Воздушные минеральные вяжущие вещества

Из плотных силикатных мелкозернистых бетонов, выполняемых на кварцевом песке без крупного заполнителя, изготовляют крупноразмерные панели внутренних стен, перекрытия, балки, колонны.

Легкобетонные силикатные изделия и конструкции: стеновые блоки и панели, плиты покрытий и перекрытий изготавливают или с использованием пористых заполнителей, или путем создания ячеистой структуры за счет введения в бетонную смесь газо- и пенообразующих добавок (газосиликат и пеносиликат). В качестве вяжущего для их получения используют смешанные известковые, содержащие известь-кипелку, кремнезем или шлак в количестве до 50 % в сочетании с регулятором твердения - гипсом. Класс бетона по прочности на легком заполнителе в соответствии с СТ СЭВ 1406 от В05 до В15, марка по плотности от D300 до D1200, морозостойкости (в зависимости от назначения) от F15 до F100. Стеновые силикатные ячеистые блоки размером от 100х188х588 до 588х100х1200 мм применяют для кладки любых стен при отсутствии агрессивных сред и влажности помещений не более 60 %. Последнее ограничительное требование связано с возможностью коррозии арматуры. При увеличении влажности до 75 % необходима защита поверхности пароизоляционным покрытием. Марка по прочности блоков от В1 до В 12,5, средней плотности от D350 до D1100. В зависимости от назначения блоки подразделяют на наружные (Н) с маркой по морозостойкости F50, 35, 25; внутренние (В); для выполнения перегородок (П) и внутренних стен подвалов (СП). В зависимости от точности размеров изделий их укладывают на раствор или специальный клей.

Получение водостойких материалов на основе воздушной извести возможно также за счет дополнительного введения шлаковых или пуццо- лановых добавок. При совместном помоле с целью замедления скорости гашения дополнительно вводят двуводный гипс в количестве 3 - 5 % от массы извести. Смешанные известково-пуццолановые и известково- шлаковые вяжущие твердеют во влажных условиях и обеспечивают водостойкость готовых изделий, т.е. являются гидравлическими. При их применении для изготовления низкомарочных бетонов и растворов необходимо учитывать такие свойства, как повышенные водо- и солестойкость, пониженную морозостойкость, а в случае известково-пуццоланового вяжущего - и воздухостойкость полученных материалов. Поэтому его используют в подводном и подземном строительстве. Известково-шлаковые вяжущие рациональнее применять при производстве изделий на заводе по пропарочной технологии, т. к. именно в этих условиях шлак значительно повышает свою химическую активность и полнее участвует в реакциях гидратации.

1.3. Магнезиальные вяжущие вещества

К магнезиальным вяжущим относятся каустический магнезит

(оксид магния МgО) и каустический доломит (МgО + СаСОз). Первый получают обжигом при температуре 700 - 800 °С природного магнезита, представляющего собой карбонат магния (МgСОз), второй - доломита (СаСОзхМgСОз). В отличие от других вяжущих магнезиальные затворяют не водой, так как в этих условиях процесс набора прочности проходил бы крайне медленно, а растворами хлористого или сернокислого магния. Скорость схватывания и конечная прочность изделий зависят от концентрации применяемых растворов. Чем она выше, тем медленнее схватывается вяжущее, но тем выше конечная прочность получаемого камня. Начало схватывания каустического магнезита наступает не ранее 20 мин, конец - не позднее 6 часов от начала затворения водой. Для каустического доломита эти показатели соответственно равны 3 - 10 и 8 - 20 час. Тонкость помола магнезиальных вяжущих составляет на сите 02 не более 5 %, 008 - не более 25 %. Марку этого вида вяжущих определяют на образцах- балочках размером 40х40х160 мм состава по массе вяжущее: песок = 1 : 3, твердевших 28 суток на воздухе. Прочность на сжатие образцов на каустическом магнезите равна 40 - 60 МПа, каустическом доломите 10 - 30 МПа. Снижение активности последнего происходит за счет наличия неразложившегося при обжиге карбоната кальция, который в данном случае играет роль инертного балласта.

Магнезиальные вяжущие в сочетании с древесными отходами применяют для устройства теплых бесшовных, так называемых ксилолитовых полов. Эти полы малотеплопроводны, обладают высокой износостойкостью, негорючи. Из смеси вяжущего с водой и органическими волокнистыми отходами (стружки, костра и др.) путем формования и воздушно-сухого твердения получают фибролитовые и ксилолитовые плиты, которые используют для теплоизоляции строительных конструкций или выполнения внутренних перегородок.

1.4. Жидкое стекло, кислотостойкий цемент

Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия или калия - SiO2xK(Na)2O - ГОСТ 13078-81. Качество этого вяжущего оценивают по плотности, вязкости раствора и модулю стекла (2,6 - 4,0), который равен отношению числа грамм-молекул кремнезема к одному грамм-молю оксида калия или натрия. С увеличением модуля повышаются клеящие свойства жидкого стекла и стойкость изделий к кислотам. Технология получения этого вяжущего включает сплавление смеси кварцевого песка с карбонатом натрия (калия) или сульфатом натрия (калия) при 1300 - 1400 °С, охлаждение расплава и его растворение паром под давлением 0,6 - 0,8 МПа в автоклаве. Растворимое стекло затвердевает только на воздухе. Сущность процесса заключается в испарении воды, повышении концентрации свободного коллоидного кремнезема, его последующей коагуляции и уплотнения. Значительно ускоряет процесс твердения растворимого стекла добавка кремнефтористого натрия, так как в результате реакции получается дополнительное количество кристаллических и клеящих гелеобразных продуктов.

На основе жидкого стекла получают многокомпонентный кислотостойкий цемент, состоящий из тонкоизмельченной смеси кислотостойкого наполнителя: кварцевого песка или другой горной породы и кремнефтористого натрия, затворяемой водным раствором растворимого стекла плотностью не менее 1340 кг/м . Начало схватывания цемента наступает не ранее 20 мин, конец - 8 час. Основным достоинством этого вяжущего является его высокая кислотостойкость (за исключением фтористоводородной и кремнефтористоводородной кислот), причем с повышением концентрации кислоты стойкость повышается.

При затворении жидким стеклом тонкомолотого металлургического шлака получают воздушное шлакосиликатное вяжущее, которое имеет следующие свойства: начало схватывания 40 - 60 мин, конец - 70 - 120 мин, прочность на сжатие от 15 до 30 МПа. Вяжущее используют для производства бетонов, растворов, арболита (в сочетании с древесными отходами), эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях.

При использовании кислотостойких заполнителей и стеклопластиковой арматуры в сочетании с кислотостойким цементом получают кислотостойкие бетоны. Этот вид вяжущего используют также при производстве жаростойких бетонных конструкций, эксплуатируемых при температуре до 1000 оС, а также огнезащитных обмазок. Жидкое стекло является основой для силикатных красок и кислотостойких мастик. Интересно применение жидкого стекла для укрепления, уплотнения (силикатизации) слабых грунтов на строительных площадках. Вначале в грунт под давлением закачивают раствор хлористого кальция определенной концентрации, затем жидкое стекло. В результате реакции этих веществ образуются плохо растворимые соединения, которые повышают механическую прочность грунтов.

2. Технология получения бетонных и железобетонных изделий и конструкций

Из него Бетон - композитный строительный материал, представляющий собой залитую бетоном стальную арматуру. Запатентован в 1867 году Жозефом Монье как материал для изготовления кадок для растений.

Термин "железобетон" абстрактен и употребляется обычно в выражении "теория железобетона". Если речь идёт о конкретном объекте, будет правильнее говорить "железобетонная конструкция", "ж/б конструкция", "железобетонный элемент".

2.1 Состав бетона бетон прочность теплопроводность колонна

Проектируя новую машину, конструктор решает, какую форму нужно придать тем или иным ее деталям. Он устанавливает заранее, какой должна быть прочность этих деталей. Но ведь прочность будет зависеть от материала! Значит нужно подобрать соответствующий материал!

Точно так же обстоит дело и в строительстве! Строителю необходимо предварительно знать, какими свойствами должен обладать изготовленный им бетон, какова будет его прочность, как на него будет действовать жара и мороз. Но состав бетона не может быть универсальным. Его нельзя назначить по одному рецепту, который пригоден для всех случаев.

Состав бетона, как и состав сплава в металлургии, должен быть запроектирован заранее. Он зависит от того, в каком сооружении будет применяться бетон.

Чтобы получать бетон, заданного состава, нужно разработать его "рецептуру". Российские ученые Н.М. Беляев, С.А. Миронов, Н.А. Попов и другие разработали технологию бетона, благодаря которой стало возможным изготовлять бетон с заранее известными свойствами. Для этого нужно правильно подобрать наивыгоднейшие пропорции (количество) исходных материалов, входящих в состав бетона. Но прочность бетона зависит не только от того, в каких количествах взяты его составные части, большое значение будет иметь также качество исходных материалов - крупного каменного заполнителя, песка, цемента и воды. Их берут в определенных количествах, а затем перемешивают между собой. Какими качествами должны обладать эти исходные материалы?

Начнем с крупного заполнителя - гравия и щебня.

Гравий - это в различной степени обкатанные обломки самых прочных горных пород (гранита, диорита, базальта, темно - серого известняка) круглой или яйцевидной формы с гладкой поверхностью. Размер этих зерен от 5 до 77 мм. По своему происхождению различают гравий (овражный), речной и морской.

В горном гравии обычно содержатся вредные примеси глины, пыли, песка, органических веществ, сернистых и сернокислых соединений. В речном и морском гравии примеси почти отсутствуют.

Щебень - это материал, который получают при дроблении горных пород или искусственных камней на куски размером также от 5 до 77мм. Зерна щебня имеют неправильную форму, поверхность их шероховатая. Поэтому щебень прочнее сцепляется с цементным камнем, чем гравий. Прочность крупного заполнителя особенно важна, так как именно он образует скелет бетона. Поэтому крупный заполнитель должен быть, как правило, в два- три раза прочнее самого бетона.

Чтобы обеспечить высокое качество бетона, крупный заполнитель должен быть чистым и не содержать вредных примесей. В нем должно быть не более 15% (по массе) зерен, имеющих форму игл и пластинок. Крупный заполнитель не должен вступать в химические реакции с веществами, содержащимися в цементе. Чтобы уменьшить влияние вредных примесей, заполнители перед использованием промывают.

К крупным заполнителям относятся и пористые заполнители - пемза, туф, вулканические шлаки. Эти заполнители благодаря своей структуре поглощают много воды. Отсасывая из бетона лишнюю воду, они способствуют его упрочнению. Недостатком пористых заполнителей является то, что для бетона с применением таких заполнителей требуется больше цемента, чем для бетона на плотных заполнителях.

2.2 Технология изготовления  бетона

Изготовление бетона – это долгий и трудный процесс. Сначала по рецепту лаборатории отмеривают в сухом виде требуемое количество цемента и заполнителей. Затем взвешенные составные части высыпают в бетономешалку и одновременно подают в нее воду. Бетономешалку приводят в движение в помощью электродвигателя.

Цель перемешивания – это получение из зернистых материалов однородной смеси. Продолжительность перемешивания устанавливают заранее. После перемешивания исходные материалы образуют пластичную смесь, похожую на тяжелую жидкость. Поэтому свежеприготовленный бетон называют не бетоном, а бетонной смесью. Лишь через некоторое время смесь затвердевает и превращается в камень, а окончательную прочность приобретает еще позже. Этот камень и является бетоном.

Однородность бетонной смеси – одно из важнейших к ней требований: если смесь будет неоднородной, бетон буден неодинаково прочным в различных участках конструкции и легко может разрушиться при нагрузке. Как же узнать, однородна полученная смесь или нет? Для этого из разных мест берут несколько проб объемом, превышающим размеры самого крупного зерна заполнителя. Если все пробы имеют один и тот же постоянный состав, т. е. одинаковое количество щебня или гравия, песка цемента и воды, то бетонную смесь можно признать однородной.

После перемешивания бетонную смесь часто приходиться транспортировать от бетономешалки к месту укладки, при этом очень важно, чтобы смесь сохранила свою однородность, так как при перевозке смеси угрожает расслаивание. Почему? Потому что зерна заполнителя в бетонной смеси стремятся опуститься. Установлено, что расслаивание будет тем больше, чем слабее сцепление между раствором и заполнителем. Расслаивания бетонной смеси при перевозке можно избежать, если продолжить перемешивание смеси во время движения в автобетономешалке.

Итак, бетонная смесь готова. Теперь ее надо уложить в формы. Идеальным условием укладки бетонной смеси в формы является заполнение бетонной смесью всего пространства формы. Если в форме находятся  арматурные стержни, то бетонная смесь должна обволакивать всю арматуру и равномерно без зазоров заполнять все свободное пространство между стенками формы и арматурой. При этом не должны образовываться каверны, или раковины. В ряде случаев причиной образования каверн в бетоне может оказаться присутствие в бетонной смеси очень крупного заполнителя, который заклинивается между стенкой формы и арматурой. Поэтому очень важен постоянный контроль размера заполнителя. Арматура должна быть покрыта равномерным слоем бетона, который защищает ее от атмосферного влияния иначе она будет окисляться, и ржаветь, а иногда и разрушаться. Процесс ржавления называют коррозией арматуры.

От качества укладки бетона во многом зависит его прочность, а значит и долговечность сооружения. Качество же укладки, в свою очередь, зависит от удобоукладываемости  бетонной смеси. А удобоукладываемость регулируется количеством воды в бетонной смеси и внутренним трением. Чтобы не вводить в смесь избыток воды, надо было  разжижить смесь в момент укладки. Из многих предложенных способов наиболее эффективным оказалось вибрирование, уничтожающее внутреннее трение бетонной смеси.

Итак. Бетон приготовлен, уложен в форму и обезвожен.

Теперь он должен затвердеть и набрать прочность. После того, как бетон схватился, он уже является твердым телом, но недостаточно прочным.

Поместим его в воду или будем непрерывно увлажнять, и прочность бетона будет расти! Как это можно объяснить? При увлажнении в нем будут происходить химические процессы. Они превратят минералы, из которых состоят цементные зерна в новые стабильные образования – гидросиликаты калия. Этот процесс преобразования очень длительный; он может совершаться годами. Но строителям столько ждать нельзя!

Поэтому устанавливают контрольный срок твердения бетона, после которого бетон можно подвергать расчетной нагрузке. Для бетона, изготовленного в условиях стройки и твердеющего в естественных условиях, такой срок равен 28-30 суток.

В некоторых случаях можно допустить более долгий срок твердения бетона – при  возведении морских сооружений, дамб, плотин, набережных, мостов и т. п. Они строятся очень медленно, а поэтому полная нагрузка к уложенному бетону может быть приложена через довольно долгое время. В этих случаях в расчетах можно учитывать 90-суточную прочность бетона; она примерно на 20% выше 28-суточной.

Но после установленного контрольного срока бетон продолжает твердеть и набирать прочность, правда, значительно медленнее. Этот процесс медленного твердения бетона в расчетах не учитывается. Прирост прочности бетона во времени, превышающем установленные контрольные сроки твердения, оказывается как бы гарантией надежности бетонных и железобетонных конструкций.