Композиционные строительные материалы

При выполнении бетонных работ часто используют так называемые композиционные материалы – строительные материалы, совмещенные с другими, например железобетон.

Композиционный материал, как правило, состоит из двух компонентов: упрочняющего вещества в виде твердых частиц или волокон и связующего. Самым популярным композиционным материалом является асбестоцемент.

Асбестоцементные материалы

Исходным материалом для производства асбестоцемента является асбест – тонковолокнистый минерал.

Асбест представляет собой волокнистые разновидности минералов двух групп – амфибола и серпентина (змеевика).

К группе серпентина относится хризотил-асбест, а к группе амфибола – амфибол-асбест. Наибольшее применение получил хризотил-асбест: он бывает белого, серебристо-белого, золотисто-желтого и зеленого цветов и способен расщепляться на гибкие и тонкие волокна.

Асбест добывают в горных отвалах змеевика предварительным дроблением кусков. Затем после дробления из кусков змеевика извлекают волокна и раскладывают их по сортам в зависимости от длины волокон: чем они длиннее, тем выше сорт асбеста. Высшие сорта асбеста используются в текстильной промышленности, а низшие – в строительстве. Кстати, первое применение асбеста в строительстве относится к 1788 г.

На основе асбеста был разработан новейший композиционный материал – асбестоцемент, обладающий определенными физико-механическими свойствами. В союзе асбестоцемента асбест принял на себя армирующую роль: прочность на растяжение у него значительно превосходит прочность цемента. Кроме того, асбестоцемент обладает низкой теплопроводностью, электропроводностью, звуко– и теплоизоляционными свойствами, кислото– и щелочестойкостью.

Из асбестоцемента изготавливают следующие изделия: листы, трубы, плиты, панели, некоторые фасонные детали.

Вяжущие материалы

Минеральными вяжущими средствами называют порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой пластичное тесто, которое после затвердевания приобретает свойства камня. При этом вяжущие скрепляют между собой камни или песок, щебень, гравий. Минеральные вяжущие обладают способностью затвердевать на воздухе (в этом случае они называются воздушными) или в воде (гидравлические).

К гидравлическим вяжущим относятся портландцемент и все цементы на его основе.

Цемент

Цемент служит для приготовления строительных растворов, бетонных смесей, для изготовления бетонных и железобетонных изделий (табл. 3).

Таблица 3. Применение цементов

Различают несколько видов цементов:

– романцемент;

– портландцемент;

– глиноземистый цемент.

Романцемент

Это гидравлическое минеральное вяжущее вещество, получаемое из тонкомолотых известковых и магнезиальных мергелей, в составе которых может присутствовать до 25 % глины, иногда и больше. Для получения романцемента минеральное сырье обжигают, не доводя его до спекания. Получаемые в результате обжига низкоосновные силикаты и алюминаты придают романцементу способность схватываться в воде.

Романцемент применяют для изготовления строительных растворов, бетонов и т. д.

Портландцемент

Портландцемент – это гидравлическое вяжущее вещество, продукт тонкого измельчения клинкера с добавлением гипса (от 3 до 5 %), регулирующего сроки схватывания цемента. По составу различают портландцемент без добавок, с минеральными добавками, шлакопортландцемент и др.

Начало схватывания портландцемента при температуре воды в растворе 20 °C должно наступать не ранее 45 мин с момента приготовления раствора и заканчиваться не позднее, чем через 10 ч. Если при изготовлении раствора используется вода температурой более 40 °C, схватывание может наступить слишком быстро.

Прочность портландцемента характеризуется марками 400, 500, 550 и 600. Для того чтобы приблизить российские стандарты к европейским, цемент разделен на классы – 22,5; 32,5; 42,5; 55,5 МПа.

Быстротвердеющий портландцемент – это портландцемент с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью. Он достигает более половины запланированной прочности через 3 сут твердения.

Быстротвердеющий цемент выпускается марками 400 и 500.

Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент. Применяется в производстве сборных железобетонных конструкций и при зимних бетонных работах.

Выпускается маркой 600.

Шлакопортландцемент. В его состав входят доменный шлак и природный гипс, добавленные для регулирования сроков схватывания раствора.

Выпускается марками 300, 400 и 500.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент. Отличается повышенной прочностью уже через 3 сут твердения.

Выпускается маркой 400.

Глиноземистый цемент. Включает в свой состав сплав, полученный из сырья известняка и пород, богатых глиноземом. Выпускается марками 400, 500 и 600.

Гипсоглиноземистый цемент получают путем смешивания высокоглиноземистых шлаков и природного гипса. Начало схватывания гипсоглиноземистого цемента должно наступать не раньше чем через 10 мин, конец – не позднее чем через 4 ч после приготовления раствора.

Белый портландцемент выпускается двух видов – белый портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками. По степени белизны белые цементы разделяются на три сорта (по убыванию). Начало схватывания белого портландцемента должно наступать не раньше чем через 45 мин, конец – не позднее чем через 12 ч после приготовления раствора.

Цветной портландцемент бывает красного, желтого, зеленого, голубого, коричневого и черного цветов. Применяется для изготовления цветных бетонов и растворов, отделочных смесей и цементных красок.

Выпускается марками 300, 400 и 500.

Известь

Строительная известь подразделяется на воздушную, которая обеспечивает затвердевание строительных растворов и сохранение ими прочности в условиях нормальной влажности, и гидравлическую, обеспечивающую затвердение и сохранение прочности растворов, применяемых как на воздухе, так и в воде.

Известь гасят путем обработки водой негашеной комовой извести. В зависимости от количества воды, необходимой для гашения, получают гидратную известь (пушонку), известковое тесто и известковое молоко.

Порошковая гидратная известь получается в том случае, если объем воды составляет 60–70 %. В результате гашения объем извести увеличивается в 2–3 раза. Гашеная известь представляет собой белый порошок, состоящий из мельчайших частиц гидрата оксида кальция с плотностью от 400 кг/м³ (в рыхлом состоянии) до 500–700 кг/м³ (в уплотненном состоянии).

Для получения известкового теста при гашении воды берут в 3–4 раза больше, чем извести. Объем получившегося теста в 2–3 раза превышает объем извести, взятой для его приготовления.

Известковое тесто представляет собой пластическую массу белого цвета плотностью до 1400 кг/м³.

Известь, которая погасилась хорошо, увеличившись в объеме не менее чем в 3 раза, называется жирной. Известь, увеличившаяся в объеме менее чем в 2,5 раза – тощей.

Воздушная известь

Подразделяется на негашеную и гашеную (гидратную).

Известь без добавок подразделяется на три сорта (1-й, 2-й, 3-й), известь с добавками – на два (1-й, 2-й). Гидратная порошковая известь (пушонка) с добавками и без добавок, бывает двух сортов (1-й, 2-й).

Область применения воздушной извести – приготовление известково-песчаных и смешанных строительных растворов, которые используют в каменной кладке и при оштукатуривании поверхностей, а также для побелки и в производстве силикатных изделий.

Гидравлическая известь

Подразделяется на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Применяется для приготовления кладочных и штукатурных растворов, а также бетонов низких марок, предназначенных для твердения как на воздухе, так и в условиях повышенной влажности.

Известесодержащие гидравлические вещества

Подразделяются на известково-шлаковые с добавлением гранулированных шлаков, известково-пуццолановые с добавлением осадочных или вулканических активных пород, известково-зольные с добавлением зол некоторых видов топлива. Известесодержащие вещества участвуют в приготовлении низких марок бетонов и растворов, которые применяются в подземных сооружениях.

Известесодержащие гидравлические вещества выпускаются марок 50, 100, 150, 200.

При покупке извести необходимо обращать внимание на наличие инструкции по приготовлению и хранению раствора.

Известны два способа приготовления извести: сухой и мокрый. Для строительства больше всего подойдет второй способ. Для этого способа понадобится ящик и яма для замачивания. Ящик, или творило, должен быть глубиной 30 см, шириной 2 м и длиной 1 м. В стенке ящика вам нужно будет сделать отверстие с заслонкой, которая будет задерживать большие куски извести.

Возьмите измельченную кусковую известь и поместите ее в ящик, постепенно залейте ее водой. При образовании пара известь будет распадаться, превращаясь в известковое молоко. С помощью граблей хорошо перемешайте молоко и снова разведите его водой. После этого откройте заслонку ящика, выпустите содержимое ящика в яму и оставьте его мокнуть на время, указанное в инструкции. Если у вас по какой-то причине нет инструкции, готовность извести вы можете определить по трещинам (1–1,5 см шириной), появившимся на ее поверхности. Чтобы избежать попадания в яму с известью посторонних предметов, держите яму закрытой. При приготовлении раствора не используйте нижние слои, потому что в них могут находиться непогашенные частички материала, которые станут причиной растрескивания штукатурки.

Гипсовые вяжущие

Получают путем обжига и помола из осадочной горной породы, в состав которой входит двуводный гипс. Гипсовые вяжущие обладают способностью быстро схватываться и затвердевать.

В зависимости от температуры тепловой обработки сырья выделяют две группы гипсовых вяжущих – низкообжиговые (формовочный строительный и высокопрочный гипс) и высокообжиговые (ангидритовый цемент, экстрих гипс).

По прочности на сжатие различают 12 марок гипсовых вяжущих – от низкопрочного Г-2 до высокопрочного Г-25. По срокам схватывания их разделяют на быстротвердеющие (А), нормальнотвердеющие (Б) и низкотвердеющие (В). В таблице 4 приведены сроки схватывания вяжущих по группам.

Таблица 4. Сроки схватывания вяжущих по группам

По степени помола гипсовые вяжущие также делятся на три группы: I, II, III.

Марки от Г-2 до Г-7 (группы А, Б, В и I, II, III) применяют для изготовления разнообразных гипсовых строительных изделий. Марки Г-2 до Г-7 (группы А, Б и II, III) применяют для изготовления тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей. Марки от Г-2 до Г-25 (Б, В и II, III) применяют в штукатурных работах, для заделки швов и в специальных целях.

Для повышения прочности и ускорения сроков схватывания гипсовые вяжущие добавляют в известково-песчаные растворы. Они также придают большую гладкость и белизну штукатурному слою, их применяют в качестве основного вещества в мастиках.