Указания по применению материалов на основе минеральных вяжущих и мелкозернистых заполнителей при строительстве дорожных искусственных сооружений

УКАЗАНИЯ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ И МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОРОЖНЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Гипсовые и гипсобетонные изделия

Гипсовые изделия изготавливают из гипсового теста и небольшого количества тонкомолотых органических заполнителей, а гипсобетонные изделия - из гипсового теста и пористых заполнителей (предельная крупность зерен не больше 10 мм), которые могут быть минеральными (шлаки, ракушечники) и органическими (опилки, сечка из камыша и др.). В ряде случаев изделия из гипса армируют деревянными рейками, камышом и т.п. Стальную арматуру не применяют вследствие ее коррозии в гипсовом камне. Гипсовые изделия характеризуются хорошими тепло- и звукоизоляционными показателями, легко обрабатываются, окрашиваются. Они не водостойки, поэтому их применяют в помещениях с относительной влажностью воздуха менее 60%. К гипсобетонным изделиям относят панели, плиты перегородок, камни для стен, перекрытий, облицовочные листы (гипсовая сухая штукатурка). Гипсовые и гипсобетонные изделия изготавливают по технологической схеме: подготовка и дозирование компонентов смеси; перемешивание смеси; формование и твердение изделий - сушка до воздушно-сухого состояния. При этом изделия формуют литьем, вибрированием, прессованием, прокатом.

Особенно широкое распространение получил непрерывный прокат панелей, однако возможно использование кассет и других способов. Прочность гипсовых изделий от 3,5 до 10 МПа при влажности до 8%.

Гипсовая сухая штукатурка состоит из тонкого слоя затвердевшего гипса, покрытого с обеих сторон картоном. Обычно листы изготавливают на специальном конвейере.

Для кладки стен и зданий невысокой долговечности используют гипсовый камень как местный строительный материал. Прочность гипсовых камней 3,5-7 МПа. они должны выдерживать 15-кратные попеременные замораживания и оттаивания.

Гипсовые изделия применяют также в качестве вкладышей для заполнения перекрытий жилых зданий.

Силикатные материалы

Минеральные вяжущие материалы используются в строительстве преимущественно для создания искусственных каменных материалов с конгломератной структурой, в которых они выполняют роль минерального клея вследствие их способности образовывать пластичное тесто и при затвердевании склеивать в монолит зерна различных заполнителей - рыхлых каменных материалов (гальки, гравия, щебня). Склеивание зерен заполнителя обусловлено хорошей адгезией или химическими реакциями вяжущего с поверхностью зерен заполнителя. Минеральные вяжущие, взаимодействуя с водой, затвердевают, однако в этом случае образовавшийся камень обладает повышенной усадкой, ползучестью, трещиноватостью, недостаточной коррозионной стойкостью, повышенной тепло- и звукопроводностью. Смешение вяжущих с заполнителями позволяет получить искусственный камень со значительно лучшими свойствами. Например, камень, образованный в результате взаимодействия воды и извести, обладает невысокой прочностью. В то же время смесь из извести, воды и песка, особенно молотого, затвердевая при определенных условиях, образует прочный искусственный камень (50 МПа и более). Если необходимо улучшить звуко- или теплоизоляционные свойства, используют заполнители из пористых шлаков, перлитов и т.д. Наряду с улучшением свойств значительно снижается стоимость изделий, изготовленных из смеси вяжущего и заполнителей; последние в несколько раз дешевле извести, гипса и особенно цемента.

По виду вяжущего различают силикатные, гипсовые, цементные и другие материалы. Иногда наименование материала учитывает заполнитель (асбоцемент, перлитобетон и т.п.). Выделяют одно-, двух-, трех- и более компонентные материалы, мелко-, средне- и крупнозернистые (соответственно крупность зерен заполнителей менее 5, 20 и более 20 мм).

Несмотря на многообразие искусственных каменных материалов, полученных на основе минеральных вяжущих, технологический процесс обычно включает такие операции:

- подготовка компонентов и их дозирование;

- приготовление смеси;

- формование изделий с уплотнением смесей;

- твердение заформованных изделий в благоприятных условиях. В результате Затвердевания в искусственных каменных материалах образуется сложная структура.

К искусственным каменным материалам с мелкозернистой структурой можно отнести силикатные, гипсовые, магнезиальные, асбестоцементные материалы и строительные растворы. В большинстве случаев это двухкомпонентные материалы. В силикатных материалах, чтобы получить высокую прочность, необходима большая удельная поверхность взаимодействия кварцевого песка и извести, поэтому в ряде случаев песок размалывают до 2000-2500 см/г, что ограничивает крупность зерен песка. В строительных растворах крупность заполнителей зависит от условий их применения (толщины шва, слоя штукатурки и др.).

Повышение крупности зерен заполнителей больше 10 мм не рекомендуется в силикатных материалах вследствие возникновения в них больших внутренних напряжений. Используются мелкозернистые заполнители также и в других двухкомпонентных материалах.

Силикатные (известково-песчаные) изделия изготавливают из смеси кварцевого песка и воздушной извести (иногда и добавок) с последующим перемешиванием, механической формовкой и запариванием в автоклаве при температуре 180 °С и давлении до 1 МПа.

Наличие в большинстве районов основного сырья (кварцевого песка, воздушной извести), сравнительно небольшой расход топлива, а также возможность полной механизации и автоматизации технологии изготовления явились факторами быстрого роста производства силикатных изделий различного вида. Этому способствовали исследования А.В.Волженского, П.П.Будникова, Ю.М.Бутта, П.И.Боженова, О.П.Мчедлова-Петросяна, И.А.Хинта и др.

Сущность технологии производства силикатных изделий заключается в следующем. При тщательном перемешивании кварцевого песка с воздушной известью, влажности смеси 7-10% и дальнейшем ее уплотнении сырцовое изделие при выдерживании на воздухе медленно затвердевает, достигая прочности 1-2 МПа. Гидратная известь вступает в реакцию с кремнеземом, образуя в общем случае гиросиликат кальция:

Ca(OH)+SiO+mHO>CaOSiO·пНО.

В зависимости от температуры среды и состава смеси при взаимодействии водного раствора извести с SiO в щелочной среде образуются различные кристаллохимические формы гидросиликатов кальция, преобладание которых обусловливает свойства готовых изделий. В процессе автоклавной обработки лишь часть гидратной извести вступает в физико-химическое взаимодействие, образуя гидросиликат кальция - основное цементирующее вещество. Значительная часть гидратной извести остается свободной и при дальнейшем выдерживании изделий на воздухе в поверхностных слоях вступает в реакцию с углекислым газом воздуха, т. е. карбонизируется. Остальная часть извести постепенно кристаллизуется, увеличивая со временем прочность изделий. Для ускорения твердения при запаривании в автоклаве в сырцовую смесь иногда добавляют небольшое количество сульфата натрия или магния.

В настоящее время изготавливают силикатный кирпич, силикатные бетоны (тяжелые, легкие и ячеистые).

Силикатный кирпич получают из смеси чистого кварцевого песка, воздушной извести (5-8%) и воды (около 7%). Из нее формуют сырцовые изделия, которые подвергают автоклавной обработке с последующим выдерживанием на воздухе. Песок должен быть чистым кварцевым, равномерным по зерновому составу, без полевого шпата, слюды и гипса. Небольшое количество пылеватых зерен (менее 0,15 мм) является положительным признаком. Смесь песка и воздушной извести подготавливают гидратным или сухим способом. При гидратном способе песок смешивают с гидратной известью (пушонкой или известковым тестом). Более распространен сухой способ, при котором в песок добавляют тонкомолотую негашеную известь и тщательно перемешивают в мешалках с увлажнением смеси. Далее смесь транспортируют в силосы, где она выдерживается 8-10 ч до полного гашения извести. Эффективно используется тепло, выделяемое при гидратации извести. Дополнительный подогрев смеси паром сокращает процесс силосования на 2-4 ч.

Сухую смесь можно подготовить в вращающихся барабанах-гидраторах, где гашение извести протекаете течение 30 мин. Подогретую смесь перемешивают (дополнительно на бегунах), формуют кирпичи на механических прессах с вращающимся столом (рис.1) и осторожно загружают вагонетки для перемещения в автоклавы (цилиндры длиной 20 и диаметром 2 м). В автоклавах кирпич выдерживается при температуре 175 °С в течение 10 ч (1-2 ч подъем давления до 0,8 МПа, выдерживание при этом давлении около 8-9 ч и пониженном давлении 1,5 ч). После пропаривания готовый кирпич складывают в клетки и выдерживают на воздухе не менее двух недель. Силикатный кирпич изготавливают размером 250x120x65 мм или полуторный (толщиной 98 мм) марок 250, 200, 150, 125, 100, 75. Объемная масса кирпича 1800-1900 кг/м, водонасыщение не более 16%, морозостойкость Мрз 15 для рядового и Мрз 50 для лицевого кирпича. Стоимость силикатного кирпича примерно на 30% дешевле глиняного. Силикатный кирпич применяют для кладки наружных и внутренних несущих стен и столбов промышленных и жилых зданий. Он непригоден для кладки фундаментов (вследствие малой водостойкости), а также для кладки печей и труб, так как при температуре свыше 500 °С он разрушается.