Строительные материалы

4. конструкционные (средней плотностью 1400 -1800 кг/м^З, прочностью не ниже М50, морозостойкостью

По виду вяжущего легкие бетоны разделяют на: цементные, известковые, гипсовые, на смешанном вяжущем и жидком стекле.

Заполнители для легких бетонов. Природные пористые заполнители: дробленые пемза, вулканический туф или лава, известняк-ракушечник и др. Наиболее эффективны пемза и вулканические туфы, имеющие высокую замкнутую пористость, имеющие небольшое водопоглощение. Применение их эффективно когда они являются местными материалами.

Искусственными заполнителями служат отходы промышленности (шлаки металлургические и топливные, шлаки химических производств, а также зола) и специальной переработки природных каменных материалов (вспученные при обжиге глин керамзит и аглопорит, вспученные перлит и вермикулит, шлаковая пемза, гранулированные шлаки, зольный гравий и пр.).

Свойства легких бетонов. Основными свойствами легких бетонов на пористых заполнителях являются плотность, теплопроводность, прочность и морозостойкость. Для того чтобы получить легкий бетон с заданными свойствами, необходимо не только выбрать исходные составляющие материалы, но и правильно подобрать состав бетона.

Средняя плотность бетона зависит главным образом от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды.

Плотность легкого бетона с увеличением расхода вяжущего возрастает. Поэтому для снижения плотности бетона необходимо за счет подбора оптимального зернового состава заполнителей добиваться наименьшего расхода вяжущего или образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Так называемые поризованные легкие бетоны целесообразно приготовлять при наличии утяжеленных пористых заполнителей насыпной плотностью более 600 кг/м^З.

Теплопроводность легких бетонов колеблется в широких пределах - от 0,07 до 0,7 Вт/(м.^оС). С увеличением плотности теплопроводность бетона повышается. Теплоизоляционные легкие бетоны теплопроводностью менее 0,2 Вт/(м.^оС) получают при применении очень легких заполнителей, например, вспученного перлита.

Прочность. Чем больше в объеме бетона прочного цементного камня, тем выше прочность бетона. Однако при увеличении содержания цемента плотность бетона возрастает, а вместе с тем повышается его теплопроводность, что нежелательно.

Морозостойкость легкого бетона зависит от вида и количества израсходованного вяжущего, а также от морозостойкости заполнителя. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозостойкостью, которая возрастает с увеличением количества цемента. Морозостойкие легкие заполнители (пемза, керамзит, аглопорит) позволяют получать бетон морозостойкостью М_РЗ 25 -100.

Ячеистые бетоны

Виды ячеистых бетонов. Ячеистый бетон - искусственный каменный материал, состоящий из затвердевшего вяжущего вещества с равномерно распределенными в нем замкнутыми порами в виде ячеек диаметром не более 1-2 мм, заполненных воздухом или газом. Ячеистые бетоны получают в результате твердения предварительно вспученной смеси минерального вяжущего, тонкодисперсного кремнеземистого компонента, порообразователя и воды. В объеме ячеистого бетона до 85% пор, они равномерно распределены в его теле и разделены одна от другой тонкими и прочными перегородками из цементного камня или иного вяжущего вещества.

Существует много разновидностей ячеистых бетонов:

В зависимости от способа образования пористой структуры ячеистые бетоны делят на газо- и пенобетоны.

По виду применяемого вяжущего различают газо- и пенобетоны на портландцементе, газо- и пеносиликаты на воздушной извести, газо- и пеношлакобетоны на шлаковых вяжущих с активизаторами твердения, газо- и пеногипсы на гипсовых вяжущих.

По виду кремнеземистого компонента подразделяют на две группы: газосиликаты, пенобетоны н другие, получаемые с применением молотого песка, и газозолосиликаты, газозолобетоны, пенозолобетоны и др., получаемые с применением золы-уноса ТЭС взамен песка.

По условиям твердения ячеистые бетоны бывают автоклавного и безавтоклавного твердения.

По назначению ячеистый бетон разделяют на следующие виды:

1. теплоизоляционные плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/мЗ (для изготовления теплоизоляционных и акустических плит, скорлуп и других изделии);

2. конструкционно-теплоизоляционные плотностью 500 - 900 кг/мЗ, прочностью 5 - 7,5 МПа (для ограждающих конструкций зданий);

3. конструкционные плотностью 900 -1200 кг/мЗ (для изготовления несущих и одновременно теплоизоляционных строительных конструкций, панелей междуэтажных перекрытий и др.).

Пенобетон приготовляют смешиванием цементного теста или раствора с отдельно приготовленной устойчивой пеной. После затвердевания пенобетонной смеси образуется бетон ячеистой структуры. Пену приготовляют путем энергичного перемешивания пенообразователя с водой. В качестве пенообразователя применяют жидкие смеси канифольного мыла и животного клея или водного раствора сапонина (вытяжки из растительного мыльного корня), а также препарат ГК (гидролизованная кровь с боен). Полученная пена имеет устойчивую структуру и хорошо смешивается с цементным тестом или раствором.

Газобетон готовят из смеси цемента (иногда с добавкой извести), кремнеземистого компонента и воды с введением в уже перемешанную смесь газообразователя - алюминиевой пудры, пергидроля (водный раствор перекиси водорода Н₂О₂) и др. Наиболее распространенный газообразователь -тонкодисперсный алюминиевый порошок (пудра). Процесс газообразования происходит в результате химического взаимодействия алюминия с гидроксидом кальция:

2А1+ЗСа (ОН)₂ + 6Н₂О =ЗСаО. А1₂О_З 6Н₂О +ЗН₂.

Выделяющийся водород вспучивает цементное тесто, которое, затвердевая, сохраняет ячеистую структуру.

Перемешанные исходные компоненты газобетона разливают в металлические формы, заполняя их с таким расчетом, чтобы после окончания вспучивания форма была заполнена доверху.

После вызревания в формах газобетон обычно подвергают ускоренному твердению в автоклавах. Применяя автоклавную обработку, можно не только обеспечить получение изделий с высокой прочностью, но и значительно снизить расход цемента путем частичной или полной замены его известью. В последнем случае получают газосиликаты.

Свойства ячеистых бетонов. Основные свойства ячеистых бетонов, определяющие область их применения - пористость, прочность, теплопроводность, водопоглощенне и морозостойкость.

Пористость ячеистых бетонов 50 - 85 %. Косвенно она может характеризоваться плотностью бетонов, которая колеблется от 500 до 1200 кг/м^З.

Прочность ячеистых бетонов зависит от плотности, вида и свойств исходных материалов, а также от вида и режима тепловой обработки. Для ячеистых бетонов установлены следующие марки по прочности при сжатии: М15, М25, М35, М50, М75, М100 и М150. Теплопроводность ячеистых бетонов зависит от их плотности. Для конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов плотностью 700 - 900 кг/м³ теплопроводность равна 0,16 - 0,23 Вт/(м.^оС).

Водопоглощение и морозостойкость ячеистых бетонов зависят от плотности и строения пор. При плотности ячеистых бетонов 700 - 900 кг/м^З водопоглощение по массе колеблется в пределах 30 - 40%. Морозостойкость ячеистых бетонов несколько ниже, чем у легких бетонов. Для уменьшения водопоглощения и повышения морозостойкости рекомендуется получать ячеистые бетоны с равномерно распределенными мелкими замкнутыми порами.

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИБЕТОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Общие сведения о железобетоне

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором соединены в единое целое затвердевший бетон и стальная арматура, совместно работающие в конструкции. Как уже указывалось, бетон хорошо сопротивляется сжатию и плохо - растяжению; стальная же арматура хорошо работает на растяжение.

Балка лежащая на двух опорах и нагруженная сверху, испытывает в верхней зоне сжатие, а в нижней растяжение. Прочность балки, изготовленной только из бетона невелика, из-за малой сопротивляемости бетона растяжению. Разрушение балки наступает уже при небольшой нагрузке. При наличии же в нижней растянутой зоне стальной арматуры балка способна выдерживать значительную нагрузку. Совместная работа арматуры и бетона обусловлена большими силами сцепления между ними при равных величинах температурных деформаций. При этом стальная арматура в плотном бетоне хорошо защищена от коррозии.

Железобетонные конструкции по возведению конструкций. При этом строительная площадка превращается в монтажную, значительно сокращается трудоемкость бетонных и железобетонных работ, повышается их качество, а также резко ускоряются темпы строительства и снижается его стоимость.

Железобетонные изделия и конструкции изготовляют как с обычной, так и с предварительно напряженной арматурой. Обычный способ армирования (укладка стальных стержней, сеток или каркасов зону растяжения) не предохраняет изделие в процессе эксплуатации от появления в нем трещин. В эти трещины проникают влага и газы, которые вызывают способу изготовления разделяют на монолитные и сборные. Монолитные железобетонные конструкции возводят непосредственно на строительных площадках. Обычно их применяют в зданиях и сооружениях трудно поддающихся членению, при нестандартности и малой повторяемости элементов и при особенно больших нагрузках (фундаменты, каркасы и перекрытия многоэтажных промышленных зданий, гидротехнические, транспортные и другие сооружения).

Однако при их возведении затрачивается большое количество ручного труда и материалов на изготовление опалубки, подмостей и т.д. Значительные трудности возникают при бетонировании монолитных конструкций в зимнее время.

Сборные железобетонные конструкции значительно экономичнее монолитных, так как их выполняют на специализированных заводах и полигонах с рационально организованным высокомеханизированным технологическим процессом производства. Применение сборных железобетонных конструкций, по сравнению с монолитными, позволяет сократить расход стали , устранить нерациональное использование опалубки и поддерживающих лесов, перенести со строительной площадки на завод большую часть работ коррозию арматуры. Кроме того, с появлением трещин увеличивается прогиб изделия. Однако если до нагружения конструкции расчетными нагрузками предварительно сжать бетон, то опасность появления трещин в растянутой зоне конструкции резко снижается. Предварительное сжатие бетона осуществляют путем натяжения арматуры.

Различают два основных вида железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой: с натяжением арматуры до и после бетонирования. В первом случае арматуру предварительно растягивают и концы ее закрепляют на упорах фермы, затем укладывают бетонную смесь. После того как бетон приобретет определенную прочность, концы арматурных стержней освобождают от упоров, и арматура, стремясь вернуться в первоначальное ненапряженное состояние, сжимает бетон. Во втором случае изготовляют железобетонные конструкции с продольными каналами, куда затем пропускают арматурные стержни, которые растягивают, и их концы закрепляют анкерными устройствами на торцах конструкции. После этого каналы заполняют цементным раствором для защиты стальной арматуры от коррозии.

Применение железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой позволяет снизить массу конструкций, повысить их трещиностойкость и долговечность, а также сократить расход стали.

Виды бетонных и железобетонных изделий

Бетонные и железобетонные изделия в настоящее время применяют во всех областях строительства. Эти изделия классифицируют по назначению, виду бетона, строению, способу армирования и другим признакам.

По назначению сборные железобетонные изделия разделяют на четыре основные группы : для жилых и гражданских зданий, для промышленных зданий, для инженерных сооружений и различного назначения.

Изделия для жилых и гражданских зданий.

Изделия для фундаментов и подземных частей зданий: фундаментные блоки блоки стен подвала, сваи и другие изделия.

Фундаментные блоки (рис.1) изготовляют из тяжелого бетона и армируют их плоскими сварными сетками.

Блоки стен подвала сплошные и пустотелые (см. рис.1) прямоугольной формы и следующих размеров: длиной до 2,5 м, толщиной до 500 мм и высотой 700 мм.

Сваи, имеют квадратное поперечное сечение размером 300x300 мм и длину 6 - 12м.



Рис.1. Фундамент из сборных железобетонных элементов(1 - фундаментный блок; 2 - блок стен подвала)

Изделия для каркасов зданий. Каркасы зданий возводят из железобетонных колонн, ригелей и прогонов а также и других элементов. Длину колонн обычно принимают равной высоте двух этажей здания. Колонны соединяют между собой с ригелями и прогонами сваркой закладных деталей.

Стеновые блоки и панели. Стеновые блоки (рис. 2) изготовляют из легкого бетона.

Блоки наружных и внутренних стен делают сплошными и пустотелыми.

Стеновые панели наружных стен отапливаемых зданий изготовляют преимущественно однослойными из легкого или ячеистого бетона длиной 3600 и 7200 (на одну или две комнаты), высотой 2900 и толщиной 400 мм.



Рис.2. Крупные стеновые блоки.

Панели внутренних стен изготовляют из тяжелых бетонов толщиной от 120 до160 мм.

К изделиям для междуэтажных перекрытий относят настилы и панели перекрытий. Изделия шириной на всю комнату обычно называют панелями, а более узкие - плитами. Длина изделий междуэтажных перекрытий соответствует длине перекрываемого пролета, т, е. расстоянию между несущими стенами, и колеблется от 3,0 до 6,5 м.

Плиты перекрытий выпускают с круглыми и овальными пустотами. Пустоты снижают массу настилов, повышают звукоизоляцию и уменьшают расход бетона.

Изделия для покрытий. Чердачные крыши монтируют из железобетонных стропильных балок, панелей и плит покрытий. Стропильные балки покрытий изготовляют обычно односкатными длиной 6 м.

Панели (рис 3) и плиты покрытий выполняют ребристыми и плоскими из тяжелого бетона. Длина панелей и плит 6,0м, а ширина - 1,5 -З,0м. Панель совмещенной крыши комплектуют на заводе-изготовителе из двух ребристых железобётонных панелей-скорлуп, уложенных ребрами внутрь. Нижняя скорлупа служит потолком верхнего этажа дома, а верхняя -основанием гидроизоляционного слоя кровли. Между скорлупами укладывают утеплитель (полужесткие минераловатные плиты). Верхняя скорлупа по отношению к нижней имеет заданный уклон.

Изделия для сборных лестниц -- лестничные марши, площадки, марши с полуплощадками и др.

Изделия различного назначения. В современном строительстве применяют санитарно-технические и вентиляционные блоки, отопительные панели, санитарно-технические кабины и другие изделия заводского изготовления из железобетона.

Изделия для промышленных зданий.

Изделия для фундаментов и подземны частей зданий: фундаментные блоки (рис.1), железобетонные сваи (рис. 5), специальные фундаменты под колонны (рис.4), фундаментные балки и др.

Изделия для каркасов зданий - колонны, подкрановые балки, фермы, балки покрытий (рис. 6) и арки.

Рис.3. Плиты перекрытий с круглыми (а) и овальными (б) пустотами.



Рис.4. Фундамент под колонну.

Рис.5. Железобетонные колонны сплошного сечения и двухветвевые

а - наружного ряда здания (одноконсольные); б - внутреннего ряда здания (двухконсольные).)

Изделия для инженерных сооружений

Сборные железобетонные изделия широко используют в горном деле, а также в транспортном, сельскохозяйственном, гидротехническом и других видах строительства.

В горном деле железобетонные конструкции применяют в качестве элементов крепи горизонтальных и наклонных выработок: затяжек, стоек и вёрхняков для трапециевидных и арочных крепей, а также сегментов и тюбингов кольцевых крепей. Для крепления вертикальных выработок применяют жёлезобетонные тюбинги.

Изделия для транспортного строительства: сборные железобетонные строения мостов, трубы больших диаметров, опоры контактной сети электрифицированных железных дорог, шпалы, тюбинги и др.

В дорожном строительстве применяют плиты покрытий дорог, тротуарные плиты и бордюрные камни.

Изделия для сельскохозяйственных сооружений -- элементы сборных силосных ям, башен и траншей, а также детали каркаса теплиц и т. п.

Изделия для гидротехнического строительства имеют довольно широкую номенклатуру: плиты, оболочки и др.

К изделиям различного назначения относят железобетонные трубы, сборные колодцы и коллекторы, стойки под светильники, сборные отрады и пр. Железобетонные трубы разделяют на безнапорные и напорные. Безнапорные трубы применяют для устройства наружных сетей и водоводов. Диаметр труб 300 - 2500 мм. Их изготовляют из бетона марки не ниже МЗОО с особыми требованиями по водонепроницаемости и коррозионной стойкости.



Рис.6. Железобетонные балки(а - односкатная; б - двухскатная; в - сегментная)

Рис.7. Сегментная (а) и безраскосая (б) железобетонные фермы покрытий.

Производство железобетонных изделий

Технология железобетонных изделий. Производство железобетонных изделий включает следующие основные технологические процессы: приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры и армирование изделий, формование, тепловлажностная обработка и отделка поверхностей.

Изготовление арматуры. Обычную ненапрягаемую арматуру из сварных сеток и каркасов изготовляют в арматурном цехе заводов железобетонных изделий. Арматуру очищают от окалины и режут на стержни заданной длины. Затем стержням гнутьем на станках придают требуемую форму и сваривают точечной сваркой.

Формование изделий. Процесс формования железобетонных изделий состоит из следующих основных операций: очистки, сборки и смазки форм, укладки в форму арматуры, укладки в форму бетонной смеси и ее уплотнения.

Тепловлажностная обработка изделий. Для ускорения твердения бетона свежесформованные изделия подвергают тепловлажностной обработке: пропаривание при нормальном давлении и температуре 70⁰-100⁰С в камерах непрерывного или периодического действия. При этом за 8 - 14 ч бетон изделий приобретает прочность, равную примерно 70 % марочной. Может применяться также контактный обогрев (от нагреваемых поверхностей форм) или запаривание в автоклаве, где создают давление насыщенного пара 0,8 - 1,2 МПа (изб.) - в течение 8 - 10 ч получают изделия с высокой прочностью и долговечностью.

Отделка лицевых поверхностей изделий: фактурная обработка поверхностного слоя конструктивного бетона, отделка цветными растворами и бетонами, отделка слоем песка, дробленого камня и стекла, облицовка керамическими и стеклянными плитками и др.

Способы производства железобетонных изделий

На современных предприятиях производства сборного железобетона применяют следующие способы производства: стендовый, поточно-агрегатный, конвейерный, кассетный и непрерывного вибропроката.

При стендовом способе производства крупногабаритные железобетонные изделия изготовляют в неподвижных формах на плоских стендах или матрицах, а технологические механизмы и агрегаты перемещаются от поста к посту и последовательно на каждом посту выполняют соответствующие операции. Этот способ требует больших производственных площадей.

При поточно-агрегатном способе производства формуемые железобетонные изделия перемещают по потоку от одного технологического поста к другому при помощи транспортных средств. На каждом посту установлено стационарное оборудование - агрегаты, выполняющие отдельные технологические операции. Для этого способа требуются наибольшие производственные площади, капитальные затраты и время.

При конвейерном способе производства формуемые на поддонах-тележках железобетонные изделия перемещаются по технологическому потоку с заданным принудительным ритмом. Этот способ характеризуется максимальным расчленением производственного процесса на отдельные операции и применяется только на заводах большой мощности, выпускающих небольшой ассортимент изделий.

Кассетный способ - качественно новая форма стендовой технологии, получившая широкое развитие в производстве железобетонных изделий для крупнопанельного домостроения. Основной особенностью кассетного способа производства является вертикальное формование изделий в стационарных кассетных установках, состоящих из нескольких вертикальных металлических форм - отсеков. В каждый отсек помещают арматурный каркас, после чего его заполняют бетонной смесью. Уплотняют смесь навесными или глубинными вибраторами

Этот способ обеспечивает более высокую производительность труда, требует меньших производственных площадей, расхода пара и электроэнергии.

Способ непрерывного вибропроката. Это полностью механизированный и автоматизированный процесс производства железобетонных изделий, выполняется на установке непрерывного действия - вибропрокатном стане. Вибропрокатный стан представляет собой движущийся конвейер, состоящий из формующей ленты , натяжной и приводной станций, формующей и калибрующей секции, а также секции тепловой обработки. На непрерывно движущуюся формующую ленту, выполненную из объемных или плоских пластин, распылителем наносят смазку, после чего укладывают арматурные каркасы и подается бетонная смесь. Бетоноукладчик равномерно распределяет ее по ширине формующей ленты. Уплотнение происходит за счет вибрации вибробалки, расположенной под формующей лентой.

Складирование железобетонных изделий

При разгрузке у заказчика осматривается каждое крупное изделие (несущие конструктивные элементы и детали): проверяют, нет ли трещин, искривлений и других дефектов. Мелкие (ненесущие) детали осматривают выборочно.

Железобетонные изделия на приобъектных складах укладывают в штабеля так, чтобы их заводскую маркировку можно было легко прочитать со стороны прохода или проезда, а монтажные петли обращены кверху. Особое внимание уделяют укладке железобетонных плит с односторонним армированием. На таких изделиях имеется треугольный значок, вершина которого указывает верх изделия в рабочем положении. Положение железобетонных изделий в штабеле, за исключением колонн, опор, свай и др., а также способы опирания изделий при хранении должны воспроизводить условия их работы в сооружении, не вызывать перенапряжений в бетоне и повреждений изделий.

Стеновые панели и крупнопанельные перегородки хранят в специальных металлических кассетах или пирамидах, которые устанавливают на опорные брусья в вертикальном или наклонном (в пределах 10 - 12^о) положении.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

Виды строительных растворов

Строительным раствором называют искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания правильно подобранной смеси вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя (песка) и в необходимых случаях различных добавок (минеральных, поверхностно-активных, химических и др.). Смесь этих материалов до затвердевания называют растворной смесью.

По своему составу строительный раствор является мелкозернистым бетоном, и для него справедливы закономерности, присущие бетонам.

Строительные растворы начали применять еще несколько тысячелетий назад, например, при сооружении пирамид в Египте. Широко используют их и в настоящее время при возведении различных зданий и сооружений. Строительные растворы характеризуются большим разнообразием видов и могут быть классифицированы на группы в зависимости от плотности, вида вяжущего и назначения.

По плотности в сухом состоянии растворы разделяют на тяжелые плотностью 1500 кг/м³ и более (для их изготовления применяют тяжелые кварцевые или другие пески) и легкие плотностью менее 1500 кг/м³ (заполнителями в них являются легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и других легких мелких материалов).

По виду вяжущего вещества строительные растворы делят на : цементные (на портландцементе или его разновидностях); известковые (на воздушной или гидравлической извести); гипсовые (на основе гипсовых вяжущих веществ - строительного гипса, ангидритовых вяжущих); смешанные (на цементно-известковом, цементно-глиняном, известково-гипсовом вяжущем).

Растворы, приготовленные на одном вяжущем, называются простыми, а на нескольких вяжущих - смешанными, или сложными.

Вяжущее выбирают в зависимости от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации зданий и сооружений.

По назначению различают строительные растворы кладочные, применяемые для каменных кладок и монтажа стен из крупноразмерных элементов, отделочные, используемые для штукатурки, нанесения декоративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, обладающие особыми свойствами (гидроизоляционные, акустические, рентгенозащитные и т. д.).

Вяжущим для простых растворов служат портландцементы, пуццолановые портландцементы, шлакопортландцементы и специальные низкомарочные цементы, например песчаный портландцемент марки 200, а также известь и гипс. Для экономии гидравлических вяжущих и улучшения технологических свойств строительных растворов широко применяют смешанные вяжущие.

Известь в строительных растворах применяют в виде известкового теста или молока. Гипс используют главным образом в штукатурных растворах как добавку к извести.

Вода для затворения растворов не должна содержать примесей, оказывающих вредное влияние на твердение вяжущего вещества. Пригодной для затворения растворов является водопроводная вода.

В качестве мелкого заполнителя для тяжелых строительных растворов применяют кварцевые и полевошпатовые природные пески, а также пески, полученные дроблением плотных горных пород, для легких растворов - пемзовые, туфовые, шлаковые пески. Наибольший размер зерен песка не должен превышать 2,5 мм. Содержание в песке глинистых, илистых и пылевидных частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 10 %. В то же время песок признают пригодным для кладочных растворов, если в нем не содержится органических примесей.

С целью улучшить удобоукладываемость растворных смесей в их состав вводят пластифицирующие добавки. В качестве минеральной пластифицирующей добавки в цементные и известковые растворы используют глину в виде глиняного молока или тонкомолотого порошка. Кроме того, в растворы для той же цели вводят тонкомолотые гидравлические добавки - трепел, вулканический пепел и др. В качестве органических пластификаторов применяют СДБ, подмыльный щелок (ПМЩ), мылонафт и др.

В состав растворов, предназначенных для применения в зимних условиях, вводят ускорители твердения, а также добавки, снижающие температуру замерзания воды (хлористый кальций, хлористый натрий, поташ, нитрат натрия и др.).

Свойства растворных смесей и растворов

Строительные растворы по существу являются мелкозернистыми бетонами, поэтому по аналогии с бетонами перед изучением строительных растворов следует рассмотреть свойства свежеприготовленных растворных смесей.

Свойства растворных смесей. Основным свойством растворной смеси является удобоукладываемость, под которой понимают способность смеси укладываться на поверхности тонким однородным слоем. Удобоукладываемость смесей зависит от степени их подвижности и водоудерживающей способности.

Подвижностью растворной смеси называют ее способность легко растекаться по поверхности камня тонким слоем и заполнять все неровности до основания. Степень подвижности растворной смеси определяют при помощи стандартного конуса массой 300 г с углом вершины 30^о и высотой 15 см (рис1). Конус погружают в растворную смесь вершиной. Чем больше глубина его погружения, тем большей подвижностью обладает растворная смесь. За показатель подвижности принимают глубину погружения конуса в сантиметрах.

Рис.1. Стандартный конус для определения подвижности растворной смеси

1 - подвижный стержень с конусом; 2 - линейка; 3 - штатив; 4 - сосуд с растворной смесью)

Степень подвижности смеси зависит от количества воды затворения, от состава и свойств исходных материалов. Для повышения подвижности растворных смесей в их состав вводят пластифицирующие минеральные добавки. Пластифицирующие добавки позволяют достигать требуемую подвижность растворной смеси при меньшем расходе воды и цемента, т. е. получать растворы большей прочности или экономить цемент.

Рабочую подвижность раствора в летних и зимних условиях принимают в зависимости от его назначения и вида стенового материала.

Водоудерживающей способностью называют свойство растворной смеси удерживать воду при укладке ее на пористое основание и не расслаиваться в процессе транспортирования. В том случае, когда растворная смесь обладает хорошей водоудерживающей способностью, частичное отсасывание воды уплотняет растворную смесь в кладке, что повышает прочность раствора. Водоудерживающая способность зависит от соотношения составных частей растворной смеси. Она повышается при увеличении расхода цемента, замене части цемента известью, введении высокодисперсных добавок (зол, глин и др.), а также некоторых поверхностно-активных веществ.

Свойства строительных растворов. Основные свойства строительных растворов - прочность и морозостойкость.

Прочность затвердевшего раствора зависит от активности вяжущего, водоцементного отношения, длительности и условий твердения (температуры и влажности окружающей среды). При укладке растворных смесей на пористое основание, способное интенсивно отсасывать воду, прочность затвердевших растворов значительно выше, чем тех же растворов, уложенных на плотное основание.

Прочность раствора характеризуется его маркой. Марку раствора устанавливают по пределу прочности при сжатии образцов в виде кубов размером 70,7х70,7х70,7мм или балочек размером 40х40х160мм, изготовленных из растворной смеси после 28-суточного твердения их при 15- 25^оС. Для строительных растворов предусмотрены следующие марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 и 300.

Растворы, как и бетон, при нахождении в нормальных условиях способны твердеть и набирать прочность в течение длительного времени. Например, средняя прочность раствора в возрасте 7 сут. составляет 40 - 50 % марочной, 14 сут. - 60 - 75%, 60 сут. - 120 % и 90 сут. - 130%. Если твердение цементных и смешанных растворов происходит при температуре, отличной от 15^оС, то величину относительной прочности этих растворов принимают по специальным таблицам.

При применении растворов на шлакопортландцементе и пуццолановом портландцементе следует учитывать резкое замедление нарастания прочности при температуре твердения ниже 10^оС, а при температуре ниже 0^оС их твердение практически прекращается.

Морозостойкость затвердевшего раствора характеризуется следующими марками: М_рз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300. Требуемую марку раствора получают расчетом и подбором состава. Проверяют морозостойкость раствора путем испытания образцов-кубов в морозильных камерах.

Растворы для каменной кладки и монтажа полносборных зданий

Прочность, монолитность и долговечность каменной кладки и полносборных зданий в значительной мере зависят от качества применяемого раствора. Марки, вид и составы растворов для различных видов каменных и монтажных работ устанавливают с учетом требований по прочности, характера конструкций и условий эксплуатации.

В современном гражданском и промышленном строительстве чаще всего применяют строительные растворы марок 10, 25, 50, 75 и 100.

Для каменной кладки наружных стен зданий используют преимущественно смешанные цементно-известковые и цементно-глинянные растворы с минимальными марками от 10 до 50 в зависимости от вида ограждений, влажностных характеристик грунтов и требуемой степени долговечности конструкций.

При монтаже стен из бетонных панелей горизонтальные швы заполняют растворами марок не ниже 100 для панелей из тяжелого бетона и не ниже 50 для панелей из легкого бетона. Горизонтальные и вертикальные швы в стенах из крупных блоков и панелей расшивают растворами марки 50. При возведении жилых каркасно-панельных зданий для замоноличивания швов и стыков применяют цементные растворы марки 200. Цементные растворы марок 50 и 75 используют для подземной кладки и кладки ниже гидроизоляционного слоя, когда грунт насыщен водой, т. е. в тех случаях, когда необходимо получить раствор высокой прочности и водостойкости.

Подвижность кладочных растворов, в зависимости от их назначения и способа укладки, принимают следующей: для кладки стен из сплошного кирпича, бетонных камней и камней из легких горных пород - 9-13 см, для кладки стен из пустотелого кирпича или керамических камней - 7-8 см, для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из бетонных блоков и панелей и для расшивки вертикальных и горизонтальных швов - 5-7 см, для бутовой кладки - 4-6 см, а для заливки пустот в ней - 13-15 см. Для кладки стен из сухих и пористых каменных материалов употребляют растворы с большей подвижностью, а для кладки из влажных и плотных материалов - с меньшей.

Составы строительных растворов, как правило, подбирают по готовым таблицам, а качество полученных растворов проверяют лабораторными испытаниями.

Для повышения пластичности цементных растворов в их состав обычно вводят органические пластификаторы в количестве 0,03 - 0,2% по массе цемента.

Стены из кирпича и других материалов в зимнее время кладут, как правило, способом замораживания, т. е. с применением подогретого раствора, при этом замерзание раствора допускается спустя некоторое время после обжатия его кирпичом.

При монтаже стен из панелей и крупных блоков, при кладке из обычного кирпича в зимних условиях марку раствора по прочности назначают в соответствии с рекомендацией проекта, а также с учетом температуры наружного воздуха. При среднесуточной температуре воздуха до -3^оС марку раствора оставляют такой же, как и в летнее время, при температуре от -4 до -20^оС ее повышают на одну ступень, при температуре ниже -20^оС - на две ступени.

При кладке стен из кирпича выбор температуры раствора зависит от температуры наружного воздуха:

Температура наружного воздуха, оС	до -10	от -11 до -20	ниже -20
температура раствора, оС	10	15	20

Растворы следует приготовлять в утепленных растворных узлах с применением горячей воды (не выше 80^оС) и подогретого песка (не выше 60^оС). Для снижения температуры замерзания раствора в его состав рекомендуется вводить добавку - нитрит натрия в количестве 5% по массе воды затворения.

У рабочего места раствор хранят в утепленных ящиках с крышками, а при температуре воздуха ниже -10^оС обогревают через дно и стенки ящиков трубчатыми электронагревателями. Схватившийся или замерзший раствор отогревать горячей водой и пускать в дело запрещается.

При монтаже крупнопанельных зданий повышенной этажности как в летних, так и в зимних условиях с успехом применяют цементно-песчаную пасту, которую приготовляют непосредственно на строительной площадке из сухих готовых смесей состава 1:1 (портландцемент : мелкий песок). В качестве пластифицирующей противоморозной добавки при приготовлении цементно-песчаной пасты вводится раствор нитрита натрия. Тонкий шов цементно-песчаной пасты приобретает в 28-суточном возрасте прочность до 40 МПа и надежно соединяет панели. В зимних условиях при наружной температуре до -10^оС нитрит натрия вводят в количестве 5%, по массе цемента, при температуре до -20^оС - 10%. В последнем случае цементно-песчаная паста через 28 сут набирает прочность около 10 МПа.

Отделочные растворы

Отделочные растворы разделяют на два основных вида: растворы для обычных штукатурок и декоративные растворы.

Штукатурные растворы в зависимости от области применения разделяют на растворы для наружных и растворы для внутренних штукатурок. Штукатурные растворы приготовляют на цементах, цементно-известковых, известковых, известково-гипсовых и гипсовых вяжущих. Составы штукатурных растворов устанавливают с учетом их назначения и условий эксплуатации зданий. Штукатурные растворы должны обладать необходимой степенью подвижности, иметь хорошее сцепление с основанием и не вызывать образования трещин штукатурки.

Подвижность штукатурных растворов, определяемая глубиной погружения стандартного конуса, и предельная крупность применяемого песка для слоя штукатурки различны. Подвижность раствора для подготовительного слоя при механизированном нанесении составляет 6-16 см, а при ручном нанесении - 8-12 см. Наибольшая крупность песка при этом не должна превышать 2,5 мм. Растворы отделочного слоя обычно имеют подвижность 0-12 см. Их приготовляют на мелком песке с наибольшей крупностью зерен 1,25 мм.

Для внутренней штукатурки стен и перекрытий зданий при относительной влажности воздуха помещений до 66% используют известковые, гипсовые, известково-гипсовые и цементно-известковые растворы. Для штукатурки наружных стен зданий служат цементно-известковые растворы. Для наружной штукатурки цоколей, поясков, карнизов и других участков стен, подвергающихся систематическому увлажнению, применяют цементные и цементно-известковые растворы на портландцементах.

Декоративные цветные растворы предназначены для заводской отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и крупных блоков, а также для отделки фасадов зданий и внутренней отделки общественных зданий. В качестве вяжущего в декоративных растворах применяют белый, цветные и обычные портландцементы, а для цветных штукатурок внутри зданий - известь и гипс. Заполнителями в цветных декоративных растворах служат чистый кварцевый песок и песок, полученный дроблением гранита, мрамора, туфа, известняка и других белых и цветных горных пород. В состав раствора отделочного слоя вводят в небольшом количестве слюду, вермикулит или дробленое стекло. В качестве красителей употребляют щелочестойкие и светостойкие природные и искусственные пигменты (сурик железный, охра, мумия, ультрамарин, оксид хрома и др.).

Декоративные растворы, применяемые для отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и крупных стеновых блоков, а также для штукатурки фасадов зданий, должны иметь марки по прочности при сжатии не менее 150МПа для отделки железобетонных панелей и 50Мпа - для отделки панелей из легких бетонов и штукатурки фасадов зданий. Марка декоративных растворов по морозостойкости М_рз должна быть не менее 35. Водопоглощение растворов не должно превышать 8%.

Фактурную обработку панелей, имеющих слой декоративного раствора, производят на заводе в процессе формования изделий (рельефные матрицы и т. п.) или после затвердевания раствора (обработка поверхности абразивными дисками и др.).

Специальные растворы

К специальным растворам, применяемым в строительстве, относятся: гидроизоляционные, инъекционные, акустические и рентгенозащитные.

Гидроизоляционные растворы используют при отделке поверхностей различных емкостей для жидких продуктов, стен подвалов и др. Их готовят на портландцементе, сульфатостойком портландцементе и водонепроницаемом расширяющемся цементе. Ориентировочный состав растворов для гидроизоляционной штукатурки 1:2,5 или 1:3,5 (цемент : песок по массе). Для повышения водонепроницаемости этих растворов в их состав в процессе приготовления вводят различные уплотняющие добавки (алюминат натрия, хлорное железо, битумную эмульсию, латексы и др.).

Инъекционные растворы служат для заполнения каналов в предварительно напряженных конструкциях с целью защитить арматуру от коррозии. Они могут быть в виде цементно-песчаного раствора, приготовленного на мелком песке, или в виде цементного теста. В качестве вяжущего используют портландцемент марки 400 и выше, расход которого должен быть в пределах 1100-1400 кг на 1 м³ цементно-песчаного раствора и 1300-1600 кг на 1 м³ цементного теста. Марка инъекционного раствора должна быть не ниже 300. В состав растворной смеси для уменьшения ее вязкости добавляют поверхностно-активные вещества (СДБ или мылонафт) в количестве не более 0,2 % по массе цемента.

Акустические растворы применяют для получения звукопоглощающей штукатурки. В качестве вяжущих используют портландцемент, шлакопортландцемент, известь, гипс или их смеси. Заполнителями служат однофракционные пески крупностью 3-5 мм из легких пористых материалов: пемзы, перлита, керамзита и др. Количество вяжущего и зерновой состав заполнителя в акустических растворах должны обеспечивать открытую незамкнутую пористость раствора и плотность 600-1200 кг/м^3.

Рентгенозащитными растворами оштукатуривают стены и потолки рентгеновских кабинетов. Их приготовляют из портландцемента или шлакопортландцемента и баритового песка с зернами не более 1,25 мм. Для повышения защитных свойств в их состав рекомендуется вводить вещества, содержащие легкие элементы: литий, кадмий и др. Плотность рентгенозащитных растворов обычно превышает 2200 кг/м³.

Приготовление и транспортирование растворов

Строительные растворы приготовляют в централизованном порядке на бетонно-растворных заводах или в растворосмесительных узлах. На механизированных приобъектных установках растворы готовят лишь при малых объемах работ и отдаленном расположении централизованного предприятия.

Процесс приготовления растворов включает подготовку исходных материалов, их дозирование и смешивание.

Материалы подготавливают для того, чтобы не допустить попадания в раствор вредных примесей. При содержании в песке крупных включений (гравия, комьев глины) его предварительно просеивают. Известковое и глиняное тесто доводят до необходимой консистенции, а органические пластификаторы и химические добавки растворяют в подогретой воде в количестве, необходимом для получения растворов рабочей концентрации. Дозируют вяжущие материалы при приготовлении растворов по массе, а песок и воду - по объему.

Растворы приготовляют в растворосмесителях периодического действия емкостью 150, 375 и 750 л или в растворосмесителях непрерывного действия. Продолжительность перемешивания тяжелых растворов с момента окончания загрузки материалов в растворосмеситель - 1-2 мин, легких растворов с органическими пластификаторами - до 4 мин.

В настоящее время кроме пластичных растворов приготовляют централизованно на специальных установках сухие растворные смеси различных составов (кладочные, штукатурные и др.). Их затворяют водой в растворосмесителях малой емкости, которые обычно устанавливают непосредственно на строительной площадке.

Строительные растворы транспортируют к месту потребления в специально оборудованных автоцистернах или автосамосвалах.

Каждая партия поступившего на стройку раствора должна быть снабжена паспортом, в котором указывают наименование и номер партии, ее объем и дату изготовления, марку, состав, подвижность и водоудерживающую способность раствора.

ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯНА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Силикатные материалы и изделия

Силикатными материалами и изделиями называются необожженные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих - асбестоцементные, гипсовые и гипсобетонные, силикатные (на основе извести) и магнезиальные с заполнителями (кварцевым песком, шлаком, золой, пемзой, опилками и т. д.). Области применения их чрезвычайно обширны - от несущих и ограждающих конструкций до отделки зданий и сооружений.

Силикатные изделия получают в результате формования и последующей автоклавной обработки смеси извести или других вяжущих веществ на ее основе, тонкодисперсных кремнеземистых добавок, песка и воды.

Силикатный кирпич - искусственный каменный материал, изготовляемый из смеси кварцевого песка и извести путем прессования под большим давлением и последующего твердения в автоклаве. Исходными материалами являются воздушная известь - 6-8% в расчете на СаО, кварцевый песок - 92-94% и вода - 7-8% по массе сухой смеси.

Существуют две схемы производства силикатного кирпича: силосная и барабанная. По силосной схеме известь, совместно с песком, гасят в силосах в течение 4-8 ч. По барабанной схеме известь, совместно с песком, гасят во вращающихся барабанах с подводом пара под избыточным давлением до 0,5 МПа благодаря чему процесс гашения длится 30-40 мин.

Погашенная смесь извести и песка увлажняется, перемешивается и прессуется под давлением 15-20 МПа, в результате получается сырец, который укладывают на вагонетки и направляют в автоклавы на 10-14 ч для запаривания под давлением насыщенного пара 0,8 МПа (изб.) при температуре около 175^оС. Прочность силикатного кирпича растет в течение некоторого времени и после выгрузки из автоклава (на воздухе).

Силикатный кирпич выпускают двух видов: одинарный (размером 250х120х65 мм) и модульный (размером 250х120х88 мм). Модульный кирпич изготавливают с технологическими пустотами, замкнутыми с одной стороны. Цвет кирпича светло-серый, но он может быть и цветным за счет введения в состав смеси щелочестойких минеральных пигментов.

Благодаря прессованию под большим давлением и отсутствию усадочных явлений размеры силикатного кирпича выдержаны более точно, чем у глиняного. Плотность его несколько выше, чем у керамического кирпича - 1800-1900 кг/м³, теплопроводность - 0,82 - 0,87 Вт/(м ^оС). В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич изготавливают шести марок: 75, 100, 125, 150, 200 и 250. Морозостойкость силикатного кирпича не ниже М_рз 15, водопоглощение 8-16% по массе.

Области применения силикатного кирпича такие же, как и керамического кирпича. Однако он не рекомендуется для кладки фундаментов и стен в условиях высокой влажности, так как воздействие грунтовых и сточных вод вызывает его разрушение. Нельзя использовать силикатный кирпич в конструкциях, подверженных действию высоких температур (в печах, дымовых трубах и т. п.).

Силикатными бетонами называют большую группу бетонов автоклавного твердения, получаемых на основе известково-песчаного, известково-зольного или других известково-кремнеземистых вяжущих. Кроме того, в качестве вяжущего могут использовать молотые доменные шлаки.

Плотный мелкозернистый силикатный бетон, в отличие от тяжелого бетона, в своем составе не содержит крупного заполнителя (гравия или щебня). Структура силикатного бетона более однородна, а стоимость значительно ниже.

Прочность его при сжатии колеблется в довольно широких пределах (15-60 МПа) и зависит от состава смеси, режима автоклавной обработки и других факторов. Водостойкость силикатного бетона удовлетворительная. При полном водонасыщении снижение их прочности не превышает 25%. Морозостойкость - 25-50 циклов, а при добавке портландцемента она повышается до 100 циклов.

Из плотного силикатного бетона выполняют крупные стеновые блоки наружных стен с щелевыми пустотами и внутренних несущих стен, панели и плиты перекрытий, колонны, балки и прогоны, лестничные площадки и марши, цокольные блоки и другие армированные изделия.

В легких силикатных бетонах в качестве заполнителей используют керамзит, гранулированный шлак, шлаковую пемзу и другие пористые материалы в виде гравия и щебня. Из легких силикатных бетонов на пористых заполнителях изготовляют блоки и панели наружных стен жилых зданий.

Ячеистые силикатные бетоны, в зависимости от способа образования пористой структуры, разделяют на пено- и газосиликаты. Их получают при автоклавной обработке известково-песчаной пластичной смеси, в состав которой вводят устойчивую пену (пеносиликат) или алюминиевую пудру и другие газообразователи (газосиликат).

По назначению легкие и ячеистые силикатные бетоны делят на : теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные.

Изделия из силикатобетона не рекомендуются для конструкций, подверженных значительному увлажнению (фундаментов, цоколей, подоконников, карнизов и др.).

Гипсовые и гипсобетонные материалы и изделия

Гипсовые изделия получают из гипсового теста. Для улучшения свойств изделий в гипсовое тесто вводят в небольшом количестве тонкомолотые минеральные или органические наполнители.

Гипсобетоны - в них помимо гипса и воды применяют пористые заполнители - минеральные (топливные и доменные шлаки, ракушечник и др.) и органические (опилки, сечка из соломы, камыш и др.). Они обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью и высокими звукоизоляционными свойствами. Кроме того, они хорошо поддаются механической обработке и легко окрашиваются.

Имеется довольно широкая номенклатура гипсовых и гипсобетонных изделий: гипсокартонные листы, плиты и панели для перегородок, панели для основания пола и др.

Гипсокартонные листы представляют листовой отделочный материал, изготовляемый из строительного гипса с минеральными или органическими добавками (или без них) и оклеенный с обеих поверхностей картоном (в том числе декоративным).

Гипсокартонные листы выпускают шириной 1,2, длиной 2,5-3,3 м и толщиной 8-12 мм. Листы обладают большой плотностью, малой тепло- и звукопроводностью, не горят, их легко резать. Однако они плохо сопротивляются изгибу и разрушаются под действием влаги, поэтому влажность листов не должна превышать 2 %.

Применяют для внутренней отделки каменных и деревянных стен, перегородок и потолков в помещениях с относительной влажностью воздуха до 60%.

Гипсовые плиты для перегородок могут быть гипсовыми и гипсобетонными, их выпускают сплошными и пустотелыми шириной 400-800, толщиной 80-100 мм. Лицевые поверхности плит гладкие или рифленые. Плотность их 1000-1300 кг/м3, прочность при сжатии 3-4 МПа, влажность - не более 8% по массе. Они огнестойки, гигроскопичны, обладают хорошими теплозвукоизоляционными свойствами. Перегородочные плиты применяют для устройства не несущих перегородок гражданских и промышленных зданий при отсутствии систематического увлажнения.

Гипсобетонные панели широко используют в индустриальном строительстве для устройства самонесущих перегородок, а также для основания полов и других целей.

Перегородочные панели представляют собой плоские плиты длиной на комнату или на часть комнаты, шириной, равной высоте этажа, толщина панели обычно 80-100 мм. Они могут быть сплошными или с проемами для дверей.

Панели для основания пола выполняют из гипсобетона на гипсоцементно-пуццолановых вяжущих и армируют деревянным каркасом. Панели выпускают толщиной 50-60 мм и размером по длине и ширине на комнату или на часть комнаты при больших размерах помещений. Качество их поверхности должно быть таким, чтобы можно было без дополнительных затрат укладывать линолеум, плитки или выполнять покрытия мастичными материалами.