Неорганические (минеральные) и органические вяжущие материалы
Вяжущим называется вещество, которое под влиянием физико-химических процессов способно переходить из жидкого или тестообразного состояния в камневидное и связывать при этом смешанные с ним отдельные камни, куски и мелкие частицы материалов. Этим свойством пользуются для изготовления безобжиговых искусственных каменных материалов и изделий; скрепления каменных материалов при кладке и соединения готовых деталей; изготовления бетона и строительных растворов.
Вяжущие вещества подразделяются на минеральные – неорганические и органические. Минеральные вяжущие вещества в строительстве используют чаще, чем органические, и промышленность выпускает их в виде порошка, который при смешивании с водой схватывается (теряет пластичность), а затем твердеет.
Минеральные вяжущие вещества подразделяются на гидравлические, воздушные и автоклавного твердения.
Вяжущие вещества, способные твердеть и сохранять или повышать прочность не только в воздухе, но и в воде, называются гидравлическими (цемент, гидравлическая известь). Если же они твердеют и повышают прочность только на воздухе, то их называют воздушными вяжущими (известь, гипс, каустический магнезит, растворимое жидкое стекло и кислотоупорный цемент). Вяжущие автоклавного твердения наиболее эффективно твердеют при гидротермальной обработке насыщенным паром.
К гидравлическим вяжущим относится большая группа материалов, объединенных общим названием цемент. В нее входят: портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, расширяющиеся и безусадочные цементы, напрягающий портландцемент, а также цемент для строительных растворов.
Первое место среди вяжущих по производству и использованию занимает портландцемент. Это продукт тонкого помола клинкера, получаемого равномерным обжигом до спекания при температуре до 1500°С тщательно дозированных смесей материалов, содержащих углекислую известь (78%) и глину (22%), или же естественных материалов соответствующего состава (известковый мергель). После помола цемент выдерживается в силосах, где происходит его охлаждение и гашение свободной извести под действием влаги и воздуха.
Прочность портландцемента характеризуется его маркой. Марку устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов-балочек размером 40×40×160 мм и сжатии их половинок. Образцы изготовляют из цементного раствора состава 1:3 (по массе), где одна часть цемента, три части песка, затем их подвергают испытанию через 28 суток после изготовления.
Промышленность выпускает портландцемент следующих марок: 300, 400, 500 и 600, соответственно в системе СИ – 30; 40, 50 и 60 МПа. Начало схватывания цементного теста должно наступать не ранее 45 мин, а конец – не позднее 12 часов от начала затворения водой.
Портландцемент применяют при производстве бетонных и железобетонных конструкций, работающих в подземных, наземных и подводных условиях. Его не используют для изготовления конструкций, подвергающихся действию морской, пресной, проточной, подаваемой под большим давлением воды и агрессивных сред.
Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент получают совместным помолом портландцемента с активными добавками (диатомит, трепел), которые достигают 20-40% массы портландцемента, а для шлакового – 30-70% (доменные гранулированные шлаки).
Пуццолановый портландцемент не разрушается при воздействии пресной и проточной воды, устойчив против воздействия агрессивных вод. Он применяется наряду с обычным для изготовления бетонных или железобетонных конструкций, преимущественно в канализационных, водопроводных и морских гидротехнических сооружениях.
Шлаковый портландцемент водостоек, прочность его примерно такая же, как у портландцемента, но он менее активен и менее морозостоек. Он применяется для бетонных и железобетонных конструкций, подверженных действию пресных и минерализованных вод, а также для сборных железобетонных изделий с применением гидротермальной обработки. Портландцементы следует хранить в закрытых складах, но и при самых благоприятных условиях хранения активность его со временем снижается.
Глиноземистый цемент – быстродействующее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Он получается в результате обжига до сплавления смеси сырья, богатого глиноземом, с известью или известняком и последующего тонкого помола. Выпускается трех марок: 400, 500 и 600 (СИ – 40, 50, 60). Через cyтки после изготовления образцы обладают прочностью 80-90% марочной.
Глиноземистый цемент – дорогой материал, его применяют при аварийных работах, когда требуются высокая стойкость против пресных и сульфатных вод, высокая прочность, а также в конструкциях, подверженных попеременному воздействию воды и мороза. Его нельзя употреблять в бетонных и железобетонных конструкциях, подвергающихся пропариванию.
Расширяющиеся и безусадочные цементы отличаются от других видов цемента, дающих усадку при твердении на воздухе. В их состав входят, кроме глиноземистого цемента, известь и гипс. Этот цемент быстро схватывается, твердеет, дает высокую прочность и водонепроницаемость. Он применяется для гидроизоляции сооружений, заделки стыков, а также для аварийных работ.
Напрягающий портландцемент. Для него характерна при твердении энергия расширения в 3-4 МПа. Применяют его для изготовления железобетонных изделий, арматура которых должна быть напряжена в нескольких направлениях (напорные трубы, тонкостенные конструкции).
Цемент для строительных растворов выпускается марки 150 (СИ – 15 МПа) и предназначается для кладочных и штукатурных растворов и бетонов марки не выше 100 (СИ – 10 МПа).
Воздушные вяжущие вещества. Наибольшее использование в строительстве имеют воздушные вяжущие: воздушная известь, строительный гипс, каустический магнезит и каустический доломит.
Воздушную известь получают обжигом (в специальных печах) известняка или других горных пород, содержащих углекислый кальций, который разлагается на негашеную известь (кипелку) и углекислый газ. Кипелка поступает на строительство в виде крупных кусков, которые при соединении с небольшим количеством воды (1:1) превращается в порошок (пушонку), и при избытке воды (1:3) – в известковое тесто или молоко. Гасится известь (кипелка) в гасильных ямах или в гидраторах непрерывного действия.
В настоящее время широко внедряется негашеная молотая известь. Она отличается от гашеной тем, что быстрее схватывается и твердеет и не дает отходов. Ее рационально употреблять в зимнее время, так как тепло, выделяемое при гашении, поддерживает положительную температуру в первый период твердения, и нет необходимости в подогреве раствора.
Воздушную известь используют при приготовлении кладочных и штукатурных растворов, искусственных каменных материалов: известково-песчаного (силикатного) кирпича, силикатных и пеносиликатных изделий, шлакобетонных блоков, покрасочных составов и т.д. Изделия на основе воздушной извести применяются в наземных сухих частях зданий с сухим режимом эксплуатации.
Известь-кипелку следует хранить в помещениях, защищенных от влаги, но длительное ее хранение снижает качество.
Гипс строительный получают из природного гипсового камня обжигом при определенных условиях и последующего тонкого помола. При затворении строительного гипса водой происходит быстрое схватывание. Он используется для штукатурных растворов, изготовления сухой штукатурки, перегородочных плит, лепных архитектурных деталей и т. д. Изделия из гипса неводостойки, и их нельзя применять во влажных помещениях. Гипс не рекомендуется долго хранить и всегда следует оберегать от увлажнения.
Магнезиальные вяжущие вещества (каустический магнезит и каустический доломит) получают обжигом горных пород магнезита и доломита с последующим их помолом. Затворяют их водными растворами солей хлористого или сернокислого магния. Магнезиальные вяжущие необходимы при изготовлении ксилолита (смесь с опилками), который используют для устройства полов. На их основе производят фибролит, облицовочные материалы для внутренней отделки помещений (плитки искусственного мрамора) и пр.
Органические вяжущие вещества. К этой группе относятся битумные и дегтевые вяжущие вещества.
Битумы получают при переработке нефти (нефтяные битумы), они также встречаются в природе в чистом виде (природные битумы). Битумные вяжущие вещества широко применяют для устройства асфальтобетонных покрытий автодорог, асфальтовых полов, гидроизоляции, наклейки и изготовления рулонных кровельных материалов, приготовления мастик и эмульсий.
Дегтевые вяжущие вещества получают в процессе перегонки каменного угля. Они нужны при устройстве дорожных покрытий, изготовлении и наклейке кровельных рулонных материалов.
Бетоны
Бетоном называют искусственной каменный материал, получаемый при твердении рационально подобранной смеси из вяжущего вещества, воды и заполнителей – мелкого песка и крупного гравия или щебня. Бетоны классифицируют в зависимости от объемной массы, вида вяжущего вещества, назначения и других признаков.
За основу принята классификация бетона по средней плотности:
а) особо тяжелый бетон имеет среднюю плотность более 2500 кг/м 3 (заполнитель – чугунная дробь, баритовый щебень, песок и другие тяжелые горные породы) и применяется при строительстве зданий и сооружений спецназначения;
б) тяжелый бетон (обычный) имеет среднюю плотность от 1800 до 2500 кг/м 3 (заполнитель – песок и щебень из плотных камней) и применяется для фундаментов, полов, железобетонных несущих конструкций;
в) легкий бетон имеет среднюю плотность от 500 до 1800 кг/м 3 (заполнитель – песок и щебень из шлака, керамзита, аглопорита, пемзы и других легких материалов) и применяется для изготовления стен, перекрытий;
г) особо легкий бетон со средней плотностью до 500 кг/м 3 (заполнитель – легкие пористые материалы).
К особо легким бетонам также относятся ячеистые бетоны: пенобетон, получаемый смешиванием вяжущего, воды и песка с пеной, и газобетон, получаемый смешиванием аналогичной смеси с газообразователем. Они применяются так же, как и легкие бетоны, в качестве изоляционного материала.
Вяжущие вещества и вода – активные составляющие бетона, так как благодаря реакции между ними образуется цементный камень и происходит сцепление его с заполнителями. Заполнители чаще инертны, так как не вступают в химическое соединение с вяжущим веществом и водой. Заполнители (инертные) образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, которая возникает из-за усадки цементного камня при твердении. В качестве заполнителя используют дешевые местные материалы, чем снижается стоимость бетона.
Бетоны классифицируются по видам вяжущего вещества на цементные, силикатные, гипсовые, асфальтобетоны, кислотостойкие бетоны, полимербетоны, пластобетоны. Наиболее широко в строительстве используют цементные бетоны, остальные виды применяют реже и в определенных условиях.
В качестве вяжущего в цементных бетонах используют портландцемент различных видов и марок, выбор их зависит от назначения возводимой конструкции. Вода для приготовления бетона должна быть чистой. Чистыми должны быть мелкий и крупный заполнители.
Прочность бетона зависит от количества и марки цемента, водоцементного отношения (В/Ц) и правильного подбора состава бетона. Прочность бетона характеризует марка. Нормами установлены марки бетона в зависимости от плотности (в 28-дневиом возрасте):
а) для тяжелых бетонов – 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, в системе СИ соответственно 5-80 МПа;
б) для легких бетонов – 25, 35, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, в системе СИ соответственно 2,5-40 МПа.
Запись состава бетонной смеси выражается отношением. Например: 1:2,5:4,5 при В/Ц = 0,65, где числа означают: 1 – масса цемента, 2,5 – песка, и 4,5 – щебня.
В настоящее время бетон приготовляют централизованно на механизированных бетонных заводах.
Бетон, доставляемый к рабочему месту, укладывают в onaлy6ку, деревянные или металлические формы, внутренняя поверхность которых имеет очертания и размеры изготовляемой детали. Для повышения плотности и прочности бетона бетонная смесь после укладки в опалубку подвергается вибрации с помощью вибратора. Вид и конструкция вибратора зависят от очертаний и размеров бетонной конструкции.
Бетон должен иметь необходимую влажность и температуру, особенно при жаркой погоде и в зимнее время. В заводских условиях твердение бетона ускоряют пропариванием и электропрогревом.
Неорганические и органические теплоизоляционные материалы
Неорганические. Решающее значение имеют изделия и материалы на основе минерального сырья – горных пород, шлаков, стекла и асбеста.
1) Минеральная вата – теплоизоляционный материал, получаемый из расплава горных пород или металлургических шлаков и состоящих из стекловидных волокон и различных неволокнистых включений в виде капель силикатного расплава и микроскопических обломков волокон. Длина волокон мин. ваты в зависимости от способа производства бывает от 2 до 60мм. Теплопроводность – 0,042-0,046 Вт/(м* о С), температуроустойчивость – не менее 600 о С. В зависимости от плотности мин. вату выпускают трех марок – 75,100,125. Обладает высокой морозостойкостью, малой гигроскопичностью. Теплоизоляционные маты – на основе минерального волокна предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов тепловых сетей. Теплоизоляционные полужесткие плиты на основе мин. волокна применяют в качестве эффективного теплоизоляционного материала в строительных конструкциях, трубопроводов и холодильных установок. Теплоизоляционные жесткие плиты и изделия на основе минерального волокна. Жесткие мин. изделия изготовляют в виде плит, скорлуп и полуцилиндров.
2) Стеклянная вата – это волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из расплавленной стекломассы. Стеклянная вата имеет повышенную химическую стойкость, теплопроводность при 25 о С – 0,05 Вт/(м* о С), она не горит и не тлеет, плотность в рыхлом состоянии не должна быть более 130 кг/м 3 . Структура прядей должна быть рыхлой. Стеклянную вату применяют для изготовления теплоизоляционных материалов и изделий и теплоизоляции при температуре изолируемых поверхностей от -200 до +450 о С. Изделия из стекловолокна: 6 видов плит и маты. Вата из супертонкого волокна, а также изделия на ее основе как хороший звукоизоляционный материал в последние года находит всё большее применение в строительстве. Базальтовое супертонкое стекловолокно явл. высококачественным материалом для тепловой изоляции, фильтрации, а также для изготовления теплостойких бумаг, картонов и матов. Пеностекло явл. хорошим теплоизоляционным высокопористым материалом ячеистого строения. Плиты из пеностекла применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций здания, декоративной отделки интерьеров, изоляции поверхностей с температурой эксплуатации до 180 о С.
3) Вспученный перлит – это пористый сыпучий материал, получающийся вспучиванием природного перлита во вращающихся или шахтных печах при температуре 900-1200 о С. Вспученный перлит в виде песка представляет собой зерна белого или
серого цвета с воздушными замкнутыми порами. Перлитовый песок применяют в растворах и бетонах, идущих для приготовления теплоизоляционных изделий, огнезащитных штукатурок, а также для теплоизоляционных засыпок.
4) Вспученный вермикулит – получают ускоренным обжигом до вспучивания горной породы вермикулита из группы гидрослюд. Вермикулит при нагревании до 1000-1100 о С выделяет кристаллизационную воду и быстро вспучивается.
Органические – производят из различного растительного сырья: отходов древесины, торфа, очесов льна, конопли, из шерсти животных, а также на основе полимера. Многие орг. теплоизоляционные материалы подвержены быстрому загниванию, порче различными насекомыми и способны к возгоранию, поэтому их предварительно подвергают обработке. 1) Древесноволокнистые плиты (ДВП) – применяют для тепло- и звукоизоляции ограждающих конструкций. Изготовляют их из распушенной древесины или иных растительных волокон — неделовой древесины, отходов лесоперерабатывающей промышленности, костры, соломы, камыша, хлопчатника. 2) Камышитовые плиты, или просто камыш, применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий III класса, при строительстве малоэтажных жилых домов, небольших производственных помещений в сельскохозяйственном строительстве. Это теплоизоляционный материал в виде плит, спрессованных из стеблей камыша, которые затем скрепляются стальной оцинкованной проволокой. 3) Торфяные теплоизоляционные изделия – изготовляют в виде плит, скорлуп и сегментов и используют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий III класса и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов от -60 до +100 о С. Сырьем для них служит для их производства служит малоразложившийся верховой торф, имеющий волокнистую структуру, что благоприятствует получению из него качественных изделий путем прессования 4) Цементно-фибролитовые плиты – теплоизоляционный материал, полученный из затвердевшей смеси портландцемента, воды и древесной шерсти. древесная шерсть выполняет роль армирующего каркаса. 5) Фибролитовые плиты на ПЦ применяют в качестве теплоизоляционного, теплоизоляционно-конструктивного и акустического материала для стен, перегородок, перекрытий и покрытий зданий. Фибролитовые плиты получают также формованием и тепловой обработкой орг. коротковолнистого сырья. 6) Пробковые теплоизоляционные материалы (плиты, скорлупы, сегменты) применяют для теплоизоляции ограждающих зданий, холодильников и поверхностей холодильного оборудования. Изготовляют их путем прессования измельченной пробковой крошки, которую получают как отход при производстве закупорочных пробок из коры пробкового дуба. 7) Теплоизоляционные пенопласты в виде газонаполненных пластмасс, а так же минераловатных и стекловатных изделий изготовляют на полимерном связующем. 
Древесностружечные плиты ДСП –получают горячим прессованием массы состава 90%, древесной шерсти 7-9%,синтетические смолы + антисептик + антипирены. 9) Войлочные материалы изготовляют из грубой конской или коровьей шерсти с примесью льняной пакли. Войлок используют при утеплении стен и потолков, помещая его под штукатурку. Войлок не гниет и не горит, но он может тлеть, имеет большое водопоглощение, служит средой для размножения моли.