Розділ 7. Штучні кам'яні матеріали та вироби, виготовлені з використанням неорганічних в'яжучих

Крім бетону, бетонних і залізобетонних виробів, у будівництві застосовують також ряд інших штучних кам'яних матеріалів і виробів, виготовлених з використанням неорганічних в'яжучих. Основними з них є вироби із азбестоцементу, матеріалів автоклавного твердіння, гіпсові вироби.

7.1. Азбестоцементні вироби

Азбестоцемент - це штучний кам'яний матеріал, який склада­ється із цементного каменя, армованого волокнами азбесту. Із азбес­тоцементу виготовляють різноманітні покрівельні, стінові та лицюва­льні матеріали, труби й деталі спеціального призначення. Позитивни­ми особливостями цього матеріалу є висока міцність при розтягу, мо­розостійкість, низька водопроникність та теплопровідність. Азбесто­цементні вироби порівняно легко піддаються механічній обробці, во­ни значно легші у порівнянні з металом, бетоном і залізобетоном. Не­доліками азбестоцементу є крихкість, короблення при коливаннях во­логості та суттєве зниження міцності після насичення водою.

Вихідними компонентами для виготовлення азбестоцементу є азбест, портландцемент та вода. Азбест зустрічається у природі у ви­гляді мінералів-силікатів, які мають волокнисту структуру; найбільш розповсюдженим є хризотил-азбест 3Mg0■2Si0₂2Н₂0. Товарний аз­бест отримують при збагаченні азбестової руди, яка зустрічається у вигляді прожилок азбесту у породі. В залежності від довжини волок­на, ступеня його розпушення і вмісту домішок супутніх порід - "пи­лу" - азбест поділяється на сорти й марки. Для виготовлення листових азбестоцементних виробів використовують азбест 5...6 сортів, труб - 3...5 сортів. Внаслідок сильного лінійного і дуже слабких бокових зв'язків кристалів азбест має високу міцність при розтягненні (біля 300 МПа) та здатність до розпушення на тонкі волокна.

Для виготовлення азбестоцементних виробів застосовують спе­ціальний вид портландцементу, властивості якого сприяють процесу фільтрації твердої фази із азбестоцементної суспензії та прискореному твердінню виробів. Дисперсність цього цементу характеризується питомою поверхнею в межах 2200...3200 см²/г (220...320 м²/кг). Вміст вільного СаО у вихідному клінкері не повинен перевищувати 1%, С₃А - 8%, вміст С^ повинен складати не менш 52%. Початок тужавлення, на відміну від звичайного портландцементу, повинен наступати не раніше як через півтори години від замішування. Цемент для виготов­лення азбестоцементних виробів, як правило, не містить мінеральних добавок і виготовляється двох марок - М400 та М500. Він додатково випробовується у віці 7 діб на згин (міцність на згин повинна складати для марок 400 та 500 відповідно не менше 4,3 і 4,7 МПа).

Технологічний процес виготовлення азбестоцементних виробів включає проминання й розпушування, ретельне змішування отрима­них тонких волокон з цементом у воді та утворення суспензії, форму­вання виробів на листо- або трубоформовочних машинах з наступною їх тепловою обробкою. Формування полягає в утворенні із суспензії на сітчастому циліндрі тонкого шару азбестоцементу, його зневоднен­ні та ущільненні. Отримані заготовки хвилястих листів профілюють, а труби обробляють на токарних верстатах. Склад азбестоцементної ма­си коливається в межах: азбест 13... 17%, портландцемент 83... 87%. В деяких випадках у портландцемент добавляють 30...40% тонкомелено­го кварцового піску.

Основним видом азбестоцементних виробів для будівництва є листові вироби, які складають понад 85% всього обсягу азбестоцемен­ту. Розрізняють хвилясті листи звичайного, зміцненого та уніфікова­ного профілю, а також періодичного профілю і середньохвилясті. Ці листи розрізняються в основному кроком та висотою хвилі, середньою густиною і габаритами. Межа міцності при згині у поперечному до гребенів хвиль напрямку повинна складати не менше 16 МПа (для ли­стів уніфікованого профілю - 19 МПа).

Поряд з хвилястими виготовляють плоскі пресовані та непресо- вані листи, які застосовують в основному для лицювання фасадів і внутрішніх стін будівель. Для пресованих азбестоцементних листів границя міцності при згині повинна складати не менше 25 МПа, сере­дня густина - 1750 кг/м. Для непресованих виробів мінімальні показ­ники міцності і середньої густини повинні складати відповідно 16 МПа та 1600 кг/м³.

Хвилясті і плоскі листи можуть бути пофарбованими у різний колір. Із плоских листів виготовляють азбестоцементні панелі із теп­лоізоляційним шаром для улаштування покрівель та стін. Покрівельні

с -,0

панелі застосовують для покрівлі із ухилом не менш 5...7 при віднос­ній вологості не більше 75%.

Промисловістю виготовляється великий асортимент азбестоце­ментних труб. В залежності від призначення азбестоцементні труби поділяються на напірні, які застосовують для улаштування закритих напірних меліоративних мереж та зовнішніх водогонів, та безнапірні, які використовують при будівництві колекторів водопровідних мереж та гирлових споруд.

Напірні труби виготовляються класів ВТ-6, ВТ-9, ВТ-12 та ВТ- 15 з діаметром умовного пропуску 100...500 мм. Цифра в позначенні класів показує максимальний робочий тиск, при якому може працюва­ти труба.

Для з' єднання труб застосовують азбестоцементні муфти типу САМ з ущільнюючими гумовими кільцями (рис. 7.1). Азбестоцемент­ні муфти забезпечують герметичність з'єднань навіть до моменту роз­риву труб. Труби й муфти повинні бути прямими, циліндричної фор­ми, не мати тріщин і розшарувань. Скривлення зовнішньої необточе- ної поверхні труб (відхилення від прямолінійності) не повинно пере­вищувати 12 мм. Під час гідравлічного випробування труб і муфт на їх зовнішній поверхні не повинно бути ніяких ознак проникнення води. Гідравлічний тиск під час випробувань повинен складати, МПа: для труб класу ВТ-6 та муфт типу САМ-6 - 1,2; ВТ-9 та САМ-9 - 1,8; ВТ- 12 та САМ-12 - 2,4; ВТ-15 та САМ-15 - 3.

 

Рис 7.1. Азбестоцементні труби і з'єднувальні деталі

1 - труба; 2 - прокладка; 3 - муфта.

Безнапірні азбестоцементні труби виготовляють з діаметром умовного пропуску від 100 до 400 мм, вони мають меншу товщину стінок і повинні при гідравлічному випробуванні витримувати тиск не нижче 0,4 МПа.

Азбестоцементні труби мають високу стійкість проти корозії, не руйнуються під дією блукаючих струмів. Низька капілярна пористість забезпечує водонепроникність, морозостійкість азбестоцементних труб. Вони значно дешевші та більш довговічні порівняно зі сталеви­ми та чавунними трубами. Строк їх експлуатації в напірних трубопро­водах перевищує 30 років.

7.2. Автоклавні матеріали

Автоклавні матеріали об'єднує загальна технологічна операція - тепловологісна обробка при підвищеному тиску, яка здійснюється у автоклавах. До групи автоклавних матеріалів належать силікатна цег­ла, щільні та ніздрюваті бетони, основними вихідними компонентами яких є в'яжуче автоклавного твердіння та заповнювачі. В'яжучі авто­клавного твердіння за нормальними температурно-вологісними умо­вами характеризуються порівняно низькою активністю, котра суттєво зростає при температурах та тиску, які створюються в автоклаві. Їх поділяють на наступні групи: безклінкерні вапняно-кремнеземисті, вапняно-шлакові, вапняно-зольні та змішані, до складу яких вводять портландцемент.

У виробництві автоклавних матеріалів частіше застосовують ва­пняно-кремнеземисте в'яжуче, основними компонентами якого є пові­тряне будівельне вапно і кварцовий пісок. Для цього застосовують кальцитове вапно швидкого гасіння із вмістом М^О не більше 5%. За певних умов (понижена температура випалу; введення спеціальних добавок, які прискорюють гашення) можна використовувати і магнезі­альне вапно.

Для виготовлення автоклавних бетонів, особливо ніздрюватих, широко застосовується портландцемент та змішаний цемент з викори­станням мінеральних добавок.

Як кремнеземистий компонент в'яжучих автоклавного твердін­ня може використовуватись тонкомелений пісок. Немелений пісок реагує з вапном по периферії зерен і одночасно є й заповнювачем. Якість піску зростає із зростанням вмісту 8іО₂, зменшенням кількості органічних домішок, слюди, карбонатів, а особливо із зростанням ди­сперсності.

Автоклавні матеріали твердіють в результаті хімічної реакції між компонентами в' яжучого в присутності води в умовах високого тиску і температури. Вирішальне значення для формування структури автоклавних матеріалів мають процеси розчинення в'яжучого з на­ступною кристалізацією із перенасиченого розчину гідросилікатів ка­льцію, котрі і є цементуючою речовиною. Властивості автоклавних матеріалів в значній мірі залежать від складу гідросилікатів, які утво­рюються.

За призначенням автоклавні матеріали класифікують на стінові, конструктивні, оздоблюючі та спеціальні. Найбільш розповсюджені у будівництві силікатна цегла та автоклавні силікатні бетони.

Силікатна цегла - штучний безвипальний стіновий ма­теріал, виготовлений із суміші вапняно-кремнеземистого в'яжучого і кварцового піску шляхом пресування і наступного затвердіння у авто­клаві під дією пари високого тиску.

Виробництво силікатної цегли полягає у добуванні та просіву піску, випалюванні вапна та його помеленні, змішуванні піску із вап­ном - кипілкою та гасінні виготовленої суміші, пресуванні цегли і за­парюванні її в автоклавах.

Випускають цеглу одинарну повнотілу або з пористими заповню вачами розмірами 250х120х65 мм, цеглу потовщену пустотілу або по­внотілу з пористими заповнювачами 250х120х88, камінь пустотілий 250х120х138 мм. Вироби виготовляють незабарвленими та кольоро­вими - забарвленими в масі або з поверхневим оздобленням лицьових граней.

Залежно від середньої густини силікатні вироби поділяють на три групи: ефективні з густиною цегли не більше 1400 кг/м і каменів

- 1450 кг/м, умовно ефективні від 1401 до 1650 кг/м і каменів від

1451 до 1650 кг/м, звичайну силікатну цеглу понад 1650 кг/м.

Для силікатної цегли і каменів встановлені марки залежно від границі міцності на стиск - МЗ00,М250, М200, М150, М125, М100 і М75 та за морозостійкістю - Б50, Б35, Б25, Б15.

Водопоглинання силікатних виробів повинно бути не менше ніж 6%. Поряд із рядовими виготовляють лицьову силікатну цеглу і каме­ні, марки їх за міцністю не менше М125 та М100, морозостійкістю - не менше Б25.

Силікатну цеглу застосовують поряд з керамічною для кладки стін надземних частин будівель. Внаслідок недостатньої водостійкості її не можна використовувати для фундаментів та цоколів будівель ни­жче гідроізоляційного щару. Не дозволяється застосовувати її також для споруд з мокрим режимом експлуатації без спеціальних заходів щодо захисту стін від зволоження, а також в умовах дії високих темпе­ратур (кладка печей, труб і т. п.).

Різновидами силікатної є вапняно - шлакова та вап - няно - зольна цегла. Для виготовлення вапняно-шлакової цегли в суміш додають З... 12% вапна і 88...97% паливного шлаку, а вапняно-зольної - 20...25% вапна і 75...80% золи. При застосуванні як сировинних компонентів силікатної цегли паливних відходів знижу­ється її середня густина, водопоглинання, покращується ряд інших властивостей. Застосовують вапняно-шлакову та вапняно-зольну цег­лу, як правило, для кладки стін малоповерхових споруд.

Силікатні бетони отримують в результаті автоклавного твердіння раціонально підібраної суміші вапняно-кремнеземистого в'яжучого та заповнювачів. Їх класифікують за середньою густиною, максимальною крупністю, виду заповнювачів, структурою, пластичні­стю суміші та областю застосування. Переважно використовують дрі­бнозернисті силікатні бетони. Технологія силікатобетонних виробів полягає у приготуванні вапняно-кремнеземистого в'яжучого шляхом спільного або окремого помелення піску й вапна, дозування основних компонентів, перемішування бетонної суміші, формування виробів та їх автоклавної обробки.

За основними будівельними властивостями силікатні бетони є близькими до цементних. Для них є дійсними й основні залежності властивостей від технологічних параметрів, які встановлені для цеме­нтних бетонів. Силікатні бетони, також як і цементні, можна викорис­товувати для виготовлення звичайних і напружено-армованих конс­трукцій, які застосовують у цивільному і промисловому будівництві (стінові блоки і панелі, настили, панелі перекриття тощо).

Стійкість силікатних бетонів у воді нижче, ніж цементних, од­нак відомі шляхи підвищення водостійкості цього матеріалу, голо­вними з яких є: обробка конструкцій - просочення бітумом, карбоні­зація, покриття кремнійорганічними водовідштовхуючими сполуками; створення водостійкої гідросилікатної зв'язки із малорозчинних силі­катів кальцію за рахунок введення доменного шлаку тощо.

Різновидом автоклавних матеріалів є силікальцит, особливістю технології якого є помелення та змішування вапна і піску у швидкіс­ному дезінтеграторі із частотою обертання близько 1500 об/хв. У дез­інтеграторах вапно і пісок змішуються найбільш рівномірно і міцно зчіпляються. Силікальцит має високу міцність, морозо- та корозійну стійкість, значно більшу, ніж звичайні силікатобетонні вироби.

Поряд із щільними широко розповсюджені ніздрюваті автоклав- ні бетони, структура яких характеризується рівномірно розподіленими порами у вигляді сферичних комірок діаметром 1...3 мм. Ніздрюваті бетони виготовляють шляхом введення у бетонну суміш газоутворю­ючих добавок (звичайно алюмінієвої пудри) або технічної піни.

Ці бетони поділяються на конструкційні середньої густини від 900 до 1200 кг/м³, конструкційно-теплоізоляційні з середньою густи-

ною 500.900 кг/м та теплоізоляційні - до 500 кг/м. Бетон перших двох груп марок з міцності при стисканні від 35 до 200 теплопровід­ність його змінюється від 0,17 до 0,46 Вт/(м-°С), морозостійкість сягає 50 циклів та більше. Ніздрюваті бетони мають підвищені усадочні де­формації (0,4...0,6 мм/м). Після насичення водою міцність їх знижу­ється на 30...35%. Ніздрюваті бетони застосовують у житлових, гро­мадських та сільськогосподарських будівлях у вигляді стінових блоків і панелей, плит покриття тощо. Стінові панелі житлових будівель із таких бетонів мають підвищені техніко-економічні показники порів­няно із легкобетонними панелями на пористих заповнювачах.

7.3. Гіпсові вироби

Будівельний гіпс застосовують для виробництва листів для об­шивки стін та перекрить (гіпсова суха штукатурка), перегородочних плит та панелей, стінових каменів, архітектурно-декоративних виро­бів, вентиляційних коробів і т.д. Гіпсові та гіпсобетонні вироби мають невелику середню густину, не горять, але знижують при зволоженні міцність і характеризуються пластичними деформаціями під дією на­вантажень. Водостійкість їх зростає при введенні 5...25% вапна, гра­нульованого доменного шлаку, при просочуванні карбамідними смо­лами, кремнійорганічними рідинами та ін.

В найбільшій мірі водостійкість гіпсових виробів зростає за ра­хунок використання композиційних гіпсоцементнопуцоланових та гіп- соцементношлакових в'яжучих.

Гіпсові вироби застосовують для оздоблення цегляних, залізобе­тонних, дерев'яних поверхонь житлових, громадських та промислових споруд з сухим та нормальним вологісним режимом повітря в період експлуатації. Підвищення міцності гіпсових виробів при зниженій се­редній густині досягають при їх дисперсному армуванні волокнисти­ми матеріалами. Один з ефективних шляхів зниження маси гіпсових виробів є створення пористої або ніздрюватої структури, ввведення до формовочно'ї маси піни або піноутворюючих реагентів.

Високі естетичні властивості і простота технології роблять гіпсо­ві вироби перспективними при оздобленні інтер'єру споруд різного призначення.

За обсягом виробництва на першому місці стоять вироби на ос­нові гіпсокартонних листів, декоративний вигляд та звуковбиральні властивості яким надають шляхом перфорації, облицюваня плівкови ми матеріалами та нанесенням малюнку на картон.

Гіпсокартонні листи складаються із затверділої гіп­сової серцевини, міцно поєднаної з картонною оболонкою (рис.7.2). Технологічний процес виробництва гіпсокартонних листів включає приготування формувальної маси, підготовку картону, формування безперервної стрічки, розрізування її на окремі листи після твердіння гіпсу та сушіння в багатоярусних тунельних сушарках.

Гіпсові декоративні плити виготовляють, як пра-

Рис.7.2 Гіпсові обшивочні листи: а - з гладкими ребрами; б - з обжатими ребрами; 1-картон; 2-лицевий бік; 3- гіпсовий камінь.

вило, литими, гладкими або рифленими і з різноманітними малюнка­ми на лицьовій поверхні, без арматури і армованими, з заповнювачами або без них. Гіпсові плити випускають, як правило, квадратними з розмірами, мм: 500х500х(15...40), 600х600х(15...40).

Основні види гіпсобетонних виробів: панелі та пли­ти для перегородок, панелі для збірних стяжок під підлоги, вентиля­ційні панелі, об'ємні санітарно-технічні кабіни, стінові блоки та каме­ні.

Панелі для перегородок мають довжину до 6600 мм, висоту до 4000 мм, товщину 80... 100 мм, Їх виготовляють без прорізів, з прорі­зами та вирізами (рис.7.3). Лицеві поверхні панелей повинні бути придатними для обклеювання шпалерами. Панелі армують дере­в'яними рейковими каркасами і забезпечують металевими монтаж­ними петлями. Клас бетону за міцністю на стиск повинен бути не ме-
ництві гіпсобетонних панелей застосовують конвейєрні лінії, як пра­вило, з використанням прокатних станів. Близькими за технологією і властивостями до перегородочних є панелі для збірних стяжок та під­логи.