Строительные материалы

В последние годы в строительстве широко применяют Трубы, санитарно-технические изделия и детали оборудования, изготовляемые из пластических масс.
Пластмассовые трубы получают методом непрерывной шнековой экструзии из полиэтилена, поливинилхлорида и других полимерных материалов. Трубы выпускают диаметром от 6 до 150 мм при толщине стенок от 2 ДО 8 мм. Они рассчитаны на рабочее давление до 1,2 МПа. Трубопроводы из пластмасс используют в разных отраслях народного хозяйства, в том числе и в строительстве, где они служат для водоснабжения, канализации, вентиляции и др. Целесообразность применения труб из пластмасс обусловлена не только соображениями экономии металла, индустриализацией производства и укладки, но и наличием тех свойств, которые выгодно отличают их от металлических. Так, пластмассовые трубы имеют достаточную прочность и эластичность, не подвержены коррозии, обладают высокой водо- и химической стойкостью, малой массой, низкой теплопроводностью, имеют гладкую внутреннюю поверхность, на которой не осаждаются минеральные вещества. Гидравлическое сопротивление жидкостей в пластмассовых трубках меньше, чем в чугунных. Кроме того, за счет выпуска длинномерных пластмассовых труб обеспечивается возможность сокращения количества соединений, что снижает трудоемкость и стоимость монтажа трубопровода. При этом эксплуатация трубопровода из пластмасовых труб обходится дешевле, чем из металлических. Отрицательным свойством труб из пластических масс является низкая теплостойкость, поэтому их нельзя монтировать вблизи источников выделения тепла, имеющих на своей поверхности температуру выше 60 °С. Несмотря на все еще высокую стоимость пластмассовых труб, перспективность расширения их производства и применения не вызывает сомнения.
Санитарно-технические изделия. Пластические массы являются хорошим материалом для изготовления самых различных санитарно-технических изделий и приборов — умывальников, раковин, унитазов, смывных бачков, ванн, сифонов, смесителей, вентиляционных решеток и т. п. В зависимости от вида изделий и условий их эксплуатации они могут быть либо полностью пластмассовыми, либо с частичным применением металлов. Методы изготовления санитарно-технических изделий различш зависят от массы и размеров изделия.
Санитарно-технические изделия из пластических мая летки, имеют достаточную прочность, не требуют систематической окраски, не корродируют, гигиеничны, а гладкая полированная поверхность и светлая расцветка ран личных тонов придают им красивый внешний вид.
Изделия и детали оборудования. К изделиям и деталям оборудования из пластических масс относят окоЯ ные и дверные ручки, оконные жалюзи и др. Кроме тогв из пластических масс изготовляют в большом ассорти менте различные электроустановочные приборы.
Изделия и детали оборудования выпускают весьма разнообразными по форме и цвету, они, как правиле имеют красивую глянцевую поверхность. Форма их обычно проста и рациональна. Физико-механические свойств изделий и деталей оборудования зависят от вида используемых смол, а также от вида и количества наполнителей.
Широкое использование в строительстве изделий деталей из пластических масс позволяет заменять ана логичные изделия из металла, дерева и других матери алов.

Органические теплоизоляционные материалы в зависимости от природы исходного сырья можно условно разделить на два вида: материалы на основе природного органического сырья (древесина, отходы деревообработки, торф, однолетние растения, шерсть животных п т. д.), материалы на основе синтетических смол, так называемые теплоизоляционные пластмассы.
Теплоизоляционные материалы из органического сырья могут быть жесткими и гибкими. К жестким относят плиты древесноволокнистые, древесностружечные, фибролитовые, арболитовые, камышитовые и торфяные, к гибким — строительный войлок и гофрированный картон. Эти теплоизоляционные материалы отличаются низкой водо- и биостойкостью.
Древесноволокнистые теплоизоляционные плиты получают из отходов древесины, а также из различных сельскохозяйственных отходов (солома, камыш, костра, стебли кукурузы и др.). Процесс изготовления плит состоит из следующих основных операций: дробление и размол древесного сырья, пропитка волокнистой массы связующим, формование, сушка и обрезка плит.
Древесноволокнистые плиты выпускают длиной 1200—2700, шириной 1200—1700 и толщиной 8—25 мм. По плотности их делят на изоляционные (150—250 кг/м3) и изоляционно-отделочные (250—350 кг/м3). Теплопроводность изоляционных плит 0,047—0,07, а изоляционно-отделочных—0,07—0,08 Вт/(м-°С). Предел прочности плит при изгибе составляет 0,4—2 МПа. Древесноволокнистые плиты обладают высокими звукоизоляционными свойствами.
Изоляционные и изоляционно-отделочные плиты применяют для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок и перекрытий зданий, акустической изоляции концертных залов и театров (подвесные потолки и облицовка стен).
Фибролитовые плиты выполняют методом прессования массы, состоящей из древесной шерсти и цементного теста. Древесную шерсть изготовляют из отходов др| весины на дрезошерстяных станках. Она имеет вид топких ленточек длиной 400—500 и шириной 4—7 мм, В цементном фибролите (рис.94) древесная шерсть яв«| ляется арматурой. Процесс производства фибролитовых плит несложен и состоит из следующих операций: затворениё портландцемента водой, смешивание цементного теста с древесной шерстью, прессование массы в формах, распалубка и сушка плит.
Длина фибролитовых плит 2400 и 3000, ширина 600 и 1200 и толщина 30—150 мм. По плотности фибролитовые плиты делят на марки от 250 до 500 кг/м3 с пределом прочности при изгибе соответственно от 0,15 до 1,8 МПа и теплопроводностью от 0,08 до 0,1 ВТ/(м-°С).
Цементно-фибролитовые плиты используют для ус-ройства перегородок, для утепления стен и чердачных перекрытий.
Арболит изготовляют из смеси цемента, органических заполнителей, химических добавок и воды. В качестве органических заполнителей используют дробленые отходы древесных пород, сечку камыша, костру конопли или льна и т. п. Технология изготовления изделий из арболита проста и включает операции по подготовке органических заполнителей, например дробление отходов древесных пород, смешивание заполнителя с цементным раствором, укладку полученной смеси в формы и ее уплотнение, твердение отформованных изделий.
Арболит характеризуется невысокой плотностью— менее 700 кг/м3, прочность при сжатии колеблется от 0,5 до 3,5 МПа, теплопроводность его 0,1—0,22 Вт/(м-°С). Он обладает рядом ценных строительных качеств: биостоек, трудносгораем, морозостоек, хорошо пилится и сверлится. Изделия из арболита в виде плит и панелей применяют для возведения навесных и самонесущих стен и перегородок, а также в перекрытиях и покрытиях преимущественно сельских зданий различного назначения.
Камышитовые плиты производят путем прессования на станках стеблей камыша и прошивки их в поперечном направлении оцинкованной проволокой. Длина плиты 2400—2800, ширина 500—1500 и толщина 30— 100 мм. По плотности плиты выпускают трех марок: 175, 200 и 250, теплопроводность их 0,06—0,09 Вт/(м-°С), влажность по массе не более 18 %.
Камышитовые плиты — дешевый теплоизоляционный материал, который характеризуется легкостью механической обработки и хорошим сцеплением со штукатуркой. Однако существенными недостатками этого материала являются подверженность порче грызунами, загниваемость при увлажнении, а также сгораемость.
Из камышитовых плит устраивают каркасные стены и внутренние перегородки, они служат также для утепления перекрытий жилых малоэтажных зданий и сельскохозяйственных построек.
Строительный войлок изготовляют из шерсти животных в виде прямоугольных полотнищ длиной 1000—2000, шириной 500—2000 и толщиной 12 мм. Плотность войлока 150 кг/м3, теплопроводность—около 0,06 Вт(м-°С). Войлок применяют для утепления стен и потолков, онных н дверных коробов и др. Специфический не для их изготовления служа термопластичные (нолисти рольные, поливинилхлорид ные, полиуретановые) и тер мореактивные (мочевино формальдегидные) смолы газообразующие и вспени вающие вещества, наполни тели, пластификаторы, кра сители и др. В строительстве наибольшее распрост ранение в качестве тепло-и звукоизоляционных мате риалов получили пластмассы пористо-ячеистой структуры. Образование в пластмассах ячеек или полостей, заполненных газами или воздухом, вызвано химическими, физическими или механическими процессами или их сочетанием.
В зависимости от структуры теплоизоляционные пластмассы могут быть разделены на две группы: пено-пласты и поропласты. Пенопластами называют ячеистые пластмассы с малой плотностью н наличием несообщающихся между собой полостей ячеек, заполненных газами или воздухом. Поропласты — пористые пластмассы, структура которых характеризуется сообщающимися между собой полостями. Наибольший интерес для современного индустриального строительства представляют пенополистирол, пенополивинилхлорид, пенополиуретан и мипора. Пенополистирол — материал в виде белой твердой пены с равномерной замкнутопористой структурой (рис. 96). Пенополистирол выпускают марки ПСБС в виде плит размером 1000×500x100 мм и плотностью 25—40 кг/м3. Этот материал имеет теплопроводность 0,05 Вт/(м-°С), максимальная температура его применения 70 °С. Плиты из пенополистирола применяют для утепления стыков крупнопанельных зданий, изоляции промышленных холодильников, а также в качестве звукоизолирующих прокладок.
Пенополивинилхлорид — материал в виде желтоватой твердой пены с равномерной замкнутопористой структурой. Иготовляют его из сложных композиций на основе поливинилхлоридной смолы. Пенопласт производят в виде плит размером 500X750, толщиной 35—70 мм. Физико-механические свойства пенополивинилхлорида характеризуются следующими величинами: плотность 95—195 кг/м3, теплопроводность 0,06 Вт/(м-°С), водопоглощение за 24 ч не более 0,3 %, теплостойкость ограничена (70 °С). Плиты из пенополивинилхлорида предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций, холодильного оборудования и трубопроводов.
Пенополиуретан — вспученная легкая пластмасса, технологический процесс получения которой включает подготовку полимерной композиции, вспенивание, изготовление блоков, раскрой на плиты и выдерживание. Пенополиуретан может быть жестким н эластичным. Плотность жесткого пенополиуретана 50—60 кг/м3; теплопроводность 0,03 — 0,04 Вт/(м-°С), теплостойкость до 70 °С. Благодаря наличию в структуре материала, кроме замкнутых пор, еще и некоторого количества сообщающихся пор пенополиуретан обладает высокими звукопоглощающими свойствами.
Жесткий пенополиуретан в виде плит используют в качестве внутреннего слоя стеновых навесных панелей, звукоизоляции перекрытий, стен, в виде сегментов и скорлуп— для теплоизоляции сетей горячего и холодного водоснабжения магистральных трубопроводов и т. д. Эластичный пенополиуретан в виде прокладок применяют для герметизации горизонтальных и вертикальных стыков панелей.
Мипора, получаемая из мочевино-формальдегидной смолы, представляет собой пористый материал белого цвета, по внешнему виду похожий на отвердевшую пену. Плотность мипоры 40—60 кг/м3, теплопроводность 0,06 Вт/(м-°С). Она обладает теплостойкостью до 110 °С и высокими звукоизоляционными свойствами. К недостаткам мипоры следует отнести высокую гигроскопичность и низкую прочность (она легко крошится).
Мипора широко распространена для устройства изоляции конструкций холодильников и кактеплозвукоизо-ляционный материал для заполнения каркасных конструкций, изоляции трубопроводов и т. д.
Сотопласты — теплоизоляционные материалы с ячейками, напоминающими форму пчелиных сот. Стенки ячеек могут быть выполнены из различных листовых материалов (крафт-бумаги, хлопчатобумажной ткани, стеклоткани и др.), пропитанных синтетическими полимерами. Сотопласты изготовляют в виде плит длиной 1—1,5 м, шириной 550—650 и толщиной 300—350 мм. Их плотность
30—100 кг/м3, теплопроводность 0,046—0,058 Вт/(м-°С), прочность при сжатии 0,3—4 МПа. Применяют сотоплас-ты как заполнитель трехслойных панелей. Теплоизоляционные свойства сотопастов повышаются в результате заполнения сот крошкой мипоры.

К неорганическим теплоизоляционным материалам относят минеральную вату, стеклянное волокно, пеностекло, вспученные перлит и вермикулит, асбестосодержащие теплоизоляционные изделия, ячеистые бетоны и др.
Минеральная вата и изделия из нее. Минеральная вата — волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из силикатных расплавов. Сырьем для ее производства служат горные породы (известняки, мергели, доломиты, глинистые сланцы, базальты, граниты, диориты и др.), отходы металлургической промышленности (доменные и топливные шлаки) и промышленности строительных материалов (бой глиняного и силикатного кирпича) .
Производство минеральной ваты состоит из двух основных технологических процессов: получение силикатного расплава и превращение этого расплава в тончайшие волокна. Силикатный расплав образуется в вагранках—шахтных плавильных печах, в которые загружают минеральное сырье и топливо (кокс). Расплав с температурой 1300—1400 °С непрерывно выпускают из нижней части печи.
Существует два способа превращения расплава в минеральное волокно: дутьевой и центробежный. Сущность дутьевого способа заключается в том, что на струю жидкого расплава, вытекающего из летки вагранки, воздействует струя водяного пара или сжатого газа. Центробежный способ основан на использовании центробежной силы для превращения струи расплава в тончайшие минеральные волокна толщиной 2—7 мкм и длиной 2—40 мм. Полученные волокна осаждаются в камере волокно-осаждения на движущуюся ленту транспортера. Минеральная вата — это рыхлый материал, состоящий из тончайших переплетенных минеральных волокон (рис. 97) и небольшого количества стекловидных включений (шариков, цилиндриков и др.), так называемых корольков.
Чем меньше в вате корольков, тем выше ее качество.
В зависимости от плотности минеральная вата подразделяется на марки 75, 100, 125 и 150. Она огнестойка, не гниет, малогигроскопична и имеет низкую теплопроводность —0,04—0,05 Вт/ /(м-°С).
Минеральная вата хрупка, и при ее укладке образуется много пыли, поэтому вату гранулируют, т. е. превращают в рыхлые комочки — гранулы. Их используют в качестве теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий. Сама минеральная вата является как бы полуфабрикатом, из которого выполняют разнообразные теплоизоляционные минераловатные изделия: войлок, маты, полужесткие и жесткие плиты, скорлупы, сегменты и др.
Минераловатные маты представляют собой листовой или рулонный материал, состоящий из минеральной ваты, покрытой с одной или двух сторон битуминизирован-ной бумагой, прошитый прочными нитками. Размеры матов: длина 3000—5000, ширина 500 и 1000, толщина 50— 100 мм (рис. 98, а).
Маты выпускают марки 100 (по величине плотности), теплопроводность их 0,04 Вт/(м-°С). Маты применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий, технологического оборудования и трубопроводов.
Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем (рис. 98, б) изготовляют длиной 900—1800, шириной 500—1000 и толщиной 40—100 мм. По плотности плиты подразделяют на марки 50, 75, 125, 175, 200 и 300. Теплопроводность их 0,044—0,058 Вт/(м-°С).
Плиты используют для тепловой изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов.
Плиты из минеральной ваты на битумном связующем получают смешиванием волокон минеральной ваты с битумной эмульсией или пастой с последующим формованием и сушкой сформованных плит. Длина минерало-ватных плит 1000—1500 и 2000, ширина 500 и 1000, толщина 40—100 мм. По плотности плиты делят на марки 200 и 250. Теплопроводность плит зависит от марки и находится в пределах 0,06—0,076 Вт/(м-°С).
Минераловатные плиты на битумном связующем служат для утепления бесчердачных покрытий и чердачных перекрытий, теплоизоляции стен жилых и промышленных зданий, а также для изоляции поверхности промышленного оборудования.
Для изоляции трубопроводов (рис. 99) широко применяют минераловатные изделия — полуцилиндры и цилиндры, обладающие такими же показателями физико-механических свойств, что и минераловатные плиты.
Стеклянная вата и изделия из нее. Стеклянная вата— материал, состоящий из беспорядочно расположенных стеклянных волокон, полученных из расплавленного сырья. Сырьем для производства стекловаты служит сырьевая шихта для варки стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода и сульфат натрия) или стекольный бой. Производство стеклянной ваты и изделий из нее состоит из следующих технологических процессов: варка стекломассы в ванных печах при 1300—1400 °С, изготовление стекловолокна и формование изделий.
Стекловолокно из расплавленной массы получают способами вытягивания или дутьевым. Стекловолокно вытягивают штабиковым (подогревом стеклянных палочек до расплавления с последующим их вытягиванием в стекловолокно, наматываемое на вращающиеся барабаны) и фильерным (вытягиванием волокон из расплавленной стекломассы через небольшие отверстия—фильеры с последующей намоткой волокон иа вращающиеся барабаны) способами. При дутьевом способе расплавленная стекломасса распыляется под действием струи сжатого воздуха или пара.
В зависимости от назначения вырабатывают текстильное и теплоизоляционное (штапельное) стекловолокно. Средний диаметр текстильного волокна 3—7 мкм, а теплоизоляционного 10—30 мкм.

Стеклянное волокно значительно большей длины, чем волокна минеральной ваты и отличается большими химической стойкостью и прочностью. Плотность стеклянной ваты 75—125 кг/м3, теплопроводность 0,04—0,052 Вт/(м/°С), предельная температура применения стеклянной ваты 450°С. Из стекловолокна выполняют маты, плиты, полосы и другие изделия, в том числе тканые.
Маты и полосы изготовляют из непрерывного стеклянного волокна, скрепленного прошивкой стеклонитью. Плотность этих изделий не более 175 кг/м3, теплопроводность не более 0,04—0,05 Вт/(м-°С). Маты выпускают длиной 1000—3000, шириной 200—700, толщиной 10— 50 мм. Длина полос 500—5000, ширина 30—250, толщина 10—50 мм. Для изоляции трубопроводов диаметром 108 мм и аппаратов используют маты, а полосы — для трубопроводов диаметром до 108 мм.
Изоляцию матами трубопроводов (рис. 100) выполняют в один или два слоя ( с перекрытием швов). Каждый слой закрепляется бандажными кольцами через 100—250 мм ( в зависимости от ширины изделия).
Полужесткие плиты из стеклянного волокна на синтетическом связующем оклеены с одной или двух сторон стеклотканью, алюминиевой фольгой или без оклейки. Плотность плит не более 75 кг/м3, теплопроводность не более 0,047 Вт/(м-°С). Плиты имеют форму прямоугольных пластин длиной 1000, шириной 500—1500 и толщиной 30—80 мм.
Изделия из стеклянного волокна применяют не только в качестве теплозвукоизоляционного материала для строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов при температуре не выше 200 °С, но также для изоляции промышленных холодильников и др.
Пеностекло — теплоизоляционный материал ячеистой структуры. Сырьем для производства изделий из пеностекла (плит, блоков) служит смесь тонкоизмельченно-го стеклянного боя с газообразователем (молотым известняком). Сырьевую смесь засыпают в формы и нагревают в печах до 900 °С, при этом происходит плавление частиц и разложение газообразователя. Выделяющиеся газы вспучивают стекломассу, которая при охлаждении превращается в прочный материал ячеистой структуры (рис. 101).
Пеностекло обладает рядом ценных свойств, выгодно отличающих его от многих других теплоизоляционных материалов: пористость пеностекла 80—95 %, размер пор 0,1—3 мм, плотность 200—600 кг/м3, теплопровод~ ность 0,09—0,14 Вт/(м, °С), предел прочности при сжатии пеностекла 2—6 МПа. Кроме того, пеностекло характеризуется водостойкостью, морозостойкостью, несгораемостью, хорошим звукопоглощением, его легко обраба* тывать режущим инструментом.
Пеностекло в виде плит длиной 500, шириной 400 и толщиной 70—140 мм используют в строительстве для утепления стен, перекрытий, кровель и других частей зданий, а в виде полуцилиндров, скорлуп и сегментов — для изоляции тепловых агрегатов и теплосетей, где температура не превышает 300 °С. Кроме того, пеностекло служит звукопоглощающим и одновременно отделочным материалом для аудиторий, кинотеатров и концертных залов.
Вспученный перлит — высокопористый материал в виде зерен преимущественно белого цвета, получаемый вспучиванием природного перлита при обжиге его во вращающихся или шахтных печах при 900—1200 °С. В процессе обжига из горной породы интенсивно удаляется структурно связанная вода, что приводит к получению высокопористого материала. Объем перлита при обжиге может увеличиваться в 5—12 раз и более.
Насыпная плотность вспученного перлита при крупности зерен и кусков 5—20 мм 250—600 кг/м3, а перлитового песка— 100—500 кг/м3, теплопроводность 0,07— 0,08 Вт/(м-°С).
Вспученный перлит в виде песка и щебня применяют как легкий заполнитель при изготовлениии разнообразных теплоизоляционных изделий. В качестве связующих материалов используют портландцемент, пластичные глины, растворимое стекло, нефтяной битум, синтетические смолы и др. Получаемые изделия (плиты, полуцилиндры, сегменты и др.) имеют плотность 250—500 кг/м3 и теплопроводность 0,05—0,2 Вт/(м-сС).
Изделия из вспученного перлита употребляют в различных областях в зависимости от температуростойкости связующих веществ, которые были использованы для их производства. Так, изделия на цементном вяжущем или растворимом стекле предназначены для тепловой изоляции горячих поверхностей заводских печей, котлов, трубопроводов и др., изделия на основе органических связующих (битумы, синтетические смолы и др.) — для утепления строительных конструкций и холодильников.
Вспученный вермикулит — высокопористый сыпучий материал в виде чешуек золотистого цвета, полученный путем вспучивания при обжиге природного вермикулита.
Технология производства вспученного вермикулита состоит из следующих основных операций: дробление природного вермикулита, рассев его на фракции, обжиг в шахтных или вращающихся печах, фракционирование вспученного вермикулита.
Процесс вспучивания вермикулита при нагревании до 1000—1100°С происходит благодаря энергичному выделению из зерен минерала паров химически связанной воды. При этом объем его увеличивается по сравнению с первоначальным в 20 и более раз.
Вспученный вермикулит характеризуется высокой пористостью, малой теплопроводностью и повышенной огнестойкостью. Этот материал в виде зерен размером 1—• 15 мм и плотностью 100—200 кг/м3 используют в качестве засыпки изолируемых поверхностей с температурой до 1100°С, а также для изготовления формованных изделий.
В качестве связующих веществ при производстве теплоизоляционных изделий из вспученного вермикулита применяют цемент, гипс, пластичную глину, битум, растворимое стекло, синтетические смолы и др. Добавками служат волокнистые материалы, например асбест, стекловолокно и др.
Изделия из вспученного вермикулита (плиты, полуцилиндры, сегменты и др.) имеют плотность 250— 500 кг/м3 и теплопроводность 0,05—0,11 Вт/(м-°С). Они предназначены для тех же целей, что и изделия из вспученного перлита.

Прочность, долговечность и другие свойства бетона в значительной мере зависят от качества исходных материалов. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении к составляющим его компонентам предъявляют соответствующие требования.
1 В настоящей главе описаны только цементные бетоны. Гипсовые, силикатные, асфальтовые и другие рассматриваются в соответствующих главах учебника.
Цемент. Выбор вида и марки цемента определяется заданной прочностью бетона, условиями его твердения и эксплуатации бетонных конструкций. Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие марки цементов:
Марка бетона . М 100 М 150 М200 М гоо М400 М5С0 М600
Марка цемента . 300 300 400 400 500 550—600 600
В случаях когда марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, следует применять микронаполнители — измельченные горные породы (известняки, доломиты и др.) или промышленные отходы (доменные и топливные шлаки, золы и др.).
При выборе цемента для бетонов, твердеющих в различных тепловлажностных условиях, необходимо учитывать минералогический состав цемента, тонкость помола и содержание в нем минеральных и других добавок.
Вода. Для приготовления бетонных смесей и поливки бетона применяют питьевую или природную воду, не содержащую вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона. К вредным примесям относятся сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар и др. Использовать промышленные, сточные н болотные воды для затворения и поливки бетона, как правило, нельзя.
Пригодность воды для бетона устанавливают химическим анализом, а также сравнительным испытанием бетонных образцов на прочность. Вода для затворения бетона считается пригодной, если приготовленные на ней образцы бетона в возрасте 28 сут нормального твердения имеют не меньшую прочность, чем образцы бетона на чистой питьевой воде.
Песок. В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок, который представляет собой рыхлую смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм, возникшую в результате естественного разрушения твердых горных пород.
В зависимости от горной породы, из которой образовался песок, его химический состав может быть различным. Наиболее часто встречаются пески, состоящие в основном из кварца с примесью зерен полевого шпата и слюды. Реже встречаются пески известняковые, ракушечные и др.
Природные пески в зависимости от условий залегания разделяются на речные, морские и горные (овражные). Речные и морские пески имеют округлую форму зерен; горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.
Искусственные пески получают дроблением твердых и плотных горных пород, а также отвальных металлургических шлаков. Форма зерен дробленых песков остроугольная, а поверхность шероховатая. Они не содержат вредных примесей, которые часто встречаются в природных песках. Однако дробленые пески имеют высокую стоимость, и поэтому их применяют для обогащения мелкого природного песка, служащего сырьем для производства высокопрочных бетонов. Песок для тяжелого бетона выбирают с учетом его свойств и стоимости, при этом необходимо стремиться к использованию местного природного песка.
Качество песка, применяемого для приготовления тяжелого бетона, определяется в основном зерновым составом и содержанием вредных примесей. Зерновой (гранулометрический) состав песка имеет большое значение для получения тяжелого бетона заданной марки при минимальном расходе цемента. В тяжелом бетоне песок заполняет пустоты между зернами крупного заполнителя, в то же время все пустоты между зернами песка должны быть заполнены цементным тестом. Кроме того, этим же тестом должны быть покрыты и поверхности всех частиц. Однако для уменьшения расхода цементного теста следует употреблять пески с малой пустотно-стыо и наименьшей суммарной поверхностью частиц.
Зерновой состав песка характеризуется содержанием в нем зерен различного размера. Для определения зернового состава песка используют стандартный набор сит с отверстиями (мм): 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14, через который просеивают навеску песка. Сначала определяют частные остатки (в %) на каждом сите (а2,5, аі,25, Яо.бз ит.д.), а затем полные остатки (А2,5, Лі,25, Ао,ъг и т.д.). Полный остаток на любом сите равен сумме частных остатков на этом сите и всех вышерасположенных ситах. Так, Л0,бз=ао,бз+аі,25+й2,5. Величины полных остатков являются характеристикой зернового состава песка.
На основании результатов ситового анализа песка можно рассчитать модуль крупности зерен Мк по формуле:
Ми = (4>,5 + A1(2S + Л0,63 -f ЛМ15 + ЛМ4)/100.
Для оценки зернового состава песка и его пригодности для изготовления бетона результаты просеивания (по полным остаткам) наносят на график (рис. 46). Песок считается пригодным для приготовления бетона, если кривая его зернового состава располагается в пределах заштрихованной площади. Кроме того, в песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен размером более 10 мм, а зерен размером 5—10 мм не должно быть более 5 % по массе. Количество мелких частиц, прошедших через сито с отверстиями 0,14 мм, не должно превышать 10 %.
Для приготовления тяжелого бетона рекомендуются крупные и средние пески с модулем крупности 2—3,25. Использовать для бетона мелкие и тем более очень мелкие пески допускается только после технико-экономического обоснования целесообразности их применения.
Средняя плотность песка зависит от его пустотности и влажности. Чем ниже пустотность песка, тем выше его средняя плотность, поэтому по величине последней можно оценить качество зернового состава песка. Обычно средняя плотность сухого кварцевого песка в рыхлом состоянии колеблется в пределах 1500—1550 кг/м3, в уплотненном — 1600—1700 кг/м3. Кроме того, средняя плотность песка в определенной мере характеризует структуру самих зерен. Например, пески, состоящие из плотных, прочных и морозостойких зерен, имеют повышенную среднюю плотность (не менее 1550 кг/м3). Такие пески применяют для приготовления высокопрочных и морозостойких бетонов.
Наименьшая средняя плотность кварцевого песка соответствует его влажности 5—7 %. Это обстоятельство следует учитывать при обычной дозировке песка, а также при его приемке.
Качество песка для бетона определяют не только зерновым составом, но и содержанием вредных примесей (глинистые и пылевидные частицы, органические примеси, сернистые и сернокислые соединения), количество которых не должно превышать установленных стандартом пределов.
Глинистые и пылевидные частицы увеличивают суммарную по-г.срхность заполнителя, при этом повышается водопотребность бетон-кой смеси, вследствие чего снижается прочность бетона. Кроме того, Глинистые примеси, обволакивая тонким слоем зерна песка, ухудшают сцепление их с цементным камнем и снижают прочность бетона. Поэтому для приготовления тяжелых бетонов разрешается применять природные пески с содержанием пылевидных и глинистых части,, определяемых отмучиванием, не более 3 %, а дробленые пески — не более 5 %. Для уменьшения содержания указанных примесей легок промывают водой в специальных машинах — пескомойках.
Органические примеси (остатки растений, перегной и т. п.) снижают прочность цементного камня и могут явиться источником его разрушения. Степень загрязнения песка органическими примесями устанавливают колориметрическим методом — обработкой пробы песка 3 %-ным раствором едкого натра. Если после обработки песка цвет раствора не окажется темнее эталона (цвет крепкого чая), то песок признают пригодным для бетона. Испытуемый песок считают также пригодным, если прочность образцов раствора из него не меньше прочности образцов с тем же песком, но промытым сначала известковым молоком, а затем водой. Сернистые и сернокислые соединения (гипс, серный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона. Их содержание в песке в пересчете на S03 не должно превышать 1 % по массе.
Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя для приготовления тяжелого бетона применяют гравий или щебень.
Гравий — рыхлая смесь зерен округлой формы размером 5—-70 мм, образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и морским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, пыли и органических веществ. Речной и морской гравий чище горного, но зато с гладкой поверхностью, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепления его можно дробить на щебень.
Щебень — рыхлая смесь, получаемая дроблением больших кусков различных твердых горных пород, а также кирпичного боя, шлаков и др. Полученную смесь зерен различных размеров (5—70 мм) подвергают рассеву па отдельные фракции. Отсеянные частицы размером менее 3 мм используют в качестве песка. Щебень отличается от гравия остроугольной формой и шероховатой поверхностью зерен, в связи с чем сцепление его с цементно-песчаным раствором лучше, чем гравия. Содержание в щебне вредных органических примесей незначительно.
Качество крупного заполнителя характеризуется зерновым составом, формой зерен и содержанием вредных примесей. Кроме того, качество щебня и гравия должно удовлетворять определенным требованиям по прочности и морозостойкости.
Зерновой состав крупного заполнителя оказывает большое влияние на качество бетона. При выборе зерно вого состава крупного заполнителя для бетона необходимо исходить из основного требования — получить наименьший объем пустот в крупном заполнителе, а следовательно, снизить расход цемента в бетоне заданной марки.
В зависимости от размера зерен гравий и щебень подразделяют на фракции 5—10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм. В каждой фракции гравия или щебня должны быть зерна всех размеров — от наибольшего до наименьшего для данной фракции.
Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как при этом из-за меньшей суммарной поверхности зерен снижается расход цемента. Однако наибольшая крупность зерен заполнителя ограничивается размерами бетонируемых конструкций и расстояниями между стержнями арматуры. Например, наибольший размер зерен крупного заполнителя должен быть не более Уз наименьшего размера бетонируемой конструкции или не более 3Д наименьшего расстояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается применение до 50 % зерен крупного заполнителя наибольшей крупности, равной половине толщины плиты. Для тонкостенных густоармированных конструкций следует использовать заполнитель крупностью до 20 мм, а для более массивных конструкций — до 40 и даже до 70 мм. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера допускается не более 5 % по массе гравия пли щебня.
Зерновой состав крупного заполнителя определяют просеиванием средней пробы массой 10 кг через стандартный набор сит с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм и последующим взвешиванием остатков на каждом сите. Затем вычисляют в процентах частные и полные остатки и устанавливают наибольшую ?>наиб и наименьшую ?>наим крупность зерен заполнителя. За наибольшую крупность зерен принимают размер отверстия того верхнего сита, на котором полный остаток превышает 5%, а за наименьшую — размер отверстия первого снизу сита, полный остаток на котором составляет не менее
Для оценки зернового состава крупного заполнителя по результатам просеивания строят кривую (рис. 47). Крупный заполнитель признают пригодным для приготовления бетона, если кривая его зернового состава располагается в пределах заштрихованной площади.
Объем пустот в гравии не должен превышать 45, а в щебне—50%. Для
уменьшения пустотности заполнителя следует смешивать в надлежащих соотношениях отдельные фракции зерен или вводить в него недостающие фракции.
Для приготовления бетона более выгодны щебень, форма зерен которого близка к кубической, и гравий яйцевидной или шаровой формы. Содержание в гравии или щебне лещадных или игловидных зерен не должно превышать 15 % по массе. Глинистые и пылевидные частицы в составе гравия и щебня считаются, как и в песке, вредными примесями. Содержание в гравии глинистых и пылевидных частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 1 % по массе. В щебне из изверженных и метаморфических горных пород, предназначенном для бетона марок ниже М 300, содержание глинистых и пылевидных частиц не должно превышать 2 %, а для бетона марок М 300 и выше — 1 %. Органические примеси снижают качество крупного заполнителя, поэтому их содержание устанавливают, как и для песка, колориметрическим методом.
Прочность зерен крупного заполнителя оказывает существенное влияние на прочность приготовленного на нем бетона. В свою очередь, марка щебня по прочности зависит от прочности исходной горной породы. Для тяжелых бетонов следует применять щебень, получаемый из трных пород, имеющих прочность в 1,5—2 раза выше заданной марки бетона. Предварительно пригодность гравия и щебня для бетонов различных марок оценивают по степени их дробимости при раздавливании в стальном цилиндре. По этому показателю крупный заполни км. подразделяют на марки: Др8, Др12, Др16 и Др24. Вели чины 8, 12, 16 и 24 показывают предельное количестве (в % по массе) мелких зерен диаметром менее 5 мм, образовавшихся при раздавливании пробы материалов. Например, для бетона марки М 300 и выше рекомендуется щебень или гравий марки Др8, а для бетона марки М 200 — Др12. Прочность бетона снижается при наличии в щебне или гравии зерен слабых, выветрившихся пород, в связи с чем их содержание не должно превышать 10 % по массе.
Окончательно пригодность гравия или щебня для бетона требуемой марки устанавливают по результатам испытания бетона на данном заполнителе.
Морозостойкость гравия и щебня определяют попеременным^ замораживанием и оттаиванием в насыщенном водой состоянии, а также ускоренным методом — замораживанием в растворе сернокислого натрия. По степени морозостойкости гравий и щебень разделяют на марки: Мрз 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300.
Добыча, переработка и хранение заполнителей. Природные заполнители перед применением очищают от вредных примесей, дробят и рассеивают на фракции и т. д. Этот процесс называют обогащением. Заполнители обогащают обычно в местах их добычи (в карьерах).
Гравий и песок добывают, разрабатывая песчано-гравийные месторождения главным образом по берегам рек и естественных водоемов способами гидромеханизации и экскаваторами. Смесь песка и гравия разделяют в водной среде в вибрационных или барабанных сортировках (грохотах) на требуемые фракции и одновременно промывают для удаления пылевидных, глинистых и других примесей. Крупные фракции гравия и валуны дробят на щебень.
Щебень получают на специальных дробильно-сортировочных заводах, располагаемых вблизи каменных карьеров. Дробят куски горных пород и крупные зерна гравия в щековых, валковых или молотковых дробилках. Для сортировки щебня по фракциям применяют плоские вибрационные грохоты.
Транспортируют заполнители железнодорожным (на платформах, в полувагонах-гондолах и думпкарах), автомобильным (в автосамосвалах) и водным (в трюмных и палубных баржах) транспортом. Выгружают их из транспортных средств различными механизмами-разгрузчиками.
Заполнители хранят на специально отведенных открытых площадках или на складах, оборудованных эстакадами, подземными галереями и т. д., в штабелях раздельно по видам и фракциям. В процессе транспортирования, разгрузки и хранения необходимо следить за тем, чтобы не происходило смешивание заполнителей различных видов, а также загрязнение их посторонними примесями. В зимнее
время следует предусматривать мероприятия по рыхлению смерз-Шихся заполнителей, а также по их оттаиванию и подогреву.