Технология производства

В качестве органического заполнителя применяется измельчённая древесина (деревобетон), костра льна или конопли (костробетон), дроблёная рисовая солома или дроблёные стебли хлопчатника. Для минерализации наполнителя используют хлорид кальция (пищевая добавка E509), нитрат кальция, жидкое стекло или иные вещества, блокирующие негативное действие органических веществ на затвердевание цемента.

Разновидности

Различают теплоизоляционную (плотность от 400 до 500 кг/мі) и конструкционную (плотность от 500 до 850 кг/мі) разновидности. Обычно применяется в виде готовых строительных блоков или плит для возведения самонесущих стен или внутренних перегородок зданий, а также в качестве теплоизоляционного и звукоизоляционного материала.

Характеристики

Теплопроводность арболита составляет 0,07-0,17 Вт/(м·К).

Важнейшей характеристикой арболита, как и любого строительного материала, является предел прочности на сжатие. Предел прочности на сжатие арболита варьируется от М5-М10 для теплоизоляционного до М25-М50 и даже до М100 - для конструкционного.

Арболит обладает повышенной прочностью на изгиб, очень хорошо поглощает звуковые волны.

Арболит не поддерживает горение, удобен для обработки. Конструкционные виды обладают высоким показателем прочности на изгиб, могут восстанавливать свою форму после временного превышения предельных нагрузок.

К недостаткам арболита можно отнести пониженную влагостойкость. Наружная поверхность конструкций из арболита, соприкасающихся с атмосферной влагой, должна иметь защитный отделочный слой. Влажность воздуха в помещениях со стенами из арболита желательно поддерживать не выше 75%.[1] * оно способно «дышать», поэтому обеспечивает отличный воздухообмен в доме;

* дерево имеет плотность 500-600 кг/м3, что позволяет сэкономить на фундаменте;

* дерево обладает низкой теплопроводностью, что снижает затраты на отопление;

* для зимнего проживания выбирают толщину стен 15-20 см. + утепление. Такая небольшая толщина стен позволяет увеличить полезную площадь дома.

Свойства и характеристики арболита:

арболит материал крупнопористый, обеспечивает прекрасный воздухообмен в помещениях, тем самым делая микроклимат в доме очень комфортным для проживания;

плотность арболита 500-600 кг/м3, что позволяет сэкономить на фундаменте;

у арболита низкая теплопроводность, которая позволяет строить в Московской области дома с толщиной стен 30 см.;

прочность арболита В2 и отличные характеристики по прочности на растяжение и изгиб дают возможность без всяких проблем строить дома высотой 2-3 этажа с толщиной стен в 30 см. При этом можно использовать как деревянные, так и железобетонные перекрытия;

большие и удобные размеры блоков ускоряют процесс строительства и экономят средства на оплату рабочих;

несмотря на то, что арболит состоит почти полностью из древесной щепы, он не гниет, не подвержен заражению микроорганизмами и грибками. Такие свойства древесина приобретает после обработки при условии нахождения в растворе из высокосортного цемента.

арболит относится к классу трудносгораемых материалов и способен выдержать открытое пламя с температурой минимум 1000°C в течение 45-90 минут.

арболит устойчив к ударным и механическим воздействиям, и в то же время легко сверлится и пилится, легко держит крепежные элементы.

удельная теплоемкость арболита в несколько раз больше, чем у кирпича, именно поэтому в домах из арболита в летний зной прохладно, а в зимнюю стужу стены из арболита способны долго сохранять тепло.

Арболит изготавливается в соответствие с действующим ГОСТ 19222-84 и Инструкцией по проектированию, изготовлению и применению конструкций и изделий из арболита (Утверждена постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 4 мая 1982 г. № 116)

Арболит, как керамзитобетон и полистиролбетон относится к категории легких бетонов. В состав арболита входят портландцемент, органический наполнитель, химические добавки (например, хлористый кальций) и вода. Органический наполнитель, входящий в состав арболита, представляет ни что иное как древесную щепу, измельченную древесину, отходы деревообработки, стебли хлопчатника, костры конопли или льна и т.п. Химические добавки, содержащиеся в составе арболита, нейтрализуют остаточный сахар из наполнителя и обеспечивают повышение сцепления древесного наполнителя с цементом, а также улучшение свойств, например, регулирование пористости, ускорение твердения, повышение бактерицидных свойств и т.п.

Технические требования к составу арболита регламентируются ГОСТ 19222-84 «Арболит и изделия из него».

Очень часто арболит путают с опилкобетоном - это связано с тем, что в состав и того и другого материалов входит древесный наполнитель. Однако следует учесть, что в состав арболиты входит специально изготовленная щепа на щепорубке, которая имеет определенный фракционный состав и геометрию.

Технические характеристики арболита, имеющего в составе в качестве заполнителя древесную щепу:

Характеристика	Значение
Прочность на сжатие	3-3,5 МПа
Прочность на изгиб	0,7-1 МПа
Теплопроводность	0,1 Вт/(м*С)
Морозостойкость	25-50 циклов
Усадка в %	0,4-0,5
Биостойкость	V группа
Огнестойкость	0,75-1,5 часа
Звукопоглощение(126-2000Гц)	0,17-0,6
Влагопоглощение %	40 -- 85

Основными преимуществами арболита принято считать:

1. Арболит имеет высокие звуко- и теплоизоляционные свойства, которые обеспечены пористостью материала, что позволяет не применять дополнительное утепление;

2. Высокая пожаростойкость;

3. Арболит не подвержен гниению;

4. Арболит является легким материалом, что облегчает процесс укладки;

5. В случае высокой нагрузки на изгиб или сжатие арболит не ломается и не трескается, а только продавливается;

6. В арболит хорошо вкручиваются саморезы, вбиваются гвозди. Также гвозди и саморезы очень хорошо держатся даже без применение дополнительных пробок;

7. Арболит является экологически чистым материалом.

Сравнительная таблица свойств арболита и других материалов (по теплопроводности и плотности)

Наименование материала	Теплопроводность, Вт / м.	Плотность, кг / куб. м.
Арболит	0,08 -- 0,17	400 -- 850
Пенобетон	0,10 -- 0,38	400 -- 1400
Газобетон	0,12 -- 0,20	500 -- 1200
Керамзитобетон	0,50 -- 0,70	900 -- 1200
Полистиролбетон	0,55 -- 0,20	400 -- 900
Силикатный кирпич	0,50 -- 0,87	1800 -- 2000
Облицовочный кирпич	0,50 -- 0,80	1500 -- 2000

К недостаткам арболита можно отнести высокое водопоглощение (примерно 30-50%), что ограничивает его использование в помещениях с высокой влажностью.

Также одним из недостатков арболита является то, что дерево, являющееся основным компонентом в составе данного материала образует конфликт с цементом при поглощении влаги -- другими словами, дерево при поглощении влаги меняет свой объем, а застывший цемент сохраняет объем. Для минимизации влияния данного фактора в состав арболита вносят такой компонент как сульфат алюминия, чтобы снизить гидрофильность древесного наполнителя.

В случае несоблюдения технологии производства арболита качество материала очень сильно страдает, в этой связи не рекомендовано его самостоятельное изготовление.

Технология производства арболита:

Для производства арболита, как уже говорилось выше, используется щепа определенного размера, получаемая при помощи специальной рубительной машины -- щепорубки.

Значительное влияние на качество арболита имеет свежесть щепы - больше всего подходит щепа из древесины, которое лежало под открытым небом 3-6 месяцев. Это связано с тем, что в свежесрубленном дереве содержатся сахара, которые разрушаются, если дереву дать выдержаться на открытом пространстве. Если времени на выдержку нет, то щепу из свежего дерева необходимо не менее суток замачивать в специальном хим растворе - это необходимо для устранения воздействия сахаров.

Также для соблюдения технологии производства арболита необходимо позаботиться о качестве добавок. Признано, что ниболее подходящие добавки при производстве арболита - сульфат алюминия и хлористый алюминий.

Качество арболита во многом определяется последовательностью внесения компонентов! Следует также учесть, что арболитовую смесь можно правильно замесить только в смесителе принудительного типа.

Основным моментом в технологии производства арболита является что, после укладки арболитовой смеси не нужно долгое вибропресование (не больше 20 секунд) - лишь для равномерно заполнения. Это связано с тем, что в процессе длительного вибропресования происходит разделения цемента и щепы - цемент оседает вниз.

Применение

Теплые малоэтажные дома для постоянного проживания - основное направление использования стеновых блоков из арболита. Проекты зданий из пенобетона практически полностью подходят для строительства из арболита, при этом строительство упрощается и удешевляется из-за лучших физических свойств арболита и отсутствия требования к поясу армирования. Кроме того, арболитовые блоки не подвержены повреждениям в процессе перевозки.

Арболит является долговечным экологичным строительным материалом, который славится высокими тепло сберегающими качествами. Теплопроводность арболита составляет 0,08 - 0,17 Вт/(мК), что превосходит керамзитобетон в 2,5 - 3,5 раза, кирпич - в 4 - 5 раз., Для обогрева помещений со стенами из арболита толщиной 30 см требуется в два раза меньше энергии, чем для помещений с кирпичной стеной толщиной 75 см. Уникальные свойства арболита позволили применить его для строительства даже в Антарктиде.

Арболит в качестве строительного материала применяется уже на протяжении нескольких десятков лет, поэтому за эти годы он вполне сумел подтвердить свою долговечность и ряд других преимуществ по сравнению с другими материалами. Причем сравнивать блоки арболита можно как с традиционными стеновыми материалами, к примеру, брус, бревно и кирпич, так и с современными газобетон, пенобетон, керамзитобетон.

Арболит по составу относится к разряду легких ячеистых бетонов на основе органического наполнителя. Для нашей страны характерен в основном арболит, в состав которого входят отходы лесопромышленных предприятий, а в частности щепа с определенным размером фракции. Благодаря тому, что готовые блоки арболита состоят почти на 70% из древесины, они обладают всеми ее достоинствами в сочетании с основными преимуществами камня, а процесс их производства позволяет решить наболевшие проблемы по утилизации отходов на лесопилках и крупных лесоперерабатывающих предприятиях.

Арболит на основе древесной щепы, делают с добавление высококачественного цемента и минерализаторов, поэтому это экологически чистый материал, обладающий свойствами, которыми может похвастаться сама древесина. В первую очередь блоки арболита имеют небольшой вес, низкую теплопроводность, высокие звукоизоляционные свойства, к тому же они легко обрабатываются любым инструментом и сохраняют способность дышать. Как в деревянном доме, в строениях из арболита благоприятный микроклимат, они быстро прогреваются, надолго сохраняют тепло и поддерживают необходимый для человека уровень влажности.

В отличие от деревянных стеновых материалов блоки арболита не нуждаются в дополнительной защитной обработке, поскольку не горят и не подвержены различным биологическим поражениям. К тому же дом из арболита практически не требует времени на усадку и перед тем, как начать отделочные работы не надо будет ждать год или два. Например, небольшой дачный домик или загородный коттедж можно построить всего за месяц. И стоить он будет на порядок дешевле, чем дом из массива древесины, сохранив при этом все ее главные достоинства.

Шлаковая пемза. Технология. Общие сведения

Шлаковая пемза

Шлаковая пемза -- сыпучий высокопористый материал, который получают вспучиванием (поризацией) шлакового расплава при его быстром охлаждении. Шлаковые расплавы со значительным количеством газообразных веществ (более 162 см3/кг) при охлаждении выделяют газы и образуют пористую текстуру. Однако при производстве шлаковой пемзы прибегают к искусственному вспучиванию водой, вводимой в расплав. Для получения шлаковой пемзы однородной мелкопористой текстуры необходимо осуществить объемное контактирование воды и шлакового расплава. Этого можно достичь за счет диспергирования воды и шлакового расплава.Существует несколько методов получения шлаковой пемзы, основанных на послойном и объемном контактировании шлакового расплава с водой. Более 70% шлаковой пемзы производится брызгальнотраншейным способом и в опрокидных бассейнах. Свойства шлаковой пемзы, полученной этими способами, неоднородны. Объемная масса колеблется от 400 до 800 кг/м3. Более совершенным способом считается гидроэкранный. Шлаковый расплав из шлаковозного ковша подается в первый наклонный желоб и простреливается струей воды, вытекающей из первого гидромониторного насадка со скоростью до 20 м/с. Капли расплава, перемешиваясь, выбрасываются на экран, откуда попадают на второй желоб. Здесь расплав вторично простреливается струями воды из второго гидромониторного насадка и выбрасывается на конвейер. Вспученные и охлажденные глыбы подаются на промежуточный склад, а затем в дробильно-сортировочное отделение. Шлаковая пемза, полученная по этой технологии, имеет однородную мелкопористую текстуру, объемную массу 640 -- 650 кг/м3 и прочность при сжатии 1,5 -- 2,5 МПа. Шлакопемзовый щебень и песок применяют для приготовления легких цементобетонов как теплоизоляционный материал. Щебень из шлаковой пемзы с объемной массой 1000 кг/м3 и выше может быть использован для конструктивных цементобетонов. Шлаковая вата -- разновидность минеральной ваты. Сырьем для производства минеральной ваты служат промышленные отходы, главным образом доменные шлаки, а также бой глиняного и силикатного кирпича, отходы цементной и керамзитовой промышленности. Шлаковая вата представляет собой стекловидные нити толщиной до 8, длиной до 60 мм. Объемная масса шлаковой ваты не более 125 кг/м3, содержание корольков (невытянутых капель) по массе не более 25%. Шлаковая вата является высокоэффективным теплоизоляционным материалом. При производстве минеральной ваты сырьевая смесь расплавляется в вагранках или других тепловых агрегатах и перерабатывается в волокно дутьевым, механическим или комбинированным способом. Из минеральной ваты изготавливают войлок, маты, а с добавлением органических и неорганических вяжущих -- плиты, скорлупы и сегменты.Литые шлаковые изделия изготовляют из доменного шлакового расплава, количество которого характеризуется химическим составом, вязкостью, наличием газообразных веществ. Избыток кремнезема, например, может привести к образованию повышенного количества стекловатой массы, а следовательно, и к хрупкости изделий. В шлаках же, боцатых СаО, добавка кварцевого песка устраняет склонность шлака к силикатному распаду и увеличивает прочность изделия до 200 МПа. Увеличение времени остывания несколько снижает отрицательное влияние избытка кремнезема. Шлакоситаллы -- шлаковые изделия, которые получают путем отливки, штамповки или проката шлакового расплава определенного химического состава с введением в него катализаторов (зародышей кристаллов) и последующей двухступенчатой термической обработкой. В результате изделия приобретают тонкокристаллическое строение и характеризуются плотным сложением, большой прочностью (предел прочности при сжатии 500 -- 650 и при изгибе 70-- 120 МПа), твердостью, вязкостью, морозостойкостью. Изделия из шлакоситаллов применяют для устройства тротуаров, переходов, облицовки сооружений, футеровки элементов машин, подвергающихся износу (мельницы, лотки и др.).

Зольный гравий. Сырье, технология, характеристика

Сырьем для производства зольного гравия служат золы теплоэлектростанций, в том числе и из отвалов после их гидроудаления. Технология, разработанная ВНИПИтеплопроектом, предусматривает сушку и помол золы, затем ее окатывание в шаровидные гранулы диаметром около 15 мм. Для облегчения грануляции и обеспечения достаточной прочности гранул золу смачивают водным раствором сульфитно-спиртовой барды (отход целлюлозного производства) или же добавляют глину. Далее гранулы подсушивают и обжигают в коротких вращающихся печах прямоточного действия, причем их подают сразу в высокотемпературную (около 1200 °С) зону печи. Для повышения пористости гравия в золу можно добавлять древесные опилки.

Насыпная плотность зольного гравия -- 300--800 кг/м3. Насыпная плотность гравия фракций 5--10 и 10--20 мм близка. Предел прочности при сдавливании в цилиндре приблизительно соответствует требованиям к керамзитовому гравию той же насыпной плотности. Основное назначение -- конструкционно-теплоизоляционные бетоны.

Заполнитель на основе золы теплоэлектростанций в смеси с глинами получают также и в противоточных вращающихся печах по технологии, принятой в производстве керамзита. Его называют глинозольным керамзитом.

Безусадочные, расширяющиеся и напрягающие цементы

В последнее время все большее значение приобретают вяжущие, получаемые смешением различных чистых вяжущих друг с другом и с некоторыми добавками. Это позволяет получать композиции, характеризующиеся специальными свойствами или свойствами, присущими каждому компоненту, В частности, смешением определенных вяжущих можно получить так называемые расширяющиеся и напрягающие цементы.

Смешивая портландцемент или глиноземистый цемент с высокопрочным или строительным гипсом и высокоосновным гидроалюминатом в точно установленных соотношениях по массе, получают водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ), предложенный В.В. Михайловым. И.В. Кравченко разработала расширяющийся портландцемент (РПЦ), получаемый измельчением смеси портлаидцементного клинкера, высокоглиноземистого шлака, двуводного гипса и гидравлической добавки. А.В. Волженский предложил гипсоцементно-пуццо-лановые (ГЦПВ) и гипсошлакоцементно-пуццолаиовые вяжущие (ГШЦПВ), представляющие собой смеси строительного или высокопрочного гипса с портландцементом или шлакопортландцементом и пуццолановой добавкой. Для них показательны быстрый рост прочности, обусловленный наличием полуводного гипса, и способность твердеть во влажных условиях подобно гидравлическим цементам.

Рассмотрим составы, способы изготовления и свойства некоторых расширяющихся цементов, а также гипсо-цементно-пуццолановых вяжущих.

Как отмечалось ранее, бетоны и растворы на портландцементе и его разновидностях при твердении в воздушной среде дают значительную усадку, повышающую, в частности, их водопроницаемость, склонность к трещиинобразованию и т. п. В связи с этим уже давно предпринимались попытки создать безусадочные и расширяющиеся вяжущие вещества и бетоны. В настоящее время существует много видов расширяющихся цементов, в разработку состава которых и изучение свойств большой вклад внесли советские ученые B.В. Михайлов, П.П. Будников, И.В. Кравченко, C.Л. Литвер и др. Расширяющиеся цементы получают на основе глиноземистого цемента или портландцемента.

Цементы на основе глиноземистого цемента быстро схватываются и твердеют, цементы же на основе портландцемента твердеют медленнее.

Для всякого вяжущего вещества, в том числе и для отдельных видов цементов, имеется такое оптимальное, присущее только ему водовяжущее отношение (или оптимальная концентрация вяжущего в системе), при котором в принятых условиях длительного твердения обеспечивается оптимальная долговечность системы (растворов, бетонов). При повышенной концентрации в ней вещества и соответственно пониженном по сравнению с оптимальным В/В создаются предпосылки к снижению прочности или даже к разрушению сложившейся структуры вследствие давления зародышей новых частиц гидратов, возникающих из негидратированного вещества, при отсутствии свободного пространства для их размещения с промежутками между ними. Из-сказанного следует, что любое вяжущее вещество в смеси с оптимальным или повышенным количеством воды должно давать твердеющую систему с «нормальными» деформациями усадки и тем большими, чем больше В/В будет отличаться от оптимального. Обычные бетоны на цементных, гипсовых вяжущих, как правило, готовятся при В/В = = 0,4...0,6, т. е. больших оптимального. Это предопределяет их общеизвестные деформативные свойства с повышенными значениями усадки.

Но по мере уменьшения В/В в этих композициях (а также в композициях других вяжущих) за пределы оптимального они будут переходить сначала в класс безусадочных, а затем в класс расширяющихся и даже саморазрушающихся при свободном расширении или напрягающих при гидратации в «замкнутом» объеме. Интенсивность и скорость развития соответствующих деформаций во времени должны зависеть от индивидуальных свойств вяжущих и условий твердения.

При разработке новых сверхбыстротвердеющих вяжущих веществ, а также безусадочных, расширяющихся, напрягающих цементов исследователи часто обращаются к безводным веществам, отличающимся быстрым взаимодействием с водой и связыванием ее в гидраты в максимальном количестве, что способствует резкому увеличению содержания твердой фазы, а следовательно, уменьшению пористости системы и увеличению ее прочности при пониженном В/В. При этом необходимо учитывать стойкость гидратов во времени при.воздействии атмосферных и иных факторов. Известно, в частности, уменьшение степени оводненности гидросиликатов и гидроалюминатов кальция с истечением времени твердения системы даже при обычных температурах и переходом воды из твердой фазы в жидкую. В то же время CaS04-*2Н20 подвержен разложению с выделением воды лишь при 60 °С и выше, а Са(ОН)2 при 500 °С и более.

Эти формулы позволяют в определенной мере прогнозировать свойства того или иного вяжущего в затвердевшем состоянии. Так, содержание безводного вещества, связывающего повышенное количество неиспаряемой воды Wo, оказывается пониженным в затвердевшей системе. При этом уменьшается и плотность р гидрата, что надо учитывать. Фактор V, отражающий минимальный объем пор, образующихся при заданных условиях твердения между частичками гидрата, выраженный в см3/см3 абсолютного его объема, характерен тем, что чем больше его значение, тем меньше содержание в системе исходного вещества при оптимальном соотношении компонентов и тем больше должна быть пористость, меньше прочность, ниже долговечность.

Расширяющиеся и напрягающиеся вяжущие, как правило, являются композиционными, в которых основной компонент твердеет при оптимальном или близком к нему В/В, второй же компонент (расширяющаяся добавка) взаимодействует с водой при пониженном В/В, вызывая эффект расширения на начальном этапе твердения системы. Она вводится в строго дозированном количестве с учетом ее свойств с исчерпанием ее содержания после достижения необходимого эффекта в целом. Имеются и трехкомпонентиые расширяющиеся вяжущие, в которых назначение третьего компонента сводится к прекращению действия расширяющейся добавки, в частности переводом ее в иное вещество, не обладающее свойством расширения в принятых условиях твердения системы.

По А. Ляфюма, деформации расширения и усадки обыкновенных, безусадочных и расширяющихся цементов в различных условиях твердения характеризуются схемой, приведенной на 50.

А. Лосье следующим образом классифицирует расширяющиеся цементы по показателям свободного расширения образцов из теста при хранении их в воде

По данным этого же исследователя, расширение бетонов на этих цементах зависит от показателя их расширения (на образцах из теста) и содержания вяжущего в бетоне. Приблизительно можно считать, что свободное расширение бетона при содержании в нем цемента 250-- 300 кг/м3 составляет 0,1 показателя для образцов из теста; при содержании цемента 400 кг/м3 оно равно 0,2; при содержании цемента 600 кг/м3 -- 0,45.

Для получения эффекта увеличения исходного объема бетона на требуемую величину в начальный период твердения (1--10 сут) в указанные цементы вводят в необходимом количестве расширяющиеся добавки. Показатель объемного расширения твердеющей смеси зависит от многих факторов и, в первую очередь, от вида исходного цемента, его химического и минерального состава, а также от вида расширяющейся добавки, соотношения компонентов в смеси, степени измельчения добавки и температурного режима твердения бетонной смеси.

В настоящее время расширяющиеся цементы в значительном количестве выпускают в СССР, США и Японии, преимущественно на. основе портландцемента. Глиноземистый цемент используют незначительно вследствие его высокой стоимости.

В качестве расширяющихся добавок предложено значительное количество веществ, среди которых наиболее изучены в отношении возможности их применения алюминаты и сульфаты кальция, а также оксиды кальция и магния. На практике преимущественно применяют материалы, содержащие алюминаты и сульфаты кальция, что обусловлено интенсивным и достаточно хорошо регулируемым объемным расширением бетонов на цементах с этими добавками, возникающим вследствие быстрого образования гидротрисульфоалюмината кальция ЗСаО-*Al203-3CaS04-31 H20. В настоящее время используют синтетические сульфоалюминатные клинкеры, получаемые обжигом при температуре около 1300°С соответствующих сырьевых смесей. При этом одним из компонентов клинкера является 3(CA)-CaS04, обусловливающий расширение цемента при взаимодействии с водой. Изготовление расширяющегося цемента в этом случае сводится к совместному помолу обычного портлаидцемент-ного клинкера с клинкером, содержащим сульфоалюми-иат кальция, и гипсом. Соотношения между компонентами подбирают таким образом, чтобы получить продукт с требуемым объемным расширением в зависимости от свойств исходных компонентов. Такие цементы по исследованиям Клейма с индексом «К» применяются в США. По другому способу в США расширяющиеся цементы получают помолом портладцементиого клинкера, содержащего повышенное количество алюмината кальция (до 10--13 %) с повышенным по сравнению с требуемым по стандарту количеством гипса.

В СССР и Японии расширяющиеся цементы получают чаще всего совместным помолом портландцементного клинкера с расширяющимися добавками. В качестве расширяющихся добавок, по В. В. Михайлову, применяют специально приготовляемые, например из глиноземистого цемента, высококальциевые алюминаты С4АН13 или различные материалы со значительным количеством глинозема (глиноземистые цемент, шлаки и т. п.). К.С. Кутателадзе с сотрудниками предложил для получения расширяющихся цементов использовать алунитовые породы, содержащие сульфат алюминия и обожженные при 600 °С. Имеется также опыт применения сталерафини-ровочных шлаков (К.П. Грабенко, В.X. Хомич, Т.В. Кузнецова и др.).

Как уже отмечалось, в зависимости от ряда факторов (состав цементов, тепловой режим твердения, содержание их в бетоне и др.) свободное линейное расширение бетонов может изменяться от долей процента до 1,5--3 % без нарушения сплошности тела. В условиях связанного, ограниченного увеличения объема твердеющей системы (в виде теста, раствора или бетона) в ней возникают напряжения сжатия и тем более высокой интенсивности, чем сильнее выражена способность цемента к расширению. Бетоны на цементах с пониженной энергией расширения становятся малоусадочными и даже безусадочными при твердении в среде, благоприятствующей их высыханию. Цементы с повышенной химической энергией расширения дают возможность изготовления самонапряженных бетонов при их твердении в условиях связанного, ограниченного расширения. Такие цементы, обеспечивающие самонапряжение бетона высокой интенсивности в условиях ограниченного увеличения объема, а также натяжение арматуры в железобетоне, называются напрягающими (НЦ). На 51 представлена схема напряжений в твердеющем бетоне на портландском (а) и напрягающем (б) цементах. В первом случае при высыхании в бетонном элементе возникают напряжения сжатия, которые при ограниченной возможности уменьшения его внешнего объема приводят к растягивающим напряжениям. Когда последние достигают уровня, превышающего предел прочности бетона на растяжение, в нем возникают усадочные трещины. В бетонном элементе на расширяющемся цементе при твердении возникают растягивающие напряжения, но в условиях ограниченного (связанного) расширения бетонный элемент испытывает напряжение сжатия. При высыхании такого элемента и развитии в нем усадочных деформаций уровень напряжений сжатия уменьшается. Тем не менее они остаются достаточно высокими, чтобы предотвратить возникновение трещин.

В СССР наибольшее применение получили расширяющиеся цементы, разработанные в НИИЖБ под руководством В.В. Михайлова, а также в НИИцементе под руководством И.В. Кравченко. Разновидностью расширяющихся цементов, разработанных И.В. Кравченко, является гипсоглинозвмистый цемент (ГОСТ 11052--74). Получают его совместным помолом высокоглиноземистых шлаков и двуводного гипса. Компоненты берут в соотношении 0,7:0,3 по массе. Вяжущее это характеризуется интенсивным твердением в водной и воздушной среде. Для его изготовления применяют высокоглиноземистые шлаки с большим содержанием однокальциевого алюмината. Вяжущее измельчают до остатка на сите № 008 не более 10 %. Начало его схватывания должно наступить не ранее 20 мин, а конец -- не позднее 4 ч.

По прочности цемент разделяют на марки 400 и 500, устанавливаемые испытанием на сжатие образцов по ГОСТ 310.4--81 из растворов 1:3 и испытанных через 3 сут твердения.

Линейное расширение цемента устанавливают на образцах размером 4X4X16 см- При твердении образцов из теста в воде через 1 сут расширение должно быть не менее 0,15 %, а через 28 сут -- не менее 0,3 и не более 1 %. При твердении образцов на воздухе (после трехсуточного нахождения в воде) расширение должно быть не менее 0,1 %. Образцы из теста через 1 сут, а образцы из раствора (1:2) через 3 сут после изготовления не должны пропускать воду под давлением 1 МПа (изб.).

Для бетонов на гипсоглиноземистом цементе характерна высокая прочность сцепления нового бетона со старым (в 20--25 раз выше, чем бетонов на портландцементе). Бетоны на рассматриваемом цементе хорошо твердеют при температурах до 80 °С, которые недопустимы при твердении бетонов на чистом глиноземистом цементе. Растворы на этом цементе характеризуются высокой морозостойкостью.

Твердение гипсоглиноземистого цемента обусловлено взаимодействием глиноземистого цемента с водой с образованием, в частности, СгАНв. Кроме того, особенно в начальный период твердения идет образование и гидро-сульфоалюминатов кальция, вызывающих к тому же некоторое расширение всей системы. Поэтому гипсоглиноземистый цемент характеризуется высокой сульфато-стойкостью, хотя в растворах хлористых солей он менее устойчив, чем глиноземистый.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент предназначается для изготовления безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов, для заделки стыков сборных бетонных и железобетонных конструкций, омоноличивания и усиления конструкций, зачеканки швов и раструбов и т. п. Нельзя применять этот цемент в конструкциях, работающих при температурах выше 80 °С.

Расширяющиеся цементы на основе портландцемента также представлены и рядом других разновидностей. А. Лосье (Франция) один из первых предложил цемент, содержащий 70--80 % портландцемента, 15--20% доменного шлака и б--15 % расширяющегося компонента, который получают обжигом смеси двуводиого гипса (50%), красного боксита (25%) и мела (25%). Чем больше этого компонента, тем сильнее расширяется цемент, что является следствием образования трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция. Роль доменного шлака сводится к связыванию избыточного сульфата кальция на определенном этапе твердения всей смеси и к ее стабилизации. Предложено также получать расширяющиеся цементы, смешивая портландцемент, глиноземистый и сульфатно-шлаковый цемент или вводя в портландцемент различные расширяющиеся добавки.

По данным И.В. Кравченко и Ю.Ф. Кузнецовой, интересными свойствами характеризуется расширяющийся портландцемент (РПЦ), получаемый совместным помолом цементного клинкера (60--65%), высокоглиниземи-стых доменных шлаков (5--7 %), двуводиого гипса (7--> 10 %) и активной минеральной добавки (20--25 %). Для этого смешанного вяжущего начало схватывания должно наступать не ранее 30 мин, а конец -- не позднее 12 ч. В зависимости от качества исходного портландцемента выпускают РПЦ марок 400, 500 и 600, определяемых по показателям прочности на сжатие образцов, изготовленных по МРТУ 21-44-66 из раствора 1 : 3 и испытанных через 28 сут твердения в воде. Твердение этого вяжущего обусловлено взаимодействием портландцемента с водой с образованием преимущественно иизкоосновмых гидросиликатов кальция группы CSH(B). Вместе с тем повышенное количество гипса и добавка высокоглиноземистого шлака обеспечивают интенсивное образование в начальной стадии твердения также и гидросульфоалюминатов кальция (преимущественно в виде трехсульфатиой формы), что вызывает некоторое расширение системы. Гидравлическую добавку следует рассматривать, по-видимому, как стабилизатор.

Образцы из теста расширяющегося портландцемента (РПЦ) при твердении в воде в течение суток расширяются не менее чем на 0,15 %, а через 28 сут -- на 0,3-- 1 %. При водно-воздушном твердении 28 сут расширение должно быть не менее 0,1 %. Характерен для этого цемента интенсивный рост прочности в процессе пропаривания при 70--80 °С. Это позволяет при производстве бетонных и железобетонных изделий на этом цементе ограничиваться тепловлажностной обработкой в течение 4--6 ч. Ценное свойство бетонов на РПЦ -- их высокая водонепроницаемость, которая характеризуется отсутствием фильтрации воды при давлении 1,1 МПа и более.

Этот цемент можно применять в тех же областях строительства, что и другие расширяющиеся цементы. Иногда используют его в производстве сборных бетонных и железобетонных изделий; при этом создается возможность сократить продолжительность тепловлажностной обработки.

В.В. Михайлов с Л.С. Литвером и другими сотрудниками [33] разработали теоретические основы и рекомендации по производству, оценке свойств и применению цемента расширяющегося с самонапряжением (ТУ 21-20-43-80) и цемента напрягающего (ТУ 21-20-43-82). Первый предназначен для изготовления безусадочных бетонов, твердеющих как в нормальных условиях так и с применением тепловой обработки. Цемент готовится марок 400 и 500, определяемых по ГОСТ 310.4--81. Линейное расширение образцов через 28 сут твердения должно быть не более 1,5% первоначальной величины. Оно определяется на образцах 40X40X160 мм, изготовленных из раствора 1 : 1 по массе (цемент: песок), характеризующегося расплывом конуса не менее 160 мм. Начало схватывания должно наступать не ранее 20 мин, конец-- не позднее 4 ч от начала затворения. В цемент при изготовлении вводят гипс в количестве 3,5--6 % по массе в расчете на серный ангидрид.

Напрягающие цементы (НЦ) отличаются не только значительной величиной, но и большой энергией расширения. Они готовятся совместным помолом смеси двуводного гипса, высокоглиноземистого компонента и портландцементного клинкера. В зависимости от свойств исходных материалов и показателей состав НЦ устанавливают специальными опытами. В необходимых случаях для усиления эффекта расширения вводят известь в количестве не более 2 %*

Особенно важно отметить, что предложенные составы НЦ для самонапряженных конструкций обеспечивают расширение бетона в тот отрезок времени, когда он достигает прочности 15 МПа и более. Это является непременным условием натяжения арматуры до требуемых показателей. Таким образом, химическая энергия, связанная с образованием цементирующих веществ, рационально используется для механической работы натяжения арматуры. Важно также, что при этом наблюдается двух- и трехосное натяжение, которое механическим путем достигается с большим трудом. Самонапряжение бетона и стали сохраняется длительные сроки. Уровень его может несколько снизиться вследствие усадочных деформаций при высыхании конструкций, а также изменения степени оводненности гидратов или их разложения в напряженных системах, что может отрицательно сказаться на их несущей способности.

В качестве глиноземсодержащих материалов рекомендуют глиноземистый цемент или шлак, алунитовую породу, обожженную при 600 °С и содержащую активный глинозем, а также кренты.

Применяют НЦ для растворов и бетонов, твердеющих при нормальной температуре и преимущественно в монолитном железобетоне, а также для изготовления самонапряженных сборных железобетонных изделий, подвергаемых тепловлажностной обработке.

Цемент НЦ выпускают двух разновидностей с энергией самонапряжения 2 и 4 МПа (20 и 40 кгс/см2). НЦ марки 20 должен рассматриваться как цемент, полностью компенсирующий усадку бетона и создающий небольшое преднапряжение. Второй предназначен для изготовления преднапряженных конструкций. При этом обращается внимание на то, что НЦ допускается к применению только в конструкциях, армированных в двух и трех направлениях при минимально допустимом коэффициенте армирования 0,15%. НЦ применяют также в бетонах без армирования.

НЦ обеих разновидностей (марок 20 и 40) должны характеризоваться следующими показателями основных свойств: предел прочности при сжатии через 1 сут должен быть не менее 15 и через 28 сут не менее 50 МПа; предел прочности при изгибе через 28 сут не менее 6 МПа; самонапряжение в возрасте 28 сут не менее 2 и 4 МПа; линейное расширение через 28 сут не более -- соответственно 2 и 2,5 %; начало схватывания не ранее 30 мин, конец -- не позднее 4 ч. Следует подчеркнуть, что все показатели перечисленных свойств определяются по ГОСТ 310.1--71 (с изм.) --ГОСТ 310.4--81 на растворе 1:1 по массе (цемент: песок), характеризующимся расплывом конуса не менее 120 и не более 145 мм.

Применение напрягающих цементов эффективно в конструкциях подземных, подводных и различных напорных сооружений. Они используются в самонапряженном железобетоне полов промышленных зданий, в покрытиях дорог и аэродромов, в конструкциях спортивных и гражданских зданий.

Магнезиальные вяжущие вещества

Магнезиальные вяжущие вещества (каустический магнезит MgO и каустический доломит MgO + СаСО₃) -- тонкодисперсные порошки, активной частью которых является оксид магния.

Получают магнезиальные вяжущие умеренным (до 700...800° С) обжигом магнезита (реже доломита). При этом карбонат магния диссоциирует с образованием оксида магния MgCO₃ > MgO + СО₂, а карбонат кальция СаСО₃ (в доломите) остается без изменения и является балластной частью вяжущего. Обожженный продукт размалывают.

При затворении водой оксид магния гидратируется очень медленно, проявляя слабые вяжущие свойства. Магнезиальные вяжущие принято затворять раствором хлорида или сульфата магния. В этом случае гидратация протекает значительно быстрее с образованием гидрата оксихлорида магния (3MgO * MgCl₂ * 6Н₂О), уплотняющего образующийся материал.

Сроки схватывания каустического магнезита зависят от температуры обжига и тонкости помола и обычно находятся в пределах: начало - не ранее 20 мин; конец - не позднее 6 ч.

Твердение начинается интенсивно, и через сутки вяжущее достигает прочности 10... 15 МПа; через 28 суток воздушного твердения прочность составляет 30...50 МПа. В жестких смесях прочность может достигать 100 МПа.

Магнезиальные вяжущие в XIX -- начале XX в. применялись для устройства бесшовных монолитных, так называемых ксилолитовых полов. Ксилолит (от гр. xelon -- древесина) -- бетон на магнезиальном вяжущем с наполнителем из древесных опилок. Серьезных перспектив у магнезиальных вяжущих из-за дефицитности сырья (магнезиты необходимы для получения огнеупоров) нет, но в последнее время они вновь начали применяться в отечественном строительстве.

Магнезиальные вяжущие

Магнезиальными вяжущими называются каустический магнезит и каустический доломит, изготовленные умеренным обжигом природных магнезитов и доломитов. Главная особенность этих вяжущих заключается в том, что они затворяются не водой, а водными растворами некоторых солей.

Сырьё

Сырьём для магнезиальных вяжущих выступают главным образом карбонаты. В природе встречаются карбонаты магния MgCO3, двойные карбонаты кальция и магния CaMg(CO3)2.

Производство

Производство магнезиальных вяжущих заключается в предварительном измельчении сырья, обжиге и помоле.

Дробление производится до кусков различных размеров, что зависит от конструкции печей: для шахтных печей средний размер кусков обычно составляет 50-60 мм, а при обжиге во вращающихся - 10-15 мм.

Диссоциация магнезита и доломита является процессом эндотермическим. На разложение 1 кг магнезита расходуется 1440 кДж теплоты, а для полной диссоциации доломита немного больше.

Для обжига магнезита применяют либо шахтные печи с выносными топками, либо вращающиеся печи. В шахтных печах поддерживается температура 700-800, а во вращающихся - 900-1000°С. Более высокая температура обжига во вращающихся печах объясняется тем, что длительность пребывания материала в них значительно меньше. Производительность шахтных печей обычно составляет 20-30 т/сут. при расходе топлива - 10-15% от массы готового продукта. Производительность вращающихся печей - 50-120 т/сут. при расходе топлива в 20-30%.

Магнезиальный цемент применяют чаще всего с органическими заполнителями. Такие изделия отличаются повышенной ударной вязкостью, хорошо обрабатываются, жаропрочны, обладают звукоизоляционными свойствами.

Изделия из магнезиальных вяжущих, заполнителем в которых являются древесные опилки, получили название ксилолитовых (ксилолит (греч.) - дерево-камень). Из ксилолита делают плитки, ступени, плиты для подоконников и т.п. Устраивают из него тёплые бесшовные полы, долго не истирающиеся и весьма гигиеничные.

В состав массы для ксилолитовых полов наряду с MgO, MgCl2 и опилками иногда вводят мелкий асбест, тальк, повышающие плотность. и мраморную крошку, увеличивающую стойкость к истиранию.

На основе магнезиальных вяжущих производят также теплоизоляционные пено- и газоматериалы.

Магнезиальные вяжущие можно применять для штукатурных работ, используя в качестве заполнителя песок.

Эффективные керамические стеновые материалы

Наружные стены из обыкновенного глиняного кирпича имеют надлежащее термическое сопротивление при сравнительно большой толщине: 2 -- 2,5 кирпича или 52 -- 64 см. Стены получаются тяжелыми -- масса 1 м2 стены составляет 800 -- 1100 кг, такие стены нередко обладают излишней прочностью, которая не используется.

Пустотелые кирпичи и керамические камни выгоднее в производстве по сравнению со сплошным кирпичом и эффективнее особенно в наружных стенах зданий. Производство пустотелых стеновых изделий требует меньших затрат сырья и топлива, а поскольку ускоряются сушка и обжиг тонкостенных изделий, то соответственно повышается производительность сушилок и печей. Применение пустотелых керамических изделий позволяет уменьшить толщину наружных стен, снизить материалоемкость ограждающих конструкций на 20 -- 30%, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание. Экономическая эффективность применения пустотелой керамики возрастает по мере снижения ее объемной массы. Например, стоимость 1 м2 стены толщиной 52 см из пустотелого кирпича на 15 -- 25% ниже, чем стены из сплошного кирпича толщиной 64 см. Основные характеристики стеновых керамических изделий, сопоставленные в табл. 12, говорят о технико-экономических преимуществах пустотелых изделий перед обыкновенным кирпичом: снижается объемная масса и теплопроводность при сохранении марок по прочности М75, М200, М250 и по морозостойкости Мрз15, Мрз35, Мрз50.

Кирпич глиняный пустотелый изготовляют со сквозными или несквозными (пятистенный) пустотами, расположенными перпендикулярно постели. Сырьем для его получения служат легкоплавкие глины или глинотрепельные смеси с выгорающими добавками или без них.

Кирпич строительный легкий имеет те же размеры, что и обыкновенный кирпич, но значительно легче последнего -- объемная масса легкого кирпича 700 -- 1450 кг/м3. Его изготовляют из глины, диатомита и трепела с обязательным введением выгорающих добавок. Относительно малая теплопроводность (табл. 12) этого кирпича дает возможность выполнять наружные стены толщиной 38 -- 52 см.

Таблица 12 Основные показатели стеновых керамических изделий

Рис. 38. Виды керамических стеновых изделий: а -- обыкновенный кирпич; б -- дырчатый кирпич; в -- щелевой камень; г -- сотовый камень; д -- щелевой камень для панелей

Пустотелые керамические камни (рис. 38) изготовляют из легкоплавких глин с числом пластичности Пл = 15 -- 25. Многопустотные камни формуют только на вакуумных прессах. Размеры камней больше, чем кирпича, поэтому их применение повышает производительность труда при кладке стен, а также приводит к уменьшению количества швов. Несмотря на большую пустотность (25 -- 37%), марки керамических камней (М75 -- 250) почти такие же, как у сплошного кирпича (табл. 12), отсутствует только МЗОО. Поэтому керамические камни применяют для каркасных и несущих стен.

Состав типовых технологических карт

Типовая технологическая карта должна содержать разделы (СН 47--74):

Область применения:

Характеристика конструктивных элементов и их частей или частей зданий и сооружений (с указанием типовых проектов, основных параметров и схем);

Номенклатура видов работ, охватываемых картой;

Характеристика условий и особенностей производства работ, принятых в карте;

Указания по привязке карты к конкретному объекту и условиям строительства.

Организация и технология строительного процесса:

Указания по подготовке объекта и требования к готовности предшествующих работ и строительных конструкций, которые обеспечивают необходимый и достаточный фронт работ для выполнения строительного процесса, предусмотренного картой;

План и разрезы той конструктивной части здания или сооружения, на которой будут выполняться работы, предусмотренные картой, а также схемы организации стройплощадки (рабочей зоны) в период производства данного вида работ;

Указания по продолжительности хранения и запасу конструкций, изделий и материалов на стройплощадке (в рабочей зоне);

Методы и последовательность производства работ, разбивку здания (сооружения) на захватки и ярусы, способы транспортирования материалов и конструкций к рабочим местам, типы применяемых подмостей, приспособлений, монтажной оснастки;

Численно-квалификационный состав бригад и звеньев рабочих с учетом совмещения профессий;

График выполнения работ и калькуляцию трудовых затрат;

Указания по привязке карт трудовых процессов строительного производства, предусматривающих рациональную организацию, методы и приемы труда рабочих по выполнению отдельных рабочих процессов и рабочих операций, входящих в строительный процесс, предусмотренный технологической картой;

Указания по осуществлению контроля и оценки качества работ в соответствии с требованиями СНиП на производство и приемку работ и перечень требуемых актов освидетельствования скрытых работ;

Решения по охране труда и технике безопасности, требующие проектной разработки.

Технико-экономические показатели:

Затраты труда на принятую единицу измерения и на весь объем работ в человеко-днях;

Затраты машино-смен на весь объем работ;

Выработка на одного рабочего в смену в физическом выражении;

Себестоимость СМР.

Материально-технические ресурсы.

В этом разделе приводятся потребности в ресурсах, необходимых для выполнения предусмотренного картой строительного процесса.

Типовые технологические карты, предусматривающие выполнение строительных процессов в зимних условиях, дополнительно должны содержать указания по режиму выдерживания конструкций, местам замера температуры и влажности, способам устройства утепления и др.

Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт организации, механизации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП) Госстроя составил Руководство по разработке типовых технологических карт в строительстве, которым устанавливаются формы и содержание технологических карт.

Технологические карты -- один из основных документов ППР, содержащий комплекс инструктивных указаний по рациональной организации и технологии строительного производства, способствующих повышению производительности труда, улучшению качества и снижению себестоимости СМР.

Технологические карты обязательны для применения производителями работ, мастерами и бригадирами в качестве руководства по организации производства и труда рабочих при выполнении СМР на конкретном объекте.

Разрабатываются, как правило, типовые технологические карты на строительные процессы, результатами которых являются законченные конструктивные элементы, а также части здания, сооружения.

В зависимости от способов организации и технологии производства работ, применяемых средств механизации, Объемно-планировочных и конструктивных решений возводимых зданий и сооружений, природно-климатических, геологических, гидрогеологических и других особенностей района строительства для одного и того же строительного процесса может быть составлено несколько вариантов карт с различными технико-экономическими показателями.

Разработку типовых технологических карт необходимо осуществлять на основе изучения и обобщения передового опыта, отвечающего современному уровню планирования, организации, управления и технологии строительного производства, предусматривая:

Применение технологических процессов, обеспечивающих требуемый уровень качества работ;

Комплектную поставку конструкций, изделий и материалов из расчета на секцию, ярус, этаж и т. п.;

Максимальное использование фронта работ, совмещение строительных процессов;

Внедрение комплексной механизации работ с максимальным использованием наиболее производительных машин в две смены и более, а также применение средств малой механизации;

Поставку технологического оборудования укрупненными блоками;

Соблюдение правил производственной санитарии, охраны труда, техники безопасности, а также требований взрыво - и пожаробезопасности.

Технологические карты разрабатываются по рабочим чертежам типовых и повторно применяемых проектов зданий и сооружений, а также по рабочим чертежам зданий и сооружений с применением унифицированных габаритных схем и типовых сборных конструкций.

Проект производства работ (ППР) составляется на основе ПОС по рабочим чертежам на строительство новых или реконструкцию и расширение существующих предприятий, зданий и сооружений, на выполнение отдельных видов СМР, а также на работы подготовительного периода строительства.

ППР разрабатываются генподрядными строительными организациями в целях определения наиболее эффективных методов выполнения СМР, способствующих снижению их себестоимости и трудоемкости, сокращению продолжительности строительства объектов, повышению степени использования строительных машин и оборудования, улучшению качества СМР.