Строительные материалы

Высокопрочный гипс имеет  плотность 2,72–2,75г/см³, а его средняя плотность – в тех же пределах, что и гипса строительного. Водопотребность для нормальной густоты теста – около 40–45%, т.е. более низкая, что вызвано его пониженной удельной поверхностью и повышенной крупностью кристаллов. Он обладает повышенной прочностью при сжатии (свыше 25–30 МПа), но не водостоек и имеет тенденцию к ползучести во влажном состоянии (1–3% влаги). Прочность при растяжении в 6–8 раз меньше, чем при сжатии образцов в сухом состоянии. В последние годы в нашей стране были проведены исследования по расширению сырьевой базы за счет снижения содержания требований к содержанию двугидрата кальция (вплоть до 3-го сорта) за счет улучшенной технологии со снижением до минимума остаточного и вторичного двугидрата и переводом их в β-модификацию гипса. Получается улучшенный высокопрочный гипс для изготовления гипсобетона, растворов, арболита и других изделий.

Строительный и формовочный  гипс с успехом используют при  производстве перегородочных панелей, сухой штукатурки, гипсолитных деталей, вентиляционных коробов, огнезащитных и звукопоглощающих изделий и др.

при температурах 450–750⁰С растворимый ангидрит переходит в нерастворимый, вследствие чего тесто из порошкообразного ангидрита и воды практически не твердеет. На его базе основано производство ангидритового цемента – продукта обжига природного двуводного гипса при температуре 600–700⁰С с последующим тонким помолом с добавлением минеральных веществ. К таким добавкам относятся смесь сульфата и бисусьфата натрия с медным купоросом, известь (2–5%), основной доменный шлак (10–15%) и др. В присутствии указанных добавок ангидрит взаимодействует с водой и приобретает способность схватываться и твердеть. Предел прочности при сжатии у ангидритового цемента составляет 10–20 МПа, начало схватывания наступает не ранее 30 мин., конец – не позднее 24 ч.

Гипс высокообжиговый (экстрих-гипс) получают при обжиге гипсового сырья до температур 800–950⁰С, когда продукт обжига вновь приобретает свойства схватываться и твердеть без каких-либо добавочных веществ. Эта «добавка» возникает в обжигаемом сырье вследствие термической диссоциации сернокислого кальция (2CaSO₄→2CaO+2SO₂+O₂) в виде свободного оксида кальция. Тонко измельченный порошок и является высокообжиговым гипсом (эстрих-гипсом). Начало схватывания теста из эстрих-гипса наступает не ранее 2 ч., но его можно ускорить добавками, например NHSO₄; предел прочности при сжатии составляет 10–20 МПа, а водостойкость несколько выше, чем у низкотемпературных гипсовых вяжущих и ангидритового цемента. Его применяют для изготовления декоративных и отделочных материалов, например, искусственного мрамора, штукатурных растворов, устройства бесшовных полов и подготовки оснований под линолеум и др.

В целях улучшения  качества эстрих-гипса рекомендуется  применять сырье с содержанием  до 5–7% доломитов и известняков и до 7–10% глинистых примесей. Тогда возникает некоторое количество силикатов, алюминатов и ферритов кальция, повышающих водостойкость готового продукта обжига. Но ее можно повысить и введением гидрофобных добавок или минеральные – шлака, извести, портландцемента и др.

3. Рыхлые сыпучие материалы, используемые в качестве легких заполнителей для бетонов и теплоизоляционных засыпок

Для изготовления легких бетонов используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, шлакопортландцемент  и в основном неорганические пористые заполнители, хотя для получения теплоизоляционных и некоторых конструкционно-теплоизоляционных бетонов применяют и органические заполнители: древесную дробленку, дробленку из стеблей хлопчатника, костры, подвспененные гранулы пенополистирола (отиропорбетон) и др.

Неорганические пористые заполнители отличаются большим  разнообразием, их подразделяют на природные  и исскуственные.

Природные пористые заполнители  получают путем частичного дробления  и рассева пористых горных пород (пемзы, вулканического туфа, известняка-ракушечника и др.).

Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической  обработки минерального сырья и  разделяются на специально изготовленные  и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные  металлургические шлаки и др.).

Керамзитовый  гравий изготавливают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель. Его объемная насыпная масса колеблется от 250 до 800 кг/м³. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность.

Керамзитовый  песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (правда, в небольших количествах), а так же по методу кипящего слоя обжигом сырья во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением некондиционного продукта – зерен гравия размером более 40 мм и сваров.

Шлаковую пемзу изготавливают на металлургических заводах путем быстрого охлаждения расплава металлургических (обычно доменных) шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и фракционируют, получая пористый щебень.

Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 5–7 мм, иногда до 10 мм в результате быстрого охлаждения расплава металлургических шлаков.

Вспученный перлит изготавливают путем обжига вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов), которые содержат небольшое количество воды. При температуре 950–1200⁰С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме в 10–20 раз.

Вспученный перлит применяют для  получения легких бетонов и теплоизоляционных  изделий.

Вспученный вермикулит – пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Этот заполнитель используют для изготовления теплоизоляционных легких бетонов.

Топливные отходы (топливные шлаки и золы) образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. На основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий.

Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья с добавкой 8–10% топлива на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Производство аглопорита выгодно, когда для его изготовления применяют местные виды сырья: легкоплавкие глинистые и лёссовые породы, а также отходы промышленности – золы, топливные шлаки и углесодержащие шахтные породы. Аглопорит выпускают в виде пористого песка и щебня.

Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых сланцевых пород.

Наивыгоднейшее сочетание показателей  объемной массы, теплопроводности, прочности и расхода цемента для легких бетонов получают при наибольшем «насыщении» бетона пористым заполнителем, что возможно лишь при компактном размещении зерен заполнителя в объеме бетона. Тогда в бетоне будет меньше цементного камня, являющегося самой тяжелой частью легкого бетона, и снизится его теплопроводность.

Наибольшее насыщение бетона пористым заполнителем возможно только при правильном подборе зернового состава смеси  мелкого и крупного пористых заполнителей, а также при использовании ряда технологических факторов (интенсивного уплотнения, пластифицирующих добавок и др.).

Ячеистое стекло – блоки и плиты, получаемые из измельченного в порошок стекла (стеклянного боя, эрклеза) в смеси с газообразователем (известняком, антрацитом) и при обжиге 900–1000⁰С. Марки по средней плотности 200 и 300; теплопроводность при температуре 25⁰С – 0,09 – 0,10 Вт/(м•К), предел прочности при сжатии 0,5–3,0 МПа. Плиты имеют пористость до 80–140 мм. Их применяют в качестве теплоизоляции ограждающих конструкций зданий (вкладыши в стеновых панелях). Они поглощают не только теплоту, но и звуковые волны.

Ячеистые бетоны и силикаты применяют в качестве теплоизоляционных материалов и изделий при средней плотности ниже 400 кг/м³. По виду примененного порообразователя и вяжущего вещества их называют газобетонами, газосиликатами, пенобетонами, пеносиликатами. Эти бетоны могут быть со смешанным порообразователем и тогда их называют пеногазобетонами, пеногазосиликатами, керамзитобетонами и т.п. Из ячеистых бетонов обычно изготовляют плиты длиной до 1000 мм, шириной 400, 500, 600 мм, толщиной 80–240 мм. Их марки по средней плотности 350 и 400 кг/м³, а предел прочности при сжатии для изделий первой категории качества не менее 0,7–1 МПа и ≥ 0,8–1 МПа для изделий высшей категории качества; теплопроводность в сухом состоянии при температуре 25⁰С составляет 0,093–0,104 Вт/(м•К) и менее.

Плиты из ячеистых бетонов применяют  для теплоизоляции стен и перекрытий, укрытия поверхностей заводского оборудования и трубопроводов (пластичные бетоны и растворы).

Асбестовые и асбестосодержащие  теплоизоляционные материалы представлены асбестовой бумагой, картоном, шнурами разного диаметра и пр., плитами, скорлупами, сегментами и др., мастичными изоляциями с применением порошков.

Штучные асбестоцементные теплоизоляционные изделия изготовляют из смеси распушенного асбеста V и VI и сортов цемента не ниже марки 300 с помощью прессования и сушки. Допускается частично заменять асбест минеральной ватой, а цемент – известково-трепельным вяжущим веществом. Изделия в виде плит (1000х500х30 мм), скорлуп (длиной 500 мм при толщине 30–40 мм) и сегментов (длинной 500 мм при толщине 50–80 мм) вырабатывают по средней марок 400 и 450, прочностью при изгибе соответственно 0,2 и 0,25 МПа и теплопроводностью 0,08–0,09 Вт/(м•К). Используют для тепловой изоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 450⁰С.

Из древесных заполнителей более  перспективными являются отходы деревообработки. Древесные заполнители получают главным образом из отходов хвойных пород (ели, пихты, сосны и др.) и реже из отходов лиственных пород (осины, березы, бука и др.). Их подвергают предварительной подготовке с целью освобождения от загрязняющих примесей и получения частиц нужной формы (дробленка, стружки или древесная шерсть) и размеров. Кусковые отходы древесины перерабатывают в два этапа. Первичную переработку производят с помощью рубильных машин, в результате чего получают технологическую щепу в виде ромбовидных кусков с размерами по длине волокон древесины 10–40 мм. Щепа не пригодна для изготовления ИСК, так как является слишком крупной, и изделия с ней имеют большую пористость и низкую прочность. При вторичной переработке на молотковых мельницах (дробилках) и стружечных станках технологическую щепу превращают в дробленку и стружку. Кроме специально приготовленной стружки применяют также стружку и опилки от столярного и мебельного производства.

Для древесностружечных плит, плит фибролита, теплоизоляционного материала используют стружку лиственных и хвойных пород. При изготовлении изделий с применением цемента стружки минерализуют раствором соли. Опилки в зависимости от характера распиловки разделяют на два основных вида – опилки от поперечной и продольной распиловки. При поперечной распиловки получаются более мелкие частицы с волокнистым строением. При продольной распиловке получают опилки кубовидной формы разных размеров – от крупных частиц (7 мм) до пылевидных.

Средняя плотность древесины колеблется в широких пределах – от 380 до 1100 кг/м³. Пористость зависит от различных факторов – от крупности частиц, степени уплотнения и др.

Древесные заполнители обладают значительным водопоглощением. Вода поглощается  оболочками клеток древесины и капиллярами, т.е. полостями клеток, межклеточными пустотами, а также сосудами.

Древесный заполнитель  обладает также гигроскопичностью, причем при поглощении влаги древесина  набухает, что сопровождается давлением  разбухания. Набухание происходит при  поглощении влаги оболочками клеток, которые при этом увеличиваются в объеме, тогда как поглощение влаги капиллярами древесины набухания не вызывает.

При высыхании древесного наполнителя происходит уменьшение его объема (усушка). Это связано  с испарением влаги из клеточных  оболочек; при удалении ее из капилляров усушки не происходит.

Частицы древесного заполнителя  обладают упругостью, которая отрицательно влияет на эффект прессования изделий, поэтому заполнитель длительно  увлажняют горячей водой. В результате частицы древесины размягчаются, становятся менее упругими и легче сжимаются при прессовании.

4. Стеновые  материалы. Показатели их качества, технологические приемы повышения  их эффективности

Стеновые материалы  классифицируются по виду изделий, назначению, виду применяемого сырья, способу изготовления, средней плотности, теплопроводности, прочности при сжатии и другим признакам.

По  виду изделий: кирпич одинарный 250×120×65 мм и утолщенный 250×120×88 мм; стеновые камни полномерные 390×190×188, 490×240×188, 380×190×288 мм; дополнительные (трехчетвертинки 292×190×188, 367×240×188, 292×190×298 мм); половинки 195×190×188, 245×240×188, 195×190×288 мм; мелкие блоки (массой до 40 кг); крупные блоки (массой до 3 т. и толщиной 40…60 см); панели (однослойные толщиной 20…40 см); многослойные (толщиной 15…30 см). длина панелей 6,3; 1,5; 0,75 м; высота кратна 0,6 и обычно составляет 1,2 и 1,8 м.

По  назначению: наружные и внутренние стены, перегородки.

По  виду применяемого сырья: минеральные (кирпич, газобетонные изделия и др.); органические (стеновые изделия из арболита, древесно- и лигноминеральные камни).

По  способу изготовления: получаемые методом литья, пластического формования; методом полусухого прессования, вибрирования, выпиливания из горных пород, сборки стеновых конструкций.

По  способу твердения: безобжиговые, подразделяющиеся на материалы, твердеющие в нормальных условиях, при повышенной температуре, при повышенных температуре и давлении (бетоны на пористых заполнителях, ячеистые бетоны? Силикатный кирпич и др.); обжиговые: кирпич и камни керамические.