144645 (Состав строительных материалов), страница 2

Различие между обеими модификациями низкотемпературного гипса состоит преимущественно в размере и характере кристаллов: кристаллы α – модификации – крупные в виде длинных прозрачных игл или призматические, которые формировались в условиях капельножидкой водной среды, кристаллы β–модификации – мелкие с нечетко выраженными гранями. Если первые кристалл полностью обезвоживаются при температурах 200–210⁰С, то вторые достигают этого уже при температурах 170–180⁰С. В обоих случаях обезвоживания не наблюдается видимых изменений в кристаллических структурах. Обезвоженные полугидраты имеют ту же кристаллическую решетку, что и полугидрат. Для производства высокопрочного гипса требуется сырье (камень) первого сорта.

Качественные характеристики получаемых двух видов гипса не одинаковы по ряду показателей. Строительный гипс – порошок белого цвета плотностью 2,2–2,5 г/см³. Его средняя плотность в рыхлом состоянии 800–1100 и в уплотненном – 1250–1450 кг/м³. Он обладает высокой водопотребностью: для получения теста нормальной густоты необходимо 50–70% воды по массе, а удобоукладываемое тесто в производственных условиях требует до 60–80% воды от массы вяжущего вещества. По срокам схватывания гипс различают: быстросхватывающийся (начало через 2 мин., конец – не позднее 15 мин.), нормально-схватывающийся (начало через 6 мин., конец – не позднее 30 мин.), медленносхватывающийся (начало – не ранее 20 мин., окончание схватывания не нормировано). По пределу прочности при сжатии через 1,5 ч. после изготовления образцов имеется 12 марок – от Г‑1 до Г‑25 (цифры обозначают минимально допустимый предел, МПа). Эта разновидность гипса имеет низкую водостойкость, при увлажнении он склонен к ползучести. При более тонком помоле продукта обжига из β-полугидрата сульфата кальция получают гипс формовочный, при использовании сырья повышенной чистоты – медицинский гипс.

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.