На Авдіївському коксохімічному заводі

 

Кокс сухий валовий – 75,3

Пековий кокс – 0,02

Смола кам’яновугільна – 3,85

Нафталін – 0,15

Бензол кам’яновугільний – 0,87

Фталевий ангідрид – 0,001

Сульфат амонію – 0,01

Зворотний коксовий газ – 12,8

Сірчана кислота – 0,007

 

Підвищення економічної ефективності коксохімічного виробництва досягається насамперед удосконалюванням технології одержання коксу. Так, впровадження безупинного способу коксування дозволяє знизити собівартість коксу в середньому на 30% і втричі підвищити продуктивність праці порівняно зі звичайним способом. Значний ефект досягається при впровадженні методу сухого гасіння коксу (інертними газами), що дозволяє поліпшити його якість і підвищити продуктивність коксохімічного виробництва.

 

6.2. Технологія переробки нафти

 

Нафтопереробна промисловість посідає одне з головних місць у народному господарстві країни. Сира нафта, що надходить на нафтоперегонні підприємства, переробляється на моторне паливо високої якості, мастильні й спеціальні масла різноманітного асортименту, бітуми і воскові суміші, парафіни, сажу, кокс для електродів. Щільність нафти знаходиться в межах 780-1040 кг/м³. Нафту щільністю нижче 900 кг/м³ відносять до легких сортів, понад 900 кг/м³ – до важких. Щільність нафти залежить від вмісту в ній легких фракцій і в першому наближенні характеризує її склад, визначає напрямок переробки нафти, а також асортимент і якість вироблюваної продукції. Сира нафта містить домішки: воду (10-30 %), розчинені солі, частки породи (3-5 %), а також газоподібні фракції вуглеводнів – побіжні гази (1-4 %), що при атмосферному тиску інтенсивно випаровуються, тягнучи із собою і частки низькокиплячих фракцій. Тому для запобігання втрат цих фракцій видобуту нафту направляють в спеціальні випарники (трапи), де відбувається відділення газів, які піддають подальшій переробці.

Вільна вода разом із механічними домішками відокремлюється від нафти у відстійниках. Для руйнації дрібних крапельок води на нафту впливають перемінним електричним полем в спеціальних апаратах-електродегідраторах, усередині яких є сітки, що утворюють обкладки конденсатора. Крапельки солоної води, що є електропровідником, інтенсивно коливаються в електричному полі, і, змішуючись, утворюють більш великі краплі, що стікають униз. Зневоднена нафта піднімається через верхні сітки і подається на переробку.

Процес перегонки заснований на явищах випарення і конденсації суміші речовин із різними температурами кипіння. Технологічний процес перегонки нафти складається з чотирьох операцій: нагрівання суміші, випарення, конденсації й охолодження отриманих фракцій.

Нагрівання нафти і нафтопродуктів здійснюється в трубчастих печах, що мають по 3-4 камери. Спочатку холодний продукт надходить у конвекційні камери, де підігрівається газами, що відходять, а потім у радіаційні. Підігрів в печі відбувається до температури 300-500°С.

 

Рис. 6.3.Ректифікаційна колона:   1 – шолом; 2 – тарілки; 3 – візуальні люки; 4 – переливна труба; 5 – труба сполучення; 6 – каскадні тарілки.

проміжної

 

Поділ сумішей на фракції при перегонці проводиться в ректифікаційних колонах (рис.6.3),що являють собою циліндричний апарат висотою 25-55 м, діаметром 5-7 м, із внутрішніми горизонтальними перегородками (тарілками), розташованими одна над одною. У перегородках є щілини, прикриті ковпаками, які перепиняють шлях парі, що піднімається, і зливи, призначені для стікання надлишку рідини на тарілці.

Нагріту в печі суміш подають у нижню частину колони. Тиск у колоні нижчий, ніж у трубках печі, тому суміш закипає і розділяється на дві фази: пароподібну і рідку. Рідкі продукти стікають униз, а пара піднімається нагору по колоні.

У верхню частину колони подається зрошувальна рідина (флегма) – легка фракція, що перетікає униз із тарілки на тарілку по переливних патрубках. Пара, що піднімається знизу, підходить під ковпак і барботує через прошарок рідини на тарілці. Зустрічаючись із гарячою парою, зрошувальна рідина нагрівається і частково випаровується. Пара, віддаючи їй тепло, конденсується, а конденсат стікає в нижню частину колони. Цей процес багаторазово повторюється за усією висотою колони на кожній тарілці. В міру підйому з тарілки на тарілку температура парів і флегми зменшується. Температура регулюється існуючою подачею холодної легкої фракції для зрошення.

Фракційний склад флегми і пари з висотою колони безупинно змінюється: флегма, що стікає униз, усе більше збагачується важкими фракціями, а пара, що піднімається нагору – легкими. Насподі колони збирається рідина, що містить важкі фракції (мазут). Легкі фракції піднімаються по колоні нагору, поступово охолоджуючись. Найлегша бензинова фракція при температурі 180-200°С відводиться з колони у виді пари у конденсатор і відокремлюється від води в сепараторі.

З проміжних тарілок колони відводяться середні фракції: гасова, що кипить при 200-300°С, і газойлева (300-350°С). Іноді відводять також проміжні фракції, наприклад, лігроїни (160-200°С) і гасогазойлеву (270-320°С).

Мазут розділяють на фракції вакуумною установкою: на легку фракцію (важкий газойль), проміжну (масляні дистиляти: веретенний, машинний, циліндровий) і важку (гудрон).

Продуктивність ректифікаційних колон складає 3-9 тис. т нафти на добу, вакуумних установок – 1,5-3 тис. т мазуту на добу.

Таким чином, продукти перегонки нафти можна розподілити на три групи: паливні, масляні дистиляти і гудрон.

Найціннішою є паливна фракція – бензинова, вихід бензинів із нафти складає 3-15 %, для легкої нафти – до 20 %.

Лігроїни прямої перегонки використовуються для подальшої переробки на бензин і розчинники для лакофарбової промисловості, їхній вихід складає 7-10 %.

Гаси – освітлювальний, моторний, компоненти реактивних і дизельних видів палива, вихід – 8-20 %.

Легкі газойлі (соляр) є основою дизельних видів палива, а важкі – як сировина для подальшої переробки (крекінгу); їхній вихід складає в середньому 7-15 %.

Мазут – фракція, що містить вуглеводні, парафін, масляні й смолисті речовини. Легкі мазути застосовують як паливо для котельних і газових турбін; вихід мазуту – 50-60 %.

Масляні дистиляти – важкі фракції, з яких одержують різноманітні мастильні й спеціальні масла; їхній вихід – біля 20-25 %. Гудрон складається зі смолистих речовин, парафінів і важких вуглеводнів і служить напівфабрикатом, із якого одержують бітуми і кокс для електродів; його вихід – 15-30%.

Порівняно малий вихід бензину при прямій перегонці обумовив необхідність розробки методу одержання легких фракцій із важких упровадженням крекінг-процесу.

Крекінг, піроліз і риформінг нафтопродуктів. Переробка нафти звичайною перегонкою, тобто фізичним методом, не змінює хімічного складу нафти і її продуктів, не руйнує і не створює вуглеводнів, а лише розділяє нафту на її складові. Перегонкою не можна одержати з нафти більш того, що природно в ній міститься. Наприклад, у нафті міститься 10-15% бензину, і одержати більшу кількість бензину перегонкою неможливо.

Для значного збільшення виходу з нафти легких продуктів і насамперед бензину поряд із фізичними зараз застосовують і хімічні методи переробки нафтопродуктів, засновані на зміні їхнього хімічного складу. Цими новими методами є крекінг і піроліз. Сутність їх полягає в тому, що переробку нафтопродуктів здійснюють в умовах, за яких окремі вуглеводні розщеплюються (розпадаються на частини) і утворюють нові, більш легкі вуглеводні (із меншим числом атомів вуглецю) (рис. 6.4).Таким шляхом досягається збільшення виходу бензину й інших легких продуктів поверх тієї кількості, що міститься у вихідній сировині.

Крекінг (тобто розщеплення) виконують при температурі 475-500°С і тиску 2...7 МПа. Для активізації і відповідного напрямку крекінгу застосовують різноманітні каталізатори, найчастіше алюмосилікатні (як правило, синтетичні, іноді природні – бентонітові глини). Піроліз (що означає розкладання при високій температурі) здійснюється при атмосферному тиску, але при більш високих температурах (680-750°С).

 

Рис. 6.4.Розщеплення вуглеводню при крекінгу

 

Важкий вуглеводень-цетан С16Н34 розпадається на два легких вуглеводні: С8Н18 і октилен С8Н16

Крекінгом із важких нафтових фракцій (соляру, мазуту) одержують переважно бензин та інше легке моторне паливо. Піролізом зазвичай переробляють нафтові гази, бензини і гаси з метою одержання сировини (етилену, пропилену, бутадієну й ін.) для промисловості органічного синтезу і полімерів.

На передових нафтопереробних підприємствах, що застосовують новітню технологію виробництва, вихід легкого моторного палива дуже високий; із соляра, наприклад, одержують 60-80% високоякісного бензину й гасу і невеличку кількість газів і крекінгового залишку. Крекінг-бензин відзначається вищими антидетонаційними властивостями й цим перевершує бензин, одержуваний при перегонці нафти.

Одержувані при крекінгу і піролізі гази містять етилен, пропилен, бутилен та інші легкі вуглеводні. З них одержують спирти, синтетичний каучук, пластмаси і велику кількість інших продуктів.

Крекінговий залишок піддають коксуванню – процесу глибокого розкладання при температурі 480-650°С. У результаті утворюються нафтовий кокс, газ і рідкі нафтопродукти, у тому числі деяка кількість бензину. Нафтовий кокс може служити замінником кам’яновугільного коксу.

Таким чином, новітні методи переробки нафти відкривають найширші можливості для використання нафтопродуктів у всіх галузях народного господарства, повного забезпечення країни усіма видами рідкого палива і мастильних матеріалів, а також різноманітною хімічною сировиною без надмірного збільшення нафтовидобутку.

Риформінг – процес, застосовуваний для поліпшення якості бензину, підвищення його антидетонаційних властивостей (підвищення октанової кількості бензину). Використання високооктанового бензину значно підвищує потужність двигунів і економічну ефективність екс­плуатації автомобілів. Процеси риформінгу здійснюють при температурі 450-530°С і тиску 1,4-5,6 МПа за участю водню і наявності різноманітних каталізаторів (молібдену, платини, окису хрому і молібдену та ін.). У процесі риформінгу перетворюється структура молекул вуглеводнів бензину, зменшується вміст у ньому низькооктанових і збільшується вміст високооктанових вуглеводнів. У результаті одержують високооктановий бензин.

 

 

Основні поняття

 

 

Кам’яновугільна смола Ректифікаційна колона

Бензол Фракційний склад флегми

Металургійний кокс Лігроїни

Надсмольна вода Масляні дистиляти

Шихта Синтез аміаку

Напівкокс Крекінг

Коксова піч Піроліз

Коксова батарея Риформінг

 

 

Питання для обговорення

 

1. Що являє собою кокс і які галузі його застосування?

2. Які основні компоненти одержують при коксуванні вугілля і в чому полягають їх особливості?

3. Яку сировину використовують для одержання коксу?

4. На чому заснований процес перегонки нафти?

5. Продукти прямої перегонки нафти і їхнє застосування.

 

 

Змістовий модуль 7. Система технологій будівництва

7.1. Властивості будівельних матеріалів

Придатність будівельних матеріалів для конкретних умов визначають за їхніми властивостями, які є різноманітними, що обумовлено головним чином їхнім речовинним складом. Виділяють фізичні, механічні, хімічні й інші властивості.

Фізичні властивості характеризують фізичний стан матеріалу (фазовий стан, щільність, структуру), а також визначають його відношення до фізичних процесів навколишнього середовища. При цьому фізичні процеси в матеріалі не змінюють будівлю його молекул. Звичайно до таких властивостей відносять щільність, об’ємну масу, теплопровідність, теплоємність, звукопроникність, вологість, водопро­никність, водопоглинання, усадку, вогнетривкість, вогнестійкість, світлостійкість, електроопір.

Механічні властивості – спроможність матеріалу опиратися деформуванню і руйнації під дією напруг, що виникають у результаті дії зовнішніх сил (тривкість, пругкість і в’язкість, пластичність і тендітність, релаксація, повзучість, твердість матеріалів та ін.).

Хімічні властивості матеріалу визначають його спроможність вступати в хімічну взаємодію з речовинами середовища, у якому він знаходиться, при цьому з’являються нові речовини. До хімічних властивостей можна віднести розчинність і кристалізацію, корозійну стійкість, старіння, атмосферостійкість, адгезію, горючість, токсичність і т. ін.

Властивості матеріалів не залишаються стабільними, вони змінюються під впливом фізичних, хімічних, механічних і фізико-хімічних чинників, наприклад, тривкість деревини (сосни) при зволоженні до 20 % знижується в 1,5 рази порівняно з повітряно-сухим станом і т. ін.

Показники властивостей матеріалів є найважливішими критеріями їхньої якості. Вони нормовані в державних стандартах й інших нормативно-технічних документах.

 

7.2. Виробництво цементу і його різновиди

 

Будівельними в’язкими мінеральними речовинами називають порошкоподібні матеріали, що при змішуванні з водою утворюють пластичну зручнооброблювану масу, спроможну затвердівати у міцне каменеподібне тіло. Вони відомі людям декілька тисячоліть. До них належать: глина, гіпс, вапно, цемент.

До повітряних в’язких речовин, що після змішування з водою твердіють на повітрі, належать: повітряне вапно, гіпсові й магнезіальні в’язкі, кислототривкі цементи, рідке скло; до гідравлічних – портландцемент, глиноземістий цемент, шлакові цементи.

З усіх в’язких речовин найбільшого застосування набули цементи, що класифікують за видом клінкеру і речовинним складом, міцністю при твердінні, швидкістю твердіння, терміном тужавлення, спеціальними властивостями.

Цементи на основі портландцементного клінкеру підрозділяють на цементи без активних мінеральних добавок (різноманітні види портландцементу) і шлакопортландцементи.

За тривкістю цементного каменю розрізняють високотривкі цементи марок 550, 600 і вище; підвищеної тривкості 500; рядові цементи марок 300 і 400; низькотривкі – марок нижче 300.

За швидкістю твердіння цементи розрізняють: особливо швидко твердіючі (1 доба), швидкотвердіючі (від 3 до 28 діб), звичайні (понад 28 діб).

За термінами тужавлення розрізняють цементи швидкотужавіючі (менше 45 хв), нормальнотужавіючі (від 45 до 90 хв) і повільнотужавіючі (більше 1,5 годин).

Портландцемент являє собою продукт тонкого здрібнювання цементного клінкера, одержуваного в результаті випалу до спікання сировинної маси вапняку і глини, що забезпечує переваження в цементі силікатів кальцію. Цей найважливіший будівельний матеріал за виробництвом і застосуванням посідає основне місце серед інших в’язких.

Якість клінкеру залежить від його хімічного і мінералогічного складу. Для одержання портландцементу високої якості клінкер має містити 75-78 % вапняку і 22-25 % глини. Такою природною сировиною є вапняні мергелі, але в природі їх мало, тому цементні заводи викорис­товують штучні суміші.

Технологічний процес виробництва цементу складається з підготовки сировинних матеріалів, суміші, випалу сировинної маси й одержання цементного клінкеру, здрібнювання його в тонкий порошок і змішування з добавками.

Вихідний матеріал подрібнюють у щокових або валкових дробарках; крейду, глину додають у залізобетонні резервуари, із яких глиняний шлам перекачується в трубний млин. Останній являє собою сталевий циліндр діаметром 3 м і висотою до 15 м, що обертається навколо горизонтальної осі.

Всередині млин розділений перегородками на 3-4 камери. Матеріал, що подається з одного кінця млина, постійно переміщується до другого і подрібнюється сталевими кулями, що перекочуються. Тонко здрібнений матеріал подається насосом у шламбасейни (залізобетонні або сталеві резервуари), в яких коректується хімічний склад шламу.

Випал сировинної суміші відбувається в обертових печах з листової сталі, футерованих всередині вогнетривким матеріалом. Обертові печі працюють за принципом противоплину, тобто сировина і паливно-повітряна суміш рухаються назустріч один одному. Потік розпечених газів розігріває масу до необхідної температури, відбувається вигоряння органічних речовин, спікання маси. Потім розпечений клінкер охолоджується в колосникових холодильниках до 50-200°С і у виді малих гранул передається на склад, де вилежується два тижні.

Розмелювання (здрібнювання клінкеру) здійснюється в трубних стрічкокамерних млинах. Готовий цемент транспортується пневматично в шлоси для охолодження, потім його розфасовують по 50 кг у багатошарові паперові мішки або завантажують у спеціально обладнані автомобілі (цементовози), у залізничні або водяні транспортні засоби. Зберігати цемент необхідно в закритих складах із щільним дахом, стінами і дерев’яною підлогою з метою захисту від впливу вологи. Важливо пам’ятати, що активність цементу знижується при збереженні: через 3 місяці – на 20 %, 6 місяців – 30 % і через рік на 40 %.

Цементна промисловість України випускає різноманітні марки цементів і портландцементів. Швидкотвердіючий портландцемент марок 400, 500 забезпечує підвищену міцність і використовується в немасивних залізобетонних конструкціях. Особливошвидкотвердіючий і надшвидкотвердіючий цементи марок 500, 600 забезпечують високу міцність і застосовуються в основному для аварійно-відбудовних робіт і за тих умов, коли висуваються високі вимоги до темпів початкового твердіння.

Шлакопортландцемент одержують здрібнюванням клінкеру, гранульованого шлаку і гіпсу. Марки цементу 300, 400, 500 застосовуються для виготовлення залізобетонних збірних виробів, при устрої монолітних наземних, підземних і підводних конструкцій, що піддаються дії грунтових вод.

Сульфатостійкий портландцемент марок 300, 400, 500 застосовують для підземних і підводних конструкцій, що піддаються сульфатній корозії, а також для бетонів підвищеної морозостійкості. Його одержують здрібнюванням портландцементного клінкеру з додаванням гіпсу.

Білий і кольоровий портландцементи одержують із чистих вапняків і білих глин (білий) і з додаванням мінеральних і органічних барвників і гіпсу (кольоровий). Вони призначені для архітектурно-оздоблювальних робіт. За кольором портландцементи підрозділяють на червоний, жовтий, зелений, блакитний, рожевий, коричневий і чорний, за механічною міцністю – на марки 300, 400, 500.

 

7.3. Виробництво гіпсу і вапна

 

Гіпсові в’язкі речовини (гіпс) одержують у результаті теплової обробки і помолу сировини, що складається в основному з напівводного гіпсу або ангідриду. Сировиною для виробництва гіпсу служить природний гіпсовий камінь CaSO4·2H2O і природний ангідрид CaSO4, а також відходи хімічної промисловості, що містять з’єднання кальцію.

Як і цемент, гіпс спікається в печах, потім розмелюється в млинах. Розрізняють гіпс будівельний, формувальний і високоміцний. Гіпс – це швидкосхвачувальна і швидкотвердіюча в’язка речовина. Терміни тужавлення – до 15 хв (марка А), до 30 хв (марка Б) і понад 30 хв (марка У).

Будівельний гіпс застосовують для виробництва гіпсових і гіпсобетонних будівельних виробів і матеріалів для внутрішніх елементів будинків і споруджень (панелей і плит для перегородок, сухої штукатурки, для декоративних і оздоблювальних матеріалів).

Будівельним вапном називається в’язка речовина, одержувана в результаті помірного випалу (не до спікання) і наступного помолу кальцієво-магнієвих карбонатних гірських порід – вапняку, крейди, доломіту.

Технологічний процес виробництва будівельного вапна складається з підготовки сировини (роздрібнення, сортування), випалу, помолу або гасіння кускового вапна.

Випал вапна здійснюють в обертових шахтних печах діаметром до 4 і висотою до 20 м. Середня зона – зона випалу, куди подається паливо (газ) і де розвивається температура 1000-1200°С. У результаті випалу одержують негашене кускове вапно, що надходить на помол або гасіння. Мелене негашене вапно утворюється шляхом тонкого здрібнювання кускового вапна на млинах, куди і вводять мінеральні добавки. Найважливіші показники якості вапна: активність (що залежить від процентного вмісту відходів магнію, спроможних гаситися) і тривалість гасіння.

Гідратне (гашене вапно) являє собою тонкодисперсний порошок білого кольору, що утворюється шляхом додавання в негашене вапно води 70-100 % від маси вапна. При взаємодії оксидів кальцію і магнію з водою утворюються їхні гідрооксиди, процес супроводжується виділенням великої кількості тепла.

Твердіння вапна може відбуватися тільки у повітряно-сухому середовищі в результаті випарювання води і кристалізації гідрооксидів кальцію і магнію. Твердіє гашене вапно повільно, міцність його каменю невисока.

Будівельне вапно застосовується для виготовлення штучних кам’яних матеріалів – силікатних бетонів і цегли, виготовлення будівельних розчинів, у виробництві гідравлічних в’язких – вапняно-шлакових цементів, як фарбуючий матеріал.

 

7.4. Виробництво безвипальних кам’яних матеріалів

 

Штучні безвипальні кам’яні будівельні матеріали і вироби одержують із розчинних або бетонних сумішей шляхом їх формування з наступним твердінням. Як в’яжучі застосовують цемент, вапно, гіпс, магнезит. Наповнювачами служать кварцовий пісок, шлак, пемза, деревна тирса й ін. Для підвищення міцності на згин вироби армірують волокнистими матеріалами (азбестом, деревиною, сталевою арматурою та ін.).

Залежно від виду в’язкої речовини штучні безвипальні матеріали і вироби розподіляють на 4 групи.

1. Силікатні матеріали і вироби, одержувані на основі вапна: силікатна цегла, вапняно-шлакові, вапняно-зольні блоки внутрішніх несучих стін будинків, панелі перекриттів і несучих перегородок, сходові щаблі, плити, балки й ін.

2. Гіпсові та гіпсобетонні вироби, одержувані на основі будівельного гіпсу: панелі і плити перегородкові, листи обшивальні, плити теплоізоляційні, камені для кладки зовнішніх стін, вироби для перекриттів, облицьовувальні плити, вентиляційні блоки, вогнезахисні вироби та ін.

3. Матеріали і вироби на основі магнезіальних в’язких: теплоізоляційний фіброніт для утеплення стін, підлог і перекриттів і кон­структивний для заповнення стін, перегородок і перекриттів каркасних будинків, фібролітова фанера, використовувана як штукатурка, ксилоліт для устрою суцільних безшовних і плиткових підлог та ін.

4. Азбоцементні вироби, одержувані на основі портландцементу з додаванням азбесту: покрівельні панелі й плити, покриття і підвісні стелі, стінові панелі й плити, перегородки, електротехнічні дугостійкі панелі та ін.

При автоклавній обробці вапняно-пісчаних сумішей при тиску пари 0,8 МПа і температурі 170°С і вище можуть бути отримані дуже міцні, водостійкі й довговічні матеріали. Це пояснюється тим, що в середовищі насиченої пари при зазначеній температурі кремнезем хімічно взаємодіє з вапном, створюючи гідросилікати кальцію – міцну і водостійку речовину. Цим способом виготовляють силікатну цеглу, камені для кладки стін, крупнорозмірні збірні залізобетонні вироби.

 

7.5. Виробництво бетону, залізобетону і виробів з них

 

Бетоном називають штучний кам’яний матеріал, одержуваний у результаті твердіння суміші, що складається з в’язкої речовини, води і наповнювачів. Зачинена водою в’язка речовина (цемент, портландцемент та ін.) утворює клеюче тісто, яке обволікає тонким прошарком зерна піску і щебеню, а потім згодом затвердіває, зв’язуючи при цьому наповнювач у монолітний тривкий камінь – бетон.

Будівельні бетони класифікують:

а) за видом в’язкої речовини – цементні, силікатні, гіпсобетони, асфальтобетони, напівцементні бетони;

б) за щільністю в сухому стані – особо важкі (щільність більш 2500 кг/м³), важкі (1800-2500 кг/м³), легкі (500-1800 кг/м³) і особливо легкі (до 500 кг/м³);

в) за призначенням важкі бетони розділяють на звичайний важкий для бетонних і залізобетонних несучих конструкцій будинків, гідротехнічний, дорожній, декоративний; спеціального призначення – кислототривкий, жаростійкий, хімічно стійкий, для захисту від радіації та ін.

Легкі бетони за призначенням поділяють на конструктивні, що сприймають зовнішні навантаження; конструктивно-теплоізоляційні для захисних конструкцій; теплоізоляційні. Наповнювачем для легких бетонів служать природні й штучні сипучі пористі матеріали (наприклад, щебінь і пісок із пемзи і вулканічного туфу, пористих вапняків та ін.), шлакова пемза (із металургійних шлаків), керамзит та ін.

Наповнювачем для цементних бетонів служить пісок із крупністю зерен 0,14-5 мм, гравій або щебінь (5-70 мм). Вибір відповідної фракції наповнювача залежить від призначення бетону і виду конструкції, в яку її закладають.

Залізобетон являє собою будівельний матеріал, у якому сполучені в монолітне ціле затверділий бетон і сталева арматура. Бетон сприймає стискуючі зусилля, а арматура – розтягуючі. Обидва матеріали працюють спільно, тому що мають близькі коефіцієнти температурного розширення в інтервалі температур до 100°С. Залізобетон як будівельний матеріал має високу міцність, вог­нестійкість і довговічність. Залізобетонним конструкціям при виготовленні можуть бути надані будь-які конструктивні й архітектурні форми. До вад залізобетону відносять велику масу конструкцій, підвищені тепло- і звукопроникність, низьку тріщиностійкість. Залізобетонні конструкції залежно від методів зведення споруджень і призначення бувають трьох видів: монолітні, збірні і збірно-монолітні.

Монолітні конструкції одержують безпосередньо на будівельному майданчику з виконанням операцій щодо установки опалубки, монтажу арматурних каркасів і укладці бетонної суміші. Після набуття бетоном достатньої міцності (звичайно через 7 діб) опалубку розбирають або в разі потреби нарощують. З монолітного залізобетону зазвичай виготовляють масивні фундаменти і будують спеціальні спорудження (греблі, димарі й ін.).

Збірні залізобетонні конструкції виготовляють на заводах, а на будівельному майданчику готові конструкції монтують. Збірний залізобетон широко застосовується практично в усіх видах промислового і цивільного будівництва.

Збірно-монолітні конструкції – сполучення збірних конструкцій, що виконують у процесі зведення роль опалубки, і монолітного бетону, що вкладається на місці будівництва для надання конструкціям проектних розмірів. Застосовують зазвичай при зведенні масивних кон­струкцій, виготовлення яких на заводах неможливе.

За призначенням збірні бетонні й залізобетонні вироби умовно розділяють на 4 групи:

1) для житлових і цивільних будинків – вироби для фундаментів і підземних частин будинків, конструкції для каркасів будинків, стінові блоки і панелі, плити і панелі для перекриттів і покриттів, збірні сходові марші, балкони й ін.;

2) для промислових будинків – вироби для фундаментів і підземних частин будинків, для каркасів, плити і панелі перекриттів і покриттів, стінові панелі, конструкції спеціального призначення й ін.;

3) для інженерних споруд – опорні конструкції мостів, опори контактних мереж, труби, дорожні й аеродромні плити, шпали, оболонки для резервуарів та ін.;

4) вироби загального призначення.

Збірні бетонні й залізобетонні вироби випускають механізовані заводи залізобетонних виробів, цехи крупнопанельного домобудівництва.

 

7.6. Класифікація будинків і споруд та

їхніх елементів

Будинки – різноманітні наземні будівлі, призначені для житла, виробничих, культурно-побутових й інших цілей.

За призначенням будинки поділяють на такі групи: житлові й суспільні (житлові будинки, театри, клуби, навчальні заклади і т. ін.); промислові (будівлі теплоелектростанцій, цехів, заводських, насосних станцій і т. ін.); сільськогосподарські (тваринницькі будівлі, сховища й ін.).

За кількістю поверхів будинки бувають одно- і багатоповерховими, у тому числі висотними.

Спорудження – будівлі спеціального призначення (мости, греблі, шахти й ін.). Усі спорудження залежно від об’ємно-планувального рішення розділяють на лінійні (трубопроводи, лінії електропередач, дороги), майданчикові (спортзали, стадіони, аеродроми), підземні й гли­бинні спорудження (метрополітени, сховища, свердловини, колодязі й ін.).

Будинки і спорудження розділяють на кам’яні (із цегли, каменів), бетонні й залізобетонні, дерев’яні та змішані.

Всякий будинок і спорудження мають бути спроектовані й побудовані раціонально, з урахуванням досягнень будівельної науки і техніки, бути довговічними і економічними, задовольняти естетичним вимогам.

За довговічністю (терміном служби) розрізняють будівельні конструкції трьох ступенів: перший – термін служби більше 100 років, другий – більше 50 років, третій – більше 20 років.

Вогнестійкість будинків визначається групою займистості й межею вогнестійкості основних його конструкцій. За цими якостями конструкції діляться на незаймисті, важкозаймисті й займисті.

Будинки складаються з конструктивних елементів: фундаментів, колон, стін, перегородок, перекриттів, покриттів, стріхи, східців і ліфтів, вікон, дверей і воріт. Усі елементи будинків діляться на дві групи: несучі, сприймаючі навантаження від ваги інших елементів будинку, устаткування, людей і зовнішніх навантажень (вітер, сніг та ін.), і захисні, що служать для огородження (ізоляції) помешкань одне від другого і захисту від атмосферних впливів.

Несучі елементи: фундаменти, колони або стовпи, стіни і перекриття будинків; захисні – зовнішні й внутрішні стіни; перегородки й перекриття, підлоги, покриття, віконні й дверні заповнення і ліхтарі.

Міцність і стійкість будинків і споруд залежать від правильності вибору основ і конструктивного проектування фундаментів. Для цього необхідно знати несучу спроможність ґрунту, прийнятого як основу, глибину його промерзання і режим ґрунтових вод. Основи можуть бути як природні, так і штучно поліпшені (пісок, супісі, суглинки, глини, скельні породи).

Природні основи повинні мати необхідну міцність, невелику і рівномірну стискуваність, не вимиватися грунтовими водами, не піддаватися здійманню при промерзанні. Прошарок несучого ґрунту має бути достатньо потужний і нерухомий.

Штучні основи влаштовують у тому випадку, коли ґрунт має недостатньо несучу спроможність. Такі основи створюють шляхом ущільнення, закріплення ґрунту різноманітними сполучними матеріалами, заміни слабкого ґрунту ґрунтом із більшою несучою спроможністю або шляхом передачі навантаження на заглублені прошарки ґрунту за допомогою спеціальних інженерних устроїв (свай, спускних колодязів й ін.). Поверхневе ущільнення ґрунту здійснюється котками, пневматичними трамбівками або трамбувальними плитами. Глибинне ущільнення слабких ґрунтів здійснюють за допомогою ґрунтових або піщаних свай.

Несуча спроможність основи визначається навантаженням, при якому осадка під спорудженням відповідає нормам. Осадка основи залежить не тільки від навантаження і ступеня її стислості, але й від форми і розмірів підошви фундаменту.

Фундаменти – підземні конструкції, призначені для передачі навантажень від будинків на основу – ґрунт. На них спираються стіни і колони будинків (див. поз. 5 рис. 7.1).

Фундаменти мають задовольняти вимогам міцності, стійкості, морозостійкості, опору впливу грунтових і агресивних вод, за довговічністю відповідати терміну служби будинку або споруди, бути індустріальними й економічними.

 

 

Рис. 7.1. Будівельний майданчик:

 

1 – бетонні кільця підземних споруд; 2 – ізоляційний прошарок;
3 – бульдозер; 4 – гусеничний трактор; 5 – плити фундаментів;
6 – блоки стіни; 7 – плити перекриття підвалу; 8 – монтажна кондукторна установка; 9 – колона; 10 – ригель; 11 – плити міжетажного перекриття; 12 – стінова панель; 13 – віконний блок; 14 – перегородка; 15 – баштовий кран; 16 – рейкові підкранові колії; 17 – панель стінки; 18 – перегородка; 19 – перекриття; 20 – санітарно-технічна кабіна; 21 – штанга-фіксатор; 22 – вантажівка-панелевоз; 23 – складська зона; 24 – шахтний підіймач для доставки матеріалів; 25, 26 – пересувні будиночки управління будівництвом.

Розрізняють фундаменти бетонні, залізобетонні, бутові. За способом виконання робіт їх розділяють на монолітні й збірні. У залежності від конструктивної схеми і засобу передачі навантажень на основу фундаменти розділяють на стрічкові, на які спираються несучі стіни будинку, як правило, суцільні; стовпчасті – у виді окремих стовпів під колони каркасних будинків і під несучі стіни при невеличких навантаженнях; суцільні – у виді плити під усім будинком, коли на фундамент діє значне навантаження, а ґрунти основи дуже слабкі; у виді окремих паль, пов’язаних між собою за допомогою ростверку – балки або плити, що забезпечує рівномірну передачу навантаження від спорудження на групу паль.

Палі і пальові фундаменти в сучасному будівництві набули широкого розповсюдження, тому що їхнє застосування дозволяє значно зменшити об’єм земляних робіт і витрату матеріалів.

Стіни – вертикальні огороджуючі конструкції будинків, розташовані над фундаментом. Вони розділяються на зовнішні й внутрішні. Розрізняють стіни з цегли, керамічних, бетонних і природних каменів, блокові, панельні, а також монолітні залізобетонні. Крім того, стіни можуть бути дерев’яними, з азбестоцементних або сталевих листів. Залежно від конструктивної схеми будинку стіни можуть бути несучими, що сприймають навантаження від перекриттів, покрівлі й ін.; самонесучими, сприймаючими навантаження від власної ваги стін будинку; несучими (навісними), сприймаючими навантаження тільки від власної ваги (у межах одного поверху). Зовнішні стіни мають задовольняти вимогам міцності, теплозахисту, звукоізоляції, морозостійкості, атмосферостійкості й архітектурної виразності та індустріальності, а внутрішні – вимогам міцності й звукоізоляції. Конструкції і матеріали стін мають відповідати визначеному ступеню вогнестійкості як самих стін, так і будинку або спорудження в цілому.

Стіни з цегли і каменів є однією з найпоширеніших конструкцій стін будинків різноманітного призначення (1/2; 1; 1 1/2; 2; 2 1/2 і 3 цеглини). Кладка стін буває суцільною і полегшеною.

Суцільну кладку виконують із цегли усіх видів, керамічних, бетонних і природних каменів. Шви кладки заповнюють розчином. Для забезпечення монолітності стін кладку ведуть із перев’язкою вертикальних швів. Суцільна кладка з цегли доцільна в нижніх поверхах багатоповерхових будинків, керамічні камені з шпаровидними пустотами – у верхніх.

Полегшеною кладкою виконують стіни будинків висотою до
5 поверхів, самонесучі – висотою до 9 поверхів, несучі – будь-якої висоти. У полегшеній кладці частину конструкцій з основного матеріалу заміняють теплоізоляційні плити, легкі бетони, повітряні прошарки або мінеральні засипання.

Камені природні й з важкого бетону застосовують головним чином в цоколях, стінах підвалів, вологих і мокрих приміщеннях, а також неотоплюваних будинках. У помешканнях із нормальною вологістю повітря стіни викладають із легкобетонних каменів.

Для підвищення довговічності й архітектурної виразності будинків широко застосовують зовнішнє облицьовування стін.

У будівництві будинків різноманітного призначення використовують конструкції стін із великих блоків заводського виготовлення. Товщина стін із великих блоків – 200, 300, 400