Воздушная известь: получение, свойства и применение

Класс бетона по пределу прочности  при сжатии (в МПа) определяют с  помощью образцов размером 15x15x15 см (с умножением на коэффициент 0,778), изготовленных  из бетонной смеси и испытанных через 28 суток твердения при хранении в нормальных условиях, т. е. при температуре 20±2°С, относительной влажности воздуха не ниже 90%. Имеются некоторые исключения, например гидротехнический бетон речных сооружений оценивают по прочности также в 60-, 90- и 180-дневном возрасте образцов нормального твердения. При других размерах образцов-кубов с ребром 7, 10, 20 и 30 см результаты испытаний умножают на масштабные коэффициенты, соответственно равные 0,85; 0,91; 1,05; 1,10. Для оценки прочности вместо образцов-кубов нередко используют призмы размером 10x10x40 см или других размеров, испытываемых на изгиб, а также образцыцилиндры диаметром 7, 10, 15, 20, 30 см и высотой, равной диаметру или двум диаметрам.

Бетон называют высокопрочным, если его  марка выше 600, например 700 или 800. Иногда к высокопрочному относят бетон с прочностью выше стандартной марки цемента, использованного в его составе. В настоящее время активность вяжущих — цементов (и гипсов), применяемых в бетонах, значительно увеличена, что позволяет получать бетоны с пределом прочности при сжатии 100 МПа. По мнению некоторых специалистов, возможности в этом направлении не исчерпаны и прочность бетона на сжатие может достигнуть 400 МПа.

Прочность бетона на растяжение составляет от 6 до 10%, а при изгибе — от 10 до 16% от предела прочности при сжатии. По пределу прочности на осевое растяжение бетоны делятся на марки от 10 до 40, а при изгибе — от 1,5 до 5,5 МПа. Упрочнить бетон на растяжение можно  армированием, поскольку металлическая  арматура способна почти полностью  принять на себя растягивающие напряжения, разгружая от них бетон. Арматура может располагаться как направленно, так и в хаотическом виде (при  волокнах-фибре).

Прочность бетона не остается величиной  постоянной, при благоприятных условиях — высокой влажности воздуха, положительной температуре и  т. п. — отмечается прирост прочности, определяемый по формуле:

где τ — возраст бетона в сутках, но не менее трех суток.

К возрасту одного года тяжелый бетон  в этих условиях самоупрочняется на 70—90% от

Кроме статической прочности, иногда проверяют величину динамической прочности, или ударной вязкости. При вибрационных воздействиях на конструкцию важно  определять усталостную прочность  бетона, характеризуемую количеством  циклов вибрационного воздействия  до признаков разрушения структуры.

Долговечность бетонных конструкций  в большой мере обусловливают  деформативные свойства бетона. Особо следует выделить ползучесть, которая проявляется при сжимающих, растягивающих и других напряжениях, действующих в течение длительного времени. Ползучесть в бетонах в значительной мере обусловлена ползуче­стью цементного камня и, в соответствии с законом конгруэнции ИСК, возрастает с увеличением в нем теплоты по мере роста водо-цементного отношения. Но ползучесть зависит также от качества заполнителя. Она больше при уменьшении модуля упругости горной породы, применяемой для получения заполнителя. Кроме того, ползучесть связана с наличием микротрещин в контактной зоне на границе цементного камня с заполнителем и зависит еще от ряда других причин. Цементный бетон обладает упругими свойствами. При оптимальных структурах упругие деформации бетона тем значительнее, чем более упругим является цементный камень. Кроме того, упругие свойства зависят от уровня нагружения бетона меха­ническими силами. При оценке упругости обычно принимают некоторое постоянное напряжение, передаваемое на бетон, например, равное по величине 0,2 от предела прочности при сжатии.

При твердении бетона возникают  линейные и объемные деформации под  влиянием усадки и набухания, что  приводит к появлению трещин, поэтому  стремятся уменьшить размеры  этих деформаций. В возрасте 1—1,5 года конечный размер усадки бетона составляет от 0,1 до 1,5 мм/м, что зависит от разновидности  принятого цемента количества цементного камня в бетоне, внешних температурно-влажностных  условий. Вызывают деформации и температурные  колебания воздуха или другой внешней среды. Коэффициент теплового  расширения бетона находится в пределах от 7 • 10-6 до 12 • 10-6 °С-1, что зависит  от разновидности крупного заполнителя; в среднем он принимается равным 10 • 10-6 °С-1.

Определенную пользу в «залечивании» возникающих при твердении дефектов и усадочных деформаций может приносить, как показали исследования А.В. Саталкина, статические и даже комплексные (статические с динамическими и вибрационными) нагрузки на молодой бетон. При определенных условиях раннее нагружение твердеющего бетона приносит закономерное упрочнение, что происходит вследствие некоторой благоприятной перестройки микро- и макроструктуры при твердении под нагрузкой. Важно только, чтобы напряжения не превышали предела длительной прочности бетона на ранней стадии его твердения.

На снижение величины усадки бетона оказывает влияние повышение  плотности заполнителя, его гранулометрический состав, снижение водоцементного отношения, оптимизация структуры бетона. Применение напрягающих и расширяющихся  цементов также благоприятствует получению  бетонов с компенсированной усадкой, повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью. За рубежом используют расширяющиеся  синтезированные добавки, вносимые в смесь. НИИЖБом предложена отечественная добавка того же назначения. Конструкции из бетона с компенсированной усадкой превосходят по качеству традиционные.

Важнейшей характеристикой качества бетона является морозостойкость. По этому  свойству бетоны маркируют: F50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500. К невыдержавшим установленного маркой числа циклов замораживания при температуре -15 — 20°С и оттаивания при температуре +15 — +20°С (по стандарту) относятся бетонные об­разцы, которые теряют более 5% по массе за время испытаний (эта оценка только для дорожных бетонов), а в прочности на сжатие — более 15% от ее первоначального значения. По стандарту для сравнения принимается прочность образцов в так называемом эквивалентном возрасте, определяемом с учетом продолжительности твер­дения.

Бетон разделяют на марки и по водонепроницаемости, что имеет  особое значение, когда в эксплуатационных условиях бетон подвержен длительному контактированию с водной средой. Проверка полной водонепроницаемости (или иногда водопроницаемости) производится в лаборатории путем воздействия напора воды на образец цилиндрической формы и толщиной 15 см при различных гидростатических давлениях, выражаемых в Па (от 2 • 105 до 12 • 105). Приняты следующие марки: W2, W4, W6, W8, W10 и W12, которые особенно важно учитывать при проверке качества бетона для труб, гидротехнического и других видов тяжелого бетона.

Непроницаемый бетон может оказаться  проницаемым при более высоких  давлениях воды или при жидкостях, которые более подвижны, с меньшей  вязкостью, например легких нефтепродуктах. В таких случаях повышают непроницаемость  бетона введением уплотняющих (например, алюмината натрия) и гидрофобизирующих добавок, употреблением защитных синтетических пленок. Фильтрация нефтепродуктов снижается при добавлении в бетонную; смесь хлорного железа или других проверенных добавок. Для всех жидких сред, особенно воды, фильтрация (проницаемость их) затруднена при использовании в бетоне расширяющегося и напрягающего портландцементов.

3. Органические теплоизоляционные материалы.

Теплоизоляционные материалы на основе растительного и животного сырья. Плиты древесноволокнистые (ДВП) изготовляют  путем горячего прессования равномерно размолотой древесной массы (чаще всего  малоценной древесины), смешанной со связующим веществом. В качестве связующего вещества прислужат синтетические  смолы. В зависимости от применяемой  древесины и связующего вещества ДСП имеют различную плотность  и гидрофобность, которые оказывают  значительное влияние на их эксплуатационные качества. В зависимости от предела  прочности на изгибе ДВП бывают четырех  марок: М — мягкие, ПТ — полутвердые, Т — твердые и СТ — сверхтвердые. Твердые плиты выпускают с лакокрасочным покрытием, нанесенным в заводских условиях на лицевую поверхность. Мягкие плиты имеют большую пористость и используются в основном для изоляционных целей. Мягкие ДВП бывают трех марок: М-4; М-12; М-20. Основные технические характеристики мягких древесноволокнистых плит приведены в таблице 3.

Плиты фибролитовые на портландцементе  изготовляют из смеси древесной  стружки, портландцемента и химических добавок путем прессования и  твердения. Сырьем для изготовления цементного фибролита служит древесная  шерсть, представляющая собой ленты  древесины длиной 300-500 мм, шириной 1-6 мм и толщиной 0,1-0,8 мм, портландцемент марки не ниже 400, минерализаторы —  хлористый кальций и сернокислый  глинозем или жидкое стекло.

Теплопроводность плит в сухом  состоянии составляет 0,08 Вт/(м-°С), предел прочности при изгибе в зависимости от толщины плит (30-100 мм) колеблется от 1,1-0,7 до 1,3-1,0 МПа. Фибролитовые плиты трудносгораемы и биостойки. Их применяют для тепловой изоляции ограждающих стен, утепленных покрытий с относительной влажностью воздуха в помещении не выше 75%.

Теплоизоляционные изделия из пробки получают переработкой отходов производства пробки из коры пробкового дуба. Плиты  экспанзитовые изготовляют из пробковой крупы без связующих добавок путем термической обработки спрессованных изделий при температуре 300 °С без доступа воздуха. Пробковые плиты из импрегнированные изготавливают прессованием в формах пробковой крупы с добавкой связующего и с последующей сушкой в формах. В качестве связующего для пробковых плит применяют органический клей, битум или каменноугольный лак. Изделия из пробки используют для тепловой изоляции строительных конструкций с предельной температурой -50 —+Ю0 ос.

Войлок технический грубошерстный  получают в виде полотен из смеси  отходов шерстеобрабатывающей, меховой  и хлопчатобумажной отраслей промышленности. Войлок применяют для изоляции стыков щитов в сборных домах, концов балок в каменных стенах, изоляции холодных трубопроводов, вентиляционных каналов, температура в которых  может колебаться в пределах от —60 до +100 °С. Перед применением войлок обрабатывают антисептиком от моли и  антипиреном от возгораний.

Теплоизоляционные материалы на основе пластмасс бывают пористые (поропласты), ячеистые или пенистые (пенопласты) и сотовые (сотопласты). Их изготавливают на основе различных полимеров и в зависимости от вида полимерной основы подразделяют на по-листирольные, фенолформальдегидные, карбамидные, полиуратовые и поливинилхлоридные. Возможно изготовление пенопластов на основе совмещенных композиций, а также с использованием органических и минеральных наполнителей.Теплоизоляционные пластмассы изготовляют прессовым и беспрессовым способами, заливкой и напылением на изолируемую поверхность.

Прессовый способ состоит в смешивании смолы с газообразователями и другими компонентами, прессовании полученной массы в пресс-формах при температуре 120-180 °С и под давлением 120-180 МПа. Выбор температуры зависит от того, какой применяют полимер и какую марку пенопласта хотят получить.

Беспрессовый способ заключается в смешивании смолы с газообразователем, отвердителем и другими добавками с последующей тепловой обработкой. В свободном состоянии (без пресс-форм) заготовки нагревают паром, водой или горячим воздухом до температуры 80-120 °С. В результате тепловой обработки происходит вспенивание и отвердение массы.

Способ заливки состоит из смешивания массы (смола, газообразователь, отвердитель и другие добавки), заливки ее в форму, вспенивания за счет разложения газообразующих веществ в процессе твердения.

Способ напыления заключается  в смешивании исходных компонентов  в специальной установке и  нанесении с помощью пистолета  или форсунки тонким слоем на изолируемую  поверхность. Нанесенная масса вспенивается за счет выделения газообразующих веществ  и застывает в виде пористого  материала, обладающего низкой теплопроводностью.

Теплоизоляционные материалы на основе пластмасс обладают малой тепло- и звукопроводностью, пониженной плотностью, незначительной гигроскопичностью, достаточными прочностью и долговечностью, а также формоустойчивостью.

Пенопласты на основе полистирола (пенополистирол) бывают марок ПС-1 и ПС-4. Их получают прессованием при температуре 150-180 °С и с последующим вспениванием монолитных заготовок в гидравлических паровых камерах при температуре 98-108 °С. Марки пе-нополистирола ПСБ, ПСБ-С получают спеканием гранул с последующим раздувом при температуре 95-120 °С. Сырьем для изготовления пенопластов марки ПС служит эмульсионный полистирол марки Б (порошок) и порфиры, а для марок ПСБ — суспензионный (бисерный) полистирол, состоящий из отдельных гранул.

Плиты марок ПСБ горят, а ПСБ-С  не поддерживают горение. Изделия из вспененного полистирола применяют  в слоистых конструкциях. Такой пенополистирол состоит из множества гранул, между которыми находится влага (по ГОСТ 15588-86 — до 15%), оказавшаяся там вследствие особенностей технологического процесса переработки исходного сырья в пенопласт. Поскольку каждый процент влаги в пенопласте существенно снижает коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, то, как следствие, эксплуатационный коэффици-ент теплопроводности беспрессового пенопласта, содержащего влагу в межгранульном пространстве, сильно ухудшается. При циклических знакопеременных температурных нагрузках (периоды замораживания и оттаи-ания) влага, находящаяся в межгранульном простран-тве, постепенно разрушает связи между гранулами,в результате чего качество утеплителя со временем рез-Ухудшаются. Причем, чем ниже плотность такого материала, тем быстрее протекает процесс его разрушения. При этом разрушение такого многогранульного утепителя сопровождается значительным увеличением его поверхности и, как следствие, возрастанием количества мономера, выделяющегося в окружающую среду.

Экструзионный пенополистирол — новый для отечественной строительной индустрии теплоизоляционный материал, который характеризуется равномерной микроячеистой закрыто-пористой структурой и максимальной стабильностью теплотехнических и физико-механических свойств во времени по сравнению с другими видами утеплителей.

Уникальные физико-механические и  теплотехнические свойства экструзионного пенополистирола являются следствием технологического процесса, позволяющего получать из расплава полимера жесткую пену с равномерной микроячеистой структурой и нулевой капиллярностью. Экструзионный способ производства в данном случае предопределяет важнейшие особенности структуры получаемого полистирольного пенопласта, которые нельзя достичь никакими методами переработки полимерной композиции в пенопласт. К признакам совершенства экструзинного пенополистирола в данном случае относятся:

— отсутствие капиллярности (закрытопористая структура);

— размер ячеек пенопласта (от 80 до 180 мкм);

— степень однородности ячеек (монодисперсность по Гауссу).

Сравнительные микроскопические исследования морфологической структуры материала  показывают, что отечественный экструзионный пенополистирол ни в чем не уступает своему зарубежному аналогу (продукции фирмы The Dow Chemical). Материал обладает практически нулевым водопоглощением за исключением поверхностной сорбции. Нулевая капиллярность экструзионного пенополистирола подтверждается отечественными стандартами (ГОСТ 15-588-86 и ТУ 2244-01-179530000-97).