СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Материалы на основе цемента

Асбоцементные изделия

Асбоцемент — искусственный композиционный каменный строительный материал, получаемый в результате затвердевания смеси, состоящей из цемента, асбеста (10-20% от массы цемента) и воды. Такой материал обладает высокой прочностью, огнестойко­стью, долговечностью, малыми водонепроницаемостью, теплопро-

234

водностью и электропроводностью. Из асбестового волокна в глубо­кой древности вырабатывали несгораемые фитили для светильников, одежду для жрецов. Изготовление»асбестовых тканей было известно в Древней Греции, Китае, Индии, Иудее.

Асбоцементная промышленность возникла в начале XX столе­тия, когда чешский изобретатель Людвиг Гачек, подав в бумагодела­тельную машину массу, состоящую из смеси асбеста, цемента и во­ды, получил в ней первый асбоцемент. В России первый завод асбе­стоцементных изделий был пущен в 1908 г. в г. Брянске. Постоянное расширение производства и применения асбоцементных изделий является устойчивой традицией отечественной промышленности строительных материалов и строительства, обусловленной прежде всего наличием уникальных запасов асбеста в России, на Урале.

В последние годы в мировой практике наметилась тенденция, ставящая под сомнение не только целесообразность развития асбе­стоцементной промышленности, но и само ее существование, в связи с распространяющимися сведениями о канцерогенности асбеста. В ряде стран запрещено использование асбестоцемента в строительст­ве, особенно во внутренних помещениях зданий в непосредственном контакте с деятельностью человека. Ряд организаций различных стран объясняет распространение подобных сведений конкурентной борьбой на мировом рынке. Учитывая эти обстоятельства, с одной стороны, ведутся поиски альтернативных волокон, с другой — раз­рабатываются технологии по дальнейшему совершенствованию от­расли.

Сырьевые материалы для производства асбоцементных изделий

Портландцемент. В качестве вяжущего для производства асбе­стоцемента применяют портландцемент марок 400 и 500, песчани­стый портландцемент при автоклавном твердении полуфабриката, белый и цветные цементы при изготовлении декоративных изделий. По минералогическому составу портландцемент должен быть алито - вым (с содержанием трехкальциевого силиката не менее 52%). Со­держание трехкальциевого алюмината должно быть не более 8%, так как он придает малую прочность и низкую морозостойкость асбе­стоцементным изделиям. Тонкость помола цемента должна быть в пределах удельной поверхности 2900-3200 см2/г. Песчанистый портландцемент получают совместным помолом портландцементно - го клинкера; кварцевого песка (до 45%) и гипса. Помол компонентов

235

может быть и раздельным с последующим их смещением. Тонкость помола должна быть до удельной поверхности 3200-3600 см2/г. При­менение этого вяжущего позволяет обеспечивать существенную экономию клинкера. Портландцементы, применяемые для производ­ства изделий способом экструзии, кроме соответствия указанным требованиям, не должны содержать более 0,3% быстрорастворимых щелочей.

Асбестом называют природный тонковолокнистый минерал, со­стоящий из водных или безводных силикатов магния, а некоторые разновидности — из силикатов кальция и натрия. 95% мировой до­бычи асбеста составляет хризотил — асбест (3Mg0'2Si02'2H20), ко­торый и применяется для производства асбестоцементных изделий. Диаметр волокон асбеста 1 мкм, однако при гидромеханической об­работке асбестовый камень расщепляется до среднего диаметра во­локон 0,02 мм.

Хризотил-асбест имеет очень высокую прочность при растяжении вдоль волокнистости — до 3000 МПа (выше прочности стали). При распушке асбеста часть волокон разрушается и прочность при растя­жении распушенного волокна составляет 600-800 МПа. Введение гиб­ких волокон в качестве армирующего компонента в цемент (10-20%) позволяет в 3-5 раз увеличить прочность цементного камня при растяжении и изгибе, а также стойкость к ударным воздействиям.

Асбест обладает большой адсорбционной способностью. При смешивании асбеста с портландцементом и водой он адсорбирует выделяющийся при твердении цемента Са(ОН)2 и другие продукты гидратации клинкерных минералов.

Товарный асбест производится 8 сортов (от 0 до 7) и 42 марок. Чем больше средняя длина волокон, тем выше сорт. Для производ­ства асбоцементных изделий применяется коротковолокнистый ас­бест — 3, 4, 5 и 6-го сортов с длиной волокон 0,3-10 мм. Иногда часть асбеста (10-15%) заменяют базальтовой стеклянной или шла­ковой минеральной ватой. Могут применяться и органические во­локна -— небеленая целлюлоза, вторичная крафт-целлюлоза, бу­мажная макулатура, древесная шерсть, синтетические волокна. За­мена части асбеста этими волокнами позволяет до 15% увеличить ударную вязкость асбестоцемента.

Вода для производства асбестоцемента не должна содержать ор­ганических и глинистых примесей. Нельзя использовать болотную, торфяную, морскую и другую минерализованную воду. Минераль­ные примеси и растворимые соли не должны превышать допустимые для питьевой воды нормы.

Способы производства асбестоцементных изделий в зависимо­сти от количества воды, которое используется при их изготовлении, подразделяются на мокрый, полусухой и сухой. При мокром способе изделия формуют, используя асбестоцементные суспензии, содер­жащие 8-16% асбеста и цемента и 92-84% воды. При полусухом способе изделия получают из концентрированной сметанообразной массы, содержащей 20-40% воды. При сухом способе производство изделий осуществляется из увлажненной асбестоцементной смеси с содержанием воды 12-16%. В технологии производства асбестоце­ментных изделий имеются технологические операции, которые про­изводятся при всех способах: приготовление шихты асбеста, рас- пушка асбеста, смешение его с цементом и водой, формование изде­лий, их твердение, механическая обработка.

Приготовление шихты заключается в составлении смеси асбе­ста нескольких марок, с тем чтобы при формовании обеспечить вы­сокую фильтрующую способность, плотность и водоудержание ас­бестоцементных масс.

Распушка асбеста производится в два этапа: обминание пучков асбеста на бегунах или валковых машинах и затем расщепление раз­мятых пучков на отдельные волокна в голлендерах или гидропуши - телях при мокром способе и в дезинтеграторах при мокром, полусу­хом и сухом способах производства изделий.

Приготовление асбестоцементных смесей производится в за­висимости от способов производства в различных устройствах.

Асбестоцементная суспензия производится в голлендерах или турбосмесителях, куда подается асбестовая суспензия после гидрав­лической распушки, цемент и дополнительное количество воды до содержания ее в суспензии 97-86%. Асбестоцементные смеси для полусухого и сухого способа производства изделий получают двух­стадийным перемешиванием: вначале в смесителе сухих компонен­тов, затем в бетоносмесителе циклического действия с добавлением воды.

Формование изделий. Сущность формования изделий состоит в отфильтровании воды из асбестоцементной смеси до необходимого уплотнения и придания ей заданных формы и размеров. При мокром способе производства формование листовых изделий производится из цилиндрических асбестоцементных заготовок с использованием

круглосетчатых машин (рис. 9.6) с последующей разрезкой загото­вок по образующей, прессованием или волнированием образующих­ся листов, на прессах и беспрокладочных волнировщиках.

Твердение асбестоцементных изделий, как правило, осуществ­ляется в две стадии; предварительное твердение до набора прочно­сти, обеспечивающей дальнейшее бездефектное внутризаводское транспортирование, и окончательное.

Предварительное твердение изделий после выдержки при нор­мальных условиях в течение 6-8 часов осуществляется в пропароч­ных камерах при температуре 50-60 °С в течение 12-16 часов. Предварительное твердение труб и других изделий может осущест­вляться и в бассейнах с водой при температуре не ниже 20 °С в те­чение 3-8 суток. Окончательное твердение изделий на портландце­менте производится в закрытых помещениях (теплых складах) при нормальных условиях в течение не менее 7 суток. Окончательное твердение изделий на песчанистом цементе производится в авто­клавах при давлении пара 0,8 МПа и температуре 172-174 °С в те­чение 12-16 часов.

Механическая обработка изделий производится после предварительного или окончательного их твердения и включает операции: обрезка кромок листов, обрезка труб по торцам и обтачивание концов напорных труб со снятием фаски.

Основные виды асбестоцементных изделий включают: кровель­ные, стеновые, декоративные, погонажные трубы и специальные.

Кровельные изделия

К кровельным асбестоцементным изделиям относятся: волни­стые листы различного профиля и фасонные детали к ним, крупно­размерные плоские листы для плит покрытий, армированный конст­руктивный настил, панели экструзионные, плитки для кровли мало­этажных зданий.

Волнистые листы (рис. 9.1,а) составляют около 90% общего объема производства листовых изделий, а они в балансе кровельных материалов составляют 38-40%. Вол­нистые листы производят­ся обыкновенного, унифи­цированного, среднего, высокого профилей.

Размеры и свойства листов в зависимости от типов меняются в преде­лах: длина — 1200-3300 мм, шаг волны — 115-350 мм, предел прочности при изгибе — 16- 24 МПа, масса изделия — 9-98 кг.

В настоящее время в основном производят волнистые листы длиной 1750 мм, типов 40/150 и 54/200-6 (высота волны/длина вол­ны — толщина) для кровли жилых и сельскохозяйственных зданий; типа 54/200-7,5 — для кровли промышленных и сельскохозяйствен­ных производственных зданий и сооружений, для малоэтажного строительства и индивидуальной застройки предусматривается вы­пуск листов длиной 1250 мм типов 30/130 и 40/150, а для перекрытия 3-метровых пролетов промышленных зданий — листы ВК длиной 3300 мм типа 145/350.

Фасонные детали к волнистым листам выпускаются: коньковые с волнистой поверхностью, коньковые упрощенные, переходные и угловые детали.

Крупноразмерные плоские листы для плит покрытий выпус­каются размерами: длина — 2000-3600 мм; ширина 1200-1500 мм, толщина 4-12 мм.

Конструктивный армированный настил (рис. 9.7,6) применя­ется для перекрытия 9-метровых пролетов сельскохозяйственных производственных зданий, стальная арматура размещена в растяну­той зоне в виде полос прямоугольного сечения (вариант 1) или круп­ных стержней (вариант 2).

Панели экструзионные асбестоцементные применяются для устройства бесчердачных покрытий промышленных зданий под рулонную кровлю с сухим и нормальным режимом эксплуатации и для подвесных потолков.

Панели высотой 120-180 мм применяются для кровли, а высотой 80 мм — для подвесных потолков. Панели шириной 595 мм — ос­новные, а шириной 295 мм — доборные.

Панели для бесчердачных покрытий изготовляются коробчатого типа и из отдельных плоских и профилированных листов в виде трехслойных конструкций с внутренним теплоизоляционным слоем. В зависимости от назначения предусматривают два типа плит: рядо­вые АП и краевые АПК. Длина плит 1500-3000 мм, высота 120 мм, ширина АП — 700 мм, АПК — 347 мм.

Плитки кровельные асбестоцементные плоские (рис. 9.8) предназначены для малоэтажных сельских зданий и индивидуального строительства. Наиболее применяемый размер 400x400 мм с двумя срезанными углами. Обрезанные углы у плиток позволяют образо­вать плотное покрытие кровли при минимальном их расходе (10 шт. на 1 м2). При использовании плиток без срезанных углов кровля мо­жет быть образована только при двухслойном покрытии. Плитки ук­ладываются по сплошной или разреженной обрешетке оцинкован­ными гвоздями и противоветровой кнопкой. Предел прочности пли­ток при изгибе 24 МПа, а морозостойкость 50 циклов.

ментная:

а) рядовая;

б) краевая;

в) коньковая деталь

Стеновые изделия

К стеновым асбестоцементным изделиям относятся: волнистые листовые, плоские крупноразмерные листы, панели и плиты экстру­зионные, панели стеновые наружные на деревянном и асбестоце­ментном каркасах.

Волнистые листы при длине 2,5 м являются эффективными из­делиями для стеновых ограждающих конструкций неотапливаемых промышленных зданий. К ним относятся листы профиля 40/150 и листы среднеевропейского профиля 51/177.

Плоские крупноразмерные листы (длина 2000-3000 мм, ши­рина 1200-1500 мм, толщина 4-12 мм) применяются в качестве об­шивок трехслойных стеновых панелей и для изготовления конструк­ций перегородок.

Панели и плиты экструзионные — изделия длиной до 6 м, шири ной до 750 мм и высотой 60-180 мм —- изготовляются с утеп­лителем и без него и применяются как стеновые конструкции и пере­городки (рис. 9.9). В качестве утеплителя применяют полужесткие минераловатные плиты. Стеновые экструзионные изделия, произво­димые фирмой «Джонс Мэнвилл» (США), имеют долговечное по­крытие широкой цветовой гаммы на основе акриловых смол.

Панели асбестоцементные стеновые наружные на деревянном каркасе с утеплителем предназначены для наружных стен надземной части полносборных жилых домов и домов из монолитного бетона, а в кирпичных домах — для стен лоджий.

Размеры панелей по длине 2980 и 5980 мм, по высоте 2780 мм и 3280 мм. Толщина панелей 160 и 210 мм. Наружные поверхности листов могут быть гладкими или рельефными, иметь естественный серый или белый (на белом цементе) цвет, а также цвет, создаваемый защитно-декоративным покрытием.

Декоративные изделия

Декоративные изделия могут быть офактуренными либо окра­шенными в процессе формования (до твердения) и в затвердевшем виде.

К первой группе относятся листовые изделия с рельефной по­верхностью; окрашенные по всей толщине либо с окрашенным по­верхностным слоем белыми и цветными цементами, минеральными красками, синтетическими красителями, а также с помощью цвет­ных посыпок (окрашенного песка, стеклокрошки и т. п.). Такие лис­ты могут иметь как простые продольно-погонажные рисунки релье­фа 1,5-2,5 мм, так и сложные рисунки. Листы с рельефной поверх­ностью применяются для ограждения балконов и лоджий, устройст­ва летних павильонов, облицовки лестничных клеток и вестибюлей.

Вторая группа декоративных листов разделяется на три вида: окрашенные составами на неорганических связующих; окрашенные синтетическими эмалями и красками, с пленочным покрытием. Применяются для наружной и внутренней облицовки здания, ограж­дения балконов и лоджий.

Погонажные асбестоцементные изделия — швеллеры, подокон­ные плиты, сливы, раскладки и элементы парапетов изготовляются способом экструзии. Швеллеры применяются для изготовления кар­касов стеновых панелей и плит покрытий.

Трубы

Асбестоцементные трубы составляют около 10% в общем балан­се труб, применяемых в строительстве, и выпускаются напорные и безнапорные. Напорные трубы применяют для водопроводов и изго­товляются с рабочим давлением 0,6-1,8 МПа классов: ВТ6, ВТ9, ВТ12, ВТ15 и ВТ18. Трубы ВТ имеют длину от 3 до 6 м и диаметр условного прохода 100-500 мм.

Безнапорные трубы (БНТ) применяются для нефте - и газопрово­дов, канализации, дренажа, мусоропроводов, прокладки телефонных кабелей и устройства дымовых и вентиляционных каналов. Газопро­водные трубы применяют для сетей с давлением газа не более 0,5 МПа. В настоящее время производятся трубы с газонепроницае­мыми полимерными покрытиями. Капитальные вложения и эксплуа­тационные расходы по газопроводу из асбестоцементных труб на единицу транспортируемого газа уменьшаются в 3 раза, по сравне­нию с газопроводом из стальных труб. Трубы комплектуются асбе­стоцементными или чугунными муфтами.

Специальные асбестоцементные изделия

Вентиляционные короба изготовляются с раструбами и без них и применяются для устройства вентиляции и кондиционирования воз­духа в зданиях различного назначения. Короба изготовляют длиной 3,1 м с внутренним сечением от 150x150 до 300x300 мм, толщина стенок 10 мм.

К специальным изделиям относятся и другие изделия: полуци­линдры для покрытий теплоизоляционных слоев на трубопроводах, электроизоляционные доски, а также крупногабаритные листы двоя­кой кривизны длиной до 5 м для летних домиков.

Утилизация отходов производства

В производстве асбестоцементных изделий образуются отходы в виде влажной смеси асбеста и цемента, оседающей в отстойниках при очистке сбрасываемой в них воды из рекуператоров, а также брак изделий и обрезки, получаемые при их механической обработ­ке. В целом отходы могут составлять по объему 1-8% исходного сы­рья и используются: вторично в производстве изделий при введении их в малых дозах в суспензии, в производстве минеральной ваты, стеновых блоков, в производстве погонажных асбестоцементных экструзивных изделий (15-20% взамен цемента).

Общие сведения

Бетон на неорганических вяжущих веществах представляет со­бой композиционный материал, получаемый в результате формова­ния и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоя­щей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных до­бавок. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к опреде­ленному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, во­донепроницаемость и др.).

Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструк­циях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архи­тектуры. Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах и полу­чать материал с заданными свойствами. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растя­жение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недоста­ток устраняется в железобетоне, когда растягивающие напряжения воспринимает арматура. Близость коэффициентов температурного расширения и прочное сцепление обеспечивают совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне как единого целого. Это основное свойство железобетона как композиционного материала. В силу этих преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой современного строительства.

По виду вяжущего бетоны разделяют на цементные (наиболее распространенные), силикатные (известково-кремнеземистые), гип­совые, смешанные (цементно-известковые, известково-шлаковые и т. п.), специальные, применяемые при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости и др.).

По виду заполнителя различают бетоны на плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требо­ваниям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойко­сти и т. п.).

В правильно подобранной бетонной смеси расход цемента со­ставляет 8-15%, а заполнителей — 80-85% (по массе). Поэтому в виде заполнителей применяют местные каменные материалы: песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности (на­пример, дробленые и гранулированные металлургические шлаки), характеризующиеся сравнительно невысоким уровнем издержек производства.

В зависимости от плотности различают бетоны: особо тяже­лые — плотностью более 2500 кг/м3, изготовляемые на особо тяже­лых заполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.); эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций; тяже­лые — плотностью 2200-2500 кг/м3 на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород; применяют во всех несущих конструкциях; облегченные — плотностью 1800-2200 кг/м3; их применяют пре­имущественно в несущих конструкциях; легкие -— плотностью 500-1800 кг/м3; к ним относятся: а) легкие бетоны на пористых при­родных и искусственных заполнителях; б) ячеистые бетоны (газобе­тон и пенобетон) из смеси вяжущего, воды, тонкодисперсного крем­неземистого компонента и порообразователя; в) крупнопористые (беспесчаные) бетоны на плотном или пористом крупном заполните­ле, без мелкого заполнителя; особо легкие (ячеистые и на пористых заполнителях) — плотностью менее 500 кг/м3, используемые в каче­стве теплоизоляции.

Легкие бетоны менее теплопроводны по сравнению с тяжелыми, поэтому их применяют преимущественно в наружных ограждающих конструкциях. В несущих конструкциях используют более плотные и прочные легкие бетоны (на пористых заполнителях и ячеистые) плотностью 1200-1800 кг/м3.

Следовательно, плотность бетонов изменяется в широких преде­лах: от 400 до 2500 кг/м3 и более. Поэтому и пористость бетонов мо­жет быть очень большой — 70-85% у ячеистых теплоизоляционных бетонов и незначительной ■— 8-10% у плотных гидротехнических бетонов.