; узел пспаи/01”" проволоки с
подающего ролика: узел* укладки п™е""Я "одлова или
или на сердечник по'заданной схемеР0В0Л0К11 На ШТЫРИ
3 формование изделий
' Для формования железобетонных изделий применяют,
как правило, металлические формы. Эти формы выдер-
живают до 1000 оборотов и наилучшим образом соответ-
ствуют требованиям, предъявляемым к формам для из-
готовления железобетонных изделий: достижение задан-
ных размеров изделий, сохранность. их в процессе
последующих технологических операций; простота сбор-
ки и разборки; высокая жесткость, исключающая дефор-
мацию изделий при изготовлении и транспортировании.
Недостаток металлических форм — их высокая метал-
лоемкость. Удельная металлоемкость форм зависит от
вида формуемых изделий и схемы организации производ-
ства. Наименьшая металлоемкость при стендовой техно-
логии 0,3—0,5 т/м3 объема выпускаемых изделий, при
поточно-агрегатной схеме 1—3 т/м3, при конвейерной
6—8 т/м3. Минимальную металлоемкость достигают ра-
циональной конструкцией форм.
Перед укладкой в форму арматурного каркаса и бе-
тонной смеси форму очищают, собирают и смазывают
специальными составами, препятствующими сцеплению
бетона с металлом формы. Правильный выбор смазки
имеет важное значение для качества изделий и сохран-
ности форм. Смазка должна хорошо удерживаться на по-
верхности формы в процессе укладки, уплотнения, тепло-
влажностной обработки бетонной смеси, создавать воз-
можность ее механизированного нанесения (распылени-
ем), не портить внешний вид изделия. Для смазки обыч-
но используют масляные эмульсии с добавкой кальцини-
рованной соды; смесь солярового (75%) и веретенного
(25%) масел,смесь машинного масла (50%) и керосина
(50%) и др.
Формование изделий проводят после установки в
формы арматурного каркаса. Процесс формования вклю-
чает укладку бетонной смеси в форму и ее уплотнение.
Укладку бетона в формы производят бункерами, бетоно-
укладчиками или бетонораздатчиками. Бункера с бе-
разгружают в подготовленную форму или отсек кассеты.
В бетовораздатчиках бункера устанавливают на са-
моходной раме, которая передвигается над формуемым
изделием. Бетоноукладчики не только выдают смесь в
форму, но и разравнивают ее. Для этого их „к
бункерами, способными передвигаться в попепе» ₽УДую’
правлении, или оснащают дополнительными’v На-
вами, распределяющими смесь по форме Пп.,У 1ройст-
изделий непосредственно на формовочном по₽сто°ТДел11е
чики снабжают отделочными навесными устрой/^34’
J кладку смеси производят при высоте падения „ М"’
зонтально расположенную форму не более 1м Г°₽и'
Основным способом уплотнения бетонной смеси
производстве сборного железобетона является вий„ Р"
ванне. При изготовлении отдельных видов „3ле™п₽ Р°'
меняют прессование, прокат, штампование S ри'
Центрифугирование, набрызг. Иногда используют "оп"6'
несколько кубометров уплотаяю^РвИбеТ°ННЫе масс,1вы 8
вестью всего 1-1,5₽кВтУ вибраторами с мощ-
В текучее^"состоя™?™, тере“ДИть временно
подвижности смеси и скооости ИеМ внбрацнн зависит от
относительно друг дт По™.Перемещення ео частиц
ходят в текучееРсостояние^ то ТИЫе смеси легк0 пере'
ти перемещения Но с е™?„Т₽<:буЮТ не6ольшой скорос-
тей подвижХи?бС^Хя сХ”ь ™ С?0СТИ (уменьше-
это свойство ити -rn,.r>„TJ a с есь се более утрачивает
скорости колебаний т е Удлинения
траты энергии на уплотнение Д ®0Лее вь,сок,,е за’
(дляРбольшТннств°аИ
& - э^рз £Va7° °
.......
мости существует своя оптим«.лЛя«, Л И От ее п°Движ-
виброуплотвення. до которой смссь уплотояетс?'’
тнвво; выше этой продол^тель>,«т^Лз~Яэа**-;
та,.)Т в большей степени, чем происходит уплотие-
возр ма™ Дальнейшее уплотнение вообще не дает при-
н„е смеиь «сти Боле(_ тогО1 чрсзмерно продолжатель-
Р°СТ»ибоирование может привести к расслаиванию сме;
" „азделению ее на отдельные компоненты (цементный
"i’Xp и крупные зерна заполнителя), что в конечном
раВ™ приведет к неравномерной плотности изделии по
сечению и снижению прочности в отдельных его частях.
Ппололжительное вибрирование невыгодно и в экономи-
веском отношении: возрастают затраты электроэнергии
и трудоемкость, снижается производительность формо-
ВОЧВиброИуНплИотнение бетонной смеси производят пере-
носными и стационарными вибромеханизмами. Примене-
ние переносных вибромеханизмов в технологии сборного
железобетона ограничено. Их используют в основном
при формовании крупноразмерных массивных изделии
”а нГТаводах, работающих по поточно-агрегатной и
конвейерной схемам, применяют виброплощадки. Вибро-
площадки отличаются большим разнообразием типов и
конструкций вибраторов - электромеханические элект,
ромагнитиые, пневматические; характером ‘Олебании
гармонические, ударные, комбинированные; формой ко-
лебаний и их направлением - круговые, вертикальные
горизонтальные; конструктивными схемами стола-со
сплошной верхней рамой, образующей стол с одним или
двумя вибрационными валами, и собранные из отдель
ных виброблоков, в целом образующих о щую р и
онную плоскость, на которой располагается форма,с бе-
тонной смесью Для прочности крепления формы к столу
площадки предусматриваются пневматические устройст-
ва, электромагниты или механические
Вибооплощадка (рис. 8.16) чаше всего представляет
Дон плоский стол, опирающийся через пружинные опо-
ры или специальные амортизаторы на иеподвпжныеопо
оы или раму (станину) внброплошадкн. Пружины пред-
назначены гасить колебания стола и предупреждать
этим их воздействие на опоры, иначе произондет их раз-
этнм их возд столу жестко прикреплен
происходит се уплотнение. Мощность виброплощадки
оценивается ее грузоподъемностью (массой изделия
вместе с формой). I
Заводы сборного железобетона оборудованы уиифи-
IироваппымиI площадками грузоподъемностью 2-24 т
с частотой 3000 кол/мин и амплитудой колебаний 0,3х-
dTI1 “и°роплощадки хорошо уплотняют жесткие
См,'с« с расходом воды 130-150 л/м’. Приме-
нение жестких бетонных смесей снижает расход цемента,
».2
I
.ускоряет твердение бетона, повышает качество готовых
изделий. На виброплощадках формуют конструкции
длиной до 15 м и шириной до 3,6 м.
Дли лучшего уплотнения жестких бетонных смесей на
виброплощадках, особенно при применении легких по-
ристых заполнителей, сила тяжести которых, способству-
ющая уплотнению бетона при вибрировании, невелика,
используют различные пригрузы: статический, вибраци-
онный, пневматический, вибропневматический. Лучши-
ми являются пневматический и вибропневматический
пригрузы, которые, повышая эффективность вибрирова-
ния, существенно не увеличивают нагрузку па вибропло-
щадку и не снижают ее полезной грузоподъемности. Ве-
личина пригруза назначается в зависимости от свойств
бетонной смеси и составляет 2—5 кПа.
При формовании изделия форма заполняется бетон-
ной смесью из бункера бетоноукладчика постепенно ио
мере уплотнения ее в процессе вибрирования. Оптималь-
ная продолжительность вибрирования определяется
опытным путем и составляет 1,5—5 мин.
При формовании изделий в неподвижных формах для
уплотнения бетонной смеси используют поверхностные и
глубинные вибраторы, а также навесные вибраторы, ко-
торые крепят к форме. Подвижность бетошюйсмеси вы-
бирается в зависимости от конструкции формы и харак
терРа армирования изделия. При и .готовлении деталей ,
^Х=^“«еь^^о'?а^нить
ГЛ1°лКяУ иэготовления’труб К опор линий э=о"ередв-.
используют центрифугирование, П™пеРгае'гс’’
что бетонная смесь, зл РУ««‘^ХснпеГбегоп-
быстрому вращению, действием не
ной смеси при этом способе пр вызыва-
только центробежной силы, по и Р Р Ддя этой цел„
емого сотрясением Ф°рм" "Р"»”?) представляющие co-
применяют центрифуги (рис. 8. П Р в процессе уп-
бой форму трубчатою се еш. о 6P0_|j)()|)
лотнеиня сообщается вра с. „Меняются подвижные бс-
Для центрифугирования применяю.
тонные смеси с осадкой конуса 7—10 см и расходом цеЛ'
мента 350-450 кг/м'. Загружают бетонную смесь с от. <
крытых торцов формы в течение 1.5—2 мин. В это время
форма, установленная на специальном станке, вращается
со скоростью (80—150 мин-'), необходимой для равна.. 1
мерного распределения бетонной смеси по внутреннеи^И
поверхности трубы. Затем скорость вращения постепещ. |
но увеличивается до 800—1000 мин-'. Уплотнение- npod
должается 8—10 мин, после чего станок медленно оста--
навлнвают, наклоняют форму и сливают разжиженный
цементный шлам. Далее трубу в форме переносят краЦД
ном в камеру твердения. После твердения трубу осво- I I
бождают от формы и направляют на -склад или дальней^
шую обработку.
При центрифугировании часть воды отжимается .|Д i
бетона, поэтому остаточное водоцементное отношенщ^И
В/Ц, равном 0,3; 0,45; 0,6 остаточное*/?/# будет соответ- ’
ственно 0,26; 0,34; 0,36) и затвердевший бетон имеет вы- i
с бетоном высокой плотности, прочности (40—60 МПа)
хотя и отличается большой эффективностью, позволяя! I
получать бетон особо высокой плотности и прочности
минимальном расходе цемента (100—150 кг/м3 бетона).. ।
Прессующее давление, при котором бетон начинает эфт-\
фектнвно уплотняться, 10—15 МПа и выше. Таким об-' '* '
разом, для уплотнения изделия на каждый 1 м2 следует
приложить нагрузку 10—15 МН. Прессы такой мощное- Ш
изделий небольшого размера. Р Р У R
В технологии сборного железобетона прессование ис-- Л
пользуют как дополнительное приложение к бетоннойд И
смеси механической нагрузки при ее вибрировании^ Я
В этом случае потребная величина прессующего давле- Я
ння нс выходит за пределы 0,5—1 кПа. Технически тй- "
кое давление создают под действием статически прило- В
Ленной нагрузки, и в результате принудительного перё- Я
мещения отдельных частиц бетонной смеси достигается
их более компактное расположение.
’н'ыми штампами. Последние передают свой профиль бе-
тонной смеси. Так формуют лестничные марши, некото-
сование называют, еще виброщтампованнем. Прокат
является разновидностью прессования. В этом случае
прессующее давление передается бетонной смеси только
сокращает потребность в давлении прессования. Но
здесь особую значимость приобретают пластические
свойства бетонной смеси, связность ее массы. При недо-
суюшим валком и разрыв ее. ОН
Вакуумирование. При вакуумировании в бетонной,
смеси создается разрежение до 0,7—0,08 МПа и воздух,
вовлеченный при ее приготовлении ^укладке ® Ф^РМУ^
действием этого разрежения. Освободившиеся при этом
места занимают твердые частицы и бетонная смесь при-
обретает повышенную плотность. Кроме, т°™>
смесь "атмосферного давления, равное величине вакуума.
Это также способствует уплотнению бетонной смеси.
ваянеТв X™
полнение*твердыми компонентами пор, образовавшихся
при вакуумировании на месте воздушных пузырьков и
вТыЖ-вакуумирование имеет важнытехнике-
экономический недостаток, а '|Ме““° ~ 6°"3 Г₽°м
S:LTbXh"kP™Smocth от caoJCT.^"»».».
ности поверхностному слою конструкции.
' т'ерденне бетонных
товляемых на заводах, при о юй £ прододжк-
шлаконортландцемента, наименьшая — пои ... Я
ном портландцементе. После лостнже,,, "Р" . °5ак"ЗДЯИ
100 »-1юн расчетной прочности сборные детали"’' '70~
оторазлять на строительные площади для монтаж™"0
5. Управление качеством сборного железобетона -
На заводах сборного железобетона постоянно долж-
ны* проводиться мероприятия по повышению качества
продукции и производиться ее аттестация. Особое вни-
мание следует обращать на вопросы, определяющие ка-
эти мероприятия способствуют повышению качества про-
душки.
Распространенный дефект железобетонных изде-
лий — отклонение установленной арматуры, и закладных
деталей от проектного положения. В результате ухудша-
предусматривать принудительную надежную фиксацию
ля используются различные способы я приборы ПоХ
ТОНА 1 и’яРезультатам вносятся коррективы в состав бе- *
' п аРаметРы и режимы технологических операций'» '
на основе закономерностей, учитывающих влияние паз» * I
бетой? деля"бо0Г",еаК"Х фаК1Оров на свойства готового
бетона. Для большей точности и надежности управления
качеством бетона используются зависимо™" Хучеппыё-
должвы постоянно корректироваться но результатам ' 1
стл пстиче. КОГО контроля свойств бетона.
икпЛЛЛ.,УП₽аВЛеНВЯ п₽О||зв°датвом и качеством бетона, Ж I
используют вычислительную технику и автоматизирован- .SJ
ные системы управления. Для их работы требуется соот-
ветствующее математическое обеспечение, в частности л
использование математических моделей, которые связы-
вают свойства бетона с качеством используемых матери-
алов, составом бетона и условиями производства. - i
л правление качеством бетона осуществляется на Ос-
нове пооперационного контроля производства. Для его
проведения используются экспресс-методы, позволяющие
быстро оценить свойства материала или параметры про-
цесса, разрабатываются специальные полуавтоматнчеС-'’
кие средства, а также используется выборочная провер-
ка объектов контроля.
I громоздки.:
менять съемные устройства для транспортирования и
монтажа изделий.
Решающее значение для качества и надежности
сборного железобетона имеет качество бетона. Органи-
зация пооперационного контроля за его изготовлением
и применение неразрушающих или других методов конт-
роля- прочности бетона — обязательное условие получе-
ния изделий высокого качества. На производстве необ-
ходимо проводить систематический контроль за состоя-
нием дозаторов и бетоносмесителей, за соблюдением
длительности перемешивания, применять такие способы
транспортирования бетонной смеси, которые не йриво-
ДЯТПрви укладк^бетонной смеси не следует допускать
ее падения с большой высоты, применять смеси, техно-
логические свойства которых соответствуют параметрам
вибрационного или другого уплотняющего оборудова-
ния, систематически проверять амплитуду и частоту ко-
лебаний внброоборудования, так как его загрязнение,
налипание на нем бетона могут привести к ухудшению
его рабочих параметров.
ГЛПЖНПаЮЩ11Х ycipofl
лелнй, прилегающих к форме, сл
Л смазынать формы, прнменян.
плнсг11ф|||1проаа1 а бетон, нсполм
подстилающие составы, сохрани!
пне подвижности бетонной смеси
применении слишком ж
Залпнпые размеры изделий до
содержанием парка форм, так юн
ни» .HHIHCHT. Нисколько размеры И
Проему Необходимо chcicmuih-ic
-•.................я 01г
............ ........° ;. I
»>»>».», "|юкл,1д„к „ I
MIAllAO. СИЛИКАТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Г ••ПИПОЮ ТВЕРДЕНИЯ
лпижллиноп технологии
ьюш.м относятся материалы, получение ко-
.....и шотермалыюм синтезе минералов,
•мом при повышенных значениях давления
-I по итого ПП|Н1. Впервые гндротермпль-
.....и минералов был применен и середине
\рх щеиым. Применительно к произвол-
i пенных с i роптольиых материалов аптоклав-
upc ножен и IHHO г. В. Михаэлисом. За раз-
nic ipciiiic и строительство силикатных вето-
.одо пон. А. В. Вилжеиский и другие ученые
>ены Ленинской премии.
иная технологии автоклавных строительных
нк.'ночает получение изделий различного на-
спойсги. и том число конструктивных н теп-
1ПЫХ. штучных н крупноразмерных. В киче
стае исходных сырьевых компонентов аптоклинпых
материалов применяют преимущественно и шестково-пес-
чипые смеси и промышленные отходы — доменные шла-
ки, топливные золы, нефелиновый шлам п др. Наиболее
распространены пзвестконо-песчаные (силикатные) ав-
токлавные материалы. При их тепловой обработке в ав-
токлавах плот взаимодействие между гидроксидом
кальция, кремнеземом и водой.
раэованием труднорвстпоримы*
гидроенлпкатои кальция. В зап
«унт
piiionannv гидроенлпкатои кальци
IliinpiiMcp. если копнет рация СаС
ше концентрации SIO... свизывнин
может происходить по следующей <
Il противном случае iipixmitho образа
кати кальция повышенной основное th:
nun в 'илиосткоио-посчаных смесях, \|одиергаемых । теп -
•(1—1,25) H.O i. (1,5-2) СаО-SiO. .41,0, которые Й f
отаетсгиеняо обозначают как C.SH(A) и C-SH.. В дай? 1
иеишем с увелячекпш температуры и ллителкпостп те®
лойлажностной обработки образуются менее основии»’ 1
пиросиликаты кальция, состав которых из.мсаяется ,
пределах (0,8-1,5) CaO-SiO. (0.5-2) НО. Г;,кие” “ |
росвлпкаты обозначают CSH(В). Этот вид гидроеЗ "Я
кК„Т °6еС"еЧ''ТТ лол1’,ен,|е изделий наиболее высот Г
кой прочности. Более высокой морозостойкости я стой
кОстя против действия углекислоты воздуха можно пп ' 1
* "зделиях
Реактор для гидротермального chhtmi « Я
Выгрузкой, оборудованы двумя1 откоыват...3аГ,’УЗКО“ " }
вымя крышками. Вдоль по длине аХ' Щ 'ся ТОРЦ°: Я
рельсы для вагонеток с взХвями Д раслол°жв-
я
op“\£ а
(зппоркид. \ ’
” с момента впуска пара до устаноме»”3" ла'",вавт- Я
температуры 100 °C. Пап иятии”.» в авт°клаве
которая вдет на пагрев₽стенОК “ „ °глает ТСП-иоту. Я
автоклавируемых изделий На зтл^ лава' вагонеток и jf
=&Ет-те I
Г......i
чаской выдержки зависит от требований к качеству из-
гнием последнего. < • .TirJP?-
Четвертый этап характеризуется снижением давле-
ния в автоклаве. Значительные перепады давлений й
температуры, возникающие при резком снижении давле-
ния в автоклаве, могут вызвать бурное парообразование
Пятый этап —это период охлаждения изделий со
дыдушего, важно не допустить чрезмерных температур-
ных перепадов и образования трещин в изделиях.
SF Для сокращения продолжительности снижения давле-
ния в автоклаве до атмосферного применяют вакууми-
. фОвание. При этом давление водяного пара внутри изде -
лий начинает превышать давление в ,автоклаве, что спот
собствует снижению температуры и сушке изделий.
Режим запаривания изделий подбирается с учетом
особенностей сырьевых материалов. Оптимальные зна-
тура гидросиликатов и других новообразований, ₽что
работки растут размеры кристаллов новообразований^!
лении высокопрочных₽известково-песчаных изделий не-
noBepxiiocTii 3000—5000 см^г и используют как вяжу-
Высокую реакционную способность при автоклавной
Материалы. К ним относятся вулканические эффузив-
ные горные породы, гранулированные шлаки, топливные
Основным вяжущим компонентом автоклавных си-
сТва силикатных изделий рекомендуется применение
быстрогасящейся извести с суммарным содержанием ак-
70 %. При этом содержание MgO должно быть не более
5 %. При использовании специальных технологических I
приемов возможно применение известесодержащнх вя-
жущих, получаемых путем совместного измельчения А-
гашеной извести и гранулированного шлака или актив-
ных минеральных добавок, и белитового (нефелиново- _ ’
го) шлама.
Наряду с известью в автоклавной технологии, осо-
бенно в производстве ячеистых бетонов, возможно при-
менение портландцемента и его разновидностей. Введе-
ние портландцемента совместно с известью позволяет .^|
снизить отрицательное влияние ее неоднородности, умень.
шить водопотребность смеси и повысить физико-механи-
ческие свойства материала. При производстве автоклав- 7
литовых цементов, а также цементов с добавкой моло-
того песка. Портландцемент способствует повышению’
морозостойкости изделий, в случае появления дефектов
структуры из-за многократного замораживания и оттаи-
вания происходит ее самозалечивание продуктами гид-
ратации цемента.
Наиболее распространенный заполнитель автоклав-
ных материалов —кварцевые пески. При применении
полевошпатовых и карбонатных песков физико-механи-
ческие свойства- изделий ухудшаются.
По объему производства автоклавные изделия зани-
мают в стране третье место среди стеновых материалов
после глиняного кирпича и железобетона. Каждый 1 м3
автоклавных изделий позволяет экономить 200—400 кг
ведЗееВ ВЬ"’УСКе
ватный кирпич, а затем стеновые издели^Тятеистого
§ 2. СИЛИКАТНЫЙ КИРПИЧ
мивСлЛНК«ТНЫЙ КИРПИЧ представляет собой искусствен-
.s=====..
Применяют тонкомойотые известково-кремнеземистые,
ЙЗВПри производстве силикатного кирпича наиболее
до 2Эмм, имеющие минимальное количество пустот. До-
пускается содержание глинистых примесей не более
10 %• При содержании глины в песках более 10 % уве-
личивается водопоглощение, снижается прочность и мо-
розостойкость кирпича. Недопустимо значительное ко-
личество органических примесей, взаимодействующих с
при автоклавной обработке органические примеси, раз-
лагаясь, выделяют газы, вызывающие в изделиях обра-
зование трещин. I
Технологический процесс производства силикатного
. кирпича включает добычу и подачу песка, дробление и
помол извести, смешивание песка с молотой известью и
гашение полученной смеси, прессование кирпича и за-
парку его в автоклавах. В зависимости от способа га-
шения извести различают силосный и барабанный спо-
собы производства силикатного кирпича. При более
распространенном силосном способе (рис. 9.1) переме-
шанная увлажненная смесь извести с песком подается
в металлические или железобетонные бункеры-силосы,
где выдерживается 1—4 ч в зависимости от качества и
скорости гашения извести.
В настоящее время при строительстве заводов сили-
катного кирпича вместо силосов в технологическую схе-
му вводят реакторы непрерывного действия. В отличие
ство по непрерывно-поточной схеме. При барабанном
способе силикатная смесь для гашения поступает во
После прессования прочность кирпича-сырца должна
быть не ниже 0,3 МПа. Завершающей операцией произ-
водства кирпича является автоклавная обработка. В за-
висимости от максимального рабочего давления (0,8—-
1,6 МПа) длительность полного цикла автоклавной об-
работки составляет 8—12 ч. •
' Выпускают одинарный и модульный силикатный
кирпич, а также силикатные камни. Одинарный кирпич
изготовляют полно- п пустотелым размером 2оОХ*20Х
Х65 мм. Размеры модульного кирпича 250x120x88,
силикатного камня 250X120X138 мм. Их изготавлива-
ют только пустотелыми, масса модульного кирпича ж.-
сухом состоянии должна быть не более 4,3 кг.
По теплотехническим свойствам и средней плотности^
в сухом состоянии силикатный кирпич и силикатные
камни подразделяют на три группы:
эффективные (рис. 9.2), позволяющие уменьшать
толщину ограждающих конструкций по сравнению с
толщиной стен, выложенных из полнотелого кирпича;
к этой группе относят кирпич плотностью не более
1400 кг/м*, камни плотностью не более 1450 кг/м3 и теп-
лопроводностью до 0.46 Вт/(м-К);
условно-эффективные (рис. 9.3), улучшающие тепло-
технические свойства ограждающих конструкций без
Гтот|^1кМ?\оО|’1Щ1,!?ад К,ЭТ°" Группе относят кирпич
hiX 1*01-1650 кг'м», камни плотностью 1451—
• ЬэО кг/м* И теплопроводностью до 0,58 Вт/(мК);
эта
ликатные камни и кирпич
обыкновенный-. силикат-
ный кирпич плотностью свы-
ше 1650 кг/м3.
В зависимости от предела
прочности при сжатии сн-
ч (для кирпича нормируется
пройти при изгибе) подразделяют на
Ма*Наряду'с^р'ядон'ы^ми'и£™-»т ипченоа сиднкнт-
„ый к2рТни н₽“мни. Он,, бывают
щенке силикатного кирпича и камней должно быть ' J !
менее 6 %. ,е !
марки: Мрз°5о'мрз 3™Мрз 2™и Мрэ^^Мо^озостоЯИ 1
лицевых изделий должна быть не ниже кирпича и кам I
ней, испытанных на морозостойкость, допускается пота
ря прочности при сжатии не бОлее чем на 25 % ДЛя n-®‘ I
довых изделий и на 20 % для лицевых. ря’ 1
Силикатные кирпич я камни, которым прпсщяЯ I
высшая категория качества, должны удовлетворять • I
лолнительво следующим требованиям: марка по ппм 1
кости должна быть не менее 125 для рядовых и 150 „ I
лицевых изделий; марка ло морозостойкости долж»Г
быть не менее Мрз 25 для рядовых и Мрз 35 для
вых изделий. ™»SS
Силикатный кирпич и камни применяют напяАч „
керамическим кирпичом для кладки каменных н аом« 1
рованно-каменных наружных и внутренних констоИ
пай в надземной части зданий с нормальным н влажвй'
режимом эксплуатации. влажным д |
- Вследствие более низкой стойкости к воде и к пя^ Я I
ворепным в пей веществам силикатный кярпот в отЛ« i
вает длительного воэдействга высоко-“ °" "е выЛеРж«*АТ
зЫеЙ“,ТхХо“ТГ
I
расход топливно-энергетических, п "тальньг<? вложения, j
получение единицы продукций * РсцсуРсои- аатРа™ на
сравнению с аналогичными ’ 2 Раза н",ке "°
ческого кирпича. показателями для керами- Д :
§ 3. СИЛИКАТНЫЕ БЕТОНЫ
1 Плотные силикатные бетоны
Силикатные бетоны представляют собой группу бе-
тонов автоклавного твердения на основе известково-
кремнеземистого вяжущего и минеральных запрлните-
узвестковагщгемнеаелшстое вяжущее—продукт сов-
местного тонкого помола и гомогенизации смеси изве-
сти и кварцевого песка. Известково-кремнеземистое вя-
клавного твердения, имеющих низкую активность в
обычных условиях, но при автоклавном синтезе обра-
зующих прочный искусственный камень. В эту группу
вяжущих, кроме известко-кремнеземистого, входят так-
же смеси на основе извести и алюмосиликатных или
кальциево-алюмосиликатных материалов природного
вяжущие на основе портландцемента.
Как и цементные, силикатные бетоны классифициру-
ры, максимальной крупности, вида заполнителей, обла-
Преимущественное применение получили мелкозер-
нистые силикатные бетоны. .
Б результате участия песка в реакции образования
бетоне примерно на 30 % меньше, чем расход цемента
для обычных цементных бетонов той же прочности.
определяют расход смешанного вяжущего и содержание
в нем извести (обычно в пределах 30—35%), которые
гарантируют заданную прочность бетона при данной тон-
кости помола песка. Предварительно подсчитывают рас-
ход воды в смеси в зависимости от способа уплотне-
ния (для виброуплотняемых смесей он составляет 10—
15% массы сухих компонентов). Рассчитывают рас-
ду плотностью бетонной смеси и массой вяжущего
и воды.
Для ориентировочных расчетов по определению со-
става плотного силикатного бетона предложены эмпири-
веские формулы в зависимости от вида применяемой
вести. При использовании негашеной извести
При использовании гашеной извесгн
где Ro — прочность бетона (МПа-10); SM.n — удельная поверхность П
молотого песка, см«/г; На — расход известково-песчаного вяжуще. |
На прочность силикатного бетона, как и обычного
существенно влияет не только содержание вяжущего и’
молотого песка (рис. 9.4—9.5), но и однородность сме-
си, степень ее уплотнения, водосодержание, качеству из-
вести и песка, режим автоклавной обработки и т. д. По
плотного силикатного бетона: 100, 150, 200, 250, 300^
400. На основе известково-кремнеземистых вяжущих
можно получить и бетоны более высокой прочности —до
80 МПа. За марку силикатных бетонов принимается пре-
дел прочности при сжатии (в кг/см2 или МПа -10) образ-
цов кубов с ребром 150 мм, прошедших автоклавную об-
работкУсОДНовременно с изделиями и испытанных при
М°о?пЬ уиругости мелкозернистого силикатного бето-
"а "t30%’-а ползУтаст‘ в '.5-2 раза ниже аналоги,«Я
показателей равнопрочного цементного бетона нормаль*!
ного твердения при той же крупности заполнителя^
Плотные силикатные бетоны '° " более «‘,КЛОЧ1
изготовления мелких изделий^ «Т° л|)"м<,н!нотся дЛ”
рованиых несущих конструкций рупН0РазмеР“Ь1х армй-Л
держа^""^0 "“ й с О
Технология производства
изделий и конструкций из
силикатных бетонов включа-
ет приготовление силикато-
бетонной смеси, формование
изделий и их автоклавную
обработку. Силикатобетон-
ную смесь приготовляют по
«гидратной» или «кипелоч-
ной» схеме. Гидратная схе-
ма предусматривает совме-
стный помол гашеной изве-
сти-пушонки влажностью 2—
—3 % с кремнеземистым
компонентом, кчпелочная—
извести-кипелки с песком
карьерной влажнс-ти. По кн-
педочной получают изделия ,более высо-
кой , прочности, используя гидратационнсе твер-
дрние извести; недостатки этой схемы — повышенная
водопотребность вяжущего, невозможность его длительно-
го хранения и транспортирования, ухудшение санитарно-
гигиенических условий. Более распространена гидратная
. Сизикатобетонпую смесь приготовляют в смеецт^.
”, при., итльиого действия, обычно получают жесткй
С с Р Жидкой конуса менее I см. Формуют изделия
$аш "всего »»врированием. но возможно применение Й
Егих методов уплотнения. Автоклавная обработка
шеетоляется под давлением 0.8—1,6 МПа по режиму, on.
ределяемому размерами н конфигурацией изделий в те-
2. Ячеистые силикатные бетоны
Ячеистые силикатные бетоны — искусственные камеи-
ные материалы с равномерно распределенными порами в
виде сферических ячеек, диаметр которых обычно состав-
ляет 1—3 мм. Ячеистая структура силикатного.; бетона
достигается введением в смесь газообразующей добавки
(газобетоны) или пены (пенобетоны). Для производств^
ячеистых бетонов автоклавного твердения применяют из-
вестково-кремнеземистые вяжущие. В качестве кремне-
земистого компонента наиболее часто применяют квар-
цевые пески с содержанием SiO2 не менее S5 %, слюды
не более 0.5%, илистых и глинистых примесей не более
3%. Песок используют после помола мокрым способом
до удельной поверхности 1500—3000 см2/г. Необходимая^
удельная поверхность песка повышается по мере сниже-
ния требуемой плотности ячеистого бетона. Вместо песка
применяют также золу-унос ТЭС с удельной поверхно-
стью 3000—5000 см2/г. Для быстрого формпровашЙЖ
структуры II нарастания начальной прочности известь
частично заменяют портландцементом.
В качестве газообразователя используют водную сус-
пепзию алюминиевой пудры, пенообразователи — кле-
еканифольные, смолосапониновые и некоторые другие,
вещества. Для регулирования процесса струкгурообразо-
оання. нарастания пластической прочности и ускоренно-
го твердения ячеистобетонной смеси используют хнмнче-
пне добавки: гипс, поташ, соду, сульфанол и др. Я
‘ '.'Л. е™н"ую смесь П1>||ГОТ°О-И1ЮТ в гидродпнампче^И
' 6|’ац"°""0'1 смесителе, Пепобетоикую смеСь
Мбв и “ дв>'хбаРаГ|а'"‘ом смесителе. В одном Й- •
Seuv п Хгои раст"°Ра пенообразователя получаю»Ж
ную'ппу шт»!,'™? 113 вяжУ«иего 11 поды. Получен- .
“ZX„BBa6rc'a'' с ।
» и.лмляя из ячеистых бетонов формуют литьевым или
«„.иконным способами. По литьевой технологии изде-
’Уаюпмуют из жидкотекучих смесей, содержащих До
о ' ш. п.| от массы сухих компонентов. Жидкотеку-
„Ггмеси обладают недостаточной газоудерживающей
Ь Хппобиостью, что ухудшает структуру бетона. При этой
технологии изделия твердеют медленно, после автоклав-
ной обработки имеют повышенную влажность (25—30 %) I
„ пониженную трещиностойкость.
В нашей стране разработана технология получения
I «чепстых бетонов с применением комплексной вибрации
-пн приготовлении смеси и формовании, что позволило
йшествешю (на 20-30 %) снизить содержание воды, ус-
корить (п 3—5 раз) процессы газовыделеНпя и вспучи-
I вания и улучшить физико-механические свойства изде-
АИЙЙзделия из ячеистых бетонов получают как в индиви-
дуальных формах, так и путем разрезания предваритель-
но изготовленных массивов объемом 4—5 и и высотой
до 0 6 м Режимы автоклавной обработки назначают с
учетом плотности бетона и массивности изделий.
При армировании изделий из ячеистых бетонов при-
нимают меры для надежной защиты арматуры и заклад-
ных деталей от коррозии (нанесение антикоррозионных
! покрытий, создание достаточного защитного слоя).
В зависимости от назначения ячеистые бетоны клас-
сифицируют на конструкционные с плотностью в сухом
состоянии р,„=900-1200 кг/м1 и пределом прочности при
сжатии //.., = 7.5—15 МПа, теплопзоляцнонно-конструк-
теплоизоляционные с рп,^500 кг/м3 и ЯСж<2,5 МПа.
Предел прочности при сжатии ячеистых бетонов ои-
k редел я ют при стандартной влажности 10 + 2 % (по мас-
се) при отклонении влажности от стандартной использу-
ют’поправочные коэффициенты. При испытании образ-
цов перпендикулярно слоям величина предела прочности
при сжатии на 20—25 % выше, чем при испытании па-
раллельно слоям.
Теплопроводность ячеистых бетонов в сухом состоя-
нии при температуре +10 °C колеблется в 3BB,IJ?1'N’OC2‘
от плотности от 0,093 (р„,=300 кг/м ) до 0,26 (Р>"
= 1000 кг/м3) Вт/(м-К). Водопоглощение силикатных
ячеистых бетонов составляет 40-45%. При применения
портландцемента оно снижается до 30 За л>.
При высыхании ячеистых бетонов наблюдаетсяусаД-
ка, достигающая при твердении в естественных условиях
в возрасте 10 мес при плотности 600—800 кг/м3 5 мм/м.
По морозостойкости ячеистые бетоны могут быть сле-
дующих марок: F 15, F 25. F 35. F 50, F 75, F 100. Бе-
тоны. используемые в ограждающих конструкциях, дол-
^0Нии"МелЬ7о"аплс11Я к°эФФиииента паропроницаемостйя
юшХ» Л73“2,95 кг/<мсПа) при плотности, изменя-
ющейся соответственно 500—1000 кг/м3 J
HeaK3Hanv-lCTOrO беТ°На Марок 25—ЮО изготовляют п*
“ц .и XSh0^'11"1 С М0К₽ЫМ эксплуа-
поВ"рм,о°т, х "."Ол“ало“ (Р"с- 9-6>- Фасадная
ративнук» отделку ?°к>КНа "МеТЬ 3*"™”да
при »3;ото>ХТп?»S в«иХы "Р1|ме,-я1от
Ретородок, междуэтажных я, Sх несущих стен, пе-
ан ДУэтажных и чердачных перекрытий жи-
! .„„их зданий, стеновых камней, плитпо-
„ общественных здаш ц конструкции из
фытий и да™У^ма“се, стоимости и капитальным
'че"ст“Лм эффективнее изделий из легких бетонов на
ГЛАВА Ю. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Гтппитепьный раствор —это искусственный каменный
так как рРастворРприменяют в виде тонких слоев (шов ка-
менной кладки, штукатурка и т. п.).
Для изготовления строительных растворов использу
ют неорганические вяжущие вещества (цементы, воздуш-
ную известь и гипсовые вяжущие). В дорожном строи-
тельстве и в специальных работах (устройство стяжек,
защитных антикоррозионных слоев) находят применение
растворы на битумных и полимерных вяжущих.
Строительные растворы разделяют в зависимости от
вида вяжущего вещества, плотности и назначения.
По виду вяжущего различают растворы цементные,
известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известко-
вые, цементно-глиняные, известково-гипсовые и др.).
По средней плотности различают: тяжелые растворы
плотностью более 1500 кг/м3, изготовляемые обычно на
кварцевом песке; легкие растворы плотностью менее
1500 кг/м3, изготовляемые на пористом мелком заполни-
теле и с порообразующимн добавками.
По назначению различают кладочные растворы для
каменной кладки стен, фундаментов, столбов, сводов
и др.; штукатурные растворы — для оштукатуривания
внутренних стен, потолков, фасадов зданий; монтажные
растворы—для заполнения швов между крупными эле-
ментами (панелями, блоками и т. п.) при монтаже зда-
ний и сооружений из готовых сборных конструкций и де-
талей; специальные растворы (декоративные, гидроизо-
ляционные. тампонажные и др.).
S 2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
И ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Вяжущие вещества. Растворы готовят с применением;. 1
'е „шлакопортландцемента, причем „а
изготовление растворов расходуется до 15- 20 % общего
° ° а н а, применяемого в строительных рабо-
™поэтому сокращение расхода высокомарочных клин-
верных цементов в растворах даст большой эконо-
мический эффект. Один из основных путей экономии
клинкерных цементов — применение специального цемен-
та для строительных растворов, который получают до-
бавлением при помоле клинкера большого количества
минеральных веществ. Используют активные минераль-
ные добавки (трепел, диатомит, пемзу и т. д.) и добавки-
наполнители (кварцевый песок, известняк, пыль элек- Л
трофильтров). В таких цементах содержится всего лишь
20—30% цементного клинкера и тем самым экономится*
этот ценный обжиговый материал.
Наряду с цементом для изготовления кладочных,,
жушие^вещества: воздушную и гидравлическую известь,
гипсоцементно-пуццолановые и гипсовые вяжущие.:..^ '
Воздушная известь .применяется в известкойви^^И
смешанных цементно-известковых растворах. Гипсовые
вяжущие входят в состав гипсовых и известково-гипсо^ J
вых растворов.
Пески применяют природные — кварцевые, полево-
шпатовые, а также искусственные дробленые — из плот-
матерналов (пемзовые,. керамзитовые, перлитовые и т.п.).
Пористые пески предназначают для приготовления лёг-
ких растворов. Если песок содержит крупные включения
(комья глины и др.), то его просеивают. Для кирпичной
кладки применяют растворы на песках с зернами не бо-
лее 2 мм. Для растворов марки 100 и выше пески долж-
ны удовлетворять тем же требованиям в отношении со-
держания вредных примесей, что и пески для изготовле-
ния бетона. Для растворов марки. 50 и ниже допускается
по соглашению сторон содержание пылевидных частиц
массе°ДЯЩНХ Чере3 СНТ0 С СеТК°Й № °14) Д° 20 % П°
Пластифицирующие добавки. Чаще всего растворные j
смеси укладывают топким слоем на пористое основание, J
способное °тс*с““’™ ) что6ь, сохранить удобоуклады-
яченстые и т Щ бе,оны^ чтоо №ристое
яаемостьрас ворных смссе,, рн(уеск11е ц орга ские
кование, в них ВВОДдОбавкв> повышающие способность
"Р°СнХа«иче^иГдисп^сшГдобавки состоят из мел-
Нчастии хорошо удерживающих воду (известь, зола
тча лиатомит, трепел, молотый доменный шлак и т. и.),
патентных растворах вместо извести можно применять
Т₽еОргоим"'г°к1«; поверхностно-активные пластифициру-
ющие и воздухововлекающие добавки - омыленный др^
верный пек СНВ, СДБ и другие вводят в количестве
0 05—0 2 %'массы вяжущего. Они не только улучшают
удобоукладываемость растворных смесей, но также эко-
номят вяжущее, повышают морозостойкость, снижают
водопоглощение и усадку раствора. п„„лр„„ый
Воздухововлекающие пластификаторы — омыленный
древесный пек, СНВ (смола нейтрализованная воздухо-
вовлекающая); в процессе перемешивания растворной
смеси в ней образуются мелкие воздушные поры, поэтому
объем вяжущего теста увеличивается, и смесь делается
более пластичной. Это позволяет готовить смесь с умень-
шенным количеством извести и сниженным примерно на
10 % расходом цемента.
В растворы, применяемые для зимнеи кладки и шту-
катурки, добавляют соли-электролиты, понижающие тем-
пературу замерзания растворной смеси (хлориды каль-
ция, натрия, поташ и др.). Строительные растворы изго-
товляют на специальных механизированных заводах,
поставляющих готовые смеси потребителям. В последние’
годы большое развитие получают высокопроизводитель-
ные, полностью автоматизированные заводы товарных
растворов и бетонов. Автоматизированная система уп-
равления регулирует весь производственный процесс, на-
чиная с подачи и дозирования исходных материалов н
кончая заполнением автомобилей готовой продукцией.
Растворы готовят в растворосмесителях периодичес-
кого действия вместимостью 50, 375 и 750 л или в расТ-
в специально оборудованных автоцис-
автоматической разгрузкой или в автосамо-
с троительных площадках раствор транспорти-
зоронасосами. Для предохранения растворных
расслаивания при их перевозке транспортобо-
•есителями. Для предотвращения лреждевре-
хватывания растворных смесей (при транспор-
Кэнтроль качества раствора заключается в проверке
кзче. -зз исходных материалов, их дозирования и време-
i г-.'помешивания смеси, кроме того, в определении удо-
здываемости и прочности в определенные сроки
Удобоукяадываемость —это свойство растворной сме-
си легко укладываться плотным и тонким слоем на
пористое основание и не расслаиваться при хранении, пе-
ревозке я перекачивании раствора насосами. Удобоукла-
дываемость зависит от подвижности и водоудерживаю-
Подвижность растворных смесей характеризуется
а (массой 300 г). Подвижность назначают в
ллн от вида раствора и отсасывающей способно-
смеси удерживать воду i
не, что необходимо для
>но назначен зерновой состав ее твердых со-
. х, определяемый j
соотношением песка, вяжу-
щего и дисперсной добавки.
пустоты между зернами пес-
ка и равномерно покрывает
песчинки тонким слоем, уменьшая внутреннее трение. С
удобоукладываемой растворной смесью легко работать
(каменщики говорят —мягка и не тянется за кельмой), I
в результате повышается производительность труда. От
У^Т^Дь-ваемостн растворной смеси зависит качест-
а“еинои клаДки. Правильно подобранная раствор- I
кипп?^СЬ за"°л"яет неровности, трещины, углубления в J
шадь яоитяк/3""'' поэто‘чу получается большая пло- 1
в X™. и между раствоРом и кирпичом (камнем) J
E XT™"1'кладк" ““Растает, а следова- fl
Прочность "Еается " долговечность наружных стен, fl
образ-
МОМ стаидаптпм p 6pd 7>07см в возрасте, установлен- Я
вид раствор! ОбпячпмИ1,1|еСКНМ“ Условиям» »а данный Ж
«оном, а „зсме“ с=ж,юстьюОчЬ1"ИЫХсформах спод‘
«ах без поддонов, установит 5 СМ И более~ в фор-
воваиии —кирпиче (покрыт6 Х "а 0TcacblBaMWM ос- Я
390 ом см°ченной водой газетной
бумагой). На каждый срок испытания изготовляют три
“^Прочность цементного раствора при отсутствии отсо-
са воды определяется теми же факторами, что и прок-
ипеть бетона. Зависимость предела прочности раствора
при сжатии R,, от активности цемента R„ и цементно-
водного отношения определяется формулон и., л. по-
"0Ва: ................. ' (10.1)
Прочность раствора, уложенного на пористое основа-
ние (кирпич), удобно выразить в зависимости от расхо-
да вяжущего вещества, а не от Ц/В, поскольку после от-
соса воды основанием в растворе остается примерно оди-
наковое количество воды:
/?2в = КЯП(Ц-0,05) 4-4. (Ю.2)
Приведенная формула Н. А. Попова применима для
цементно-известковых растворов: Ц—расход цемента,
т/м3 песка; коэффициент К зависит от качества песка:
для крупного песка К=2,2; песка средней крупности
К=1,8; мелкого песка Х=1,4.
Прочность смешанных растворов зависит от количе-
ства введенной в раствор извести или глины. Оптималь-
ная добавка известкового или глиняного теста, позволя-
става —от «жирных» состава 1 :3 до «тощих» состава
1 : 2 :9; состав указан в объемных частях — цемент: тес-
то (известковое, глиняное) : песок. На основании опыт-
ных данных, обобщенных в виде формул и графиков, со-
ставлены таблицы для определения состава растворов
различных марок, которыми широко пользуются на прак-
Строительные растворы для кладки и штукатурки по
прочности в 28-суточном возрасте на сжатие делят на
следующие марки 4, 25, 10, 50, 75, 100, 150, 200. Раство-
душной и гидравлической извести и др.).
Морозостойкость раствора характеризуется числом
циклов попеременного замораживания и оттаивания, ко-
торое выдерживают насыщенные водой стандартные об-
разцы-кубы размером 7,07X7,07x7,07 см (допускается
снижение прочности образцов не более 25 % ц потеря
массы не свыше 5 %).
Морозостойкость растворов зависит от вида вяжуще-
го вещества, водоцементного отношения, введенных доба-
вок и условий твердения. Строительные растворы ддЯ
каменной кладки наружных стен и наружной штукатур. |
к» имеют марки по морозостойкости: F 10, F 15, F 25 ‘
'И раство-
ры должны иметь более высокие марки по морозостой-
кости: F 100, F 150, F 200 и F 300.
ВИДЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
няют, главным образом, цементные и смешанные раство-'
ры (цементно-известковые и цементно-глиняные) марок
10, 25, 50 в зависимости от влажностных условий и дол-
говечности здания. В кладке перемычек, простенков, кар-1
низов, столбов марка раствора может быть повышена до J
100. Виброкирпичные панели изготовляют с применением I
растворов марок 75, 100, 150, приготовленных на* порт-
ландцементе и шлакопортландцементе.
Минимальные расходы цемента для растворов раз-
личного назначения составляют 75—125 кг/м3. Для клад-
ки каменных фундаментов во влажных грунтах и ,ниже
УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОЛ ППИМРМЯ1ЛТ полтопп., -------— -1
та 125 кг/м3.
растирм'""' темлеРатУРы замедляет рост прочност/Д
Чраа'прочн^ь «а??. "иэк"х положительных темпера- J
««-72 % м»чноР ет₽а “ В“расте 28 с''т состамХи!
меняет растворы в зимнее в1’емя широко при- I
натрия, поташа и ар ( JS?" ло6авизм" (нитрита I
“ерзания раствопа J’J' "0ИИЖа|°Щими температуру за- J
ш ₽ “ 7с“°Р*ошнми набор его прочности. |
Яимой марку раствора для каменной кладки-(без тепля-
Зимои крупнопанельных стен обычно повыша-
“ „а" одну ступень против марки при летних работах
элементов сборных железобетонных конструкций изго-
товляют на портландцементе, расширяющемся или без-
усадочном цементах. Марку раствора следует устанавли-
вать в зависимости от условий работы соединяемых эле-
ментов, но не ниже марки 100. Марка раствора по
морозостойкости должна соответствовать по морозостой-
кости марке бетона конструкции.
Штукатурные растворы изготовляют на цементах, це-
гипсовых вяжущих.’Различают растворы для наружных
и внутренних штукатуров. Для наружных игтукатурок
каменных и бетонных стен зданий применяют цементно-
известковые растворы, а для оштукатуривания деревян-
ных поверхностей в районах с сухим климатом используют
известково-гипсовые растворы. Для штукатурки цо-
колей, поясков, карнизов и других участков стен, подвер-
гающихся систематическому увлажнению, используют
цементные и цементно-известковые растворы на порт-
ландцементах с гидрофобными добавками. Внутреннюю
штукатурку стен и покрытий здания при относительной
влажности воздуха помещений до 60 % выполняют из
известковых, гипсовых, известково-гипсовых и цементно-
известковых растворов.
Составы штукатурных растворов устанавливают с
учетом их назначения и условий эксплуатации зданий.
Подвижность штукатурных растворов (глубина погруже-
ния стандартного конуса) и предельная крупность при-
меняемого песка для каждого слоя штукатурки различ-
ны. Подвижность раствора для подготовительного слоя
при нанесении механизированным способом составляет
6—10 см, а при ручном труде—8—12 см. Наибольшая
крупность песка при этом должна быть не выше 2,5 мм.
Для отделочного слоя применяют мелкие пески круп-
ностью не более 1.2 мм. Для увеличения подвижности
штукатурных растворов вводят гидрофобио-пластифини-
руюшие добавки.
Декоративные растворы предназначены для фактур-
ных слоев стеновых панелей и блоков, наружной и внут-
ренней отделки зданий. Эти растворы изготовляют на
белом, цветном и обычном портландцементах; для цвет’
пых штукатурок внутри зданий применяют также гнпсо.
вые вяжущие и известь. Заполнителем служит чистый
кварцевый песок либо дробленые пески из белого извест-
няка, мрамора и т. п; Для лицевого отделочного слоя па
нелеп наружных стен (из легкого бетона) применяют
раствор марки 50, для отделки железобетонных конст-
рукций — марки 150 с морозостойкостью не ниже Мрз35*
Гидроизоляционные растворы для гидроизоляционное ]
слоев стяжек и штукатурок обычно изготовляют состава
1 : 2.5 пли 1 : 3.5 (цемент: песок по массе), при этом ис-' 1
пользуют расширяющиеся цементы, сульфатостойкнй
портландцемент, обычный портландцемент.
заполнения канало _______ „
струкциях и уплотнения бетона. Марка раствора должна
быть не ниже 300. поэтому используют портландцемент
марок 400—500 Для уменьшения вязкости растворной
смеси вводят СДБ -0,2 % массы цемента. Р И
Тампонажные растворы предназначены для гидоои.то-' 2
ляцнн скважин, шахтных стволов и туннелей путем тЙЖ
крыт водоносных грунтов, трещин И пустот в горнщ 'Л
за,‘Репле™°го пространства Вя-
важный повтла»»^мОРаХ является “«адальный тампон
ФатостойкцРйТпортландцемент.аГРеССИВНЫ,С во^~^
: - 6.,
жушпм является поп? Д ЬН°Й КРУПНОСТЬЮ 1,25 мм Вя-
«вт. В него вводят добХи^соле" шлакопоРтлавЛве-
«евты (литий, бор и др?). ’ ™деРжаШ"е легкие эле-
э«У«опоглощ?,^свщ“р“ "Р^паапапают в ,!вчесгвв
ма и получения। «беззх2! . снижения уровня шу-
ЖУШИХ используют ВООТЛИНП В КаЧВСТВе ВВ*
мент, известь, гипс или лан4цемент. шлакопортландце.
авт. Заполнителями являютСМеСИ " каУстпвеский магнй
крупностью 3—5 мм из °4”°ФРакадонные пески
«пученного перлита пемЛ, Х В0Рвс™х материалов!
плотность раствора состаа'!'<.КеРлт ”та’ ПОЭТОМУ средняя
™. вяжущего *,?'1200 кг/м’ '<°л'™-
еских растворах должны ° звполннтеля в акустю
’«•«"Уту») пористость pacTaopaS""aaTb ОТКРЫТУ'° («Я
ГЛАВА II. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ
§ 1. СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
1. Общие сведения
Металлами называют вещества, характерными приз-
наками которых при обычных условиях являются высо-
кая прочность, пластичность, тепло- и электропровод-
ность, особый блеск, называемый металлическим. Такие
признаки металлов обусловливаются их электронными
межатомными связями и кристаллическим строением.
При очень высоких давлениях свойства металлов могут
Металлические элементы составляют почти * 3/< всех
существующих в природе элементов, но не все находят
широкое применение в технике и строительстве. Некото-
рые из них встречаются очень редко. Из наиболее цен-
ных и важных для современной техники металлов лишь
немногие содержатся в земной коре в больших количест-
вах: алюминий—8,8 %, железо—4,65 %, магний—2,1 %,
титан—0,63 %.
Чистые металлы в большинстве случаев обладают'
недостаточно высокими физическими, механическими и
химическими свойствами (табл. 11.1). Для улучшения
этих свойств металлЙ сп-
лавляют с лругими^эле-
шсстн.1 с характерными ’
свойствами металлов, ПОТ
лучаемыс при зэтвердоИ
ннн жиды'' расплавдД
Сплавы содержат два и
та. Входящие в состав
сплава элементы или ве-
щества (компоненты спла-. |
ва) могут находится м&Я
жду собой в одной, из
трех видов связи: хими-
ческой, твердых раство- *
Р Металлы, применяемые
в строительстве, разделя-
Рис на. Диаграмма растяжения ста- ЮТ НЭ Две ОСНОВНЫв ГруП- *
«•' пы: черные и цветны^^И
Черные металлы — сплав I
железа с углеродом. Кроме того, в них могут со- «
держаться в большем или меньшем количестве и дру- _
гне химические элементы (кремний, марганец, серД, фос- -
фор). С целью придания черным металлам специфичен:, J
юшпе добавки (никель, хром, медь и др.). Черные металлы^И
в зависимости от содержания в них углерода подраз- -
деляют на стали (сплавы с содержанием С<2 %) и
вуны (02 %). На их долю приходится около 95 % про- -Л
изводимой в Мире металлической продукции. Остальные Я
металлы и сплавы на их основе относятся к цветныя: Я
легкие — плотностью до 5 г/см3 (например, па основе Я
алюминия, магния); тяжелые — плотностью выше 5г/см1Ж
Ham)'086 МеД’,); тУгоплавк,1е (»а основе молибдена, BJ 1
констРУкЦНОнный материал, приме- Я
ДСТр0,,тельстве- По химическому составу стали Я
aJJJ *?я,от “• углеродистые и легированные. Углеро- Я
гХц ;ремнийОД^оХаТ<ъ^СЗ<^- УГЛС‘ЮД " пр,‘мсси (МЯР’ I
мяльными nJ' Серу’ Ф°СФ°Р)’ которые называют нор* Я
при еадерж.1,,,,, „к „ пре£мах 1|ормы Лл4. S
углерод*1 и "'^"^“. зменення свойств стали легпрую-
ально вводимые для измен в0ЛьфраМ « т. Д-)- К J
ш„е добавки <"”к“ о’тпосятся также марганец п крем-
“ГеУсл“и“ ?Хж»ш" ^ьше. чем предусмотрено для
""‘^одержит 2-6,67 и^^акГп^м’ежАо"
ХГир1»
^TbX\₽=
±±ам ' Цветн’ыГ^таллы.’ как и черные в
магния. Наиболее р ₽ _ганцевые> алюминнево-кремне-
чемветые “алюминвево-магниевые и сплавы типа дюра-
люминия. Их применяют для несущих и ограждающих
конструкций зданий и сооружении.
Тяжелые сплавы получают на основе мед,
пинка свинца Среди тяжелых сплавов в строительстве
находят применение бронза (сплав меди оловом^ или
т^Г(сМплДавмеадЛ”сМ'Хом): Их используют для нзготов-
ления архитектурных деталей н санитарно-технической
аРМСвойства металлов, применяемых в строительстве, оп-
редел яются в основном механическими н технологичес-
кими характеристиками. К механическим свойствам ме-
таллов относятся предел прочности при растяжении,
предел текучести, относительное удлинение, твердость,
ударная вязкость; к технологическим — жидкотекучесть,
свариваемость, ковкость, электропроводность, магнит-
ность и др.
Металлы испытывают на растяжение с помощью раз-
рывных машин, оборудованных приспособлением для за-
писи кривой зависимости между нагрузкой и удлинением
образца. Такая кривая называется диаграммой растяже-
ния (рис. 11.1). На диаграмме растяжения одних метал-
лов, например низко- и среднеуглероднстых сталей, фик-
’iioiaepi.ilbcu эшнштельным " чттшвдким 1
.........«г.»....м папрнже......... на диагр.м.
1 . .....navi их, например иысокоуглероднеты» I
‘ХрыаныЛ рост деформации с возрастанием н.п рузК11.
/I 'и испытания применяют специальные цнлнндриче.
<кне н.п. плоские образны. По результатам испытания ня
лн/нрлмме растяжения определяют основные показатели
спойсп» металла: предел прочности, предел текучести, <у*
жннтсльное удлинение при разрыве. Предел текучестй
определяют либо как напряжение, соответствующее ниж-
нему пределу площадки текучести, либо для металлов, не
имеющих площадки текучести, как напряжение, при ко*
тором жн-тигагтся некоторая остаточная деформаций
(обычно 0.2%. если ее величина не оговорена особо).
Расчетные сопротивления металла устанавливаются нц*
же предела текучести, так как при превышении предела
текучести изделие или конструкция могут получить не*
допустимые остаточные деформации. Относительное уд-
лнненпс характеризует пластичность металла и опреде-
ляется как отношение приращения расчетной длины об-
разца к его исходной длине
Большой вклад в науку о металлах сделан огечсст-
। •иными учеными II II. Аносовым, Д. К Черновым,
II С. Курниковым, А. А. Байковым и др. П. II Аносов
разработал технологию выплавки высококачественной 1
стали. >сгаиовил зависимость свойств металлов от их
кристаллического строения, впервые применил микрос*
тип для изучения строения стали. Ученый-металлург ;
Д К Чернов впервые научно объяснил процессы нагре-
ва и охлаждении металлов, указал способы управления
•*тимн процессами Советские академики А А. Байков И
и с Курнаков разработали современную теорию обра*
аовлиий СПЛВВ08 “ мвт°АЫ их физико-химических нссле*
Одновременно с развитием в усовершенстпованийн|
мстоз.ж получения черных и постных металлов развива*
“J”,,epiuc,,n,WBan,,Cb технология их обработки. К
", ' ’‘‘'"'’лотическим способам обработки метал*
™ "">СЙИ0' "|’<’||,“ОЯ1Г"". обрабожу давлена-
«»> “,,л,"|'""е. прессование, конку, ниампо»-
*Г>. .варку а шаепуи. веже ................... ,л.
„ие виды электрофизических и электрохимических с№
собой обработки ‘’"’ллов' Ю)МИ учеными И практиками
........л'л"''с„ “ре1ы7ХоЬогнн> металлургии но-
^с шеёсёЗ.я: -с^Р-Хён” ёф₽-
вакуумной ёб^ётХХк" развивается порошковая
:Z"S=;:x=^
гни Будет Рзначнтелы1О увеличено производство «°л№
каг У I " с" X
пбпаботкой и из низколегированных сталей, листа н же
стп (I. том числе тончайшей) с ’анти.ними покрытиями,
фасонных и высокого...ах профилей проката. У коре по
пазнпвается производство экономичных и специальных
Ендов стальных труб и арматуры из низколегированной
СТПДля получения изделий с повышенной изностостой-
костыо. долговечностью, коррозпонностойкостью. а IB -
же для снижения трудоемкости и металлоемкой и машин
и механизмов намечено в 3 раза увеличить производство
металлического порошка, развивать промышленное про-
нзаолстоо прецезнонных сплавов и проката. Дальнейшее
наращивание производства стали будет осуществляться
путем развития кислородно-конверторного и электропла-
вильного методов. В цветной металлургии намечено ук-
репление сырьевой базы действующих предприятий, а
также се дальнейшее опережающее развитие.
2. Атомно-кристаллическое строение
металлов и сплавов
Фнзико-механические свойства металлов тесно связа-
ны с особенностями их кристаллическою строения, о
твердом состоянии атомы всех металлов и металличес-
ких силанов располагаются в строгом порядке, образуя, в
Н’НЛЬмуюЯ
I'CUIOTKy.
"ростра.
1"|ронац.
I'IVCKOft
читанной
vii девять
1емпературе
Илим i.'umor
железо при i.......(«..уив
до 910 "С п пыше 1390Х.
хром, вольфрам, ванадий
и др. В кубической гране*
центрированной решетке
14 атомов (восемь в вер-
шинах куба и по одному
в центре каждой грани).
Такую решетку имеют:
железо при температура
910— 139(гС, медь, ни-
кель, алюминий н др. В
гексагональной решетке, имеющей форму шестигранной
призмы, 17 атомов (12 в вершинах, два в центре основа-
ний н три внутри призмы). Данная решетка имеется у.
магния, цинка и других металлов.
Возможны н другие формы кристаллических решеток.
Атомы в решетке находятся на определенных расстояни-
ях одни от другого. Эти расстояния очень малы и вычис-
ляются и нанометрах (I нм>=10 ’ м). Расположение ато-
мов, межатомные расстояния, насыщенность атомами —
все это влияет на качество металлов.
Размеры кристаллической решетки характеризуются
параметрами (периодами) - расстояниями между цент-
рами атомов, расположенных в узлах элементарной ячей-
«3 uulnMfp’ ЛЛЯ железа 8Т“ параметры равны 28,4—
t ' , . ’ ”ЛОТНОсть и степень упаковки атомов
кристаллической решетки х н, ...............
^.«..занятого вгомвмн.
ш от данного “т°м.; ^Р“р ^убннескол граиецентрнро-
zs»s"^
в металлах ''^“«ая ван дер-ваальсовзя. ионная
ческой связи: «”’Дл''ч“К’ы^ металлах, к которым отно-
н ковалентная. В переходит ая СВЯЗь, возннка-
сится сталь,
окружим их «газом»
нагрузки атомы в крпсталле
находятся на равновесных расстояниях Ест "Р“™*
л,питается до тех пор. пока силы протяжения не урав-
новесят внешнюю нагрузку. Сопротивление деформиро-
ванию определяется сопротивлением сдвигу одного атом-
ного слоя относительно другого, соседнего. В случае
приложения внешней силы наряду со сдвигом разруше-
ние может произойти путем отрыва одной части кристал-
ла от другой. Теоретически вычисленные напряжения,
необходимые для отрыва одного атомного слоя от дру-
гого. на несколько порядков выше, чем прочность реаль-
ных кристаллов.
Столь большое расхождение между теоретической и
реальной прочностью металлов обусловлено дефектами
кристаллов. Дефекты е кристаллах по геометрическим
признакам разделяют на точечные, линейные, поверхно-
стные и объемные. Точечные имеют размер порядка' дна-
метра атома. К ним относят чужеродные атомы (приме-
си). вакансии, межузельные атомы н др. Линейные
дефекты обладают сечением порядка атома и одним про-
тяженным размером. Это дислокации различных типов.
цепочки вакансий, межузель-
ных атомов. К поверхност-’
ным дефектам причисляют
границы зерен и блоков, сво-
бодные поверхности кристал-
лов и др., они имеют только
один малый размер — толщи-
ну. К объемным дефектам
относят в кристаллах микро-
трещины, поры, различные
включения.
Дислокации играют глав^
ную роль в процессах пла-
стической деформации ме-
таллов, они в значительной
мере определяют их реаль-
ную прочность. Дислокации
бывают краевые, винтовые и
смешанные криволинейные.
Возникают они в металлах
в процессе кристаллизации,
пластической деформации и
по другим причинам, вызы-
пи11ам . вающим создание в кристал-
отнртгт011 решетке полей напряжений, приводящих к со-
Кп1!;ЮЩИМ локальнь,м деформациям и смещениям.
ППЯ11Р НЛ” линейные> дислокации характеризуются:'
нпй nt ‘ В кРисталле Добавочной незавершенной атом-
он. Р«поЛОЖе„а7ЛжЕй кр,ХТльной' есл“
относительно W°“ гдв„га заШтрихОТД-
ся вантовой плоскости кристалла закру-
киваютсяРподобно в"«™№йХТтроения возникают уже
фектов «ежду собо^риводит ^т,, криСталлического
совершенств. НаРУ“е"™Хи1о свойств металла.
=^=?=s=e
^ржёших дислокаций. Такие кристаллы получили, наз-
ВаНДостигнув минимального значения при некоторой
критической плотности дислокаций, реальная прочность
вновь начинает возрастать. Повышение реальной проч
кости с возрастанием плотности дислокации выше рпкр
объясняется тем, что при этом возникают не только
параллельные друг другу дислокации, но и дислокации
в разных плоскостях и направлениях. Такие дислокации
будут мешать друг другу перемещаться, т. е. в элемен-
тарный акт пластической деформации будет вовлекать-
ся одновременно все большее число атомов, и реальная
прочность металла повысится. Традиционными способа-
ми упрочнения металлов, ведущими к увеличению плот-
ности дислокаций, являются механический наклеп, из-
мельчение зерна и общее фрагментирование кристаллов
в результате термообработки. '. 9
Пространственные кристаллические решетки обра-
зуются в металле при его переходе из жидкого состоя-
ния в твердое. Этот процесс называется кристаллизацией.
Превращения, происходящие в процессе кристаллизации,
имеют важное значение, так как в значительной степе-
ж
ни определяют свойства
металла. Кристаллизация
состоит в следующем. В
жидком металле атомы
непрерывно движутся. По
мере понижения темпера-
туры движение замедли*
..... сближаютоМ
кристаллов полу*
название центров
1ЛИЗПЦИИ. /{алее ft-
нтрам присоедини*
июнь образующи-
летел образованЩ ,
1ЛЛИЗНЦИИ СОСТОИТ
кристаллизации И .
л» рост KDBciiuPH.i...... ............ *'Р"1Ь1ЛЛ11 lamin, Спича*
«> >• ..............................................*<₽* "“•°'
"Р<*ния кристалл |.ц- В» ™,1|,|||,|||>'Г прпнильпости
«о иии ...., " " l',''||i‘iiui, При ли..............ей-
ШН№" »............. „„ci, у»» " ’‘«рпиоппи-
УЖС •••прввилы.ую Форму, и'о еохра*
Твкпе 111'Упп1^,<у1.'1(''1"Хп“п|п.1 rpauiuui зерен раал""‘
’Z гч.................................... 11
э®==§5и=г
“'"ГW«. . км ясный .рафик), это объясняется .ем,
======
металл кристаллизуется при строго индивидуально» тем-
Пе|Тем.|ерптуру, прй которой металл переходит из жид-
кого состоя.™ I. Твердое, иазыппют телш-ротрроД пер-
личной кристаллиэчции. Кроме первичной крист лл . •
т.п, возможнп и вторичная — изменение кристаллин.-
ского строения металлов и твердом состоянии.
(Inn быстром отводе теплоты некоторые металлы
способны определенное время находиться в жидком со-
стоянии при температуре ниже границы первичной крис-
таллизации. Это явление объясняют следующим обра-
зом. В результате быстрого отвода теплоты образуется
много центров кристаллизации и происходит их интен-
сивный рост, что приводит к выделению значительного
количества теплоты, способной некоторое время поддер-
живать металл в жидком состоянии и даже повышать
его температуру.
Металлы обладают свойствами аллотропии, т. е. спо-
собностью одного и того же химического элемента при
различной температуре иметь разную кристаллическую
структуру. Аллотропические превращения сопровож-
даются выделением пли поглощением теплоты. Железо
имеет четыре аллотропические формы: a-Fe; fl-Fe; у-Ее;
6 Ее. Практическое значение имеют только a-Fe и у Ее,
так как Л -Ее п 0-Fc отличаются от a-Fe только величи-
ной межатомного расстояния, я для 0-Fe характерно от-
сутствие магнитных свойств.
Температура, при которой происходит переход метал-
ла из одной аллотропической формы в другую, называ-
ется критической. Точки этих температур видны па диа-
грамме охлаждения чистого железа (см. рис. 11.8) как
температуры горизонтальных участков, свидетельствую-
„ целом металлы и с"л““6 “дХ»«“ од,'“а'
£’НаПРаВЛеН"ЯМ'
3 строение железоуглеродистых с ^||3auH„ цесколь-
ggsfSsS
“НОГ° " рментов’в процессе кристаллизации^ тания
кристаллов см°?° иической смеси каждый из ком
ЬХ"Хра..яет сосХтьизСкристаллов
яда-’®1-
растворы ззмеОпа замещения атомы одного из компо-
ком^ненто^размеила^ютс^^междоузлия^крис^ алл°иче3-
“ойрешетк„₽ другого (рис. 11.9, б). Твердые,растворы
замещения могут образоваться при совместной кристал-
лизации металлов, а твердые растворы внедрения —
при совместной кристаллизации металла с неметаллом.
Твердые растворы принято обозначать буквами гречес-
кого алфавита а, р, у и т. п.
В растворе внедрения атомы растворимого элемента
внедряются между атомами металла, искажая его ре-
шетку. К таким элементам относятся — углерод, водо-
род, азот, бор и другие, концентрация которых в твер-
дом растворе может составлять 1—2 %• В растворе за-
мещения атомы растворимого элемента занимают места
атомов растворителя в кристаллической решетке. При
этом размеры атомов основного
....-.,в„ме„ в сплава 11 ™л|™ств™1ом СО.-
Строение сплава оХел " " вязкое™.
-ажно знать, как это Л'° спойст“а- поэтому
2',“,"О^чить при о' ейУ кР"т"че'«"е точки
охлаждении сплава, т. е. для па»Л "°м "аГ|,е,,е "ли
«а д Равновесного состояния, то
' состояния также называются еще и днагрзм-
состояния —
веоатуре, что позволяет примерно и а ц правильн0
физические и х1|МИЧ!вв”1|ЧССКОй обработки, обработки
назначать режимы терм»ческой Р й многих
давлением, сварки и,г.Диаграм« ввд да в 6оль.
=^=s=s==:e=
анализа. При термическом анализе опр д
ратуру начала и конца затвердевания сплавов при пе-
реходе их из жидкого состояния в твердое, а также тем-
пературу всех превращений, происходящих в сплавах в
твердом состоянии. Для термического анализа готовят
ряд сплавов с различной концентрацией одного из ком-
понентов. Эти сплавы нагревают до расплавления, а за-
тем медленно и равномерно охлаждают. Через опреде-
ленные промежутки времени отмечают температуру
сплава. На основании полученных данных строят кри-
вую охлаждения каждою сплава в координатах темпе-
ратура — время. Полученные на кривых охлаждения ха-
рактерные (критические) точки переносят в координаты
температура — состав сплава.
Вид диаграммы состояния двойной системы опреде-
ляется взаимодействием ее компонентов в жидком и
твердом состоянии (образованием жидких и твердых
растворов, химических соединений и промежуточных
фаз), а также наличием полиморфных модификаций
компонентов.
®ыделить несколько основных типов диаграмм
Я'1ИЙ (рис. 11.10). Диаграммы состояния первого
типа относятся к сплавам, компоненты которых Лив
неограниченно растворяются один в другом в жидком
1“"в^шеРлаин”н₽ЛСВЯ ° ТВеРД0Ы состоя,,я" (₽“'•
состоянии. При охлаждении
лев 1.ахоД7™'^дкпйЦ1'ЛлАОМЛО,,С,,та Л " " обл»«
А с понижением темпеватьи8 " к1,|,сталли компонента
чие кристаллов Л и соотве-гет»«}1,'!оЛ'1'"1“ается содеР,К11'
Жанне компонента Л в жидком ™ Уме|^шается содер-
ре. соответствующей пт пс П|,я т1'мг1еРатУ-
тов в оставшемся жилит/* * С' содеРжашю компонек-
еоо'кетствующиа точке г У'1Л““С ЛО1’т,"’»«т значений,
жидкого сплава. Пип этом” "Роисх°Д«т затвердевание
,(0 Э1ОМ образуется механическая
пл””’ ке" „„..m.i. компа»”’®’ У
“<"Д сходит ° разу переход Ж,1ЛЯ“Л л" кристаллизация
„„„ ОСЕ. соответствующая оконч ^ ц
сплавов, называется ении компонентов Л и В
s;=:=~=jaz\.K::
и£йЭВ«Й?
состояния двухкомпонентных сплавов, состоящ 1 _
элемента Л и химического соединения КС, а правая
из элемента В и соединения ХС.
Диаграммы состояния второго типа характерны для
сплавов, компоненты которых неограниченно раствори-
мы одни в другом в жидком и в твердом состоянии (рис.
11.10, а). Особенность этой диаграммы —отсутствие эв-
тектического сплава.
. Диаграммы состояния треп,его типа относятся к
сплавам, компоненты которых неограниченно раствори-
мы один в другом в жидком состоянии и ограниченно в
твердом (рис. 11.10, г). Ниже липни AD образуется
твердый раствор а (В и Л), соответственно ниже линии
BE — твердый раствор |1 (Л в В). Максимальная раст-
воримость компонента В в компоненте А в твердом со-
стоянии соответствует отрезку ZD. С понижением темпе-
ратуры растворимость компонента В в компоненте Л
уменьшается в соответствии с линией DF, поэтому из
твердого раствора выпадает компонент В и виде вто-
н мсд'кг^"“1Ь
".0»Сс^ -гХь, состав —
(wВ), электрические и лочгие л° пРакт,1ке' Твердость
тики сплавов, эатвепдевайшЛ *"3"ческ"е характерце-
стояния первого тип? измелют™° ласно Диаграмме со-
(Рис. П.1),о). Ес'ли в сплХ 2 3аК°"у прямой лн’
"“и ряд твердых раствопов то я °6Разуется непрерыв-
криволииейной зависимости' Гп св0||,1стаа изменяются по
салавов с ограничений U ?вопи''' 6>' В с"стеме
И В случае образования химт.! ₽ 0СТЬЮ компонентов
» изменяются в соХтстви °Г° соеД1"<ени,, свойст-
“-раммы к ^рвГуНХТоХЮтиТ;уЙ
описывав рХХ7иоНе',Ясостадн»ГУГЛеР°Д (Р"С' 11121
плавов в зависимости от concn! железоуглеродистых
ратуры. По ней судят о Н"я углеР°Да и темпе-
Joctovk“°OB' а так*е о в«РУ“Xе Медлен"° охлаждеи-
лыХУ. У|Ш в Ризультате теХ изменения их мик-
' UtH9K™yaia“a»"HMePceoS™PXTK,,-Onpe'
Основными структурами, составляющими диаграмму
железоуглеродистых сплавов, являются следующие.
Феррит — твердый раствор углерода в a-Fe. Предель-
!™ содержание углерода при 723 °C ж 0,02 %, при
С«0,006 %. Феррит по свойствам близок к чистому
железу, он мягок, его твердость ЯВ = 60—80, пластичен.
Цементит — карбид железа (FeaC)—химическое сое-
.................. гои1' V ...............'" ‘ “ст, Ж
" а ч,и И.Ю uneiiHi'iecKoll омеги, и гакже епмщчопуЙЯ 1
„„(I .... .......и .... гаилакииеП < поеоПеи обрпзппыицТ|. ’
„ J,путем .•.«Menu................... П1..м..м„ Д|,уг||х м„.
не........на. рпспалаегеп при TO0MU40CK..II пЯ|1„. 1
Пип.г Цементит 0ЧРН1. ТВС|Щ (//» КОО) и хрупок. I
мы \1.'1ГроД;1 HIIClipiHOICH II КрИСТ11.ЧЛ11Ч0СКу1О pOUICTKV.
причем насыщение может Лить различным н hiiiiiciimOo»
hi oi ц’мперптуры и примесей. Устойчии кин.ко при пы,
cohort температуре, /I е примесями Мп. (’.г при обычных,
даже пи......\ юмпературах. Тиордосгь .чустенптп 1111
•170 200.
Перлит чптектпиднин смесь феррита и цементптцЯ
обрилуетсп п процессе паенпдн nycreiiiirii при 723"С ц|
содержонни углерода 0,83 %. Примеси SI и Мп способст.
iiytor обрааоиапию перли га п при меньшем еодержщнш
углерода Структура перлита может 0i.rn. плпстнпчатоП
и глобулярной ( ippiincToft). MoxniniMOCKiie свойства пор*
лита К1ПНСИГ от формы и дисперсности частичек цемон*
тага Прочность пластинчатого перлита несколько пышс,
Лс<1сй1/рит — чнтекгическая смесь пустепптп п цемон*
тятя, обрааующляен при Н30°С и содержании углерода
4.3%, Структура неустоЛчнпая: при охлаждении аусте-
нит, пходящнП и состав ледебурита, распадается на вто-
ричный цементит и перли г. Ледебурит очень гиерд
(НН 700), хрупок
Графиг мягкий и хрупкий компонент чугуна, спето-
Ив диаграмме состояния железоуглеродистых спла-
вов (ем. рис. II 12) пп осп орпнвт отложена гемиерату-
“г’1'1и"'. содержании в сплавах углерода до
1 е Ло такого количества, при котором образу-
ется химическое соединение IV,С цементит. Пунктир-
ными лпнпими нанесено диаграмма состояния системы
IT,?.'. Ч'Ч'Р"'. гак как возможен распад цементита.
•я. магрнваемую диаграмму нронилкнее считать па
oieioyi.iepojuicTon, 0 жслезоцомонтитноП, гак как ено-
" спл*""'1 "с «.диржпгея Ио гак как
* Углерода пропорционально содержанте не-
меипгта. то практически удобнее и... итмеиепия струшу
ивОть с различным содержанием угле
"ипню™ К '"'«'И'4Хржанпя4углерода, %. «^30’
"олучают сладу,01Ц"е"
...................... о аз дочвтектоядиые стали
то"я™Лп КЗ "" адтектоидиые стили
' Н'| •’ .пио™.Ы1ЛЧЫ.' ero.'iu
.Суаелпчепием=—
=3==5==:
четкие сиойстаи силовой зависят гакже от форм.I II Р°-
меп । чистин структурных составляющих. Твердость
Кпость стали тем1 BMUie, чем то......но и мельче части-
цы феррита и цементита.
§ 2. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА И СТАЛИ
I. Производство чугунл
Чугун выплавляют в доменных печах нз руд, содер-
жащих 20—70 % железа. В руде, кроме железа, имеется
пустая порода, состоящая из различных природных хи-
мических соединений (SIOI, Л1аОз и др.) и вредных при-
е'(ЙГ'8>’
ц1пятооыЛ железняк (сидерит)
чриродни легированные руды
<„Ы(. руд,]’ кр'аЙи, ма",жт'|п'п1''“СбурпП11МС'',1емие
'""V ..’>'г«Роминые руды (таблУР i о," "1П,,Т°-
подвергаю™ Кре“ваПритЛьноПРпод°Л " доме,,«УЮ печь
"Ромы,,,.., .,вог'.щДХ. котовоеТоТГ
магннтпоП сепарации а тлкжяЧЧЧ...П| ’ я"0Д|1тсп путем
мелочи и более крупные куски пПскпн""’ (;"Л1,мероции)
л" °ФЛЮ< (самоплав ю,Р1 послсЛ11ее время нача.
мы" спек,,,,,,™ желХо^п ., ‘|,Л11‘“’Р<1т, получ
Г'41" обр..,„И(! шака^ХЖ"""'1™’ °в-
,=. .. РУД должно быть
"У"™ ’“плл"-"‘.я и*? *"*W«IWm> кпоцесс.
=~»Я5г-&'йя'“г™
“™ ""е камен'ното”";серы О.гГ ’ Л
“ ' n'SX - РУЛиено Й
М"1 привод,',. '"Л ’РУкостн nil, , l|,lt'M"l'iii для газов,
-Ренню "X,"r;X,Z":PyT5 .J
применяется только для выплавки пысоко-
металла с малым содержанием серы .1
фЦК,, вводятся при выплавке чугуна . ,я а.,.....<е
„я температуры плавления ..у. топ породы, л и, п.лпко-
’пняюлы топлива и для удаления вредных примесей.
Количество и состав флюсов .зппсят о, состава руды,
пустой породы II назначения чугуна. Основные флюсы,
главным образом известняк СаСО3 или доломит СаСО3.
•McCO-i применяют при содержании в пустой породе
большого количества кислотных оксидов (кремнезема и
др.), а а топливе соединений серы. Кислые флюсы в ви-
де кварца, кварцита, песчаника используют в тех случа-
ях, когда в породе имеется повышенное содержание ос-
новных оксидов — магния и кальция.
Огнеупорные материалы, применяемые для внутрен-
них частей металлургических печей, делятся на кислые
(динас), основные (магнезит, доломит, хромомагнезит)
и нейтральные (шамот, графит). В последнее время на-
чали прибегать к высокоглиноземистым шамотным огне-
упорам, содержащим до 45 % А1,ОЛ и обладающим повы-
шенной химической стойкостью и огнеупорностью при
1750 С и выше, а также к хромомагнезитовым огнеупор
ным материалам.
Чугун выплавляют в доменных печах, представляю-
щих собой вертикальные шахтные печи (рис. II 13) По-
“ °мЛЧ сов1’™с11"ых Действующих печей достнга-
ет оиии м . Руда, агломерат, кокс и флюсы загоужаютп
Д™пу перемешивающимися слоями, которые постепенно
Ж 1 “ с ветви, Го» м3
процесса, кратче ^зложеЧГне ™этдал„тео1,,"° доменного
“‘"‘"«у. Ко!<с япляе ТЧ юа нямР'"' к СЛ««У-
"««-рпя выделяется при ropX НСТО'и,',ком 'е"Д«ты.
СО, 4- 402 102 дж.
н-авь
Пои последующем проШжеиии снизу вверх внутри
печи СО, встречается с кусками раскаленного кокса н
тотчас же взаимодействует с его углеродом по реакции
С Ц-СОа = 2СО —157920 Дж.
Эта реакция идет с поглощением теплоты. Образую-
щийся оксид углерода является хорошим восстановите-
лем и он энергично соединяется с кислородом, входящим
в состав оксидов железа и других соединении руды. Вна-
чале в верхней зоне доменной печи шихтовые материалы
теряют влагу, становясь более пористыми, и продолжая
опускаться вниз, нагреваются доменными газами, преж-
де всего восстанавливаются высшие оксиды железа:
3Fe203 + CO-2Fe30.-rC01-372S4 Лк.
Процесс восстановления продолжается по реакциям
2Fe3O. + 2СО - 6FeO + 2СО, - 41 916 Дж;
6FeO + 6СО = 6Fe + 6СО2.
Кроме того закись железа соединкяется с углеродом:
FeO + C = Fe + CO.
После восстановления железо находится в твердом
(губчатом) состоянии в смеси с пустой породой. Кото-
ва делается пористой и ноздреватой. В поры восстанов-
ленного железа^проникает углерод, и железо постепен-
но науглероживается (до З.о—4'Ы
Зре 4-2СО-* Fe/S-г СОа-
1МХ^"Ир оеа ^и Т°а° к«
находящиеся в руде, по следующим реакциям.
SiO2 + 2С = Si + 2СО; МпО-С=.Чп + СО;
Р3О,+5С = 2Р + 5СО.
чРуу7ы” Sr •
марганцевой руды для удаления серы из чугуна п
в. 12т. Применение кислородного дутья способствует'^^ ?!
горению доменного процесса. yo- jr
В результате доменной плавки могут быть no.4y4e„J<
различные виды чугунов: передельные, идущие в осно»И
ном на производство стали, их выплавляют 80—90 <х'
литейные, предназначенные для получения чугунных
ливок (8—18%). Кроме чугуна в доменных печах вы
нлавляют ферросплавы, содержащие повышенное коля
честно Si и Мп: ферросилиций с 9—13 % Si и ферромап."
ганец с 70—80 % Мп. Ферросплавы применяются как* '
добавки при получении стали.
Провес выплавки стали заключается в 'меиьшени» ’
количества углерода и примесей (Мп, Si, S, Р) в чугуне
путем окисления их кислородом воздуха или кислоро-
дом. содержащимся в железной руде, до таких соедине-.
яий, которые могут быть переведены в шлак или удале-
ны из чугуна в газообразном состоянии. Окисление при-
месей происходит при участии закиси железа по счеду.
ющим схемам:
2Fe + Os = 2FeO;
Мп FeO = МпО 4- Fe;
Si4-2FeO = SiO24-2Fe;
2P4-5FeO = P2O84-5Fe.
Наличие извести в шлаке способствует удалению серы
шо^кочичесгалм?8 окислення в стали остается боль-'!
вызывай хпупчое ' жел“а' котоРая нредна. так как.
ЕХ&'ёХ Чтоб“ "збавиться от нее, а
го количества вслед за S?a""e углеРода д0 заданий
ленно проводят nnnne^° ' л"тельным процессом немед-
плавлеиную сталь ввпл« ₽аскислення- Для этого в рас-
юшнеся с кислородом1 Л элементы, энергично соедини-^
кнслителей применяют *К„ИСп железа- в качестве рас- ,
4И применяют ферросплавы, а также алюми- '
нпй. Процесс раскисления идет с выделением теплоты по
следующим схемам:
Мп 4-FeO — МпО 4-Fe;
Si4-2FeO-SiO2 + 2Fe;
2А1 4- 3FeO -> AliOs 4- 3Fe.
Образовавшиеся оксиды всплывают и удаляются
вместе со шлаком.
В зависимости от полноты проведения процесса рас*
кисления жидкого металла различают: спокойную сталь,
получающуюся при полном раскислении и застывании
металла без выделения газа; такая сталь в слитке имеет
плотное и однородное строение; кипящую сталь, полу-
чающуюся при неполном раскислении. В этом случае в
процессе застывания закись железа продолжает реаги-
ровать с углеродом металла, выделяя оксид углерода в
виде пузырьков. Этот процесс продолжается до выделе-
ния большей части газа; часть его еще остается в метал-
ле и при охлаждении образует газовые пузыри.
В кипящей стали образуются зоны ликвации, они
характерны неравномерным распределением вредных
примесей, что приводит к снижению качества стали.
Достоинства кипящей стали: лучшая свариваемость,
улучшение процесса обработки и более низкая стоимость
по сравнению со спокойной сталью.
Полуспокойная сталь занимает промежуточное место
между спокойной и кипящей сталями.
Выплавка стали чаще всего производится в марте-
новских печах. На рис. 11.14 показана схема устройства
мартеновской печи, которая может работать на газовом
и на жидком топливе, подаваемом в распыленном виде.
Большим преимуществом этого вида печей являются ре-
генераторы (из выложенного в клетку огнеупорного кир-
пича), используемые для подогрева холодного воздуха,
небходимого для окислительного процесса и горения
топлива. Регенераторы включаются попеременно через
15—20 мин; в то время как одна пара насадки нагрева-
ет воздух и газ (до 1100°C), в другой нагревается сама
насадка за счет отходящих из печи горячих газов. Смесь
газа и воздуха при сгорания выделяет большое количе-
ство теплоты, необходимой для расплавления стали.
В зависимости от характера примесей в сырье внут-
реннюю футеровку мартеновской печи делают кислой
(из динаса), когда в шихте мало кислых примесей S и
~= =“.'.'
^я"-рХ"Л™?Л" ° наРтеновс|«>й печи различают:
юДугуи^иепоспХ? Пр" КОТ°Р°М используют жид-
руда У(до 25 %>Р впопо ° "3 домеН|,ой печи, а железная
РУДЫ тже домлХ ДЛЯ окпслен|1я примесей (из
спраЛроТесс пои восстанавливается железо) и
или твердый чугун ййо^М/СЫрьеМ м0!кет бь,ть ж"Дкий
В иартеновсУкон'печ^ шлакеТвасЛпЛ°М) " "З.вестняк-
нос1ь металла, защищав:™зк'всплывающий на ловерх-
Особенность производства стали ®Квслеиия кислородом,
заключается в возможности и/ маРтеновских печах
гуна, металлического лома и жеХн°В-аН"Я Ж"дкого ЧУ
^ж=-Е-=г„^д“=
ного топлива на 1 т стали) и съем стали в тоннах (9—
22 т с 1 м2 пода печи в сутки).
Для интенсификации мартеновского процесса в на-
стоящее время используют кислород, что позволяет по-
лучать более высокие температуры, уменьшить количе-
ство продуктов горения, а также ускорять плавление
шихты с общим увеличением производительности печей
на 25—30%. Значительный эффект по выходу стали
обеспечивает также автоматизация процессов регулиро-
вания плавки стали.
В основу конверторного способа производства стали
положена продувка воздухом жидкого чугуна с малым
содержанием серы и фосфора. Конвертор (рис. 11.15)
имеет грушевидную форму. Его вместимость до 300 т,
внутри он футерован огнеупорным кислцм материалом.
Жидкий чугун заливается через горловину на 20—25 %
его высоты, когда конвертор находится в горизонталь-
ном положении. Сжатый воздух под давлением 0,3—0,35
МПа поступает через специальные отверстия, равномер-
но распределенные по днищу конвертора. Раскислители
вводят в ковертор через горловину после окончания про-
дувки.
Особенности конверторного способа: быстрота про-
цесса; применение чугунов с минимальным содержани-
ем фосфора (0,085 %) и серы (0,065%), так как при
423
пролупке воздухом количество этих примесей ие умеиь. 1
шается; возможность применения только жидкого рис.
плавленного чугуна. Теплота, необходимая для нагрева1
стали, получается в результате химических реакций
окисления углерода и находящихся и чугуне примесей.
Кислородно-конверторный способ производства ста.
ли —наиболее перспективный. Он основан на иозможнр. 1
сти широкого применения кислорода с продувкой и Коц.
верторе сверху через специальные фурмы и повышенияН
доли скрапа, подаваемого в печь, а также снижения со-
держания азота в сталях. Использование кислорода сой-
местно с водяным паром и углекислотой позволяет доне-
сти качество конверторных сталей до уровня сталей -
выплавляемых в мартеновских и электропечах, В тех
случаях, когда в чугунах содержится значительное ко-
личество фосфора и в него приходится вводи и. известь J
конвертор должен иметь основную футеровку, которая I
не могла бы реагировать с известью при высоких тем-
пературах. При этом способе образуется много шлака I
(до 25 % массы готовой стали).
В настоящее время наиболее совершенными стале-
плавильными агрегатами являются электрические печи
в которых плавление металла осуществляют с помощью I
электрической энергии. Особенности производства ста- I
ли в электропечах: отсутствие реакции горения топли-
!?'Лблсгчаюшее л0Те""е “ печ" восстановительной
атмосферы, что способствует значительному сокращению '
вок^в1"плавнльно^"*,Ш^"’11° рас,10ла легирующих «оба-
лее высокой температуры, позволяющей ДполучатьЬст£
циальные легированные стали; может быть точно отоХ
Х°аХ™еноК1СМТаВ СТаЛ”: а о“"о=ньи “леХ'рТ ]
фосфора „ серы 5™™™» вредные примеси |
ки сталиСТХ°оТвыГ.Г,Ла 9лектР""«ских печей для плав- |
применяют первые (рис 7“ 1бГIae- Hailf5o',ec широко |
печей 3—270 т R Вместимость луговых I
ранение индукционные печи Tr"’ полу',ают Р"спрост- Л
трансформатора: в загруженном6 мТающ"с "а "Р"""""® 1
вторичной цепью наводите» п». лле' являющемся д|
во), и результате мЛ» . "временный ток (тонн Фу- .
Преимущества иидукционнм₽печаеедС" " Распла"ляется. <
родов, простота упоавлеи..«Ь е ей: отсутствие элскт- |
4И У равнения нагревом и возможность про- j
ведения процесса в вакууме для получения высококе-
чественных сталей. На 1 т стали и электрических печах
расходуют электроэнергии 800—900 кВт ч. Продолжи-
„„ <-т»лн В дуговой печи зависит от ее Я
тыьвость выплавки ь л выплавляемой марки стали, '?
"ы Th01 Л“оГ? п^одетва тол дает позмож- «'
« м^ртеов 8 - / ав f
"?инзергоРТ—электрическая печь. Заливая сталь.
" пь'пиео из мартеновской печи в электрическую, не
" Р тпттпгь электроэнергию на ее разогрев и вместе Л
Ртем^ожно получить высококачественную сталь.
^«Хиокмый переплав - весьм а перс пективный.ЗВ
jлектро‘ стали, обеспечивающий снпже-
“егоХан^горТв-али на 30-50 %. а содержа-W
ине неметаллических включения в 2—3 раза Этим спо- - И
-'Лот
ли Для этого слиток обыкновенной стали превращают -в
в электрод Вследствие сопротивления проходящему че- j
рез него току выделяется большое количество теплоты, Ш
отчего электрод плавится. Каждая капля расплавление- Я
го металла проходит через слой особого жидкого шла-
ка н очищается от вредных примесей и газов.
Драгой способ — плазменно-дуговой переплав. Ис- 1
точннкоч теплоты здесь служит плазменная дуга с тем-
пературой до 10 000 °C. При использовании электронно- 1
•тучевого переплава плавление происходит под действи- Д
ем потока электронов, излучаемых высоковольтной
_ : -гз/простран-
стве глубокого вакуума. Достоинства всех этих сносо-
бое: возможность получения стали и сплавов очень вы-
сокой чистоты, а также бездефектной стали, примене- -.Ж
вне которой резко сокращает расход металла, облегчает :
массу конструкций, увеличивает их надежность и долго-- 1,
Прогрессивный способ получения стали — ее прямое
восстановление из руд. минуя доменный процесс. Таким 'W
способом сначала во вращающихся шахтных печах по- I
лучают губчатое железо, которое дробят, отделяют от
пустое породы и используют при производстве стали. V
пз печей сталь выпускается в специальный ковш, вы-
огнеУпоР»ым материалом. В ковше 1
ХиТ?ДХГРУт К Формам или излом- Ж
’ в которых получают слитки дАя прокатки пли 1
изготовления крупных поковок. Разливку производят
сверху в каждую изложницу отдельно или в несколько
(2—20) изложниц одновременно через сообщающиеся
сосуды (так называемый сифонный метод). В настоящее
время для улучшения свойств стали начали применять
при разливке вакуумирование.
Сифонный метод разливки стали применяется для
слитков малого и среднего размеров и небольшой мас-
сы. Разливкой стали сверху получают слитки большого
размера и значительной массы. При сифонной разливке
стали не образуется брызг, которые могут появляться
при разливке стали сверху на внутренней поверхности
изложниц. Недостатки сифонной разливки стали: загряз-
нение стали неметаллическими включениями и появле-
ние более глубокой усадочной раковины в верхней части
слитка.
Наряду с разливкой в изложницы применяют непре-
рывный способ разливки стали. Он наиболее прогрес-
сивен, так как устраняет усадочные раковины, снижает
отходы, кроме того, значительно повышает производи-
тельность труда и позволяет получать плотные мелко-
зернистые отливки. При непрерывной разливке стали
струя расплавленного металла поступает в кристалли-
затор, охлаждаемый водой. После затвердевания слиток
на специальном поддоне вытягивается вниз, где разре-
зается на требуемые размеры.
§ 3. УПРОЧНЕНИЕ СТАЛИ
1. Термическая обработка стали
Термической обработкой стали называют процессы
нагрева и охлаждения, проведенные по определенному
режиму для повышения качества стали в связи с изме-
нением ее структуры.
Большое влияние на структуру стали оказыва-
ет скорость ее охлаждения. При медленном ох-
лаждении аустенит полностью превращается в перлит
и получаются равновесные структуры стали (феррит-f-
4-перлит, перлит и перл нт+цементит). Размер зерна
перлита более IO"* м. При быстром охлаждении обра-
зуются мелкозернистая смесь цементита с ферритом,
получившая название сорбит. Размер зерен сорбита
]0-7—Ю-s м. При более быстром охлаждении стали
зерна получаются еще более •*
( мелкими (10“9—10-“ м), в И
результате образуется, высо-
кодисперсная смесь цемеи- 3
I тита с ферритом, получив-
шая название троостит/ |
При резком охлаждении стали происходит перестрой-
ка кристаллической решетки y-Fe в a-Fe, однако атомы
углерода не успевают выделиться из образовавшейся
решетки. Получается пересыщенный раствор углерода д
в a-Fe с искаженной кристаллической решеткой, назы-
ваемый мартенситом; он является наиболее неустойчи- w
вой и в то же время наиболее твердой и хрупкой
структурой стали. Под микроскопом мартенсит вы-
является в виде характерных очень тонких игольчатых
образований. При нагреве мартенситовая структура пе- с
реходит в более устойчивые структуры: троостит, сорбит
Влияние скорости охлаждения на структуру стали
иллюстрирует рис. 11.17, на котором показаны кривые i
изотермического распада переохлажденного аустенита. •"?
нот ИЛ°™М“геСКОМ распаде аУстенита, переохлажден- Я
firn с’ п“лУ,аетс’ перлит; соответственно при 1
Зм1^»г“СОр6ИТ; Пр" «0-600"С-троостит; при Л
пом частнпГ.".Г0ЛЬЧаТЫЙ тр00ст|,т' или бейнит, в кото- |
§30"С KOH«t. ,Та еще мель,|е- При температуре 1
0брмваХя леи™е'йМИЧТиа пРеаРа-«аииЯ аус^шта |
ного ниже 230 °C мшл Часть аУстенита, переохлажден- Ж
Другая Хть сохкХ ВеНН° пРецРаЩается I мартенсит,
часть сохраняет структуру аустенита. Чем ниже
температура переохлаждения, тем больше образуется
мартенсита. Ниже температуры линии Мк весь аустенит
переходит в мартенсит.
Скорость охлаждения стали, т. е. число градусов па-
дения температуры за 1 с, наглядно изображается кри-
вой охлаждения (см. кривые 1, 2 на рис. 11.17). В зави-
симости от взаимного расположения кривых охлаждения
и кривых изотермического распада можно установить,
какие структуры получаются после охлаждения стали.
При резком охлаждении со скоростью 200—500°С/с кри-
вая / не пересекает кривые / и // и в этом случае обра-
зуется мартенситовая структура. При охлаждении со ско-
ростью 1—5°С/с кривая 2 пересекает кривые I и II при
температуре около 650 °C и в результате распада аус-
тенита образуется сорбит.
Положение линий I и II и положение линий Мп и
Л4К зависит от содержания углерода. При повышении его
содержания линии изотермического распада сдвигаются
вправо, и структуры мартенсита, сорбита и перлита мо-
гут быть получены при меньшей скорости охлаждения.
Положение точек 2ИН и Л1К в зависимости от содержания
углерода показано на рис. 11.18. Для малоуглеродистых
сталей значения Мп и Мк находятся в области столь вы-
соких температур, что образовавшийся на короткий срок
мартенсит немедленно распадается на более устойчивые
структуры. Практически при С<?0,2 в сталях нельзя
получить мартенситовую структуру.
Основные Виды термической обработки — отжиг,
нормализация, закалка и отпуск. Кроме термической,
широко применяют также химико-термическую обработ-
ку стали.
Отжиг стали производится в тех случаях, когда не-
обходимо уменьшить твердость, повысить пластичность
и вязкость, ликвидировать последствия перегрева, полу-
чить равновесное состояние, улучшить обрабатываемость
при резании. Полный отжиг стали производится путем
нагрева ее до температуры выше верхних критических
точек на 30—50 °C, выдержки при такой температуре до
полного прогрева слитка с последующим очень медлен-
ным охлаждением (вместе с охлаждаемой печью, под
слоем песка, золы, шлака и т.п.). При неполном отжиге
нагрев стали производится до температуры выше ниж-
них критических точек на 30—50 °C с выдержкой при
этих температурах и последующем медленном охлажде-
перекристаллизация.
В результате предварительного нагрева сталь полу-
чает аустеннтовую структуру, а затем при охлаждений»
Образуется структура в соответствии с диаграммой со;.-]
стояния железоуглеродистых сплавов. Для снятия внут.
рептпгх напряжений, снижения твердости, улучшения, об-
рабатываемости металлов применяют низкотемператур, .
ный отжиг при нагреве до температуры, лежащей ниже (
нижних критических точек.
Нормализация применяется в тех случаях, когда не-
обходимо получить мелкозернистую однородную струк-
туру с более высокой твердостью и прочностью, но с не-
сколько меньшей пластичностью, чем после отжига. Прн
нормализации производят нагрев стали до температуры. I
на 30—50 °C выше верхних критических точек с выдерж- I
кой и затем охлаждение на воздухе. В результате пор- \
мализации стали с содержанием углерода менее 0,3 %
приобретают ферритоперлитовую структуру, стали с со-
держанием углерода 0,3—0,7 %, а также низколегиро-'. 1
ванные — сорбитовую.
Закалка — прооцесс нагрева металла выше верхних
критических точек на 30—50 °C с выдерживанием при
этих температурах до полного прогрева слитка и после-
дующим очень быстрым его охлаждением. При этом из
аустенита образуется мартенсит. Мартенситовая струк-
тура-промежуточная и для ее превращения в более
устойчивую производят отпуск.
маот^г’и,СоМаЛЫМ содеРжан,,ем углерода закалить на
МНИЯ мапХ"Ь ТРУДН°' ТаК КаК начал0 11 ко,,ец °бРаз°-
р," " еоотЛ ЛР°"«“ДИТ в области высоких темпе-
, й₽чивГХ"ВуЮ?‘“ о6Рааоаанию других, более
держа иЖУР <тр00С1"т’ ™рбпт). Чем больше со-
зуюХгосяУио Р поа,ЛГаЛ"' тем больше твердость обра-
закалвваемопьсмлж Мартенсита " тсм аыше
закалпватРься°виглубннч',0Ои0НИМаЮТ способность стали
скорости охлаждения^ ° 3 зависит от критической I
определяют » ПР°«ал"ааемость
’ '•< >рХ
Э“КМК" распРостРаняется УнХТмТ^Го"бесХ
ОХЛАЖДЕНИЯ СТАЛИ
Вода при 20 °C
10 %-ный раст-
чения полной прокаливае-
мости на всю глубину при-
меняют легированные ста-
Охлаждение деталей
при закалке в зависимо-
сти от установленного ре-
жима производят чаще
всего на воздухе или пу-
тем опускания в жидкость.
Данные скорости охлаж-
дения стали в различных
закалочных средах см. в
табл. 11.3.
Масло как охлаждаю-
щая среда чаще всего при-
меняется при закалке легированных сталей, но следует
учитывать, что масло может загореться (температура
воспламенения 250—300°C). При закалке стали в воде,
растворах солей или в масле вокруг детали образуется
«рубашка» из пара, затрудняющая отвод теплоты от
металла, поэтому деталь следует непрерывно встряхи-
вать или передвигать.
Новый вид термической обработки стали — изотер-
мическая закалка, или закалка при постоянных темпе-
ратурах. При этом деталь, нагретая до аустенитовой
структуры, охлаждается до температуры, при которой
образуются структуры, обеспечивающие получение не-
обходимых свойств стали. В качестве охладителя берут-
ся расплавленные соли или нагретое масло. Деталь вы-
держивается при температуре горячей ванны длитель-
ное время, пока не произойдет распад аустенита. Пре-
имуществом этого вида закалки является отсутствие
коробления и трещин в деталях, а также упрощение
термообработки, так как ликвидируется дополнительная
операция — отпуск. По этому методу можно закаливать
только небольшие (толщиной до 8 мм) детали из угле-
родистой стали.
В тех случаях, когда требуются высокая твердость и
повышенная износоустойчивость поверхности при сохра-
нении вязкой и достаточно прочной сердцевины, приме-
няется поверхностная закалка, т. е. закалка не на пол-
ную глубину. Поверхностной закалке подвергаются ста-
ли при содержании углерода больше 0,3 %,
Высокочастотная закалка состоит в том, что Ня <1 поверхности детали происходит в результате обпаЛ?8 нпя около нее электромагнитного поля. Тепловой фект действия вихревых токов зависит от частоты Ь/ в индукторе и свойств металла. После нагревания S детали подвергается воздействию охлаждающей свеп Ступенчатая закалка проводится путем охлаждйиЬ детали при температуре, несколько превышающейi то ку мартенситного превращения, и затем на воздухе П* этом резко уменьшаются внутренние напряжения п закалке. 1 при Термомеханическая обработка заключается в совм». Щении термической обработки с пластической деформГ цией, которая проводится либо выше критических точек либо при температуре переохлажденного аустенит. (500—700°C). Такой вид обработки позволяет получат^ ' сталь высокой прочности (до 270 МПа). л | Отпуск- нагрев закаленной стали до температур^ ниже нижних критических точек. Различают три вила отпуска: низкий, средний и высокий (табл. 114) R пр зультате отпуска в зависимости от температуры' нагое’ ва неустойчивая структура мартенсита закалки преем- щается в более устойчивые структуры (мартенсит от- имеет и^мененну^кристаллическ’io °ешеН™Т 1 его образования7сопровождаетсГобъем.шмУизм^иеии” 1 ТЛВЛИЦА1М. примеры применения отпуска
С~‘ О В,1Д нагМрео₽аТ^са ТЛЦость. послеУКТУ₽а
Высокоуглеро- Низкий 150—200 600 Отпущенный Л мартенсит - <
200-230 580 Игольчатый /
Среднсуглеро- 482 Средний 350—450 320-425 Троостит
450-500 370-400 Троостит и сор- 1
Высокнй 600-650 230-280 Сорбит ?'!
ми, выделением теплоты и частичным снятием внутрен-
них напряжений. При более высоком нагреве стали об-
разуется сорбит, троостит и перлит.
Сталь со структурой троостита имеет в среднем твер-
дость НВ = 400, предел прочности при растяжении оь=
твердость НВ=300, предел
удлинение 6=7 %.
При неправильном проведении термообработки, т. е.
отклонении от установленного режима, можно только
ухудшить качество стали. Причинами брака могут быть
недостаточность нагрева стали, малая скорость охлажде-
качество чугунных отливок, которые часто имеют линей-
ные напряжения. Напряжения эти снимаются при низко-
температурном отжиге до 500 °C в течение 3—5 ч, а для
больших деталей — «старением», т. е. выдержкой в те-
чение 3—12 мес при нормальной температуре.
Для повышения твердости, прочности и сопротивления
износу производят закалку стали при 800—820 °C, а за-
тем отпуск при 400 °C.
Химико-термическая обработка стали заключается в
изменении химического состава стали на поверхности из-
делия и последующем проведении термообработки. От
поверхностной закалки данный вид обработки отличает-
ся тем, что предварительно производится насыщение по-
верхности различными элементами (С, N, Al, Si, Сг и др.)
путем их диффузии. Проникая в основную решетку метал-
ла, атом элемента образует твердый раствор внедрения
или замещения либо химическое соединение.
Процесс химико-термической обработки включает:
а) образование во внешней среде активных атомов диф-
фундирующего вещества; б) поглощение поверхностью
основного металла атомов активного вещества (адсорб-
ция); в) перемещение активных атомов с поверхности
внутрь основного металла (диффузия). На качество про-
цесса влияют вид внедряемого вещества, температура,
при которой происходит процесс, и его продолжитель-
Цементация — поверхностное насыщение малоугле-
родистой стали (С<0,2 %) углеродом с целью получения
детали с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной.
Летали подвергающиеся цементации, помещают в ЯщИ-
е карбюризатором, представляющим собой смесь чн.
™ото угля с веществом, легко выделяющим углеродов-
газ (К,СОз. NajCOs, ВаСОз и др.). Ящики вы-
держивают в печи при 900—950 °C в течение времени
установленного предварительными опытами (4-6
Выделяющийся при высокой температуре СО2 реагирует
с углеродом твердого угля, образуя СО, который, в свою
очередь, при соприкосновении с железом отлагает в нем
углерод:
В результате диффузии углерод внедряется в поверх-
ностный слой детали на глубину 1—2 мм. Содержание уг-
лерода в поверхностном слое можно довести до 2 %.
Термическая обработка цементированного изделия на-
чинается с нормализации нагретой стали для ликвидации
перегрева во внутренней части изделия, где никакого на-
углероживания не произошло. Затем производят закалку
поверхностного слоя для придания наибольшей твердо-
сти, нагрев изделия в этом случае достаточно произвести
до 750—780 °C, т. е. как для всякой эвтектоидной или за-
эвтектоидиой стали. Кроме того, следует провести низкий
отпуск для снятия напряжений. При такой закалке серд-
цевина иементнрованных изделий будет мягкой и вязкой,
а поверхностный слой — твердым и прочным.
Газовая цементация — насыщение поверхностной?,
слоя детали при 850—900 °C газом, содержащим углерод.
Эти газы образуются в результате гидролиза (разложе-
ния) керосина, бензола и т. д. Соприкасаясь с нагретым
металлом, они разлагаются, выделяя углерод:
СН,-2На-)-С.
' ПР" ТаК°М способе науглероживания сталей значи-
,....'.'.'.° повишается производительность и качество цемен-
греведоООО дт™“ой выдержки ее при на-
греве до 600-650 °C в атмосфере аммиака NH3
2NH,-»2N + 3Ha.
до ^мм“ ПренмуществТа0''"f11' полУче1"|я глубины слоя
•'“ю с иеме1пиромниымш о еика'",ЫХ СТаЛеЙ "° срав"е'
и ими. очень высокая твердость, так
как азот образует различные соединения с Fe, Al, Сг и
другими элементами, обладающие большей твердостью,
чем карбиды; повышенная сопротивляемость коррозии.
Температура, при которой происходит азотирование, ни-
же, чем при цементации, в результате изделия не коро-
бятся при охлаждении,, а их сердцевина остается вязкой
без дополнительной термической обработки.
Цианирование (газовое), т. е. одновременное насыще-
ние металла азотом и углеродом производится для по-
вышения износоустойчивости и усталостной прочности.
Алитирование, хромирование, силицирование являют-
ся разновидностями диффузионной металлизации и вы-
полняются аналогично цементации в соответствующих
средах (Al, Cr, Si). Такой вид обработки стали может
придать ей ряд ценных свойств: жаростойкость, износо-
стойкость, коррозионную устойчивость.
2. Структурно-механические свойства металлов
в процессе их деформации
Напряжения, развиваемые в металлах под воздейст-
вием приложенных сил, могут вызывать упругие и пла-
стические деформации.
Пластическая деформация — это деформация, кото-
рая остается после снятия нагрузки. По степени пласти-
ческой деформации непосредственно перед разрушением
судят о пластичности металла (резерв пластичности).
Малым резервом пластичности обладает «хрупкий» мате-
риал. Пластичность, т. е. способность выдерживать боль-
шие остаточные деформации без разрушения в сочетании
с высокой прочностью, делает металлы незаменимыми
конструкционными материалами. Наиболее высокой про-
чностью при достаточной пластичности обладают стали,
поэтому они шире всего применяются в технике по срав-
нению с другими металлами.
Пластическая деформация сопровождается не только
изменением формы, но и изменением структуры металла,
которое заключается в вытягивании зерен и измельчении
блочной структуры. Деформация отдельного кристалла
под действием напряжений происходит путем относитель-
ного смещения некоторых объемов зерна по кристалло-
графическим плоскостям. В результате смещения и пово-
ротов отдельных частей зерен все зерна в металле вытя-
гиваются вдоль направления деформирования, образуя
435
поп больших степенях деформации направленную струк. Ч
TVDV При формировании такой направленной или волок-
«„стой структуры металл становится неравнопрочны^в
прочность поперек волокон будет меньше прочности'.-Я
БД°вУеальном кристалле атомы располагаются правилу
но лишь в пределах небольших участков — блоков, кого- *
пые повернуты один относительно другого на небольшие
углы. Блоки обычно состоят из 2000—10 000 атомов. На
границах блоков возникают нарушения в правильно^йиЛЦ|
расположения атомов, т. е. образуется система днслока-
Прн деформации под действием напряжений блочная
структура измельчается, что приводит к значительному
увеличению плотности дислокаций и резкому возраста-
нию внутрикристаллических и межкристаллических на-
пряжений. Все это приводит к повышению твердости, пЙ- >
делов прочности, текучести, упругости и уменьшению пла-
стичности деформированного материала. Упрочнение ме-
талла при пластической деформации называется накле-
Существенное влияние на предел текучести и дефор-
мационное упрочнение оказывают температура и скорость
деформации. Эта зависимость обусловлена тем, что ди- ’-s.|
слокации в процессе движения должны преодолевать j
энергетические барьеры. Термическая активация помога- 'j®
ет прохождению этих процессов. Поэтому при снижении ОД
температуры сопротивление деформированию увеличива- jf
ется. Предел текучести во всех металлах при понижении ; * ,
температуры, возрастает. Термическая активация эф-
фективно действует не только на начальных стадиях де- |
формации, но и на более поздних — в процессе развития
деформационного упрочнения.
нП™ЫШеНИе СКОРОСТИ деформации действует на пре-
?м«ш^теСТИ ” деФ°РмаДИ°нное упрочнение аналогично «Я
Хп,еЫПераТурЬ1: с поаь,шен||ем скорости прило- Л
мфовмавии п РаСТеТ напРя1ке«№ начала пластической Я
сК2вшшы« еп ГР“ 0Че"Ь малых споростях деформации, ’
иессов в кп|(?то?Р°СТЯМ" пРотека1|ия диффузионных про- □
напряжения няиЛаХ’ опять наОл|°Дается некоторый рост j
Хо с тем что пои ™астическ°й Деформации. Это Рсвя- J
происходит «залечивание* м.кТ СКОрОС1ях нагружения ;
Помимо темпепЛс?.^ слабых мест в кристалле.
р н скорости деформации на пре- j
.... текучести и деформационное упрочнение сильное
влияние оказывает размер зерна. При уменьшении раз-
мера зерна возрастание прочности сопровождается со-
хранением достаточного резерва пластичности. Поэтому
весьма перспективны методы упрочнения металлических
материалов путем создания в них сверхмелкого зерна.
В строительстве наклеп используют как наиболее про-
стой способ упрочнения горячедеформированных арма-
турных сталей при их вытяжке до напряжений, превы-
шающих предел текучести.
Структурные изменения, вызванные пластической де-
формацией, не являются устойчивыми и сохраняются
только из-за малой подвижности атомов при низких тем-
пературах. При нагреве деформированные зерна будут
постепенно перекристаллизовываться в округлые, равно-
осные т е структура станет такой, какой она была до
деформации. Этот процесс восстановления прежней струк-
туры называется рекристаллизацией. При этом меняются
п механические свойства металла: снижается твердость
и прочность, возрастает пластичность. Температура, при
которой восстанавливаются прежние свойства, называет-
ся температурой начала рекристаллизации: Т\,=аТПЛ,
где Тпл — температура плавления; а — коэффициент, за-
висящий от состава и структурного состояния материала.
Для технически чистых металлов этот коэффициент ра-
вен примерно 0,4, а для сплавов — твердых растворов
0,5—0,6.
Повышение прочности и понижение пластичности низ-
коуглеродистых, особенно кипящих сталей, могут продол-
жаться и после снятия нагрузки, вызвавшей пластическую
деформацию. Это вызывается тем, что измельчение зерен
и искажение пространственных решеток при пластиче-
ской деформации приводят к неустойчивости твердых ра-
створов и уменьшают растворимость отдельных компонен-
тов (азота и др.). Выделение из раствора в течение опре-
деленного времени новых фаз в тонкоднсперснон
состоянии вызывает изменение свойств стали, которое на-
зывают старением. Процесс старения ускоряется с повы-
шением температуры. При нагреве до 200—400 С накле-
панная мягкая сталь, вследствие быстрого протекания
процесса старения, утрачивает пластичность и делается
хрупкой.
Важнейшими свойствами металла, характеризующи-
ми его работу во времени, являются: релаксация напря-
жений, ползучесть, выносливость, ударная вязкость ЙГ
внутреннее трение.
Релаксация напряжений является процессом уменьше-
ния во времени напряжений деформируемого материала
в результате перехода упругой деформации в пластиче-
скую при условии постоянства общей деформации. Релак-
сация напряжений наблюдается в предварительно напря-
женной арматуре в период изготовления железобетонных I
конструкций. Развитие процессов релаксации напряжений
в металлах имеет три ярко выраженных периода (рис.
11.19): первый - период большой скорости и значитель-
ного падения напряжений; второй — резкого снижения
скорости ц замедления падения напряжений; третий —
резкого увеличения скорости. 1
Первый период непродолжителен (10—24 ч) но поте-
50-70 % обшнх “„„"“"“А второго "ер"ода составляют
од совпадайТо в°1ВрЬ' Следует °™ет"г". что этот пери-
леаобетонных изделий" к С техн0л0|'"ей изготовления же-
воздействуют различныеХтоп ХХ'1''7'0 аРматуРу
температуры и пр.). ЫВ <ракт0Ры (вибрация, перепад
“"мнм^и^м^ХитоГл^’’ обусловле" следую-
ется вязким течением (объясни-
стических деформаций вин™ р " Pa3Dllr"eM пла-
каций); диффузионным (Й" Зере" " ДОЖСННСМ Д11СЛО-
"3 "“"Ряженных областей 6ЛХ>11'"СЯ "'"И-Узией атомов
"ряженные); лислокашюнио ли рсшсгк" " мсисе па-
ся падением напряжения в % Ф<|'уз“°"1шм (объясняет-
ТНК процессов движения диелп»"" совместном ранни-
438 ркаиий И диффузии атомов).
Под ползучестью понимают процесс увеличения де-
формации во времени при постоянном напряжении. Он
начинается сразу после возникновения мгновенной дефор-
мации. Явление ползучести (крип) играет важную роль
в технике. Под действием длительно приложенной на-
грузки может развиваться значительная деформация кон-
струкции, а иногда и ее разрушение. Таким образом, пол-
зучесть лимитирует длительность эксплуатации конструк-
ций, работающих под постоянной нагрузкой, особенно в
условиях повышенных температур. Процесс ползучести
способен существенно изменить структуру металла, а сле-
довательно, и его механические характеристики.
Скорость ползучести может меняться в очень широких
пределах. Она ничтожна для низких температур и малых
напряжений и значительна при высоких температурах и
больших нагрузках. Проявления ползучести многообраз-
ны, и характер этого процесса определяется в основном
температурой и нагрузкой.
Ползучесть при низких температурах и малых напря-
жениях характеризуется тем, что ее скорость со време-
нем уменьшается и постепенно становится равной нулю,
т. е. процесс ползучести прекращается. При высоких тем-
пературах и больших напряжениях ползучесть протекает
гораздо интенсивнее и приводит к значительным дефор-
мациям и разрушению. Для этого типа ползучести харак-
терны уменьшение скорости ползучести вначале до неко-
торого постоянного значения, затем снова увеличение пе-
ред разрушением.
Между основными реологическими характеристиками
металлов — ползучестью и релаксацией — существует
тесная связь, так как физико-механические основы обо-
их явлений одинаковы. Они являются следствием несо-
вершенства структуры металлов, наличия в них дислока-
ции. движение которых вызывает пластическую дефор-
мацию. Потери напряжений от релаксации в арматуре
являются одним из основных слагаемых потерь предва-
рительного напряжения. Их величина влияет на момент
трещннообразования железобетонных конструкций, ши-
рину раскрытия трещин, деформации элементов и тем
самым может определять количество напрягаемой рабо-
чей арматуры.
В зависимости от вида и условий нагружения метал-
лы могут разрушаться вязко или хрупко. Вид разруше-
ния образца зависит, в первую очередь, от соотношения
поедела текучести, определяющего сопротивление ме-
талла пластической деформации, и сопротивления отрыву 1
При понижении температуры испытания или унелнче-
„„„ скорости приложения нагрузки предел текучести по-
Хается а сопротивление металла хрупкому отрыву '
,-ется практически без изменения. С увеличением скоро-
сп, приложения нагрузки (сверх критической) при дан-
ной температуре может произойти разрушение металла”
путем отрыва под действием нормальных на пряжений? Л |
оаиьше, чем под действием касательных напряжений ; i
произойдет пластическая деформация.
Таким образом, переход от статических испытаний J) j
(статическое растяжение, сжатие и др.) к динамически^!
(ударный изгиб) позволяет определить склонность Стал-
ла к хрупкому разрушению в условиях неоднородности -•
напряженного состояния и динамического нагружения.-^И
Детали строительных конструкций имеют сложнуКдд^ |
конфигурацию, и напряжения в них распределяются не-3
равномерно, а концентрируются в местах переходов се-
чений, дефектов металла и т. д. Например, гладкий ^лист -
или труба всегда имеют на поверхности какие-то неров-
ности и шероховатости, которые также являются концентр
раторами напряжений. Как практически нельзя получить 4
металл без искажений в кристаллической решетке, так
и нельзя иметь изделие или деталь без концентраторов
напряжений.
Концентраторы напряжений приводят к снижению'кон- I
структивной прочности металла. В металле, не способном
к пластической деформации, состояние неравномерного-,
напряжения сохранится и в местах концентрации напря- Я
нений может возникнуть трещина, которая еще более -зД
усилит неравномерность распределения напряжений и ус-
корит разрушение. Поэтому для надежной и безопасной •
эксплуатации нагруженных конструкций необходимо, что-
бы металл наряду с высокой прочностью всегда имел из-
всстный запас пластичности или вязкости.
“еТ°ДЫ значнтельного упрочнения металла ведут
понижени,° запаса его пластичности и 1
Ta i na ппоигТу°Ап0бЪЯСНЯетСЯ тем’ 410 ПРИ Упрочнении ме- | I
талла происходит увеличение плотности дислокаций не- -I
рые Рповыша,"тД1:?„еКТОВ «Ритмической решетки, кото- 1
сдвигу относнтелкнпР,отивле1"|с металла пластическому
1₽И относительно малых степенях упрочнения метал- I
пя разрушение происходит после предварительной пла-
стической деформации, на осуществление которой тра-
тится значительная доля работы, требуемой для разру-
шения его. Такой металл пластичен и вязок. Если у
металла сопротивление сдвигу больше сопротивления от-
рыву, то разрушение происходит без предварительной
пластической деформации — металл хрупок.
§ 4. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ МЕТАЛЛОВ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
1. Углеродистые и легированные стали
-Согласно действующей классификации сталь по со-
ставу делится на углеродистую и легированную. Решаю-
щее влияние на механические свойства углеродистых ста-
лей оказывает содержание в них углерода. При увеличе-
нии содержания углерода повышаются прочность,
твердость и износоустойчивость, но понижаются пластич-
ность и ударная вязкость, а также ухудшается сваривае-
М0<Примесь фосфора вызывает хладноломкость, а при-
месь серы — красноломкость. Для различных марок ста-
ли допустимое содержание фосфора составляет 0,04—
0,09 %, а серы 0,04—0,07 %. Вредное влияние на свойства
стали оказывает кислород; если его содержание превы-
шает 0,03 %, он вызывает старение стали, а более 0,1 % —
красноломкость. Примеси Мп и Si в пределах 0,8—1 %
не оказывают практически влияния на механические свой-
ства углеродистых сталей. В стали, предназначенной для
сварных конструкций, содержание кремния не должно
превышать 0,12—0,25 %. Содержание азота повышает
прочность и твердость стали, но снижает пластичность.
При обозначении марок стали могут быть указаны:
группы, по которым сталь поставляется (А — по меха-
ническим свойствам, Б — по химическому составу, В —
по механическим свойствам и дополнительному требова-
нию в отношении химического состава); метод производ-
ства (М — мартеновский, Б — бессемеровский, К —
кислородно-конверторный); дополнительные индексы
(сп — спокойная сталь, пс — полуспокойная сталь, кп —
кипящая сталь). В группе А обозначение «М> часто опу-
скается, однако нмется в виду сталь мартеновская, а при
отсутствии обозначений сп, пс, кп подразумевается сталь I
“"спокойная сталь более качественная, однако по стоя-
МОСТИ она дороже кипящей. Полуспокоиная сталь зан„.
мает по свойствам промежуточное положение между СПо-
койной и кипящей, но в результате незначительного рас-
хода раскислителей стоимость ее меньше, чем спокойной.
' Механические характеристики стали зависят также от I
формы и толщины проката.
Углеродистые стали обыкновенного качества примени- .-
ются без термообработки. Углеродистую сталь обыкно-
венного качества группы А изготовляют следующих ма-
рок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб, Ст7. По мере уве-
личения номера стали повышается содержание углерода,
а также прочность и твердость, но снижается пластич- I
ность и ударная вязкость. Сталь группы Б изготовляют*J
тех же марок, что и сталь группы А, но перед маркой ’’
стали ставят букву Б (БСтО, БСт1кп). Сталь группы В
изготовляют следующих марок: ВСт2, ВСтЗ, ВСт4
и ВСт5.
Качественная конструкционная углеродистая сталь
поставляется по химическому составу и механическим‘-1
свойствам и выплавляется в кислородных конверторах и I
мартенах. Установлены следующие марки качественной
конструкционной углеродистой стали: 05кп, 08кп, 08сп,
08, 10кп, Юсп, Юпс, 15, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45,
50, 55, 58, 60. Две цифры в марках показывают среднее
содержание углерода в сотых долях процента.
К конструкционным углеродистым сталям относится и ‘
^томатная; она с повышенным содержанием серы. Мар-
Хг™ А12' А20' А30' А35’ А4°- Буква А обозна-
чает автоматную сталь; число, стоящее за буквой А —
вде'адьГот П№еР°Дпо о?°™х долях пР0ВДнтаУ Содержа-
этой стали ь6 Д° °’2 /о’ ФосФ°Ра от 0,06 до 0,15 % Из
детали “зготовляют на станках-автоматах крепежные
леродаС7оХКо’б5>»/'’1евУзЛе₽ОД“СТЫе СТалИ содсРжат Уг’
месей S и рГспособа пп„„,ИС',М0С1и от содержания при-
ственные и И11ГП1гп"роизводства они Делятся на каче-
0.03%S и 0,035% р ИнстпХ“Ые’ содеРжащие не более
качественные: у" М°ГуТ бЫТЬ
чественные с той ' и’ . *у12’ У131 высокока- ,
А, например, У7Д уод РкиРовкой и добавлением буквы
44 ’ ’ и т- Д. В строительстве инстру’
Рнс. 11.20. Микроструктура стали в равновесном состоянии
лмнаяР₽5Т—впер^итн^^^нтн?на?'НТГ—феррит; ^—^цемен
ментальная сталь применяется с обязательной термиче-
ской обработкой (закалкой с последующим низким или
средним отпуском).
Структура сталей, содержащих до 0,006 % углерода,
представляет собой чистый феррит (рис. 11.20, а) Такие
стали при небольшой прочности обладают высокой плас-
тичностью и ударной вязкостью. При содержании в ста-
лях углерода от 0,006 до 0,025 % структура сталей состо-
ит из феррита и расположенных по его границам зерен
цементита (рис. 11.20,6). Хрупкая цементитная сетка
снижает ударную вязкость сталей.
Структура сталей с содержанием углерода свыше
0,025 % состоит из феррита и перлита (рис. 11.20, в). В
структуре таких сталей при увеличении содержания уг-
лерода увеличивается количество перлита с соответствую-
щим уменьшением феррита. Увеличение доли перлита
ведет к повышению прочности и твердости стали с одно-
временным снижением ударной вязкости и относительно-
го удлинения.
Структура стали, содержащей 0,8 % углерода, пред-
ставляет собой чистый перлит (рис. 11.20, г). В структу-
ре стали, содержащей свыше 0,8 % углерода, по грани-
„тя оасполагается цементит. При еодер.
кам зорек перлита р цементит образует хрупкую- *
жаиин в стали 1 » >, £ет между собой зерна перлита 2 ;
сетКу',ГпТП0Л1 Прочность стали при этом снижается. W
(Р"с- Пеккой называется сталь, в которой, кроме..'
Легированной ' тся специально вводимые в
обычных примете , в рующие элементы (хром,
ОпреДеЛ=бде^ ванадий, алюминий, Рбор>
никель, молиоде , *ганец н кремНий в количествах,
превышающих обычное их содержание (1 % и выше).
Кпованная сталь в зависимости от содержания леги-
Лег Р° "лементов делится на низколегированную '(сSco-
ПрТаниемТгируХх элементов в сумме не более 3 %),
Л;мппвянную (С содержанием легирующих элементов
25-10%) и высоколегированную (с содержанием леги- ?
п’ующих элементов свыше 10 %).
Р Легирующие элементы оказывают разностороннее -
влияние на свойства стали. Хром повышает твердость, ] •
уменьшает ржавление; никель создает прочность и пла-
стичность, коррозионную стойкость; вольфрам увеличнва-^Д
ет твердость и красностойкость; ванадий повышает плот-
ность, прочность, сопротивление удару, истиранию; ко-
бальт повышает жаропрочность, магнитопроницаемость;
молибден увеличивает красностойкость, прочность, сопро- 3 1
тивление окислению при высоких температурах; марга-
нец при содержании свыше 1 % увеличивает твердость,^ у
износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок; .
титан повышает прочность, сопротивление коррозии; алю-
миний повышает окалиностойкость; ниобий повышает
кислотостойкость; медь уменьшает коррозию. В сталь
вводят также бор, селен, азот, цирконий. В легированной Д >!
стали может находиться одновременно несколько леги-
рующих элементов. По назначению легирования сталь де-.’fg
лится на три группы: конструкционная, инструменталь-
ная и сталь с особыми физическими и химическими свой-
ствами.
Легирующие элементы, растворяясь в железе, искажа- ' 4
ют и нарушают симметрию его кристаллической решетки 4
и строение внешних электронных оболочек. Чаще всего -Я
увеличивается содержание карбндосодержащей фазы за, -X
2” У“еньшсн,,я УглеР°Да » перлите, что соответственно I Д
Увеличивает прочность стали. I
-снию зерен феррита и перлита в стали, что значительно (|
увеличивает вязкость стали. Некоторые легирующею эле-
менты расширяют область аустенита, а другие, наоборот,
сужают эту область. Большое значение на практике име-
ет способность ряда легирующих элементов повышать
прокаливаемое™ стали на значительную толщину, задер-
живая переход аустенита в другие структуры, что созда-
ет возможность закаливать стали при умеренных скоро-
стях охлаждения. При этом уменьшаются внутренние на-
пряжения и снижается опасность появления закалочных
трещин. В табл. 11.5 показано влияние главнейших леги-
рующих элементов на свойства стали.
В маркировке легированной стали приняты следую-
щие буквенные обозначения легирующих элементов: X —
хром, Н — никель, А — азот, В — вольфрам, Е — селен,
Г — марганец, Д — медь, Б — ниобий, Р — бор, П —
фосфор, Ю—алюминий, М — молибден, К —кобальт,
Ц — цирконий, Ф — ванадий. Эти буквы в сочетании е
цифрами образуют марку стали.
Сочетание букв и цифр дает характеристику легиро-
ванной стали. Если впереди марки стоят две цифры, они
указывают среднее содержание углерода в сотых долях
процента. Одна цифра в начале марки означает среднее
содержание углерода в десятых долях процента. Если в
начале марки нет цифры, то количество углерода состав-
ляет 1 % и выше. Цифры, следующие за буквами, пока-
зывают среднее содержание данного элемента в процен-
тах. Если за буквой отсутствует цифра, то содержание
данного элемента около 1 %. Буква А н конце марки обо. '
высококачественную сталь содержащую ме,°.
ше серы и фосфора. Например, 12Х2Н4А - это легир0. I
сталь, высококачественная, с содержанием углс.
род 0 12 %, хрома 2 %, никеля 4 % Г13 легиро^-
ная сталь с содержанием углерода 1 % и более, марган-
ЦЯ Низколегированная сталь изготовляется в виде листов "Я
полос, сортового и фасонного проката. Она обладает ря-
дом преимуществ по сравнению с обычной углеродистой I
сталью. Предел текучести ее превышает на 30 % и более
предел текучести обычной углеродистой стали марки
СтЗ. Отношение предела текучести к пределу прочности I
низколегированной стали обычно составляет 0.65—0,75,
а углеродистой стали — 0,55—0,6. Пластичность низколе-
гированной стали достаточно высока.
Низколегированная сталь обладает меньшей чувстви- г
тельностью к старению и меньшей склонностью к хладно-
ломкости. Критическая температура перехода в хрупкое
состояние низколегированной стали лежит ниже — 40 °C,
а отдельных марок стали ниже —60 °C. Низколегирован-
ная сталь хорошо сваривается. Для сварных соединений I
не требуется ни предварительного подогрева, ни после-
дующей термической обработки для снятия напряжений.
Коррозионная стойкость в атмосферных условиях и дру-
ГИХССР3ДаХ В I ** РЭЗа ВЫШе' ЧеМ УглеРоднст°й стали мар-
К легированным сталям с особыми физическими и хи-
мическими свойствами относятся жаростойкие, жаропроч- j
ные, коррозионностойкие, износоустойчивые и магнитные J
Жаростойкими (окалиностойкими) считаются стали,
которые способны сопротивляться химическому разруше-
'!'',огг(°делению) в газовых средах при температуре вы-
nvmr Для повышения окалиностойкости стали леги-
окатГмны п«НТаМИ’ К0Т0Рые изменяют состав и строение I
Епл„бпра3уя Т0нкие защитные пленки. I
стоять механи^«и«ВЛЯЮТСЯ стали’ способные противо-
рах В настоящее в Иагрузкам ПРИ высоких температу- |
, , п
материала «протХяться HLn°4"0CIb'° <стособтос™°
1 ляться напряжению, вызывающему Я
деформаций в материале, сопровождающих его ползу-
?е?ть в сплав вводит хром, никель, молибден и другие ле-
Г"РЛ™розиои«о"гобкнми называются стали, которые со-
сятся xpoMHCTbie нержавеющие (Х13, Х17), хромонике-
левые нержавеющие (Х14Г4Н, Х18Н9) стали. Например
сведение 12% хрома делает сталь коррозионностойкой
В атмосфере и промышленных средах, а при введении
25 % хрома сталь не ржавеет на воздухе, в воде, в ряде
кислот солей и щелочей. Коррознонностойкие стали ши-
роко используются для изготовления строительных конст-
рукций и изделий, работающих в агрессивных средах
(грунтовых водах, газах, морской воде и др.).
В строительстве наиболее широко используют низко-
углеродистые и низколегированные стали. Они применя-
ются для изготовления металлических конструкций мо-
стов, опор, транспортных галерей, подкрановых балок,
мостовых кранов, шпунтовых свай, для армирования же-
лезобетонных конструкций и др. Строительные стали при-
меняют в горячекатаном состоянии и после термической
обработки, включающей одно- или двукратную закалку
в воде с последующим высокотемпературным отпуском.
Наиболее эффективна термическая обработка строитель-
ных низколегированных сталей. Для низкоуглеродистых
нелегированных сталей она повышает предел прочности
на 20—25 %, что снижает расход стали на металлические
конструкции примерно на 13—18%. Экономическую эф-
фективность использования строительных сталей повы-
шают, применяя стали высокой прочности (60—100 МПа).
Для этого их дополнительно легируют карбидообразую-
щими элементами (например, хромом, молибденом, воль-
фрамом, ниобием). Строительные стали поставляют в ви-
де прутков, профилей, листов и широких полос.
2. Чугуны
Применяемые для отливок чугуны имеют в среднем
состав: С —2-4%, Si-1,5-4%, Мп - 0,6-1,25 %,
Р — 0,1—1,2 %, SС0,06 %. Чугуны подразделяют на бе-
лые, серые и ковкие. В белом чугуне весь углерод нахо-
в связанном состоянии в виде цементита. Белые
,'rvHU очень твердые н хрупкие с трудом отливают®»»
обрабатываются инструментом. В основном эти чугуны I
идут на переплавку в сталь или используются для полу,
чения ковкого чугуна.
При замедленном охлаждении расплавленного чугуна
цементит может подвергнуться разложению Fe3C—-*Fe-|-
4-С с образованием феррита и графита. В результате По-
лучается серый чугун, имеющий благодаря графиту
серый излом. В зависимости от степени разложения Це-
ментита серый чугун может иметь структуры: перлит— I
графит; перлит—графит—феррит; феррит—графит. .11
С увеличением содержания феррита и перлита в чугуне
уменьшается его твердость и увеличивается пластичность.
Образованию тонкодисперсного графита способствуют
специальные присадки, из которых наибольшее распрост- ' I
ранение получил ферросилиций.
Серые чугуны — это литейные чугуны: они обладают 3
хорошими литейными качествами — жидкотекучестью, .*Я
мягкостью, хорошо обрабатываются, сопротивляются из-
носу. Серые чугуны с высоким содержанием фосфора J
(0,3—1,2%), жидкотекучи и используются для художе- 1
сгвенного литья. Установлены следующие марки отливок «я
из серого чугуна: СЧ 00, СЧ 120—280, СЧ 150—320, 1
СЧ 180-360, СЧ 210-400, СЧ 240—440, СЧ 280-480, |
СЧ 320-520, СЧ 360—560, СЧ 400—600, СЧ 440—640. I
<СЧ» обозначает серый чугун. Первое число показывает д
предел прочности (в МПа) при испытании на разрыв, I
а второе — предел прочности при испытании на изгиб. 1
Чугун марки СЧ 00 не испытывается.
Кроме указанных чугунов применяются легированные. 1
чугуны, которые наряду с обычными примесями содержат Л
легирующие элементы: хром, никель, титан и др. Эти 11
элементы улучшают твердость, прочность износоустойчи-Д
вость, сопротивление ржавлению и т. д, I
.,К°вКие чугуны ~ Разновидность серых чугунов, полу- Я
ас ая путем длительного (до 30 ч) выдерживания при
высокой температуре. Такая термическая обработка «а- ;
’“Л™ ’°млеН|,<!ы- При этом цементит распадается, И !
вяюТеТ^'""^ "° графит образует хлопье- Д
Za Ковюю чег? рав"0"е₽"° Рассеянные в массе фер- 1
ЧУГУНОВ и, п2!?.7 ‘Ы ,1аиболее пластичны из всех видов 4
тельных коистпу/ Ч/Гунов изготовляют элементы строи- 1
тельных конструкций, в том числе и таких ответственных, |
как опорные части железобетонных балок, ферм, башма-
ки под колонны, тюбинги для тоннелей метрополитена
3. Цветные металлы и сплавы
На долю цветных металлов приходится всего лишь
^небольшим содержанием в земной коре, малым со-
держанием в рудах, а также сложностью производства.
В строительстве из цветных металлов и сплавов из-
готовляют лёгкие конструктивные элементы, теплооб-
менные апараты, электрооборудование, химически- и ог-
нестойкие конструкции и т. д. Большое количество цвет-
ных металлов и их сплавов используют в строительных
меняемые цветные металлы называют техническими.
К ним относятся медь, алюминий, магний, титан, ни-
кель, свинец, цинк, олово. Остальные цветные металлы
относятся к редким. В чистом виде цветные металлы при-
меняют редко, чаще — в виде сплавов. Большое распрост-
ранение получили медные сплавы: латуни и бронзы.
Латунь — это сплав меди с цинком. Кроме двухком-
понентной латуни в промышленности применяют спла-
вы, содержащие Al, Pb, Ni, Sn, Мп. Латуни в зависимос-
ти от химического состава подразделяются на марки:
томпак Л96 и Л90 (88—97% Си), полутомпак Л80 и
Л85 (79—86 % Си), латунь Л62, Л68 и Л70 (цифры 62,
68 и 70 показывают содержание меди, %), алюминие-
вая латунь ЛА77-2, марганцовистая латунь ЛМц58-2,
железомарганцовистая ЛЖМц59-1-1 и никелевая латунь
ЛН65-5.
Бронза — это сплав меди с оловом, марганцем, алю-
минием, никелем, кремнием, бериллием и другими эле-
ментами. Бронза маркируется буквами Бр, а далее сле-
дуют буквы и цифры, показывающие содержание леги-
рующих элементов. Содержание меди определяется по
разности между 100 % и общим процентным содержани-
ем остальных элементов. Например, бронза марки
БрОЦС 8-4-3 содержит 8 % Sn, 4 % Zn, 3 % Pb и 85 %
Си. Различают бронзы оловяннстую (устойчива против
действия атмосферы, морской воды, растворов солей и
кислот), алюминиевую (очень прочна, химически стойка,
обладает антифрикционными свойствами), кремнистую
15-265 «9
(хорошо работает в условиях трения и высокой темпе-
ратуры) и бериллиевую (искробезопасна). 1
Алюминий — один из распространенных металлов J
земной коре. Мировое производство алюминия с каждом
годом все больше увеличивается. Применение алюминия
и его сплавов наиболее эффективно при возведении лег-
ких конструкций зданий и сооружений, конструкций, под-
верженных действию агрессивной коррозионной среды
а также конструкций и изделий, к внешнему виду кото-
рых предъявляются повышенные требования — элементу
выставочных павильонов, рамы н переплеты высотных
зданий и т. п.
Предел прочности чистого алюминия составляет 10
МПа, а некоторых конструкционных алюминиевых спла-
вов доходит до 62 МПа. Плотность алюминия и его спла-
вов составляет 2,65—2,85, а стали 7,85 г/см3, т. е. алю-
миний легче стали почти в 3 раза. Модуль упругости
алюминия небольшой — 0,71 • 105 МПа, т. е. в три раза
меньше, чем стали (2,1- КРМПа). Это значит, что дефор- j
мации алюминиевых конструкций при прочих равных
условиях будут значительно превышать деформации
стальных конструкций. Алюминий и его сплавы имеют j
более высокий температурный коэффициент линейного 1
расширения (22-10“®), чем сталь (11,8-10-®).
На воздухе поверхность алюминия быстро теряет ме-
таллический блеск, покрываясь тонкой и прочной защит-
ной пленкой, состоящей из окиси алюминия. Защитная ]
пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления, 1
средах” Хорошей -РРОЗИонной стойкостью во многих
Алюминиевые сплавы при низких температурах со-
хрзняют свои основные механические свойства (времен-
JuLu?.o?°T5 вление- „пРедел текучести, относительное уд-
1ппм1п1и ЛЮМИНИ" И его сплавы при пластической де-
шХвые сп'таРвыНЯЮТСЯ 33 НаКЛепа’ Мн0ГИе аЛ,°’
закалки -естестаевного
«чеяие нескольких часов R ₽" ’™" тсмпеРатУРе °
рочисние сплава в этом случае происходит уп-
РезУльтате изменения внутреннего его
строения: предел прочности,
предел текучести и твер-
дость сплава увеличивают-
ся, а пластичность уменьша-
ется. Естественным старением называется процесс упро-
чнения закаленного алюминиевого сплава при комнат-
ной температуре (20 °C) в течение длительного времени
(нескольких дней и даже лет).
Скорость старения зависит от температуры. При от-
рицательных температурах процесс старения замедля-
ется, при —50 °C оно прекращается. Повышение темпе-
ратуры нагрева приводит к ускорению процесса старе-
ния; максимальная прочность после старения будет тем
ниже, чем выше температура нагрева. Как можно ви-
деть из рис. 11.21., при температурах нагрева выше
150 °C во время старения наблюдается разупрочнение с
увеличением времени выдержки.
риваются аргонно-дуговой, газовой, электродуговой и
электроконтакТной сваркой.
Все алюминиевые сплавы можно разделить на две
основные группы: деформируемые и литейные (рис. 11.22).
Деформируемые сплавы подразделяются на сплавы,
упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.
Деформируемые сплавы хорошо подвергаются прессова-
нию, прокатке, гибке, вальцовке.
Термической обработкой не упрочняются однофазные
сплавы, состоящие из однородного твердого раствора.
Эти сплавы характеризуются большей, чем у алюминия,
прочностью и высокой пластичностью. Упрочняют такие
сплавы нагартовкой (наклепом). Из деформируемых не
,„„,»»<1СТИ магний используется в виде сплавов Я
"Хииисм маргаиием. цинком и другими металлами.
магниевые сплавы хорошо обрабатываются резани-
ем иямеют сравнительно высокую прочность (о6 = 200-
400 МПа, «=6-20 %)• и меха„„ческпми характер
плотности. У технически чистого ти-
ина а =450—650 МПа, 6 = 15—30 %. Плотность титана
4 5 г/см3 температура плавления 1660°С. Титан прак-
тически не корродирует в атмосфере, пресной и морской
воде Он устойчив против кислотной и газовой коррозии
ло температуры 350°C. Технический титан применяют
как коррозионно-стойкий материал. Например, обелиск^
честь покорения космоса в Москве облицован листами
из чистого титана.
Титановые сплавы применяют для несущих конструйй
ций. Обязательный компонент титановых сплавов —
алюминий. В сплавах его содержится до.6,5 %. Титан с
ность которого выше прочности титана. Кроме того, алю-
миний повышает коррозионную стойкость титана. Из
других элементов в состав титановых сплавов вводят
чаше других марганец, хром, молибден, ванадий.
8. ОБРАБОТКА И СВАРКА МЕТАЛЛОВ
I. Обработка металлов давлением
Обработкой металлов давлением называют процесс
получения изделий, основанный на использовании плас-
тических свойств металлов и их сплавов. При обработке-»
давлением наряду с изменением формы изменяется строч-
ение исходного металла (сплава) и его физико-химичес-
кие и механические свойства.
Обработка металлов давлением — высокопроизводи-
тельный процесс, позволяющий получать изделия с весь-
ма точными размерами, хорошей чистотой поверхности,-
малыми отходами металла и более высокими механичес-
кими свойствами по сравнению с отливками. К спосо-
бам обработки металлов давлением относят прокатку,
волочение, прессование, ковку и штамповку. Обработке
!^”ием подвеРгают слитки, сортовой прокат и листы,
,1Т.?* * * * ВпЛеН,,Ые Н3 стали- алюминиевых, магниевых, мед-
ных и других сплавов.
оЯГПтовки перед обработкой давлением нагревают
ХсгДости металла, в результате его
стпротивлеиие д^ориации^уиеньшается в^К^15 pMjio
сравнению с ХО Д „пированию примерно в 10раз
меньше,°чем при холодной Это позволяет снизить стой-
мость изготовляемых изделий. Для каждого металла и
еплава температура горячей обработки имеет свои верх-
ний и нижний пределы, образующие область нагрева,
называемую температурным интервалом обработки.
В процессе горячей обработки давлением происходит
образование мелких зерен, уменьшаются или уничтожа-
ются пороки литого металла (например, завариваются
газовые раковины, пустоты с неокисленными поверх-
ностями), кристаллы стали вытягиваются и ориентиру-
ются в направлении течения металла, создается волок-
нистая макроструктура, вследствие чего механические
свойства стали вдоль волокон становятся выше, чем по-
перек волокон. Это свойство используют при изготовле-
нии деталей; заготовку деформируют так, чтобы направ-
ление возникающих в детали максимальных растягива-
ющих напряжений совпадало с направлением волокон,
причем волокна должны огибать контур изделий и не
должны пересекать их.
Для нагрева заготовок применяют пламенные и элек-
трические печи. Пламенные печи работают на твердом,
жидком и газообразном топливе. В них нагревают как
мелкие, так и крупные заготовки. По характеру распре-
деления температуры в рабочем пространстве печи де-
лят на камерные (температура во всем рабочем прост-
ранстве одинакова) и методические (температура в ра-
бочем пространстве повышается от загрузочного окна к
окну выдачи нагретых заготовок). В пламенных печах
металл угорает. Для исключения пли уменьшения обра-
зования окалины применяют безокислительный нагрев
металла в расплавленных солях, в среде защитных га-
товки специальными покрытиями из стекла, оксида ди-
электрические печи сопротивления имеют металличе-
ские или карборундовые элементы сопротивления, кото-
рые подключают к электрической сети. Печи чаще при-
меняют для нагревания цветных металлов и сплавов,
..мрюших невысокую температуру начала обработки
левием В таких печах температуру можно регул),роватЯ
Пмкаткой называется процесс обработки металл*V
„•жду вращающимися валками прокатного стана (р№,
11 23) Металл при прокатке движется благодаря трению
поверхностями валков и металла со скоростью да<.
50 м/с Прокатное производство металлургического заво-
ла представляет собой сложный технологический про-
цесс который делится на четыре основных переделал
подготовка слитка к прокатке, получение полупродукта;*.
получение готовых изделий и охлаждение, резка <и прав-.^
ка проката.
Для получения прокатных изделии исходным матери/Д
алом служат слитки или литые заготовки, поступающими
с установок непрерывной разливки. Слитки бывают раз-
личной формы, размеров и массы. Для достижения вы- ’
сокой производительности станов готового проката слит- ;
ки металла массой до 28 т предварительно обжимают тиИ
придают им необходимую форму. Слитки квадратней®
профиля называются блюмами и обжимаются на блю- 'G
мингах; слитки прямоугольного профиля называкуйй^И
слябами и обжимаются на слябингах. Полупродукт в ви-
де блюмов используется дйя
получения сортового прока- -Л
та (рис. 11.24), а слябы —
для получения листа.
Готовый продукт получа^И
ется на сортовых станах го-Я
рячего и холодного прока- 4
LLEIxjt s.
предназначены для полу-
чения из блюмов рельсов,
балок, швеллеров и дру-
гих крупных профилен;
сортовые станы —для из-
готовления сортового про-
ката простого и фасонно-
го профилей; проволочные
станы — для прокатки
проволоки диаметром 5—
10 мм; листопрокатные л
станы —для производства листа; трубопрокатные ста-
ны - для получения бесшовных труб и т. д. При произ-
водстве прокатных изделий заготовка, проходя через ряд
специальных установок, приобретает заданную фориу-
Например, для получения круга последовательно меняют
сечение заготовки: квадрат —овал — круг. I
Особое место в прокатном производстве занимает хо-
лодная прокатка стали для получения листов и лент вы-
сокой прочности с хорошим качеством поверхности, их-
нологический процесс холодной прокатки состоит из тер-
мической обработки заготовки, холодной прокатки,
термической обработки готового листа.
В последние годы большое распространение получает
изготовление фасонных гнутых профилей на непрерьв
ных профилегибочных станах. Тонкостенные, легкие,
сложной конфигурации, обеспечивающие наилучшую ра-
боту конструкции, фасонные профили находят примене-
ние в автомобилестроении, авиастроении, строительстве
и т. п Замена проката гнутыми профилями весьма эко-
номична как по рациональности форм, так и по расходу
Ме Волоченые - процесс обработки металлов Давлением
с протаскиванием заготовки 1 через отверстие матрицы
2. сечение которого меньше исходного сечения заготовки
(рис. 11.25). В результате волочения получают изделие
с постоянным сечением по всей длине. При волочении за
счет уменьшения поперечного сечения заготовки увелп -
вается ее длина. Волочение производят на волочильных
станах, которые по принципу работы п°ДРаздел*Ж* *
две группы: 1) с прямолинейны» Движением тянущих
движением'лротягивРаеемогое,металлаы(кара^анн“®^' Во-
.точильный стан состоит из двух основных частей: матрн-
(волоки) и тянущего устройства. Через фильеру при <
™ чгтпойства протягивается заготовка. 1
прутки, профили и трубы. На станах с круговым движе-
„ .ям производят волочение проволоки и труб малого диа-
метра с одновременным наматыванием их на барабаны в
бунты. Волочильные прямолинейные станы бывают одно-
прутковые и многопрутковые, когда одновременно проис-
ходит волочение нескольких прутков.
Барабанные станы делятся на станы однократного -
волочения, где заготовка проходит одну фильеру, и мно-
гократного волочения, где заготовка проходит последова-
тельно через несколько фильер (2—15 и более) с умень-
волочения в основном изготовляют толстую проволоку
диаметром 0,4—8 мм; на станах многократного волоче-
ния — проволоку меньшего сечения.
Ковка заключается в получении детали из нагретой
заготовки путем деформирования ее ударными нагрузка-
ми, передаваемыми молотом, или статическими нагруз-
ками путем нажатия пресса. Полученная деталь называ-
ется поковкой.
Штамповкой называют процесс деформации металла
товку деформируют в замкнутой полости штампа, форма
и размеры которой определяют форму и размеры полу-
чаемой поковки. Горячую объемную штамповку произво-
дят на молотах, прессах или горизонтально-ковочных ма-
шинах. Листовая штамповка — деформация в холодном
состоянии листовой исходной заготовки в штампе имею-
щем матрицы с прижимным кольцом и пуансон. Этотвид
штамповки проводят на специальных штамповочных
прессах. Штамповкой изготовляют закладные детали для
сборного железобетона, корпуса оборудования и машин.
Сваркой называют процесс получения неразъемных
единений металличегкк* wi-ionuii <• ___ ____
— ------ rw,w снижение трудоемкости
скорение процесса производства работ при изготовле-
®=s==i=
разные продуктьт У е содержанием углеро
дистые стаЛ"„(С<,свапке необходимо предварительно
да более о,4 % пр Рщим отжигом. Ухудшает свари-
подогревать с пос. вследствие образования
Х°чаТтЬо»" УР“. которая снижает прочность и по-
вышает хрупкость сварного шв образует-
ся
X?,
говой2—^мьп^малоуглеродистых сталях металл в зоне
термического влияния не меняет механических свойств,
но в некоторых сталях в результате резкого охлаж
девия могут появиться закалочные структуры и трещины
При сварке легированных сталей нельзя допускать
перегрева, так как может произойти выгорание специаль-
ных элементов, выделение карбидов, самозакаливае-
мость сварной зоны, могут появиться усадочные трещи-
ны. Трудность сварки чугуна является следствием повы-
шенного содержания углерода и невысокой его пластич-
ности. Сварка чугуна производится, как правило, с по-
догревом до 600—700°C, чтобы устранить внутренние на-
пряжения и предотвратить образование трещин рядом со
сварным швом.
В зависимости от вида энергии, используемой для наг-
рева металла, различают химическую (газовую, термит-
ную) и электрическую (дуговую, контактную) сварки.
Металл при сварке может доводиться до жидкого или
пластического состояния. В зависимости от способа по-
различают ручной, полуавтоматический и автоматичес-
кий способы сварки.
Наиболее распространены электродуговая сварка
плавлением с применением металлического электрода
и электроконтактная сварка. Газовую сварку применяют
лен малой толщины.
теплоты от электрической дуги, возникающей между дну.
мя проводниками (электродами) при пропускании элек-
трического тока. При применении переменного тока рас-
ход энергии меньше, чем при постоянном, оборудование
проще и дешевле. При постоянном токе горение дуги бо-
лее стабильно, чем при переменном токе. Устойчивость
дуги при переменном токе можно увеличить повышением
напряжения, увеличением частоты и применением специ-
альной обмазки на электродах. Можно создавать дугу
также между двумя электродами вблизи свариваемого
изделия и расплавлять металл и электрод.
При электродуговой сварке одним полюсом, как пра-
применения угольного электрода (рис. 11.26, а) необхо-
дим присадочный металл, для чего расплавляют специ-
альный пруток, а при металлическом электроде (рис.
11.26,6) расплавляется электрод.
Температура электрической дуги зависит от электро-
дов: для металлических она составляет 2400—2600 °C,
угольных 3800—3900 °C. В центре дуги по ее оси темпе-
йЯо?ОСП1Гает 7000°C. Полезно используется только
W-/0 А теплоты. Для зажигания дуги электрод замы-
кается на изделие. При сварке металлическим электро- -
каплиГ«Л°"еЦ " СВарИВаемое изделие расплавляются, ,
шов * элеК1₽ода стекают, заполняют сварной S
тяжеиняД рХпаЮ1С" На Нем силамн поверхностного на-
м ' '™ ™?'1еКТр05неРгн" на 1 кг наплавленного®
"₽" пеРеме“"Ом токе меньше (3-4 кВт-ч/кг) I
чем при постоянном токе (6-10 кВт.ч/кг). I
тувны^н?алюминиеТвыми1’ "лавящим"ся (стальными, чу- I
вольфрамовыми), В заВ|ши™1ВЯ1ЦНМ"СЯ (угольными,
мого металла электпг.-,., '? ' от т°лщнны сваривае- I
12 мм и длиной 300-450 д"аметРом 1- 1
с»т от марки применяемого металл» электродов зави-
электроды наносят различно™» " В||да обмазк“- На В
•пения Устойчивости говения »» Да обмазки Для повы- }
ы'авла""Н воздУшного Кромежт1РИЧеСК°Й Дуг" путеМ I
““Л'ИНОГО металла и дупЛяо ’ с03дан“я вокруг рас- I
“лака, необходимого дл^зашитТ™0™ слоя 113 ^ов « j
440 Щиты металла от окисления
и азотирования, а также обеспечивающего раскисление
металла и уменьшение скорости его охлаждения.
В случае необходимости сварки металла толщиной
100—120 мм и более за один проход используют электро-
шлаковую сварку. Такая сварка происходит за счет теп-
лоты, выделяющейся при прохождении электрического
тока через расплавленный флюс (шлак), нагретый до
температуры, превышающей температуру плавления сва-
риваемого металла.
Электродуговая сварка под водой достигается приме-
нением специального электрода с толстой водонепрони-
цаемой обмазкой, плавящейся медленнее этого электро-
да. Обмазка обеспечивает устойчивость горения дуги под
водой из-за образования газового пузыря. В состав об-
мазки входят железный сурик, мел, титановая руда, по-
левой шпат, растворимое стекло.
места сварки электрическим током высокой плотности
(десятки и сотни тысяч ампер) с одновременным сдав,
ливаннем деталей для облегчения взаимного проникнЯМ
веиия атомов свариваемых металлов. Преимуществоч^И
эчектроконтактной сварки перед другими видами сварки
является возможность полной механизации и лвтомати-’Я?
зации. Высокая плотность тока и незначительное напря-
жение (0,5—10 В) создают в месте контакта быстрый
нагрев до плавления. Схемы различных видов электро-
контактной сварки показаны на рис. 11.27.
Стыковая контактная сварка обеспечивает соедине-
ние отдельных металлических частей деталей по всей по-
верхности соприкосновения. Качество стыковой контакт-
ной сварки определяется выбором правильного режима,
электрической мощностью (5—15 кВт на 1 см’), дли-
тельностью сварки (4—40 с при стальных стержнях диа-
метром 6—50 мм), скоростью оплавления, давлением ,
Точечная сварка — самый распространенный вид элек- 1
троконтактной сварки. Она применяется при соединении "
деталей в отдельных местах в виде небольших площа- 1
док (точек). Необходимая для разогревания теплота соз-
дается электрическим током, подводимым медными элек-
тродами. между которыми помещается и зажимается сва-
риваемая деталь. Точечная сварка широко используется
при сваривании пересечений арматуры для железобетон-
"“Л“наструки,,й- пР°.катны* 11 штампованных профилей, Г
”р™°оЯ сталн ма-’10“ толщины. Качество сварки дости- V
™™ НЫМ вы6ором длительности нагрева (от
этектпотт'м,, >Д0Лей секУВД“). давления между
медного мёХВреМЯ "агре3а " после «его, Диаметра
сварювыХкаюДя яДруГ"х ФакгоРов. Для точечной
машина их моХ автома™ческие и неавтоматические 1
изделий ЩН0СТЬ 3аВИСИТ 01 толЩ"ны свариваемых 5;
«иХХтового^етама’н<:ва₽,С“ п033°-1яет Делать сое-
вой сварке пвимевяютгЛЛа непРерывным швом. При шов-
”0 типу ппименяХ- ?..Ода4-6мм> Этот вид сварки
. скормтью еХГпо Р“'СНЛ°Я «а-
-еталл и
<..Р» »“
теплоты дл 1 I , „.етилена, водорода,
химической Pea™H" Р бензина, керосина и т. п.).
бутана, природного газа п р еняют газ ацетилен
Наиболее широко в практ ₽(1Мдоставляют в балло-
гАптношении кислорода к ацетилену 1,1 : 1,2 достигается
°° “ера ура горения 3100°С. Изменение соотношения
кислорода и ацетилена приводит к нарушению нормаль-
ного горения: при избытке кислорода пламя становится
окислительным, а при избытке ацетилена сварочное пла-
мя насыщается раскаленными частичками углерода и
температура резко снижается.
Ацетилен и кислород смешиваются в специальной го-
релке, по выходе из которой происходит горение. Наи-
большее распространение получили горелки инжектор-
ного типа, в которых струя кислорода при выходе из го-
релки создает разрежение, благодаря чему и происходит
принудительное засасывание ацетилена. В зависимости
от толщины свариваемого металла наконечники и горел-
При газовой сварке для создания сварочного шва
вводят присадочные прутки. Такие прутки должны иметь
химический состав, близкий к составу свариваемого ме-
талла. Для повышения производительности сварки и
улучшения качества шва применяют многопламеиные го-
релки с несколькими мундштуками.
Для соединения трубопроводов, рельсов, инструмента
и т. д. применяют газопрессовую сварку, при которой де-
тали нагревают многопламенными горелками до перехо-
да металла в пластичное состояние или до оплавления, а
затем сваривают при сильном обжатии деталей.
$ в. ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ
1. Виды коррозии
Коррозия —процесс химического или электрохимиче-
ского разрушения металлов под действием окружающая
среды Установлено, что от коррозии ежегодно теряетефд
безвозвратно около 10 % всех производимых металлов'. Д
Химическая коррозия происходит в результате окис-
лительного и восстановительного процессов, протекакД
тих одновременно. Химическое взаимодействие метал-',
лов с внешней средой состоит в основном из окисления I
(с образованием окалины), диффузии атомов (ионов) ме-
талла сквозь оксидные пленки и встречного перемещений
атомов (ионов) кислорода к металлу. Химическая корро-
зия возможна в любой внешней среде, но наблюдается, Д
главным образом, в воздухе при высокой температуре, в
жидких неэлектролитах (нефти, бензине, керосине, рас- 1
плавленной сере). Химическая коррозия в газообразной i
среде при высокой температуре называется также газа- I
вор коррозией.
Электрохимическая коррозия — наиболее распростра-
пенный вид коррозии металлов. Она происходит при В
взаимодействии металлов с жидкими электролитами В
(подои, водными растворами солей, кислот, щелочей,
расплавами солей и щелочей). При соприкосновении ме-
растворами между ними начинается
“а" 'е' ТЭК КаК КаТ"°НЫ металлов' находящиеся 'В
Х"я° Г кр"сталлнчсск"х решеток, не удержива- V
ются и переходят в окружающую среду В cvxom газе ка- В
===“= - =^"Ь= I
S=H=- I
получения определенного знХния"™”^^ I
песс коррозии продолжается “ электронов, про- Я
Жжпр"
способствуют неоднородно-
Золото
сти металла, при этом образуются микропары.1Например,
в перлите феррит более электроотрицателен _чем >це,мен
тит, феррит и будет разрушаться в соогветствующих ус
Л°ВНаХскорость растворения металла в электролите вли-
яют примеси, способы обработки, концентрация электро-
литов. Металл, находящийся под нагрузкой, корродирует
значительно быстрее ненагруженного, так как нарушает-
ся целостность защитной пленки и образуются микротре-
щины. Активному протеканию процесса коррозии способ-
ствуют углекислый, в особенности, сернистый газы, хло-
ристый водород, различные соли.
2. Защита металлов от коррозии
Защиту от коррозии следует начинать правильным
подбором химического состава и структуры металла. На
практике для защиты металла от коррозии применяют
легирование и защитные покрытия.
Легирующие элементы образуют с основным метал-
лом сплавы, твердые растворы, которые повышают кор-
розиеустойчивость металла. Незначительная добавка ме-
ди и хрома (менее 1 %) значительно повышает сопро-
тивление стали коррозии, а введением до. 20 %
различных легирующих добавок можно получить нержа-
веющие стали.
Для защиты металла от коррозии на его поверхности
создают также пленки. Эти пленки могут быть металли-
четкими, оксидными, лакокрасочными и т. п. Металлике-
сине пленки представляют собой механическую защиту J
(катодное покрытие) или электрохимическую (анодное 1
покрытие).
Катодное покрытие — это покрытие металлом, кото-
рый более электроположителен, чем основной. Например,,
железо способом лужения покрывают оловом. Разруше-
ние основного металла может произойти только в том 1
случае, если на покрытии образуется трещина или отвер-
стие, и пленка уже не будет механически защищать ме-
Анодное покрытие — это покрытие более электроотрй-’ '
нательным металлом, чем основной. В соответствующих
условиях будет разрушаться покрывающий металл. В
случае повреждения (трещины и т. п.) электрохимичес-
кое растворение металла покрытия препятствует корро-
зии основного металла. Примерами этого вида защиты
стали являются цинкование и хромирование.
Наносить катодное н анодное покрытие можно мето-
дом погружения детали в расплавленный металл, темпе- I
ратура плавления которого ниже температуры плавле-
ния детали. Более универсальный метод покрытия— -
гальванический, основанный на электролитическом осаж-
дении металлических осадков из растворов солей, причем
основной металл является катодом, осажденный ме-
талл—анодом.
I
поверхности также’созлаетД''РОВа""Я' При в°Роненпи "а
сложными приемами окс11дная пленка, во более
ческой обработкой при 30(^.400ТСвМ,ГОГОКратноП терми’
кого угля. р и ,ио с 8 присутствии древес-
поверхностной пленки из неп полученнн на изделии
или марганца в розу- —Верласт110р‘|МЬ1Х солей железа
ИН железа пли марганца ' обработки металла фосфата-
ЛЛА !л"аМН0ВН0Й ”еТаЛЛ Т0НК°-
(биметалла) и закрепление
его путем горячей прокатки (например, на железо мед-
ный сплав, на дуралюминий чистый алюминий).
Металлизация — покрытие поверхности детали рас-
плавленным металлом, распыленным сжатым воздухом.
покрывать расплавом можно уже собранные конструк-
ции, недостаток заключается в том, что получается ше-
роховатая поверхность.
Лакокрасочные покрытия основаны на механической
защите металла пленкой из различных красок и лаков.
При временной защите металлических изделий от кор-
розии (транспортировании, складировании) используют
для покрытия металла невысыхающие масла (техничес-
кий вазелин, лак этиноль), а также ингибиторы — веще-
ства, замедляющие протекание коррозии. Из ингибито-
ров наиболее распространен нитрит натрия.
Ванны, раковины, декоративные изделия для защиты
от коррозии покрывают эмалью, т. е. наплавляют на ме-
талл при 750—800 °C различные комбинации силикатов
(кварц, полевой шпат, буру, глину и др.).
ГЛАВА 12. ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
§ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Наша страна располагает почти четвертью зеленых
богатств планеты. Лес — наше великое богатство. В от-
личие от богатств земных недр лес восстанавливается и
щим источником сырья. Велика роль леса в охране окру-
жающей среды и оздоровлении воздушного бассейна, по-
этому в СССР постоянное внимание уделяется восстанов-
лению лесов в зонах промышленных разработок, а так-
же разведению лесов в защитных и водоохранных зонах.
Потребность в лесоматериалах удовлетворяется путем
комплексной и глубокой переработки древесины. Наряду
с такими традиционными материалами, как круглый лес,
доски, брусья, шпалы и т. п., все шире применяют кле-
еные деревянные конструкции и разнообразные изделия,
работки древесины (горбыль, рейки, стружки, опилки
и т. п.) составляют значительную долю (50—60%) заго-
товляемой древесины. Эти отходы, а также неделовую
(дровяную) древесину превращают, используя хорошо
освоенную технологию, в древесно-стружечные и древес-1
НО^волокнистые плиты с ценными и разнообразными^#- >
стами На передовых деревообрабатывающих комбина- 9
их коэффициент использования древесного сырья дохо-
ДИТВысока8я прочность н упругость древесины сочетают- 1
ся с малой плотностью, а следовательно, с низкой теп-
лопроводностью. Древесина морозостойка, не раствори- -
ется в воде и органических растворителях, способныхЯ
растворить синтетические полимеры. Хорошо известна ^
легкость обработки древесины, удобство скреплений де-
ревянных элементов с помощью клея, врубок, гвоздей
и пр. Однако древесине присущ ряд особенностей, кото-
рые должны учитываться при обработке, хранении й’эк-
сплуатации лесоматериалов.
Качество древесины зависит от породы дерева, усло-
вий его роста и наличия тех или иных пороков (трещин,, !
сучков и пр.), поэтому прочность,и другие характерно™- I
ки древесины колеблются в очень широких предела^. К
ности, причем увлажнение сопровождается разбуханием,
а высушивание — значительной усушкой. Неравномер,-
ность усушки вызывает коробление и растрескивание до-
сок и других лесных материалов. Волокнистое анизотроп-
ное строение древесины предопределяет и неодинаковые
ее механические, теплотехнические и другие свойства в
разных направлениях, что учитывается при проектирова-
нии деревянных конструкций.
Недостатками древесины является легкая возгорае-
поражений'™”6’ происходящее под влиянием грибковых
вани«ГтпТиТеН"С деРевяннь,х конструкций путем склеи-
ямн еМеНТ0В ВОДОСТОЙК,1МИ полимерными кле-
«с гХниемУШЛпУЛПРеД0ТВраЩаеТ к0Р°бление. Для
тиками- огнестойкое?? „аС"НЫ ее лРопи™вают антисеп-
пов. сть повышак>т применением антипире-
2- СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
волокон^котораяасодарвд“°0бо^деннУю °т коры ™ань
4в8 р тся в стволе дерева. Ствол де-
рева состоит из клеток ’рТзи^юТо^у"'’^-
^стушем дереве, аСДВД°Хла (видимую невооружен-
ХмНгУлазТиТРч^лупу) можно рассмотреть на трех
Кора состоит из наружной ко р расту-
атмосферного углекислого газа и воды под действием
солнечного света образуется глюкоза, хорошо растворяю-
щаяся в воде. В растворенном виде глюкоза по внутрен-
ним каналам дерева поступает к растущим клеткам кам-
бия. В стенке клетки молекулы глюкозы соединяются
своими концами между собой:
-ОН-|-НО- —О—рн2о. ' _ \
В результате происходящей реакции поликонденсации
образуются кислородная связь (—О—) и молекула воды,
уходящая в сок дерева. Кислородная связь объединяет
кольца глюкозы в макромолекуле целлюлозы, состоящей
CHjOK снгои ск,ои
н он я ок я он
Следовательно, целлюлоза является природным ли-
нейным полимером, нитевидные цепи которого жестко
связаны (сшиты) гидроксильными связями. Это объясня-
ет отсутствие у древесины области высокоэластичного
состояния, возникающего при нагревании многих линей-
ных полимеров. Ежегодно в вегетативный период кам-
бии откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь
ствола в значительно большем объеме клетки древеси-
ны. Деление клеток камбиального слоя начинается вес-
463
ной и заканчивается осенью. Поэтому древесина ствола
состоит из ряда концентрнческидаодоаых колец. В свою
очередь каждое годовое кольцо включает внутренний
слой ранней (или весенней) древесины и внешний слой
поздней (или летней) древесины (рис. 12.2).
Древесина, образовавшаяся весной и в начале лета,
состоит из крупных тонкостенных клеток. Поздняя древе-
сина. образовавшаяся летом и в начале осени, состоит из 1
клеток меньшего размера и имеет более темный цвет,
большую плотность и прочность, чем ранняя древесина,
поэтому механическая прочность древесины возрастает -
при увеличении относительного содержания в ней позд-
ней древесины.
На поперечном разрезе ствола дерева йндны сердце-
вииа, ялро и заболонь (см. рис. 12.1). [Сердцевина — I
рыхлая первичная ткань, которая состоит из тонкостен-
ных клеток, имеет малую прочность и.легко загнивает.
Поэтому сердцевина не допускается в тонких досках И
брусках, предназначенных для растянутых и изгибаемых
элементов конструкций. Нежелательна сердцевина и в
ется"₽"иХ ИЗД1‘ЛИЙК'taK как °иа постепенно выкрашива-
„ “Л" с"елая древесина — внутренняя часть ство-
... tocIuaula" из омертвевших клеток. Ядро вы-
л лается темным цветом, так как стенки клеток древеси-
свой состав: у хвойных
ны ядра постепенно изменяют ____________ 7 _________
пород они пропитываются смолой, а у лиственных— ду-
бильными веществами. Движение влаги по этим клеткам
прекращается, поэтому древесина ядровой части ствола
обладает большей прочностью и стойкостью к загнива-
нию по сравнению с древесиной заболони.
Яаболонъ состоит из колец более молодой древесины,
окружающих ядро (или спелую древесину). По живым
клеткам заболони растущего дерева перемещается влага
с растворенными в ней питательными веществами. Дре-
весина заболони имеет большую влажность, легко загни-
вает вследствие значительной, усушки усиливает короби^
делят на: 1) яЭроеые, имеющие яд.
ВО и заболонь (дуб, ясень, платав, сосна, лиственница, I
келв и др )• 2) спелодревесные, имеющие спелую древе-
сину (она не отличается по цвету от заболони) изабо-Л
S (fell, пихта, осш,.>. ;1 - --.««име. у ко-
торыхотсутствует ядро и нельзя заметить существенной
различия между центральной и наружной частяйи дре--1
Лесины ствола (береза, клен, ольха, липа).
2. Микроструктура древесины
Микроструктура древесины — это строение древеси-
ны. видимое при значительном увеличении. Рассматри-
вая строение древесины под микроскопом, можно уви-
деть, что основную ее массу составляют клетки верете* 1
нообразной формы, вытянутые вдоль ствола (рис. 12.3).
Некоторое количество клеток вытянуто в горизонтальном
направлении, т. е. поперек основных клеток (клетки
сердцевинных лучей).
Клетки древесины классифицируют в зависимости от
выполняемых ими функций. Механическая, или опорная,^
ткань древесины — наиболее прочная й стойкая к загни-
ванию. В древесине хвойных пород опорную ткань обра-
зуют трахеиды поздней древесины. Древесина хвойных
пород состоит, главным образом, из трахеид, на их долю
приходится 90—95 % общего объема древесины (рис.
12.4). Опорная ткань в стволах лиственных пород состо-
ит из веретенообразных толстостенных клеток, называе-
мых «древесными волокнами».
Проводящие клетки — сосуды у лиственных пород и
трахеиды —у хвойных. Сосуды представляют собой тон-
костенные трубочки, расположенные вдоль ствола, диа-
0,04~0’3 мм- в растущем дереве по сосудам пе-
ред wается влага от корней к кроне. По распределению
лТю? и ЛП°ПереЧ"ОМ сечен,|и лиственные породы разде-
12 2 12 Ло“и'сосУднстые н рассеянно-сосудистые (рис.
так как ЛХ б°-’1ьш""ства хвойных пород сосудов нет,
хендь™УЮ,ЦУ'0 функцию У ни* выполняют тра-
скоп.1;еск1,х отверспГй.Ме>КДУ С°б°Й С помощь,° микро-
ствола ду^кленаХка «"ДНЫ "а попеРечном разрезе
дум, клена, бука я некоторых других лиственных
погод в виде узких радиальных полосок. На тангенщ,.
а л ьном разрезе ел вола сердцевинные лучи имеют вид тем.
ных штрихов. У хвойных пород они очень узки и видны 1
только под микроскопом. По отношению к объему вред
древесины хвойные породы содержат 5-10 %, а листвен-
ные 10—35% сердцевинных лучей. Древесина сравни-
тельно легко раскалывается по сердцевинным лучам; по
ним же проходят трещины, образующиеся при высыха.
нии лесных материалов.
Стенка клетки состоит из нескольких слоев, различав
ющихся по своему составу и толщине (рис. 12.5). Ваку,
оль 1 ограничена внутренним очень тонким слоем 2, пер-
вичные волокна (фибриллы) целлюлозы расположение1 I
нем примерно вдоль оси клетки. Второй слой 3 гораздо
толще внутреннего и состоит из множества пучков фиб-
рилл целлюлозы, расположенных по спирали. В меж-
фибрилльном пространстве находится немного лигнина.
В среднем слое 4 фибриллы целлюлозы расположены бо-
лее или менее правильно, покрывая витками предыдущий
слой. В межфибрилльиом пространстве расположен лиг-
вин. Следующий слой 5 состоит из переплетающихся.'
между собой фибрилл целлюлозы. Межклеточный эле.
мент 6 не содержит целлюлозы. Он субмикроскопической ।
толщины и при делении клетки сначала образуется как
разделительная стенка между вновь возникающими клет- I
ками, состоящая из протопектина совместно с лигнином. I
следовательно, стенка клетки представляет собой при-
родный слоистый микрокомпознт. обеспечивающий высо-
кое сопротивление древесины растяжению и изгибу.
5 3. ОСНОВНЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ ПОРОДЫ
I. Хвойные породы
квасного 7^ЛР°ВаЯ .Порода- ядро у нее обычно буро- I
мягкая (плотнпгт 3дтпЛОёь желтого- Древесина сосны
рабатывается Так 540 Kr/M’> и "Р°™а". легк° °6' '
шая иа возвышенных м~™аЯ *руяовая’ сосиа' Расту’
почвах имеет метХлп- ' песчаных и супесчаных
ину. У «ияндовой^™ 1Нуга ПЛОТ||УЮ смолистую древе-
вистых почвах доеарги,’,"4, растущей на низменных гли-
1»кой заболонью и поэтому Руп"ослойная. рыхлая, с ши-
Ель применяют в стопн^Т’ чем у *РУД°ВОЙ» “сны.
4„ Роительстве наравне с сосной,
глсне Ель имеет спелую
Тучков ель трудно'^^‘‘Р^новато-бурого цвета ее
Лиственница имеет ядр р отл11чается от ядра^
НО ценится в т шпалы, рудничные стоики,
строении; из нее йаг0™"ля^ “ древесину, ее механиче-
ск„ж:г=^ в -
отделк^ме^ел^—-МвТм^е^дешч)ативной фанеры.^
ляных“ходоПв° Jlenco загнивает поэтому ее не применяют
во влажных условиях эксплуатации.
Дуб имеет плотную (около 720 кг/м’), очень прочную
н твердую древесину. Ядро темно-бурого цвета, резкоот
личается от желтоватой заболони. Многочисленные кру
ные сердцевинные лучи видны на всех разрезах и прида
ют древесине дуба своеобразную текстуру. Дуб применя-
ют в ответственных конструкциях (шпонки, нагели
и т. и.) в гидротехнических сооружениях, мостостроении.
Дубовый паркет, мебель, столярные изделия, ножевая
фанера для столярно-отделочных работ — характерные
области применения дуба.. Особенно ценится мореный
дуб черного или темно-серого цвета.
Ясень имеет тяжелую (660—740 кг/м3), гибкую и вяз-
кую, но менее прочную древесину, чем древесина дуба.
Благодаря красивой текстуре ценится в мебельном про-
изводстве и столярно-отделочных работах.
Ильмовые породы (ильм, вяз, карагач) имеют проч-
ную, твердую и гибкую древесину. Большей частью их
используют в столярном производстве для изготовления
мебели и строганой фанеры.
Береза — заболонная порода, распространенная в на-
ших лесах, имеет тяжелую (около 650 кг/м3) древесину
которая относительно легко загнивает в сырых и плохо
вентилируемых местах. В больших количествах березу
используют для изготовления файеры, в качестве столяр'
пых изделий и отделочных материалов (ее легко имити-
ровать под ценные породы). Для отделочных работ осо-
бую ценность представляет карельская береза со своеоб-
разной извилистой и узловатой текстурой
1 Бик — спелодревесная порода, ее древесина (белая с
красноватым оттенком) тяжелая (около 650 кг/м’) й
твердая, легко раскалывается. Древесина бука, как и
древесина березы, относительно легко загнивает. При-
меняют для производства паркета, мебели, фанеры.
Граб имеет древесину, похожую на буковую, но бо-
лее тяжелую. Используют для тех же целей, что и бук.
Осина — заболонная порода, широко распространен-
ная в наших лесах. Ее древесина — с зеленым оттенком,
легкая (420—500 кг/м3), мягкая, склонная к загниванию,
служит исходным сырьем для изготовления фанеры, дре-
весных плит.
Ольха — заболонная порода с мягкой древесиной,
склонной к загниванию. Используют в основном так, как
и березу.
Липа — спелодревесная мягкая порода, предназнача-
емая для изготовления фанеры, мебели, тары. _4|
| 4. СВОЙСТВА древесины
1. Физические свойства древесины
Истинная плотность древесины изменяется незначи-
тельно, так как древесина всех деревьев состоит в ос-
новном из одного и того же вещества — целлюлозы. В
связи с этим среднюю плотность древесины можно при-
нять равной 1,54 г/см3. Плотность древесины разных по-
род и даже древесины одной и той же породы колеблет-
ся в весьма широких пределах, поскольку строение и по-
ристость растущего дерева зависят от почвы, климата и
других природных условий. С увеличением влажности
плотность древесины возрастает. Свежесрубленная дре-
весина значительно тяжелее древесины воздушно-сухой,
имеющей влажность 15 % (табл. 12.1),
ияг.„а“и0"ь, Bbll,alKa,0J обычно в % по отношению к
пичеекчю ^?евесины' в лревесине различают гигроско-
пическую влагу, связанную в стенках клеток, и капил-
лярную влагу, которая свободно заполняет полости кле-
СреДН“ыШ°еН
составляет около 30%) соответствует полному
стенок клеток древесины водой. Полная влажность
древесины^ (считаяГигроскопическую и.папиллярную
влагу) может значительно превышать 30%. Например,
влажность свежесрубленного дерева может колебаться
от 40 до 120 %, а при выдерживании древесины в воде ее
влажность может возрасти до 200 %. При длительном
нахождении влажной древесины на воздухе она постепен-
но высыхает и достигает равновесной влажности.
Равновесная влажность зависит от температуры и от-
носительной влажности окружающего воздуха. Для оп-
ределения равновесной влажности пользуются номо-
граммой (рис. 12.6). Равновесная влажность комнатно-
сухой древесины составляет 8—12%. Влажность воз-
душно-сухой древесины после продолжительной сушки
на открытом воздухе составляет 15—18 %.
Показатели свойств (плотность, прочность), получен-
ные при испытании древесины различной влажности, для
возможности сопоставления приводят к стандартной
влажности, равной 12%. При необходимости численные
характеристики древесины (например, предел прочности)
пересчитывают к влажности 15 %.
Усушка, разбухание и коробление. Колебания влаж-
ности волокон древесины влекут за собой изменение раз-
меров и формы досок, брусьев и других изделий из дре-
весины. При увлажнении сухой древесины до достиже-
ния ею предела гигроскопичности стенки древесных кле-
ток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению
размеров и объема деревянных изделий. Как видно из
рис. 12.7, свободная влага, заполняющая полости клеток,
на размерах древесины не отражается. Усушка древеси-
ны происходит за счет удаления связанной влаги из сте-
нок клеток, т. е. если влажность древесины становится
меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает
максимального значения при полном удалении влаги, со-
держащейся в клеточных стенках.
®следств"е неоднородности строения древесина усы-
ВЛД, раЗЛ1,чных направлениях неодинаково (рис. 12.7).
J ствола (вдоль волокон) максимальная линей-
нГ?м! сравннте-,,ьно невелика-около 0,1 % (1 мм
* . ’• Рвдиальном направлении 3—6 % (3—6 см на
noH BJXeu.“."aib"OM~e~12'*> (6—12 см на 1 м).
"" ;"',J "|,<иелэ гигроскоим*-
2 характеризуется влажностью около
30 %) до воздушно-сухого’'°с™"вит примерно полови-
15—18 % влажности) усуш При высушивании ДО
ну своего максимальн а, влажности 8—10%).
чальной влажности; ай и оо — °
Степень усушки древесины характеризуется коэффи-
ц^оТоб^ной fey, ет^оТмулГ
1 % влажности с точностью до 0,01 % по формуле
В этой формуле среднее значение предела гигроско-
пичности древесины различных пород принято равным
30%. ,
Усушка и разбухание древесины вызывают коробле-
ние и растрескивание лесных материалов.
Коробление деревянных изделий (рис. 12.8) является
следствием разницы в усушке древесины в тангенциаль-
ном и радиальном направлениях и неравномерности вы-
сыхания. Неравномерность усушки и коробление вызыва-
иитпрнних напряжений в древесин*н ра.
ют появление внутр Р „ бревен. Широкие доск
трескпванпе палом Р^ ПОЭТОМу для настилки пол,
"^столярных изделий применяют доски шириной 104.
12 ПМ,Я предотвращения коробления и растрескивания
„«янных изделий используют древесину с той равно-
Я ГНОЙ влажностью, которая будет в условиях эксплуата-
ции Например, для столярных изделии влажность дре.
Shn не должна превышать 8-10%. а для наружных
®“"?рукций 15-18%. Чтобы защитить древесину от по-
следующего увлажнения, ее покрывают красками, лаком
" Округлом лесе и пиломатериалах трещины усушки (
образуются, в первую очередь, на торцах. Для уменьше- I
ния растрескивания торцы бревен, брусьев, досок обма-
зывают смесью >13 извести, соли и клея или другими со- 1
ставами.
Текстура—это рисунок древесины, зависящий от со- I
четания ее видимых элементов: годовых слоев, средне- J
винных лучей, сосудов. Цвет и текстура древесины ха-
рактерны для каждой породы дерева. Текстура дуба.чи- <
нары, бука, груши и некоторых других пород высоко це- |
нится в отделочных работах. Древесные породы тропнче- ]
ского пояса могут иметь своеобразные цвета, например
древесина эбенового дерева — черный, бакута — темно-
оливковый. Блеск древесины зависит от плотности и сте- 1
пени обработки. Блеск придается древесине путем поли-
рования и покрытия лаками. Древесина теряет блеск при I
загнивании. Запах древесины зависит от содержания в .
ней смолистых, эфирных и дубильных веществ. Напри-
мер, древесина лиственницы и сосны пахнет скипидаром.
Теплопроводность сухой древесины незначительна: .1
сосны поперек волокон—0,17 Вт/(м-°С); вдоль воло- |
кон 0,34 Вт/(м-°С). Теплопроводность древесины зави-
сит от ее пористости, влажности и направления потока
теплоты. Теплозащитные свойства древесины широко ис-
пользуются в строительстве.
Электропроводность древесины зависит от ее влажно-
сти. Древесина, используемая для электрической провод-
ки (розетки, доски и т. п.), должна быть сухой. Электри-
ческое сопротивление сухой древесины в среднем состав-
ляет 75-10’ Ом-см, а сырой древесины —в десятки раз
меньше.
2. Механические свойства древесины
Прочность древесины определяют путем испытания
малых чистых (без видимых пороков) образцов древеси-
ны. Минимальное количество образцов для проведения
испытания вычисляют по формулам в зависимости от ко-
эффициента вариации изучаемого свойства.
Показатели прочности древесины должны быть пере-
I считаны на влажность 12 % (в случае необходимости —
I на влажность 15%). Как видно из рис. 12.9, прочность
I древесины понижается, когда ее влажность возрастает
I от 0 до 30 % (до предела гигроскопичности), при этом в
интервале влажности 8—20 % понижение прочности пря-
' мо пропорционально приросту влажности
После того как древесина достигла предела гигро-
скопичности (30%), дальнейшее увеличение влажности
не влияет на ее прочность (см. рис. 12.9), поэтому пре-
дел прочности образца с влажностью, равной и больше
предела гигроскопичности, пересчитывают к влажности
12 % по формуле
Прочность древесины характеризуется пределами ее
прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе,
скалывании. Кроме того, могут определяться условный
предел прочности при местном смятии и предел прочно-
сти при перерезании поперек волокон.
Прочность на сжатие определяют путем испытания
образцов, имеющих форму параллелепипеда с основани-
ем 20X20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм (рис.
12.10,а). Определяют пределы прочности древесины
вдоль и поперек волокон. Прочность древесины па сжа-
тие вдоль волокон в 4—6 раз больше ее прочности попе-
рек волокон. Например, предел прочности при сжатии
образцов воздушно-сухой сосны вдоль волокон около
100 МПа, а поперек волокон —20-25 МПа.
Прочность на изгиб определяют путем ”с"ы1а21’"
разцов по схеме, представленной на рис. 12.10,6. Предел
16-265 481
прочности древесины при растяжении вдоль волокон в
среднем в 2,5 раза превосходит соответствующий предел
прочности при сжатии. Удельная прочность древесины
при растяжении вдоль волокон (ЯР/р„,) примерно такая
же, как у высокопрочной стали и стеклопластика (тайл.
Следовательно, древесина по своей удельной прочнос-
ти конкурирует с современными конструкционными ма-
териалами. Однако использовать высокую прочностьдре-
весины не так легко, поскольку сучки, трещины и другие
пороки сильно снижают се механические свойства. В атом
отношении большие возможности дает применение дре-
весины в клееных деревянных конструкциях.
Прочность при статическом иогибе древесины очень
высокая: она примерно в 1,8 раза превышает прочность
при сжатии вдоль волокон и составляет около 70 % проч-
ности при растяжении, поэтому древесина (балки, па-
стилы п т. п.) чаще всего работает па изгиб. К тому же
дерево стойко к концентрации напряжений ввиду нали-
чия внутренних поверхностей раздела между волокнами.
Прочность древесины при скалывании имеет большое
значение при устройстве врубок, клеевых швов и т. и. в
деревянных конструкциях. Для определения предела
прочности при скалывании используют специальные об-
разцы п приспособления (рис. 12.10, а). Предел прочности
при скалывании вдоль волокон для основных древес-
ных пород составляет 6—13 МПа. а при скалывании по-
перек волокон в 3—4 раза выше. Кроме этих испытаний,
может определяться предел прочности древесины при пе-
ререзании поперек волокон.
Статическая твердость (рис 12.10,г) численно равна
нагрузке, которая необходима для вдавливания и обра-
4ва
„„ древесины половины металлического шарика радиу..]
сом 5 64 мм (при этом площадь отпечатка равна 1 См»).Я
Твердость древесины по торцу на 15-50% выше, чем в I
патиальном и тангенциальном направлениях. Мягкие по- I
поды (сосна, ель. пихта, ольха) имеют торцовую твер. I
лость 35—50 МПа, твердые породы (дуб, граб, береза, ]
ясень, лиственница и др.)—50—100 МПа, очень твердые ]
(кизил, самшит! —более 100 МПа. Твердые породы труд,
нее обрабатываются, но зато они обладают повышенном
износостойкостью и лучше удерживают шурупы. Опреде-
ляют также ударную твердость. Твердость древесины по-
нижается при увлажнении, в связи с этим статическуюЯ
и ударную твердость пересчитывают на влажность 12%.
Модуль упругости при статическом изгибе древе^
сивы влажностью Н7 определяют, нагружая образец, поД
кояшийся на двух опорах, двумя сосредоточенными си- 1
ламп. Модуль упругости образца с влажностью 8—20 % j
пересчитывают на влажность 12 % по формуле И
Пересчетный коэффициент а=0,01 на 1 % влажно-
сти
Модуль упругости образцов влажностью, равной или
большей предела гигроскопичности, пересчитывают к
влажности 12 % по формуле
Пересчетный коэффициент й1г для хвойных пород ра-
вен 1,25; для лиственных 1,12—1 3 “АР
ЮоЙТоООМПя"" воздУш«осУхой сосны и ели
~ «х ,"Па.
ный способ нагрева доевесины "РопаР"ва|1111-' - это удоб-
Особенностью древесины Являете вь1сУш"ван"я- j
рая ярче всего проявляется по Л ползучесть, кото-
следствие ползучести - пост лажных Условиях. Как
маний (прогибов, балок ®пе"ное Увеличение дефор-
" " I "₽" Длительном дейстВ₽и>м.СяаН"е Тве0ПЫХ КРЫШ
₽вне- Из таблицы видно, что чем
| ,0° ;1
сушивание же древесины на
1 % (в пределах изменения
влажности с 20 до 8 %) по-
вышает ее сопротивление
сжатию и изгибу на 4 %,
растяжению—на 1% (см.
рис. 12.9). Прочность древе-
сины в большой степени за-
висит от того, под каким уг-
лом к волокнам направлена
сила. Если принять за 100 %
предел прочности древеси-
ны вдоль волокон, то сопротивление сжатию поперек во-
локон составит 20—30%, а растяжению лишь 2—3 %
(рис. 12.11).
лоеаесины понижают ее прочность Порокам!
,К недостатки о^ных уч™ древесины,
С“",ГепХ'отания Дефектами называют пороки механи-
« коХроисхождения. возникающие в древесине в про-
четкого про, т ансПорТцрования. сортировки, штабе-
левки и’обработки.Ввиду наличия пороков прочность
X" inii доски не может быть оценена по результатам
испытания малых чистых образцов. Поэтому в отличие
от других материалов сорта лесоматериалов уставами!
вают не по прочности образцов, а на основании оценки
характера, размеров и количества пороков.
$ 5. ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ
Сучки — части ветвей, заключенные в древесине. Они
нарушают однородность строения древесины, вызывают
искривление волокон и затрудняют механическую обра-
ботку. По состоянию древесины различают сучки здоро-
вые. загнившие, гнилые и табачные. По степени сраста-
ния сучки могут быть сросшиеся, частично сросшиеся, а
несросшиеся н выпадающие несросшиеся. По взаимному Я
расположению выделяют три разновидности сучков: раз- I
бросанные, групповые и разветвленные (рис. 12.12). Кро-'1
ме того, сучки классифицируют по положению в сорти-
менте. форме разреза и степени зарастания. Стандарт I
устанавливает правила измерения сучков и других поро- "1
ков древесины. J н ।
пРвдстав-'111ют собой разрывы древесины I
лкоматепнз0" <Р"С 12 13)- °НИ "аРУша»т целостность 1
дмговеХть ЮТ "Х меха|1ическУ10 прочность и ;
пммеиныьЛ Л,"«ковые трещины-это радиально на- 1
«рдцев ы (пнс"*12 iVTn™ заболони’ отходящие от j
дереве ,, “е‘ чимютрь'®’’ °к" возника|от « растущем ‘
сыхаиин.^Простые метиковой?"™ ДереВВ П₽" еговы’
или двух трешии ПЯгтТ™' трещиН1‘‘ СОСТОЯТ из одной
"« а вдно^Х^1"^Хые^1Хо°яНХ ,орцах брев- ,
%OoX®pOe“"“ паосХих”' рвсп“““х 1
I
и имеют значительную протяженность по длине ствола
дерева (рис. 12.13,6). Трещины усушки, возникающие в
срубленном дереве по мере его высыхания, тоже направ-
лены по радиусу торцового среза (рис. 12.13, в). Они от-
личаются от метиковых и морозных трещин меньшей
глубиной и протяженностью (не более 1 м). Отлупные
трещины проходят между годичными слоями (рис.
12.13,с), возникая в растущем дереве, увеличиваются в
срубленном дереве при его высушивании.
' В зависимости от глубины различают трещины: не-
глубокие (глубиной не более ‘/п толщины изделия); глу-
бокие (более •/,<> толщины), но не имеющие второго вы-
487
о)
хода на боковую поверхность изделия; сквозные (имею-
щие два выхода на поверхность). Сомкнутые трещины
имеют ширину не более 0,2 мм, а разошедшиеся трещи-
ны — более 0,2 мм. По расположению в изделии трещины
могут быть боковыми, пластевыми, кромочными, торцо-
сложная кривизна (рис. 12.14,6), характеризующаяся
3. Пороки строения древесины
Сбежисгостк — это уменьшение диаметра круглых ле-
сочатериалов от толстого к тонкому концу, превышаю-
щее НООМаЛЬИЫЙ гб0Г пяпиий 1 ... .... t .. ..... л___
Наклон волокон — непараллельность волокон древе-
сины (рис. 12.15) продольной оси изделий (бревен,
досок, брусьев и т. п.). Наклон увеличивает прочность
древесины при раскалывании, но затрудняет ее механи-
ческую обработку и снижает прочность пиломатериалов
при растяжении и изгибе вследствие перерезания воло-
кон древесины (рис. 12.15,а).
шее нормальный сбег, равный 1 см на 1 м длины бревна, fl
Этот же порок наблюдается у необрезных пиломатериа- Я
лов в виде ненормального уменьшения ширины досок по В
^е»!;„ПЛеВиШаЮШСГ0 допУст,1мый предел. Сбежистость fl
iCvcaoBTHM^1^»» 1,₽И ₽аспнловке и лущении бревен, fl
в пиломатео^я 1CH“e Реального наклона волокон fl
прочХ"X, ^материалов “ и снижение fl
иия^ХТижЖ^’’' В Ш,Де ₽" Увеличе- -1
округлую и оебв_m ,аСТ1 ствола Дарена. Различают fl
пастиой формой потепечиоСлИСТ0СГЬ С0 звсздчато-ЛО- fll
12 И.о) Нарост-рез^е Се'1с1|,,я бРсв|‘а (рис. 5
•ош« различную форму и размены ”В°Ла’ Я
«жаленное крианзвойствол "₽°Л0Л''"°‘' оси бревен, обу- fl
ш V ой ствола дерева. Бывает простая и fl
Кпень- ненормальное утолщение поздней дреД
оо » ттовых стоял: свойственно наклонно стоящим
яскДвленныи деревьям (рис. 12.15.6). СИ.-,.ИП(П
яотннетое и in беспорядочное расположение волокон дре. 1
ре,-ииы чаше встречающееся у лиственных пород, прей-
мтчцественио в комлевой части ствола (рис. 12.15, в).
Завиток — местное резкое искривление годовых слоев '
под влиянием сучков и проростей.
Сердцевина — узкая центральная часть ствола, со-
стоящая из рыхлой древесной ткани: попадая в деревян- Я
ные изделия, усиливает их растрескивание Двойная Я
сердцевина в виде двух сердцевин со своими системами 51
годовых слоев увеличивает отходы при обработке дре-
весины, усиливает ее растрескивание (рис. 12 15,г).
Пасынок — отмершая вторая вершина или толстый .
сук. пронизывающие ствол под острым углом к его про-
дольной оси. Ухудшает однородность и механические
свойства древесины.
Водослой — это участки ядра пли заболони с ненор-
калькой темной окраской, возникающие в растущем де- Л
реве вследствие повышенной влажности этих участков. ЯI
Этот порок нередко является причиной растрескивания н т)
гниения древесины, снижения ударной вязкости при из- 1
Прорость в виде обросшего древесиной участка по- Я
верхности ствола с омертвевшими тканями й отходящая 1
от него радиальная трещина возникает в растущем де- (Я
реве при зарастании повреждений. Рак-рана, возника- 1
ц'ЛПвпе
МЗНИкает « t Г₽!‘бК0В " бакт«Р"Й- СухобоКОСТьЯ
Гт р ) „»«««’ ПОВ₽е?еен"Г| 'заруба, ожога, ушиба 1 j
”> Зи^ч",Р0к2у«яЯДТПк0бОЙ омеР™®вший участок ство-
НЫЙ смолой- nni<rvu.T0K дРевес|,"ы- обильно пропитан- I
жает утарщю вязк^,0ЛЬК0 ХВО''НЫМ п°Р°Дам- Он <*>*•
ет отделку - лакировку И В°80пРоа"“аамость. затрудни- J
виде поляки з«КннойРсм*У'а М0ЛЯ',0Й каРмашек 8 J
них пород, чаще всего v Л см°лоП. встречается у хвой- 1
ле*1ке •'склсйне^ревесины Г' П₽епя™^ лицевой от-
п ' ‘Ручается у хвой- 1
препятствует лицевой от- J
ические окраски и грибные поражения
Ре^.1ыат2Схимическ||х0иНбио1ОТ “ с₽убленнои j
биохимических процес-
на физико-ме-
весины, но могут портить
внешний вид облицовоч-
Ядровая гниль, развивающаяся в растущем дереве
под действием дереворазрушающнх грибов, существенно
снижает механические свойства в сортность древесины.
Наружная трухлявая гниль возникает вследствие пора-
жения древесины дсреворазрушаюшими грибами; на по-
верхности пораженной древесины наблюдаются тяжи
грибницы и плодовые тела, при этом пораженная древе-
сина распадается на части и растирается в порошок (рис.
12.16). Процесс разрушения может развиваться не толь-
ко в сырой, но и в относительно сухой древесине. Этот
вид гнили резко снижает механические свойства древеси-
ны вплоть до полной ее непригодности. Такие пороки,
как плесень, грибные окраски (побурение заболони), ма-
ло изменяют прочность
древесины.
глубокую — проникающую
воточину: 1) поверхност-
ную — проникающую в
древесину не более чем на
Q .... 10 17\ • 0\ ид.
ную — выходящую на две
противоположные сторо-
ны материала.
Червоточиной называ-
ют ходы и отверстия, про-
круглых лесоматериалах и
нс более чем на 5 мм — в
Инородные включения-это присутствующие в дре. I
веские посторонние тела недревесного происхождении
и г. II.). Подооные ночевия
трудняют обработку древесины и могут быть причиной "Я
“‘механические повреждения (заруб, запил, скол, вы- Ч
рыв и т п.) являются следствием небрежного или иеуме- ЯМ
лого применения механизмов и инструментов при обра-
ботке древесины. Они не только снижают мсхлипческуюЯй
прочность, но и затрудняют использование лесоматериа-
лов по назначению.
Покоробленность — это искривление пиломатериалами
возникающее при распиловке, сушке и хранении. Разли-^И
чают простую, сложную покоробленность и Крылова-
гость. Поскольку покоробленность изменяет форму пило- Ч
материалов, то она затрудняет их обработку и использо-1 Л
ванне по назначению.
; в. долговечность древесины
и СПОСОБЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ
I. Физическая и химическая стойкость
древесины
Долговечность древесины различных пород в воздуш- I
в*та&1 °1°24ЫХ УСЛОВНЯХ эксплУатаиии охарактеризована
В сухих условиях и при надлежащем проветривании
древесина сохраняется долго (деревянные изделия, на-
ходившиеся в ппрамидах-усыпалышцах египетских фара-
онов, сохранились до наших дней). Столь же долговечна
древесина, постоянно находившаяся в воде без доступа
еоздуха. Известны случаи сохранения подводных частей
свай' мостов, построенных древними римлянами. По-
переменное увлажнение и высыхание деревянных эле-
ментов создает благоприятную среду для гниения древе-
сины. На древесину влияет и химический состав воды. В
морской поде древесина сохраняется хуже, чем в речной.
В строительстве гидротехнических сооружений применя-
ют в основном сосну, обладающую стабильной долговеч-
ностью в воздушных и водных условиях эксплуатации.
Дуб и лиственницу используют в конструкциях, которые
должны быть прочными II стойкими против гниения. В
лесоматериалах для гидротехнических сооружений не до-
пускается гнили. Древесина капитальных сооружений
для предохранения от гниения и повреждения древоточ-
цами должна быть антисеитирована.
Химическая стойкость древесины к действию кислот и
щелочей неодинакова для различных древесных порол.
Разрушение древесины зависит от концентрации и дли-
тельности воздействия растворов. Слабо диссоциирован-
ные кислоты (уксусная, молочная и т. п.) не разрушают
древесину, так же как и слабощелочные растворы. Силь-
ные кислоты (серная, фосфорная и т. п.) дегидратируют
древесину, вызывая явление, подобное обугливанию.
2, Причины гниения древесины
и способы ее защиты
Гниение — разложение целлюлозы древесины вследст-
вие деятельности дереворазрушающнх грибов и микроор-
ганизмов. Поражающие древесину грибы весьма разно-
образны. Если плесень почти не изменяет механические
свойства древесины и ее влияние ограничивается прида-
нием древесине цветной окраски, ухудшающей внешний
вид. дереворазрушающие грибы могут сильно понизить
качество древесины или сделать се непригодной. Пита-
тельной средой для дереворазрушающнх грибов является
растворимый сахар (глюкоза), являющийся продуктом
разлагаемой ими целлюлозы. При содействии фермента,
выделяемого грибом, нерастворимая в воде целлюлоза
пиратируется и переходит в растворит..
"ЮК03У (^”+яН«°~Л(5й!Й’'
В теле гриба глюкоза окисляется кислородом возду. j
обпазуя углекислый газ и воду. Следовательно, для
жизнедеятельности гриба необходимы влага и кислород.»
воздуха вот почему легко загнивает древесина, находя- Т
шаяся в условиях переменной влажности (столбы, сваи
Нтп). Споры различных грибов почти всегда имеются I
на дереве оставаясь пассивными до тех пор. пока не на- 3
ступят благоприятные условия. Гниение дерева развива- У
стся при влажности более 18—20%, хотя споры сохра- у
ияют жизнеспособность и в сухой древесине При доста- J
точной влажности и положительной температуре споры
прорастают и появляется грибница, сначала в виде вато- Я
образного образования, а затем в виде плотного тела на
поверхности материала (то, что обычно называют грн- 1
бои). Плодовые тела выделяют огромное количество .J
спор, которые переносятся ветром и насекомыми и явля- 1
ются основным источником заражения древесины.
Различают лесные, складские к домовые грибы. ’Я
Лесные грибы поражают растущее дерево и редко ветре- I
чаются в лесоматериалах, так как зараженные части 1
(таила отделяются при сортировке леса. Складские гри-
бы паразитируют на срубленной древесине в лесу или на
складах, пока древесина еще сохраняет свои соки. Кчис-
грибов. вызывающих гниль, отно- I
сятся гриб складской, встречающийся в штабелях бревен ,5
и пиломатериалов, а также гриб столбовой (или шпаль- I
ный). Домовые грибы поражают не только деревянные
конструкции, но и органические строительные материалы
и древесно-стружечные плиты,
ta Z " Т' П )' На"б“'1се опасными из домовых грн- I
Г^б П,п71» "а,С10ЯШ|,Й ДОМОВЫЙ гриб, бСЛЫЙ ДОМОВЫЙ I
жаю, доев “МООЫЙВ 1Р"6 н ДР- Эти грибы пора- I
(рис. 12*18) у КаК XBOfi'lux( таи И лиственных пород
cMAa"™%S^^ ГНИеВ|,я своей целью I
аоразрушаюии х м,иК„?Гп₽',ЯТ'’ых для Развития дере- ’
при определенной влажипИ?С1<0Л‘’‘<У грибы развиваются
Доторащсвия в ™ основ»“« средством пре-
ВЫХ конструкций нахотяп СЯ пР”МС|,е““е для деревян-
Рукций, находящихся на воздухе, сухой дре-
весины и предохранение ее в дальнейшем от увлажне-
ния Достигается это прокладкой гидроизоляции между
деревянными элементами и другими частями здания, ис-
создание условий для естественной вентиляции, обеспечи-
вающей постоянное проветривание деревянных конструк-
ций и предотвращающей накопление влаги в древесине.
Однако нельзя предохранить древесину от увлажнения,
когда деревянная конструкция или ее часть подвер-
гается в процессе эксплуатации систематическому попе-
ременному увлажнению и высыханию. В этих условиях
основным способом борьбы с гниением является химиче-
ский — введение в древесину антисептиков (веществ,
ядовитых для грибов).
Антисептики, обладая токсичностью по отношению к
грибам, должны быть безвредными для людей и живот-
ных. Применяют антисептики, не понижающие прочности
древесины и не вызывающие коррозии металлических
креплений. Кроме того, антисептики должны сохраняться
в условиях эксплуатации. Для воздушных условии обыч-
но применяют антисептики, растворимые в воде. Антнсеп-
тиоование деревянных элементов, подвергающихся дейст-
вию воды (шпалы, столбы, сваи и т. п ). осуществляют
иерастворяющимнея маслянистыми веществами ____
"водорастворимые антисептики — неорганические
некоторые органические - применяют в виде водных
растворов и антисептических паст. К этой группе анти
септиков относятся соли и водорастворимые iсм°л“-
Фторид натрия NaF технический-белый порошок
без запаха, не изменяющий цвет древесины, рабочая
шгаеитрапн* р.п .- <п,депввм
16 -18 С составляет 4.0 %- Обладает высокой токепч. 1
,.Л-,ЬЮ по отношению к дефевораетущнм грибам н пасе. Я
комым, часто используют в комбинации с другими анти- Я
лтт. хамя При соединении с известью, цементом фторц. 3
натрия переходит в нерастворимый фторид кальция и те- '
металл. Является одним из лучших антисептиков для
itiu.1.1. l.'1'спчит. х лек™. опор МОСТОВ.
1иого раствора, а также а составе ант,. епгнческиг^И
Препараты ХХЦ (смесь хлорида цинка 1 мгрневого^И
а калиевою хромпика) и MX ХЦ (смесь хлорида цнн-
хромпика н медного купороса) трудно ‘ымываютед J#
ЩЙ. но окрашивают древесину в желто-зеленый цвет к \ ]
1ыазют коррозию черных металлов, л :. • больших Ж
концектрзциях несколько снижают прочность юевесииы
ОрпмкччптА.ракп,- -.репорты типа ПЛ (раствори •
веитахлорфен.хи в легких нефтепродуктах)—высокотая-Л
сачаые антисептики, хорошо проникающие а древесину
Высокого...КЮО..- нч-н.-.-птьки, содержащие арсенаты
металл,ж. в виде жидкостей н пает хорошо ...ицищают
” «птппання. не ухудшая ее свойства и не
тал» а-’""н’1’ "» металл и веские»-
препаратов по-
^тюдорастаопаштп-<н,прнмер. фторид натрия)
мЖ1»*р) °₽r“"w,roro «нтисептнка (динн/
во»шм?""".“^,а"'""пг|,а" не растворяются в воде,
лящейеч открыт^Х*°е"7м1еИ'.' ДреВе<:"н“- "ах°-
«ость антисептиков этой гпеп'Л JeM1e т°хс'14-
в и„ фенола и LWn^.±"?_B-1HaaeTC" "ал'"
Я маслах, получаема. .........
'««уго.3Ь.юго дегтя которыТяД™' "С|'е,’,6оГ-
«• процесса коксования Дм """ МН"“ *’
рацпювог ИДУЛО _ ПП1 МЧ*ННОГО угля.
«"гтя (при 270-410^1 каменно-
специфичным пе.хии ' к1,льно токсичен, об-
**** «сзо п^ме“.^"\““- ,е*""-в>рого иве-
наР«»"ес антраценовым
ми. приобретает темный цвет, имеет резкий фенольный
лапах, не поддастся окраске, увеличивает горючесть, поэ-
тому эти антисептики не применяют для консервации де-
ревянных конструкций и деталей, находящихся внутри
ьилых помещений.
р.к-творнмого антисептика, связующего вещества, обес-
печивающего прилипание пасты к поверхности древеси-
ны. н наполнителя —торфяного порошка.
fiuri/.чноч шито изготовляется путем добавления в
верителя), фторида натрия и торфяного порошка. Состав
перемешивают до получения однородной смеси. Битум-
ные пасты водостойки, торфяной порошок (вводимый в
количестве 5—10%) облегчает диффузию фторида нат-
рия из битуминозного связующего в древесину.
Си.шкатная паста получается из кремнефторида нат-
рия (15—20%). жидкого стекла (около 72%). воды и
добавки каменноугольного масла, придающей отвердев-
шей пасте эластичность. ёЪз паста, как и экстрактовая,
не горюча, но и не водостойка.
Экстрактовая паста содержит фторид натрия (25—
40%). экстракт сульфитных щелоков (26—28%). поду
(30—40%) и торфяной порошок. После нанесения на де-
ревянный элемент пасту надо покрывать гидронзоляцн-
Антисептические пасты применяют как обмазки для
защиты от гниения деревянных конструкций при повы-
шенной влажности воздуха, а также для элементов, на-
ходящихся в грунтах с переменной влажностью. Пасту,
нанесенную на поверхность столбов или других элемен-
тов. соприкасающихся с землей, защищают гидроизоля-
цией (голем, рубероидом и т. п ). Те места деревянной
конструкции, которые повреждены дереворазрушающимн
грибами или насекомыми, обрабатывают сильнодейству-
ющими антисептиками. Древесину, пораженную гнилью,
удаляют и сжигают во избежание заражения здоровой
древесины.
нэ может подвергаться стерилизации путем W
« ДГ',шГ тчШнСо-60 (кобальта) по определенному |
облучения лучам ь' |онных методов возможно»
^ТоУпп«₽с?ро“ м «блюденик правил охраны труда. 7
^Лп.пенствованяе установок тли стерв . т шт древе--
Усовершевств ва > Ю0°С), который вызывает Л
X гпХ иХком^. поможет сохранит,. кревяп- Л
ХиТтрукции. находящиеся в эксплуатации.
Способы антисептнрования древесины применяют .^И
„.„"„мости от тина н условий службы констрз кипи. По-
Хостнич обработка производится водными раствора-
ми антисептиков, которые наносят на поверхность дере- И
«явных элементов кистями пли распылителями за 2- '.Я
3 раза. Глубина пропитки древесины составляет в этом -X
случае I —2 мм.
Пропитка в горяче-холодных ваннах осуществляется ЯВ
в опредезенной последовательности: сначала подсушен- jk
ную древесину погружают в горячий антисептик (90— Л
95‘С > и выдерживают в нем несколько часов. За это
время древесина нагревается и воздух, находящийся в ее
порах, частично удаляется. Затем деревянные элементы JK
переносят в ванну с холодным антисептиком (20—40°С). I
При охлаждении воздух в порах сжимается и под дейст-
вием создающегося вакуума антисептик засасывается в
древесину. Для пропитки применяют водорастворимые и
маслянистые антисептики. Способ горяче-холодных ванн
позволяет пропитать древесину сосны на всю толщину
заболони (рис. 12.19).
Пропитка под давлением производится в автоклавах. лИ
Материал загружают в автоклав, который герметически (Д
закрывают. Сначала в автоклаве создается вакуум, ма-
териал выдерживают до удаления воздуха из древесины.
Затем автоклав заполняют подогретым антисептиком и С
повышают давление в нем до 0,6—0,8 МПа. после чего
давление снижают до нормального, выпускают остав-
шийся антисептик и выгружают из автоклава антисепти-
материал. Этим способом обрабатывают дере-
с зехлей, бетоном
. !'ро"‘"ка • высокотемпературной ванне (оазоаботана
мтк1 Фы^1г!“,оим) овъел1"'"ег ироиессы сушки и про-
«bJux поопТ^С'",Ы- М"'Р««пы из хвойных пли лист-
«“"“i (^вХеш"°' “ ва'"'у с каменноугольным
(пли другим равноценным антисептиком), нагре-
тым до температуры 160—170°С, при которой из древе-
сины быстро удаляются влага (в виде пара) и воздух.
Эго значительно облегчает проникание антисептика в
древесину при погружении ее в ванну с температурой
антисептика около 100 °C. Сушка древесины в высоко
аттпной жидкой среде позволяет избежать ТЕ® I
ш," а доб!.ться полкой стерилизации древесины. М
Диффузионная пропитка заключается в том, что во.
дооастаоримый антисептик, содержащийся в антисепт*.\Я
ческой пасте, постепенно растворяется и пропитываем
лоевссину вследствие медленного диффузионного пере-
мещения (рис. 12.20). Части деревянных пструкций,
подвергающиеся периодическому увлажнению (концы
теревянных балок н прогонов, опорные части ферм
я т п.) покрывают слоем битумной, силикатной илн эк-
страктовой пасты, содержащей NaF, Na2SiF6 и т. п.
3. Защита древесины от возгорания
Существенным недостатком древесных материал®?
является их легкая воспламеняемость. Температура вос-
пламенения древесины (соответствующая вспышке горю-
чих газов) 250—ЗОО’С в зависимости от породы дерева.
Продукты деструкции древесины, образующиеся при на-
гревании ее после удаления влаги, горят, начиная с тем-
пературы 170°C. Интенсивное же выделение горючих
газов происходит при 280°С. Однако длительный нагрев
древесины (от печей, дымоходов и т. д.) при более низ-
ких температурах (120—150вС) тоже может быть опасен
вследствие постепенного обугливания древесины с обра-
кованием самовоспламеняющегося угля. При температу-
ре выше 350 С г.ны, выделяющиеся из древесины, вос-
пламеняются даже при отсутствии открытого пламени.
для предупреждения возгорания деревянных элемеи-
У^1,Си.21\"Р‘ч)матр"аатьс00тветствУюигис копструк-
1 1ЯТЬ дерево от источников
1 °CTpi"IB;'"’ разделки на несгораемых мате-
, ст Л "рп""а " т скрывать деревянные
Гнала (.ХтЛпДеП’,ОПровол''ого минерального мате-
предохванея т. пористой штукатуркой и т. п.). Для
.... ть Дсре1>ЯШ|ЫХ конст-
.............................- состава-
типпрснамп. Г||езащитнымн веществами — ан-
свягующётю вешссгнт <С?Ч1,Ь1С с01,авы изготовляют из
Теля (кваХТгГ™ .“'Г Ж"ВИ1,СТ“Л’). "аполни-
езойкого пигмента (охры мум ш ' “т Г"7"п ’ " щелоче‘
дейетвне окраски проявлятя » ё 1 Огнезащитное
6м Р ляется в том. что при пожаре
лвет оютея н прорывают красочное покрытие, то их вос-
пдаменение происходит на некотором расстоянии от по-
®еРЗащ™нгеРдействне одни^антипиренов основано на
том что при пожаре они плавятся и древесина порыва-
ется пленкой, затрудняющей доступ кислорода. Защит-
ное действие других антипиренов состоит в том, что при
нагревании они выделяют негорючие газы, снижающие
концентрацию кислорода в газовой среде возле конст-
рукции. д-Я
Антипиренами являются фосфорно-кислые и серно-
кислые соли аммония. Сульфат аммония при нагревания
диссоциирует: (NH4)2SO<->2NHa+.H2SQ<. Образовав-
шаяся сильная кислота дегидратирует поверхностный
слой древесины, который защищает внутреннюю необуг-
ленную древесину от сильного нагрева. Бура — борно-на-
триевая соль Na2B40z-ЮН2О, при нагревании выделяет
пары воды и плавится, образуя пленку на поверхности
конструктивного элемента. Растворы антипиренов приме-
няют для поверхностной обработки и пропитки древеси-
ны, их используют для повышения огнестойкости древес-
ных материалов и изделий.
§ 7. СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
Сушка не только повышает прочность древесины:
при проведении соответствующих конструктивных и за-
щитных мероприятий против гниения сушка обеспечивает
ее длительную сохранность. Сушка может быть есте-
ственной (на складах) или искусственной, осуществляе-
мой в сушилах, горячих жидкостях или в поле токов вы-
сокой частоты. Для высушивания древесных материалов
нужно создать условии для испарения влаги с поверхно-
сти материала и ее быстрого передвижения изнутри к по-
верхности изделия. -
Естественная (или воздушная) сушка происходит на
Г'у'адах лесоматериалов. Склад устраивают на ровной
“•““«лкс. расположенной на сухом возвышенном месте и
оборудованной водостоками. Доски укладывают в штабе-
ля на некотором расстоянии друг от друга для создания
.гпнпй вентиляции и защищают от дождя навесом,
л «1 располагают с наклоном и покрывают гид.
".иным материалом. Для лредотвр - пения быстро.
' и растрескивания торцы досок и бревен
жидким составом из извести. клея, пова-
Цтабеля лесоматериалов p.i’мещакяй ца
1зя направление господствующего ветра,
2—2.5 м они! от другого; прслусматрн-
тоебует специального оборудования. однако она осуще.
ствляется медленно, кроме того завиин <>i погоды. Та-!
кая сушка возможна только в определенное время года,
В зависимости от породы дерева и толщины естествен*]
пая сушка лосок занимает от 2-3 мес до 1 — 1.5 лет.
Воздушно-сухую древесину получают с минимальной
влажностью 15 %.
Искусственная сушка происходит во много раз быст-
рее и позволяет высушить древесину до 6—10 %-ной
влажности.
Сушила бывают непрерывного и периодического деЙ®
ствия. с естественной и принудительной циркуляцией
воздуха, теплоносителем в сушилах являются водяной
пар и нагретый воздух. В начале процесса сушки древе-
сину пригревают на всю толщину паром пли влажным
i-Miw.u С температурой 70—80°С. Это позволяет избе-
жать больших градиентов температуры по толщине ма-
териала но время последующей интенсивной сушки, осу-
“сТриП™ СУХИМ ”°ЭЛУХ0М С Тем"ер”
Наиболее Про1ивод|<тсл1>ны и экономичны автомаш-
действия с мехашни-
л»п < 1 Й.""ГеУ’,“‘" " ₽мг₽У3|(0в лесоматериалов. В сто-
тик лп..Г "”М "Р""""»1111”-' нередко применяют
X”г. , с,”лать м"'к"п |)сж,,н сушк" »
«отжать растргскнвання дпсвесини
ТО. Дрезины I a m. м / ДЛЯ Су,’,К” Т0НК,,Х СОрТИМвИ-
конгакгнию сошки пплГ’ |ипо”а* Фанеры) используют
I »д. ИСКИ
Скоростная сушка дре-
^“вЛго^Ж
полатум — побочный Про-
дукт депарафинизации не-
фтяных масел, состоящий
из углеводородов и их
производных; в воде не
растворяетсся и с водой
не смешивается. При на-
греве переходит в состоя-
ние подвижной жидкости.
Сушка осуществляется пу-
тем погружения пакета
деревянных изделий в ван-
ну с нагретым до 130 °C
петролатумом. Из погру-
женной древесины быстро
удаляется в атмосферу
влага в виде пара. Одно-
временно древесина про-
питывается петролатумом
на глубину около 2 мм,
при этом расход петрола-
тума на 1 м3 древесины
составляет 8—20 кг. Цен-
но то, что при сушке в
петролатуме древесина не
коробится и не растрески-
Сушка древесины то-
ками высокой частоты
впервые разработана в
нашей стране, она основа-
на на превращении пере-
менного электрического
поля высокой частоты в
тепловую энергию, вызы-
вающую нагрев древеси-
ны. Деревянные элементы
помещают между сетча-
тыми электродами, к ко-
торым от генератора проведен ток высокой часто-
(рнс. 12.22). Древесина быстро и равномерно
503
„теиается Поскольку поверхность материала HMeefl
to,м низкую температуру вследствие испарения в.тагиЯ
яшаяся в древесине влага интенсивно перемещав
”,7X7" материала наружу. Это да. г .юзможнодЯ
высушивать древесину очень бистро, не ..пселясь еерас-Я
кивания и коробления. Такой вид сушка древесипыв
зпебгет значительного расхода электроэнергии, поэтому
„ „ют тля высококачественны, древесных мате-
риалов.
у В. ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
Круглые лесоматериалы — отрезки стволов деревьев
с обрубленными сучьями с корой или без коры. В зави-
нию бревна подразделяют на строительные и пиловоч-
Бревна строительные изготовляют преимущественно •
из сосны, лиственницы, кедра, реже из ели и дуба. Они
предназначены для несущих конструкций: свай, элемен-
тов свайных опор, пролетных строений мостов, гидротех-
нических сооружений, опор воздушных линий связи
и т. п. Длина бревен 3—6,5 м с градацией через 0,5 м. В
зависимости от качества древесины и дефектов обработ-
ки круглые лесоматериалы разделяют на четыре сорта.
В строительстве применяют преимущественно бревна
второго и третьего сортов. Пиловочные бревна из ство-
л',’" ^.."“2 " ЛНС1В1!“"Ы’1 пород используют для получе- _
ни/or, °сбра1'"''’ "||лои“’«Р«алов. Кряжи в виде тол-
шш»С,“',ла "реВа <-‘"аметР0м больше 200мм)
епиадк В Л.»Л“.Д'1Я луше||"я ° производстве фанеры и
H^TwHHote 4 Про",поктвс используют преиму-
Пнломатеп^ • "':’’‘овыс « Осиновые кряжи
пяловхи пп.тоиоЙйи бре’венЛ Боев"рололв"оГ' рас'
имеют толщ" ,у7(Ю “и " 'I”""’) (рис. 12.23). Доски
ци । опиленными кромками и необрезные, у
inn кромки "е пропилены. Бруски имеют толщину менее
НЮ мм, по в отличие от досок ширина брусков меньше их
трехкратной толщины. Брусья имеют ширину и толщину
более 100 мм. Их подразделяют на четырехканатиые
(опиленные с четырех сторон) и двухкантные (опилен-
ные с двух противоположных сторон по параллельным
плоскостям).
Пиломатериалы хвойных пород изготовляют длиной
‘-6,5 м с градацией через 0,25 м. Доски и бруски разде-
ри
т ..я пять сортов: отборный, первый - четвертый. В '
ляют на ляп Р ' |1епвый и второй сорта, п|
"f.XTcX-Bce сорта. Пиломптернзлы лиственны,
с„ " ^изготовляют из древесины твер u.,x и мягких пород
, ой 0™Х и с градацией через 0.5 м. и разделяю»,
от он сорта Шпалы изготовляют из сосны, ели. листвен-
«ны кадр». пихты " 6>'ка "> гсм об|'а"'".'’утлого ЙЯ
г. на'два пли четыре ханта Шпалы имеют длину 2.5—
$ 7 м для широкой колеи и 1,35-1.8 м - для узкий колен.
I. Полуфабрикаты к изделия из древесины
Строганые и шпунтовые доски и бруски имеют на од-
вой кромке шпунт, а на другой — гребень для плотного
„«„цепня элементов. Фрезерованные изделия: плинту-
сы и галтели применяют для заделки углов между сто-
вами и полом; поручи...аличннкн для обшивки двер-
ных и оконных коробок.
Паркет бывает обыкновенный (планочный) и щита.
вой Паркетные планки (дощечки) изготовляют из твер-
дых пород—луба. бука, ясеня н др. Щитовой паркет
1 которые на-
клеен паркет, набранный нз отдельных планок. Паркет-
ные доски состоят из реечного основания (которое по-
зволяет избежать коробления), на которое наклеены пар-
кетные планки. На кромках паркетных досок имеется
паз II гребень для плотного соединения при настилке по-
лз. Применение паркетных досок дает большие преиму-
щества по сравнению с штучным паркетом. Их изготов-
ляют заводским механизированным способом; устройство
чистого пола нз паркетных досок производится значи-
тельно быстрее.
Столярные изделия — оконные и дверные блоки с
вмонтированными в них оконными переплетами и двер-
ными полотнами, столярные перегородки и панели для
жилых и гражданских зданий. Оконные и дверные блоки
по тупают на строительство в полной готовности с наве-
Ш.Н.1ЫМ1, полотнами и створками, окрашенными и за-
е лтиными I lo.iupuue перегородки собирают на месте
в ku№mbU> ₽,6ОТ " ск|>епл,,к>г при помощи плинтусов
т»^и',.яю1,,’'₽1,ДаЛЯ ж"л“’ " ««Шественных зданий
сплошным ил„ пС±оИна'|К“"",'УЮ |>аМу- ^’полненную
ошниы или пустотным заполнением и облицованную С
обеих сторон шпоном, твердой лрепесно-волокииетой „„м.
той пл» фанерой. Сплошное заполнение дверей выполи'
„т из деревянных брусков, древесно-стружечных плот а
пустотное заполнение образуют из полосок файеры там
доЙ древесно-волокнистой плиты, бумажных сот н т ₽„'
Полотна дверей окрашивают масляной краской, эмалями
Х;Мрн’оХаТйЛРСВеСНИ1' П0РОД —
з. фанера и кровельные материалы
Фанера представляет собой листовой материал, скле-
енный из грех и более слоев лущеного шпона. Наруж-
ные слои шпона в фанере называют «рубашками» а внут-
ренние «серединками». Лицевая «рубашка- имеет меньше
пороков древесины (сучков и др.) и дефектов обра-
ботки,'чем оборотная < рубашка» и «серединки». При не-
четном числе слоев шпона уменьшается коробление фа-
неры. Обычно фанеру склеивают нз листов шпона, рас-
положенных так, чтобы волокна смежных листов шпона
были взаимно перпендикулярны (рис. 12.24). Однако в
диагональной фанере волокна «рубашек» направлены
под углом 45° к волокнам «серединок». Выпускают так-
же фанеру с направлением волокон шпона в соседних
слоях под углом 30 или 60°.
Лущеный шпон. Короткие (до 2 м) бревна пропари-
вают или выдерживают в бассейнах с горячей водой, !
чтобы придать древесине пластичность. Затем на лу-
щильных станках с поверхности бревна, вращающегося '
вокруг своей осп, снимается тонкая непрерывная струж-
ка—шпон; строганый шпон применяют только для про-
изводства декоративной фанеры. Клееную фанеру изго-
товляют нз березы, бука, ольхи, клена, ясеня, дуба, сос-
ны, ели, кедра, лиственницы. Пакеты шпона, набранные
по заданной схеме из определенным образом промазан-
ных клеем листов, поступают в гидравлический пресс,
плиты которого обогреваются паром. Отверждение поли-
мерного клея происходит при температуре 120—160°С и
удельном давлении прессования 1,4—2 МПа в течение
20-30 мин.
В зависимости от вида примененного клея и его водо-
стойкости различают файеру повышенной водостойкости
(марка ФСФ па фенолоформальдегидном клее), средней
водостойкости (марки ФК и ФБА соответственно на кар-
507
бамидном и альбумин-казеиновом клеях) и ограничен-
ной водостойкости (марка ФБ на казеиновом клее). I
По виду обработки поверхности фанера может быть
нешлифованной или шлифованной с одной или двух сто-
рон По числу слоев шпона различают трехслойную, пя-
тис.юйную и многослойную фанеру толщиной 1,5—18 мм
и размером листа до 2400X1525 мм. Фанеру марки ФСФ
применяют для обшивки наружных стен, кровельных ра-
бот. изготовления несущих и ограждающих конструкций,
а других марок —для устройства внутренних перегоро-
док и обшивки стен и потолков внутри помещений.
Бакелизированную фанеру получают из березового
лущеного шпона, пропитанного и склеенного фенолофор-
мальдегиднымн клеями. Бакелнзированная фанера име-
ет высокие конструктивные качества: ее предел прочнос-
ти при растяжении 60—80 МПа, при этом она почти так
же легка, как и древесина. Эта фанера обладает повы-
шенной водостойкостью, атмосферостойкостью и проч-
ностью. Ее применяют для изготовления легких конст-
руктивных элементов. Декоративную клееную фанеру из-
готовляют из березового, ольхового или липового шпона
и облицовывают с одной или двух сторон строганым
шпоном из ценных пород дерева (дуба, груши и т. п.) с
............
Р»тивную фанеру (марки ДФ) применяют ллГвиутрен-
...........................................,,,,,
п1*«"ыяют собой многослойные
'ЧЯ” "олимериыни клеями; их
Н^ныеш,?,’, П мм- Столярные лян™-это
реечные щиты, оклеенные с обеих сторон березовым или
другим 'Толщина плит 16-50 мм И. »
ктт для дверей, перегородок, встроенной мебелиП₽пмсня-
Древесно слоистые пластики - зт0 листы нЛи „л
изготовленные из лущеного шпона пппп..т.„„ " плиты.
"„„ого резольнымфено-тоформалнХным полимер'
Отличаются от фанеры большей плотностью ( 1
1,33 г/смО и обладают высоким,, механически
вами: предел прочности при растяжении н™ Й
.рубашки» 140-260 МПа, при нзгпбе
удельная ударная вязкость 3—8 МПа Эт7 „ МП •
Стойки к действию масел, растворителей. моющих
средств. Применяют в строительных конструкциях от к0
торых требуется химическая стойкость, немагнитвость
высокое сопротивление истиранию. "гность,
Кровельные материалы для временных зданий вы-
пускают следующих видов: стружку, дрань, плитки дере-
вянные и гонт. Материалы для кровель изготовляют из
осины, сосны, ели пихты. Стружку производят длиной
(вдоль волокна) 40—50 см, шириной 7—12 см и тотщн-
ной 0,3 см; дрань длиной 40—100 см, шириной 9-13 см
и толщиной 0,3—0,5 мм; гонг длиной 50—70 см, шириной
7—12 см и толщиной 1,5 см.
4. Сборные дома и клееные
деревянные конструкции
Дома заводского изготовления выпускают брусковые,
каркасно-щитовые и каркасно-обшивные. Для каркасно-
щитового дома каркас заполняют панелями из фиброли-
та или из древесно-волокнистых плит. Наружные стены
могут быть облицованы, например, асбоцементными
цветными плитами. В каркасно-обшивном доме каркас
собирают из брусьев (вертикальных стоек, нижней и
верхней обвязок). Каркас обшивают снаружи и внутри
обрезными досками, пространство между которыми за-
полняют теплоизоляционным материалом. Балки пола и
стропила, выполняемые из досок толщиной 50 мм, допол-
нительно укрепляют каркас. Дома заводского изготовле-
ния выпускают одно- и двухэтажными; их собирают на
строительной площадке из готовых элементов.
Деревянные клееные конструкции изготовляют в виде
крупноразмерных элементов путем склеивания сравни-
тельно небольших деревянных заготовок. Клееные дере-
вянные строительные конструкции отличаются меньшей
Ill
tKPinmaui mmlrn. мшний /№
на лмтах •^|||||| .Jy.
у^ЧР> /нпшническм
ПоПеска затяжка.
массой, большей прочностью, водостойкостью, меньшей
возгораемостью, чем обычные деревянные конструкции
Они почти не подвержены усушке и короблению и могут
изготовляться на водостойких клеях в виде балок, ферм,
арок. В клееных конструкциях слои древесины распола-
гают таким образом, чтобы ослабить влияние анизотроп-
ности древесины, а также уменьшить влияние трещин,
сучков, других пороков. Так как при их изготовлении ил
древесины удаляются слабые, имеющие пороки места,
заготовки склеиваются в наиболее выгодном положении.
Склеиванием деревянных заготовок из маломерного
по длине и сечению пиленого материала можно изгото-
вить дверные полотна, оконные и дверные короб-
ки, шиты для полов, а также крупные конструктивные;
элементы —балки, прогоны, фермы, рамы (рис. 12.25),
сваи, шпунты Применение клееных конструкций — один
нэ наиболее эффективных путей использования древеси-
ны в строительстве.
ЛЫ Ь,й₽аЛи"Ие И транспоРтиРование. Лесоматериа-
лы (круглый лес и пиломатериалы) принимают сложен-
========
и1изде!лияТЕПЛОИЗО',,ЯЦИО11НЫЕ мате₽илль|
§ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Теплоизоляционными называют неорганические и ор-
ганические малотеплопроводпые материалы, предназна-
ченные для тепловой изоляции строительных конструк-
ций, промышленного оборудования и трубопроводов^
Ускоренное развитие производства н применения таких
материалов необходимо для решения ключевой народно-
хозяйственной проблемы — экономии топливно-энергети-
ческих ресурсов в промышленных технологических про-
цессах, а также при эксплуатации зданий и сооружений.
С современном строительстве теплоизоляционные ма-
териалы и изделия занимают особо важное место. При-
менение эффективная теплоизоляционных материалов
позволяет укрупнить конструктивные элементы (панели
стен и покрытий, блоки нт.п.) и тем самым повысить
степень индустриализации строительства при одновре-
менном снижении массы зданий и сооружейпй-и сущест-
венном уменьшении материалоемкости строительства. В
полносборном домостроении широко применяют облег-
ченные крупные панели с утеплителем. Это дает возмож-
ность снизить массу здания и затраты топлива. В север-
ных районах нашей страны, где стоимость перевозки в
несколько раз превосходит стоимость материала, строят
здания из легких слоистых элементов, состоящих из на-
ружной прочной оболочки и внутреннего слоя пористого
утеплителя. На Севере особенно важно повысить тер.
инческое сопротивление наружных ограждений: количе- 3
ство топлива, расходуемое в течение 4—о лет на отопле- >
ние здания, почти равно массе его наружных стен. |
Теплоизоляционные материалы и изделия иодразде.-Ж
ляются па следующие группы: 1) по виду исходного'•9,
сырья а) неорганические, б) органические; 2) по струн. .
туре, форме и внешнему виду: а) неорганические, вклю-
чающие: штучные волокнистые изделия (мннераловат- ’
ные. стекловатные плиты и т. п.), штучные ячеистые
изделия (из ячеистых бетонов, пеностекла и т. п.), рулон-
ные и шнуровые материалы (маты, шнуры, жгуты
и т. л.). рыхлые волокнистые материалы (мпнераловат-
иая смесь и др.), сыпучие зернистые материалы (вспу-
ченный перлит, вермикулит и т. п.); б) органические, |
которым относятся: штучные волокнистые изделия (пли-
ты древесно-стружечные, фибролитовые и др.), штучные
ячеистые изделия (ячеистые пластмассы); 3) по сжимае-
мости: мягкие М — относительная деформация свыше ।
30 %: полужесткпе ПЖ — соответственно 6—30 %; жест- 1 * * *
кие Ж —не более 6% (при удельной нагрузке 2000 Па);
повышенной жесткости — до 10 % (при удельной нагруз- i
ке 4000 Па) и твердые —также до 10% (при удельной
нагрузке 10 кПа).
§ I. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. Строение и теплоФ.чз..ческие свойства
Теплоизоляционные материалы имеют высо.соиорис- I
тое строение, они создаются "з веществ, имеющих аморф-
ную структуру, так кя- дличесхие вещества хоро- .
шо проводят тепло’ . ыюприводность уменьшается в д
10 раз И более, если использовать материалы, получае- л
мые путем быстрого охлаждения расплава (минеральных
волокон). Например, теплопроводность монокрис- J
таллз кварца 7.2-13.6 Вт/(м °C) (в разных направлен- |
"ОГОСТеК;,а0'6-ад| Вт/(м °С).Теплоизо- J
иат*Р"алы «“«но представить состоящими
S т«„<„\арКаСа> " во«>ха. заполняющего поры ма-
мп^,«1»»Т„₽0В0ДН0сть магеР«ала - некоторая сред- |
«« изЛ,’? ПРОВОДНОСТ" а«шества«каркаса»низ-
«уха. находящегося в порах. Теплопроводность воздуха ’
naO2 3-O.O3 BTHM^Cb он" ма°РаХ с°става*«
водностью основного вешесг сравнении с теплопро-
B «зтервале тор тем меТшиГва/атериала' Чем боаьше
водность Поэтпмч ... 1,ьше его плотность н теплопро-
и органических маУтмнало?еЛЬНЫХ/рупп неоРганйческих
пооволип1-т1.ЗЛУЧеНИеМ ПОЭТОМУ эквивалентную тепло-
состоштой L Воздушног° слоя I, можно представить
состоящей из трех слагаемых:
-тп-»к-г«я. (W.1)
па рис. 13.1 показано увеличение теплопроводности
воздушного слоя вследствие резкого возрастания тепло-
передачи конвекцией и излучением по мере увеличения
размера воздушного слоя. Поэтому термическое сопро-
тивление замкнутых воздушных прослоек почти не воз-
растает при увеличении их толщины более 0,05 м. Одна-
ко при оклейке одной или обеих поверхностей воздуш-
ной прослойки алюминиевой фольгой, выполняющей роль
отражающей изоляции, термическое сопротивление про-
слойки увеличивается в 2 раза вследствие снижения теп-
лопередачи излучением.
Тепловое излучение обусловлено переносом теплоты
в виде электромагнитных’волн —тепловых инфракрас-
ных лучей с длиной волны 0,8—400 мкм. При нагревании
какого-нибудь тела часть тепловой энергии превращается
на его поверхности в лучистую энергию, которая снова
превращается в тепловую на поверхности тела, поглоща-
ющего тепловые лучи.
Количество теплоты, излучаемое единицей поверхно-
сти тела в единицу времени Qu. зависит от способности
материала излучать теплоту и резко возрастает с повы-
шением температуры в соответствии с законом Стефана-
Больцмана:
где С — коэффициент излучения I м’ поаермостн. Вт/(я'-К‘).
несенный к 100 абс. град; Г —абсолютная тенпература.
Наибольший коэффициент излучения имеет абсолют- 1
„„ цепное тело- Со=5,76. Строительные материалы об. 1
ладают меньшей излучающей способностью: бетон -3,61, Я
ieneBO-4 6 (в среднем), алюминиевая фольга—1,1; ко. I
Жшиент излучения полированной поверхности сереб- |
пя__наименьший; С=0,15Вт/(м -к ).
Р Как видно из приведенной формулы, теплопередача
лучеиспусканием может существенно увеличить общую
теплопередачу в изоляции энергетического и промышлен- |
него оборудования, а при теплоизоляции обычных строи- -Я
тельных конструкций, эксплуатируемых при температуре Л
до 100°С влияние излучения невелико.
Физические процессы, обусловливающие связь строе- Я
ВИЯ и теплопроводности материала, побуждают созда- Ч
вать поры в виде мелких ячеек либо тонких ноздушных -Я
слоев, разделяющих волокна. В практике используют #
следующие основные способы создания высокопористого J
строения материала. Для материалов ячеистого строения I
(ячеистых бетонов, пеностекла, пористых пластмасс)-ис-
пользуют способы газообразования и ценообразования. Я
Способ газообразования широко применяется как спо- J
соб вспучивания исходной массы при получении неорга- •
пических и органических теплоизоляционных материалов.
Этот способ основан на выделении газообразных продук- Я
тов в объеме материала, находящегося в пластично-вяз- Л
ком или пиропластическом состоянии. Газообразователи
обычно вводят в исходную массу (алюминиевую пудру ,
при изготовлении газобетона, органические порофоры Н
в технологии поропластов). Однако роль газообразовате- .!
ля может играть гидратная вода, являющаяся составной
частью сырья и выделяющаяся при термической обра- л
ботке перлита и вермикулита.
Способ пенообразования использует поверхностно- я
активные вещества, способные адсорбироваться на по- I
верхности раздела жидкая фаза — воздух и понижать 1
поверхностное натяжение на границе раздела, что обус- 1
допаивает вспенивание массы. Синтетические пенообра- 1
зователи являются продуктами нефтехимического синте- 1
за, применяемыми в производстве моющих средств- суль-
фонолы (в виде порошка пли 45 %-ного раствора) пено- 1
пол™°ВаТеЛЬ П°' " др' Могут быть пенообразователи, J
пенобетон) И3 ”рирод|,ого С“РЬЯ (клееканифольиый — 1
Способ высокого водозатворения состоит в примене- .'
НИИ большого количества воды при получении формовоч-
ных масс (например, из трепела, диатомита); последую-
щее испарение воды при сушке и обжиге отформованных
изделий способствует образованию воздушных пор. Этот
способ часто сочетается с введением выгорающих дооа-
вок (древесных опилок, измельченного низкосортного^- <
менного угля, торфяной крошки и др.).
Создание волокнистого каркаса — основной способ Л
образования пористости волокнистых материалов (мине- Я
ральной ваты, фибролита и ъ п.). Высокопористое строе-
ние закрепляется, главным образом, путем тепловой, об- Я
работки изделий, которая осуществляется в различных i
видах —путем обычного пропаривания или автоклавной «
обработки, сушки, обжига.
Важное значение имеют равномерное распределение 1
воздушных пор в материале и характер пор. ЖелателдоМ
но создавать мелкие, равномерно распределенные поры- 1
ячейки закрытого типа. В закрытых порах воздух нахо- я
дится в спокойном состоянии и стабильнее выполняет J
роль теплоизолятора. В замкнутые поры не попадает во- I
да (при обычных условиях насыщения), что очень важ-
но для сохранения стабильных теплофизических свойств <
и долговечности. Стремление к замкнутой пористостиот- " 3
личает структуру теплоизоляционных материалов от I
структуры звукопоглощающих, которые должны иметь I
определенное количество «сквозных» пор. Это принципи- ]
альное отличие необходимо иметь в виду, так как часто Я
для производства теплоизоляционных и звукопоглощаю- 1
щих изделий используются одни ц те же исходные ма- I
териалы (например, минеральное волокно, древесная f
масса и др.).
2. Теплотехнические
и физико-механические свойства
Теплопроводность материала К связана с его темпера-
туропроводностью а, теплоемкостью с и плотностью рт
следующим отношением:
• * = афт. (13.3) I
Плотность материала —главный аргумент опоеделя-
по 1м^0ПР0В0Л"0'-'ТЬ- Теплоизоляционные мате-
(ОЛ“15 25^5 5П МарК": ° особ° легк"е
200 25ПЗПП Ч5п°7Л °0; 2) ЛеГК"е (Л>: 125. 15°, 175.
2U0, 250, 300, 350; 3) тяжелые (Т) 400 450 500 600
П™ТН0СТЬ’ - еоипаДаХ» с6по: j
марке Навис И9пп тносят к ближайшей большей I
лопР°®оАностй материалоТваотеихГплотностиВ.НСИМОСТ11
По теплопроводности теплоизоляционные материалы
делят на три класса: класс А — малотеплопроводные
[до 0,058 Вт/(м-°С)]; класс Б — среднетеплопроводные
[0,058—0,116 Вт/(м-°С)] и класс В — повышенной теп-
лопроводности [не более 0,18 Вт/(м-°С)). Теплопровод-
ность пористых материалов резко возрастает при увлаж-
нении, так как теплопроводность воды, равная 0,58 Вт/
/(м-°С)1, в 25 раз больше теплопроводности воздуха.
Установить общую математическую зависимость меж-
ду теплопроводностью материала и его влажностью не
представляется возможным, так как сказывается значи-
тельное влияние природы материала, строения и формы
его пор. Лишь в определенных пределах теплопровод-
кость повышается яримо пропориноналыю возрастании
объемной влажности (И... /о)
тельно вычислить теплопровод
Хи- по следующей формуле:
где Хв — теплопроводность сухого м
лопрооодностн ил I % объемной и
0.002 В°т/(м-°C). при отрицательной
для органических—соответственно 0
Замерзание воды в лорах
льда увеличивают Хи-, так как теплопроводность льда
равна 2.32 ВтУ(м-°С), т. е. в 4 раза больше теплопровод-*
ности воды.
Теплоизоляция тепловых агрегатов и теплопроводов
работает при повышенных температурах.
Теплопроводность К, при средней температуре мате-
риала / можно вычислить по формуле О. Е. Власова,I
зная теплопроводность Хс при 0°С и принимая коэффи-
циент 0=0,0025 на 1 °C повышения температуры (до •
Х|^М1+Р0- (13.5)
При температуре более 100 °C теплопроводность ма- Л
терналов возрастает с разной скоростью, поэтому и тем-
пературный коэффициент 0 будет различный. Расчетные Я
значения теплопроводности материала принимают по
СНиП 11-3-79* («Нормы проектирования. Строительная Л
теплотехника»). Теплопроводность некоторых материалов Я
(магнезитовых огнеупоров, металлов) уменьшается при 1
повышении температуры и, следовательно, температур-'^
пая поправка имеет отрицательный знак. I
Прочность теплоизоляционных материалов при ежа- 1
тин сравнительно невелика -0,2-2,5 МПа. IУказателем I
7Ат‘1в.,>,.’О,СТ,,.п2ЧССТ.Г,а является "Редел прочности при 1
?Х"РТ"„ °% ""Й ле,1и’Рмацц||. Основная прочнист- 1
.................. .............. (||.................
ймяет )-"РВД<!Л "l’o,|lloc'f" при изгибе. Он сое-
мёвеени. ’Рп!.""оС;ГД М1,теР"а™в 0.15-0,5 МПа; Я
иис uimuЛ 1 М 11 1 нбк||е теплоизоляцией- fl
»ui кавго i . (“""П’иловатиые маты, войлок, асбесто- 1
т“Д.ла долж, а бХ'^к^' расТе'"'с' Про,|"ОСТ1' ма' 1
должна быть такова, чтобы обеспечивалась его
сохранность при перевозке, складировании, монтаже и
П 9КС,,лУата,<И01!ИЫх условиях. Деформативные
вонства характеризуются сжимаемостью в воздушно-
влажной среде, упругостью (в виде относительной дефор-
мации, %) и гибкостью.
Водопоглощение нс только ухудшает теплоизоляцион-
ные свойства материала, но и понижает его прочность и
долговечность. Материалы с закрытыми порами, напри-
мер пеностекло, отличаются небольшим водопоглощени-
ем. Для снижения водопоглощения при изготовлении
материалов вводят гидрофобизирующис добавки, исполь-
зуют ।ндроизоляцию.
Химическая и биологическая стойкость. Большая по-
ристость теплоизоляционных материалов благоприятст-
вует прониканию в них влаги, агрессивных газов и
паров, находящихся в окружающей среде. Стойкость
теплоизоляции повышают, применяя защитные покрытия.
Органические теплоизоляционные материалы и связую-
щие (клей, крахмал) должны обладать биологической
стойкостью, т. о. сопротивляться действию микроорганиз-
мов, домовых грибов, насекомых (муравьев, термитов).
Морозостойкость должна учитываться как важное
свойство утеплителя наружных ограждающих конструк-
ций зданий и холодильников; оценивается числом циклов
попеременного замораживания и оттаивания.
Газо- и паропроницаемость учитывают при примене-
нии в ограждающих конструкциях. Она может иметь как
положительное, так и отрицательное значение. Например,
желательно, чтобы теплоизоляция не препятствовала воз-
духообмену жилых помещений с окружающей средой че-
рез наружные стены зданий. Однако теплоизоляцию стоп
влажных производственных помещений нередко защища-
ют от увлажнения с помощью надежной гидроизоляции,
устраиваемой с «теплой» стороны.
Возгораемость (горючесть) — способность теплоизо-
ляционного материала выдерживать в течение определен-
пламени; она связана со сгораемостью материала. Сго-
раемые материалы (из древесины, полимеров) можно
применять только при осуществлении мероприятий по
защите от возгорания.
Предельная температура применения (/.<) является
основной характеристикой (вместе с теплопроводностью)
качества высокотемпературной изоляции промышленных
печей и энергетического оборудования ТЭС и АЭС. Это 1
свойство зависит от состава и структуры материала: ке-
панические волокна выдерживают действие температуМ
„„ до 1100—1300°С, трепельный кирпич—900 С, ячеис- Я
тый бетон и пеностекло-400’С. Органическая теплоизо-
ляция применяется при температуре до 60- 100 С.
Термическая стойкость — свойство материала выдери.Я
живать без разрушения определенное число циклов рез- . 1
кого охлаждения и нагревания (при работе технологичё*Д
ского и энергетического оборудования). Она зависит не 1
только от состава и пористости теплоизоляции, но и от я
однородности материала.
Огнеупорность — свойство изделия противостоять дли- <1
тельному воздействию высокой температуры без сущест- 4
венного изменения прочности, формы и размеров. Это — Я
важное свойство высокотемпературной теплоизоляции и.-»
легковесных огнеупоров.
§ 3. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
I. Неорганические теплоизоляционные изделия
Минеральная вата состоит из тонких стекловидных 1
волокон диаметром 5—15 мкм, получаемых из расплава д
легкоплавких горных пород (мергелей, доломитов, ба- Ч
зальта и др.), металлургических и топливных шлаков, ’ j
золы ТЭС. Расплав обычно получают в вагранке либо в
другом печном агрегате. Волокна образуются при воз- 1
действии подаваемого под давлением пара или воздуха. Я
на непрерывно вытекающую из вагранки струю расплава -В
(рис. 13.3,а) либо путем подачи пара на валки или диск 1
центрифуги (рис. 13.3,6). Полученное минеральное во- 1
локно собирается в камере волокноосаждения на непре- |
ры.,1,0 движущейся сетке (рис. 13.3. в). В эту камеру ’ 1
вводят органические или минеральные связующие не- I
щества На основе минеральной ваты выпускают штуч- fl
волоХыеЫ ма ерРа “ " " е (рЫХЛЫе' I
см^юшем'1?^,"ер,1Ые "литы на синтетическом 1
бамин ог.?,, 1...Растворе или дисперсии кар- j
,“й ' v ’........ " ДР )- По технологии, разработан- 1
ленке «ев^ изготов- Я
«кие твердых плит из гидромассы, т. е. «мокрым» I
о)
б)
на и раствора поли-
способом. Помимо минерального волок г г-
мера в гидромассу вводят пенообразователь (клеекани-
фольный или др ). Гидромассу изготовляют в скоростных
турбулентных смесителях. Плиты из массы жидкотеку-
чей консистенции формуют в вакуум-прессах. Отформо-
ванные плиты поступают в туннельные или камерные су-
шилки, где их подвергают тепловой обработке при 150—
180 °C. Получают плиты толщиной 30—70 мм, плотностью
180—200 кг/м3, теплопроводностью 0,047 Вт/(м °С), во-
допоглощеиием не более 15 %.
По другой технологии мииераловатныи ковер, пропи-
танный связующим, по выходе из камеры волокноосажде-
НИЯ разрезается на заготовки и на металлических подд0. J
нах поступает на гидравлические многополочные прессы 1
для прессования. Получают твердые плиты плотностью ;1
300—500 кг/м3 и высокой прочностью на изгиб—0,4— I
1,2 МПа.
При утеплении бесчердачных кровель твердыми ми-
нераловатными плитами гидроизоляционный слой устра-‘^И
ивают, наклеивая рулонный гидроизоляционный матери- 3
ал непосредственно на эти плиты. При жестких же пли- 1
тах требуется устройство стяжки из цементного или "
асфальтового раствора между плитой и гидропзоляцнейлИ
Минераловатные жесткие плиты, скорлупы и сегмен-
ты выпускают е синтетическим, битумным и Неорганичен л|
ским связующим (цементом, глиной, жидким стеклом
и др.). Для повышения прочности и снижения количества Л
связующего в состав изделий вводят коротковолокнис- Я
тый асбест. Плиты толщиной 40—100 мм выпускают плот-jl
ностью 100—400 кг/м3 и теплопроводностью 0,051— Я
0,135 Вт/(м °С).
Минераловатные полужесткйе и мягкие плиты изго- J
товляют с синтетическим, битумным и крахмальным свя-
зующнм. Изделия (плиты, цилиндры, сегменты, маты) с -Я
синтетическим связующим имеют меньшую плотность, I
более прочны и привлекательны на вид по сравнению с I
изделиями на битумном связующем. Расход составля- 1
ет. /о по массе: фенолоспиртов 10—15, битума 9—20 в 'Л
"®л>’жестких плнтзх " 3—5 В МЯГК,1Х плитах. Плотность J
7(м °C) 250 КГ М ’ теплопР°водность 0,041—0,07. Вт/ Я
т "”Вераловатные МУЫ “ Рулонах выпускают: с свите-
I’“*"м СВЯЭ>'ЮШ||М (Р-=35-75 кг/м»), прошивные с Я
ЕГ"""' тканевь1'"1' бумажными обкладками, с 1
штапЛюю 113 стекпохолсга (р„.= 100-200 кг/м»); из I
штапельного стекловолокна (р„,=25—50 кг/м’1 из не- 1
ХЫВВ7“ стекловолокна (р„ = 8о12О кг/м») ’в ’ввде 1
холста из базальтового волокна (р„, = 15—90 кг/мП 1
с.—- j
Ют путем формования°ИЗ°ЛЯЦИОННЬ1е изделия пзготовля- |
лруги7имйох ^ohZmh" "бЛ"Га; "° срав"ен‘"° ° 1
высокую прочно, ,. матеР,1алами они имеют 4
В •‘•«стмсы^ иепп» С₽атуру "Рвывчеиня до 900°С.
т сырья используют диатомит, трепел, огнеу- ]
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ЖЕСТКИХ ИЗДЕЛИИ'
И.Х.™.
сжатии Л
900 600 °:’ Z О'14
стой керамики — 900 400 1,2 - 0.12
Перлитокерами- 900 ж 0,6 - S:?8
менты наУцементе, ' жидком стекле 600 “° S:“
Вермикулитовые те, жидком стекле 600 №
Вулканитовые на- 600 400 - Si »:°9
порную глину, перлит. Большая пористость создается пу-
тем введения в формовочную массу пенообразователей и
выгорающих добавок (табл. 13.1).
Теплоизоляционные легкие бетоны (плотного строе-
ния и крупнопористые) изготовляют из пористого запол-
нителя— вспученного перлита, легкого керамзита или
вермикулита и минерального (реже органического) вя-
жущего.
Вулканитовые изделия изготовляют из смеси молото-
го диатомита или трепела (около 60%). воздушной из-
вести (20%) и асбеста (20%). Отформованные изделия
подвергаются автоклавной обработке, которая ускоряет
химическое взаимодействие между кремнеземистым
компонентом и воздушной известью, приводящее к, обра. V
зеванию гндроснлнкатов кальция; температура нрнмспе. fl
ння до 900 "С. Я
Совел ит —наиболее распространенный асбсстомагне- Я
анальный материал. Сырьем для производства совелнта Я
служат доломит CaCQrMgCOa и 15 % асбеста. Доломит. Я
подвергают сложной переработке, которая включает об. Я
жиг, гашение обожженного доломита, карбонизацию по» -Я
лученного доломитового молока с использованием газов, Я
содержащих СО». Конечным продуктом химической пе- И
реработкк доломита является четырехводный основный J
карбонат магния MgCO3«Mg(OH)j-4HjO, который вмес- .
те с осажденным CaCOs составляет основу совелнта. ] |
Тепловая обработка совелнтовых изделий состоит из двух Я
стадий: сушки н прокаливания, имеющего целью декар. |
бонизацню магнезиальной составляющей. Благодаря fl
прокаливанию снижается плотность и теплопроводность, 1
а температуростойкость повышается. Совелнт применяют I 1
для изоляции промышленного оборудования при темпе- 2
ратуре до 500 СС.
Теплоизоляционные цементные ячеистые бетоны (га* 1
зо- н пенобетоны) имеют плотность не более 500 кг/м*. ч
Ячеистые бетоны применяют для нзоляцнп трубопрово- 1
лов, а также для утепления строительных конструкций. •]
Ячеистое стекло (пеностекло) вырабатывают цвете- fl
вольного боя, либо используют те же сырьевые материй- j
лы, что н для производства других видов стекла: квар- »
исвый песок, известняк, соду н сульфат натрия. Могут 4
использоваться горные породы; трахиты, сиениты, нефе- 1
липы, обсидианы. При спекании порошка стекольного Я
боя с газообразованиями — коксом и известняком — вы-
vhHUHm. \Г’д K"c;,wfl 'образующий поры. Газообра-
;.\н 1?, ' дооавм':" мо'>* быть также антрацит и мел Я
" ' " к1’«ип1я. Имеются автомату. ]
го пек u rim? m “ ,|епРсР“вного производства ячеисто-
сося бруса " Tw'iah' "с°Т "епРсРЫ0|,° движуще- 1
' а отРезаются блоки определенной дпины £
Шает:-Г:«нТкноП7тГЖ,,Га Б1аГ0Л"Р^ 1
•^ pa^X’nZ. ..................... '""Р™<™п. "«зыЕа- «
специфическое строение. В 1
мнкрморы Дво1кнК.пЫ’1 "о₽ солсРжптся мельчайшие fl
Ми» uui.wL"«>?Х₽Л"1’ обусловливает fl
проводность при достаточно высокой прочно- |
ста, водостойкости н морозостойкости. Ячеистое стек-
несгораемый материал е высокой тйиггератупостой-
костью—400 С (для бесшелочного стекла до 600'С)
Ячеистое стекло хорошо сцепляется с цементными мате:
риалами, его можно обрабатывать -пилить, шлифовать,
сверлить. Ячеистое стекло применяют для теплопзоляшиг
тепловых сетей при подземной бесканальной прокладке
Оно находит применение для теплоизоляции стен neoe^
крытпй, кровель, в конструкциях ХОЛОДИЛЬНИКОВ. F
крупнопористый керамзитобетон в виде плит исполь-
зую г для утепления ограждающих конструкций. Его
плотность 400—500 кг/м3, марки по прочности на сжатие
4—10, теплопроводность 0.14—0,17 Вт/(м-°С).
Стеклопор получают путем грануляции и вспучива-
ния жидкого стекла с минеральными добавками (мелом,
молотым песком, золой ТЭС и др.). Технологический про-
цесс включает производство гранулята — «стеклобисера»
н его низкотемпературное (при 320—360°C) вспучивание.
Стеклопор выпускают трех марок: СЛ с р,,= 15—
40 кг/м3, X- 0,028—0,035 Вт/(мсС); Л с р„, = 40—
80 кг/м3, Х = 0.032—0,04 Вт/(м сС); Г е рт«80—
120 кг/м3, Х = 0,038—0,05 Вт/(м-"С). Себестоимость стек-
лопора 6—7 руб/м3, расход жидкого стекла 22—65 кг/м3
В сочетании с различными связующими стеклопор ис-
пользуют для изготовления штучной, мастичной и зали-
вочной теплоизоляции. Наиболее эффективно применение
стсклопора в наполненных пенопластах, так как введе-
ние его в пенопласт позволяет снизить расход полимера
и значительно повысить огнестойкость теплоизоляцион-
ных изделий.
Развивается производство индустриальных перлито-
вых изделий с разнообразными свойствами. Безобжнго-
вые перлитовые изделия получают из пористого перли-
тового песка, используя разнообразные связующие ве-
щества (битум, гипсовые вяжущие, цемент, полимеры).
Бнтумоперлнтовые плиты плотностью 250—450 кг/м3 и
теплопроводностью 0.07—0,1 Вт/(м-°С) имеют прочность
на изгиб 0,15—0,2 МПа; их применяют при температуре
от —50 до +60°C. Битумоперлнт используют для утеп-
ления строительных конструкций, изоляции трубопрово-
дов и устройства монолитных теплоизоляционных покры-
тий (при укладке и уплотнении в горячем состоянии).
Стеклоперлитовые изделия изготовляют из перлита
(75%), жидкого стекла (30% по массе), применяя теп-
ловую обработку отформованных изделий при 400°С в Я
сушилке Эти изделия могут применяться при рабочей
температуре до 600 °C для теплоизоляции технологически
кого и энергетического оборудования. Керамоперлитой^^И
изделия получают из смеси пористого перлитового песка И
(50—60 %) и огнеупорной или бентонитовой глины (в И
виде шликера). После формования на прессе изделия 9
подвергают сушке и обжигу, причем оба процесса могут
быть совмещены в туннельной печи. Перлитовый огне-
упорный легковес (предельная температура применений И
800°C) производят из перлитового песка, используя в Д
качестве связующего жидкое стекло с добавками буры I Я
Монтажные асбестовые материалы выпускают в виде |
листов и рулонов из асбестового волокна; иногда вводят I
наполнитель и небольшое количество склеивающих ве-
ществ (крахмала, казенна и др.), получая асбестовую J
бумагу, картон, шнур. Алюминиевую фольгу применяют
в качестве отражательной изоляции в воздушных про- ' I
слойках слоистых ограждающих конструкций зданий и I
для теплоизоляции промышленного оборудования и- тру- V
бопроводов при температуре до 300 °C.
2. Неорганические рыхлые материалы
Неорганические рыхлые материалы для мастичной 1
теплоизоляции изготовляют из смеси волокнистых мате- I
риалов (асбеста, минерального волокна) с неорганичес- 3
кими вяжущими, затворяемыми водой. Их применяют д
для изоляции промышленного оборудования и трубопро- J
водов с учетом температуры у границ теплоизоляционно- |
го слоя. -9
Минераловатную смесь приготовляют из минеральной -а
ваты, асбеста, тонкодисперсной глины и портландцемен- J
та. Плотность изоляции в сухом состоянии 400 кг/м3, теп- 1
лопроводность не более 0,028 Вт/(м • °C). I
... *с®есто«иат°митовый порошок —смесь асбеста 1
Д’J' молотого Диатомита или трепела (85 %), иное- 1
них ?авбДЛаМ" друг"х веществ (отходов асбестоцемент- Я
7| , " ’ " " тити.! .ОО-
ЛИТОВЫЙ •„™Х"р0°0Д1,0СТЬ °'093~°'2' Вт/(м-’С). Сове- j
магнии 11 иипКо СМеСЬ легкого основного карбоната J
притеМпера?урахдо 500°С,ЯГ^тпнбеСТОМ' Г|Р"мен!гемая 1
н ур х до оии с. Готовая совелитовая тепло- Д
изоляция имеет плотность 450 кг/м» и теплопроводность
не более 0,098 Вт/(м- С). Асбестомагнезиальный поро-
шок (ньювель) приготовляют в виде смеси легкого основ-
ного карбоната магния с асбестом и применяют при тем-
пературе до 350 °C.
Неорганические зернистые материалы для теплоизо-
ляционных засыпок. При температуре до 900°C применя-
ют: вспученный перлит в виде пористого песка (зерна до
5 мм), рп=75—250 кг/м3 и Х=0,04—0,058 Вт/(м-°С)-
вспученный вермикулит в виде смеси пластинчатых зе-
рен крупностью не более 15 мм, ри=100—300 кг/м3 и
Х=0,075—0,104 Вт/(М‘°С); измельченные и обожженные
диатомиты и трепелы с крупностью зерен до 5 мм, рн=
=400—700 кг/м3 и X=0,11—0,18 Вт/(м-°С).
При температуре до 450—600 °C применяют гранули-
рованную и стеклянную вату, дробленую пемзу и вулка-
нический туф, топливные шлаки, получаемые при сжига-
нии кускового топлива, топливные золы от сжигания пы-
левидного топлива, доменные .гранулированные шлаки.
§ 4. ОРГАНИЧЕСКИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
1. Изделия на основе древесного волокна
Фибролит — плитный материал, изготовляемый из
древесной шерсти и неорганического вяжущего вещест-
ва. Древесную шерсть (стружку длиной 200—500, шири-
ной 2—5 и толщиной 0,3—0,5 мм) получают на специ-
альных станках, используя короткие бревна ели, пихты
или сосны. Вяжущим чаще всего служит портландце-
ментДДревесную шерсть предварительно смачивают па
вибросите раствором минерализатора —хлорида кальция
при помощи дождевальной установки, а затем подают кон-
вейером в смесительный барабан принудительного дейст-
вия. Туда же поступает через дозировочный шнек це-
мент. Перемешанную массу укладывают в непрерывно
передвигающиеся по роликовому конвейеру формы. Фор-
мы с массой последовательно проходят камеру начеса,
прессовочный вал, пост разделки на плиты. Скомплекто-
ванные в штабеля (по 10—12 шт.) плиты с пресса на-
правляют в камеру твердения и сушки. Влажность це-
ментно-фибролитовых плит должна быть не более 20 ЧЬ
(по массе), при аттестации по высшей категории качест-
ва—не более 15 %.
Цементный фибролит выпускают трех марок: Ф-300
ф-400, Ф-500 с характеристиками, указанными в табл’
13.2.
Фибролит относится к биостойким трудносгораемаиИ
материалам. Фибролит марки Ф-300 применяют в качест- £
ве теплоизоляционного материала, марки Ф-400 и я
О<'?—\ "атериала
в помещениях с относительной влажностью воздуха неД
выше 75%. Размеры фибролитовых плит: длина 2400 и 1
3000 мм. ширина 600 я 1200 мм, толщ а 30, 50, 75
100 я 150 мм. Допускается по согласованию с потреби-
телем изготовление плит других размеров.
(Арболитовые теплоизоляционные изделия изготовля- ’
ют из портландцемента и органического кооотковолоюииЯЯ
стого сырья (древесных опилок, дробленой станочной 1
стружки или щепы, сечки соломы или камыша, костры >
и др.), обработанного раствором минералязатораЛХими- j
ческими добавками служат: хлорид кальция, рЗствориЛВЯ
мое стекло, сернокислый глинозем. Применяют теплоизо-
дяционный арболит плотность; до 5 кг.'м Прочность
арболита на сжатие 0,5—3,5 МПа, на растяжение при
ЛГИ-Ч:)0,4—1 МПа’ теплопРоводяость 0.1—0,126 Вт/
Древесно-стружечные плиты изготовляют путем горя- I
чего прессования специально приготовленных древесных 1
стружек с термореактизными жидкими полимерами (фе- Д
Нормы для плит марок -Те
Ф-Тй Ф-47) Ф-500
351-450 451-500
0*9 1 3
0,6 1,2
0,6
— 300 500
0.03 0,09 0,1
ЗБ 45
нолоформальдегидными, карбамидными); расход полиме-
ра составляет 8—12 % по массеЛЗтртжку получают на
стружечных станках, используя сырье в виде отходов фа-
нерного и мебельного производства, неделовую древеси-
ну. Средний слой трехслойных плит состоит из относи-
тельно толстых стружек (толщиной по 1 мм), наружные
слои выполняют из тонких стружек (толщиной до
0.2 мм), которые повышают прочность изделий. В каче-
стве декоративной отделки, защищающей плиты от ув-
лажнения и истирания, применяют полимерные пленоч-
ные материалы, бумагу, пропитанную смолами. Нередко
поверхность плит (предварительно отшлифованную) по-
крывают водостойкими фенольными или эпоксидными
лаками.
Выпускают древесностружечные плиты различной
плотности, кг/м3: очень высокой—810—1000, высокой —
660—800, средней—510—650, малой—360—500, очень
малой —350. Плиты средней и высокой плотности приме-
няют как конструкционный и отделочный материал, пли-
ты малой плотности — как тепло- и звукоизоляционный
материал. Для придания плитам биостойкости в поли-
мерно-стружечную массу добавляют антисептики (фто-
рид и кремнефторид натрия, буру и др.). В качестве ан-
типиренов используют добавку сульфата аммония идн-
аммонийфосфат. С целью уменьшения набухания плит во
влажном воздухе в исходную массу вводят гндрофобизи-
рующие вещества (парафиновую эмульсию, раствор
кремнийорганического полимера и др). Размеры плит,
мм: длина 1800—3500, ширина 1220—1750, толщина 4—
/древесно-волокнистые плиты изготовляют путем го-
рячего прессования волокнистой массы, состоящей из
древесных волокон, воды, наполнителей, полимера и до-
бавок (антисептиков, антипиренов, гидрофобизируюшнх
с шесть). Древесные волокна получают из отходов де-
певообрабатываюших производств и неделовой древеси-
ны. Древесину на рубильных машинах перерабатывают в
щепу, которую проваривают в 1—2 %-ном растворе едко-
го натра для нейтрализации смолистых и сахаристых ве-
ществ Затем щепу размельчают в дефибраторах и дру-
гих машинах до состояния тонких волокон. После до-
полнительной обработки паром (при температуре lou с
давлении 0.6-1 МПа) волокна смешивают с водой н
...........Ппи Изготовлении сверхтвердых
плит в смесь вводят фенолоформальдегидныи полимер.
Пояготовленная масса передается на отливочную мащи. 3
„V имеющую бесконечную металлическую сетку и ваку. I
умную установку. Здесь масса обезвоживается, уплотни- I
ется разрезается на плиты, которые и направляются Л
роликовую сушилке, если формуются знсокопоряспМ
изоляционные плиты. Для получения твердых плит необ- 1
ходимо прессование массы на гидравлических многоэ- 1
тажных прессах при температуре 150—165 °C и давлении
1—5 МПа. Горячее прессование ускоряет отвержден/ГеЗ]
термореактивного полимерного связующего; изменяя дав-
ление прессования, можно получить плиты разной плот-
ности и с различными физико-механическими свойства-.;!
Выпускают такие плиты пяти видов: 1) сверхтверды^^
плотностью рт^950 кг/м3 с пределом прочности прй из-
гибе /?в^50 МПа; 2) твердые, соответственно рт>
>850 кг/м’, /?ц>40 МПа; 3) полутвердые, ₽„,>
>400 кг/м3, Яи>15 МПа; 4) изоляционно-отделочные,
Рг,=25О—350 кг/м3. /?н>2 МПа; 5) изоляционные, Ргпдо
250 кг/м3. /?н>1,2 МПа. Длина плит 1200—3600 мм, ши-
рина 1000—2800 мм. Толщина твердых плит 3—8 мм,
изоляционных 8—25 мм. Твердые плиты применяют для
устройства перегородок, подшивки потолков, настилки
полов, для изготовления дверных полотен и встроенной 1
Отделочные плиты облицовывают синтетической- J
пленкой с прокладкой текстурной бумаги под цвет и тек-
стуру древесины ценных пород. Их также выпускают с
матовой поверхностью, окрашенными водоэмульсионны-
ми поливинилацетатными красками. Такие плиты пред-
назначены для облицовки стен и потолков. Плиты, окра-
шенные эмалями, имеют глянцевую поверхность; онибо-
лее водостойки. Эти плиты применяют для облицовки
стен в медицинских учреждениях, продуктовых магази-
нах. Крупноразмерность, красивый внешний вид и невы-
сокая стоимость предопределяют высокую технико-эко-
нояическую эффективность плит.
Изоляционные древесно-волокнистые плиты находят
широкое применение в виде тепло- и звукоизоляционного
материала] Производство древесно-волокнистых и дре-
вечных плит быстро увеличивается, чему спо-
cZi eumS Лирные ресурсы ракообразного органиче-
ло сырья В Виде ОТХОДОВ ...- НПЛ.
пзводств, бумажной макулатуры, неделовой древесины-
сырьем могут быть также стебли тростника, солона’
льняная костра.
(Камышитовые плиты изготовляют из тростника ка-
мыша осенне-зимней рубкнЛКамышит получают на пе-
редвижных установках, оборудованных прессами высо-
кой производительности, на которых осуществляется
прессование, прошивка проволокой и торцовка плит
Плотность камышита в зависимости от степени прессова-
ния составляет 175—250 кг/м3/Камышнт применяют для
заполнения стен каркасных зданий (с оштукатуривани-
ем), устройства перегородок, утепления перекрытий и
покрытий в малоэтажном строительстве. Для сельского
строительства разработаны типовые проекты домов из
камышитовых панелей./
^Торфяные теплоизоляционные изделия изготовляют в
виде плит, скорлуп и сегментов. Сырьем для их произ-
водства является малоразложнвшийся торф. /Изделия
изготовляют путем прессования в металлических формах
торфяной массы, в которую вводят добавки: антисепти-
ки, антипирены, гидрофобизаторы. Отформованные изде-
лия подвергают тепловой обработке, при которой из тор-
фа выделяются смолистые вещества, склеивающие во-
локна. Такие плиты выпускают плотностью 170 н
220 кг/м3, теплопроводностью 0,058—0,064 Вт/(м-°С) и
пределом прочности при изгибе не менее 0,3 МПа^При-
меняют торфяные изделия для утепления стен и перекры-
тий зданий и трубопроводов при температуре от —60 до
V,oo°c. J
Строительный войлок получают из низших сортов
шерсти животных с добавкой растительных волокон в
крахмального клейстера.^После валки войлок имеет вид
пластин-полотнищ. Чтобы предотвратить появление мо-
ли, войлок пропитывают 3 %-ным раствором фторида
натрия и перед применением высушивают. ^Применяют
войлок для тепловой и звуковой изоляции стен и потол-
ков под штукатурку, для утепления углов в рубленых до-
мах, оконных и дверных коробок^?
материалы
Синтетические связующие широко применяют в жест-
ких и гибких изделиях из минеральных и органических
волокон, также используют газонаполненные пластмасЯ
сы — сотопласты и ячеистые.
Сотопласты изготовляют путем склепки гофрирощ^Н
иых листов бумаги, стеклянной или хлопчатобумдЯ^Н
ткани, пропитанных полимером. Они являются эффектна- 4
ным утеплителем в трехслойных панелях. ТеплоизоляцйИ
онные свойства сотопласта повышаются при заполнений^
ячеек крошкой из мипоры.
Ячеистые материалы подразделяют в зависимости
характера пор на пенопласты и поропласты. ПенопластЕгЗ
имеют преимущественно закрытые поры в виде ячеек,
разделенных тонкими перегородками, а поропласты Яме- I
ют сообщающиеся поры. Существуют материалы со
смешанной структурой. В ячеистых пластмассах поры за-
нимают 90—98 % объема материала, а на стенки прихо-
дится 2—10%, поэтому пенопласты очень легки и мало-
теплопроводны, Х=0,026— 0,58 Вт/(м°С). В то же время
они водостойки, не загнивают; жесткие пено- и поро-
пласты достаточно прочны, гибки и эластичны. Особен-
ность теплоизоляционных полимеров—их ограниченная |
тому необходимо предусматривать конструктивные меры
защиты пористых пластмасс от непосредственного дейст-
вия огня. Ячеистые пластмассы в виде плит и скорлуп
применяют для утепления стен и покрытий, теплоизоля-
ции промышленного оборудования и трубопроводов При
температуре до 60 °C (подробно см § 3, гл. 16).
§ 5. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ
ИЗДЕЛИЯ
Теплоизоляция промышленного оборудования и тру-
Оопроводов- Изоляционные конструкции из жестких из-
делий — плит, скорлуп, сегментов могут выполняться из
“атернал? "Л о"3 лвух Раз,|ы'< материалов, укла-
Л “ ' ™Пно' в верхнем слое могут применяться
льтхслойнмеературост otoe материалы. Производятся
двухслойные изделия, сочетающие огнеупооный и теп-
Трубы поппРпшв.?7.К^,.”1 пРименяют в тех случаях, когда
Используют ac6ecrni?vi5PKU"" или частым сотрясениям.
Аьауют асбестовую бумагу „ картон, различные ян-
и жг“?ыра (асбестовый’ стекловатный, минераловатный)
Мастичные конструкции выполняют путем нанесения !
на изолируемую поверхность теплоизоляционного мате-
риала в пластичном состоянии в виде мастики. Мастику
приготовляют на месте работ путем затворения поро-
шкообразного .материала водой до рабочей густоты. Ма-
стику наносят послойно вручную, поэтому работы по ма-
стичной изоляции трудоемки и продолжаются в 2—4 раза
дольше монтажа изоляции из готовых изделий.
Бесканальная прокладка может выполняться с приме-
нением гидрозащитной оболочки трубопровода и без нее.
Взамен гидрозащитной
оболочки трубопровод ок-
ружен пористым слоем,
который образуется путем
его обсыпки гравием (с
пористого бетона (рис.
13.5).
дающих конструкций зда-
ний. Строительные конст-
рукции, в которых при-
меняют теплоизоляцион-
ные материалы, можно
разделить на две группы:
конструкции кровель (под
«сэндвич» наибольший экономический эффект достигнут
при использовании пенополиуретановых композиций.
Теплоизоляционные материалы широко применяют
для утепления покрытий зданий (рис. 13.7), используя
твердые и повышенной жесткосги мннераловатные пли-
ты, ячеистый бетон и изделия из вспененных полимерных
материалов. Весьма эффективны двухслойные конструк-
ции, состоящие из жароупорного и теплоизоляционного
«)
рулонный ковер с использованием металлических или 1
асбестоцементных профилированных листов); кокструк- 4
'^-Н^аружнь^ стен (бескзркасные панельные типа I
каркасом) ЛИб° ограждающне конструкции с несущим 1
слойными"?т,са?чЛЛ и'" евь,полня|°т » основном трех- I
и„" (Р"С- 13'6)' Наибольшее снижение массы 1 м! I
"итем ТС" "Р" использовании в качестве утеп- I
пели с утепли™леПЛаС™аСС‘ НапРимеР, трехслойные па- 1
имели !• 113 пенопласта при толщине 15—20 см 1
ием'нХ^ 1 ^панели): асбесто- I
вие — 50 ПпГ. ые 25> стеклопластике- ]
Р утеплении ограждающих панелей типа |
няется из слоя теплоизоляции малоуглеродистой стали
толщиной 15—25 см. Для охлаждения бетона хладагент
(например, воздух) пропускают в полость между бето-
ном и слоем изоляции.
Индустриализация монтажных работ состоит в при-
менении сборных теплоизоляционных конструкций, плит,
цилиндров, скорлуп и др. Изоляция готовыми минерало-
ватными и вулканитовыми изделиями не только снижает
стоимость теплоизоляции, но и уменьшает затраты с уче-
том эксплуатации на 12,5—32 %. Перспективен метод
предварительной изоляции технологического оборудова-
ния до установки его на место. Он позволяет механизи-
ровать работы, повышает производительность труда в
1,3—1,5 раза, улучшает качество работ и снижает стои-
мость изоляции в среднем на 10—15%.
Развитие производства
строительной теплоизоляции
Наиболее массовый и универсальный вид теплоизоля-
ции — мннераловатные изделия — и в дальнейшем оста-
нется преобладающим в общем выпуске теплоизоляцион-
ных материалов. Будет развиваться производство мине-
раловатных изделий на синтетическом связующем и в
первую очередь водостойких плит — жестких, повышен-
ной жесткости и твердых как наиболее перспективных
для утепления плоских крыш под рулонную кровлю. Пре-
дусматривается расширение производства индустриаль-
ных изделий из вспученного перлита для утепления строи-
тельных конструкций и изоляции технологического и энер-
гетического оборудования.
Средн органических теплоизоляционных материалов
ведущее место принадлежит древесно-волокнистым и дре-
весно-стружечным плитам, фибролиту, арболитовым из-
делиям, производство которых базируется на дешевом
535
сырье и отходах дереиообрабатываюше - промышлешЯ
йя Выпуск древесно-стружечных пли. -^И
одиннадцатой пятилетке примерно в 1.
волокнистых плит и картона в 1,3—1.о
она развивается производство пенополистирол „ J
жесткого пенополиуретана. Сохраняют свое значение j
тептоязоляцпонные ячеистые бетоны, изготовляемые*,с-
пользованием шлаков, зол ТЭС. Возрастает выпуск паду. 3
стриатьныт изделий для высокотемпе изоляции «
технологического и энергетического оборудования — пе-
поксрамических, керамоперлитовых. с-геклоперлитомцЯ
вермикулитовых, а также огнеупорного легковеса. м
Показателем технико-экономическом эффективное!^
теплоизоляционного материала являются •; "овгоенны^Я
затраты П на единицу термического сопротивления-
(руб.), вычисляемые по формуле:
где Л, — приведенные затраты ва 1 мэ теплонзоляцвоняого маге-
Прнведенные затраты на единицу термического соцро-. 1
влевня наиболее распространенных теплоизоляционных J
терналовсоставляют (руб.):
20 дБ. то снижается на 10—20 % производительность
труда, Уменьшение шума в результате использования
акустических материалов сохраняет здоровье человека,
создает для него необходимые удобства и способствует
гозкшенню производительности труда. Выбор акустиче-
ского материала зависит от вида шума, его уровня и ча-
стотной характеристики.
Воздушным шумом называют шум от работы обору-
дования, музыкальных инструментов, телевизора и т. д,
распространяющийся в виде звуковых волн в воздухе.
'"ирный шум возникает при ударе по конструкции,
вибрации оборудования, передвижке мебели и т. п.
Нормальное ухо человека воспринимает звуковые ко-
лебания частотой 16—20 000 Гц, причем особо чувстви-
тельными являются частоты 1500—3000 Гц. Интенсив-
ность звука (Вт/м2) определяется звуковой энергией, про-
ходящей за 1 с через площадку в 1 м2, параллельную
фронту волны.
Уровень звукового давления L, дБ, определяют по
формуле
Цр^иГ^ябрашт ”иагекВа30о!-400 2.17—ф 60 J
тоаеран ка (вампа, воаушми 2 |4_2 ]9
Ячеистый бетон (автоклавный) . . . 2,46—2,76
Если исходить из приведенных затрат, то наиболее
экономичны изделия из минерального и древесного во-
локон, перлитовые материалы и ячеистый бетон.
ГЛАВА 14. АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
I I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
°®шес,веи“ых зданий проводится для защиты
к»ека от шума. Повышенный шум в помещениях от-
давлению 2-10-* Н/м«?7.-10-'» Вт/м».'
Требуемое снижение октавных уровней звукового
давления ALTP, дБ, определяют по формуле
Предельные (максимально допустимые) уровни шума
устанавливаются в зависимости от назначения помеще-
ния и частотной характеристики звука. Предельные зна-
чения уровней шума: для производственных помещенийс
51а^рн^мамножет изме^ться
несколькими приборами. Из последовательносоеди,зен-
„ых приборов образуется .нзмернтельиый тракта вклю-
чающий шумомер. анализатор, самописец и др. Встреча
„„„ ШУМЫ различного вида и уровня, поэтому примени, Я
ют акустические материалы различного назначения.
Звукопоглощающие материалы и конструкции служат Я
для снижения энергии отраженных звуковых волн, т. е. М
иля снижения шума в помещениях. Принято среди зву. Я
копогтощающих выделять декоративно-акустические ма- J
„„„алы необходимые для создания акустического ком- 1
борта и отделки интерьера. Звукоизоляционные материя. 1
лы применяют в основном для ослабления звука, хотя
нередко (например, в междуэтажном перекрытии) эти же .
материалы помогают изоляции воздушного шума.
|2. ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
1. Свойства звукопоглощающих материалов
Коэффициент звукопоглощения. Основной акустиче-
ской характеристикой звукопоглощающих материалов яв.
ляется коэффициент звукопоглощения а, равный отноше-
нию количества поглощенной звуковой энергии ЕПогл к
общему количеству звуковой энергии £Пад, падающей на
материал в единицу времени:
« = ^погл/^пад-
(14.3)
Все строительные материалы обладают способностью в j
том или иной степени поглощать звук, поэтому для них I
а>0, а наибольшее значение а = 1. Звукопоглощающими й
материалами принято называть такие, коэффициент зву- 1
копоглощения которых на средних частотах более 0,2. 1
Коэффициент звукопоглощения зависит от пористости ма- J
тернала.
Сквозная пористость. Из рис. 14.1 видно, что коэффи- J
циект звукопоглощения сильно повышается при возраста- Я
пни пористости, поэтому звукопоглощающие материалы J
стремятся выпускать с пористостью 40—90 %. В этом от- Я
ношении они сходны с теплоизоляционными материала- j
иднако требования к характеру пористости различ- J
,в тепло1,3°ляШ1онном материале предпочитают I
Z воздушные поры, то эффективность звукопо- 1
поо илпХп«М.а1е₽ИаЛа в03Растает при наличии сквозных 1
. .w.»’ «.SS-y.'s;
Сопротивление продуванию является специфической
характеристикой, позволяющей установить влияние
структуры материала на коэффициент звукопоглощения
Влияние сопротивления продуванию на коэффициент mv-
копоглощения при посто-
копоглощения при посто-
янной толщине слоя пока-
зано на рис. 14.2. При ни-
зких частотах целесооб-
разно иметь меньшее
удельное сопротивление
продуванию^ е. следует
применять рыхлый и тол-
стый материал с крупны-
ми сквозными порами.
Еще более эффективной
щая конструкция в виде
сравнительно тонкого слоя
пористого материала, ус-
тановленного на некото-
ром расстоянии от стены
для создания воздушного
промежутка.
Помимо специальных
прбований звукопоглощающие материа^^И
удовлетворять санитарно-гигиеническим „ 1
ЛН л°лжн“;„,. „„.техническим требованиям огнестой- I
0СШтпМ механической прочности, долговечности и эконо- I
звукопоглощающие материалы не должны вы-
мнчности. о ук требования же к их декоратшиЛ
^ТачЛеХм— —
; материалов
и, материалов с волокнистой структурой наибольшее 1
'..пение имеют мннераловатные плиты. изготовляемом
минерального, стеклянного или асбестового волокна. ,
В качестве связующего используют полимеры (преиму-
щсствепио фенолформальдегидный и мочеввноформЛ™
дегидный), битумную эмульсию, крахмалыю-бентонито-
ьое связующее.
Звукопоглощающие минераловатные плиты отличают- . 4
ся от теплоизоляционных более жестким скелетом и
сквозной пористостью. Плитам придают желобчатую, |
ноздреватую или трещиноватую декоративную фактуру;
перфорация плит делается примерно на 2/з толщины ма-
териала.
Декоративно-акустические плиты акмигран изготовля- j
ют из гранулированной минеральной ваты (76—80 %), I
крахмала (10—12%) и бентонитовой глины (10—15%). I
Плиты имеют красивый вид; они являются эффективным
звукопоглощающим материалом с коэффициентом звуко- 5
поглощения 0,8—0,9 при среднем и высоком диапазонах 1
частот (рис. 14.3).
Жесткие древесно-волокнистые плиты с щелевой nepf- И
форацией применяют успешно, если при изготовлении они I
были обработаны огнезащитным составом. Воздушный j
промежуток создается путем применения каркаса, устро- Я
емкого из проволоки диаметром 1—2 мм либо из деревян-
ных реек, пропитанных огнезащитным составом, по Koid-* I
рым прокладывается металлическая сетка.
Акустический фибролит получают из древесной стрУ>!^' Я
кн и минерального вяжущего вещества (портландцемен-
L? "" '""с.а>„Ц'ис'|т"ый акустический фибролит марок
Ф-400 и Ф-500 в виде плит толщиной 30 мм, предказпа-
Помещений, характера- ,
хучея коэффициентом звукопоглощения' а=008—0 27.
•«
(частота 63—250 Гц), а = 0,36—0,54 (500—2000 Гц), а=
=0,60—0,63 (4000—8000 Гц) при установке на расстоя-
нии 50 мм от ограждения.
Рулоны и маты изготовляют из минерального и орга-
нического (синтетического, хлопкового) волокна, неболь-
шого количества связующего (полимера, битума, крах-
мала) Или прошивают нитками, тонкой проволокой. Для
маты и плиты покрывают тонкой пленкой (например, по-
лиамидной) и декоративной стеклотканью; их пористость
50—200 кг/м».
Акустические бетоны и растворы изготовляют из пори-
стых заполнителей, отличающихся небольшой плотностью
(вспученного перлита, вермикулита, легких видов керам-
зита, природной и шлаковой пемзы). Используют также
крошку глиняного кирпича и каолиновую крошку из от-
ходов керамической промышленности. Вяжущим являет-
ся цветной, белый или обычный портландцемент. Акусти-
ческие бетоны применяют в виде плит или шумоглуша-
Щ Гипсовые акустические плиты, армированные стекло-
волокном, со сквозной перфорацией, обычно оклеенные с
тыльной стороны алюминиевой фольгой, используют в
подвесных конструкциях.
Звукопоглощающие плиты силакпор при монтаже по-
толков крепят в подвесных конструкциях либо приклеи-
вают к потолку специальными мастиками.
Асбестоцементные перфорированные плиты имеют вы-
сокую прочность на изгиб, окрашиваются в любой цвет,
несгораемы.
Керамические плиты «
блоки могут изготовляться ।
из кирпичной крошки . на
жидком стекле. Блоки при-
меняют для глушения шума
промышленных установок
при температуре до 500 °C,
а плиты —для глушения шу-
ма в вентиляционных кана-
При обычных темпера-f
турных условиях хорошее
звукопоглощение достигает-
ся при использовании поро-
пластов, т. е. ячеистых пласт-
масс, имеющих сообщающие-
ся между собой поры. На-
пример, коэффициент звуко-
поглощения пористого поли-
уретана толщиной 50 мм
0,9 при частоте 500 Гц.
Звукопоглощающие изде-
лия из пористого материала
с перфорированным покры-
тием нашли широкое при-
менение; сравнительная про-
стота устройства сочетается
с возможностью получить
наилучшую частотную ха-
рактеристику звукопогло-
щения для любых конк-
ретных условий. Можно
подобрать диаметр отвер-
стий перфорации, процент
перфорации, диаметр толщины экрана, воздушного
зазора и слоя пористого материала так, чтобы получить
при данных частотах высокий коэффициент звукопогло-
щения. Основным элементом изделия является пористый
материал плотностью не более 100—140 кг/м3 в виде ми-
нераловатных плит, рулонов, акустических бетонных плит
!ри11,По0’п?’?пТаН0В0Г0 поропласта. Для защиты от увлаж-
ппп° МаТЫ ИЛИ МЯГКИе ПЛИТЫ ОберТЫВЭЮТ В
таХ Хпиитанную ГИДР°Ф°6«Ь1М составом. Применяют
также защитные тонине синтетические пленки. Перфори-
рованные покрытия делаются из слоистого пластика
дюралюмина, оцинкованной листовой стали, асбестоце-
ментных листов, гипсовых акустических плит.
Слоистые звукопоглощающие изделия (рис. 14.4) могут
изготовляться в виде трехслоиных плит, состоящих из
перфорированного экрана 3 толщиной около 0,5 мм, ос-
новного слоя из звукопоглощающего рыхлого материала
1 толщиной 37—55 мм и расположенного между ними
промежуточного слоя 2 толщиной 6 мм из уплотненного
волокнистого материала с отштампованными с двух сто-
рон лунками в виде усеченных конусов; все слои склеены
между собой. Экран можно изготовлять из стеклопласти-
ка; площадь перфорации составляет около 15 % площа-
ди экрана. Промежуточный и основной слои состоят из
прессованной стеклянной ваты на синтетическом связую-
щем. Плита имеет общую толщину около 58 мм, она кре-
пится к конструктивным элементам с помощью крепеж-
ных деталей. Такие плиты трудносгораемы, биостойки,
легко моются, хорошо сопротивляются случайным уда-
Звукопоглощающие устройства. Звукопоглощающие
облицовки часто устраивают из слоя однородного пори-
стого материала, который монтируется непосредственно
на ограждающей конструкции либо на некотором рассто-
янии от нее для создания воздушного зазора. Применяют
а также рулонов и матов. Акустическая обработка при-
знается целесообразной, если ожидаемое снижение шума
не менее 3 дБ. Снижение уровня шума можно определить
по формуле
Штучные звукопоглотители в виде отдельных щитов,
кубов, призм, конусов, шаров подвешивают к потолкам
шумных помещений. Они могут быть использованы не
только для акустической обработки помещения, но и для
декоративного решения интерьера в соответствии с тре-
бованиями эстетики. Перфорированные стенки штучных
поглотителей делают из алюминиевой фольги, алюминие-
вых листов, а также из прозрачных материалов (напри-
мер, оргстекла), что имеет важное значение при естест-
венном освещении помещений. Штучные поглотители за-
полняют или облицовывают изнутри пористыми'.материа-
лами. Объемные многорезонансные штучные поглотители?
устраивают в виде набора полых кубов разного размера
Каждый представляет собой резонирующий воздушны*.
объем, ограниченный перфорированными гранями, с вы-
соким поглощением на частотах, близких к собственной
частоте. Многорезонансная система имеет широкую ра-
бочую полосу частот.
Клиновые поглотители. Облицовка из них при пра-
вильном устройстве практически полностью поглощает
звуковые волны, падающие на внутреннюю поверхность
стен. Звукопоглощающему материалу придается форма
клина, конуса или пирамиды. Клиновые поглотители на-
бивного типа имеют проволочный или деревянный кар-
кас, обтянутый марлей или другой тканью, пропитанной
огнезащитным составом. Заполнение производится рых
лым волокнистым материалом: капроновым волокном'
шлаковой или стеклянной ватой, асбестовым шнуром’
Клинья требуемой формы могут делаться без каркаса из
жестких минераловатных плнт и других плиточных мате-
риалов. С помощью облицовки из клиновых поглотителей
можно предотвратить отражение звуковых волн и полу-
чить безэховые помещения. у
Акустические подвесные потолки, в частности, из про-
филированных алюминиевых листов, асбестовых перфо:-
™?ХТЛ.Л,ге10В " эв>’ко"0™щающих материалов
п₽ "ЛИ акмн“"т получили большое распрост- .
не ссттаают Z’*""/ дек°Ра™"Ь1М свойствам они
Резоватопч^ зарубежным материалам (рве. 14.5).
' звуконоглотитель пр(. вЯ
X’S? ZT'rZK0 возрастает
борированному экпану п»п к ™ подклеивают к вер-
на винипластовSo -“Й ЭК₽а" ДелаюТ
i
g
глощевия в широком диапа
зове частот применяют мно-
гослойные резонаторные зву
с воздушными проме-
^Тоннрующие панели попользуют в области низких
частот (ниже 200 Гц) в виде щитов, имеющих каркас,
на котором крепится мембрана из листов фанеры ДР®‘
весно-волокнистых плит или плотной непродуваемой тка-
ни Щиты монтируют на потолке и стенах на некотором
расстоянии от них. Воздушный промежуток заполняют
волокнистым материалом либо делают прокладки из по-
ристого материала- по периметру щита. Щиты изготов-
ляют плоскими, полуцилиндрическими или в виде склад-
чатых конструкций.
§ 3. ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. Свойства звукоизоляционных материалов
Изоляция от воздушного шума определяется звуко-
изолирующей способностью конструкции Я и показыва-
ет (дБ), насколько снижается уровень звукового давле-
ния после прохождения звука через конструкцию. Звуко-
изолирующая способность
представляющий собой
Изоляцию от ударного шума определяют по приведен-
ному уровню звукового давления £„ в помещении под
Пе₽ДннамичМеский модуль упругости-основная харак-
теристика прокладочных звукоизоляционных материалов.
Уменьшение модуля упругости сильно снижает скорость
распространения'звука. Скорость распространения про-
дольной волны составляет, м/с: в стали 5050 граните
3050 железобетоне 4100, кирпиче о350. дереве 1500, проб-
ке 500 резине 30, поэтому для звукоизоляционных про-
кладок применяют пористые материалы, обладающие не--
большим модулем упругости.
Прокладочный материал часто находится под дейст-
вием сжимающих сил. Относительная сжимаемость, %,
под нагрузкой в характеризует деформативные свойства:
а = 100, (14.6)
Повышению звукоизоляционных качеств прокладоч-
ных материалов способствует увеличение внутреннего
трения, которое характеризуется коэффициентом потерь
или коэффициентом внутреннего трения. Коэффициент
потерь определяют резонансным методом на виброметре.
Оптимальное сочетание всех характеристик получают при
применении пористо-волокнистых, резиновых и резинопо-
добных материалов с губчатой структурой.
2. Виды звукоизоляционных материалов и изделий
Стекловолокнистые изделия изготовляют из непрерыв-
ного стеклянного волокна, имеющего диаметр 10—30 мкм
(стеклянная вата, стекловолокнистые маты и полосы),
которые прошиваются или проклеиваются. Из штапель-
ного стеклянного волокна длиной 20—40 см и толщиной
8—20 мкм получают плиты на полимерных связующих,
л.еты и плиты выпускают плотностью 30—250 кг/м3, тол-
щиной 10, 30, 40. 50 мм. Повышение тонкости стеклян-
ного волокна увеличивает звукоизоляционные свойства
материалов.
лопов). полихлорвинила обычного (ПХВ) п эластичного’j
(ПХВЭ). Плотностг губчатой резины 100 ' 0 кг, м1. по-
ролонов 30—75 кг/м3, ПХБ 60-—350 кг/м3 в зависимости
от марки.
Звукоизоляционные мягкие покрытия полов значи-
тельно улучшают изоляционные свойства перекрытий.
Безосновный линолеум лишь незначительно улучшает
звукоизоляцию перекрытия от ударного шума. Более эф-
фективны двухслойные покрытия, в особенности линоле-
ум на подоснове из пенополиуретана или ворсовая ней-
лоновая ткань на губчатой резине.
Звукоизоляционные устройства. Звукоизоляционные
материалы применяют в виде слоев, полосовых и штуч-
™“Р0КЛаД01'' 3вУКО"золяция перекрытия значительно
мюшегп’.' пп₽И £т₽ойстве звукоизоляции ПО типу «пла-
кмстпткп," Плава»ЩИЙ пол отделяется от несущей
но=ЛСрС,'рЫГ"я " сте" прокладками нз звуко-
ХЗХнтТ, г р"ала (р"с 14 7>'не ™ея <-»»«««е-
хонз^яцйо.шых мС ПЛМ0ЩЬ'° упруп,х просадок из зву-
ним стенам про ер,,алов 3®УК изолируют по внутрен-
В мест™ .USTAn Прок•"адм1 устанавливают
е-РУКШЛ и перекрытий (р “с РИ8)'."'Я Ог₽аждаюи»их к0“-
Машины, инженерное и бытовое оборудование поме-
щений вызывают вибрацию строительных конструкций.
Для уменьшения шума от вибрации необходим комплекс
мероприятий. Виброизоляция фундаментов машин дости-
гается установкой амортизаторов (в виде пружин и упру-
гих прокладок), располагаемых между фундаментами и
полом. Хорошая виброизоляция получается тогда, когда
частота собственных колебаний установки на амортиза-
торе будет по меньшей мере в 3—4 раза меньше частоты
вынужденных колебаний.
Для изоляции трубопроводов от строительных конст-
рукций осуществляется их подвеска к потолку или про-
кладка по стойкам, которые должны опираться на несу-
щую конструкцию через звукоизоляционные прокладки
(рис. 14.9). В местах прохода через стены и перекрытия
трубопровод тщательно изолируют минеральной ватой
или другим подобным изоляционным материалом, кото-
рый предотвращает образование акустических мостиков.
ГЛАВА 15. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
И МАТЕРИАЛЫ НА ИХ ОСНОВЕ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Органические вяжущие вещества делят на битумные
и дегтевые. К битумным материалам относятся следую-
Щ" Природные битумы — вязкие жидкости или твердооб-
разные вещества, состоящие из смеси углеводородов и их.
неметаллических производных. Природные битумы обра-
зовались в результате естественного процесса окисли-
тельной полимеризации нефти. Природные битумы встре-
чаются в местах нефтяных месторождений, образуя лин-
зы а иногда и асфальтовые озера. Однако природные
битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они содер-
жатся в осадочных горных породах.
Асфальтовые породы — пористые горные породы (из-
вестняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитан-
ные битумом. Из этих пород извлекают битум илн их раз-
матывают и применяют в виде асфальтового порошка.
Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые пере-
плоткой нефтяного сырья, в зависимости от технологии
производства могут быть: остаточные, получаемые нз гуд
ИЛЬНЫХ ЯПП«рв1ЛХ (пролуг
'ни и П10ЦН-
крокнпгопые,
ИНН он ПИЛИГИ Н 1ИЦОП11ЫМ ri.ipi.VM для получении Щ’фтя*
m.ix’Онтумоп (Itcnofli.iycreii и индо спилующсго Вещества
в дорожном строительство).
К дегтевым м и тер пилим относят различные виды дог*
ТЛ и пеки (см. § 3).
Наиболсо широкое применение орглинческпе вяжущие
вещества получили в гидротехническом, дорожном, про*
м1.1111лснпо’Грнжд|1Иском строительстве в индо кровель*
пых, гидроизоляционных матерпалоп, асфальтобетона,
11сф||Л1.гоного раствори, уплотняющих материалов. Орга-
нические нижущие хорошо сопмсщаютси <• резиной и по*
линерами, что позволяет значительно улучшить качество
битумных материалов и соответствии с требованиями со*
временного строительства. Возникла новая отрасль, про*
наводящая гидроизоляционные материалы (изол, бризол
в др.) из вторичного резинового сырья. Изготовление ру*
лонных кровельных и гидроизоляционных материалов
Iосуществляется на полностью механизированных ноточ*
них линиях непрерывного действия.
2. БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИI’. ПБЩЕСТБА
I. Состав и строение битумов
Вотумы относятся к наиболее распространенным ор-
ганическим нижущим веществам. Элементарный состав
битум.).. колеВлетси и пределах, %: углерода 70—НО, по-
лироли III -15, .ери 2 II, кислорода I -Г>, мота 0—2.
Эти члемеи™ находи т. и битуме и пиле углеиодородои
и их соединении с серой, кислородом и азотом. Химиче-
<1.1111 состаи битумои косима сложен. Тик, и них могут ии-
ходнп.сн пред,011.111.1.. углеводород. С„||.,„ д() (!.,„Ц„...
"с< .....ооОриаиио соедниеиин, образующие битум мож-
но снести и три группы: твердая чнеп,, смолы и млели-
' ... п " 6||т>'ми - ........................ с уг-
оню В "Х "1""|'"ол'11'1е е молекулярной массой
6000. плотностью более I, объединенные общим пи-
лих и Летучих растворителях. В сш ит битумов мшут
входить также твердые yi лсводороды парафины. Смо-
лы представляют собой аморфные вещества темно корич-
невого инета с молекулярной массой 500—1000 и плот-
ностью около I. Масляные фракции битумов состоят из
различных углеводородов с молекулярной массой 100—
D00 и плотностью менее I.
По своему с । роению битум — коллоидная система, в
которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной
средой являются смолы и масла. Асфальтены битума,
диспергированные в виде частиц размером 18 20 мкм,
являются ядрами, каждое из них окружено оболочкой
убывающей плотности от тяжелых смол — к маслам.
Свойства битума кик дисперсной системы определяются
соотношением входящих в него составных частей: масел,
смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальте-
нов и смол влечет за собой возрастание твердости, темпе-
ратуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, мас-
ла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким
и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел
и смол также повышает пластичность битума.
Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухуд- •
щает их свойства, повышает хрупкость при пониженных
земпературах, поэтому стремятся к тому, чтобы содержа-
ние парафина в битуме не превышало 5 %.
Состав определил практические способы перевода
твердых битумов в рабочее состояние: I) нагревание до
140—170 °C, размягчающее смолы и увеличивающее их
растворимость в маслах; 2) растворение битума в органи-
ческом растворителе (зеленое нефтяное масло, лакойль
и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева
(холодные мастики и т. и.); 3) эмульгирование н получе-
ние битумных эмульсий и паст,
2. Свойства битумов
Физические свойства °РГ»НИ,,''““» ** "e°£rx“^4,^ос-
ISSBss
гюго расплавления. Эти свойства обусловили применение I
органических вяжущих для производства кровельныДИ
гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а |
также их широкое распространение в гидротехническом»
и дорожном строительстве.
Плотность битумов в зависимости от группового со-
става 0,8—1,3 г/см3. Теплопроводность характерна для I
аморфных веществ и составляет 0,5—0,6 Вт/(м-°С); теп- 1
лоемкость 1,8—1,97 кДж/(кг-°C). Температурный коэф- I
фициент объемного расширения при 25 °C от 5-10~4 д0 1
8-IO“40C_*, причем более вязкие битумы имеют большие Я
значения этого коэффициента. Устойчивость при нагрева.-Я
нип характеризуется: потерей массы при нагревании fl
пробы битума при 160°C в течение 5 ч (не более 1 %) 1
и температурой вспышки (230—240°C в зависимости от 1
марки). Водостойкость характеризуется содержанием I
водорастворимых соединений (в битуме не более 0 2— fl
0.3% по массе). Электроизоляционные свойства исполь- 1
вуют при устройстве изоляции электрокабелей.
Физико-химические свойства. Поверхностное натяже-
ш.е битумов при 20—25 °C составляет 25—35 эрг/см2. От I
содержания поверхностно-активных полярных компонен- I
тов в органическом вяжущем зависит смачивающая спо- I
собность вяжущего и его сцепление с каменными мате- I
риалами (порошкообразными наполнителями, мелким и I
круп.'ым заполнителем) Прочные хемосорбц, онные свя" |
пТЛ”" с из известняка, доло- |
.Л7к:тиХ»СаЛ°;^ТВ0М ’Д“₽в«ионных центров в 1
Старение — процесс медленного нвменення состава >< 1
кот?иТиеп"ТУМа' сопР°вождаюшийся повышением хруп 3
под ж.
возрастания колячсст^," „ ₽ д пОздуха вследствие Я
за счет уменьшения глп2ВеРДЬ1Х хРупких составляющих >3
масел уменьшс"ня содержания смолистых веществ и j
го состава и^ТХнн^Жн' бит^ма эав"сят от группово- 1
па золь ведут себя как^жчп 6"тумы с0 структурой тй- j
чихнется закону Ньютона Твеоаы'' Г'1ен1|е которых поД-
типа гель, относятся к „в?а ₽ е “Тумь' со структурой J
как при приложении к ним нагоЖ”пМ матеР";|лзм, так I
►ает упругая (обратимая» и „Г * одновременно возин-
соеммнинощие дефоом- ’““"«ческая (необратимая)
8И ₽ ' '®ля описания процесса де- 1
формирования вязкоупругих тел используют реологпче-
скую модель Максвелла и др ’ реологиче-
Хнмические свойства. Наиболее важным свойством
является химическая стойкость битумов и битумных ма
сериалов к действию агрессивных веществ, вызывающих
коррозию цементных бетонов, металлов и других строк,
тельных материалов. Битумные материалы хорошо сонро-
......•'>... действию щелочей (с концентрацией до 50 %)
голяиой (до 25%) н уксусной (до 10%) кислот. Менее
г-оики битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота,
а также при действии концентрированных растворов кос-
ют (особенно окисляющих). Битум растворяется в орга-
нических растворителях. Благодаря своей химической
стойкости битумные материалы широко применяют для
защиты железобетонных конструкций, стальных труб
Физико-механические свойства. Марку битума опре-
деляют твердостью, температурой размягчения и растя-
жимостью. Твердость находят по глубине проникания в
битум иглы (в десятых долях миллиметра). Температу-
ру размягчения определяют на приборе с условным на-
званием «Кольцо и шар», помещаемом в сосуд с водой;
она соответствует той температуре нагреваемой воды, при
которой металлический шарик под действием собствен-
ной массы проходит через кольцо, заполненное битумом.
Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением
(см) образца битума (в виде восьмерки) при температу-
ре 25 °C, определяемым на приборе — дуктилометре.
ТАБЛИЦА 15.1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЯНЫХ
Строительные битумы
БИ 50/50
БН 70/30
БН 90/10
БНК 45/180
БНК 90/40
БНК 90/?0
Марку битума выбирают в зависимости от назначения!
По назначению различают битумы строительные, кро'1
ветьные и дорожные. Основные требования, предъявляв!
мне к строительным и кровельным битумам, приведены]
в табл. 15.1. Строительные битумы применяют для изго-1
товления асфальтовых бетонов и растворов, приклеиваю.]
щих и изоляционных мастик, для покрытия и восстановД
пения рулонных кровель. Кровельные битумы использу-1
ют для изготовления кровельных рулонных п|
гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом
марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный!
картон), а тугоплавкие битумы служат для покровного!
§ 3. ДЕГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
1. Состав дегтей и пека
Деготь представляет собой густую вязкую массу чёр- I
при нагревании без
доступа воздуха твердых видов топлива (каменного и бу-
рого углей, горючего сланца, торфа, древесины). В строи- |
тельстве применяют, главным образом, каменноугольные I
дегти, получаемые в коксохимическом производстве При
переработке 1 т угля получают 700—750 кг кокса, 300— 1
350 м3 коксового газа, 12-15 л бензола, до 3 кг аммиака 1
дегтя) КГ СЫ₽°" камевн°Угольной смолы (сырого I
Дегтевые вяжущие вещества полоазлеляют™
дующие виды: . I
Фенада’ 43^*“'""“’ " "енасыщен™* углеводородов и 1
б) аысокоте1<пеп>А"Т для полУчення отогнанного дегтя;- Я
акии ?к”опор деготь’ "“У-лсмый при коксо- |
черной'вязкой жХст’Л’иб" "РИ ,000-1300 °C) в виде <
плотностью 1,12-1 23 г/см3и ° ЯЯЗКОТВерд°го пРолУкта
дс 40—70 °C; Г/см и тем"ературой размягчения а
емый в,^^аДтееФоа<кпаиМе1'НОуГОД'-ная смола). получа- Я
ратурной смолы с выдыёниеИмОи,а"ЯЯ Сырой низкотемпе- -1
,м д лением из нее лигроиновой и ке-
росшювой фракций (до 30 % массы смолы); по своей
вязкости и свойствам близок к высокотемпературному
пек, являющийся твердым остаточным продуктом пе-
регонки сырой каменноугольной смолы с выделением из
нее: легких масел (кипящих до 180°C), фенольной фрак-
ции (180—210 еС), нафталиновой фракции (210—230 СС),
антраценового масла (до 360°С). Пек —аморфная хруп-
кая масса черного цвета с характерным раковистым из-
ломом плотностью 1,20—1,28 г/смэ; состоит из высоко-
молекулярных углеводородов и их производных, а также
свободного углерода (8—30%);
составленные дегти, получаемые сплавлением пеков с
дегтевыми маслами (антраценовыми и др.) или обезво-
женными сырыми дегтями; широко применяются в строи-
тельстве, так как, изменяя соотношение между пеком и
растворителем (антраценовым маслом), можно получать
составленные дегти требуемой вязкости и температуры
размягчения.
В состав дегтевых вяжущих входят в основном угле-
водороды ароматического ряда — производные бензола
и их соединения с кислородом, азотом и серой. В состав
каменноугольного дегтя входят следующие группы ве-
ществ: а) твердые (углистые и неплавкие вещества), не-
растворимые в органических растворителях; б) дегтевые
смолы твердые неплавкие (подобные асфальтенам в би-
туме) и вязкопластичные плавкие смолы, растворимые в
бензоле и хлороформе; в) жидкие дегтевые масла, состоя-
щие из жидких углеводородов. Следовательно, дегтевые
вяжущие представляют собой сложные дисперсные систе-
мы, свойства которых определяются соотношением между
твердой составляющей, смолами и маслами.
2. Свойства дегтей н пека
Плотность каменноугольных дегтей составляет в сред-
нем 0,96—1,09 г/см3, пека 1,19—1,3 г/см3. Вязкость дег-
тей и пека повышается с увеличением количества свобод-
ного углерода и твердых смол из-за уменьшения масля-
ной части дегтя. Температура размягчения «1-60 С
Атмосферостойкость дегтевых материалов (тмя)
ниже по сравнению с битумными (РУбтеР“ “м Юфтяные
ясняется тем что дегти стареют быстрее, чем нефтяные
биТмы Е1 дегтях содержится большое количество непре-
555
?ние — дегтевые материалы становятся хрупкими
от водоотталкивающие свойства. Бностойкость мате-J
$ 4. МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ БИТУМОВ
II ДЕГТЕП
I. Кровельные и гидроизоляционные материалы
Рулонные материалы. Кровлю из рулонных материа-
лов делают из нескольких слоев, составляющих кровель-
ный ковер. В низ ковра укладывают подкладочные мате-
риалы (беспокровные), а верхний слой устраивают из по-
кровных материалов, имеющих слой из тугоплавкового
битума (дегтя) и посыпку: крупнозернистую (К), мелко-
зернистую (М) или пылевидную (П). Допускается выпуск
кровельного рубероида с чешуйчатой посыпкой (РКП).
Выпускают основные и безоенбвные рулонные мате-
риалы. Основные материалы изготовляют путем обработ-
ки основы (кровельного картона, асбестовой бумаги, стек-
лоткани и др.) битумами, дегтями и их смесями. Безос-
новные получают в виде полотнищ определенной
толщины, применяя прокатку смесей, составленных из ор-
Хлм.п0™ вяжущего (',а,це битума), наполнителя (ми-
нералыюго порошка или измельченной резины) н добавок
(антисептика, пластификатора). дооавок
™»Р±Р°"Д ,,ЗГОТОВЛЯ|от. пропитывая кровельный кар-
шнм₽„^.аВЛС“НЬ,м ле™°™““™м битум™ с последую-
теФтяиыЕ б.'.'г М С °л"°" "л" с обе"х СТ°Р°" тугоплавким
Л™ битумом с наполнителем и посыпкой. Кровель-
2рев«>юй иХУ"’ЮТ Т”""""' бумажной макулатуры it
л евесиои целлюлозы. Крупнозернистая цветная посыпка
“ ° П°вышвет атмосфероетойкость рубероида м
н придает ему привлекательный вид. Производство отбе
гы до 18о”иО’С-' п‘°ГреВ "1,0|"|т0ч||ой п покровной мае-
.“й»Х; отж™ E'Z м’Л0Т"и КВ|,ТО"В в "РО"-™-
С, отжим валками машины излишнего битума;
протягивание пропитанного картона через другую ванну
с более тугоплавким битумом для нанесения покровного
слоя; посыпку минеральным порошком или другим посы-
почным материалом с одной или обеих сторон; охлажде-
ние материала на цилиндрах водой или с
устройства; резку ленты па куски стандартной длины
свертывания их в рулоны (рис. 15.1).
в зависимости от назначения (кровельный - К, под. I
кладочный - П). вида посыпки и массы I ма основы (кро. Л
Tinoco картона) рубероид делят на марки: РКК-500Д И
РКК 400А РКК «6Б, РКК-400В, РКМ-350Б, РКМ-400В 1
РПМ-300Л РПМ-300Б. РЛМ-ЗООВ. РПП-350В:|
РПП-350В РПП-ЗООА, РПП-ЗООБ, РПП-300В. На ним. ]
июю поверхность кровельного рубероида, образующего
верхний слой кровельного ковра, и на обе стороны
подкладочного рубероида наносят мелкозернистую или 1
пылевидную посыпку, предотвращающую слипание ма- I
«риала в рулонах. Рубероид подвержен гннеяЦго- 1
в атом его недостаток, поэтому осооено производство ааМ
гисептированного рубероида.
Для районов с холодным климатом выпускают рубе- 1
роид РЭМ-350 с эластичным покровным слоем битума, |
модифицированным полимерами. Добавка полимера сни* 1
жает температуру хрупкости покровного битума до
—50 °C. Долговечность кровли увеличивается в 1,5—2 ра- |
за; рубероид с эластичным покровным слоем обладает 1
повышенной погодоустойчивостью.
Наплавляемый рубероид — новый кровельный мате- 1
риал. Его главное преимущество в том, что при устройст-
ве кровли наклейка осуществляется без применения кро* |
вельной мастики — расплавлением утолщенного нижнего !
покровного слоя (пламенем горелки или другим спосо- I
бом). В результате удешевляются кровельные работы, I
улучшаются условия труда (рис. 15.2) и повышается на 1
50 % производительность труда.
Пергамин — рулонный беспокровный материал, полу- 1
чаемый пропиткой кровельного картона расплавленным I
нефтяным битумом с температурой размягчения не ниже I
40 С. Является подкладочным материалом под рубероид ;
и используется для пароизоляции.
Стеклорубероид и стекловойлок — рулонные материя- 1
лы. получаемые путем двухстороннего нанесения битум- j
ною (битумно-резинового или битумно-полимерного) вя- J
жущего на стекловолокнистый холст или на стекловойлок
и покрытия с одной или двух сторон сплошным слоем по- 1
сыпки. В зависимости от вида посыпки и назначения стек- "I
лорубероид выпускают следующих марок: С-РК (с круп- 1
"«зернистой посыпкой). С-РЧ (с чешуйчатой посыпкой) 1
‘ (С пылев"*ной и мелкозернистой посыпкой). При- 4
КЛОрубероид для «ерхиего и нижних слоев кро- |
вельного ковра и для оклеенной гидроизоляции. Сочета- I
ние биостойкой основы и пропитки с повышенными фиаи-
ко-мсхаипческнми свойствами позволило получить
стеклорубероид долговечностью около 30 лет.
Гииростеклоиаол — новый гидроизоляционный рулон-
ный материал, предназначенный для гидроизоляции же-
лезобетонных обделок тоннелей (марка Т), пролетных
строений мостов, путепроводов и других инженерных со-
оружений (марка М). Гидростеклоизол состоит из стекло-
основы (тканой или нетканой сетчатой, дублированной
сгеклохолстом), покрытой с обеих сторон слоем битумной
массы, составленной из битума, минерального наполни-
теля (около20 %): молотого талька, магнезита и пласти-
фикатора. Рулон длиной 10 м имеет ширину 0,85—1,15 м.
Водонепроницаемость характеризуется гидростатическим
давлением 0,49 МПа (5 кгс/сма), при котором вода не
просачивается через образец в течение 10 мин. Отличает-
ся высокой прочностью при растяжении в продольном на-
правлении; выдерживает разрывную нагрузку: при выс-
шей категории качества 735 Н (75 кге), первой катего-
рии 490 Н (50 кге); температуростойкость 60-65 С;
температура хрупкости от минус 20 до минус 10 С.
Гидростеклоизол наклеивают без применения ма-
сти _ равномерным оплавлением его поверхности пла-
менем газовоздушной горелки, не допуская сосредоточен-
ного нагрева всей толщины гидроизоляционного слоя.
Асфальтовые армированные маты получают путем по-
крытия предварительно пропитанной стеклоткани с обе-
их сторон гидроизоляционной битумной мастикой.
Используют для оклеенной гидроизоляции и уплотнения
«SL7— двухслойный материал из
топкой рифленой пли гладкой алюминиевой фольги по-
крытой с пожней стороны защитным ° “а
составом. Он предназначен для устройства кровельи па
рогидроизоляции зданий и сооружений герметшан
СТЫКОВ. Длина рулона 10 м. ширина Гм Ввешняя поверх
кость фольгоизола может быть окрашена в различные
ппетя атмосферостойкими лаками. Фольгоизол дол
“и.ый материал, не требующий ухода в течение всего не-
алюминиевой фольги, покрытой с "бающихся толщи-
Онемеет высокую прочность
на разрыв и долговечность. Применяют для i ндроизоляиВ
нин подземных и гидротехнических сооружений. 1
Гидроизол — рулонный беспокровный гидроизолщ^^Н
онный материал, полученный путем пропитки асбестово^Д
го картона нефтяным битумом. Он предназначается
устройства гидроизоляционного слоя в подземных Я; гид.
ротехнических сооружениях, а также для защитного про- Я
тивокоррозиоппого покрытия. Гидроизол выпускают двух 1
марок ГИ-Г и ГИ-К со следующими свойствами J
(табл. 15.2).
Изол и бризол не имеют специальной основы в виде I
картона или ткани, ее роль выполняют волокна асбеста, Я
вводимые в битумно-резиновое вяжущее в качестве дне- |
перепой арматуры.
Бризол изготовляют, прокатывая массу, полученную Л
смешиванием нефтяного битума, дробленой резины (от |
изношенных автопокрышек), асбестового волокна и пла-
стификатора. Бризол стоек к серной кислоте при концеи- Я
трацип до 40 % и к соляной кислоте при концентрации Я
дс 20 % и температуре до 60 °C. Его применяют для за-
щиты от коррозии подземных металлических конструкций.
и трубопроводов. Приклеивают к поверхности битум ио-
резиновой мастикой.
Изол — безоенбвный рулонный гидроизоляционный и Я
кровельный материал, изготовляемый прокаткой резино- Я
обработкой девулканизироваиной резины, нефтяного би- I
тума, минерального наполнителя, антисептика и пласти- Я
фнкатора. Изол долговечнее рубероида более чем в 2 ра- Я
за. эластичен, биостоек, незначительно поглощает влагу. 1
ьго выпускают в рулонах шириной 800 и 1000 мм, толщи- |
площадью полотна 10-15 м?. Изол при- I
гидРОизоляции гидротехнических сооружений, Я
бассейнов, резервуаров, подвалов, антикоррозионной за- 1
трубопроводов, для покрытия Днях и т».. ,
шей адгезией к бетону я ™т.Лду '' отл""”с™ W-
Дегтевые кровельные рулонные матепнилы пкл»»...,
х; т »так».. xxZoS
//.. ПК и. 1оль — рулонный материал, изготовляемый ппо.
" .........ем крине;...ого картоне дегтями X
< гонкой леском или минеральной крошкой. Толь с круп.
13""стоЯ "адЫ|1|<0Й применяют для верхнего слоя
плоских кровель, а голь с песочной косынкой — для кро-
вель нременпых сооружений, Гндроизоляцян фупдамеп-
тон II других частей сооружений. Толь-кожу н толь гид.
ропзоляциоииый выпускают вез покровного слои и по.
сыпки. Используют в качестве подкладочного материала
под толь при устройстве многослойных кропсл!,, и также
для пари- и гидроизоляции.
питкой'те®итУм,,ыс1 кР0|,ел|’Ные материалы получают про-
гона) н покрытием с двух сторон битумом и посыпкой.
Их используют для устройства многослойных плоских
кровель.
Новыми пленочными гидроизоляции
лами, созданными в СССР, являются
лимердегтебитумная) и ПРДБ (полил
чумная), применяемые для гидронзол»
ных газо- и нефтепроводов. При болы
прочности на растяжение (1000 И в пр
лепии) они коррозноппостойки и биос
при температурах от —50® до -f-GOvC и
Кровельные и гидроизоляционные и
мости, нодопоглощвнию, теплостойкост
прочности. Водонепроницаемость испил
статическом Давлении, установленном .
риала. Например, при испытании сто
гидростатическим давлением 0.07 МПа
ня поверхности образцов нс должно п<
ков проникания воды. Водопоглощение должно own.
нимальным: для стеклорубероида — иг более 0,5 7> Геи
лостойкость характеризуется температур#^ которая ив
19-206
1ДБ (no-
bi должны
•проницав-
□рубероиде под
гечение 10 мич
1 должно быт
вызывает сползания посыпки и появления вздутии и дРу. |
п“ дефектов покровного слоя. Теплостойкость и', мных 1
матеоиатов (рубероида, стеклорубероида) не менее 80 С,
’ОЛЯР45еС дегтебитумных материалов не ниже /0 С. Д
Механическая прочность характеризуется разрывнымЯ
гцузом при растяжении полоски материала ширинойШ
50Умм. Для рубероида этот показатель не менее 320— I
340 И, стеклорубероида не ниже 300 Н. |
Листовые материалы и штучные изделия. Битумные
«“л" ‘^с^тТарок Лв'ооТп ЛбТоо'с = |
натурой размягчения пропиточной массы не ниже GO °C. fl
Армированные плиты изготовляют прессованием горячейгЯ
мастики или горячей асфальтовой смеси, применяя ар- J
минование стеклотканью или металлической сеткой. Не- 1
армированные плиты производят из тех же смесей, но без !
армирования. Плиты применяют для устройства гидро- Я
изоляции и заполнения деформационных швов.
2. Мастики
Мастика — смесь нефтяного битума или дегтя (ото- Д
гнанного и составленного) с минеральным наполнителем Л
и добавкой антисептика. Для получения мастик примени- 4
ют: пылевидные наполнители (измельченный тальк, маг^И
яезит, известняк» доломит, мел, цемент, золы твердых fl
видов топлива); волокнистые наполнители (асбест, ми- ’
неральную вату и др.). Наполнители адсорбируют на сво- fl
ей поверхности масла, при этом повышаются теплостой- а
кость и твердость мастики. Кроме того, уменьшается рас- 1
ход битума или дегтя; волокнистые наполнители, армируя Я
материал, увеличивают его сопротивление изгибу.
Мастики подразделяются: а) по виду связующего — fl
на битумные, битумно-резиновые, битумно-полимерные; 1
6) по способу применения — на горячие (применяемые d |
предварительным подогревом до 160°C —для битумных •
мастик и до 130 °C —для дегтевых мастик) и холодные fl
(содержат растворитель), используемые без подогрева fl
при температуре воздуха не ниже 5 °C и с подогревом до 1
60—70 С при температуре воздуха ниже 5 °C; в) по на- 1
значению — на приклеивающие, кровельно-изоляционные, ]
гидроизоляционные асфальтовые и антикоррозионные. 1
Приклеивающие мастики применяют для склеивания
рулонных материалов при устройстве многослойных кро- Л
Мастики Компоненты Марка
Вятуииые МБК-Г-65 МБК-Г-75 МБК-Г-85 МБК-Г-100 100 i
Дегтевые . Каменноугольные МДК-Г-50 МДК-Г-60 МДК-Г-70
При изгибе мастики, нанесенной на образец беспокровного рулон-
ного материала слоем толщиной 1 мм, не должно появляться тре-
щин (температура испытания
вольных покрытий и оклеечной гидроизоляции. Битумные
кровельные материалы (рубероид, пергамин) приклеи-
вают битумной мастикой, а дегтевые (толь, толь-кожа) —
дегтевой. Марку приклеивающей мастики (табл. 15.3)
устанавливают по показателю теплостойкости. Теплостой-
кость мастики характеризуется предельной температурой,
при которой слой мастики толщиной 2 мм, склеивающий
два образца пергамина, не вытекает из шва при выдер-
живании образца в течение 5 ч на уклоне кровли в 45 °C.
Выбор марки мастики производят в зависимости от мак-
симальной температуры воздуха и уклона кровли.
Гидроизоляционные асфальтовые мастики применяют
для устройства литой и штукатурной гидроизоляции и в
качестве вяжущего для изготовления плит и других штуч-
ных изделий. Горячие битумно-минеральные мастики изго-
товляют из битума с 30—64 % минерального наполнителя
в зависимости от назначения и предъявляемых требова-
ний. Их используют для заливочной гидроизоляции швов
гидротехнических сооружений (рис. 15.3). Холодные ас-
фальтовые мастики (хамаст) получают, смешивая биту-
мно-известковую пасту с минеральным наполнителем без
нагрева компонентов. Их применяют для штукатурной
гидроизоляции (рис. 15.4) и заполнения деформационных
швов. Гидрофобный газоасфальт изготовляют на основе
битумно-известковой пасты с добавкой 10—50 % портланд-
цемента и алюминиевой пудры в качестве газообразова-
19. 663
IО MH VI I-It IIЛ и
MW NNII
'нютпл«1 пммл.»|щ
ннииаипл h«uivnw«M
h»V xvitloioMaii и ninu
r,v.-- ...... MVн,Ц) ццИЛлу»»|1МЦ| ХГ|»Ц|||>МЛ11.11> И» Mui
<OUntllU4)A(U U VUUMXtlUHOM WIIVUMIIIUllto MAHUWVHVVNII
•dht.'in I'm udli iimiii m»i\ oi
'NVW.
ншп 11 I
хммноц
wittivunil
ilVOi -Wil
limiunni-.
JUlIX’tlouoii
wu HAitM.\iliiu«hv4 m 'ai'ihiiilimiduduVnii u mwm ‘nd.и
•I’IMVMvh MblVik'UI (I'M!? 'IU4A IMUIIIUMVW4 'W.IIIMWvni 'lUOvHI
III 'lllll.‘l IIMIIlodoll ailMIhil IMHbMIllO WlhhUIM'IIMWr 1\|'П;
(•ulo Xl'Illl.nolV' '\VllllHIAh|»M||tH|v|i,'\3 '\VniollOl||.'|0 1'1,4'IIV
Mhm'Mil HivmloiMiMiMh^ -WVoM pnoun > щЛ',И10 l>r.M , %i
nuwtlamiu ini шш!>ц ^luooiiMkiihiii
!WM ^“IMUAMW iMHOoimlaunii тмкинчг.^ лш
M iVUHhMoiiM h.UrtUUHAUV till V||, 'HAOMHhUol? V лчл )
н!TiMhu ul\w'
.4(1 ll'IUhhkMI ’lllUmu I Il inn,-II ’ M
XNIUWVUU llinnu>'nvil 111,'V ||М|||,ч>л
'O«UU ''aX^inkniwMi Ihlu .|U|,,H|'|
(MO.UIIIIHlrtA ’ttAoi'U tmiftJNMt* ’|J''hoi'i
KNHUdi'UUOVltd VllillAthiV .10 м 1111111»
*Wllin,AMH»ll A IIOIVMIIV \IIMil»’I,Ч1О I \
ynyi'A lOllil'UIMMfdtlll 111Ц) |llhU?|bn
Лакокрасочные покрытия. Битумно-смоляные ланит
представляют собой растворы битумов и органических ма-
сел в органических растворителях. При добавлении алю.
мннпевой пудры получают теплостойкую краску, идущуД
для окраски санитарно-технического оборудования.
4. Асфальтовые бетоны и растворы
Для приготовления асфальтовых растворов и бетонов
применяют асфальтовое вяжущее, представляющее собЬй
смесь нефтяного битума с тонкомолотыми минеральны,
ми порошками (известняка, доломита, мела, асбеста,
шлака). Минеральный наполнитель не только уменьшает
расход битума, но и повышает температуру размягчения
Прочность асфальтового вяжущего обусловлена соот-
ношением компонентов битума и наполнителя (Б/Н) и
пористостью после уплотнения и отвердевания. При on- i
тимальном соотношении Б/Н весь битум адсорбирован в I
виде тонких непрерывных пленок на поверхности частиц 1
тонкомолотогр наполнителя, поэтому асфальтовое вяжу- fl
шее имеет наибольшую прочность. Мелким заполнителем
в растворе и бетоне являются чистые природные и ис- Я
кусственные пески с содержанием пылевато-глинистых 1
частиц не более 3 % по массе, крупным — щебень. Ще-
бень изготовляют из прочных и морозостойких извержен- 1
ных, осадочных и метаморфических горных пород, а так-
же из металлургических шлаков. Из осадочных предпо- J
читают карбонатные породы (известняки, доломиты),хо-
рошо сцепляющиеся с битумом. Щебень должен выдер-
живать без разрушения не менее 50 циклов поперемен-
ного замораживания и оттаивания.
Асфальтовые бетоны подразделяют по назначению на
гидротехнические, дорожные и аэродромные, для устрой-
"ВВ в.пРомь,шле™« цехах и складских помеще-
товые бе " Кровл'1’ стяжек- Гидротехнические асфаль-
логчяюш,,Г Х?рХ^^Я2Х1СТВасоХж°еВНийВ
па''овТВшлю^О"ЗОЛЯи"ОН"Ь'х слоев при строительстве ка-
виш плотипг^'г РР“ГаЦ11ОИНЬ'х “оРУженпй. Специальные i
ких запоЗнп^,ДТОИа' изготовленные на химически стой-'
шелочестойккх ппч„Т?ИМле''|1",г для соада1|ия кислотно- и
товые бетоны (цветные^ И?е|отся Декоративные асфаль-
оетоны (цветные и офактуренные), нз которых вы-.
птишются разделительные полосы на дорогах пепехп-ы
кч.Ц.1 вестибюлей гражданских зданий "ереходы.
Основные свойства асфальтового бетона зависят от
примененного асфальтового вяжущего, состава бетона к
его пористости'. Пористость асфальтового бетона обычно
о 7 /„. Плотные бетоны (с пористостью не более 5 %)
практически водонепроницаемы. Пористость ухудшает
долговечность асфальтового бетона в связи с возраста-
нием водопоглощения, снижением морозостойкостии уве-
личением химической коррозии. Наиболее агрессивными
слоями по отношению к битуму, которые могут содер-
жаться в воде, являются сульфаты натрия и магния
Ьиохимическая стойкость характеризует сопротивле-
ние «органическому выветриванию» под влиянием бакте-
рий, вызывающих разложение сложных органических ве-
ществ, составляющих битум. Для повышения биостойко-
сти в состав битумного вяжущего вводят антисептики.
Состав асфальтового раствора должен быть такой, что-
бы пустоты в песке были полностью заполнены асфаль-
товым вяжущим с избытком (10—15%) для обволаки-
вания песчинок.
Асфальтовый бетон можно представить как смесь ас-
фальтового раствора и крупного заполнителя — щебня.-
Количество асфальтового раствора берут в расчете на за-
полнение пустот в щебне и на небольшой избыток (10— I
15%) для получения плотного бетона. Примерные со- .
ставы асфальтовых растворов и бетонов даны в табл. 15.4.
В отличие от цементного бетона на показатели проч-
ности асфальтового бетона сильно влияет температура.
Например, если предел прочности при сжатии асфальто-
бетона при 20 °C 2,2—2,4 МПа, то при 50 °C —только
0,8—1,2 МПа. Асфальтовые бетоны и растворы лучше,
чем цементные, противостоят коррозии.
/Асфальтовые бетоны укладывают в горячем или хо-
лодном состоянии. Наиболее распространены горячие
асфальтобетонные смеси, имеющие при укладке 140—
170 °C. Для их приготовления предварительно высушен-
ные и подогретые до 180—200 °C минеральные состав-
ляющие бетона (тонкомолотый наполнитель, песок, ще-
бень) загружают в смеситель, в котором их перемешива-
' Методы оптимизации состава асфальтовых бетонов
ны И. А. Рыбьевым на основе теории искусственных строительных
конгломератов.
ют с расплавленным битумом (при 160—170’6), Готовые '
горячие смеси привозят на специальных машинах и пос-1
.те укладки уплотняют катками. После остывания, через 1
1—2 ч, асфальтобетон отвердевает, приобретая плотность
и прочность.
Асфальтовые бетоны, укладываемые в холодном со-.а
стоянии, приготовляют па жидких битумах и битумной
эмульсии, Жидкий битум подогревают до 110—120’6 и 1
смешивают с высушенными и подогретыми до той же ]
температуры заполнителями. Асфальтобетонную смесь Ч
охлаждают до 60 ”С, развозят па места и укладывают
при температуре окружающей среды не ниже 5’6. Ве-
ток готовят и на битумной эмульсии, смешивая вяжущие j
и заполнители без подогрева. В дегтебетон в качестве 1
вяжущего вещества входит деготь (или пек). Водостой-1
кость, износ и долговечность дегтебетона ниже, чем ас-1
фальтового бетона.
Асфальтоиолимербетои изготовляют, используя в ка-
leiiiie вяжущею |удроиы и тяжелые нефти, модифици- 1
’""аиные полимером (латексом, бутилкаучуком и др.)
Взамен битума. Рекомендуется для устройства монолит- I
'У':",*' Г'Т,ЫХ "1'ОТивоЛильтрациопных .кранов и об-
ш-юСт™.|,осооруя‘с",>". возводимых в районах Край-
ГЛАВА 1(1. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
I. ИЗДЕЛИЯ
। основные понятия
СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
I. Общие сведения
Полимерными называют материалы, в состав которых
в качестве основного компонента входят высокомолеку-
лярные органические вещества (полимеры). Благодаря
способности в процессе переработки принимать требуе-
мую форму и сохранять се после снятия действующих
усилий полимерные материалы называют также пласти-
ческими массами. Пластические массы, применяемые в
строительстве, представляют собой обычно сложные
композиции, состоящие из полимерного связующего, на-
полнителей, стабилизаторов, пластификаторов, отверди-
телей и других компонентов.
Наполнители, снижая расход полимера, удешевляют
пластмассы. Кроме того, структурируя полимерное свя-
зующее, они могут улучшать ряд технических свойств
пластмасс: прочность, твердость, сопротивляемость усадке
и ползучести и др. Введение специальных веществ — пла-
стификаторов позволяет улучшить условия переработки
полимерных композиций, снизить их хрупкость п повы-
сить деформатпвную способность. Добавки-стабилизато-
ры способствуют длительному сохранению свойств пласт-
масс в процессе их эксплуатации, отвердители ускоряют
процесс отверждения полимеров в образование прост-
ранственной трехмерной структуры. Для получения ок-
рашенных пластмасс используют пигменты. Стойкость
полимерных материалов против возгорания повышают
антипирены, создание газонаполненных пластмасс до-
стигается с помощью порообразователей.
При всем разнообразии особенностей для полимер-
ных строительных материалов характерен и ряд свойств,
определяющих условия рационального применения их в
строительстве. Низкая плотность и относительно высо-
кие прочностные показатели дают возможность создать
эффективные конструкции из пластмасс. Пл8""’“ь
плохие проводники тепла и электричества, " “У ™
являются хорошими теплоизоляционными материалами
» диэтектрнкамн. В большинстве случаев полпмерниД
материалы устойчивы к кислотам, щелочам и другЯЬ Х||. 1
мпческнм реагентам. Онн не требуют дополнительно^
защиты поверхности и могут быть окрашены в разящ. I
ные цвета Многие пластические массы 11епропицаемы.Я
дта воды что обусловило их широкое применение для 1
гидроизоляции зданий и сооружений, устройства кровель, В
трубопроводов. Ряд пластмасс, не содержащих в своем I
составе наполнителей и пигментов, обладают высокой В
прозрачностью и используются для остекления ораиже- 1
рей. теплиц, зданий лечебного назначения. Низкая истц. 1
раемость полимерных материалов позволяет их широко 1
применять для покрытия полов.
Для пластмасс характерна высокая технологичность В
т. е. способность перерабатываться в строительные нзде- "
лия с помощью разнообразных технологических приемов, В
которые могут быть механизированы и автоматнзиро- В
ваны. Они легко поддаются механической обработке, I
склеиваются и свариваются.
При применении полимерных материалов необходи- В
мо учитывать и их недостатки, к которым можно отне- В
сти низкую теплостойкость, высокий температурный •!
коэффициент линейного расширения, повышенную пол- В
зучесть, способность воспламеняться или подвергаться I
деструкции под действием огня. Некоторые пластиче- В
ские массы обладают способностью выделять в окру- 1
жающую среду вредные вещества, обусловленной неза-
аар“енностью пР°иессов образования полимеров, ток- I
сичностью входящих в них компонентов. Под действием 1
различных факторов окружающей среды и в особенно- I
ТодаСв=Х ЛуЧ-еЙ' температуры и S.1
«РуктчпУ полные "Л" "Н0Й Мере в“«ожио нарушение Я
ухудшении Ж'Мер,,Ь1х MBTBP«™ и. как следствие, 1
ухудшение их физико-механических свойств — стапенпе
I
’ГД™
лам ограждающихДи и^ ос"ов"ым группам: материя- I
полов п отделки стен кпои?"” КОНСТРУК1>ПЙ. покрытиям
ч герметизирующим тепло ЛЬПЬ,М’ гидроизоляционный I
Риалам, материалам а ввУкоизоляциониым мате- I
технических изделий. ланаИ?краскРам Хеям СаИ"ТарН°- I
В зависимости от физического состояния при нор.
M.LU.IIOU температуре и упругих свойств пластмассы
разделяют на жесткие (модуль упругости Zi> I 11Ш
полужесткие (/->0,4 ГПа), мягкие (/;—0.02—0 1 ГПа)
11 .астнчные (£<0,02 ГПа). Примерами жестких пласт-
масс являются фено, н аминопласт; полужестких —
11....... " полипропилен: мягких поливки планете г
и полиэтилен. К эластичным пластмассам относят раз-
и'"'«разные каучуки. ’
Полимерные материалы относятся к числу наиболее
ффсктивных строительных материалов. Опп позволяют
существенно снизить нес конструкций, широко внедрять
индустриальные методы ведения строп тельных работ,
обладают комплексом положительных особенностей,
позволяющих расширять архитектурные возможности,
изменять облик интерьеров, сокращать трудовые затра-
ты. Превосходя по многим свойствам традиционные ма-
териалы, они требуют для производства в 2-1 раза
меньше капитальных вложений. Каждая тонна пласт-
масс позволяет экономить в народном хозяйстве 6,6 г
стали, 3,4 т цветных металлов, около 500 руб. капиталь-
ных вложений и трудозатрат.
Полимерами (от трем, споли» — много, «мсрос» —
часть, доля) называют высокомолекулярные соединения,
в которых молекулы состоят из многократно повторяю-
щихся элементарных звеньев одинаковой структуры. Вы-
сокомолекулярными соединениями принято считать ве-
щества с молекулярной массой выше 5000. Молекуляр-
ная масса низкомолекулярных соединений обычно но
превышает 500. Вещества, имеющие промежуточные
значения молекулярной массы, называют олигомерами.
Элементарные звенья в молекулах полимеров (макро-
молекулах) соединены в цепи, имеющие линейное, раз-
ветвленное или сетчатое строение (рис. 16.1). Химиче-
ское строение макромолекулы практически соответству-
ет химическому строению структурной единицы. Напри-
мер, в макромолекуле поливинилхлорида повторяется
группа винилхлорида: (СНа-СНС1)- С увеличением
молекулярной массы повышается температура плавле-
ния, уменьшается растворимость, увеличивается эластич-
ность и прочность полимеров. Взаимосвязь макромоле-
шляпных цепей также в значительной степени опреЛг.|
ляет свойства полимера. Наименьшую текучей},
наиболее высокую прочность имеют сетчатые или проста
оанственные полимеры, построенные из длинных цепей,
соединенных одна с другой н трехмерную сетку поперек
нымн химическими связями:
В том случае, когда цепь построена из снязанньп^И
между собой атомов углерода, полимеры считаются кар. J
боцепными. если наряду с углеродом в цепь включены 1
атомы других элементов — гетерорепными. Для гете-fl
роцепных полимеров характерна особенно высокая энер- •
гия связи между атомами и, как следствие, высокая J
прочность и теплостойкость. Разновидностью гегероцеп-
ных являются элементоорганические полимеры, в цепи Д
которых входят, наряду с атомами углерода, элементы,
не входящие в природные органические соединения Я
(кремний, алюминий, олово и др.). Например, в цепи i I
кремнийорганических полимеров перемежаются атомы JI
кремния н кислорода:
СН3 СН3 СН3
сн3
cih
СНа СНа
Полимеры, имеющие линейное или разветвленное
строение молекул (полиэтилен, поливинилхлорид, поли- J I
стирол II др.), обладают способностью при нагревании I
пСЯ’ а При охлажДенИ|1 затвердевать (термо-1 I
мгнпнк,» nP°cJPa"CTBe"HbIe полимеры (фенолоформаЛД I
геиюпм;тоЛяаМИД"Ь'е' полиэФ|'РИые и др.) являются I
своГсвоТтнл °"" "е МОГут обРа™мо изменять
Плавкие н иепз П₽" нагрева""" превращаются в не- 1
"^7оерРмоСвТаВнХМЬ’е ПРОДУК™’ Не СЛ°СОбИЫе К "°0' ]
состПоящщеРп' М°тг„ут годиться в жидком или твердом 1
полимеров характерна аморф- ]
полимеров*в отличимо"*11 стРУ!*тУРа- у кристаллических 1
л»та, полистирола и лп^ аМ0РФНых (полиметилметакри- 1
.полистирола и др.) отрезки цепи создают правила- I
ПЫО образования’— крис-
таллы. В кристаллических
полимерах, наряду с кри-
сталлической фазой, су-
ществует и аморфная.
Относительное содержа-
ние этих фаз зависит от
формы цепи, величины
межмолекулярных сил и
от внешних условий. Об-
разование кристаллов при-
водит к потере полимером
эластичности, к увеличе-
нию его жесткости и
уменьшению способности
к деформациям. Способ-
ность к определенному
упорядочению структуры
макромолекулы полиме-
ров имеют и в аморфном
состоянии. При различной
укладке макромолекул об-
разуются надмолекуляр-
ные структуры в виде
клубков (глобул), пачек
и г. д. Развитие тех или
иных надмолекулярных структур существенно влияет на
свойства полимеров.
Синтетические полимеры получают двумя основными
методами — полимеризацией и поликонденсацией. По-
лимеризация—провес соединения молекул низкомоле-
кулярного вещества (мономера) без выделения каких-
либо побочных продуктов. Молекулярная масса обра-
зующегося полимера равна сумме молекулярных масс
реагировавших молекул. В реакции полимеризации мо-
гут участвовать один или несколько мономеров. В по-
следнем случае процесс называют сополимеризацией, а
образующиеся продукты — сополимерами. Реакция поли-
меризации идет по цепному или ступенчатому механиз-
му. В первом случае процесс начинается с возбуждения
мономера воздействием нагревания, световых лучей,
добавок-инициаторов и образования активных радика
лов, которые образуют цепи. При ступенчатой полимери-
зации молекулы мономера объединяются в результате
А7Э
миграции подвижного атома от одной молекулы к другойЯ
В промышленности обычно используют три спосообМ
полимеризации: в блоке, растворе, эмульсин пли суспецЛ
знп. При блочной полимеризации применяют коиденси«Я
рованные мономеры без растворителей с ипнцппровани^И
см процесса специальными добавками или термическим S
воздействием. Полимер выходит из полимеризатора
виде монолитной массы, например в виде блока органа.
ческого стекла из полнметилметакрнлата 11олимериав^|
цню в растворе осуществляют с применением раствориД
телей, которые могут растворять лишь мономер или оДИ
разуюшнйся полимер. В первом случае образуется полн-'Я
мер, выпадающий в осадок; во втором — раствор полные- J
ра (лак). Навболес распространенным иром1.цпленньшН
способом является эмульсионная и суспензионная поли- ’2
меризация, при которой в качестве дисперсионной средйИ
используют воду с добавкой эмульгаторов. Полпмериза- I
цией в эмульсии получают латексы — водные эмульсин
каучуков, в суспензии — поливинилхлорид, полистирол I
полнакрнлаты и др.
Поликонденсация — это реакция, в результате кото-
рой образуются высокомолекулярные соединения (поли- 1
конденсаты) с одновременным отщеплением нпзкомоле-Я
кулярных продуктов. Например, путем поликонденсации I
Фенола с формальдегидом получается фенолфор- 1
”'ол'1 " оода- В Реак«|1ю поликонденм-Я
ST СР “ 1 ме'00 ’«мХиый 1
Si i п""а"('я ог ’“««тарного состава I
S W и ,, В» cnL .Пол|,ко"“"с'а™ могут быть получе- I
факi, SSd.Z " Р“"л»“- растворе, твердо» |
случае паъшеп о »е,,с‘««<'1’ (в . последнем I
жидких фаГ) °б|',3>'сгс'1 «» границе раздела двух |
полим"ровЫХяХяеВги>очека,еР1'аЛаМ11 ДЛЯ полУче««ЧI
mill каменного спя и K0KC0B“"uu и газнфнка- I
хождения, углеводороды нефтяного пропс-
лее шнрокоеРпрниен"нне "“л"меРвм- нашедшим иавбо- Я
"мх «ЛКтмасс?"Х™ д дл" "’г-иналеш,» строители- I
Динзобутмлен, полистнвол п*эт,,лен- полипропилен, I
вилацетаг. Р0л> пол»акрнлаты и подиви- ,|
Il IUI.H классифицируют также по плотности:
1.1 м I. средней (930—950 кг/м’), высокой (950—
Полиэтилен |—СН2—СН2|Л, полипропилен
[-СН3СН—СН]Я и полипзобутнлен [—СН2С(СН3)2—]п
входят в группу полиолефинов — высокомолекулярных
соединений на основе непредельных углеводородов.-
Сырьем для них служат газы: этилен, пропилен, и изо-
бутилен. образующиеся в основном при термических и
каталитических процессах переработки нефти. Полиэти-
лен имеет линейное строение молекулы (рис. 16.2), его
изготовляют на установках высокого (150—300 МПа),
среднего (3—4 МПа) и низкого (0,25—0,5 МПа) давле-
ния. Свойства полиэтилена, полученного различными ме-
тодами, приведены в табл. 16.1.
Для полиэтилена характерна низкая растворимость
в органических растворителях и устойчивость к дейст-
вию кислот, щелочей и солей, высокая водостойкость и
механическая прочность. Недостатками полиэтилена яв-
ляются низкая теплостойкость (80°C), плохая адгезия
к клеям, подверженность старению и поражаемость гры-
зунами.
Полипропилен, не уступая полиэтилену по водо- и
химической стойкости, превосходит его по теплостойко-
сти и механическим свойствам. Полиэтилен и полипро-
пилен применяют для изготовления труб, пленок, листов,
пенопластов, погонажных, санитарно-технических н дру-
гих изделий. Изделия из этих полимеров легко свари-
ваются и подвергаются механической обработке.
ся. Ио химической стойкости, прочностным показателя^
полиизобутилен уступает полиэтилену и полипропилен»
значительно превосходя их по эластичности. Применяв
ют полиизобутилен для гидроизоляции строительных
конструкций, герметизации швов в бетонных и железо
стик""ЫХ конструкциях’ для изготовления клеев и ма-
Полистирол [—СбН5СН—СН2—]„ —полимер стиро-
ла, получаемого дегидрированием этилбензола в ппи
сутствип водяного пара. Для полистирола характерна
высокая прозрачность, он пропускает до 90 % лучей ви.
димои части спектра. Основные недостатки полистироч!
ла — его хрупкость и плохая устойчивость к действию
ряда органических растворителей. Ударопрочны! поли ' 1
стирол получают сополимеризацией стирола с каучуком Л
XZZT "згогавляют в «сиовном пенХаЙИ
оолицовочные плитки и некоторые детали
:»=====]
иипласт)₽ и мягки» „ Р Щ*'Х пластиФ"каторов (ви- Я
(пластикат) В ппонзипЛ™ерЖаЩНХ пластификаторы
л«в лолввинилхло^ад иахмитСТР°"ТеЛЬНЫХ матеРиа’ j
: ,.,pJ получают перхлорвинил-про-
ворпмыи в органических пяст.ьь.Л?.
И,, синтезируемого из ацетилена и уксус
.агодаря хорошей адгезии, эластичности
„ оесцветности полив.,нилацетат наше.',
ение в производстве лаков, красок пиле-
он эмульсии его пшшаио.л,..............
производных. Метакриловые полимеры
имеют более высокую химическую, тепло- и водостой-
кость, чем акриловые. Полиакрилаты являются прозрач-
ными и способны пропускать ультрафиолетовые лучи.
Из полиакрилатов в строительстве наибольшее примене-
ние находит полимер метакриловой кислоты — поли-
метилметакрилат (органическое стекло). Полиметилме-
такри : ы пропускает свыше 99% солнечного света и в
этом отношении значительно превосходит силикатные
стекла. Преимуществами органического перед обычным
стеклом являются также меньшая хрупкость, хорошая
обрабатываемость. По сравнению с минеральным орга-
ническое стекло имеет меньшую твердость. Полииетил-
метакрилат применяется для остекления зданий, в осо-
бенности теплиц, оранжерей, плавательных бассейнов, а
также в пиле эмульсий для красок, лаков и т.д.
От юлы.у.о группу полимеров, получаемых полимери-
зацией различных углеводородов, составляют синтетиче-
ские каучуки. Главная особенность их заключается в том,
что они состоят из гибких макромолекул и обладают
эластичностью. При обработке серой в условиях повы-
шенного давления п температуры (140—150 С) из сме
сей каучуков с наполнителями (мел, каолин сажа) и
| ,,, П-1.1 Т.пш, СШ
визированный каучук и резину. При вУлкав"аа“н в р „
молекулы каучука связываются поперечными
( мостиками» йз серы), что "озволя"пХойкость ма
ническую прочность, эластичность и л°с™ плас-
терпала. В отличие от каучуков резины и.в^™нче(.к„х
тическпх деформаций, не Растя°рЯ,в” в строительстве
растворителях. Наибольшее примеI (|.„„рольные,
имеют изопреновые, бутадиеновые, бутадиен I
uinraVrii и tioi/niiihiinw ...........i/.i.i.
.„г,,!,,, )XT'('i'uoi""i^ "инХ’н
? i". .'.1""i.:................ ............................. '
• UOIIJ IHIIMOII "' KHII.IIIIIIIll.l Hirlf Hll.lWtllllfll г »l "U1'1 II
iioiIihjikIii xiiiiMi.iiiixniodlHaini D'UOii.»/ iioiiii.i..nnrii
«пи, ............ tfuftHtu 'yai/nwn и помни- хиявомос1|»1< '«on
• iii.iHilai mi i .ivontliodil ЮТ .oioiiii lOiHUOWlldll I'ld.miiiroii
min laiiiiili: idouiiliw.id'I wnifinid.iiHW Wll.lXdV >1 Ulltnilfn «ng
„ .мл................... iiioi i.ihniinxnw nniio.wii.iil ............iifint хи
iiwioiu!i.mii.>|। oi'i.i.aoiigo.ioiP |pttioiXi:iigoi|>odl/n.i 'oiiinoira
.ияо и oi'ii.K,iiHi,yo.i..iX 'oiniaoliyoiaoeodow ‘oi«j.30iihii.i..iiiire
'OI4J..TOIUU1J0V0II .OIOIIII. II '(.)„oov nairog) qi4Wini||o.i.a
mi ii.i i. iiniKi.ii'iii ii.iioiXciidaiiiiidnx (i'iiiii.i>iiiirii.ioiiii.ldoinroii)
iiid.iwiiimn .,ii>i.,.ii,iiiiiiiiI(iuiiiiw.iiI>| (I'liiniriiaii.niiiiriiiiirii)
HHii.iiliui.i iiiin»«iii|iiid.ii.i. хи inniXvodn и '(I'liiuiriiadoim'ioi
•ioi| И01Г11.1Л и wot/iiiow wi'ii.iudoirx .i iiiuiwadH w.iii«wy.ivow
•IIIII.II .11'iwaBi.Xifoii 'KHliaillivaoi iiokXim xiiii inn/ iiwiid.iw
-oiiovv ««iiw.'iIh iowo.i.о xnirXiiairownibinw и ainuniiohii/o.i
'1111И.Ч1И v.hi.i xwiidHifX>iaimwoHo.ii'i« xioi.i.ihiniii idooi.ii.iw
.nr<. i,ioiinuii.i.iv.idii — ridawnifoii i4iri<n>rium(Jouniiiv^il\[
uoiio.i.igdowiiii'oii 'i«i>iiii..>nifiioir
ii.ii.i itinr ainiioiXniinn huh loi и на w и <1 п xh 'noirniidn i n и хин
•ndgooimd «HiinuHaioia nifV ii.iirM аннцо.ы uh.i.ii.im ' "
•oirou апянинаффп .ioiiiinioxo.it.ii tiothiwiiifOH xnitv....................।
i-H 'iiiMiiiiodu шгашпиои .iiiHo.iHii 'nin/ii.iX iiiiii'iim.i.iiii
•niit.au 'wtiifniidninw wi'iiitndpooiimid н uiina.ivii iintiiodox
ИО1.1НЛ1.0 I'ul.iwiiiroii oi>iiiVH.i>ioiifi .,dXindaiiw.u, |follilW«
•опии ii yoii'itniwdoii lulu ynirni.iivd.iiiio oi'iniowoii .i ii.ua
aoHiinvum и .iowiidoii.uHd.iii и xh
Hiniifiav a niiiidVii.idoirxiiiK. наняла
mvnoHiiimii XH joiniiXiron / \ XuuXd.i oiXiiWHSH
•oui oiniiHHid.ivo., 'hihXvoiIii - Hi'la’wHirnu H4H(/iin>i4iis
'XdXinwdii 'i<igXdi. 'Hifin
ox .win,iiifiinl loiiiinioi.oim, (|„ln,|l,|.)|„„ 530l|n , |. iiiii.inw
И naai/н 'iiohiik XHii.i.iiiiim 'hoiic.1,00 xi'iiiduwiiiriui UMlie"
Airon Hiry I.omiiawiidu Hdnwiiirnii aiHiioiiadXcb niiiieV>iW’“
ii Hilu Annual oiXinwog hibiihihiiX i.iXtfain Hiiii-iiiawildu
«и ndu Ч13оиуо1.,о|
XlIH 11И1|НЗД.|Ц.,.||„|.|
U,1J (JJinv not:) I'""
11 ИИШ Xl„g 'in nd....
iwibiXk
-ONOW .ШОЦ.,,, „„ Hd.iwiliro,; „И,,,,,,,, ЛД," Vd> .................I>w
Г ............ни oiX,1.131,Iimdn >11.,,..,,,,, „ p h 14,1........
. -Хф •i,irodX(|>dX(|) Hl .1.00,1„Л,|.,<|,,W,„„„I , jy*1
Г 'em moiii.i ond.iwudii iiodowiumii
•awill II 'll noruo HdoWIIIHHI .UI1HJ0I и (J1|„ "
poioiX.udoo HHH.noiid.nno wom/onox „,1ц
......... 11,11 ............ ...............I'"...............
i. j.oiXu.„Ii. .niiiXir.i w.,Ill/,W.,on || .„IXiHd.mw.n ||(,ii.|,,l,„d„>i
Hdii и hih. |;(iiiii.,infitioii iidii huh uno ii.iioi„i/H((|.,ilt.. ,
•Hi/Xw, iiirii iiodoiij„nn| xi'iin/oii .шин и кит.,„i
I -»willroil .ll'lin/IIJ.lV.II/llwdo.lKlIIIIWniMW II oio/nwnod,,,,' w.,„
11011.10 11 .I.oii(ii.iwiidii IJIIIMI/SH Xi'iii4if,>i,nodi.i „III II,„„,1,1
BifV .Hindi.। |)..iiIiiI|i и xi.iw.iHii,iXuiiin ‘iiod.iwiii/iui ,;n.
0J.11IHJO 7||(|;; 01/0,10 .l„,Klfllll.l.K,.l HOlIlXl/odll XIIO. Iilll.wou
F*8M0(||| •iiwi/vn.ii)TMifn ,) Iioiinivn lllinif.Hl.rr/'iioMliiroil |'||>|.<1/
I *0(111 — I'KloWIIICOll >>lilN(HI.>,i(t4l4)fiHint у
% or, OlfONO .l.uKinii.-i..»,.) 110,1 JlXVodll Xliu OWUTfoM
Nl'IlllWllOtfBtlainiW '.),>WW.I.OW!fU tl'IIIIIOIIIfOUBIIOtJIM 'уипшоп
’WOM Xi'iH.i.iifH '«ОЯИЛЭШСи ХЯЛЭИ01/’.' 1Ш| .НГ()Ш IKilIlf Mint OJ
’OiiioiAn-nj .hil.miiioi ii loiKiiawndn wdowHiftw oniiT/HjaV’iiz»
•^ОПОф ,|,(ИЛ)||>| XI'IQWIf.» Iiodolin.llin.'l.ini OHTnOWOIJ ’ JAIV
•ox.hhhIii adXu/danwox yoii'iirawdoK iidu xh .»iiii.»v>i(d.»iii0
□ ИИ|Ц(о.|..*ол woVdau.i. и и яп1 'wo>ii/ini( н >iw>i ai'iwainniXiiwti
I'ld.iiAjinroii и г id,» wo,। и iro .)i‘iii‘iifO);.id i.hVoxhii aiuiaiiowiidli
WJjOdiiin eaifop |jinr,)Vi:ii xi'iii'il/’Jiiiodj.J i/iii..'1/oiii uodii Kiflf
’’'d.iwiiiroii (ai'iii'inoi,.mI) .miiuuniwodowdai ODiiir
pifOuoii) .)i'iiii(ii.i,,-)i?i/ii()wd.Ti, oginr .i.ooiiiXifoii noVii.i.H/'iirw и
“"<’110(1) niHionioiiioo,) woiin.)i/’.)i/.)duo nd(| (o'ii >)
* |(,).|,Л|ОПП( HoVH,|0V'llfH WJIMIIIHIf l.'l/.KllI wiiniyw
'IIM’I/I|.|.)V'II/'I.- .1 1101С0И®ф IIIIJIIIAIIAUIKIHIIII-OII I'll'lXV
0(1,1 oi'iiin.ii/M'd.>iii.o I'idowHiron
|'|(||I(|)*III/OU
Hkwinron ......................||||i,,|(|oyilllW.l(lH ',1Н111Г11.»10Н< '..l'»l"ll“d
2'1' 'enin/iH.,,,1,1/11 ,/on.i(11 .,iiii.uind.i..Hidli.i»d IIII-IHI'H "
J '"1'1 « Xl'idiiioii i ii 'iiodawiurou xi'iiiii»lili".’«'" "".........................
"'•‘'ll 301141, .,! Ill,Kill ll.ll .lllll.lXlII'IH 01'11 "|i|"'w,’"'"’"ll||l,ll,lt.,l
ill Iiirt/ HOini/u •HowXaiffliiHir
H ’"«111,1,«110(11,0, ',
'IIHXl.XlO!
улвлнил '«г. свойства осн овных ПОЛИ МЕРНЫХ МАТ
Пл^оеч.. ПнРосДтнпрТ’
Материал МПа '""».™с ’>]
- - — =
Термопластичные смолы: ПОЛИЭТИЛЕН ВЫСОКОГО ДИВЛС- 910—930 12-16 100 Я
1040-1100 35—-60 75 Я
полистирол 1180—1200 60—80 80 Д
полиметнлметакрплат поливинилхлорид (вини- 1135—1400 50—60 60
пласт) Термореактивные смолы: феноЛоформальдегидная 1140—1300 1400-1550 12—50 56—92
1200—1250 42-48 100
ПОЛИ тфи рн I'lC 1100—1200 65-80 120 3
полиснлоксавовая (кремний- 1600-2100 40-60 350 1
. .^ргалйческая}—
3. Наполнители и регулирующие добавки
Важной составной частью полимерных материалов
являются наполнители. Они входят в состав преимущест-
венно пластмасс на основе термореактивных смол и раз- 4
личных резин. Наполнители значительно уменьшают
усадку материала, которая без наполнителей составляет
10—18%, кроме того, они повышают твердость изделий,
их прочность, теплостойкость и улучшают другие свойст- . j
ва. Введение наполнителей снижает стоимость изделий
из полимерных материалов, расход полимера при этом а
сокращается в 1,5—3 раза.
Усадка термопластов колеблется от 0,8 до 2%. Из I
них широко формуют изделия небольших размеров, в
связи с чем внутренние напряжения, вызываемые усад- Я
кой, невелики. Поэтому термопластические полимеры,
как правило, не сочетают с наполнителями. Однако в
последнее время и в них для улучшения свойств и эко-
номии смолы стали использовать наполнители. От выбо-Д
ра наполнителя во многом зависят механические свойст- ;
табл°^б”е₽НОГО материала’ чт0 хорошо иллюстрирует J
По своей природе наполнители могут быть органи- 1
К пе₽вым относятся линтер 1
(хлопковый пух), древесная мука, отходы деревообра-
лктываюших производств
^стружка, опилки), дре-
весный шпон, ЛИГНИН (ОТ. 1
ОЯЫ целлюлозных произ-
водств). бакелитовая му-
“Г (измельченные отходы
„астмассового производ-
ства) бумага, хлопчато-
бумажные ткани и ткани
из синтетических волокон;
ко вторым — такие напол-
нители, как асбест в виде
волокон, листов и тканей,
стекловолокнистые мате-
риалы (волокна, ткани,
нетканые материалы),
тальк, слюда, пылевидный
кварц, каолин, мумия, ли-
топон, графит, сажа и
др.
По структуре органи-
чески и неорганические
напо.пнпе.чп разделяются на тригруппы: а) порошкооб-
разные—древесная мука, целлюлоза, слюда, кварцевая
мука топкомолотый мел, каолин, тальк и т. д.; 6) волок-
ите и .к - хлопковые очесы, асбестовые стеклянные и
сннпчпческне волокна; в) листовые - бумага, тканя.
древесш и: шпон, рогожки из стскловол°ВН„аии„[.ний мате.
I сотый из наполнителей вводят в полимерны»i м
риал для придания ему “О™етствующих свойств.^
порошкообразные на"ол^'"али „ап0ЛНИТели волокнистой
предел прочности при сжатой, 1 „а изгнб, особенно
структуры увеличивают пр°ч еше значитель-
при динамическом деиствии МУ использования ли-
нее повышается прочность b wj материал может
стового наполнителя, напряжения. Следует
воспринимать и Растяг"в '°“" |алы с листовым напол-
отметить, что полимерные натерт"злы а также
нителем применяют в в ,де простого контура,
в крупногабаритных пздел!н р аполиители могутг в ю-
Кроме увеличения прочности “а для придания
даться в состав пол"мери ^йств например асбестовые
ему других необходимых^ °^\"ПЛОР, водостойкости,
наполнители — для повыш gg|
. гтлйкости и стойкости к высокочастотник
ХНМ'Хв°”ям наполнители на основе стекловолойЯ
ВОЗД«^п^й термостойкости, хорошей сопротивляемость
Тепловымударам, улучшения электроизоляцна^
С°ОцС™Вбы повысить механическую прочность „зносо.
^йчивость резиновой смеси, в ее состав кроме поЛ11.
мепов водят упрочняющие наполнители. Наиболее Рас.
пвостраненным наполнителем является сажа. В том слу. I
чае когда нужно получить светлоокрашенные резин'
предназначенные для работы в условиях повышенных
температур, вместо сажи используют оксиды кремни»
™ "наполнители могут быть применены также в клее-
вых II герметизирующих составах. Их присутствие не
только снижает усадку клеевого слоя при отвержденЯЙ
но и придает клею или герметику необходимую коней®
тениию II форму (пласты, пленки или жгуты), повышает
прочность соединения и улучшает условия теплопередД
чп В качестве наполнителей используют порошки ме-
таллов, коллоидальный оксид кремния, древесную муку,
стекловолокно, стеклоткани и ткани из химических воло-
кон. Применение тканей позволяет получать тонкие кле-
евые пленки из отверждающихся полимеров.
В последнее время ведутся работы по изучению хи-
мической природы кремнеземистых наполнителей в по-
лимерных системах. Установлено, что, например белые
сажи и органокремнеземы являются не только механи-
ческими наполнителями, они химически взаимодействуют
с полимером. Это существенно повышает термостойкость
полимерного материала, а также его прочностные свой-
При выборе наполнителей учитывают их дисперс-'г
ность, наличие постоянных включений, цвет, плотностьЛ
водопоглощение, химическую стойкость. Наполнители не
должны растворяться в пластификаторах, разлагаться
при температуре переработки и выделять летучие про-
дукты, содержать вещества, катализирующие разложе-
ние полимера, менять цвет и окрашиваться в процессе, j
переработки, ухудшать перерабатываемое™ смеси. По- ,
FUwu?CTb наполнителя должна смачиваться полимером.,!
явля?тся подбор дисперсности наполнителя, I
оомё ГЛ™ °бе,печ"вается тесный контакт с полиме-
е время умеренный расход последнего. Нан- I
582
больший эффект достигается при оптимальном РП„»„
наполнителя, отклонения от которого "ивЗ ”
^удшеншо свойств полимерного материала Тти“ “
Заполнителя по отношению к полимерному связу„ш"Ь
определяется его адсорбционной способностью и сте
пенью полярности. При соответствии полярное™ напол
нителя и полимера получаемые материалы I характера?'
ются повышенными показателями физико-механ,Z
свойств. Повышения активности наполнителей S’
достичь обработкой их поверхностно-активными вещест
Свойства пластмасс в значительной мере определя-
ются также вводимыми добавками - пластификаторами
порообразователямн, отвердителями и др. Пластифика-
торы облегчают скольжение макромолекул друг относи-
тельно друга и в результате повышают гибкость и элас-
тичность полимеров, облегчают условия переработки
пластмасс. Пластификаторы обычно являются высококи-
пящими малолетучими жидкостями, представленными
наиболее часто сложными эфирами спиртов и кислот.
Содержание пластификаторов зависит от состава и
свойств полимера и колеблется от 5 до 40%. Улучшение
свойств полимера может достигаться их модификацией
кислотами, природными смолами и битумами, низко-
молекулярными каучуками и другими веществами. Мо-
дификация осуществляется в процессе получения полиме-
ров путем замены одних функциональных групп други-
ми, прививки блоков одного полимера к главной цепи
другого.
Для предотвращения быстрого теплового и светового
старения производится стабилизация полимеров. В за-
висимости от характера деструктивных факторов при
изготовлении полимерных изделий вводят герм- или
светостабилизаторы. При термоокислительной деструк-
ции для снижения скорости окисления пол"
специальные вещества —оксидианты, напри р
сперсные металлы, оксиды переходных ме яешест_
обходимых случаях вводятся также в п ер' Та1(
ва, связывающие выделяющиеся лету рделУяюшегося
для связывания хлористого водор Д . |Меняют сте-
при термодеструкции пол"®","*яяойРуглекислый свинец,
араты кальция и свинца, основк0"юУает(.я в способнос-
Сущность светостабилизацииза ф||Олетовый свет
ти некоторых веществ поглощать у и
- ,,,-пяать его в тепловую энергию. При возд.»
„ преобразовыва 1|дут ................1
"л Хи1Ж вызывающие увеличенье дикости „ С„В.
" ’пучности полимеров. Для светостабилизащщ По
Омеров ’эффективно применение производных фенолов,
Азовой сажи, оксида цинка.
§ 2. ТЕХНОЛОГИЯ И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
1. Способы изготовления полимерных изделий
Технологический процесс получения полимерных ма-
териалов включает подготовку сырьевых компонентов
их дозирование, приготовление композиции, формование
и стабилизацию. Изделия изготовляют вальцеванием
(каландрированием), экструзией, прессованием, литьем
под давлением, термоформованием, сваркой. Для произ-
водства рулонных материалов на тканевой, бумажной I
или другой подоснове применяют также метод промазы-
вания, изделий из стеклопластиков — напыления, тепло-
изоляционных материалов —вспенивания и порообразо-Л
вания.
При вальцевании изделие формуют в зазоре между
вращающимися валками (рис. 16.3). При вальцевании
достигаются высокая однородность массы, ее пластифи- I
кация. Таким способом перерабатывают термопластич-
ные композиции при получении рулонных, пленочных и
листовых материалов.
Экструзия — операция придания определенного про-
филя изделиям путем продавливания массы через фор-
мообразующее отверстие (мундштук). Для выдавлива- .'5
пня пластических масс применяют преимущественно?®
шнековые экструзионные машины (рис. 16.4). За счет ]
теплоты, поступающей от нагревателей, происходит раз-
мягчение материала, который подается в экструдер в
гранулированном или порошкообразном виде, и выдав-
я"вяняе В вязкотекУчем состоянии. Метод экструзии ши- 1
няжим»СП’0СТ₽-Нен для ,|зготовления линолеумов, пого- j
важных изделий, плиток, труб, пленок. 1
наделив "авлением осуществляют при получении; я
методом ниже™0™ пЧ"Х теРмопласт||чных композиций 1
чаемой в литьевые' Пориия Расплавленной массы, полу- j
ьевых машинах, под давлением впрыскнва- J
,,nnMV где охлаждается и быстро атвердева
ется »Ф?РМ£ ™ способом получают, например, Пол1
смольные облицовочные плитки, детали для соедИНе.
""ЯЛР„У,^оджовЯние пластических масс производят Ва,
Г1/ ” Пневматическим методами. При вакуумнОм
“"“Хрмованпн изделия получают из листовых термо,
Р ,^,ых заготовок. При размягчении заготовки до
п^с^чного состояния и создании в форме вакуума она
понобретает необходимую конфигурацию. Метод вакуум,
него термоформования применяют для изготовления
крупногабаритных тонкостенных пластмассовых изделий
“ого профиля (ванн, раковин и др.). В отличие от
вакуумного при пневмотермоформовании размягченные
заготовки превращаются в изделия с помощью сжатого
^Прессование пластмассовых изделий осуществляю^
обогреваемых гидравлических прессах. Этот метод целе-
сообразен при переработке смесей на основе термореак-
тивных полимеров. Его используют для получения слои-
стых пластиков, древесно-волокнистых и древесно-стру.
2. Основные свойства пластмасс
Свойства пластмасс обусловлены химическим строе-
нием полимеров, типом наполнителя, условиями изготов-J
ленпя, содержанием добавок—пластификаторов, краси-
телей, стабилизаторов и другими факторами. Многооб-
разие пластмасс определяет и широкий диапазон
изменения их свойств. Вместе с тем, для пластмасс Ха-
рактерен и ряд общих особенностей, определяемых их
составом и структурой.
Плотность пластмасс составляет 900—2200 кг/м3. На-
именьшую плотность имеют пластмассы на основе угле-
водородов. Например, плотность полипропилена состав-
ляет 890—910 кг/м3, полиэтилена 910—970 кг/мэ, поли-
моп°Ла '060—1100 кг/м3, а поливинилхлорида 1380—'
1400 кг/м3. Наибольшее влияние на плотность пластмасс-;
щчюлщпе III. сштапляницие наиболее зна-
чительную часть их объема. Плотность пластмасс можно
регулировать, изменяя нх пористость. Плотность наибо-
Sue" Т’ГТ содеРжаЩ"х тяжелые минераль-
наполнители (полимерных бетонов), превышает'
onno K17№. ;l "ч1'"стых С пористостью до 95%
2°,0-20 кг/м1. В среднем пластмассы в 6 раз легче
еТ' п в 2 5 р ' 1 - алюминия. р легче ста-
л" Один из существенных показателей эффективно™,
строительных материалов - коэффициент «Vc ”ХТ ™
кого качества, определяемый как отношение ZX
прочности материала к его плотности. Обладая как „о?
вил« пониженной плотностью, пластмассы имеетвы»
кую механическую прочность. Предел прочности при
сжатии с ।ем,пластиков доходит почти до 350 МПа
текстолита до 250 МПа древесно-слоистых пластиков
(ДСП) превышает 150 МПа. Характерная особенность
пластмасс заключается в том, что наряду с высокой
прочностью при сжатии они часто имеют не мейее высо-
кие показатели прочности при растяжении и изгибе. Так
предел прочности при изгибе стеклопластиков доходит
до 550 МПа, ДСП — до 280 МПа. Коэффициент конст-
руктивного качества кирпичной кладки 0,02. обычного
бетона О,(Ю, древесины сосны 0,7; для плотных пласт-
масс ег....ачения колеблются от 1 до 2.
При длительном действии напряжений пластические
массы в большей степени, чем многие другие материалы,
склонны к необратимым деформациям — ползучести.
Модуль упругости пластических масс даже при нор-
мальной температуре значительно меньше модуля упру-
гое ।и обычных строительных материалов.
Ползучесть пластмасс резко возрастает с повышени-
ем температуры. Повышенная ползучесть ограничивает
применение пластмасс в качестве конструкционных '
териалов. При определении значений Л°"Ускае
пряжений в конструкциях из пластмасс, нар ядрв0
постными показателями, необходимо пр' де_
внимание и масимально допустимую У
формацию. ияпояжепий мно-
При воздействии рас.я. ..ва.они теРьным относи-
гне пластмассы характеризуются эн пленОк оио
тельным удлинением. Так, для полимер
составляет 150—300 %: бутплкаучуковых и I
материалов — 100%; пороизола — 20%. ОтногУЛС""|Ы>
удлинение пластмасс важно учитывать при С”ТельНо»
роизоляции, кровельных покрытий, трубопроводо»*!'^
. гих элементов зданий и сооружений. 11 Дру.
Несмотря на высокую прочность i : ..,-ть
сравнительно невысокая. Она не находится в пп СТМа'с
внсимостп от прочности, что характерно, паппимМ°й За-
металлов. В отличие от других материалов при no Р’ 4л’
поп твердости полимерные строительные иЛ'
дают низкой истираемостью. Сопротивление ист обла-
пластмасс возрастает по мере увеличения их ?Ра1Я
иости. Например, истираемость безосибвиого nn„ CT"4-
хлоридного линолеума 0,035—0,05 мастичных |,в™ил.
поливипилацетатной эмульсии 0 02_о ля п°Л0Вцз
ыхТроТоГо,^™0^
личность, водопоглощение, вХпрошщаемость) ГИГГ’0СЙ'Ч
лимерных материалов составляетИ-0 5Ро?Ф°бНЫх "°-
пористых с гидрофильными наполните°’ а выс°ио.'1
Благодаря высокой непроницаемое Л ЯМН 3°-М%, f
ночные, рулонные и мастичные мя™ пол,1меР|1ь'е Пф.
та на основе полиэтилена по матеРиалы, в особенное.!
“апДпш„Ш"рокое "рнменение длТХЛп?"Да’ каучуков,
Производство II эксплчат,., "«роизоляции.
пых материалов иеразоыян! "Мпмерных строитеяЯ
воздействиями. УдеХя тСВЯЗаН“ с тем"ературнш||
Ность поропдае’" >6-0,348₽вХУ«г?"" наполнит*|
ется к то ПЛастов 0,028—0 044» п // теп^опровод-
оЛх0: ра-^-^о-^''е,,''я вызь,ваег|
“eui ляией«-° росших0; ।
1(К алюминия составил, j
eT - *. ..чипа ,z, стекла 08_8
винилхлорида 80—90, полиэтилена 160-230 Cvui’er,»»»
„о снижают тепловое расширение наполнители Так
составляет для стеклопластиков 10-25, фенопластов
10—30. Большие значения температурного коэффХ“
та линейного расширения пластмасс в сочетании с алой
теплопроводностью в ряде случаев обусловливают й,а
чителъные остаточные внутренние напряжения, которые
могут служить причиной появления трещин в строитель-
ных изделиях при резких изменениях температур
Характеристикой теплостойкости полимерного мате-
риала служит температура, при которой начинается
плавление или деструкция и наблюдается резкое сниже-
ние механической прочности. Теплостойкость боль-
шинства полимеров колеблется в диапазоне 80—150°С
Термореактивные полимеры являются значительно более
теплостойкими, чем термопластичные, однако и у них
при достижении предельной температуры начинается про-
цесс термоокислительного распада и деструкции мате-
риала. С введением наполнителей теплостойкость пласт-
масс повышается. Температура, при которой возможна
эксплуатация материала, — ниже теплостойкости поли-
мера. Большинство пластмасс можно эксплуатировать
при температуре не выше 100°С. Материалы на основе
кремнпиорганических полимеров служат при температу-
ре до 400 °C, политетрафторэтилена — до 260 °C.
Пластмассы — хорошие диэлектрики. Эта особен-
ность позволяет широко применять их для устройства
электропроводки, электроарматуры и специального обо-
рудования. Для пластмасс характерна способность акку-
мулировать статическое электричество на поверхности.
С повышением сопротивления пластмассы легче принима-
ют электрический заряд. Результатом электризации яв-
ляется улавливание пыли поверхностью пластмасс; об-
разование электростатического заряда отрицательно
влияет на организм человека, может вызвать пожар в
помещениях, где концентрируются пары легковоспламе-
няющихся жидкостей. При влажности ниже 50 % полы
из полимерных материалов рекомендуется периодически
натирать специальными мастиками. При необходимости
также вводят в состав полимерных материалов электро-
проводящие наполнители, хороший эффект дает обра-
ботка поверхности пластмасс антистатическими вещест-
вами.
«пплллжительность самостоятельного горения и тления,
образна Материалы, самостоятельно горящие и тлею-
шие в течение более I мин с лотереи массы более 20 %,
считают сгораемыми. К сгораемым относится большинст-
во полимерных материалов. Материалы, которые при
нагревании до 750 °C не горят, имеют потерю массы по-
. менее 10 % и не выделяют горючих газов
ют несгораемыми. Примеры несгораемых материалов-
фторопласты, материалы из перхлорвинила. Существенно
повышают огнестойкость полимерных материалов спе-
циальные добавки антипиренов, а также минеральные
наполнители, некоторые виды пластификаторов.
Применение полимерных материалов в строительстве
возможно лишь после установления степени их токсич- Я
ности. К токсичным можно причислять пластмассы, вы-
деляющие токсичные вещества в количестве выше допус- fl
каемого нормами. К токсичным веществам, которые мо-
гут выделяться из пластмасс, например, в результате
незавершенности химических процессов получения поли-
меров, относят ацетон, бензол, фенол, фурфурол, хлор, I
винилацетат и др. Токсикологические и гигиенические Я
характеристики пластмасс особенно важно учитывать
при использовании их для полов, потолков, внутренней
облицовки стен.
Одним из решающих показателей, определяющих воз- Л
можность и целесообразность применения любых мате-
риалов, в том числе и полимерных, является их долго-
вечность. Полимерные материалы можно отнести в це- I
лом к долговечным при правильно выбранной технологии -
их изготовления и соответствии условий эксплуатации "
их свойствам. Необходимость ремонта и замены поли- Я
мерных материалов возникает из-за старения связующе- Я
го, повышенного истирания, изменения линейных разме- , 1
ров, потери декоративных свойств. Для обеспечения вы-
сокой стойкости полимеров к старению важное значение Я
имеют правильный выбор исходного сырья, чистоты его, «Я
технологических параметров производства. Особое зна- 1
ие имеют добавки-стабилизаторы. При введении на- Я
наполнителя.
, ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Низкая истираемость, гигиеничность ч» к
тепло- и звукоизоляционные свойства в спчН бХ°Д"МЬ1е
I МОЖНОСТ1 индустриализации строительных ваб«С к°3'
ловили широкое применение полимерных матеоиалТ
для покрытия полов. р х Материалов
погодных мастичных и
70 % падает на долю полнвиннлхлоридного^лТнолеума0
начали выпускать еще в конце Прошло™
столетия в виде рулонного материала с применением
натуральных растительных масел, которые и обусловили
змнпе°аН"е' В настоящее вРемя под собирательным на-
званием «линолеум» подразумевают рулонные материа-
лы нз поливинилхлоридных, алкидных, резиновых в дпу-
гих полимеров.
Линолеумы предназначены для устройства покрытий
, полов в жилых, общественных и некоторых промышлен-
ных зданиях. Применение линолеумных покрытий в 5—
1 раз сокращает длительность работ по сравеншо с на-
стилкой дощатых и паркетных полов. При правильной экс-
плуатацнп линолеумные покрытия полов могут служит»
20—25 лет. Линолеумы выпускают без подосновы, а так-
же на тканевой, войлочной и других видах подосновы.
Наиболее массовыми являются одно- и многослойные
линолеумы без подосновы. Они могут иметь поверхность,
окрашенную в различные цвета, гладкую, с узором, блес-
тящую, матовую, тисненую. Линолеумы изготовляют
тремя способами: каландровым, промазным н экструзи-
онным.
Линолеумы без подосновы формуют каландровым н
экструзионным способами. При каландровом способе по-
сле смешивания компонентов производится пластифика-
5Э1
mj.;. u п. рерк'...I.. I........ >>>:-, ,
иованпс полотна на каландрах (рнс. 16.6) В состав мас-
сы однослойного линолеума обычно входит 40—45 %
суспензионного •...р» j |ч. ; . п , л,I
кагора, 0,5—1% стабилизатора, 19—35 % наполнителей
(тальк, каолин, мел, барит, древесная или асбестовая
мука). о-15% пигментов. В многослойном линолеуме
в состав массы для лицевого слоя обычно вводится в
больше полимерного связующего и соответст-
венно меньше наполнителей, чем для нижних слоев.
, ШВ 1,1,,; сит ГЯХ при
, о Плас7и,|,!'каш"° производят при 130—150°С
активным растиранием и перемешиванием массы на вал-
иови'||п™^еЛ*Х С Двумя паРаллельными парами валь-
При пВщХлЛ0₽МУК>Т "а м"°™аалковых каландрЯ
п-енкп nainfc.™ м,,огос-1о,'1|ого линолеума получают
«и дуб?ио^т ?Г° НаП0Л!|е|",я " окраски, которые за-
претах' гм^я«КЛе"Ва10Т) "а бпепнальиых барабанных
туру до'пО’С Пои’Т УС"Л"е °'3-1’5 МПа " темпеРа-
' 1 экструзионном способе линолеумная
масса нагревается, пластифицируется и непрерывно вы-
бивается сквозь формующую головку экструдера.
Д Ппомазной метод используют в производстве лииоле-
на подоснове. При этом методе линолеумную пасту
-====йже»Е
оиный, способный к пастообразо ЛЬНЯНЫе джутовые и
основы наиболее часто пРима”’' * й зву’копоглощаю-
кенафные ткани. Te""°“a0” и другиеУ волокнистые
щей .подосновой являются войлок и дру
материалы. „ „„„„„«га изготовляют в виде
Поливинилхлоридный л"«°лау толщииой до 2,1 мм
полотнищ шириной 2°0-24°°ов““е свойства линолеума
и длиной не менее 12 м. Основн 164 Поливпннлхло-
без подосновы приведены в тао.. верт11Кальном
ридный линолеум хранят в РУ Его нежела-
положении при температуре йен гж^ влажностном ре-
тельно использовать при "овыш жиров, масел и аб-
жиме эксплуатации, при линолеум к основа-
разивных материалов. Приклеим
нию битумными и другими мастиками.
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАН ли ФИЗИКИ Ml ХЛН»1ЧВСКИ
’ ХЖ" мп М J О
~ Мттасмость на машине 45 60 100 , 120
ММВ’ОВ 2. мкм. нс более Абсолютная деформация Л0со.п->|Ч.|Ч •" rii-m.i.i 0.4 0,15 0^2 0,5 0,25 0,6 0,25
Изменение линейных размеров, %, нс более, для линолеума.
каландровым способом 0,5 1 0,5 0,5
экструзионным » 0,5 0,8 1
Прочность связи между слоя -
П р и м е ч а и и е. МП — многослойный линолеум с лицевым слоем из
прозрачной поливинилхлоридной пленки с печатным рисунком; М —
..........................ми мрам.орониднып; О однослойный,
Глифталевый (алкидный) линолеум изготовляют на
тканевой подоснове с применением полимерной массы,
получаемой из глицерина, фталевого ангидрида и моди-
фицирующих добавок. Его основной недостаток — повы-
шенная хрупкость, особенно при отрицательных темпе-
ратурах.
Кол.юксилиновый (нитроцеллюлозный) линолеум Я
отличие от глифталевого производят однослойным без
подосновы. Коллоксилин - это продукт нитрации дре-
имс"" " хлопковой целлюлозы. Этот вид линолеума С
имее характерный красный „ли коричневый цвет и об- Й
«мш-оатч xl'°F /"бк0СТЬ|° лаже при отрицательных
температурах. Его недостаток - повышенная возгораем
слойпым °Для РСЛ|1Н> изготовляют много1?
W для нижнегоL ne«0 СЛ0” используют цветную рези-С
айны И битума. Релин выпусТают"^0'”' дроблс,,ой ре’
изолирующей подоснове У >Ке 1,а теплозвуК<Й ,
размером па к=Ту "Являют в виде ковров
Тех......-'и.ьии "Ринесс производства релн„а
„J дроби...... "....",с|,"ой Р'ЗННЫ, изгот’вХ.
'его и верхней, слоев, их дублирование и вулканита,™
П„„ получении нижнего слоя дробленая резина см™?’
веется с битумом и перемешивается при 150’С В i re
дарированиую пластичную битум,юре .„новую Сме”ь ад’-
ДНТ серу. И она приобретает неплавкое и нерастворимое
эластичное состояние, Полученные пластины битумно-ой
айвовой массы подвергают каландрированию. Для высо-
некачественного релина нижний слой вырабатывают нз
смеси каучука, дробленой резины и наполнителей бет
битума. Верхний слой релина получают из смеси измель-
ченного , пи этического каучука с наполнителями, кра-
сителями и тругимп добавками, которая подвергается
термоила, 1пф!1кацин, т.е. нагреву при 130—140°С с од-
новременным продуванием воздуха под давлением 0,3—
0 4 МПа. Полученную смесь вальцуют и подают на фор-
мование. Последний этап производства релина —дуб-
лирование слоев с одновременной вулканизацией кау-
Ч.УКДля резинового линолеума характерны высокая во-
до- и химическая стойкость, звукопоглощаемость. Релин
С пористой основой можно укладывать непосредственно
па железобетонное основание без утепляющего и звуко-
изолирующего слоев. Применение релина особенно реко- )
мендустся в помещениях с повышенным влажностным
₽еЖВпослЭсд?"юУгодаИв строительстве все шире внедряют
снТ?,тТреГи^кХныоЯХ. S=xX
Sot ретав пли вмененный натек. Дл.
„спользх... тканые и нетканые покрытия из синтсти
ЧеС^=-нетканый ДВУ—
риал. Его подосновой СЛУ«ВТ " применяют ворсовую
поливинилхлорида. Для покрытия ВОлокон,
пряжу из полипропиленовых ил п1е ПОЛ,1В|>Ш1Л-
Производство а°Р«л"наХ„„е петель из ворсовой пря-
хлоридной пасты, изготовлен»в 0Л1|На „эготов-
жи I, формирование ковра. Рул то;,ш||||О|| 5-6мм.
ляют шириной 1 М, длиной д .„деивают в полотнища
Ковры ворсолина сваривают или скленва
размером па комнату. , двухслойный мате-
Ворсонит- рулонный одно- или Д У и5
р„ал. Сырьем для него являются холсты из полиэф^Д
полиамидов и других полимеров. Холст пропнтЦ?».
жидким связующим, подвергают термообработке и „ J
делке Ворсонит выпускают в рулонах шириной 1600
его прочность при разрыве не менее 2-2,5 МПа. *
собой двухслойные ворсовые ковры, верхним слоем
горых является синтетическая ткань с капроновым вор'
сом, а нижним — губка из вспененного латекса. Полы и,
синтетических ковровых материалов кроме пзносостой.
кости отличаются высокими декоративно-художествен
ними, теплотехническими и акустическими свойствам^. I
Плиточные материалы для полов являются менее по-
лимероемкими, чем рулонные, и позволяют устраивать
покрытия, различные по цвету и рисунку, легко ремой-
тируются. Вместе с тем, покрытия полов из плиток име-
ют большое количество швов, снижающих их долговеч-
ность. Плиточные покрытия менее гигиеничны и более
трудоемки по сравнению с покрытиями из рулонных ма-
териалов.
Из пластмассовых плиток для полов основные — по-
ливинилхлоридные и кумароновые. Связующим кумаро-
новых плиток служит инден-кумароновый полимер. Тех-
нология получения плиток близка к технологии изготов-
ления линолеумов. После каландрирования полотно раз-
резают на полосы и подают на пресс для вырубки плиток
Плитки можно вырубать также из выбракованных кусков
линолеума. Форма плиток квадратная или прямоуголь-
ная, размеры 300X300, 200X200, 300X150, 200X100 мм
толщина 1,5; 2 и 3 мм. Истираемость их 0,04—0 08 г/см!-’
тВоОкОПк™°аТпН„Ие 33 24 4 Не бмее 1 Основной недоста- 1
Поли.»и»»Р "литок- повышенная хрупкость,
мендуётся “°р"лну|° " кумароновую плитку не реко-
лов2м И "р"менять ° помещениях с повышеннымитеп-
вмможиом вё,„НЛСТНЫМ режимами эксплуатации и при
териалов°М В03деиствии ма“л. жиров и абразивных ма-
совщшеТполртают11 “резиной PM"Ha ИЛИГ1Г°РЯЧИМ пРес‘
так же, как И оелин ре„зиновые плитки. Применяют их
ностыо II химически’ в вомещениях с повышенной вла»’
альдегидных пресс-поппшСИВ"Ь1МИ сРедами- Из феноло-
иолимер, наполнителиР7иК°к вкл'очающих наволочный
плитки обладаютиё г™'-"' полУча™ фенолито-
6И ооладающие высокой прочностью, сопротив-
ле„„ем УДДР"Ь1М иагРУзкам. в°до- и химической стой-
1!0СКроме рулонных и плиточных для устройства полов
вменяют мистичные материалы- вязкотекуч,,е ЛОля
Чпные составы, наносимые путем полива или распыле-
М,Тна различные основания с последующим отвердева-
ем Полы из мастичных материалов (наливные
полы) - бесшовные, они гигиеничны и удобны в эксплуа-
технологичны. Из полимерных мастичных еоста-
„„ наиболее распространены водные дисперсии поли-
„яилацетата и латексов. Они содержат не менее 50 %
полимера и минеральные наполнители. Необходимая
подвижность мастик достигается разбавлением водой.
Поливинилацетатные мастичные полы по сравнению с
латексными обладают меньшей водостойкостью, их не
пекомендуется применять в производственных помеще-
ниях с мокрыми процессами. Высокой водостойкостью и
малой истираемостью обладают наливные полы иа осно-
ве эпоксидно-каучуковых композиций. Наряду с термо-
пластичными в качестве связующих мастик для полов
могут применяться », термореактивные полимеры.
Основными представителями . пластмасс, применяв-
Ярусно-слоистые пластики ДО- ^рячим пресс0.
изготавливаемые в виде лис поопитанного поли-
ванием пакетов древесного Ш • ₽ включает подго-
мерой. Технология ПРОИЗВ°ДВ™ его полимером, сушку
товку древесного шпона, пр°™ у а„ие и обрезку. Шпон
и сборку шпона в пакеты., пр станков из распареп-
получают с помощью лущи толщина листов шпо-
ных кряжей березы, ольхи в ^у щ11ЛЬНого станка может
на в зависимости от настрои У пона разрезают
колебаться от ОД дс,2 5 «^ной формы, которые
листы квадратной или ПРЯ*'У влажности 9--U J-
сушат в роликовых сушил' л т реэольные Фе1’° * р
Связующим ДЛЯ ДСПода^о-формапьдегкдкые
мальдегидные или феколокар
полимеры. Для пропитки используют разбавленные 28-.
36%-ные или концентрированные 50—55 /о-ные раство-
вы полимеров. Шпон, уложенный в специальные кассеты
или контейнеры, пропитывают в ваннах полимерным ра-
створом. Глубокая пропитка достигается под давлением
0 4—0 5 МПа в автоклаве. Пропитанный полимерным
раствором шпон сушат в камерных пли конвейерных су.
шилках при 80—90 °C для удаления воды и растворите^
лей и направляют на сборку в пакеты.
Применяют несколько схем укладки листов шпона в
зависимости от требуемых свойств ДСП. Существенная
анизотропия свойств материала достигается при одина-
ковом расположении волокон в смежных слоях, и нао-
борот, одинаковые механические свойства в разных на-
правлениях обеспечиваются при взаимно перпендику-
лярном расположении волокон. Так же изготовляют
пластики со смешанным расположением волокон шпона.
Прессуют собранные пакеты на многоэтажных гидрав-
лических прессах, обогреваемых паром при давлении
15—16 МПа и температуре 140—150°С.
Древесно-слоистые пластики по основным физико-
механическим свойствам (табл. 16.5) превосходят ис-
ходную древесину и используются для изготовления не-
сущих конструкций, вспомогательных, крепежных и мон-.
тажных элементов.
Стеклопластики — пластмассы, содержащие в качест-
ве упрочняющего наполнителя стекловолокнистые мате-
риалы. Высокие значения механической прочности,\-
ТАБЛИЦА IB.5. ОСНОВНЫЕ ФНЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИВ СВОЙСТВА
ДРЕВЕСНО-СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ
легкость, низкая теплопроводность и друг„е цеН|1ые
ства определили широкое использование стеклопл“п
"ов в ........... строительных конструкциях. Йспо’X
вание легких конструкции, изготовленных на основ!
лопластпков, позволяет снизить массу зданий в 16 паз
по сравнению с кирпичными и в 8 раз по сравнению с
крупнопанельными железобетонными зданиями Стекто-
пластики легче в 1,5 раза изделий из алюминиевых спло.
вов, существенно превышая последние по механической
прочности. Они в несколько десятков раз более стойки к
ударным воздействиям, чем стекло, их прочность на из-
гиб и растяжение в 5—10 раз выше стекла, а плотность
в рр,.. : ра ;.л меньше.
Светопропускание стеклопластиков может достигать
90 % на толщину 1,5 мм, в том числе до 30 % — в ультра-
фиолетовом спектре против 0,5 % для обычного и сили-
катного стекла. Стеклопластики обладают теплопровод-
ностью в 6—10 раз более низкой, чем такие материалы,
как керамика, бетон И железобетон. Для стеклопласти-
ков характерна высокая демпфирующая способность,
они могут применяться в конструкциях, подвергаемых
действию вибраций. Отношение предела выносливости
к плотности (удельная усталостная "Р04"0™’)
пластиков поимеоно такое же, как и малоуглеродистой
ста ' нп " о у? выдерживать длительные эксилуаташ,-
онные нагоузки По значению температурного коэфф..-
.= 3^ расширения
ную долговечность при эксплуатации сур
тических условиях. п„п.ягтикк применяют в виде
В строительстве стеклоплас “Пства светопроз-
плоских и волнистых Л,|СТО“ Д'дан^Hi сооружений; теп-
рачной кровли промышленны. фОрм. тРе.мл°?'
лиц и оранжерей; малых ар ограждений и и -
ных светопрозрачных и .^/“"изделий коробчатого> -и
крыт.ш; оболочек и куполов, блоков; «£.-
трубчатого сечении; окопн“• для изготовления
тарио технических изделии, и и # и ДР- Лии.га яв-
тонных .. железобетонных стеклопласт.тков' »«дяые „
Полимерным связуюш фенолофор«альд® "тканые
ляются полиэфиры. .Хлсм - тка
эпокси ;ные смолы; "а"“л лы
стекловолокнистые матери
стекловолокна. -----
тропный материал СЬАМ.
ИЗ ВОЛО-
стеклошпон,
кон путем
формируют
положены г-^—
Стеклошпон просушивают
на воздухе и складывают
______.. ,nneccv-
ны в основном для кров-
ли и декоративных ограж-
Ae*Ha основе ориентиро-
ного материала подогревают и протягивают через пресс-
агрегат, в котором с помощью сжатого воздуха форму-
ется оболочка заданной формы (рис. 16.8).
В производстве стеклопластиков получили примене-
ние ткани и сетки из стекловолокна, а также нетканые
материалы в виде жгутов и холстов, обеспечивали
эффективную пропитку связующим. С целью повышения
вязкости полимерного связующего, уменьшения усадки,
придания отвержденным композициям необходимой же-
сткости и твердости, а также соответствующего декора-
тивного вида, наряду с волокнистыми материалами, в
стеклопластики вводят инертные наполнители: каолив.
водят листовые материалы — стеклотекстолиты, полу-
прозрачные и прозрачные листы на основе рубленого I
стекловолокна, светопрозрачные купола и оболочки.
Стеклотекстолиты получают мокрым или сухим спо-
собом на основе стеклоткани и отвержденного связующе—1
го. При мокром способе, который используется в том
случае, когда связующее не содержит растворителей, J
производится пропитка пакета стеклоткани полимером, J
прессование изделий, отверждение, распрессовка и ме-
ханическая обработка. При сухом способе пропитаннуиД
связующим стеклоткань высушивают до удаления раство-
рителя. Предел прочности стеклотекстолитов при рас-
тяжении по основе достигает 220—300 МПа. Стеклотек- I
столиты применяют при устройстве электрораспределййЯ
тельных щитов, изготовлении наружных стеновых панелей I
и других конструкций.
Листовые полиэфирные стеклопластики на основе I
рубленого волокна (длиной 40-50 мм) получают непре- |
Ф0Рмова""ем на конвейерных установках. Их I
предел прочности ПОН пастчшеи»., _______ «_ ... _I
ют на ' гидравлических
прессах при. повышенной СВАМ при расти-
те.шературе. Предел про^ Их „спользуют пре««У-
чЬиГ=^ХГТ=^₽
ных заполнителей « “а"°ее широко пр"”ХльДе™д"ые
ного связующего на ые u фе"олфор с“ся порош-
вые, эпоксидные, п0Л,’эфн'Р0Ли1пелям относя’£ -
смолы. К минеральным нап^ вм к зЯ„оли
частив менее
„я,мепом зерен до 5 мм и щебень с размером 8е,
нееок е размером Р^ррастворы в отличие от полимер.
Рен ДО 50 мм. в своем составе щебня. Мастик„
Ь^ржат толькородну мелкодисперсную фракцию напол-
"ГпЛпйНые свойства полймербетонов определяются зд.
1-° “ й природой полимерного связующего, видом
"„“пеожавием наполнителя и заполнителей. Наиболее вы.
“Д еР физико-механические свойства полимербетоны
Гмеот *ри использовании в качестве связующего эпод.
""TL смол Однако сравнительно большая стоимость
дефицитность эпоксидных полимеров ограничивают
возможность их применения. Для уменьшения расхода
эпоксидных полимеров их модифицируют каменноуголь-
ной смолой, содержание которой в смешанном связую-
щем достигает 35—50 %_j
Наибольшее распространение получили полимербето-
ны на фурановых смолах, отверждаемых добавками
сульфокислот. Свойства фурановых композиций улучша-
ют, модифицируя их эпоксидными полимерами. Для
полимерных бетонов, особенно на фурановых смолах,
важнейшее . значение имеет химико-минералогическая
характеристика наполнителей и заполнителей. Кислай
среда фурановых смол, и в частности мономера ФА, ис-
ключает возможность применения минеральных компо-
нентов из щелочных горных пород: известняков, доло-
митов и др. К эффективным горным породам для за-
полнителей фурановых полимербетонов можно отнести
гранит, лабрадорит, габбро и другие изверженные поро-
ды, основными минералами которых являются кварц
полевые шпаты.
Составы полимерных бетонов должны обеспечивать
наиболее плотную упаковку наполнителей и заполни^;
телей и минимальный расход связующего. Обычно при-
меняют тощие смеси с расходом связующего 100—200 кг
на 1 м3 бетона при соотношении связующего к наполни-
телям 1:5 1:12 по массе. Приготовляют, укладывают'1и
уплотняют полимербетонные смеси так, как и цементные.
вердение полимерных бетонов идет значительно быстрее--
няМмпТи"Л'Х' Тжл прочность при сжатии полимербетона;
ппн нопмТ - В первые сутК1' твердения на воздухе
?оетьи 6П 7пТ темпеРатУРе составляет 50-55 %, на
«ости 1“а СеДЬМые 85 % 28-суточной проч-
Р р ботка при 40—80 °C существенно уско-
пяет процесс твердения (рис. 16.9). Предел прочности
полймерных бетонов плотной структуры при сжатии
60—120I МПа, при изгибе 12-40 МПа. При выдержива-
нии в воде прочность полимербетонов снижается. Наи-
большую водостойкость имеют эпоксидные полимербе-
— м&в^х
ХТмо'ю“°-
переменного замораживания и .ятшшанотнести
К достоинствам полимерных ° „ ХИМНчес-
их высокую износостойкость ка Ц Уость пол„мер-
кую стойкость (табл. 16.6). Ударна ударной проч-
бетона на мономере ФА в 4 Р бетоны, содержа-
ности обычного бетона. П^в“лР"теля, имеют в 20 раз
щие 5-10% графитового наполнител^ обычвыи
более высокую кавитацион ую хорошо склей
бетон марки М400. П^Хть сцепления приближает-
ваются с цементными, nP04“°fB ментного бетона. Поли-
ен к прочности на Ра=тя“ металлической и неме
мербетоиы можно усиливать
лической арматурой. „„1|иеняют для возведе
^Полимерные бетоны применяют^
НОСОСТОЙКИХ П*±Я Для «^ГиХивых
и........Г'’ : а
устройства химически етоиких^ н других «0,,СТрУ
зданий, сточных каналов, 603
чксплуатируемых в условиях воздействия агрессивнЛ
сооружения шахтных стволов, кольцевых коЛл"“*
Хов подземных сооружении, химически стойких „ * •
важных труб; траверс ЛЭП, контактных опор „ дре-
конструкций с высоким электросопротивлением. "
3. Отделочные материалы
Для отделочных работ в строительстве широко при
меняют плиточные, рулонные и погонажные полимевМ
материалы. Из плиточных и листовых материалов Дл.
отделки получили распространение декоративный бу.
мажно-слоистый пластик (ДБСП), листы и плитки из
полистирола и поливинилхлорида.
Декоративные бумажно-слоистые пластики получают
прессованием специальной бумаги, пропитанной термо-
реактивными полимерами. Их, поверхность может ими-
тировать ценные породы дерева или камня, быть глян-
цевой или матовой, одно- и многоцветной. ДБСП выпус-
кают трех марок: А—повышенной износостойкости для
отделки горизонтальных поверхностей; Б — для отделки
вертикальных поверхностей и менее жестких условий эк-
сплуатации; В —для поделочных работ. Производство I
ДБСП включает приготовление пропитывающих рас-
творов, пропитку бумаги, сушку бумажного полотна
резку на листы и сборку пакетов, прессование при 135—
145 °C и давлении 10—12 МПа, обрезку кромок. При из-
готовлении пластика для внутренних слоев применяют
крафт-бумагу, для верхних —декоративную бумагу. Пе-
чатный рисунок защищает специальная покрывающая
ноУй ОпГЖп"”' ДБСП ’’“пускают в виде листов дли-
-5 м« п3000 ММ’ ""’Риной 600-1600 мм, толщиной
ставлярт U»T" "T'J.n При Растяжении ДБСП СО-
ТО МПа попрпря-И^ 90 ^.Па ВДОЛЬ листа и ||е менее
затели Д0ЛЖ1Ш б'1т?>0СЛе 24 4 выдержки в воде эти пока-
Пол=о Llbco°TaeTCTBe|ino не менее 72 и 56 МПа, I
размерам , ₽?0х 100 "’™™ВЛ!"ОТ квадратными. I
"Рямо'угольи^ Евыми Ж50Х1’35’ а 1аКЖё
ства служат эмульсионныйС РЬем для их "РОИЗВОД-
минеральные наполнители Пл^ИР°Л " """“’молотые
литья под давлением на автп« К" П0ЛУ,|а|°т методоМ-Д
иах. Полистирольпые плит^иМ л"ЧеСК"х '1игьепь|х маши’
водостойкостью, хорошими дичлраЛа1ОТ вь|сокой паро- И .
в04 и ди,леКГрическими показате- J
„ с.ойк.и-п.ю против многих агрессивных сред Ли-
5,я ........плиток бывает гладкой, глянцевой
млуматовой пли равномерно окрашенной. Па нелицевой
стороне плиток по периметру имеются боргикц „ ' "
еф.'ая ее. к. 1 ермостойкость плиток 70’С, Применяют
полистирольные плитки для облицовки внутренних стен
и перегородок помещений жилых, общественных и про-
изводствениых зданий. Их нельзя применять для обли-
цовки стен и перегородок из сгораемых материалов, а <
также в помещениях с нагревательными приборами
открытого огня, В детских учреждениях и на лестничных
клетках.
Наряду с плитками для индустриальной отделки
степ применяют полистирольные листы размером 1400Х
У600 мм, толщиной 1,5—4 мм. Их изготовляют методом
экструзии из ударопрочного полистирола с пределом
прочности при растяжении 30—45 МПа, при изгибе 85
Рулонные полимерные материалы для внутренней
отделки степ, потолков и встроенной мебели подразде-
ляют на пленочные, линкруст, текстовяннт, ворсистые и
влагостойкие (моющиеся) обои. Их делят также на бес-
подосиовпыс, па бумажной и тканевой подоснове «о ви-
ду лицевой поверхности-на гладкие и тщ.юиые,
Декори-I ивно-отделочные пленки изготовляют, глав
ным образом, из поливинилхлорида. Эти “"сР,’ал“бд
статочно долговечны, при тем е ат ра об.та
дают гибкостью и эластичноью.^ой^। ||(ЫХ
газопроницаемостью. плёпки па звукоизолнру-
цветов, с рисунком и. без пего. П п0МС,Ц1.|„1й с
ющей подоснове "сп”лвау1° требованиями. Разповид-
повышенными акустнческим" Р _ еамокле„„1иеся но-
вость дек<>рат11В11о-облицов 1Ы тной CTOpoiie на-
лнпипилхлоридпые пленки. 1 защищенный силнко-
песен специальный клеевой' ви’пускают с рисунками,
•хг.6’".—.
.................................
ного слоя, называют ма0ЛЛД' обои - лехора™““°вс с-
Влагостойкие (/,0'°‘ц"е11С‘‘> „а бумажной по/'св°“
делочпый рулонный ма ci I,, мытью “° » У
лицевой поверхностью, сто яоДрЮделяЮТ
„ротира.....о. Но внешему виду ,и
кие с рельефной печатью и фактурные, тисненым.
невые. Для изготовления моющихся обоев?! приме?’'1-
бумагу массой 100-150 г/м2, синтетические лаки, эм»’**
сии полимеров, олифы, пластификаторы, пигменты1”
также специальный клей. Моющиеся обои выпуск а
длиной 7—12 м, шириной 500, 600 и 750 мм.
Линкруст состоит из бумажной подосновы, ПОКПым
слоем пасты нз глифталевого полимера или подивив
хлорида. Поверхность линкруста рифленая. Он так
выпускается в рулонах с шириной полотна 500____75л10116
длиной 12 м, толщиной 0,6—1,7 мм. После наклейки*»1’
стены линкруст обычно окрашивают масляной или синте!
Текстовинит изготовляют путем -на несения пасты Ж
стоящей из поливинилхлорида, пластификатора и мине
ральных пигментов, на хлопчатобумажную ткань Егп
водопоглощение не более 2%, устойчивость к измене»/
ям температур от+50 до-35 “С, удлинение при пят'
рыве 8%. Применяют для отделки панелей стен и „и
шнвки дверных полотнищ жилых и общественных зд8
4. Гидроизоляционные и герметизирующие
материалы. Трубы
МН методами. Для гили™™ вытягивания и други- •
«овном полиэтиленовые4 и ”3 ляц|,и используются в ос-
Промышленность выпуск ет Л'!.В.ННПЛХЛ0Р'« ные пленки^ •
полиамидные и другиУ п””к*е полиизобути.теновыё/
материалы отличаются м»»а-И‘ ^олнмеРные пленочные |
Костыо. прочностью водо„РпМаСС°Н’ х,'««’еской стой-
“ожно укладывать на вчажно"рон,|цаемостыо. Пленки
менок позволяет улучшЛь Л °Снован,1е- Применение •
оввых работах, noU„n ихУ So ТРУДЭ "30ляц11-
/Яолиэт Аномическую эффектна- J
ЭТИЛена в““^гоедаменйя1лУЧаЮ1 обычно из пол Л
we НИЯ3 Для замедления старения!
ss=y=g=s
роизоляции, с целью за“^е“ Убавляют камеиво-
ния от грызунов, при изготовлении Д х ДЛ11ВОЙ д0
угольный пек. .Плеяк\4В07ГтолЩиной 0.06-0,2 мм. Ос-
150 м, шириной 800—’400 и толщ подиэтвленовой
новные физико-механическ Полиэтиленовую пленку
пленки приведены в табл. 11 . ха инфракрасного
сваривают с помощью горячего воздух ,
излучения, ультразвука иди аппар» мехаинческой
нагрева (рис. 16.10). Дая "°в^^“„„„руюг стекло-
прочности ПОЛ,,Э™ЛВНОКВИМИ волокнами и соединяют
тканью или синтетическими .
подосновой —бумагой или аиическими своист“ ,ен0.
с^Т=»о—^я=5=
вые°плейш° сохр'аняки'эластнчвость до -2
0,919-0,929
108-112
oT —60 до
4-80
174-294
Плотность при
Температура раз-
мягчения, °C
Рабочий интервал
Модуль упругости
('высокими г11дро, I
циониыми свойствами "
ладают поливинилхл0" ’
"ыепленки.. Предел про»
мости их при растяЖА. 4*
10-15 МПа, относив»
ное удлинение при пячг.
ве 100-300 %, вРодо₽поЙ-
щение за 24 ч 0,15—Q э о?'
ДЛЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ Bblnv
скают поливинилхлорид*
ную пленку с липким ело
ем и прокладкой из сили
коновой бумаги. Полней"
нилхлоридные пленки бы
стрее стареют, в связи с
этим применять их луч
ше в закрытых конструк
циях, исключающих попа-
дание солнечных лучей.
^Полимерные пленки
применяют в качестве про-
тивофильтрационных эк-
ранов ПЛОТИН, ДЛЯ VCTnnii.
ства водонепроницаемых покрытий резервуаров водохоа
нилищ и оросительных каналов. Пленки применяю? также
для подземной гидроизоляции зданий и сооружений про
стойкими, они защищают эти матеоИЯЯл химически
воздействий. от эти материалы от агрессивных Я
термопластичных0иКтевмопСГИ,Си изготовляют на основе
кое применение получили ’битемно m ПОЛ,шеРов' Ш||Р°’
для которых в ка.1Ргт„А „„, У О‘полимеРные мастики,!
’Уют различные растворы илТн"0™ компонента исполЯ I
ков. Как гидроизолякиоииЛ водные дисперсии каучу‘ I
ленобитумную, битумно <ЬчпЯиСП0ЛЬЗуют также полиэти- J
У^льные и апоксндно-би?умиыеВмл’ эпоксиД"°т<аменно-
( Окрасочные гидым™».„ мастики.
синтетических полимеров вкл^°ННЫе составы на основе'J
«изобутиленовые, алкидные пп'п°Т хлоРкаУчуковые, по-
ем ' полиУРетановые, эпоксид-, 1
силиконовые и т. пЛВыбор окрасочных составов
«ь’е'„„ производиться с учетом требуемых свойств гид-
д0 лляиионного покрытия. Так, хлоркаучуковые составы
Р°"3° 10Т высокой стойкостью к воздействию кислот и
°°Л очей но неустойчивы к животным и растительным
шеЛ° ’жирам. Применять их можно для окраски по-
родностей, на которые воздействуют минеральные мас-
° , бензин. Кроме того, они пригодны для окраски по-
мещений, где хранятся продукты и резервуары с питье-
ПОЙ водой.
° Хлоркаучуковые покрытия обладают повышенной
„этичностью н стойкостью к атмосферным воздействи-
М Полиизобутиленовые составы отличаются повышен-
ной стойкостью к воздействиям температуры, однако
пазоушаются под влиянием минеральных масел и бен-
зина малоустойчивы к атмосферным факторам. Инерт-
ностью по отношению к различным материалам работо-
способностью в широком диапазоне температур (от—100.
по +350°C), атмосферостойкостью, отличными диэлек-
томескпми свойствами обладают кремнийорганические
(силиконовые) составы. Надежные и долговечные по-
крытия получают с применением эпоксидных смол.Для
улучшения сцепления гидроизоляционных покрытии с
защищаемыми материалами последние обрабатывают
грунтовочными составами (праймерам1),
из разжиженного полимерного связующего без наполни
телей и пигментов. „зделия обеспечивающие
/Герметики — материалы и иЗД • сопряжений
влаго- и пггздУхонепР4'|'11каое“стпукинй) В зависимости от
строительных детален и а°н"Ру " материалы вво-
состоянпя, в котором герметиз!гру ные погонаж-
лит в шов. они подразделяются на мастнчи
ные и оклеенные. „„„—а на три группы. К пер-
Мастичные герметики Дел нетвердеюшие мастики
вой группе относят полимерии‘ ”^отаРют в конструкции
на основе полиизобутилена. Они.работу Ко второй груп.
в том состоянии, в каком У„Л“еэластомеры холодногоот-
пе можно отнести герметики жидких полисуль
верждеиия—тиоколовые (на основу сялнконовые. От-
фидных каучуков). бу™ ^„х герметиков ,,вляе ’тык
личительной особенностью эти состоянии вст
что после введения их/"^(в^каннзируюЩ"^
под влиянием отверждаю^’средЫ они перех Д
ВОК при температуре окружи
Предел прочности при рас-
тяжении, МПа
Стойкость
.. эластичное резиноподобное состояние. В третью труп,
nv входят битумно-полпмерные герметики. Они примени-
ются в горячем виде. Эластичность этих мастик обеспе-
чивается комбинацией битумов с эластомерами, в каче-
стве которых используются каучуковые полимеры. Они
получили широкое распространение благодаря дешевиз-
не, высоким адгезионным и эксплуатационным свойст-
вам.
Погонажные герметики — это, как правило, пористые
или пустотелые элементы, выполненные в виде жгутов
различного поперечного сечения (пороизол, терпит и др.).
Использование этих герметиков, изготовляемых из раз-
личных резиновых смесей, оказывается эффективным
при определенном (не менее 30—50 % диаметра) об-
жатии их в стыках.
Оклеенные (рулонные) герметики представляют со-
бой полосы из стеклоткани с нанесенным на них герме-
тизирующим слоем мастики.
(Трубы из полимерных материалов обладают преиму-
ществами по сравнению с трубами из других материа-
лов: легкостью, устойчивостью к электрохимической кор-
розии, гибкостью, высокими диэлектрическими свойст-
вами, постоянством пропускной способности, низкой
теплопроводностью) Опп просты в монтаже и не требуют .
защитных покрытий. Главные недостатки полимерных
труб —низкая теплостойкость и значительное линейное !
расширение. Это не позволяет транспортировать по ним
жидкости с температурой выше 60—100сС. Наибольшее
Распространение "<)ЛУЧИЛ“ полиэтиленовые, полипропи-
~ ™"?ЛИ|1|"||1ЛХЛ0Рилиые трубы. Сравнительные
приведены в таблЭТ16^.МаТеР"а'"0В " мсталл11ческ"х тРуб
собой «струзш/Гр^ 1бТ1\''и1пТ пРеимУЩсс1веШ10 спо-
ну 1рис. ib.ii) или центробежным литьем.
Плотность, кг/.M^
Они noci читаются в отрезках 6—12 м и в бухтах. Диа-
метр полиэтиленовых труб может изменяться в диапа-
зоне Ю- 631) мм, поливинилхлоридных—10—400 мм я
полипропиленовых—15—80 мм. Применяют неразъем-
ное и разъемное соединения полимерных труб. Неразъ-
емное соединение полиэтиленовых и полипропиленовых
труб выполняют контактной сваркой, поливинилхлорид-
ных - склеиванием. Полимерные трубы применяют для
усг|..... гва систем водоснабжения и каналяза пище-
ляцин, внутренних коммуникации хини е газопро-
вых проч во тств, ирригационных трубопроводов, газопро
иодов.
5. Теплоизоляционные пластмассы
Для тепловой изоляции е^“^“‘стую структуру,
полимерные материалы, я“е ена СНСТемой изолировав-
которая может быть пР.м™бшаюшихся пор (пороплас-.
ных ячеек (пенопласты), с°°® „олостей (сотопласты).
ты), регулярно повторяющих пластмасс условно.
Такое деление теплоизоляционны материал только с
так как обычно не удается получ! Полимерные теп
замкну, ыми пли открытым" ХХктт также па жесткке,
лоизоляционные материалы р стрОИтельной те"
полужесткие и эластИЧЯ“ежеДс?кие пластмассы, имеющие
лицин широко применяют Ж ан
предел прочности при сжатии при 50 %-ной дефОт
более 0,15 МПа. Эластичные материалы при ThSM
ных условиях имеют предел прочности менее 0 01 меЯ
полужесткие занимают промежуточное положение
Теплоизоляционные пластмассы получают из т
пластичных и термореактивных полимеров химичек0,
Физическим способами. При химическом способе ц,
тая газонаполненная структура образуется при ТЛИ'’
ческом разложении газообразователеп или взаимол "
вин компонентов композиции; при физическом __Деисг'
зультате интенсивного расширения растворенных В ре'
при снижении давления или повышении темпераМИ03
также их механического диспергирования. Без вспГ’8
вания получают сотопласты. Их изготовляют склег ’
в блоки гофрированные листы бумаги или ткани по™
тайной полимером. ’ р0П11'
Наиболее распространенная теплоизоляционная п„
стмасса — пенополистирол. Его получают прессовым
беспрессовым методами. При прессовом методе XЖ
смешения полистирола с газообразователями ,? дру?*
добавками композиции прессуют, получают заттопб .'
которые затем вспенивают в камерах при 100—105»С
Прессуют на гидравлическом прессе при давлении 12
20 МПа и температуре 120—1 ЯП п Давлении 12—
тате возрастающего давления газа "Р°ИСХОДИТ в РезУль-
створимости в полимеое Пп, к снижения его ра-
предварительно вспенивают в б беч’Рессовом методе
иым паром гранулы полистиппп Щ®И В0Де ИЛИ водя'
“ают в формах (рад 1^10 Ж ’ К0Т0Рые за |ем спе-
Дают и сушат. ' ”олУченные изделия охлаж-
ванни любого тебмоплббти,0 пРименять при использо-
™к ЗТ0Г0 метода в сложно™™0™ полнмера. Недоста-
Беспрессовым методом м** техноло™ческого процес-
материалы и на основе теб Но полУчать вспененные
СвХвСаТСРГП-«XT™- "“а f
же отДЬ’ °Д их пл°твости ип°димеР°в зависят, в первую 4'
механгш0""® по'"'мера н всп»аКТера структуры, а так-
аническне свойства9 ячеие™ ВВа.'°щег° газа. Фнзико-
612 1х пластмасс улучшаются
с увеличением содержания закрытых ячеек. Преобла-
дающую замкнутую ячеистую структуру имеют прессо-
вые полистирольные и поливинилхлоридные пенопласты,
жесткие пенополиуретаны и кремнийорганические пено-
пласты.
Плотность ячеистых пластмасс зависит от плотнос-
ти полимера и содержания газообразователя. Для каж-
дого вида пластмасс имеется предельное количество га-
зообразователя, выше которого снижение плотности не
происходит. Плотность теплоизоляционных пластмасс ко-
леблется в диапазоне 10-200 кг/м’. Наиболее.легкими
являются карбамидные поропласты Представитель этой
вой изоляции, значительно ниже «плопроводностк W
гих теплоизоляционных„материалов^ Она c£™Ma
0,023-0,045 Вт/ (м • С) При вндаРУнаполняю-
териалов теплопроводность 3 ‘ аодность характерна
щего газа. Наименьшая теплопроводно^
при заполнении пор высокому Wjnp случаев разру-
Ячеистые пластмассы в большинств^^у^^^ пре.
шаются постепенно и не имеют обычно углов-
дела прочности. Прочность' ““ХГсоетавляюшей 2-
но при относительной дефор ц ’ностные показатели
10 %Р Сравнительно высо.и"Р°д"°ор„дные пенопла-
имеют полистирольные и “ли предел ПРОЧНОС™„Н
сты. При плотности 40 70 а пр11 растяжени
при сжатии достигает О.а flJ
П8-19 МПа. Прочностные показатели ячеистых плат, Л
„асе снижаются при увлажнении.
Под теплостойкостью ячеистых пластмасс понимаю,
обычно температуру, при которой усадочная деформа
материала за 24 ч не превышает 1 /0. I сп.тостойкость пе
но- и поропластов на основе термопластичных полиме’
ров составляет 60-70 °C. Наиболее теплостойки крем’
нийорганические пенопласты, температура их эксплуата
пни достигает 250°С. Для мочевпноформальдегидйМ
пенопластов она достигает 200°С, фенольных—150"(;
для полиуретановых —90—120 °C.
Для ячеистых пластмасс, как и для других полимер-,
ных материалов, характерны повышенные деформации
ползучести. Особенно интенсивно развивается ползу-
честь при больших нагрузках и воздействии атмосферных
факторов. Наибольшую атмосферостойкость имеют по-
лнстирольные и поливинилхлоридные пенопласты, пони-
женную — фенольные.
Большинство теплоизоляционных пластмасс имеет вы-
сокое водопоглощение. Для предохранения от увлажне-
ния нх обертывают в водо- и паронепроницаемые пленки
или гидрофобизуют. Малым водопоглощением отличают-
ся материалы с замкнутыми ячейками.
ГЛАВА 17. КОМПОЗИЦИОННЫЕ
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
I 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Состоит ^ZoZi Материал <C0KPaWeHH0 композит),
щего компонента в вилГи^^3 ~ ыатр’шы « упрочняю-
Комповенты композит» ^ ЛОКОН ил" твеРдык частиц,
раздела Соелипы,, а разделены видимой поверхностью
родных\атерХоГсозп°МП0311Те МИНИМум Двух разно- .
получение качестпе,и,°ЭДаеТ сенеРге™ческий эффект —
свойств каждщХпо“ентаВвХтСВОГ,СГВ' “ЫХ °Т
«иные композиты отличаются“ °Т ь'.'°ст"' КонструкцН»' I
стью (характеризующей отвдшеТ'™" удельной ПР°,ж0‘ I
сти материала), В стронтмк прочности к плотно»-®
композиционными матер ала.,L"e; "аряду с известными
“Ире применяют новые Вилы я (асбестоцементом), все
“"ды КОМПОЗИТОВ, Я
я
Чт0бы попять участие матрицы и упрочнителя в <1юп.
„„рованпи свойств композита, рассмотрим конкретный
пример, относящийся к распространенному классу волок-
„ИСТЫХ композитов. Для несущих и ограждающих конст
„укиип применяют большую группу полимерных компо-
зпционных материалов, упрочненных волокнами. К волок-
нистым композитам принадлежат стеклопластики, древес-
но-стружечные (ДСП) и древесно-волокнистые плиты
(ДВП1 ногие другие листовые, плитные и рулонные
материи из.
Как указывалось, полимерный волокнистый материал
включает два основных компонента: упрочняющие волок-
на (или ткань) и связующее (матрицу) — полимер или
каучук. Сочетание в одном материале разнородных ком-
понентов — волокна (стеклянного, асбестового, древес-
ного или др.) и полимера создает легкий композиционный
материал с высокой прочностью на растяжение и изгиб.
В этом убедимся, анализируя прочность волокнистого
композита с помощью простой модели: выделенного из
композита параллелепипеда объемом, равным единице,
армированного волокнами, расположенными парал-
лельно.
Содержание волокна и матрицы V „ дано в долях
от объема композита, принятого за единицу, следова-
тельно:
Наполнение композита волокном обычно составляет
"Осевое1' рас^тяпшшодае усилие е““
мтыиом. распределяется между двумя компонент
переходя к напряжсппл..*,^.---,
пряжения в композите (при I— U-
В пределах упруго
ет как единый матеРХ
ние волокна относите
поэтому относительные . композитна Н
на т'в и матрицы вм равны между собой: "'в°лок,
ен = еп= е»| «
Учитывая условие цельности композита, получим
некие прочности волокнистого композита в сЛедуюРав'
форме: у “•*#
Следовательно, модуль упругости композита Е в
смотренном случае формируется по правилу смесей-РЭС’
Графическую интерпретацию уравнения прочном
композита рассмотрим применительно к стеклопластик
принимая модуль упругости стекловолокна £ *У’
=60 000 МПа и полимерной матрицы Е„ = 2000 МпТ
т. е. соотношение Е. . £„ = 30: 1. На рис. 17.1 показав
возрастание прочности композита при увеличении напои
пения его волокном. В стеклопластике содержание вол™
на доводят до 80—90 %, армируя его не отдельными во-
локнами, а стеклотканью. Из рис. 17.1, а также из соот
— = видно, что усил,”:
имя содержания волокна и его модуля упругости^Соот-’
ХеТеВпНр“„УуМюеНнЬа“;"цСуЯ А°ЛЯ НаГ₽У“". передаваемой на
стиЧави™тТЬ ВОЛ01'на ПРИ растяжении и модуль упруго-
точного'XXZT“«(P',C-17 2)- ДиаметР ”•
3-7 мкм. Модуль упру О т °сЛтек'1М модулем Упругости
ного таким волоки™.™™ стекл°пластика, армирован.Ь
В 10-2™раз“олее МОП амяет 18 000^35 °™ он,
Вательно, модуль упругостиУ"Ругосг" полимера. Следо-
вых «омпоэиционны^мУатепи0п РУКЦ',ОННЬ1Х полимер-
11 цементного бетона. рналов примерно такой же, как
ламп будущегоНи^заМ^ериалы часто “взывают материа-
ким модулем упругости ГД”™’ “дающейся с высо-
Прогресс в этой области с С°Пр0ТИВЛен|1ем растяжению.
•с>|1ерволокна»1|зматсваял "за'1 с применением тонкой
примерно На порядок выть06' МОДУЛЬ упругости которых
кон гю0“0Д,пс’' 1'а6°ты гю пол,М МОДУ"Ь упругости стек-
J t*'» «Рем,шя"°ЛГ“"ю "е"₽ ерывных воло-
Ристаллов оксида алюмиР°Да’ а также беэдефект-
МИНня (сапфира), нитрида
„оемния И др. Стоимость этих волокон высокая, и они в
вдовую очередь будут применяться в самолетостроении
." в тех областях техники, где стоимость материала имеет
второстепенное значение Однако исторические аналогии
(например, с алюминием) говорят о том. что через 10—
15 лет стоимость новых материалов снизится и ио мере
освоения производства они станут доступными для строи-
телыюй техники.
Стеклопластики — это листовые материалы из стек-
лянных волокон или тканей, связанных полимером. Свя-
зующим веществом в стеклопластиках обычно служат
фенолоформ альдегидные,: ™
полиэфирные и эпоксид-
ные полимеры. Выпуска-
ют три разновидности сте-
клопластиков: на основе
ориентированных волокон,
рубленых волокон и тка-
ней или матов.
£ JOOO
М /ООО
ентированными волокнами
(типа СВАМ — стеклово-
локнистого анизотропногс
материала) обладают
большой прочностью (при
растяжении до 1000 МПа),
легкостью (их плотность
строительных
§ 2. АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ И ФИБРОБЕТОН
Асбестоиемент -- цементный композиционный матери-
ал, упрочненный асбестовым волокном. Цементный
камень хорошо сопротивляется сжимающим и плохо—
растягивающим напряжениям. Введение 15% тонково--
локнистого асбеста, обладающего высокой прочностью
на растяжение, значительно повышает физико-механиче-
ские свойства цементного камня. Асбестоцемент облада-
ет высокой прочностью на растяжение, огнестойкостью;
долговечностью, водонепроницаемостью, низкой теплой
проводностью и электропроводностью.
В нашей стране применяют свыше 40 видов асбеста-’,
цементных изделий: профилированные листы для кровель
и обшивки стен; плоские плиты —обыкновенные и офак-
туренные или окрашенные для облицовки стен; панели
кровельные и стеновые с теплоизоляционным слоем для
отапливаемых и неотапливаемых помещений; трубы на-
порные и безнапорные и соединительные муфты к нпм-
специальные.изделия (вентиляционные короба, санитар-
но-технические, электроизоляционные и др.). Производ-
ство асбестоцементных изделий быстро развивается По
выпуску асбестоцементных изделий наша страна занима-
ет первое место в мире, более половины мирового выпу-
ска асбестоцементных изделий производится в СССР,
бест ot4CL™PHM1HTT’ главным образом, хризотил-ас,
асйста в ви^атпФ Л0ВЫк асбесты' Волокна хризотил-
пчжный "Х т₽убочек Разной длины имеют на-
1500 нм ДтяаеХ °°° ™ЛЩ"НУ стенки °коло
шестой ±п^6„еСТ°ЦеМента "Р»“няют асбест третьей-
«Хяется от Ш м рь,х длина волокнистых частиа
шГшГсостав.5яетМ5О-2е4ТнпКИХ С0ТЫХ а “AW'
_ качеств, вяжушего используют cm. пиалы-
цеме"т- ®„1мент для асбестовых изделии марок 400
к,й портла»лла" й 113 КЛинкера с содержанием ЗСаОХ
”%0 выпуска со о/ зСаО АЬОз 3—8%. СаО, „С 1 %.
Ш Г/™пса (в пересчете на SO,) 1,5-3,5 %. Тон-
'цемента характеризуется удельной поверх-
ность помом не /г начал0 схватывания - не ранее
костью 2200—ЗчМи_ н(/позднее ю ч от начала затворения.
1 ч30 мин;кон песчанистый портландцемент с добав-
пр"^ня^г о! молотого песка (при автоклавном тверде-
кой 38-45_Л " также белый портландцемент и цветные
“еМ£“Т“„ая удельная поверхность асбестового волокна,
Больша у ,0 м2,г обусловливает его высокую ад-
№“ю способность. В приготовленной исходной
С°РгЛ волокна асбеста должны распределяться равномер-
« Дпсопбируя выделяющиеся при твердении цемента
А»тм₽гнлоатации асбест уменьшает их концентрацию
SH«»===
ИЗДВодТ В ^производстве асбестоцементных изделии по-
требляют большое количество воды, которая ид а "₽
тотовление асбестоцементной смеси и на
и сетчатых цилиндров формовочной маши • ’елР8
меняемая для производства асбеетоце о„ганических
не должна содержать глнни”ых "^“еблагоприятной
веществ и минеральных солейк Наиб™ннже
является температура 20—25 С. при F пада.
10 С производительность формовОЧНЫЛ [ком же внес-
ет, а твердение изделий замедляется^ Слишком же
кая температура воды может вызвать быстрое
”ИеКЦ;ХаДля окраски зебестоцементиы^
няют цветные цементы или добаВЛй°ала1Одае свето- и
ные щелочестойкие пигменты, °блада ° Жетезвый,ох.
атмосфероустойчпвостыо: Редокса’*д,пУРты для облииов-
РУ, оксид хрома, ультрамарин и др. - покрывают
НИ стен п панелей санитарных Узлов ” (г,,„фталевыми,
водонепроницаемыми эмалями и лака г добавкн, вво-
перхлорвиниловыми, нитроцеллюлозны учшают ее тех-
Димые в асбестоцементную суспензию, у х
дологические свойства и повышают качество издЛ 1
Добавка полиакриламида увеличивает фильтруемость
суспензий; пластификатором является СДЬ, применяю}]
также гндрюфобизаторы.
2. Понятие об изготовлении
асбестоцементных изделий
Ппоизводство асбестоцементных изделий включает
следующие операции: I) расщепление (распушка) асбе-
ста йа тонкие волокна; 2) приготовление асбсстоцемеит.
иой суспензии; 3) отфильтрована из жидкой асбестоце-
„ситной массы топкого полотна; 4) формование из него
изделий: волнистых (кровельных) и плоских листов,
труб вентиляционных коробов и др.; придание изделиям
необходимой плотности и формы путем прессования, вы.
.пбания, резки (требуемых размеров); ..) твердение из-
делий в пропарочных камерах, водных бассейнах, авто-
клавах и выдерживание их в утепленных складах до при-
обретения заданной прочности.
Распушку асбеста производят сначала па бегунах, е.
затем в голлендере. Голлендер — резервуар, внутри ко-
торого вращается барабан с ножами. В голлендере уме-
шивают цемент, асбест и воду. Из голлепдера получен-
пая масса идет в ковшовую мешалку, а затем поступай*
в формовочную (листоформовочпую пли трубоформовоч-
ную) машину (рис. 17.3). Рабочая часть лпстоформововя:
ной машины состоит из ванны с асбестоцементной суспен-
зией и полого каркасного барабана, обтянутого металли-
ческой сеткой. При вращении барабана на металлической
сете отфильтровывается тонкий слой асбестоцемента, ко-
торый снимает бесконечная лента технического сукна и
переносят на металлический форматный барабан, нави-
вающий концентрические слои асбестоцементной смеси.
Когда слой асбестоцемента на форматном барабане до-
спи пет необходимой толщины, его разрезают но образую-
щей цилиндра. Получаемый сырой асбестоцементный ЛИСТ
поступает па конвейер для дальнейшей обработки: его
т,ем' чоОТап°мпбуеМЬ'м РазмеРам. прессуют под давле-
нием 30—40 МПа, а для получения пиофилппованнИ»
ЛЩ.ОВ волнируют. Асбестоцементные лис™ СП и УВ
я™Х"0™Ж'""ую волну <см- Р»с- 176), которая
ВО .м м во , Р долж,,а бить перекрыта волной
во;.,..., .иной высоты соседнего листа.
.«ПТОВЛВНИЯ труб
д-"я" ст-емиыс фор-
npiii',e"1 барабаны, ли
м»’|,ь1е,О0ЫХ соответ ст:
“с’виему
е’ Й^Пфавиваюшиеся |
ТРУ6”.:,, слои асбестоне-
«РДЙ массы опреесовы-
«с,и. Когда стенка
ВЮ°1 ,,пртигаст заданной I
тРуб“ °"форматный ба-
’°"-тп (сердечник) снима-
ли устанавливают но-
'°щ Отформованную же
“бу снимают с формат.
S o барабана и отправля-
ютв водные бассейны пли
ппопарочныс камеры.
Твердение изделии завер-
шаете” в утепленных
С”1<Дроме описанного
«мокрого способа» формо- примеНяют полусухой
вання асбестоцементных модии р 1|.)Делш| форму.
„ сухой способы. При полусухом собранной) массы с
ЮТ из концентрированной (сме ах бесслой-
элвжиостыо 30-35 % на спейиалыпях* тне11ии. при
ного формования изделий ПР одят распушку асбеста
сухом способе формования,пронзводэтр u
и смешивание его с Цементом до 14—16 А.
состоянии. Затем эту смесь, у ла^еш у м| .
уплотняют па конвейерной линии под^^^^ т
ками; изделия (плитки для ПО насышениого водяно
ют в автоклавах при температуре
го пара 175°С.
8. Свойства асбестоцемента сят от м_
Механические свойства асбестоис ка,|ССТВа
s=r.»=s,““:
которая значительно превосходи М|
камня на растяжение. Прочность на растяжение волокна
распушенного асбеста около 700 МПа; по прочности оа
не уступает лучшим маркам арматурной стали. При обыч-
но принятом в производстве асбестоцементные изделий
содержании асбеста в асбестоцементе (около 15 %) пре-
дел прочности асбестоцемента выше предела прочности
пементного камня: при растяжении в 3—5 раз, при из-
гибе в 2—3 раза (табл. 17.1).
Прочность асбестоцемента обусловлена его плотно-
стью. прочностью сцепления цементного камня с волок-
ном содержанием волокна и степенью его распушки. Все
эти факторы регулируют в технологическом процессе про-
изводства асбестоцементных изделий. *Г
Возможны две причины разрушения асбестоцеииЛ
яшпечА П03"Та: разрыв асбестового волокна, если пре-
вышено его сопротивление растяжению, равное
пы)ВЫкогдаВаппе1>иОЛОКНа 1,3 цементного камня (матри-
ndh/2 (см. рнс₽ 17*™"° соп₽отнвлен||е сдвигу, равное
женнюисдвнгуНаКОВОГО сопР°тивления волокна растя-
-25. р яШт
4 = (17.8»
п. Н. Соколовым.^ соотнот " асбестовемента, развитой
1 " его Диаметром d оппы»еНИК> междУ длиной волокна
6а й. определяемому зависимостью
Р_63О
Р „пенной зависимости следует, что, увеличивая
Из "£ тового волокна с матрицей, можно повысить ис-
связьасоесто к11ХВОЛоконJ/d которых невелико. На-
„ользование 'е^ оваинш листов т«4МПа. для прес-
npi‘«eP-'^повышается до 6 МПа, поэтому (l/d)m„T может
сованных пи» 73 10 52 Если степень распушки асбе-
быть сни^с» ней: Z/d> (//d)KP„, то разрушение ас-
яа бУ?м₽нта произойдет вследствие разрыва волокна;
бестоце«е«та у распушке прочность волокон исполь-
прИ ся те полностью. Положительной особенностью асбе-
зуется не по ег0 ВЫСОкая растяжимость (8-16JX
ппевышающая растяжимость цементного камня в
Х'т„ И“приеденных данных видно, что конструк-
6—10 раз. npi д (особенно прочность на
тявные качества асоестоцемента R недостаткам
растяжение ОТНОСИтся хрупкость и склонность к ко-
-и—-
делнй, введение добавок. изделий зависит.
Долговечность асоестп°пХсти Морозостойкость за-
главным образом, от их пло' , г/смз — 25 цик-
кпх изделий составляет: плотностью п10 „
лов; плотностью 1,65 г/см ва1|ИЯ ,, оттаивания
1,8 г/см3 _ ЮО циклов вам0₽а* ,В увеличение плотно-
(при снижении прочности на ' 0ф0бнзаиии изделий
CTII путем прессования листов, UPJ^ полнмеров, стеа-
с использованием кремиинор афта уменьшает по
рино-парафиновых ЭМУЛЬСН ’ “«ает деформации усадки
ристость и водопог лощение, енн^^ие листов,
и набухания, а следовательно ^кор^ плотностью
Теплопроводность ас6е ™ составляет °.35ВЗД“£
1,9 г/см’ естественнои влажности 1 ен11Я асбестоне-
Х’С). Предельная температура^ значите»
ментных изделии на портлпри нагреве .
ное снижение прочност,, насту ая1КуШего с кр
500 СС. Однако при исполь30вав'111Ь изделия, выД Р
мьстыми добавками можно.получи
чающие температуру 1°ии из
4. Виды асбестоцементных изделий
- Асбестоцементные изделия подразделяют на листы
панели, плиты, трубы и фасонные детали к ним. Асбест?
цементные листы в зависимости от назначения выпуска,
ют: кровельные, стеновые, облицовочные, для элементов
строительных конструкций, электротехнические. По форм
различают листы: плоские (прессованные и непрессован,
ные), профилированные (волнистые, двоякой кривизны и
фигурные).
для доборных
производственны
Волнистые листы в за-
висимости от высоты вол-
ны могут быть низкого
профиля — при высоте
волны до 30 мм; среднего
профиля — при высоте
го профиля — от 43 мм и
более. Листы изготовля-
ют естественного серого
цвета и окрашенные или
черные (длиной Ъ, 9ППП ч офактуренные, мелкораз-
ной 2000 ММ То „ м) " кРУПН0Размерные (дли-
1 - иолинс!- ;. листы унифицирован-
VB имеют шестиволновый профиль
„„офиля УВ ‘.ста 1125 мм, длина 1750, 2000
«»г0 17 5)- ШирИ“лшина 6 и 7,5 мм. Обозначение
(Р“С- 2500 мм, то-пт т0Лщину и длину листа в мм
$!!7,5-1750лУ«а;3“еврае"рываемой 45 мм, перекрывающей
Высота в°лн
54 “назначение листов
УВ зависит от их характеристик
УВ-6-1750
УВ-6-2000
УВ-6-2500
УВ-7,5-1750
УВ-7,5-2000,
УВ-7,5-2500
:=£===
СТВЛиВсТсГредИнегоРВпГрофкляОВимеют
семиволиовый профиль; высота волны 40 м Р
на листов 980 или 1300 мм. длина 17о0 2000 и 2500 .
НИЙ и стеновых «Раждений шестиволновый
Листы обыкновенного профиля ВО име fio6MM дли-
профиль; высота волны 28 мм ширина листов 68Ь ММ^ДЛ#
на 1200 мм, толщина 5,5 мм. Предназн листа вол-
ства кровель жилых и общественных зданий Листы
"истые усиленного профиля; кровел:ьнь в!^а волны
вые ВУ-С имеют шестиволновыи профиль, толщина
S0 мм, ширина листов 1000 мм, длина 2800 мм т .
8 мм. Служат для устройства кровель. и <стеновых Р
Дений производственных здании исоору ают толщи-
Асбестоцементные плоские листы У1900 1500 мм
"Ой 4. 5. 6, 8, 10 И 12 мм. шириной 800 ^„„„„ью
" Длиной 200, 2500, 3200, 3600 мм. ПР0Мые листы, От-
"роизводятся окрашенные изделия, цве
21-265
формованные из цветной асбестоцементной even Я
листы с цветной лицевой поверхностью полни»»611’1®}
процессе формования на лнстоформовочной м-шн?"0* а
лями" ПЛИ1Ы' л"“евая поверхность которых пок^ытд^"-
.„_^’нел,и " плиты подразделяют по назначению »»
всльные (покрытия, подвесные потолки), стенопы» К₽о-
регородки. Их изготовляют преимущественно гйЛ,И Пе’
(нз отдельных элементов), реже цельно|ормова РНЫ’"1
По конструкции панели и плиты разделяют ~ *,ь'ми.
иые, утепленные и акустическиеЛПлнты утепленн1еПЛ6н’
покрытии промышленных зданиТГ (рис 17 6) 5 НЫе ДДя
к» двух типов: рядовые АП (основные) н , , ТОвл»-
(доборные). Асбестоцементные стеновые панели п ЛП|<
(pHc.h}".7)0H бескаркасными "°ГУТ б“ТЬ к1₽ка«Х
САМ предназначены дляТНсоедине°УПЛОТНЯЮЩ"еся т«па
“з-™“
Bo'<JSKr*ewe. "РОММ,) " “Р“т"ляи.юииш
5, Фибробетон
•" Качество бетона можно повысить, если применить ар-
мирование его дисперсными волокнами. Небольшие об-
резки волокон, применяемые для армирования, получили
название «фибр», а дисперсно-армированный этими во-
локнами бетон — «фибробетон». Фибробетон обладает
повышенной трещиностойкостью, прочностью на растяже-
ние, ударной вязкостью, сопротивлением истираемости.
Изделия из этого бетона можно изготовлять без арми-
рования специальными сетками или каркасами, что уп-
рощает технологию приготовления изделий и снижает ее
трудоемкость.
Для армирования бетона могут применяться различ-
ные металлические и неметаллические волокна. В каче-
стве фибр обычно применяют тонкую проволоку диамет-
ром 0,1—0,5 мм, нарубленную на отрезки длиной 10—
50 мм. Лучшие результаты обеспечивают фибры диамет-
ром порядка 0,3 мм и длиной 25 мм.
Из неметаллических волокон могут применяться стек-
лянные волокна, базальтовые, асбестовые и др. Стеклян-
ное волокно обычно имеет диаметр порядка нескольких
Десятков микрон и длину 20—50 мм. Оно обладает высо-
койпрочностью на растяжение (1500—3000 МПа). Од-
нако стекло быстро разрушается под действием щелочной
среды цемента, поэтому необходимо либо применять во-
локна из щелочестойких стекол, либо предусматривать
применение вяжущих веществ или специальных меро-
приятий, предохраняющих разрушение стеклянных вол
«он в бетоне от коррозии. К этим мероприятиям моэд
отнести использование в бетоне глиноземистого цем^т
добавки в бетон, связывающие щелочи; пропитку вето,
П0ЛСтаельными или йеМеталлическими волокнами арМИр
„т как правило, мелкозернистые бетоны, иногда цеМе£
НЫЙ камень. Эффективность применения волокон в бетон
"“нсит от их содержания и расстояния между отдель
ными волокнами. Дисперсное армирование обычно доста.
точно эффективно приостанавливает развитие волосных
тпешин лишь при расстоянии между различными волок-
нами не более 10 мм, поэтому применение в бетоне круп-
ного заполнителя, не позволяющего расположить дисперс-
ные волокна достаточно близко друг к другу, снижает
эффективность подобного армирования.
Стальные фибры вводят в бетонную смесь обычно в
количестве 1—2,5 % объема бетона (3—9 % по массе, что
составляет 70—200 кг фибр на 1 м- смеси). В этом
случае прочность бетона на растяжение повышается на
10—30 % и резко повышаются его сопротивляемость уда-
рам. предел усталости и износостойкость.
Стеклянные волокна вводят в бетонную смесь в коли-
честве 1—4% объема бетона. Как и стальные, стеклян-
ные волокна, обладая высоким модулем упругости, обес-
печивают повышение прочности бетона на растяжение и
его трещиностойкость.
Дисперсная арматура в фибробетоне достаточно хо-
рошо защищена от коррозии плотным цементным камнем,
однако в некоторых случаях, особенно когда могух воз-
действовать на фибробетон агрессивные среды, стальные
фибры защищают специальными покрытиями, которые
обычно не только повышают стойкость фибровой армату-
ры к коррозии, но и способствуют улучшению сцепления
между фибрами и бетоном и тем самым на 20—40 % улуч-
шют прочность фибробетона на растяжение и его тре-
щипостойкость.
4 3. БЕТОНОПОЛИМЕРЫ
п.л?и“ествен"ын недостатком Обычных бетонов является
М1ЧНЫХ ии™.₽13ветвленной сетн ПОР. капилляров, раз-
бетонных u₽w»^e,70B’ обРазУк>Шихся при формовании
процессе экгплч'ятОбетОНпНЫХ 113делий. “к твердейшей в
кость бетона а также ^e<1,CKT,J " ПОР“ понижают проч-
. также его долговечность и стойкость к
628
Г аствию агрессивных сред, так как открывают по-
f ^««м доступ внутрь бетона.
свойства бетона можно изменить, если поры и капил-
| „заполнить другим веществом. Для этого готовые
Генные или железобетонные изделия или конструкции
пмергают пропитке специальными составами. Для про-
бки используются самые различные вещества и мате-
, алы. Если необходимо только закрыть доступ внутрь
йегона воде и агрессивным жидкостям и газам, то ис-
пользуются материалы типа петролатума, разбавленных
смол, «модифицированного битума и битумов, модифи-
цированных различными синтетическими смолами, сера.
Многие из этих материалов не требуют последующей об-
работки и изделие оказывается готовым к употреблению
«посредственно или вскоре после обработки. Для более
значительного изменения структуры и свойств бетона ис-
пользуют жидкие мономеры (метилметакрилат или сти-
рол), полимеры (эпоксидные и полиэфирные смолы) и
различные композиции на их основе.
Глубина пропитки зависит от свойств пропитывающего
состава, в частности от его вязкости и угла смачивания
нм бетона. Вязкие вещества, как, например, битумы или
петролатум, пропитывают бетон на глубину 1—3 см. Жид-
кие мономеры, например стирол или метилметакрилат,
могут за сравнительно короткое время пропитывать бе-
тон на глубину 10—20 см и более. Чем глубже пропит-
ка, тем больше времени требуется на ее осуществление.
Количество мономера, требуемое для пропитки бетона,
зависит от его пористости. Для полной пропитки плотного
бетона требуется 2—5 % мономера по массе (4—10 % по
объему), для раствора требуется на 30—70 % больше мо-
номера, чем для бетона; легкие пористые бетоны могут
впитать до 30—60 % мономера.
При применении жидких мономеров требуется прове-
сти их полимеризацию непосредственно в теле бетона.
Полимеризация может осуществляться различными из-
вестными способами в соответствии с природой мономера.
Наиболее употребителен термокаталитический способ. В
этом случае в мономер перед использованием его для
пропитки вводят специальные вещества — инициаторы
полимеризации. После пропитки бетона изделие или кон-
струкцию нагревают до 70-120 °C (в зависимости от вида
мономера) и через несколько часов жидкий мономер пре-
вращается в твердый полимер, плотно заполняя все поры
629
ефекты бетона. В
1’1' тате обработки либо^’
вязкимТсоТтавХ0"''™83"»
последующей полимер "х
едящие бетон 1сли ₽гРеВ0С’ I
"итывают мономером с"пп'
следугащей его с "°-
а теле бетона ,МерИЗа- ’
лУ''Ил?°наз“еанн7еРкИаЛЫ л°- I
лимеров Свойст ®етон°по- I
полимеров завися3 "°Н0’
его содержа,,,--
"Ый каменный скелет°НО"ОЛ"меРв и чемП,,ТКП’ " большв
“ера. которая 1т,П' ’ем ,1ыше nDn„„M прочнее бетон-
в’РУКтури в 'мера, вследствие™ более. Проч-
"олимера.' UU,e "Рочиостн ис™ользп»С°бешюсгс'' его
Шубина пропит, „ г ’ паииого бетона'и
«» рган«ческими вещеегвами "ропнткн !
яствами показаны '
' 17 9 При пропитке бетона мономером с поеде-
на р"Са полимеризацией его в теле бетона в материале
Д^иет особая структура, которая состоит из затвер-
н#'1 цементного камня, скрепляющего зерна запол-
'* »ля в единый монолит, и разветвленной системы ни-
И включений полимера. Полимер заполняет поры и
’"".„лляры цементного камня заполнителя и контактной
«ы между ними, делая их газо- и водонепроницаемыми.
Полимер как бы заклеивает дефекты структуры цемент-
„ого камня, заполнителя и контактной зоны и связывает
ысячамн нитей различные участки бетона, повышая их
сопротивление нагрузке и трещиностойкость.
Образующуюся в бетоне сетку полимера можно рас-
сматривать как особого рода дисперсное армирование.
При полимеризации мономер стремится сократиться в
объеме, что вызывает обжатие в минеральной части ма-
териала. В результате создается разновидность предва-
рительно напряженного состояния материала, что также
способствует повышению его прочности и трещиностой-
При поверхностной обработке материала структура
бетонополимера и соответствующее изменение свойств
материала наблюдаются только в поверхностных слоях.
Внутри массива бетон сохраняет свою структуру И свой-
Пропитка бетона мономером с его последующей по-
лимеризацией в теле бетона приводит к резкому увели-
чению прочности и улучшению других свойств бетона.
Прочность бетонополимера на сжатие по сравнению с
исходным контрольным бетоном повышается в 2—10 раз,
вместо бетона марок М 200—М 500 получают бетонополи-
мер марок 800—2000. Прочность бетонополимера на сжа-
тие зависит от прочности исходного материала, свойств
полимера, содержания полимера в бетоне. С увеличением
содержания полимера в бетоне прочность бетонополиме-
Ра возрастает (рис. 17.10). Прочность бетонополимера на
растяжение по сравнению с исходным бетоном увеличива-
ется в 3—10 раз, достигая 18 МПа. Соответственно воз-
растает его прочность на изгиб.
Степень насыщения бетона мономером зависит от под-
готовки бетона к пропитке. Чем суше бетон, тем больше
мономера заполнит его поры и капилляры и тем большей
будет прочность бетонополимера (рис. 17.11). Последую-
щая обработка бетона полимером позволяет регулировать
деформативность бетона, существенно улучшает ДОл
вечность, износостойкость и другие его свойства. Значй.
тельно возрастает стойкость материалов в агрессивны»
средах. В табл. 17.2 приведены средние результаты опы.
тов, наглядно показывающие положительное влияние об-
работки бетона полимером на его свойства.
Пропитка легких и ячеистых бетонов также в несколь-
ко раз повышает их прочность и долговечность, делает
материал практически водо- и газонепроницаемым. Одна,
ко вследствие более высокой пористости легких бетонов
возрастает расход полимера и уменьшается эффектив-
ность его использования.
В тяжелом бетонополимере каждый процент полимера
повышает прочность бетона на 10—20 МПа (в обычном
бетоне для этого потребуется около 100 кг цемента).
В легких бетонах большое количество средних и круп-
ных пор. В этих условиях система полимерной сетки в
бегоне имеет на нитях большое количество утолщений, в
которых полимер (с точки зрения прочностных свойств)
используется менее рационально. В результате снижает-
ся эффективность пропитки до 0,4—4 МПа на каждый
процент полимера, поэтому обработка легких бетонов
100-200
6-19
14-28
3,5-10*—5-10*
0,002
10-18
0-5- I0-S
6-10-*—8-10-6
5000
Высокая
.водится, как правило, с поверхности на небольшую
и должна обосновываться технико-экономиче-
г‘^ расчетом.
ск1 в первую очередь целесообразно производить специ-
° о обработку полимером для повышения долговеч-
исти изделий, работающих в суровых климатических или
.гоессивных условиях, а также для получения изделий с
особыми свойствами (износостойких, электроизоляцион-
ных электропроводных, декоративных, газонепроницае-
мых и др-)- Широко используют пропитку полимерными
составами для ремонта и восстановления бетонных и же-
лезобетонных изделий.
ГЛАВА 18. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие
составы, наносимые на поверхность конструкции тонким
слоем, который через несколько часов отвердевает и об-
разует пленку, прочно сцепляющуюся с основанием. Схе-
ма лакокрасочного покрытия показана на рис. 18.1.
К лакокрасочным материалам относятся: 1) грунтов-
ки и шпаклевки для подготовки поверхности к окраске;
нанося их, получают однородные и ровные поверхности;
2) красочные составы (краски), применяемые в вязко-
жидком или пастообразном виде, образующие покрытия
нужного цвета; 3) связующие вещества и пигменты, из
которых изготовляют красочные составы; 4) лаки, соз-
дающие пленку, отличающуюся блеском; 5) растворители
и разжижители лаков и красок; 6) пластификаторы, от-
вердители полимерных кра-
сок и другие специальные до-
бавки.
Лакокрасочные материа-
лы применяют для архитек-
турной отделки фасадов зда-
ний, они придают помещени-
ям красивый вид, создают в
них необходимые санитарно-
гигиенические условия. Не-
редко лакокрасочные мате- пт
риалы помогают предохранить материал конструЦ И
Разрушительных воздействий среды. Отделочный слой
тЬасада здания первый встречает действие дождя, ветр»
ессивных газов, содержащихся в воздухе, изменения
температуры среды. Придавая ’ покРЫтию
водоотталкивающие свойства и эластичность можно знд.
“?“ьво увеличить срок безремонтной службы самой от.
лелки повысить долговечность конструкции и улучщ„ть
эксплуатационные качества здании. Все шире применяют
Покрасочные материалы специального назначения. Од.
; ; из них являются химически стойкими, ими покрыва-
ют металлические и железобетонные конструкции для
предохранения от коррозии, другие необходимы для за-
щиты древесины (антисептические и огнезащитные крас-
ки для дерева).
Имеются жароупорные лаки, которыми окрашивают
промышленное оборудование. Санитарно-техническОе-
оборудование, металлические трубопроводы также нуж-
даются в защитной окраске.
Лакокрасочная промышленность выпускает в основ-
ном готовые материалы, перед их употреблением добав-
ляют лишь растворители или разбавители. Сборные кон-
струкции и детали должны поступать с заводов на строи-
тельство с полной готовностью, т. е. в окончательно'
отделанном виде. Для этого на заводах сборных строи-
тельных конструкций предусматривается конвейерная ли-
ния отделки элементов.
$ г. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КРАСОЧНОГО СОСТАВА
I. Связующие (пленкообразующие) вещества
Z Связующими веществами в красочных составах яв-
/ ляются следующие материалы: полимеры — в полимер-
[ ных красках, лаках, эмалях; каучуки — в каучуковых
I красках; производные целлюлозы — в нитролаках;
\ олифы — и масляных красках; клеи (животный и казеи-
\ новый) — в клеевых красках; неорганические вяжущие
, вещества — в цементных, известковых, силикатных крас-
/ Полимеры применяют в красках и лаках вместе с
' растворителем, а также в сочетании с олифой или цемен-
том (полимерцементные красочные составы).
\ Применение синтетических полимеров значительно
сократило расход растительных масел на приготовление
строительных красок и дало возможность выпускать'но-
взс
виды долговечных и экономичных красочных соста-
Хотя некоторые полимерные краски н лаки еще до-
ёоги все же стоимость окраски I м* поверхности поли-
КрнЫМ» составами отнесенная к одному году
эксплуатации, часто бывает ниже стоимости отделки
другими строительными красками (известковыми и др.)
Широкое применение полимерных лаков н эмалей при-
вело к почти полному отказу от импорта дорогих природ-
ных смол (шеллака, копалла, даммара), ввозимых из
индии и других стран. Прежде основным сырьем лако-
красочной промышленности являлись природные смолы
и растительные масла.
Связующее вещество — главный компонент красочно-
го состава, который определяет консистенцию краски,
прочность, твердость и долговечность образующейся плен-
ки. Связующее выбирают, учитывая и прочность его
сцепления (адгезию) с основанием после затвердевания.
Защитные свойства лакокрасочного покрытия по отноше-
нию к металлу, бетону или другому материалу зависят
как от связующего, так и от примененного пигмента. На-
пример, алюминиевый пигмент замедляет коррозию стали,
в то время как малярная сажа ее ускоряет.
2. Пигменты
Пигменты представляютсобой
ки, нерастворимые в ет н0 и долговечность
«ле. От них зависит H\T“b“6UH0 заполнителю в строи-
„венные пигменты с Д наполнителем что
Неорганические пиг^’1тЫ красочные соста0“'те строя-
таллов различного “*е приготовляемые игсиепиг.
мые заводами, а таа* ят™аще всего неорганиче
тельных работ, содер- сажа, гра.
менты. „гменты — эт0 маля,)Н .
Органические пигменты езз
фит и синтетические красящие вещества1, обладают 1
высокой красящей способностью. К ним относятся n 1
менты: желтый и оранжевый светопрочные, алый, гол ’
ним пигментам, получаемым путем хи «Чн?
ботки сырья, относят белила, кроны, ультрамарин, ма
Лярную лазурь и др.
Белые пигменты. К ним относятся белила, мел, из
весть, алюминиевая пудра.
Титановые белила представляют собой тонкий попп
шок диоксида титана Т1О2. Их считают лучшими из со."
временных белил: они светостойки, обладают хорошей
кроющей способностью, неядовиты. Применяют для из”
готовления масляных, эмалевых и других наружных и
внутренних красок по металлу, дереву, штукатурке. Цин
новые белила (в основном оксид цинка ZnO) светостой"
кн, неядовиты. Однако, как и свинцовые белила пело'
статочно стойки к действию щелочей. ’
Свинцовые белила — белый порошок основного кап
боната свинца 2РЬСО3РЬ(ОН)2. Вследствие токсичности
их применяют редко. Темнеют при действии сероводово.
да, сернистого газа и других сернистых соединений Has
этому свинцовые белила нельзя, например, смешивать с
1 п— — ч
====“=»к-==
Для^поХШк“7асаХС1здаш1й.МеНЯ'ОТ’ главным °бразои, •
частиц, блаХряПИ.™тооГой*МееТ пластинчатУ'О форму
-аГоХГмТа^
“О^розии. поскольку об^™ся ПпРлХРавНод<
актическп непроницаема для ультрафиолетовых
cTleftan »Р°лг0ЛеЛщиты - кроны и охры. Цинковый крон
Л применяют в основном для антикоррози-
аромат цинка) п1металл„ческнх покрытий. Свинцовые
онных /°1 основе хромата и сульфата свинца) - это пиг-
кроны (на °™ “ет от лимонного до оранжевого. Жел-
ментЫ, 1|МС'ХеПяЮт свой цвет под действием раствора
тые кроны “а“ ). Свинцовые кроны токсичны, работа
нел0ЧеИтпебует соблюдения требований охраны труда
с ЯИЛ" ₽ называемые иногда земляными красками, со-
Охры. н „„ железа с примесью глины. Цвет охры
стоят из ГИДР “ветло-желтого и золотистого до темно-
моясет быть от светло ,я оксида железа и
Жрп^есей^Прокаленная охра приобретает коричневый или
красный цвет Эта труппа пигментов вклю-
Коричневые’ пигментов, получаемых из
чает умбру и ряд смешан и относится
железного сурика и мум . У Ч₽тонкий порошок глины,
к числу земляных красою МпОг и други-
окрашеиный в пРи₽°дичные оттенки коричневого цвета,
ми примесями в различны^оттен и цинковая зелень
Зеленые пигмент Оксид хрома Сг2О3 обла-
и другие смешанные ” ' тД,ст0Й,ив к действию ще-
дает многими достоинствами у^^ для получения
лочей, кислот и пов““™“ добавляют ультрамарин. Цин,
зеленовато-синих оттенгсов д ием кронов с малярной
ковую зелень п0ЛУча (пацо4); она устойчива к дейст-
лазурью и наполнителем
вию щелочей. и лазурь малярная.
Синие пигменты: УльтРамаР каолина с содой и
Ультрамарин получают сплавленаи6ольшее распростра-
серой (пли Na2SO4 и углем) Наа®“ щий пигментом в
нёниё нашел синий УльтРамаР яе’мый также для окраски
строительных красках, пРим,Хльзуется для подсинива-
марин, разлагая его с в“Делением Р авляет собой
невой кислоты. Малярная лазуР И^ состава
интенсивно-синюю соль трехвале практически
Fe,[Fe(CN)6]3. В воде: I кис. Ю1 с выделение
нерастворима, но щелочи ее р 6э7
Fe(OH)- Поэтому при нанесении на бетон или свежУй
штукатурку эта краска теряет свой синий цвет.
Красные пигменты. Из этой группы пигментов наибо-
лее известны: железный сурик - тонкий порошок оксида
_______________„.-..n-rimm цвета, искусственная mvmuo _
соотношения составных частей re2u3 u природная
мумия — тонкий минеральный порошок, окрашенный в
естественных условиях оксидами железа в красный цвет,
свинцовый сурик — порошок красно-оранжевого цвета,
содержащий в основном РЬО РЬ2О3. Редоксайд — крас-
ный железооксидный пигмент, стойкий к щелочной среде.
Черные и серые пигменты — малярная сажа, диоксид
марганца товкомолотый графит. Малярная сажа — поро-
шок почти чистого углерода. Пигменты, содержащие уг-
лерод в свободном состоянии (к ним относится сажа),
образуют с железом гальваническую пару, ускоряющую
коррозию стали. Диоксид марганца МпОг (пиролюзит),
получаемый из марганцевой руды, свето- и щелочестой-
кий. сравнительно дешевый пигмент. Графит содержит
70—95 % углерода, в измельченном виде применяется как
серый пигмент.
Основные свойства пигментов. Дисперсность пигмен-
та влияет на все его основные свойства. Чем мельче ча-
способность (до достижения оптимальной степени дис-
персности). Полпфракционный состав пигмента позволя-
ет получить плотное красочное покрытие при минималь-
ном расходе связующего вещества. Укрывистость харак-
теризует расход красочного состава (по массе) па
единицу окрашиваемой поверхности. Красящая способ-
ность — это свойство пигмента передавать свой цвет бе-
лому пигменту.
Маслоемкость характеризуется количеством (в г) оли-
фы, необходимым для превращения 100 г пигмента в па-
стообразное состояние. Светостойкость — свойство со-
хранять свой цвет при действии ультрафиолетовых лучей.
ПГаДНЫХ пигментов (охра, железный су-
“ о светостойка. Литопоновые белила желтеют на
LIST' органические пигменты обесцвечивают-
пютив^ояТ^ ,СТЬ ~ СВОЙСТЕО Длительное время
мГкислопм» ®““eficTDIIIQ атмосферных факторов: во-
ды. кислорода воздуха, сернистых и других газов, попе-
Г му увлажнению и высыханию, нагреванию и ох-
«Р₽°з--еч т^=Х^
^пигмен” ^псжоытиезащищающее сталь от корро-
"°с\ образовать п Р- Пои окраске стальных констру
““'“’(анодная зашита). "Р т“коррозиониые пигменты.
носимых на п°®ер* рКИ. Шелочестоикимп явл
кись “аРганцйа’’ла оксид хрома, °Ргав специальных
‘™TS“n о"вьш). ^“^Голько™
кислотостойких «расок првые 6ел„ла оксид хром*.
ла, свинцовые хР°н0“лСуРаТь установленные пр
нении необходимо с
раны труда.
и разбавители
ных " кау7пкны“ составо.
других кРа“°“““ и масла
полимеры, каучук
639
леводородные продукты: ацетон, скипи пап г выи керосин, уайт-спирит, сольвент-насЬт’абеНзол’ ванный растворитель Р 4. Нафта> КоМбИЗИ Разбавители не растворяют пленкпп^п вода, вводимая в водоэмульсионный красочный'сад"Л" 5 3. ПОЛИМЕРНЫЕ КРАСОЧНЫЕ СОСТАВЫ Г ованные дисперсии нитро- или этилцеллголоэы в F цект11Р растворителях. Нитролаки часто применяют 1 летуч'"1 ВЛЯ|1ЫХ красок, причем эти лаки высыхают 1 вэаМ тельно быстрее масляных красочных составов. 1 заак'ак видно, полимерная краска содержит органичес- . растворитель в таком количестве (30—50 % по мас- М которое необходимо для придания составу малярной 1 консистенции. После нанесения покрытия растворитель испаряется (улетучивается) и на окрашиваемой поверх- ности образуется атмосферостойкая пленка. Дисперсия полимера в летучем растворителе должна смачивать ма-
1. Полимерные краски «оркаучука в ле™, “ полУчают путем » состава“И- вое краски химическ” раство₽ягеле Пос "Сперг,|Ровлиия бойкостью, то 2 „ СТОЙ«И И облала?п льку каУчуко- ««талл!,веских « »е!’""™вд' Для зашит високой и/ф“₽очел^л“ав«еаХя«без,р^»в-а дефо₽маадя”- • "Редетаилишт С0(М „ териал, тогда она проникает в поры материала (бетона, кирпича и т.д.), обеспечивая прочное сцепление образу- ющейся пленки с основанием. Полимерные краски быстро высыхают, однако при этом безвозвратно теряются ценные продукты — летучие органические растворители. Большинство растворителей горит, их пары огнеопасны и взрывоопасны. Накаплива- ясь в закрытых помещениях, пары растворителей вредно влияют на здоровье людей; кроме того, они могут быть I причиной пожара, поэтому при их использовании долж- ны соблюдаться установленные меры охраны труда и Более безопасными и экономичными являются эмуль- сионные красочные составы на основе полимеров, не со- держащие летучих растворителей или содержащие их в небольших количествах. 2. Полимерные эмульсионные (латексные) краски Полимерной эмульсионной краской называют красоч- ный состав из двух несмешивающихся жидкостей, в ко- тором частицы (глобулы) одной жидкости (дисперсная фаза) распределены в другой жидкости (дисперсионная среда или внешняя фаза). Для получения устойчивой, практически не расслаивающейся эмульсии необходимо при ее изготовлении ввести соответствующий эмульга- тор. Эмульгатор представляет собой поверхностно-актив- ное вещество, которое адсорбируется одной из жид- костей на поверхности раздела фаз, понижая ее по- верхностное натяжение. Вместе с тем вокруг частиц (глобул) дисперсной фазы образуется механическая прочная оболочка, препятствующая укрупнению и слия-
К числу эмульгаторов относятся преимуще(.т. '
шества, обладающие значительной полярность eHI,Q ве I
держат активную полярную и неактивную гп„п °И" Ск I
лярная группа нередко представлена гидвокД. Ч' По. Я
карбоксилом СООН, а также группами COOnI пМ °Н '
готовлении эмульсий, применяемых в стопи 1ри “з- !
эмульгаторами часто служат лнгносульфонатк,
в виде сульфитно-дрожжевой бражки), иатпие™бь",|«>
нафтеновых кислот (мылонафт), абиетат натп,,. ,Свд> I
ленная канифоль) и др. Ря (ому. I
Эмульсионные красочные составы типа «полпме» I
де» содержат полимер, диспергированный в воле а°- I
мельчавших глобул. Кроме пленкообразующего вин?'""
(синтетической смолы или каучука) и воль, I
состав содержит эмульгатор, пигмент и добавкиI
шающке свойства краски. Эмульсионные краски п?ЛУ4'
поставляют в виде пасты, которую на месте nnL 6 чво
разбавляют водой до малярной консистевди^ и ™'""”
окрашивают непросохшие повеохнХт 1'раскамн неРеДко
бетона, так как влага из матепТля ™ штУкатурки или
паряться через лоры покрытаГ ч?. подложк" может не-
токсичны, пожар'>. в? взпывобеэп? С"0Н11Ь,е крас|<и “е-
Мя наружных и внутренних If Я ' Их п11именяк>т
Ло.ищ„ян.щчеХРл X- ™X Раб0Т’
Монтированную водную лиХг"редставляет собой лиг-
пластифицированную дибчт а"° "оливинилацетата,
окраски по бетону" щ^™*таЛаТ0М; "Р"«няют для
Древесно-волокнистых плит /лат’ д.ереву' для отделки
Бутадиенстирольнцю кпагДеталеи 113 гипсобетона,
кенио для высококачественнпа^ "СПОЛЬЗуют преимущест-
Для этой же цели и?,, ' окра“и внутри зданий.
“арК," СЭМ' состоящую изНЯгщ,1ьЭМуЛЬСИОННу|° кРаскУ
лака’воды'
Феростойкостыо, пр>шен^ЛтИ,'а'ои1иеся высокой атмос-
*^адо" зда||"н. а также „„„ Долговечной окраски
И‘ выпускают беХХаХш." ВЛаЖИЫХ П“
М2 .оранжевого II других цветов.
эмульсионные красочные покрытия мож-
-^вать водой с мылом.
пллимерцементные К₽аС11И
3'П оментные краски изготовляют на основе
ПолимеРве“ „ полимера и белого портландцемента.
,ол«011 д",СиП„о вводят пигмент и наполнитель (пзвестко-
' НИХ обычно т для ПОЛуЧенИЯ полимерцемент-
у10 муку. «л едко используют поливинилацетатную
,|Ых краыж HJР иементные составы применяют для
д«с1,еРс"?'отделки крупных панелей и олоков, а также
^окраски фасадов зданий (по бетону, штукатурке,
54 ЛАКИ И ЭМАЛЕВЫЕ КРАСКИ
1 ЛДПКПЛ1Н называют красочные составы в виде дпепер-
^пленкообразующего вещества (природной или енн-
«’"Л“смолы “битума, олифы) в летучем раствори-
. Кроме дв« главных компонентов лак обычно со-
Хшт^пластификатор, отвердитель и другие специаль-
«НЬ добавки улучшающие качество лакового покрытия.
“tenZIfi Асфальтовый) лпк-коллоидный раствор
битчма^в летучем растворителе. Битумные лаки образу-
ют водостойкие пленки черного цвета, пРименя'®’ ей?са-
айтикоррозионного покрытия металлических деталеЙ с
нитарно технического оборудования,
газовых труб. Ими же покрывают «черные» скобяные
изделия — петли, дверные ручки и т. п. „,,пйскн ме.
Битумно-масляные лаки используют для окраски м«
таллических конструкций и детален (перил.оград и
т.п.). Вводимые в состав лака растительнаМИМУлу^
шают свойства покрытия — сохраняют :эл.a без,
морозе и не так быстро стареют, как покрытие
масляного битумного лака. гпитетичес-
Спиртовыелаки и политуры- растворы ^™выД
K1IX Или природных смол в спирте, нме дав к Р (
желтый или другой цвет Их из
деревянных детален, мебели, для пок1
свёкла и металла. целлюлозы в ор-
Нитролаки—растворы ПР?И,3“°А содержащие пласти-
ганических растворителях, обычно содер
фикатор. Нитролак быстро высыхает, дает блестя’Л »
пленку коричневого или желтого цвета, его широко
меняют для окраски мебели и деревянных деталей э
целлюлозный лак бесцветен, им лакируют неокпяи??’
ные и окрашенные изделия и детали из дерева Hi, *
лаки огнеопасны; высыхая, выделяют вредные „В
здоровья пары растворителя, поэтому при их использо^”
нии необходима осторожность и соблюдение установл*
ных правил охраны труда. еа'
Смоляные лаки находят широкое применение сооб
разно свойствам синтетической смолы, диспергированной
в органическом растворителе. Лаки на основе мочевин
формальдегидной и полиэфирной смол используют пл
окраски паркетных полов, для отделки фанеры, столя *
ных изделий, древесно-стружечных плит. Окраска пей
хлорвиниловым лаком защищает материал строитель
вых конструкций от коррозии. Для лакировки деталей
из цветных металлов и дерева применяют алкидный лак
Масляно-смоляные лаки выпускают разного назначе
ния. Одни из них используют для лакировки мебели К
деревянных полов, другие-для наружных малярных
работ. Лакировка масляной окраски усиливает антикпп
розионные свойства покрытия.
=i==?=
левые и пентафта зевые эмали"^ ПЛ"Т' Н|1тРогл,|фта-
«»Х1> наружный м.т.тЯр>,ы “ работ Р НЯЮГ ДЛЯ В"уТреН’
пР"«еия|от₽превмущест»н'’СвЫ'’ краски водостойки: их
для "»РУ»иой отделки/?
м"о-маслнный лак азюмн?? 1'-П0Лу'1а|°т, вводя в биту-
вувру). Эти эмали стойки к п - ""гме,|т (алюминиевую
предназначают для окоаски*/6"0™"0 воды’ поэтомУ ИХ
РУДования, стальных okohi' ?‘"("таР"°-тех1|",|еского Обо-'
и< " оконных рам, решеток.
ые защитные покрытия
ияют ,,а °„ Используют та! Р нефтяной би-
Л°“и‘Йтую сМ0ЛУ .(йпекЛ Покрытие обычно состоит
"’^ каменноугольный и покровных слоев красочного
,уМ пантовки, шпаклевк:и п ионной краски).
эмали отличаются высокой стон мей нац1.
„ям, маслам и к болы“и“?УР,иты различных соору-
ди широкое применена вытяжных Труб), а
жений (резервуаров, (ций „ оборудования.
также металлических коне РУ льной фенолфор-
Бакелитовый лак — Дисперс р ускорения от-
мальдетиднон смолы в расти ₽ ’ т тепловой обра-
верждения бакелитовые лаки подвергают
ботке. Они стойки к кислотам, солям и к р ду темпе.
“Г».
меняют для защиты от коррозии р
туры и сооружений. сп„пТОацетоновые растворы
Фуриловые лаки —это спирта Используют
фуриловых и фенолформальдегид поверхностей про-
их для защиты бетонных и стальных пов р
тнв кислых и щелочных сред. вые) лаки и эмали
Кремнийорганические (™лик о» > модифи-
получают на основе кремнийорганиче««^^tch повы-
цированных другими смолами, ии
шейной теплостойкостью (до 200—300"С), могут.пы._ ,
живать кратковременное действие высоких темпера-Э*
(до 500°C), поэтому силиконовые полимеры примени;?
в термостойких покрытиях для окраски дымовых тпотГ
печей, вентиляторов и т. п. ру0>
При нагреве силиконовых смол выше определенной
температуры (например, метилсиликонов свыше 260 **
300 °C) происходит постепенное отделение и окислении
алкильных и акрильных групп. е
Если пленки пигментированы, то образующиеся вы-
сокоактнвные силиконовые группы могут вступать в ре
акцию с пигментом. Этим объясняется, что пигментиро^
ванные силиконовые пленки часто не разрушаются даже
при 350—500 °C, причем сохраняется их адгезия к под
ложке, тогда как непигментированные пленки разруша'
ются и отклеиваются. Силиконовые краски наносятся
кистью, распылителем и др. Некоторые из них высыха-
ЮТ 260 0С°МНаТН°Й температуре' другие ~ ПРЙ нагревании
На основе кремнийорганических смол получают так
же эмали общего назначения. Они представляют собой
суспензию пигментов и наполнителей в кремнийоргани-
ческом лаке (с добавлением растворителя). Эмали вы-
пускают разных цветов, их используют в качестве за-
щитных декоративных покрытий.
Лакокрасочная защита строительных конструкций
Е®Леокает сравн,,тельн°й простотой выполнения по-
крытия, возможностью легко возобновить защиту отно-
сительной экономичностью по сравнению с другими ви-
дами защиты (оклеечная изоляция, футеровка)
TOD>jienm.vPue НаЧаЛ" прнменять сложные компаунды, ко-
Гмешением их”1 Сл°Четанием разл'™ь,х полимеров или со-
мом? В компач,^РУГИМИ прадуктаМ1‘ (например, с биту-
“мтонеи™Х “СП°ЛЬЗуЮТ положительные свойства
“льиой сгейХт. < еТ дост|1гнУть почти универ-
лителей) SoX ' (искл,очая дс«”>»'е сильных окис-
рованиые волокнами или"р“транеи,1е покрытия, арми-
синтетической или гтр ЛИ тканями (хлопчатобумажной,
ды) дХоэдайия й^Л0ТКа"ЬЮ в зависимости от сре^
Утолщенным покрытиям -Хаакам33"1"™ прибега|ОТ *
' «маэ»» и заМа3 ,«пн от коррозии, особен-
|стальной арматур менЯ10т защитные по-
I Дд» ”Гв ячеистых бетоиах.опр зарекомендовали
I «оО»асНОв°ДеобмаЗОК'На основе растворов химически
1 ’„щия “„готовленные на ос андцементов.
Sec»’ "^тетических смол и Р приготовляют из
^ГсмесщИ^Хботумную “ ГЛИИ
"^'замазки применяют^преимуидата™н°я ®фуаа^^ан^х
работ’Кроме ™го, их иап^ аппа‘
Я1ИТЫ от коррозии металл“че“°товлРют на основе рас-
ратуры. Арэамит-замааку пр дной смолы с добав
твора резольной фенолфор гмолотого кварцевое
кой отвердителя и н»п0™ "оаЛитового порошка «’•“•)-
песка, сернокислого бария, гра1р действию кислых
Ока водостойка, хорошо промвост°авннтельно высокой
и нейтральных сред. Обладает МПа) в зависимостпот
прочностью на растяжение ( 1евять при 18—20 9'
марки. Замазку рекомендуется "ри^ фурфуРол-аиетоно
Фаизол-замазку изготовлМИ » бензосульфокислоты
вом мономере (ФА) с доба““ гоафит, андезит, кокс в
(БСК). Наполнителем являе^,яДРй“„ к действию воды,
виде порошка. Фаизол-замазкиi ст_ ки. ацетона) и
щёлочей, органических раствор замазки токси
кислот (за исключением оь,'сля‘°“ едует «“"“""" ' иы
вы, поэтому работы с замаз ых правил охр
строгом соблюдении установленных
труда. зч
; 5. ОЛИФЫ И МАСЛЯНЫЕ КРАСКИ
1. Олифы
Олифами называют связующие вещества в масляви.
красочных составах. Применяют натуральные и полуНа.
туральные олнфы.
Натуральные олифы получают путем специальной^?
работки растительных масел: льняного, конопляного »?
некоторых других. Высыхающие масла представляют со
бой смесь сложных эфиров и жирных кислот, содержа,
щпх двойные и тройные связи. Наличие кратных связей
предопределяет способность отвердевать в тонком слое
на воздухе вследствие окислительной полимеризации
Чтобы ускорить процесс отвердевания («высыхания»)'
масло подвергают термической обработке при темпера-
туре около 150 °C с добавлением в него 2—4 % сиккати-
вов Сиккативами являются окислители, растворяющие-
ся в нагретом масле,— марганцевые, кобальтовые соли"
жирных пли нафтеновых кислот. Получаемая таким об-
разом олифа быстро высыхает в тонком слое (за 12—
24ч). Термин «высыханиеолифы» — условный, он харак-
теризует переход олифы из жидкого в твердое состояние,
обусловленный химическими процессами окисления кис-
лородом воздуха и полимеризации.
Полунатуральные олифы (оксоль) получают путем
растворения сильно уплотненного масла в летучем орга-
ническом растворителе. Для производства полунатураль-
ных олиф можно применять невысыхающие и полувысы-
хающие пищевые масла (хлопковое, подсолнечное, сое-
вое. касторовое), непригодные для натуральных олиф.
В результате специальной обработки такие масла сильно
уплотняются, превращаясь в густовязкое вещество. Ча-
nn,J,7r° пР"меняется оксидация, осуществляемая в
1?п2[чпВ"г" п"!кат"вов' пУтем продувания воздуха при
ааяполииеп^а°"СХ0ДЯ1Цая 8 этом ороцессе окислитель-
оксиднповат™^иИЯ “асла дает возможность изготовлять
У ем его варки в атмосфере нейтрального га-
--s*=^
нас-”-' ^натурально» олифе' товляется из пентафтале-
6;х«ч*™яфт““™“’0Л"|,°зра''
Теноров высыхания, долговечностью и эластич-
в^тью пленки.
2. Масляные краски
Масляные кРаски ®ь'^С““Ти®аВпигмОеэт7°окружеУна
пензий, в которых кажда® ™сти связующим вешест-
адсорбированным на ее поверхности у 1|ЗГ0Т0ВЛЯ-
вом —олифой. На заводах маслиные^ пигмеитом „
ют путем тщательного ре „„„назначенных машинах,
наполнителем в специальнонасляные крас-
Выпускают густотертые и жиоко р_ доводят д0 ра-
ки. Густотертые кРа?ки иечД олифы на месте работ,
бочей вязкости -тобавлением готовыми к употребле-
Жидкотертые крзски выпускают R так|Ш краскам
нию с содержанием ьи ,, ,,инковые белила,
относятся, например, титановы м в11да олифы и
Масляные краски применяют с^у на натуральнои
пигмента, входящих в их госта . V стаЛьных кон-
олифе используют для защитно 1 Р сооружений, сталь-
струкций мостов и гпдротехнич к нных переплетов,
пых опор ит. п., а также для ок₽а“ ° с целью предохра-
полов и других деревянных эл „ ние части стен боль-
нения древесины от увлажнения Ниж»* щиеся частой
ничных и школьных помещен ни, ." дв ой. Матовое по-
промывке, окрашивают масля»Эмульсионные масляные
крытие получают, применяя “Хчеммасляиая краска,
составы, к тому же более дешевы , м9
« С КРАСОЧНЫЕ СОСТАВЫ НА ОСНОВЕ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
И КЛЕЯ ИЗ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ
В цементных красках связующим веществом является
белый портландцемент; пигменты должны быть щелоче-
стОйкнмн. Для увеличения водоудержнвающей способно,
сти красочного состава в него вводят известь-пушонку н
хлорид кальция. Для повышения атмосферостойкостн
в краску добавляют гидрофобизующие вещества — мы-
лонафт, стеарат кальция. Примерный состав цементной
краски (% по массе): цемент—75, известь-пушонка—15,
пигмент —6, хлорид кальция — 3, гидрофобизующая
добавка 1—1,5. Цементные краски применяют для на-
ружных малярных работ и внутренней окраски влажных
производственных помещений по бетону, кирпичу, штука-
турке (окрашиваемую поверхность предварительно ув-
лажняют).
В известковых красках связующим веществом служит
гашеная известь. Известковое молоко должно иметь
подходящую малярную консистенцию. Пигменты приме-
няют только щелочестойкие (охрыит.п.). Для сохранения
влаги в нанесенном составе, необходимой для успешной
карбонизации извести, в состав вводят водоудержива-
ющие добавки: поваренную соль, хлористый кальций
или алюминиевые квасцы. Доступность и дешевизна
обусловили все еще довольно широкое применение из-
вестковых составов для окраски фасадов, хотя из-за сла-
бой атмосферостойкостн эти покрытия приходится часто
возобновлять
2. Силикатные и клеевые краски
ся «Я’УЮЩИМ веществом являет-
' ''"р".'1 K’°'mSiO2 в виде водного коллоидно-
шего В КР?СО'|НЬ|" состав входят, кроме связую-
лезиый11!е'тачестоЯ1;ий пигмент (охра, же-
(молотый кваппечиа' " кРемнезеМ||стый наполнитель
щвйся влевкообразующим веше^“Л,1кат калия' явля1°’
ется гидролизу Щ веществом, в воде лодверга-
«за
, ,,, о---2КОН + S102-2HaP-
Теп^ь^клеевые краски успешно заменяют синтетвческ
ми красочными составами.
§ 1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЛХ"в”ИЯ
МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ В СТРОИТЕЛЬ 3.
Материалоемкость “Р^аддааииыхДО "P°“a“S°
ства пли стоимости пзРасх°А ов к объему ПР“«™' .
продукции материальных р УР j п иелом для Рму
Снижение материалоемкости на^До доцолнитель У
него хозяйства стРа"“ Р дохода на 3—4 млре^,ких от-
увеличению национального Дох* матерналоемкпх
Строительство-одна из самых^ матер11алы,рас
раслей народного хозяйства. а«1
ходуемые непосредственно на возведение зданий и Рл I
оружений, составляют более половины общей стоимол 1
строительно-монтажных работ и около одной трети к»0 I
пнтальных вложении в народное хозяйство СССР. Стро.,' I
тельство потребляет более 30 % всей продукции1 сферй I
материального производства, каждый процент экономии
ресурсов составляет в строительстве около 400 млн. руб
Основными направлениями снижения материалоемцо' I
сти являются: внедрение в строительство новых прогрес-
сивных материалов и конструкций; совершенствование
проектных решений зданий и сооружений; широкая ути.
лизания промышленных отходов и комплексное исполь-
зование сырья; экономия сырья и материалов при произ- I
водстве изделий и их транспортировании; совершенством
ванне организационно-хозяйственных мер, планирования" I
Применение эффективных строительных материалов I
и изделий направлено прежде всего на снижение массы
строительных конструкций. Это в свою очередь позволя- I
ет снизить затраты по их перевозке, уменьшить мощность I
монтажных и транспортных средств, укрупнить строи-
тельные конструкции и в конечном итоге снизить трудо-
емкость и стоимость строительно-монтажных работ. Так
применение легких алюминиевых стеновых и кровельных
панелей позволяет снизить вес кровли в 7—10 раз стен
в 1U—J5 раз, уменьшить объем фундаментов, сократить
грузоперевозки в 8—10 раз. сипрашть
В кирпичных малоэтажных зданиях для обеспечения
щиЛна25’смПои'™™ " прочности стен Достаточна тол-
юрпчча тишЕн» ™еНеН"'1 обыкн™енного полнотелого
назиГчХ. 41 л,"° тет™"ехническим соображе- .
расхода кирпича в 2-2бмзГ чемкувел,,ченню I
«аружиого отражения с "^Гдо йГЖ МаССУ '
1.6—2.5 раза Прируб ... до 800 кг, т. е. в
"ых камней не только уменьпшёУ СТе" "3 кРУпн°Размер- I
пековых конструкций \0,'Т ТОЛ“1""У керамических
«"« числа кладотищ швов ... °ЛЯеТ 33 счет сокраще-
ХОД раствора. Уменьшить на 20—25 % рас-
В2 1 п₽ивадены для примера некоторые тех-
h
23
жилых здании. ^„„моветонным конструкциям эф-
Применительно к желвз „атериалоемкости явля-
фективным способом си иже Применение легких ве-
ется применение легких бетоне, Р комплексных
не^на одну'четгерть'сшиить расход бетона на стены
Важным резервом снижения “а”Р“щ’™еК°прочности
зобетонных конструкции является новы ше &Пас03.
бетона. Увеличение прочности бетона до S^ ви-
дает возможность уменьшения сечения тяжело ^РУ
.гадх. конструкций и снижения обнема марКИ
менение бетонов марок М 600-М SOU вмес и
М 400 снижает расход бетона в балках и ферм Р
Тйй на 8—10 %, стали на 6—12 /„. конст-
Сниженпе материалоемкости желез“®в ом напря-
рукций также достигается при предвари
•д- тцаты соответственно на добычу н траке- ' X "2”“' ...-ходкого сырья, руб.. S ПРп. S0P, Я Spp, -
женин арматуры. Полное использование иссушен сносов, 1 ностн высокопрочной арматурной стали при нзготовда» 1 Холяет достичь экономии металла до 40 %, I Повышение прочности эффективно с позиции матери. 1 ячлемкостн не только для железобетонных, но и дляме- 1 татлнческих конструкций. В стальных конструкциях 1 массового назначения применение сталей высокой проч- 1 ностн обеспечивает экономию металла от 9 до 26 %. Важное направление снижения материалоемкости-- применение эффективных строительных конструкций, 1 Примерами экономичных железобетонных конструкций 1 являются крупноразмерные плиты «на пролет» полной 1 заводской готовности, позволяющие в .—о раза сокра- 1 тить число монтируемых элементов, оболочки, прогрес- 1 сивные типы свай (пирамидальных, ромбовидных, була- | вовидных 1. др.), центрифугированные колонны. Приме- некие, например. 1 м’ центрифугированных колонн поз- 1 воляег экономить 150 кг цемента. 80 кг прогрессивных ' свай и до 24 кг цемента (на 1 м1 площади) сборных пе- рекрытий и покрытий «на пролет». Использование тонко- 1 стенных железобетонных н армоцементных пространст- I венных конструкций позволит сэкономить 25—30% бе- тона по сравнению с традиционными железобетонными конструкциями, а использование эффективных профилей стального проката —до 15% металла. Эффективность снижения материалоемкости при про- | нзводстве изделий, а также при возведении зданий и со- . веден- ных затрат на единицу продукции. Приведенные затраты 1 представляют собой сумму текущих затрат и единовре- | менных расходов, приведенных к одинаковой размерно- сти s„„=c+e,k+e1i5:kci„ (19.1) 1 г*е с —себестоимость единицы продукции, руб; А’— удельные каин- 1альи!“ можеиия на единицу продукции; Ёя=0.15 — нормативный | —суммарные удельные капиталь- । Оценка эффективности применения прогрессивных ма- териалов и конструкций должна производиться с учетом затрат на эксплуатацию зданий и сооружений. В нанбо- лее общем виде формула затрат может быть записана = (S.,c + S„Pn + Snp, + sup ) p + , (19.2) Г*' S^8KV в „тствеино на производство, трввевортвров- «У ’ jSJunoHHbie затраты. С коэффициент срока службы ра^~’ <**“"» «">’ эффективности использования определен- Для оцениH алов (цемента, металла и др.) при вых материалов и изделий может использовать- «’’^мптельный показатель с"011 с (С. „+£.1Сжи)Р»т - г.е " „“Ллвппиу продукции Г?р.- соответственно эта.ти^ц^^и^ средств; к, К, в о, < "^южиГудельные капитальные “»*“” оце„|1вать эффек- с ПОМОЩЬЮ критерия , анмИзе кактех- тивность использования^матер^ й связанных со нологнческих. так н пр изделий и конструнцр*- снижением «атеР"“Х1ь“ой оценке эффективности нс- Напрнмер, при сравните.!, с>н кц„ях при Ра“"’ пользования " по ₽п р оч "^ « удобно 'К"°'“° вых марках бетона по при выражение - у (19 Kp.«.u= +5,..)/ “ » для получена. 1 »’ «*«“ гае S ° в S’ -затраты па вея, -._обмм зга-юиво* • ВТ ло»7о“« в ср“ввиваемой орочвоств; V Гравввваемой ^онструкв»-. высокопрочного бе~ При "олучевнн констру* да цемента^нав результате уменьшения вается более высоким. а»
§ 2. ЭКОНОМИЯ ОСНОВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ПРИ ИХ ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРИМЕНЕНИИ
При изготовлении большинства строительных матеии
алов основная часть затрат падает на сырье и топливо
На производство строительных материалов и кепстру»’
ций ежегодно расходуется около 50 млн. т условного
топлива. В табл. 19.2 приведен расход условного топли
ва на производство основных видов неметаллически»
строительных материалов и изделий. Наибольшая до"’
затрат на топливо характерна для себестоимости метал
лов, цемента, пористых заполнителей, керамических стр
новых материалов, стекла.
Экономия топлива достигается интенсификацией теп
ловых процессов и совершенствованием тепловых агрега"
тов. снижением влажности сырьевых материалов, приме
нением вторичного сырья, промышленных отходов и доч
тих технологических приемов. При производстве стали
наиболее эффективной в тепловом отношении является
кислородно-конвертерная плавка, основанная на продуй
ке жидкого чугуна кислородом. Коэффициент пспользо'
вания теплоты в кислородных конверторах достигает
/о А. что намного выше, чем в других сталеплавильных
наРГа1пХо/ Применение кислорода позволяет уменьшить
на о 10 А расход топлива и при мартеновском способе
Более полно используется теплота отходящих газов в
двухванных мартеновских печах. Прогрессивным сХю
бои является получение стали прямыМРвосстановленнем
минуя доменный процесс. При этом способе от-
нз РУ“' затраты на коксохимическое производство, явля-
“ада гя основным при доменном процессе.
10 я цементной промышленности снижение затрат топ-
достигается обжигом клинкера по сухому способу
Учением многокомпонентных цементов, применением
".ииералпзаторов при обжиге клинкера и различных ти-
"рГ теплообменных устройств, обезвоживанием шлама
иизкотемпературнои технологией, полной или частичной
заменой глины такими промышленными отходами, как
золы, шлаки и др. Один из главных резервов снижения
оасходз топлива в производстве цемента — уменьшение
влажности шлама. Каждый процент снижения влажности
шлама позволяет уменьшить удельный расход топлива
на обжиг клинкера в среднем на 117—146 кДж/кг, т. е.
на 1,7—2 %. Удельный расход теплоты на обжиг при су-
хом способе составляет 2900—3750 кДж/кг клинкера, а
при мокром в 2—3 раза больше. При введении в сырье-
вой шлам доменных шлаков или зол ТЭС расход топли-
ва снижается на 15—18 %. При выпуске шлакопортланд-
цемента экономия топлива дополнительно составляет в
среднем 30—40 % по сравнению с чистоклинкерным
портландцементом.
В нашей стране разработана технология низкотемпе-
ратурного синтеза клинкера с использованием в качест-
ве каталитической среды хлористого кальция. Эта техно-
логия обеспечивает снижение затрат теплоты на обжнель
помол клинкера на 35—40% и такое же повышение про-
изводительности печей.
К энергоемким отраслям промышленности строи-
тельных материалов относится и производство сборного
Железобетона. На 1 м3 сборного железобетона в среднем
расходуется более 90 кг условного топлива. До 70 % теп-
лоты идет на тепловую обработку изделий. Тепловую
эффективность производства сборного железобетона
можно существенно повысить, снизив тепловые потери,
связанные с неудовлетворительным состоянием пропа-
рочных камер, тепловых сетей, запорной арматуры и
средств контроля расхода пара.
Непроизводительные потери теплоты Уме"ь1“а“
при повышении теплового сопротивления пропаро> .
камер с помощью различных теплоизоляционных мате
Риалов и легких бетонов. Более 9КОНОМИиЧ'^“00патоЧ.
нению с наиболее распространенными ямными р Р
^-265
1 -»
Песок , природный 2,23-2,5 Песок природный шасснфнинрован 5 5
15 12
15
Шлаки ТЭЦ,Л1.= р2,5-3,5 5 5 5
ними камерами являйте»
вертикальные, тунвдль
ные, щелевые, малонадов
ные камеры. В последних
например, расход пара
30—40 % ниже, чем в ям-
Наряду с уменьшена-
ем тепловых потерь важ-
нейшее значение для экр^
номии топливно-энергети-
ческих ресурсов в произ-
водстве сборного железо.
витие энергосберегающих
технологий: применение
высокопрочных и быстро-
твердеющих цементов,
введение химических до-
бавок, снижение темпе-
ратуры и продолжитель-
ности нагрева, нагрев бе-
тона электричеством и в
среде продуктов сгорания
природного газа и др. Ус-
корению тепловой обра-
ботки способствуют спо-
собы формования, обеспе-
чивающие применение бо-
лее жестких смесей и повышение плотности бетона, ис-
пользование горячих смесей, совмещение интенсивных
механических и тепловых воздействий на бетой. Ускоре-
о0работк" достигается при изготовлении
тепловой, "к ““““прочных бетонов. Длительность
ю П бе,т°"ов «нрон м 600 —М 800 мож-
Лектввной 9-1° 4 без перерасхода цемента. Эф-
бескамепиый гп°пЛ0ГнИеЙ УскоРеи||ого твердения является
венного X . и х6' 0С|10ваниый на создании пскусст-
“особы тепло“а,бе™"а пакетированием. Перспективны
"оле , с поХ°.Н Об₽аботк" 6е™нв в электромагнитном
районах сгпХ ''ФРаКРаС'1Ь1Х ЛуЧе^ В ЮЖНЫХ
твердения бетон^мп затраты теплоты на ускорение
^“'ес’непно снизить5, неволь-
- 6'производстве керамических стеновых материалов и
- тых заполнителей эффективным направлением эко-
тфРЙС, кондиционного топлива является применение топ*
И°^%пёРжащих отходов промышленности. Так, приме-
л,1ВОа в качестве трпЛивосодержащей добавки отходов
Обогащения позволяет экономить при получении сте-
Угле? керамических изделий до 30% топлива, исключа-
еобходимость введения в шихту каменного угля. ’
е.т ^аряду с экономией топлива снижение материалоем-
' тй строительных изделий в большой мере достигает-
•F национальным использованием исходных компонен-
'и в особенности таких, как цемент, сталь, древеси-
V'асбест и ДР- Экономия этих материалов достигается
всех этапах их производства и применения.
н Основным источником потерь цемента при его про-
,,-водстве является вынос в результате несовершенства
пылеулавливающих устройств помольных агрегатов. Пе-
певозУка цемента должна осуществляться в специализи-
Shom составе: Одна’йз причин перерасхода-смеши-
ванне используемых емкостей для их
Пх?анекиУЯТС1ВВ'этих0"луЧаях
X итТих пе^Р™ - ^8 % — е —
имеет применение кондиционны равНозначен до-
Каждый процент загрязненноств табл
полнительному расходу ™ расхода цемента
19.3 приведено возможное снижение Р
ПРИ ИЗМЕ 'НЕНИИ НОРМАЛЬНОЙ ГУ’ Относительны!! Расход цемента. %. Для бет0"8 "CF %^”P^T0,‘;S
.... марок _ W200 Ж0 ] M4W М500
' 24 1 $ j S | 98 | 100 103 107 1 S ь 104 105 107 109 112 118 115
при обогащении мелкозернистых песков укрупняющий
добавками.
Нерационально применение Цемента марки 400 длв
изготовления бетонов марок М 100 и М 150, а также
растворов марок 50 и 75. В этих случаях значительное
снижение расхода цемента можно достичь введением .в
бетонные и растворные смеси минеральных дисперсных
добавок, например, золы-уноса ТЭЦ.
Большое значение для экономного использования це,
мента имеет обоснованный выбор области наиболее эф.
фективного применения цемента с учетом его минерало-,
гнческого состава и физико-механических характеристик.
Например, для сборного железобетона, подвергаемого
тепловой обработке, наиболее пригодны цементы с содер-
жанием С3А до 8%. Расход цемента увеличивается по
мере роста его нормальной густоты (табл. 19.4), поэто-
му желательно его применение с минимальной нормаль-
ной густотой.
На предприятиях по производству бетона и сборного
железобетона значительная экономия цемента может
быть достигнута при оптимизации составов бетонов, при-
менением смесей повышенной жесткости с уплотнением
на резонансных и ударных виброплощадках, предвари-
тельным разогревом бетонных смесей и выдерживанием
изделий после тепловой обработки, увеличением продол-
жительности тепловой обработки, расширением объема
изготовления конструкций с минусовыми допусками, со-
вершенствованием технологического оборудования и кон-
трольно-измерительной аппаратуры.
Одно из наиболее перспективных направлений сни-
жения расхода цемента — применение химических доба-
вок. Такие традиционные химические добавки, как СДБ,
позволяют снижать расход цемента на 5—10% Воз-
моЖн°е вдобавок —- суперплаетифйкаторов составляет
пей®1!*», дополнительный источник экономии цемента
l^^.’oKOM качестве бетона — применение статистиче-
при ’“„„троля прочности. Назначение требуемой Прбч-
скогО Ортона с учетом его однородности обеспечивает
н0СТИЛишенной культуре производства снижение расхо-
"ГцГмХииаЗ-Ш»/»- ип_,айгтоп(;
^Экономия металла-важнейшая народнохозяйствен-
3““ а в настоящее время в строительстве ежегод-
на" пользуется 31—33 мли. т черных металлов, из ко-
ко' испо । , млн.т расходуется на арматуру для желе-
т°Е“о, „ых конструкций, около 8 млн. т на фасонный и
30 ,опой прокат для изготовления металлоконструкций
"клубочных форм и 11-12 млн. т ка трубы.
" Гамое эффективное направление снижения расхода
плла в железобетоне-применение для арматуры вы-
сокопрочной стали. Арматурная сталь разных классов и
является в известных пределах взаимозаменяемой.
Количествостали любого класса (Т) может быть вира-
жем в условно эквивалентном по прочности приведен-
ном количестве стали класса А-I (Г )
гле К„р — коэффициент приведения стали давно
“в "зол. 19.5 приведены —
ведения и экономии металла при использо
турпой стали различных классов. обеспечи-
'значительный резерв по экономии „3 ви.
вается при изготовлении |1ап₽я*в Эконом.ш металла
сокбпрочной проволоки и к расчетах конструк-
достигается также "Р^^ХнымИ условиями их ра-
ций в соответствии с деист армирования к трс
х реш:
"" При изготовлении арматури“onyS^P"' сварке:
железобетона экономию "аа""“х линиях с продолы ной
ток и каркасов на аатотмаТ“’ей из бУхт' ПрИ Г оковке
и поперечной подачей стер безотходной сты
всех видов контактной сварки, «
анилидных детнлей методом штнмновкп.
Сущестпенния экономил метяллй достигается 1фи<рц.
IlllOllil’II.HOM HpOeKTHpODaHIIH И ИСПОЛЬЗОВАНИИ CTJUII,l||jx
форм и промышленноеГН Сборного железобетон»». Пи । ма
железобетона в год ня мстлллнческие формы знтрячцца.
отся (> 35 кг стили. Для интенсификации использования
форм необходимо ускорение их оборачиваемости в .тсх„
пологичсском потоке.
Освоение бетона высоких марок еще один важный
резерв снижения расхода металла при производстве же-
лезобетона. Повышение марки бетона на одну • ступень
снижает расход стали примерно на 50 кг/м'1.
При изготовлении металлических конструкций эффек-
tdidiio применение легированных сталей, экономичных
профилей металлопроката. Применение трубчатых про-
филей в строительных конструкциях по сравнению с
уголковыми дает экономию до 30 %.
В строительстве все большее значение приобретает
проблема экономного расходования лесоматериалов.
Прогрессивной тенденцией является максимальное ис-
пользование вместо древесины местных строительных
материалов, а также арболита, фибролита, древесно-стру-
жечных, древесно-волокнистых плит и др. 11а современ-
ных передовых деревообрабатывающих и лесопильных
предприятиях предусматривается максимальная утили-
зация отходов производства. Для несущих и ограждаю-
щих конструкций особенно в условиях агрессивной среды
рационально применение клееной древесины. Примене-
ние деревянных клееных конструкций в сельскохозяйст-
венных производственных зданиях позволяет в 2 3 ра-
за (iniiirii. расход стали н вес зданий. Существенного
снижения материалоемкости можно добиться совершен-
с|вонанием конструктивных решений клееных конструк-
ций, использованием для них элементов из водостойкой
фанеры. Применение фанеры позволяет сократить рас-
*"л лрнпч „„ 20-40%, уме....................в
клее и 1,5- 2,5 раза,
* ’ "К........ ПО ОХРАНЕ
’’’J1 "'Ружпшшей среды в условиях нпучно-техни-
«XiT, XT"’ .................ипродиохозяй-
„„„сменной техники и природные пронес-
НтО|>»с""С . “ гневное иршекапие и вы.ываег че-
РУ"""" '"м -иепии в биосфере. Отходы бурно раз-
г" 1 „.ju.iibie измене. могут загрязнить токсич-
"l>0U,1,11 атмосферу, гидросферу и почну-
участки заняты под отпады шлаков
"”!l(Ui«e лСМСЛ ?? электростанций, шламы химических
Г чшВ ТС11Л1 Аминные породы и отходы горно-обогатн-
^™ые породы И отходы углеобо-
sr-S- ене;Гр?вод°ых ресурсов? раститсльвого
sJShih» ,емдй сохранения в чистоте воздуха,
н чикон!! Об охране атмосферного воздуха, охра
ии"иопол1.1О11ШШЧ “"''^xwiecXo хозяйства позволи-
Ийимушеетпа соцш " ии111ц перевод предпри-
X“eXX',0J^
„дат к созданию нрактicck йст1и1и г сс тш ”
смотрено
I! .транспортных среде! " “®Л очистки отходящих'
„реданах веществ и УЛУД Приняты меры ПО усилии '
неточных вод прелпрш1г , П док, ’ 11
охраны лесой, раеишрс! ^нсиров»..........
шшеднпки, осуществляется ( )Ки11пП1ых. Ус"
водстио пенных видов рыбы И Д „ „рпродопот -
ет« государственный контроль
Производство мной»= gSS-""‘-"X
руетея на малоотходной
....
‘ .
erne как УД”б1>е,1"и’ |ЫМИ исто"""""”!’ е'р‘ибл1ыаа»>
. Ишесшо, что Об,,о“"чикан. '""I"4"1; и иве'
атмосферы , промышлсииости. я
тип и нефтехимическая i <иы
нал металлургия, тепловые электростанции. В настоящее,
время ведется большая работа по сокращению в газовых
выбросах содержания вредных веществ: оксидов азота н
серы, оксида и диоксида углерода, соединений фтора, ор
ганнческих продуктов и радиоактивных веществ. Для со.
крашения газовых выбросов разрабатываются более
совершенные технологии и методы сжигания топлива
предусматривается применение комбинированных сИо-
тем очистки газов. В этих системах механическая очист-
ка с помощью циклонов, тканевых фильтров и электро-
фильтров сочетается с абсорбционно-каталитическими.щ
адсорбционными методами, использующими новые эф.
фективные поглотители. Удается достичь степени очист-
ки от оксидов азота 60 % и от оксидов серы 90 %. При
этом уловленные ангидриды кислот превращаются в со-
ответствующие ки'слоты и другие полезные продукты.
Промышленность строительных материалов пспользу.
ет воду на предприятиях, выпускающих все основные
виды материалов и изделий: керамические, бетонные й
железобетонные, асбестоцементные, полимерные и др
В составе исходной смеси вода является химическим ре-
агентом и используется как промышленное сырье. Она.
же служит компонентом энергетических систем, исполь-
зуется в качестве среды, в которой происходят химичес-
кие реакции, пли для поддержания определенных техно,
логических параметров.
Нередко вода применяется как средство транспорти-
рования сырья и отходов, для промывки заполнителей,
мытья производственных помещений, вода участвует в
абсорбционных системах очистки газов. Например на
‘ ” “езона расходУется д° 2 м’ воды, имея в виду про-
пропаУо||ван^'"ТеЛеЙ'-ВОДУ зат0°Рения бетонной смеси,
включая Zе ”здал"" "л" Ух°д за монолитным бетоном,
толЕ «Д? ПМ."ВКу летом' Следовательно, за один год
но 500 млн"м" *влезобето" «потребляют» приблизитель-
шкТоз" чеет» , опРеделе"и°й кондиции. Еще боль-
ной промышленности иТп'ппиГ"' ° целлюлозно-бумаж-
локон. в частности наДЕводстве искусственных во-
сточные воды этих пп!МЫВКу ПРОДУКВДП от примесей,
предприятий, выпускаюшнТпп"0' * ТаК>Ке хнм"ческ”х
сителп. минеральные удобреХ » тРН“е Матер"алы' кра’
"U ВВо^Т“а' загРЯЗЯЯ|®п*не водоемы ’ Т0КСИ'“
жидком и парообразном виде - наиболее рас-
К •теплоноситель, она используется дляпод-
„.траввН"ЫЙ {елейной температуры в аппаратах итех-
ЛЙаняя 0ПРгпстемах. Потребление воды на тепловых»
*%^лИектРоГтанЦИЯХ достигает сотен тысяч кубо-
чеТров"1 запасов воды на Земле пресная вода со-
“ Йз общи за"|Сс^ а остальные 97,3 % приходятся на
«орскую во»’- й воды для населения возможно пу-
ззохраненне твляемых мероприятии: сокра-
ти одяоврепмля Воды на единицу продукции и предотвра-
щения ₽ас“ДВ В°я“ТКрытых водоемов, рек, а также под-
шения заср“в{овых вод. Эта сложная задача решается в
земных и грУн™ВЬ'„е„ создания на предприятиях тех-
иромышленности У использованием воды без сбро-
„йотии с мн“™Крса™<ов в водоемы. При этом работают
сов загрязненных сто ия включающие обра-
системы оборотного вД повторного использования.
i» >»" ............... «-
"5,„п.™.».» «—г*
щаюшие потребление воды лябосяискревад
из производства. Примером явля б на сухой спо-
заводов,-работающих по “°вр™УкСоном„ттопливио-энер-
соб производства. Он не толькоэко^ потре6.
„ -
Почти все действующие презри т.ве
замкнутому технологическому диклу^^ в ваде
не. требующихся для осн°в "кометаллургпи. энеР^Г"
ходов. Ежегодные отходы только м . лаки 30ла ТЭС,
ки.и химической nPoxXZ?O6wee же
шламы) превышают 200 млн. амн горнодобываю
отходов вместе с вскрыши 1 И млрд. т
щей промышленности доход“ль промышленности стр
Велика экологическая роль ИР»^ отрасл11 народного
тельных материалов как еди ^ минеральные
хозяйства, способной ис"°„ллургическои и хим
и попутные продукты ЛОВЬ1Х электро ляин-
лроизводства^вяжущпх^еществ, бетонов, тепло
' Приводимые в § 3”' '98вК
рин и др. Проблемы развития оези в65
□иных к других материалов. Производство строительных
материалов ежегодно «поглощает» более 2 млрд, т мине-
рального сырья в, следовательно, может переработать в
материалы практически полностью промышленные отхо-
ды н значительную часть вскрышных пород горнодобы-
плющей промышленности (рис. 19.1.).
Производство строительных материалов уже теперь
организуют в кооперации с основной продукцией хими-
ческой промышленности и металлургии, что означает не-
реход на безотходную технологию, исключающую загряз-
нение окружающей среды.
Вмотходная технология — это комплекс мероприя-
тия, проводимых на всех технологических стадиях от пе-
реработки сырья до использования готовой продукции, в
рсп'льтате которых сокращается до минимума количест-
средуСЛ,,ЫХ 8Ь|бр0С0В " влняине их на окружающую
пР'яп₽|,"™я будущего будут рабо-
!" па. .. "с‘п™л"ым технологиям - и ,том заключается
clX. vi"” проблемы защиты окружающей
1Ю1ЮГ1... Pelllawrcn практические задачи тех-
’<чыл.х ма.сри.лоо'1 n|>0l,JD0;“™a с участием строп-
„я ппеввыс разработана технология поручения
„ СССР впер та1||а п портландцемента из пефелн-
..И103ема',С°'(„’то время как ранее глинозем получали
с1,'Рл Ч.-ИТОВ) Нефелины представляют собой
2и.кв и» во«с ° 1(| „ с1)Держаг 31-34% Л1,О„ а так-
,люмпен*в ат " й Ц, нефелинового сырья по раз-
SS'°” Этнологии сначала получают глинозем, со-
,,,фота""о тех1’таЮ1Ц11йся белитовый шлам является
.у " П0Тплп производства цемента. Ачинский "емептный
сырьем л.1Г промышленности строительных материя-
лпвоД— 1Й'..зчет-нефелиновый шлам Ачинского глино-
»о»-,,сХбшшта' в качестве Глинистого компонента
земного ком карбонатным компонентом являются
‘“fie навитнякн. Таким путем ежегодно будет выпус-
кайся 4.6 млш т Хм? остающийся после цементного
Нефелиновый шла • также для нэготовле-
jXSb^
"=^=V;SS -»«eT^e к позволяют до-
биться их полного "'"«пь’ота^'"- ИСПОЛьзовать в
.первоочередная задача - Широко* добы.
Г—
ды в отвалах накопилось более 450 мл.
торым ежегодно Д°ба0ЛЯ®^?Ж1ых материалов в стране
Для производства стро11тельН1ИМ ш,рк011. Основным
используется более 7о % " цементная промыи1..е1Н.ость.
их потребителем ш.ляегся доменный юл."' ’•1 ““й
использующая гранулпР»»а««ы" гиАравл.нес»0’
пуски шлакопортлапДЩ'хит» " а1|Д11емеита. Коопер^
добавки для производст!ь l011TeJ|lrt.T„n пементНЫ!
И..Я осуществляется ">ттс..д5.рГ11ческпх "I4 1,11' "-ть ис-
подов ио .ле крупных м таллу |
строено 15 таких заводов). г>тОд(, д()0,,„к1| к к.шнкеи
пользовать шлак не тольк HJ
но и как компонент сырьевой смеси взамен глины
получении этого клинкера. Поэтому не только устран
ются шлаковые отвалы^ но и сокращается надобность”"
карьерах; сохраняются земельные угодья; топлив»!®
энергетические затраты снижаются в 1,5—2 раза, себ^'
стоимость цемента становятся ниже на 25—30%. ’
Шлаки используются и для бесцементного известно ’
во-шлакового вяжущего, которое успешно применяется*
при производстве ячеистых бетонов и изделий из них
Доменные шлаки являются основным сырьем для произ
водства шлаковаты, шлакоситаллоз и шлаковой пемзьг-м
эффективного заполнителя для легких бетонов. Себестощ
мость шлаковой пемзы в 2—4 раза ниже себестоимости
керамзита. Металлургические шлаки в виде щебня при-
меняют и в тяжелом бетоне взамен дорогого гранитного
щебня с экономическим эффектом 0,4— 0,8 руб/мэ.
Материалы из промышленных отходов получаются Не
хуже, а в ряде случаев даже превосходят по качеству
аналогичные материалы и изделия из природного сырья*
например шлакоситаллы, выпускаемые по разработан-
ной в СССР технологии. По своим физико-механическим
свойствам, химической стойкости и декоративности они
не уступают изделиям из гранитных горных пород. До-
ступность сырья, механизированное поточное производ-
ство — все это обусловило распространение изделий из
шлакоситаллов в культурно-бытовом и промышленном
строительстве, в том числе для устройства антикоррози-
онной защиты. Экономический эффект применения 1 т
шлакоснталла составляет 60—160 руб.
Расплавлен,,ых шлаков отливают камни для мо-
SL/XU" "0Л0В "Ромь,шленн“х зданий, бордюрный
камень, плитки для антикоррозионной облицовки, трубы
вод^аллу”\\!"р!^пРя с произ-
ходкй «хнмоХЬппХ матер11ало° работают по безот-
менX ш так’ и ’ npaKTIIWCKH полностью используя ДО"
СМ "шлакоГто „Л/аСаегея "алеплавильных мартен»-
еще полночью 2- пеРеРа6отк“« использования
«>ЗХпнви»Тодн“# Тод этих
около 2,5 май т По...... мл ' т' а перерабатывается
за к других металлов “о1!10е содержание оксидов желе-
дачи — извлечения нз ₽ешения комплексной за-
-ения „а основе "1и"хХо„“еЦе"1,ЫХ мсталлов “ пол>"
* шлаков строительных материалов.
чрктростаидии вырабатывают 75% элек-
•-.„новые “пебляемой в СССР. При сжигании твер-
* "prim, "каменного угля, горючих сланцев, торфа)
’’“’ топлива («а«е л,|ВНЫе шлаки, ежегодный выход
Су<°тсЯ 3° и нет более 90 млн. т. На современных
“5арых .с0СТ““ достигают 20-40 млн. м1, дорого обхо-
ЙСРЗОЛООТ»“ЛЫМнение топливных отходов в отвалах,
„тся УРалеИ “лоотвалы отводят пахотные земли.
НереД*10 "Кистве электростанций топливо сжигают в
11У большинстве ие частицы 30лы (от 5 до
„невидном состояни агрегатов с ДЫМОвыми газа-
таком а1,Леаол“;УЛ°вСкоГ к портландцементу и бетону:
„„яеральной /°ба™0® “ £0Р ет вводиться в бетонные
ЮО—150 кг/м3 такой аоль цемента. Зола применяется в
снеси, заменяя 30-60I кг цемен ячеистых 6ето„Ов
качестве кремнезем ист °™ вяжущие вещества типа
„ силикатного “Рп'’Ч“огу'еСсущественно сократить расход
известково-зольного могут суш. Однако значн-
цемента в малоэтажном ”р .ов ТЭС транспортиру-
тельная часть золошлаковых от Д гидроудаления
ется в отвалы гидротранспортом.^Зои^гда^^^^,,
неоднородна по своему с0^аву' несгоревшего топлива,
шлака, содержит много пР"меС'' !0ПИВшиеся в громад-
Такие золошлаковые отход“' ...,м сырьем для строй-
ных отвалах, являются м"нер путем термической об-
тельных материалов, получаемых^» и бето„ов,
работки сырья: пористых аа"0ЛЯИаТ“ налов-золоснтал-
минеральной ваты, плавленых мат р
лов и шлакоситаллов. «Ооошо получать именно
Аглопорит и зольный гравий ИР»™ ал,ликат-
из топливных шлаков и зол явля >i 6лада10ШИмн ело-
выми материалами (подобно глюкb paull0IIIIUx ма-
собностыо спекаться на решетках
“"промышленность строительиыхматериа.тов^^
точно использует отходы если У"«та,Хе
Сложность этой проблемыi буд продолжаются и* 611.
надвое количество этих отходош и „озволили разр .
исследования, которые уже в69
тать способы использования многотоннажных отходов’^
материалы.
’ Близка полная утилизация электротермофосфорных
шлаков—отхода от производства фосфорной кислоту
электротермическим способом. Гранулированный шлак
вводится как активная минеральная добавка в цемент,
что дает экономию около 7 % топлива. Нз них получают
также шлаковую пемзу и литой щебень.
В производстве минеральных удобрений и борной кис^
лоты образуются отходы (фосфогипс, борогипс), содер-
жащие сульфат кальция в виде двугидрата, полугидрата
и, ангидрита. На сушильно-грануляционных установках
гипсовые отходы гранулируются и в сухом виде легко
выгружаются из вагонов и бункеров, не смерзаются зи-
мой, хорошо транспортируются. Применение гранулирр-
ванных гипсовых отходов взамен природного гипса как
добавки — регулятора схватывания цемента и в произ-
водстве гипсовых вяжущих веществ не только выгодно
экономически, но и необходимо экологически, поскольку
позволит полностью утилизировать гипсовые отходы и ’
даже перерабатывать накопившиеся отвалы этих отхо-
.Горнодобывающая промышленность дает громадные
количества минеральных отходов, являющихся ценным
сырьем для производства строительных материалов.
Отходы угледобычи и углеобогащения— это шахтныр
породы, флотационные «хвосты» обогатительных фабрик,
содержащие некоторое количество угля. Они состоят в
основном из кремнезема (~38 %) и глинозема (-17 %),
а также содержат Fe2O3, СаО, MgO и серу (-3%).
Наиболее перспективно использование угольных отходов
для производства пористых заполнителей (аглопорита),
"скольку В них уже имеется часть необходимого для по-
топл"ва' а присутствие значительного ко-
2шеш^Т3еЧ3 оолегчает спекание и способствует
«Z, ™ прочности получаемого материала. Отходы
отошаюшеТ^л пР',ме«яются в качестве топливной -ц
“том оТхпт ™" В к"Рп""ной промышленности, при
иается на 50 7п'ва "Л обж,,г 1000 шт. кирпича гокраг
St^ е„„УХЬНв^а“?°ДЫ "С"0льзую™ а
еа шлакопортландцеме г частности для лроизводст,-
ходят применение я «nJ™ "релые шахтные породы на-
Омако общий объем утклизаии”* ............ я
м утилизации отходов углеобогаще-
„тетствует имеющимся возможностям,
еще не ?°°”ество горнорудных отходов образует-
""’о^бмпое иол чество Р много получа.
« a ^че РУД и каменного угля открытым спосо-
I 1 ПРН'А°6, апляется наиболее прогрессивным и эконо-
60М.«°тоР,Ы,7р^ при разработке
I ЯИЧНЫМ. Он ПР КурСкой магнитной аномалии (КМА), в
I ЬороЖДеНИ® К^ьном бассейне И других крупнейших
I £бастузском У ольи комоексах Е1Кегоя11о получа-
тояливно-энергетич шЫх пород „ отходов горно-
т около 3 млр";„,, „ с0,j среди них кварциты, пески,
I йогатительных комп n3BecTHalilI „ другОе ценное мине-
.^сырье. однако пока используется только 6-7 %
I & потенциального №фья. ^^ь омп1ек(.но
>' Деревообрабать'вя,„"л, /ПО98 %), работают по ма-
й0лйующне=ноесырье^о^АМ
много ежегодно
I Отходной
сжигается отходов дер и перерабатываться в дре-
, £S!,cSph“p= в а₽-
’стр=и«х -РИ’-суХГ^
шире использовать вторичные р УР Бой стеила
работанную резину, ма*улату₽у3 соответствующей подго-
(отходы стеклотары и пр.)по ле <колпаков» и ДРУ-
товки (магнитной сепарации, уда сте!!ла, для про-
гах примесей) используется при взамен
„зводства пористого заполните. (рубероид раз-
природного сырья. Мягкая р кровельно
ных видов, толь) ежегодно^потребляет Вбодее т
. го картона 500 тыс. т макул УР6отаияых автомобиль
тряпья. Резиновая крошка "3 ° р лнмерным сырьем яс-
ных шин вместе с ОТОР'™“ гидроизоляционных мат
пользуется для производства Р
риалов (изола, бризола и ДР-Ь . материалов, потр .
f ' Промышленность строители *осредСтвенно участ-
ляя большое количество отхода , н Р, снижаютс
вует в охране ‘ °KPy*aTt±и ПОВРЁТ Ре"’’;
издержки производства энергетики.^
| белыюсть предприятии м жективность кап
В результате повышается эфф
вложений в народное хозяи
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
партии. Доклад иа сотеЙш'в'цк’кпСС no’wnJocX "У1"1'"'»
мртпо техничепгаго прогресса, и июня 1985 г. Полотяад.у
rnnls И/' ...............................1
3. Баженов Ю. М. Технология бетона. М„ 1978 — дчч „
19ге4_БожеГ ". И. технология апг„клап„Ых' м^али- £
о. Болдырев Л. С., Добужииский В. И., Рек,„ап я и т о.
Ж-ЙТ ° строительны, „
Л0П1Я вяжущих материалов. М.?*1’980 —"172 с Хи"и,ескзя jxno.
р4|^=*£^аБт.;^.5л6тол“"™- °- с. м«№.
1МО -взо7е“а ’• А'' А"Лрианм ₽ А. Технология полимеро» м
ч Г И материалы. М ,98, ’
“"7золгора;0е;'хпрпХ““'“в'9”г-°96ставдар™а«»« и
С англ., М„ I97T--272C у "1»«™ааеиея сквозь пол. Пер
,5 " ’ ” Гт--“ М Г4Тс° А' А' тещ
беТ°“0В "а
I7~ Комар л Г. С ' ‘ ИР°ИТЫЬС™. Пар- Ь «ем., М,
я. л. ЭфГ Т'ВДЛ0Г"” МеТаЛЛ°° " СВВРВВ- i
279 аяР1р;,°; /$£«««. м'р1™Г1в2о5рс',менен"в
.....«а в в Иа ' Стац"““ме «еыекты М ,983 -
1977. — 220 с. Иванов Ф. м х
•« Ио,оаов М И Т,„ ”В” ° стР°ительстие. М„
Г -ЗЙ°~ -териалы „а „с1гаае
предметный указатель
догони J.372
Аглопориг296
Лзврнт 297
Алит 157
Аллотропия 405
Алюминии 450
Ангоб 99
Андезит 69
Антипирены 501
Антисептики 495—498
Арболит 312
Арматура для железобетона
Асбест 618
Асбестоцемент 618
Асфальтены 551
Вакуумирование бетона 365
Вальцевание (полимеров) 584
Вермикулит вспученный 296
Вибратор 320, 321
Вибрирование 319, 360
Воздухостойкость 194
Вода для бетонной смеси 251,
Базальт 69
Белит 157
Бетон быстротвердеющш! 284
— декоративный 292, 293
— дорожный 285
— жаростойкий 287
— кислотоупорный 227
— крупнопористый 303
— легкий 294—303
—^цементно-полнмерный 290—
— ячеистый 304, 383
виях 33?—333 В ЗИМНИХ УСЛ°
Бетонополимер 628—632
Бетоносмесители 317
Бентониты 97
Биотит 63
550У‘53 (строение’ свойства)
Битум природный 549
— нефтяной 549
Блоки из природного камня 90
Блоки стеклянные 138, 277
Блоки — стеновые 344
—. фундаментные 343
Бронза 449
Водопоглощение 24, 109 .
Водонепроницаемость 25
Ворсолин 595
Вулканитовые изделия 523
— автоклавного твердения 228
— гипсоцементно-пуццолано-
вые 225
— известково-пуццолановЫе
— известково-шлаковые 153
— магнезиальные 225
Габбро 67
Газобетон 307
Газосиликат 309
Герметики 609, 610
Гидрослюды 75
Гипс (природный) 80, 221
— высокопрочный 221
— строительный 221
Гипсобетон 304
Глазурь 99
Глины 77
Гнейсы 83
Гравий 76, 240
Графит 414
— c°Jpoft5554
— отогнанный 554
— составной 555
Деформации бетона 269
Диабаз 69
Диаграмма состояния 408, 413
Диориты 66
Дислокация 45. 402
Добавки активные мннераль-
-----газообразующие 251
-----гидрофобнзующне 247
-----пластифицирующие 98,
248, 386
Долговечность 58. 191. 192
Железобетон 336
Жесткость бетонной смеси 254,
Закалка 430-432
Заполнители для бетона 238.
Известь воздушная 148
— гидравлическая 154
— молотая негашеная 151, 152
Изделия асбестоцементные 624
Изделия железобетонные:
— блоки стеновые 344
— блоки фундаментные 343
— колонны 344
— оболочки 347
— панели 343
— плиты Перекрытий 344, 347
— ригели 344
*- трубы 349
Изделия железобетонные:
— фермы и балки 347
— элементы объемные 345
Маделия керамические 111—
— ^плавленые каменные 143—
— огнеупорные 122—124
— стекловолокнистые 546
Изол 5бОЖ"Ые 505
Камень бутовый 89
- пиленый 90. 91'
— силикатный 376
— стеновой 90
— тесаный 91
— керамический 112 1
Камера пропарочная 866- .
Кварц bl, 74 '
Керамзит 295, 296 .. . 7
Кирпич керамический*•'
— лицевой 115 nfrj
Клинкер цементный )56, 1$? •
Конструкции к леслеревяниый
— монолитные 322 •
Контракция 180
Контроль качества бетона 324
Конус стандартный 255
Коррозия 194—200
— металлов 461
— каучуковые 640
— клеевые 650
— полнмерцсментные 643
— силиконовые 646
— масляные 649
— силикатные 650 *4
— эмалевые 644
— эмульсионные (латексный)
— эфнроцеллюлозные 640
Кристаллизация 403
Лабрадорит 67
Латунь 449
Лаки 643, 644, 645
Линия ликвидуса 411
— солидуса 411
Линолеум 591—594
Литье каменное 143 (см. так-
же изделия плавленые)
Ледебурит 414
Лесоматериалы круглые 504 ; '
Магний 453
Масло антраценовое 496
Мастики 562—564
Материалы акустические 536,
МоЛР?ВельПые 509
кассстио-формуюшая
351 а.
Мел 8*
Z 5^6. 449
(Лпкерпда 59
KSSp'iuornueCKUoW
Модуль упругости 34. 36
Морозостойкость 28
Мрамор S3
Мусковит 63
Муллит Ю2
Н^жение арматуры мехДйи-
^^Электротермическое 35?
Нормализация 430
Обжиг изделий ! 08
Обои влагостойкие 605
Огнестойкость 32, 189
Огнеупоры шамотные из
Олифы 648
Опал, 73
Отвердители 633
Отношение водоцементир?
263-269
Пасты 565 _
Паста антисептическая 497
Паркет 506
Пек 555 ,rt л
Пемза вулканическая 70
—г. шлаковая 296
Пенобетон 309. 383
Пенополистирол 6и
Пеностекло 524
Перлит. пспучсппый 296 •
Песок 76, 90. 236 ' , ;
Песчаник 77
Печь мартеновская 48.
_ электрическая 484 м
Пилона юркали .>04 1 ,, .
ПвгмшС» 635-ьз»
Плавик 99
Пластик бумажно слоистый 684
древесно-слоистый 597
11.1астичность глины 33, 99
Пленки полимерные 608
Плиты асбестоцементные 685,
— стеклянные 138
Ползучесть бетона 270
— металла 439
Полнанннлацетат 577
Поливинилхлорид 576
Полимербетоны 601
Полимеризация 573
Полнмсррастворы 602
Полимеры 571, 578, 579
— кремиийорганнческие 579
— термопластичные 572
. н'рморе.и.и '
— фснолальдегидиые S78
- эпоксидные 579
ПолнметнлметаКрилат он
Полистирол 576
Полиэтилен 57о
Полы мастичные 597
Пористость 18. 109
----- осадочные /2
_ _ метаморфические 81. 82
Породы асфальтовые 549
7
порфира м
Портландцемент 156. .оо
Р,с1Мры
растворы
L для кладки стен 39* t
675
Реология 52
Релин 594
Рубероид 556
Руды 416
Сварка металлов 458, 459
Сиккатив 648
Ситаллы 140
Сланцы 83
Смесь бетонная 252—260
Совелит 524
Состав бетона 277—282
Сплавы 449, 450
Сталь 396
— жаропрочная 446
— жаростойкая 446
— инструментальная 442
Сушка древесины бСИ—воч
— сырца 107 .. -
Схватывание бетонной смесн
Текстура 64
Текстуры- древесины 460 . £
Титан 454
Тиксотропия 253 .L
Толь 561
Трахит G9
Трепел 216
Трубы асбестоцементные 626 - *
— ^дренажные керамические
— стеклянные 139 «
Туф вулканический 71 Д
— известняковый 72
- цветной 215
К«ваПВС 363
ЧеРе""зд7 W
“вёдиа-Бингама мод
щдак домспаып 213
- тоалпакын 296
щлакоситалл 142-143
Шлакопортлакдвдна,, 21В
Шпаты полевые 62
Штамповка 458
Шунгизит 297
Щебень 89. 243-246
Щелочи (в клинкере) 159
Экструзия 584
Электропрогрев бетона 334
Эмульсин битумные 565
— легированная 397, 444
— углеродистая 396, 441
Стан внбропрокатный 352
— двухъярусный 351
Старение битума 552
Стекло 124—132
— армированное 134
— витринное 132
— вулканическое 71
- жидкое 226
— закаленное 136
— листовое 132
— многослойное 136
— облицовочное 137
— отражающее 133
- Увиолевое 134
— тсплопоглощающее 133
“ термостойкое 136
Стеклопакеты 139
Стеклопластики 598, 617
стеклопрофилит 139
Стеклотекстолит 600
Строение мсталлов 399
- сплавов 407
Структура 63
~ бетона 260
Удобоукладываемость 389
Усадка 104
Упругость 33
Ускорители (твердения) 203^3
Усушка (древесины) 478
Фанера 507, 508
Фарфор 121
Фаянс 121
Феррит 413
Фибробетон 627
Фибролит 527
— акустический 540
Флюсы 417
Формование железобетонных
изделий 359
Халцедон 74
Целлюлоза 469
Цемент напрягающий 220
— глиноземистый 216
— кислотоупорный 227
— белый 215
— быстротвердеющнй 207, 208
— гидрофобный 211
— пластифицированный 211
— расширяющийся 218-220
~ пуццолановый 212
— сульфатостойкий 209
ОГЛАВЛЕНИЕ
§ 1. Общие сведения.............................
1. Стандартизация свойств .....
2. Связь состава, структуры и свойств
^2. Физические свойства......................
1. Параметры состояния.....................
2. Гидрофизические свойства................
3. Теплофизнческие свойства . .
4. Радиационная стойкость и защитные свойства
§.3, Механические свойства
1. Деформативные свойства..................
2. Прочность.................
3 Влияние строения материала на его прочность
Механическое разрушение
5. Твердость, истираемость и износ . .
о. Реологические модели
S 4. Долговечность и надежность ,
§ ь ларактеристики качества строительно™
§ 7. Виды природных каменных маХ ° М"Я ’ '
пение ..... “ате₽налов и их прнме.
1. Грубообработакные каменные „атеркалы ' ‘
2. Блоки и камни . н"ллы . -, , .
3. Камни и плиты для облицовки’ ' '
4. Камни для гидротехнических coonv - ’ * '
5. Дорожные каменные материалы Ж'""6 ' ' '
6. Каменные кислотоупорные изделия' ' ' ' '
,«яД0Х.₽а"'Н',е. КаМ'““Ы" р'азр^е'.
материалы
30
33
37
Стр.
« 2. Природные каменные материалы
S 1. Общие сведения
5 ; ^а™а™ческие горные породы
. , 6ша” «Рактеристика . '
•
< Хемогенные породы ’
б. Органогенные породы’ ‘ ’ •
пород _ °”И метаморфических горны
риалов'""' " природных каменных мате
52
58
59
59
60
73
76
78
8}
82
84
["лава 3. Строительная керамика ....
§ 1. Общие сведения- ......
§ 2. Сырьевые материалы ’*
I. Глинистые материалы . ;
' 2 Отстающие материалы
••• 3. Порообразующие и пластифицирующие добавки
4. Плавни; глазури и ангббй . . . . , •' '
§ 3. Свойства глин' как сырья для керамических изделий
2. Отвердевание глины при высыхании и усадка .
3. Переход глины при обжиге в камневидное состояние
§ 4. Общая схема производства керамических изделий .
1. Обработка глиняной массы..................• >
; 2. Формование . . ... . ... ...
4. Обжиг изделий............................
§ 6. Стеновые керамические изделия . . . . .
, 1. Керамический кирпич . .....................• .
‘ 2. Эффективные стеновые керамические изделия .
3. Сборные изделия из кирпича и керамических камней
4 ; § 7. Керамические изделия для наружной и внутренней
1. Керамические изделия для облицовки фасадов
2. Плитки для внутренней облицовки стен . . ' .
•; § 8. Керамические изделия специального назначении
1. Кровельные керамические изделия . . .* • •
2. Дренажные и канализационные трубы . .
102
103
104
104
108
109
119
120
120
120
6Т9
3. Санитарно-технические изделия
5. Дорожный кирпич . . . .
6. Огнеупорные изделия .
Отекло, ситаллы и плавленые каменные изделия
§ 1. Общие сведения
§ 2. Понятие о получении стекла
§ 3. Структура и свойства стекла
1. Листовое стекло..............................
2. Облицовочное стекло ........................
3. Изделия и конструкции из стекла .....
§ 5. Понятие о получении ситаллрв...............
§ 6. Свойства ситаллов и изделий из них . . .
§ 7. Понятие о получении плавленых каменных изделий
§ 8. Свойства и применение плавленых каменных нзде-
§2. Вяжущие веществ системы Са ‘ 3
§ 3. Воздушная известь .........................
1. Получение и гашение.......................
2. Твердение гашеной извести.................
3, Молотая негашеная известь.................
5. Известково-шлаковые и известково-пуццолановые
вяжущие.........................................
/6. Безотходное производство воздушной извести .
4. Гидравлическая известь и романцемент
§ •'> Портландцемент.......................
2 КбШа" ’1ара“те|>"стика портландцемента . . .
3 . Принципы получения клинкера . .
♦ Теория твердения .....
5. Формирование структуры „ свойств цементного
, Структура „ свойства цементного камня i
*• Структура цементного камня
3. Долговечность цементного камня .....
j 7. Характеристики состава и свойств портландцемента
1. Характеристики состава портландцемента
§ 8. Специальные виды Демента
копрочный портландцементы . . . . .
2. Сульфатостойкие портландцементы ....
3. Портландцементы С органическими добавками ,.
4. Портландцемент с минеральными добавками , .
5. Белый и цветные портландцементы . . ...
6. Тампон ажнйй портландцемент..............
8. Расширяющиеся и безусадочные цементы . , .
§ 9 Гипсовые и другие вяжущие вещества . . , .
1. Виды гипсовых вяжущих веществ . . • •
2. Твердение, свойства и применение гипсовых вяжу-
щих веществ......................л -л * • 1
3. Гнпсоцементно-пуццолановые вяжущие . . .
4. Магнезиальные вяжущие вещества .....
5. Жидкое стекло и кислотоупорный кварцевый цемент
6. Вяжущие вещества автоклавного твердения . .
§ 10 Развитие производства вяжущих веществ . .
Глава 6. Бетоны
§ 1. Основные понятия о бетонах . . •
1. Общие сведения
2. Классификация бетонов............
3. Основные требования к бетонам . •
§ 2. Материалы для бетона . • • • •
1. Выбор цемента для бетона . . . •
2. Заполнители для бетона . • •
3. Добавки к бетонам • • • ’
4 Вода для приготовления бетонной смеси
§ 3. Свойства бетонной смеси и структурооб
структурообразовашю
J\. Бетонная смесь . • • • •
v 2. Структурообразоваиие и твердение
§ 4. Свойства тяжелого бетона .
1. Прочность бетона • •
2. Деформативные свойства бетона
234
235
235
235
246
251
252
260
263
263
269
681
3. Плотность и* ’ непроницаемость, антикоррозионная
стойкость, морозостойкость...............................
§ 5. Определение состава бетона ..................
1. Высокопрочный бетон . . . .
2. Быстротвёрдеюший бетон
3. Батон для дорожных и аэродромные
4. Мелкозернистый бетон
5. Жаростойкие бетоны ....
6. Особо тяжелые и гидратные бетоны
7. Цементно-полимерный бетон . .
8. Декоративный бетон ....
275
282
282
1. Оснрцнце схемы производства сбооилт
тона °'
2. Армирование изделий . . '
3. Формование • изделий .
4. Твердение изделий . . . , •
5. Управление качеством сборного железобетона
287
289
Глава 9. Силикатные изделия автоклавного твердения
(.;л § 1. Основы автоклавной технологии ....
§ 2. Силикатный кирпич
,ят S S 8 ««« • «• »»«•»•• ’ ”” 5
2. Крупнопористый бетон
4. Ячеистый бетон . .
6. Технико-экономическая эффективность применения.
ГМава 7. Технология бетона
§ 1. Основы технологии бетона .................
1. Приготовление бетонной смеси................
2. Транспортирование и укладка бетонной смеси
3. Бетонирование монолитных конструкций .
4 Контроль качества бетона ...................
5 тон™ ЭК°Н0Мин цемента и улучшения качества бе-
§ 2. Применение бетона в зимних условиях . .
1. Твердение бетона при различных температурах
Основные требования к бетону и бетонированию в
зимних условиях .......................
Г.... 8. Сборные железобетонные и,дедня н конструкции .
§ 1 Основные сведения
1 фХ“'я ° ЖМ;10бе™"™ И ИХ класс..-'
к 2 и“"Ы Издел,,й различного назначения
Изгогом'"»' желиоо,™», „здел,(й ;
304
312
§ 1. Общие сведения........................... . . .
товление ............................. ......
§ 3. Свойства строительных растворов...............
§ 4. Виды строительных растворов ......
§ 1. Строение металлов ....................... •
1. Обшне сведения.......................
2. Атомно-кристаллическое строение металлов и сила
3. Строение железоуглеродистых сплавов
2. Производство чугуна и стали . •
§ 3. Упрочнение стали ....................
1. Термическая обработка стали • • • •
2. Структурно-механические свойства металлов
цессе их деформации • • • • *
§ 4. Основные виды металлов, применяемых в стро
]. Углеродистые и легированные стали • •
2. Чугупы ... '
3. Цветные метал.чы и сплавы ,,..
' & 5 Обработка я сварка металлов
I. Обработка металлов’ давлением
2. Сварка металлов
§ 6. Защита металлов от коррозии
I. Виды коррозии •
2. Зашита металлов от коррозий ......
Глава 12. Древесные материалы и изделия
§ 1. Общие сведения...........................
§ 2. Строение древесины...............
1. Макроструктура древесины .....
2. Микроструктура древесины ..................
§ 3. Основные древесные породы................
]. Хвойные породы................................
§ 4. Свойства древесины .................... .
1. Физические свойства древесины..............
2. Механические свойства древесины . .
§ 5. Пороки древесины.........................
1. Сучки и трещины............................
2. Пороки формы ствола...........................
3. Пороки строения древесины..................
4. Химические окраски и грибные поражения . .
§ 6. Долговечность древесины и способы ее повышения^’
3. Защита древесины от возгорания.............
1. Естественная сушка...........................
2. Искусственная сушка..........................
§ 8. Лесоматериалы и изделия из древесины
1. Лесоматериалы ............................
2. Полуфабрикаты и изделия из древесины
3. Фанера и кровельные материалы.............
4. Сборные дома и клееные деревянные конструкции .
§ 1. Общие сведения . .
I !. Строение и свойства теплоизоляционных материалов
' Строение и теплофизнческие свойства
’ Теплотехнические и физако-механвческне свойства
И»
454
454
458
464
464
465
§ 3. Неорганические теплоизоляционные материалы и
467
468
468
472
474
474
475
476
476
481
486
486
488
489
490
491
492
492
493
504
504
506
507
509
51Г
511
512
512
2. Неорганические рыхлые материалы . ;
§ 4. Органические теплоизоляционные материалы и из-
1. Изделия на основе древесного волокна , ,
Развитие производства строительной
Глава 14. Акустические материалы ..................
Ци., § 1. Общие сведения . . . . .. г|
§ 2. Звукопоглощающие материалы и изделия . .
» 1. Свойства звукопоглощающих..материалов и нздели
2. Виды звукопоглощающих материалов и изделий
§ 3. Звукоизоляционные материалы.............
1. Свойства звукоизоляционных материалов . • .
2. Виды звукоизоляционных материалов и изделий
Глава 15. Органические вяжущие вещества и i
j 1. Общие сведения..........................
j 2. Битумные вяжущие вещества .....
1. Состав и строение битумов . • • • •
2. Свойства битумов..........................
§ 3. Дегтевые вяжущие вещества............
1. Состав дегтей н пека....................
2. Свойства дегтей и пека . • • • •
§ 4 Материалы на основе битумов и дегте"1 . •
I. Кровельные и гидроизоляционные материалы
2. Мастики . •......................* *. . •
3. Эмульсии и пасты ..•••*
4. Асфальтовые бетоны и растворы .
, 16 Полимерные материалы н изделия .
§ 1, Основные понятия. Сырье для —мерных м
1 Общие сведения • • '
2 Синтетические добовк„ .
3 . Наполнителя и ретулнру
§ ggsmmm S
§ 2. Технология н свойства полимерных материалов ;
•’ I. Способы изготовления полимерных изделий
2. Основные свойства пластмасс
§ 3. Полимерные материалы и изделия, применяемые в
строительстве • •...................• .
I. Материалы для покрытия полов . . . . ,
2. Конструкционные материалы.................;
3. Отделочные материалы .......
4: Гидроизоляционные и герметизирующие материалы:
§ 6. Красочные составы на основе неорганических вя-
жущих веществ и клея нз природного сырья
2. Силикатные и клеевые краски , . .
I i s s
Глава 19. Пути экономии основных строительных материалов
§ 1. Основные направления снижения материалоемкости
в строительстве .................
§ 2. Экономия основных материалов при их производст-
. ве и применении . . . . : . . . . .
§ 3. Мероприятия по охране окружающей среды . ,
651
656
662
Гдава 17. Композиционные строительные материалы .
§ 1. Общие сведения.................................
§ 2. Асбестоцементные изделия и фибробетон
1. Материалы для изготовления асбестоцемента
2. Понятие об изготовлении асбестоцементных изделий
3. Свойства асбестоцемента........................
4. Виды асбестоцементных изделий..................
5. Фибробетон.....................................
§ 3. Бетонополимеры.................................
6/4
614
618
618
620
621
624
627
628
литературы
673
§ I. Общие сведения..........................
§ 2 Основные компоненты красочного состава . . .
2. Пигменты..............
3 Растворители и разбавители
§ 3. Полимерные красочные составы............
1 Полимерные краски
2 Полимерные эмульсионные (латексные) ‘краски’ i
3. Полниерцементные краски
S « Лаки и эмалевые краск,,
I Лаки
2 . Эмалевые краск,,
• •'
:::::::
2- Масляные краски ........................
633
- -v..wune<; пимииненты красочного состава ... 634
1. Связующие (пленкообразующие) вещества . . 634
639
640
640
641
643
643
643
644
645
647
648
648
649
строительные