Материалы для облегченных строительных конструкции

Материалы для армоцементных конструкций

Армоцементные конструкции как разновидность железобетонных тонкостенных (толщиной 10—30 мм) изготовляют из мелкозернистого тяжелого бетона, армированного частыми тонкими стальными проволочными сетками (иногда в сочетании со стержневой или проволочной арматурой).

Мелкозернистый бетон [1] применяют проектных марок по прочности на сжатие 300, 400, 500 и 600; по морозостойкости, как правило,— не ниже Мрз 50 в конструкциях, защищенных от атмосферных воздействий, и не ниже Мрз 150 в остальных случаях. Водопоглощение его не должно превышать 8% при определении по ГОСТ 7025—67.

При расчете расчетные и нормативные характеристики этого бетона, а также начальные модули упругости принимают по СНиП II-21—75; теплофизические характеристики — по СНиП II-A. 7—71, как для тяжелого бетона на мелком заполнителе. Коэффициент однородности при осевом сжатии 0,6, при растяжении 0,5.

Расчетная объемная масса мелкозернистого бетона 2300 кг/ж3; армоцемента с учетом двух слоев сеток на 1 см толщины сече
ния — 2400 кг/м3, каждая дополнительная сетка увеличивает эту величину на 50 кг/м3.
При расчете принимают такие коэффициенты:
1-10 0 град 1 4,5-10~2 5 -10 3
Линейного расширения при нагреве от 0 до 100° С

Соотношение призменной и кубиковой прочностей мелкозернистого бетона — в пределах 0,8—0,95. Прочность на растяжение 4—16%, а прочность сцепления бетона с арматурой 8—10% прочности на сжатие (увеличивается с возрастом и уменьшением крупности заполнителя). Соотношение прочностей на растяжение при изгибе и при осевом растяжении колеблется в пределах 1,3—3 (в среднем равно 2).

Динамическая прочность мелкозернистого бетона во многом зависит от вида заполнителя и может на 26—31% превышать его статическую прочность. Предел выносливости (соотношение прочностей при циклическом и статическом нагружениях) составляет 0,72, а у «старых» бетонов — 0,78.

Модуль деформации мелкозернистого бетона на 20—25% ниже, чем щебеночного; во времени он почти не изменяется.

Для приготовления мелкозернистого бетона применяют портландцемент, на марку превосходящий проектную марку бетона (по ГОСТ 10178—62). Расход цемента обычно составляет 500—800 кг/м3. Повышенный расход цемента (более 600 кг/м3) ухудшает деформативные характеристики бетона и создает опасность образования технологических трещин при твердении. Поэтому при помощи технологических мероприятий следует обеспечивать наименьшие расходы цемента в бетонной смеси.

Заполнителем в мелкозернистом бетоне служит естественный или искусственный песок из плотных и прочных горных пород (кварцевый или кварцево-полевошпатный), соответствующий требованиям ГОСТ 10268-70 и ГОСТ 8736—67. Рекомендуется применять технико-экономически обоснованные экспериментально подобранные смеси фракционированных песков, укрупняющих добавок мытых отсевов гранитных пород (отходов горнообогатительных комбинатов и т. п.), промывку загрязненных песков.

Наибольшая крупность зерен песка не должна превышать половины просвета, сквозь который при формовании проникает бетонная смесь, т. е. наименьшей толщины армоцемента и размера ячеек сетки при укладке бетона нормально к форме (виброштампование, профилирование) или промежутка между сетками и толщины защитных слоев при укладке вдоль формы (вибролитье, инъецирование). Обычно применяют пески с зернами не крупнее 5 мм. Это требование — одно из наиболее существенных в производстве армоцемента. Поэтому обязательно песок просеивают и устраняют малейшую возможность загрязнения бетонной смеси крупными частицами.

В формировании структуры и физико-механических свойств мелкозернистого бетона роль заполнителя более заметна чем в обычном щебеночном. Так, изменение зернового состава песка может в 2—3 раза снизить прочность мелкозернистого бетона. Введение оптимального количества укрупняющей добавки гра- нотсева (47,6%, Мкр=4,4) к очень мелкому песку (Мкр =1,36) уменьшает водопотребность мелкозернистой бетонной смеси на 15—20% при постоянной подвижности (120 мм расплыва конуса на встряхивающем столике) и увеличивает прочность на сжатие до 48%.

Рекомендуется применять пластифицирующие и снижающие водопотребность добавки сульфитно-дрожжевой бражки СДБ или эмульсола ЭКС-20 в количестве 10—20% массы цемента, а также ингибирующую добавку нитрита натрия — 2%. При этом следует учитывать их влияние на режим твердения бетона.

Ориентировочно состав мелкозернистой бетонной смеси находится в пределах Ц:П«1:1,5ч-1:3; В/Ц = 0,28-4-0,45 и определяется требуемой прочностью, удобоукладываемостью или форму- емостью [1]; зависит от вида и марки цемента, наличия добавок, крупности и зернового состава песка (табл. II. 1).
 

img-002

По установленной подвижности сначала определяют зону составов, обеспечивающих ее при заданных материалах, а затем состав, при котором достигается требуемая марка бетона.

Температура исходных материалов перед загрузкой в смеситель должна быть в пределах 10—60°С, а приготовленной смеси— 10—40°С. Ввиду быстрого снижения подвижности мелко-зернистой бетонной смеси с высоким содержанием высокомарочных цементов ее следует укладывать не позже чем через 25 мин после приготовления.

Следует также учитывать, что мелкозернистые бетонные смеси, отличаясь повышенным содержанием вовлеченного при приготовлении воздуха, для получения плотной структуры бетона требуют более интенсивных воздействий при формовании — предварительной виброобработки, высокочастотной вибрации и т. п.

Большое значение для получения качественного бетона имеют правильный режим и условия твердения армоцементных конструкций, предохраняющие их от потери влаги, устраняющие или компенсирующие деструктивные явления.

Тонкие стальные проволочные сетки. Сетки для армирования армоцементных конструкций выпускают метизные заводы ткаными по ГОСТ 12184—66 и -Е762 1 67—63 (ЧМТУ-4-297—69) или сварными по ВТУ 6—63 (ЧМТУ-4-49—67). Их изготовляют из термически обработанной стальной низкоуглеродистой проволоки (ГОСТ 3282—74) диаметром 0,7—1,2 мм с квадратными или прямоугольными ячейками размером 6—25 мм. В армоцементных конструкциях, предназначенных для эксплуатации в агрессивной среде, рекомендуется применять сетки из оцинкованной проволоки.

Рекомендуемый сортамент сеток для армоцемента приведен в табл. II. 2, а их расчетные характеристики в табл. II. 3. При этом предпочтительнее сварные сетки, выгодные технологически и обеспечивающие большие жесткость и трещиностойкость конструкций.

img-003

В зависимости от типа армирования различают два вида армоцемента: дисперсно армированный тонкими сетками в количестве 400—500 кг на 1 м3 бетона (не менее 4 сеток № 10—1 на 1 см толщины сечения) и с комбинированным армированием сетками и промежуточной проволочной или стержневой арматурой. Первый вид, качественно отличаясь от железобетона, имеет чрезмерный запас прочностных и деформативных свойств и поэтому применяется редко. Второй вид близок к железобетону, но отличается повышенной растяжимостью, трещиностойкостью, водонепроницаемостью и ударной вязкостью, так как тонкие стальные сетки улучшают деформативные характеристики мелкозернистого бетона.

img-004

 

Для большинства армоцементных строительных конструкций применяют более экономичное комбинированное армирование, когда толщина защитного елея сетки 4(±2) мм. Однако при рациональном составе мелкозернистого бетона и соблюдении всех технологических требований эта толщина, что подтверждают натурные обследования эксплуатируемых сооружений, вполне достаточна для защиты сетки от коррозии и обеспечения долговечности армоцементных конструкций. Это объясняется повышенной плотностью хорошо уплотненного мелкозернистого бетона с высоким содержанием портландцемента, а следовательно, и сохраняющей сталь гидроокисью кальция. Поэтому скорость нейтрализации таких бетонов незначительна. Все же для конструкций, эксплуатируемых в агрессивной среде, необходимо применять защитные покрытия сетки (цинковые толщиной не менее 30 мкм или полимерные), а также лакокрасочные покрытия армоцемента.
 
Примечания:

1. Расчетные сопротивления сеток определены как произведение (с округлением) нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты однородности и условий работы.

2.     Сварные сетки из проволоки диаметром, указанным в скобках, нредусматривают в проектах при согласовании с заводом-изготовителем сеток.

3. Нормативное сопротивление сеток Rc определяют по прочности отдельных вырезанных из сетки проволок длиной 1 м.

Материалы для комбинированных и комплексных конструкций

Легкие и ячеистые бетоны. Легкие бетоны отличаются пористой структурой, полученной за счет пористости заполнителей или благодаря специальным приемам приготовления бетонной смеси [18]. Различают ячеистые бетоны, в которых мелкопористая структура образована введением в бетонную смесь газообразующих добавок или отдельно приготовленной стойкой пены. Легкие бетоны, содержащие легкий заполнитель и ячеистый раствор, называют поризованными.

В облегченных ограждающих конструкциях стен и перегородок применяют конструктивно-теплоизоляционные бетоны объемной массой 700—1400 кг/м3 и марок по прочности на сжатие 35, 50 75, 100 (ячеистые — соответственно 800—900 кг/м3 и марок 25— 50 по ГОСТ 11118—73).

Для получения легких бетонов применяют цемент марки 300—400 с расходом более 200 кг/м3, а также гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-71), щебень из аглопорита (ГОСТ 11991—66) и шлаковой пемзы (ГОСТ 9760—75), щебень и песок из вспученного перлита (ГОСТ 10832—74), щебень из пемзы, туфа, шлаков, пористого известняка, пески пористые, золы. Для ячеистых бетонов— вяжущие: цемент, известь (ГОСТ 9179—70), шлаковое вяжущее; кремнеземистый компонент: молотый песок или гран- шлак, зола-унос Т6Ц; газообразователь: алюминиевая пудра ПАК-3 или ПАК-4 (ГОСТ 5494—71) или пенообразователь клееканифольный, смолосапониновый, ПО-6 (ГОСТ 9603—69) и др.

Легкие бетоны на пористых заполнителях приготовляют в обычных бетономешалках принудительного перемешивания, ячеистые — в газо- и пенобетономешалках.

Формование конструкций из легких бетонов мало отличается от формования обычных, при термообработке следует не допускать водонасыщения бетона. Для формования ячеистых бетонов рекомендуется прогрессивная вибрационная технология с разрезкой массивов (10—12 м3) при твердении их обычно подвергают автоклавной обработке при температуре 175—200°С и давлении 8—12 кгс/см2.

Материалы на основе гипса (ГОСТ 125—70) — панельные перегородки и листы для внутренней обшивки стен и потолков. Недостаточная водостойкость гипса позволяет эксплуатировать изделия из него при относительной влажности не выше 60%. Водостойкое гипсоцементно-пуццолановое вяжущее ГЦПВ (МРТУ 21-8-15 и СНиП I-B. 2-69) получается смешиванием 50—80% гипса 1-го сорта и 20—50% портландцемента (пуццола- нового или шлакового) с активной минеральной добавкой (ГОСТ 6269—63).

На основе этих вяжущих, замедлителей сроков схватывания и легких заполнителей изготовляют панели, армированные проволочной сеткой или стекловолокном, а также с деревянной обвязкой. Формуют их кассетным способом или на прокатном стане. Марка получаемого гипсобетона — 35.

Обшивочные листы гипсовой сухой штукатурки (ГОСТ 6266— 67) состоят из сердечника, изготовленного из строительного гипса с добавками, оклеенного картоном.

Размеры листов:
Длина     2,5; 2,7; 3,0 и 3,3 м
Ширина     1,2 и 1,3 м
Толщина     10 и 12 мм
В зависимости от толщины и сорта листы выдерживают на изгиб нагрузку 27—32 кгс.

Асбестоцемент представляет собой цементный камень, дисперсно армированный тонкими волокнами низкосортного асбеста. Применяется в несущих и ненесущих ограждающих конструкциях в виде плит и листов — плоских, волнистых и специальных профилей для панелей покрытий и стен (СНиП I-B.14—69) [18].

Асбестоцементные листы изготовляют на высокопроизводительных автоматизированных линиях прессованными и непрессованными серого цвета и окрашенными в массе, покрытыми эмалями, с рельефным рисунком на белом и цветном цементах, а также с декоративными слоями.

Основные характеристики асбестоцементных плоских облицовочных плит (ГОСТ 929—59), плоских конструктивных асбестоцементных листов (ГОСТ 18124—75 *) и волнистых листов усиленного (ГОСТ 8423—75) и унифицированного профилей (ГОСТ 16233—70) приведены в табл. II. 4. Морозостойкость, объемную массу и ударную вязкость асбестоцемента определяют по ГОСТ 8747—73.

Материалы на основе стекла. В вертикальных ограждающих светопрозрачных конструкциях, к которым не предъявляют повышенных требований огнестойкости, получает широкое распространение профильное стекло [18] швеллерного и коробчатого сечения (СН 428—74).

Профильное стекло (стеклопрофилит) изготавливают непрерывным прокатом стекломассы на поточных механизированных линиях. Характеристика профильного стекла приведена в табл. II. 5.

img-005

В производственных помещениях с агрессивной средой для устройства щитов перегородок, облицовки строительных конструкций и покрытия полов применяют листы и плиты из шлакоси- талла и строительного ситалла. Эти материалы получают путем направленной микрокристаллизации металлургических доменных шлаков и малощелочных стекол. Они обладают высокими физико-механическими характеристиками (табл. II. 6), термостойкостью до 150—200°С, стойкостью в воде (99,5—99,8%), щелочах (73—97%) и кислотах (99—99,93%).

Ситаллы выпускают в виде прокатных листов длиной 500— 3000 мм, шириной 500—1500 мм и толщиной 5—25 мм, а также в виде прессованных плит площадью 250X250 и 300X300 мм, толщиной 10—20 мм. Шлакоситалл бывает черного, серого и белого цвета, строительные ситаллы — одноцветны.

Алюминиевые сплавы — перспективные материалы для облегченных строительных конструкций [18]. Они отличаются малой объемной массой (2,7—2,9 г/см3), достаточно высокой прочностью (при сжатии — от 3000 до 6000 кгс/см2 предел текучести — от 6 до 60 кгс/мм2, но чаще 20—30 кгс/мм2) и коррозионной стойкостью в агрессивной среде, повышенной пластичностью (относительное удлинение до 25%), особенно при низкой температуре. Однако имеют сравнительно низкий модуль упругости (680-103 кгс/см2) и высокий коэффициент линейного расширения (23,1-10град-1 ).

Алюминиевые листы общего назначения (ГОСТ 13722—68**) и конструкционные (ГОСТ 12592—67) поставляют толщиной 0,5—10 мм шириной 1—2 м и длиной 2—4 м. Для строительных конструкций применяют термически неупрочняемые алюминиево-марганцевые АМЦ и алюминиево-магниевые сплавы марок АМГ; АМГ6; АМГ 61, а также термически упрочняемые АВ-Т1; АДЗЗ-Т1, В92-Т, хорошо свариваемые и обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Для ненагруженных элементов ограждающих конструкций рекомендуются низкопрочные сплавы АМЦ и АМГ, для несущих конструкций — высокопрочные АМГ 6; АМГ61 и типа авиаль АД35, а для ответственных несущих конструкций в агрессивных условиях — термообработанный сплав АВ-Т1. Плохо свариваемые дюралюмины Д1, Д16 и высокопрочные сплавы В92, В95 применяют с использованием болтовых и клепаных соединений.

Для повышения механических характеристик листы можно подвергать различным видам термообработки (отжиг, гартовка, закалка с естественным и искусственным старением, гартовка после закалки и старения); для повышения коррозиестойкости их плакируют более стойкими высокопрочными сплавами и дюралюминием, а также подвергают электрохимическому анодированию (15—20 мкм) или химическому оксидированию (не менее 5 мкм).

Различные типы профилей из алюминиевых сплавов поставляют по ГОСТ 13616—68-М3624—68; 13737—68; 13738—68 длиной, как правило, до 6 ж (сечением до 1,5 см2) и до 9 ж (сечением более 1,5 см2).

Листы и некоторые профили (из сплавов Д1, Д16 и В95) выпускают покрытыми защитной жировой смазкой и оклеенными бумагой.
Материалы на основе древесины. В конструкциях облегченных панелей перегородок применяют древесноволокнистые и фибролитовые плиты [18].

Древесноволокнистые плиты ДВП (ГОСТ 4598—74) получают мокрым или сухим прессованием переработанных в волокна древесных отходов и неделовой древесины с наполнителями (асбест, гипс, вермикулит, стекловолокно) или антипиренами (аммофосы с солями железа и магния, нифелины). Для облицовок можно использовать плиты сверхтвердые и твердые соответственно объемной массой не менее 950 и 850 кг/м3, пределом прочности при изгибе 500 и 400 кгс/см2, твердостью 15—17 и 10—11 (13—18) кгс/мм2. Твердые плиты бывают с окрашенной лицевой поверхностью (ГОСТ 8904—66): поливинилацетатными водоэмульсионными красками — тип А; синтетическими эмалями — тип Б; под кафель или глазурованные плитки. При толщине 4 мм ширина плит 1,2 и 1,6 м, а длина — 2,2; 2,4; 2,5; 2,7; 3 и 3,6 м.

Фибролитовые плиты (ГОСТ 8928—70) изготавливают путем прессования смеси портландцемента (марки не ниже 400 с расходом 190—270 кг/м3) с обработанной минеральными солями (хлористым кальцием, сернокислым глиноземом или жидким стеклом —до 22 кг/м3) древесной шерстью (ленты 300-4-500x1-4- -4-6ХОД-4-0,8 мм — до 210 кг/м3). Для фибролита объемной массой 500 кг/м3 предел прочности плит при изгибе не менее 12 кгс/см2, а коэффициент теплопроводности не более 0,13 ккал/м-ч-град. Поставляют плиты длиной 2 и 2,4 м, шириной 0,5 и 0,55 м и толщиной 25, 50, 75 и 100 мм.

Тепло- и звукоизоляционные материалы. В облегченных строительных конструкциях, комбинированных и комплексных, для тепло- и звукоизоляции широко применяют материалы на разной основе: минеральные (пеностекло), полимерные (ПСБС, ПХВ, ФЛ, ФРП) и минеральные с полимерным связующим (стекло и минераловатные плиты на битумном и фенольном связующих) [18].

Пеностекло получают путем вспенивания в печи стеклянного порошка (100 в. ч.) с газообразователями (1,5—2 в. ч.). При этом получают пористую структуру (поры 0,1—5 мм). Пеностеклянные блоки толщиной 30, 60, 90, 120 мм, длиной 180—500 мм и шириной 80—400 мм удачно сочетают высокую механическую прочность на сжатие (10—35 кгс/см2), малую объемную массу (150—300 кгс/м3), низкое водопоглощение (не более 12%) и теплопроводность (0,08—0,12 ккал/м-ч-град), морозостойкость (не менее 15 циклов), высокую устойчивость к агрессивной среде и огнестойкость. Средний коэффициент звукопоглощения пеностекла 0,4—0,55.

Наиболее распространены мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные плиты на битумном (ГОСТ 12394—66) и синтетическом фенольном связующем (ГОСТ 9573—72 *), а также полужесткие плиты и маты из стеклянного штапельного волокна (ГОСТ 10499—67). Коэффициент теплопроводности этих материалов, как правило, не превышает 0,04 ккал/м-ч-град.

Минераловатные полужесткие акустические плиты ПА/О, ПА/С, используемые для звукопоглощающей облицовки, изготавливают на заводе № 6 Воскресенского комбината «Красный строитель» по ТУ 21-24-16—68 размером 500x500X20 мм с допускаемыми отклонениями: в плане ±1 мм, по толщине ±1,5 мм. Минераловатная заготовка объемной массой 130—140 кг/м3 содержит 12—15% по массе композитного синтетического связующего типа «Силан» (70% поливинилацетата и 30% фенолфор- мальдегидной смолы). Плиты покрыты краской на основе ПВАЭ с белым пигментом, по периметру имеют фаску. Лицевая поверхность плит ПА/О перфорирована 33 рядами отверстий по 33 отверстия в ряду; диаметр отверстий 4,2 мм, шаг 14 мм, процент перфорации 13, глубина перфорации 8—12 мм. Тыльная сторона плит покрыта грунтовочной 20%-ной поливинилацетатной эмульсией (60—80 г/м2). Эти плиты при наклеивании на панели обеспечивают средний коэффициент звукопоглощения 0,67 и свето- отражение более 70%.

Из полимерных материалов выпускают плиты теплоизоляционные из пенопласта полистирольного (ГОСТ 15588—70) длиной 900—2000 мм с интервалом 50 мм, шириной 500—1000 мм с тем же интервалом, толщиной 25, 33, 50 и 100 мм. Их изготовляют беспрессовым способом из суспензионного вспенивающегося полистирольного бисера с добавкой антипирена (ПСБ-С) и без добавки (ПСБ). Этот же бисер используют при вспенивании пенополистирола между обшивками при изготовлении комбинированных и комплексных панелей. В зависимости от объемной массы плиты подразделяют на марки 20, 25, 30 и 40.
Жесткие плиты из пенополивинилхлорида ПХВ-1 изготовляют прессовым методом на основе поливинилхлоридного полимера марки М, а из пенопласта МА-20 — на основе сополимера винил- хлорида с метилакрилатом.

Фенольный заливочный пенопласт (пенофенопласт ФЛ) изготовляют в виде плит и заливают в полости комбинированных панелей из смеси товарного фенолоспирта 50%-ной концентрации и алюминиевой пудры с минеральными кислотами и пластификатором. Аналогично приготовляют фенольный пенопласт на резоль- ном полимере (ФРП-1).

Основные физико-механические характеристики тепло- и звукоизоляционных материалов приведены в табл. II. 7.

Строительная керамика

Строительная керамика — эффективный, долговечный, стойкий местный материал, из которого изготовляют высококачественные изделия, широко применяемые для создания облегченных сборных конструкций зданий и сооружений (панелей стен, перегородок, перекрытий и покрытий), а также используют в монолитных конструкциях и для устройства облицовок. Эффективные керамические изделия — это обожженные пустотелые камни, плиты, дырчатый кирпич и архитектурные детали из глины с примесями или без них. Для обжига керамических изделий используют природный газ, низкосортное топливо и местное — торф.

Опыт изготовления и применения керамических изделий на стройках СССР показал их высокие качества. Облицовочная керамика отвечает высоким требованиям, которые предъявляются к цвету и долговечности облицовки зданий.
Неглазурованную облицовку белого цвета можно получить из часов-ярских глин, а облицовку светло-кремового цвета — из спондиловых.

Пустотелые керамические камни имеют значительные преимущества по сравнению с обычным строительным кирпичом. На изготовление единицы продукции керамических камней сырья и топлива затрачивается меньше, чем на производство строительного кирпича, а производительность заводов (при переводе на строительную кубатуру) увеличивается. Для изготовления пустотелых керамических камней требуется меньше времени на 10%, а топлива на 20%, чем для производства массивных камней и кирпича. Вследствие меньшей объемной массы размер керамических камней больше, чем обычного кирпича, в полтора, два, четыре, восемь и больше раз, а масса равна массе одного, полутора, двух с половиной, пяти с половиной и т. д. кирпичей. Это позволяет получить экономический эффект при транспортировании, уменьшить трудовые затраты на кладку стен, снизить расход раствора (цемента). Количество швов в кладке в зависимости от размеров камней может быть уменьшено на 50—80%.

Кладка из пустотелых керамических камней, обладающих высокими теплоизоляционными свойствами, позволяет уменьшить толщину стен и увеличить таким образом площадь помещений на 6—8%. Широко применяют керамические камни и при устройстве перекрытий и покрытий зданий. Сравнение армокерамических перекрытий с железобетонными показывает, что при несколько меньшей затрате металла расход цемента значительно меньше при устройстве керамических перекрытий, чем железобетонных.

Марки керамических камней по прочности 50, 75, 100, 125 и 150. Пустотность может быть различной. В табл. II. 8 приведены типы керамических камней пустотностью 22—48% и объемной массой 885—1350 кг/м3.

img-006

img-007

img-008

Размеры камней увязаны с размерами кирпича: длина 250 мм, ширина 120—250 мм, толщина до 138 мм. Ширина щелевидных сквозных пустот в вертикально расположенных в кладке камнях должна быть не более 12 мм. Камни изготовляют из однородной массы, без известковых включений и песчаных прослоек (см. табл. II.8).