- •Теория строительного материаловедения
- •Глава 1 Общие сведения о строительном материаловедении
- •1.1. Некоторые исходные понятия
- •1.2. Исторические этапы развития строительного материаловедения
- •1.3. Теория искусственных строительных конгломератов
- •1.3.1. Классификация строительных материалов
- •1.3.2. Составные части общей теории иск
- •Глава 2 Теория структурообразования и оптимизации структуры иск (теоретическая технология)
- •2.1. Сырьевые материалы, поступающие на переработку в иск
- •2.2. Основные процессы в технологии строительных материалов
- •2.2.1. Подготовительные работы
- •2.2.2. Перемешивание отдозированных компонентов смеси
- •2.2.3. Формование и уплотнение изделий из смеси
- •2.2.4. Обработка отформованных изделий
- •2.2.5. Общая теория отвердевания матричных веществ в иск
- •2.3. Структура строительных материалов и изделий
- •Глава 3 Теория прочности, деформативности и конгруэнции свойств
- •3.1. Основные свойства строительных материалов
- •3.1.1. Механические свойства
- •3.1.2. Физические свойства
- •3.1.4. Технологические свойства
- •3.1.5. Оценка качества материалов
- •3.2. Основные закономерности при оптимальных структурах иск
- •3.2.1. Закон створа1
- •3.2.2. Закон и формулы прочности иск оптимальной структуры
- •3.2.3. Закон конгруэнции свойств
- •3.2.4. Деформационные свойства иск оптимальной структуры
- •3.3. Подобие оптимальных структур и две теоремы в теории иск
- •3.4. Научные принципы и общий методпроектирования состава ископтимальной структуры
- •3.5. Корректирование проектного состава иск
- •3.6. Создание новых строительных конгломератов
- •3.7. Оценка технико-экономической эффективности иск оптимальной структуры
- •Глава 4 Теория долговечности иск в конструкциях
- •4.1. Общие понятия о долговечности материалов
- •4.2. Временные элементы долговечности материала
- •4.3. Критические уровни ключевых характеристик структуры и свойств
- •4.4. Теоретические расчеты долговечности и принятые в них ограничения
- •4.5. Некоторые вопросы надежности материала в конструкциях
- •Глава 5 Элементы теории методов научного исследования и технического контроля качества
- •Глава 6 Введение в практическую технологию
- •6.1. Основные компоненты и разновидности производственных технологий
- •6.2. Связь производственных процессов с общей теоретической технологией
- •6.3. Прогрессивные технологии в строительном материаловедении
- •6.3.1. Смысловые и количественные критерии
- •6.4. Оптимизирующие факторыпри совершенствовании технологийдо уровня прогрессивных
- •Практика строительного материаловедения (строительные материалы и изделия)
- •А. Природные строительные материалы и изделия
- •Глава 7 Древесина и древесные строительные материалы
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Состав, структурные элементы и свойства древесины
- •7.3. Анатомическое строение древесины
- •7.4. Качественные показатели древесных материалов
- •7.5. Пороки древесины
- •7.6. Защита древесины от гниения, поражения насекомыми и возгорания
- •7.7. Модификация древесины
- •7.8. Древесные породы в строительстве
- •7.9. Материалы и строительные изделия из древесины
- •7.10. Использование древесных отходов
- •Глава 8 Природные каменные материалы и изделия1
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Породообразующие минералы
- •8.3. Горные породы, применяемые в строительстве
- •8.4. Энергетическая активность минералов и горных пород
- •8.5. Закономерности свойств природного камня
- •8.6. Добыча и обработка природного камня
- •8.7. Материалы и изделия из горных пород
- •8.8. Защита природного камня в конструкциях
- •Б. Искусственные строительные материалы и изделия
- •1. Безобжиговые искусственные конгломераты
- •Глава 9 Строительные конгломераты на основе неорганических вяжущих веществ
- •9.1. Цементный камень как матричная часть в конгломератах и исходные компоненты
- •9.1.1. Вода и водные растворы
- •9.1.2. Неорганические вяжущие вещества
- •9.1.3. Воздушные вяжущие вещества и их производство
- •9.1.4. Гидравлические вяжущие вещества и их производство
- •9.1.5. Смешанные цементы как разновидности комплексных вяжущих веществ
- •9.2. Взаимодействие воды или водных растворовс неорганическими вяжущими веществамии процессы твердения
- •9.3. Заполняющие компоненты в конгломератах и добавки, вводимые в смеси
- •9.3.1. Заполнители неорганические
- •9.3.2. Заполнители органические
- •9.3.3. Наполнители
- •9.3.4. Добавочные вещества (добавки)
- •9.4. Основные разновидности строительных конгломератов
- •9.4.1. Общие сведения о бетонах
- •9.4.2. Тяжелые (обычные) бетоны
- •9.4.3. Легкие бетоны
- •9.4.4. Ячеистые бетоны
- •9.4.5. Арболиты (деревобетоны)
- •9.4.6. Специальные бетоны
- •9.5. Железобетон — изделия, конструкции
- •9.5.1. Общие сведения
- •9.5.2. Исходные материалы для железобетона
- •9.5.3. Производство сборных железобетонных изделий и конструкций
- •9.5.4. Технологические схемы изготовления сборных железобетонных изделий
- •9.5.5. Технология монолитного железобетона
- •9.5.6. Технический контроль и хранение железобетонных изделий
- •9.6. Разновидности других материалов и изделий на основе неорганических вяжущих веществ
- •9.6.1. Строительные растворы Общие сведения.
- •9.6.2. Сухие строительные смеси
- •9.6.3. Гипсовые и гипсобетонные изделия
- •9.7. Силикатные изделия автоклавного твердения
- •9.7.1 Общие сведения о силикатных материалах
- •9.7.2. Силикатный (известково-песчаный) кирпич
- •9.7.3. Известково-шлаковый и известково-зольный кирпич
- •9.7.4. Силикатные бетоны
- •9.7.5. Силикатные изделия ячеистой структуры
- •9.8. Асбестоцементные изделия
- •9.8.1. Общие понятия
- •9.8.2. Краткие сведения об исходных материалах
- •9.8.3. Основы производства асбестоцементных изделий
- •9.8.4. Продукция асбестоцементных заводов
- •9.8.5. Основные свойства асбестоцементных изделий
- •9.9. Строительные материалы на основе магнезиальных вяжущих веществ
- •9.10. Коррозия строительных конгломератов в эксплуатационных условиях
- •Глава 10 Искусственные строительные конгломераты на основе органических вяжущих веществ
- •10.1. Основные исходные материалы для получения иск
- •10.1.1. Битумы
- •10.1.2. Дегти
- •10.1.3. Отвердевание битумов и дегтей
- •10.1.4. Минеральные наполнители в качестве асфальтирующих добавок
- •10.1.5. Формирование асфальтового вяжущего вещества
- •10.2. Заполняющие компоненты в иск на основе органических вяжущих веществ
- •10.3. Основные разновидности иск на основе органических вяжущих веществ
- •10.3.1. Асфальтовые бетоны
- •10.3.2. Разновидности асфальтовых бетонов
- •10.3.3. Дегтебетоны
- •10.4. Деструкция асфальтобетона при эксплуатации покрытий
- •Глава 11 Строительные конгломераты на основе органических полимеров и пластмассы
- •11.1. Природные и искусственные органические полимеры
- •11.1.1. Полимеризационные полимеры (термопласты)
- •11.1.2 Поликонденсационные полимеры (реактопласты)
- •11.2. Наполнители, заполнители и добавочные вещества в иск
- •11.3. Основные технологические операции
- •11.4. Отверждение полимерных и наполненных вяжущих веществ
- •11.5. Разновидности искусственных полимерных конгломератов и пластических масс
- •11.5.1. Полимербетоны и полимеррастворы
- •11.5.2. Полимерные строительные материалы и изделия
- •11.5.3. Материалы для санитарно-технического оборудования и трубы
- •11.5.4. Отделочные полимерные материалы и изделия
- •11.5.5. Гидроизоляционные и герметизирующие материалы
- •11.6. Старение и деструкция полимерных материалов
- •Глава 12 Строительные конгломераты с применением комплексных вяжущих веществ
- •12.1. Конгломератные материалы на основе смешанных вяжущих веществ
- •12.2. Материалы и изделия на основекомпаундированных и комбинированныхвяжущих веществ
- •Глава 13 Теплоизоляционные материалы и изделия
- •13.1. Общие сведения
- •13.2. Способы поризации материалов
- •13.3. Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
- •13.4. Органические теплоизоляционные материалы и изделия
- •13.5. Полимерные теплоизоляционные материалы
- •Глава 14 Акустические материалы и изделия
- •14.1. Общие сведения
- •14.2. Звукопоглощающие материалы
- •14.3. Звукоизоляционные материалы и изделия
- •Глава 15 Гидроизоляционные материалы и изделия
- •15.1. Общие сведения
- •15.2. Жидкие гидроизоляционные материалы
- •15.3. Пластично-вязкие гидроизоляционные материалы
- •15.4. Упруго-вязкие и твердые кровельные и гидроизоляционные материалы и изделия
- •Глава 16 Материалы для отделочных работ: краски, лаки, обои
- •16.1. Общие сведения
- •16.2. Исходные основные связующиеи вспомогательные вещества для лакокрасочных материалов
- •16.3. Пигменты в красочных составах
- •16.4. Основные разновидности красочныхвеществ
- •16 5. Антикоррозионная защита полимерными материалами
- •16.6. Обои для отделки стен
- •2. Обжиговые искусственные конгломераты
- •Глава 17 Керамические материалы и изделия
- •17.1. Общие сведения
- •17.2. Глина — основное сырье для строительной керамики
- •17.3. Краткие сведения из технологии керамики
- •17.4. Структура и природа свойств керамических материалов
- •17.5. Керамические материалы и изделия
- •Глава 18 Стеклянные и другие плавленые материалыи изделия
- •18.1. Значение стеклянных изделий в строительстве
- •18.2. Состав и строение стекол
- •18.3. Свойства стекол
- •18.4. Основы производства стекла
- •18.5. Стеклянные материалы и изделия
- •18.6. Материалы и изделия из шлаковых расплавов
- •18.7. Каменное литье и материалы на его основе
- •Глава 19 Металлические материалы и изделия
- •19.1. Общие сведения
- •19.2. Основы получения чугуна и стали
- •19.2.1. Получение чугуна
- •19.2.2. Получение стали
- •19.3. Диаграмма состояния железоуглеродистыхсплавов
- •19.4. Углеродистые стали
- •19.5. Углеродистые конструкционные стали
- •19.6. Легированные стали и твердые сплавы
- •19.7. Термическая обработка стали
- •19.8. Сортамент стального проката
- •19.9. Алюминий и его сплавы
- •19.10. Коррозия железа и других металлов
- •Глава 20 Заключительная
11.5. Разновидности искусственных полимерных конгломератов и пластических масс
11.5.1. Полимербетоны и полимеррастворы
Под полимербетонами подразумевают конгломераты, получаемые на основе синтетических смол, отвердителей и с применением в них химически стойких и совместимых со смолами наполнителей и заполнителей. Они предназначены для изготовления несущих и ненесущих, монолитных и сборных, всегда химически стойких строительных конструкций и изделий, а также для устройства полов, фундаментов, сливных лотков и др. Полимербетоны классифицируют по виду полимерного связующего вещества, средней плотности, химической стойкости, прочностным характеристикам. Целесообразно, по предложению В.В. Патуроева, разделять полимербетоны на две группы — термореактивные и термопластичные (рис. 11.11). Первая группа подразделяется на карбамидно-фенольные, полиэфирные, фурановые, полиуретановые и эпоксидные, вторая группа — на инденкумароновые и метилметакрилатные. По средней плотности каждый полимербетон из первой группы может быть сверхтяжелым при 3500—4000 кг/м3, тяжелым — 2200—2400 кг/м3, легким — 1600—1900 кг/м3и сверхлегким — 400—500 кг/м3; каждый из второй группы — тяжелым и легким. Реально используют фурфуролацетоновую ФА или ФАМ, фурано-эпоксидную ФАЭД-20, насыщенную полиэфирную ПН-1 или ПН-63, унифицированную карбамидную КФ-Ж смолы, метилметакрилат ММ А (мономер) и др. Отвердителями могут быть: при использовании ФА или ФАМ — бензолсульфокислота БСК; ФАЭД-20 — полиэтиленполиамид ПЭПА; ПН-1 и ПН-63 — гидроперекись изопропилбензола ГЦ и ускоритель — нафтенат кобальта НК; КФ-Ж — соляно-кислый анилин; для мономера метилметакрилата (ММА) — система, в которую входят диметиланилин БМА и перекись бензоила. Содержание оли-гомер-полимерного компонента составляет от 10 до 200 кг на 1м3бетона.
Рис. 11.11. Классификация полимербетонов (по В.В. Патуроеву): 1 — карбамидные; 2 — фенольные; 3 — полиэфирные; 4 — фурановые; 5 — полиуретановые; 6 — эпоксидные; 7 — инденкумароновые; 8 — метилметакрилатные; 9 — сверхтяжелые γ=3,5—4; 10 — тяжелые γ =2,2—2,4; 11 — легкие γ =1,6—1,9; 12 — сверхлегкие γ =0,4—0,5; 13 — тяжелые γ =2,2—2,4; 14 — легкие γ = 1,6—1,8 (средняя плотность γ, г/см3)
плотности каждый полимербетон из первой группы может быть сверхтяжелым при 3500—4000 кг/м3, тяжелым — 2200—2400 кг/м3, легким — 1600—1900 кг/м3и сверхлегким — 400—500 кг/м3; каждый из второй группы — тяжелым и легким. Реально используют фурфу-ролацетоновую ФА или ФАМ, фурано-эпоксидную ФАЭД-20, насыщенную полиэфирную ПН-1 или ПН-63, унифицированную кар-бамидную КФ-Ж смолы, метилметакрилат ММ А (мономер) и др. Отвердителями могут быть: при использовании ФА или ФАМ — бензолсульфокислота БСК; ФАЭД-20 — полиэтиленполиамид ПЭПА; ПН-1 и ПН-63 — гидроперекись изопропилбензола ГЦ и ускоритель — нафтенат кобальта НК; КФ-Ж — соляно-кислый анилин; для мономера метилметакрилата (ММА) — система, в которую входят диметиланилин БМА и перекись бензоила. Содержание оли-гомер-полимерного компонента составляет от 10 до 200 кг на 1м3бетона.
Наполнителями размеров частиц менее 0,15 мм служат кварцевая, андезитовая и диоритовая мука, маршаллит, графитовый порошок и др. Их удельная поверхность должна быть не ниже 2500—3000 см2/г. Помол нередко совмещается с активацией поверхности путем введения добавок (модификаторов), хотя при длительном хранении обработанного порошка возможна потеря приобретенной активности за счет адсорбции реагентов из внешней среды. Среди наполнителей и своеобразных заполнителей могут быть и искусственные — стеклохолст, стекловолокно и др.
Связующее вещество и наполнитель образуют при их объединении наполненный полимер, составляющий матричную часть полимербетона. Заполняющую часть в нем формирует крупный и мелкий (песчаный) зернистый материал. В качестве крупного заполнителя используют кислотостойкие щебень или гравий, керамзит, аглопорит, шунгизит. Размеры зерен щебня должны быть до 50 мм, песка — до 5 мм, размеры частиц наполнителя — менее 0,15 мм.
При оптимальных структурах полимербетон следует общим закономерностям ИСК. На него распространяются общее (при реак-топластах) и обобщенное.(при термопластах) уравнения прочности. При их использовании сначала определяют расчетную прочность наполненного полимера оптимальной структуры R* при П*/н с учетом параметров действующей технологии. Технология включает промывку (при необходимости), сушку, фракционирование заполнителей с последующим подбором плотной смеси и оптимизацией структуры бетона, приготовление равномерно перемешанной полимербетонной смеси. Последнюю обычно приготовляют в бетоносмесителях принудительного действия при температуре не ниже 15°С в зависимости от вида связующего и с учетом усадки. Сравнительно небольшая усадка (0,4—0,7%) наблюдается при отверждении полимербетона на основе эпоксидных смол. Применение полиэфирных смол сопровождается увеличением усадки до 2—3%. Выбор вида смолы зависит и от эксплуатационных условий; фенолоформальдегидную смолу применяют при повышенной влажности, эпоксидную — при повышенной агрессивности среды и больших статических и истирающих силовых воздействиях, полиэфирную — при наличии динамических (ударных) нагрузок, при контакте с нефтепродуктами, спиртами.
Уложенный слой полимербетонной смеси уплотняют вибрацией — виброрейкой или глубинным вибратором, возможно — катком. Поверхность пола дополнительно заглаживают. Для ускорения отверждения полимербетоны при необходимости подвергают сухому прогреву при температуре 80°С. Важно учитывать возможность нагревания за счет экзотермических реакций и досрочного отверждения.
От обычного полимербетона отличают полимеррастворы, в которых отсутствует крупнозернистый заполнитель, а матричная часть равномерно и тонкослойно размещается на мелких зернах песка, формируя после уплотнения и отверждения плотный и прочный монолит.
Для использования полимербетонов и полимеррастворов в несущих конструкциях их армируютстальной, стеклопластиковой или стекловолокнистои арматурой. Наиболее изучен сталеполимербетон на основе фурфуролацетонового мономера ФАМ.
На рис. 11.12 показана технологическая схема заводского производства химически стойких сталеполимербетонных строительных конструкций, которые были использованы при строительстве гидрометаллургических цехов1. Менее изучен полимербетон со стержневой стеклопластиковой арматурой, но полагают, что требуется ее предварительное напряжение, которое, однако, может под влиянием релаксации снижаться или вовсе снимается. Обстоятельному изучению (В.И. Харчевников) подвергся полимерраствор с содержанием 53% кварцевого песка, 16% андезитового наполнителя и 2—8% по массе стекловолокнистой арматуры7алюмоборитного состава. С учетом действия закона створа при оптимальных структурах была разработана ускоренная методика подбора оптимального состава стекловолокнистого полимербетона на основе ФАМ и полиэфирных смол с использованием соответственно в качестве отвердите-ля — бензолсульфокислоты (3%), инициатора — гидроперекиси изопропилбензола (1,5%) и ускорителя — нафтената кобальта (2,0%).
Рис. 11.12. Схема заводского изготовления химически стойких сталеполимерных строительных конструкций
Рекомендованные показатели качества стекловолокнистых по-лимербетонов на основе ФАМ при ориентированном армировании и хаотическом различаются. В первом случае предел прочности при растяжении равен 65 МПа, при сжатии — 64 МПа, «чистом изгибе» — 81 МПа, скалывании (сдвиге) — 7 МПа, во втором — соответственно 5; 82; 11; 9. Средняя плотность в первом случае равна 1,71, во втором— 1,60 г/см3; теплопроводность — 0,7 Вт/(м∙К); линейная усадка — 0,5%.
В целом следует отметить, что полимербетоны и полимеррастворы на основе синтетических смол могут быть высокого качества по прочностным показателям, воздухо- и водонепроницаемости, химической и радиостойкости и др. Но эти ИСК имеют и недостатки: сравнительно низкую теплостойкость (100—180°С) и высокие усадочные деформации. Однако эти недостатки не имеют большого значения при массовом производстве декоративно-отделочных плиток и некоторых других изделий.
В последние годы НИИЖБом предложены сухие гидротехнические смеси проникающего действия. В частности, следует отметить ряд гермитексных составов (марок): быстротвердеющие — ликвидируют протечки, водоостанавливающие — высушивают стены, противогрибковые — подавляют грибковые образования, универсальные для строительных и ремонтных работ.
Полимербетоны, названные искусственным мрамором, представляют собой высоконаполненную полиэфирную смолу (18—21% смолы и 78—81% наполнителя). В качестве наполнителя обычно применяют кварцевый песок или другой неактивный минеральный компонент. Изделия изготовляют методом заливки в формы с очень малыми усадками; применяют как плитку для пола, облицовки стен, в качестве высокодекоративных изделий, элементов фасадов и крыш, подоконников, оконных рам и др. Этот материал обладает высокими механическими и физико-химическими свойствами — высокой сопротивляемостью воздействию агрессивных сред и истираемости.