Алексеева Л.Л. Инновационные технологии и материалы в строительной индустрии

Подождите немного. Документ загружается.

Рисунок 6 – Асбестоцементные вентиляционные короба

Армоцемент – композиционный строительный материал, представляющий

собой затвердевший цементно-песчаный камень, равномерно армированный по

объему металлическими волокнами в виде сеток или хаотично расположенных

отрезков, длина которых составляет 80…120 их диаметров. Металлические во-

локна в сечении могут иметь форму круга, овала или многоугольника, площадь их

поперечного сечения не

более 1 мм

. Модуль упругости при растяжении –

(180…220)·10

МПа, прочность на растяжение – 800…3100 МПа, удлинение при

разрыве – 3…4%, плотность – 7,8 г/см

. При изготовлении армоцементных компо-

зиционных материалов применяется цемент с маркой не ниже 500, а максималь-

ный размер частиц песка зависит от параметров армирования и определяется по

формуле

3,0

max

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+= hD

где h – расстояние между сетками.

Армоцемент применяют для изготовления тонкостенных несущих и ограж-

дающих строительных конструкций зданий и сооружений, при строительстве ре-

зервуаров, в судостроении, аэродромостроении. Толщина стенок таких конструк-

ций – 15…30 мм.

Они отличаются повышенными требованиями по водонепроницаемости,

вязкости разрушения, ударной вязкости и морозостойкости.

Стеклоцемент – композиционный строительный материал представляю-

щий

собой затвердевший цементный камень, армированный стеклянными волок-

нами хаотично или в виде сеток, тканей. Стеклянное волокно для армирования

цементной матрицы применяют трех типов – А, Е, С. Тип А синтезирован на ос-

нове оксидов натрия и кальция, содержит щелочей более 10% по массе. Тип Е –

бесщелочное боросиликатное волокно. Тип С – малощелочное волокно с повы-

шенной химической стойкостью по отношению к цементу. Плотность стеклово-

локон составляет 2,20…2,50 г/см

, модуль упругости – (70…90)·10

МПа, проч-

ность при растяжении – 3400…5000 МПа, температура плавления – 1300…1650

С, удлинение при разрыве – 3…4%.

Для изготовления матрицы используют малощелочные гидравлические вя-

жущие вещества – глиноземистый цемент и его разновидности. Наличие стекло-

волокна в цементной матрице композиционного материала существенно (на

18…50%) снижает его прочность при сжатии, однако прочность при растяжении

возрастает в 2…2,5 раза при насыщении цементной матрицы армирующим стек-

лянным волокном в количестве

до 10% по массе.

Стеклоцемент текстолитовый получают путем пропитки стеклоткани водо-

цементной или водополимерцементной суспензией. Свойства такого материала:

- негорючесть;

- водонепроницаемость;

- малое водопоглощение (не более 20%);

- прочность при изгибе более 15 МПа;

- морозостойкость не менее 40 циклов;

- масса 1м

от 1,6 до 2,5 кг.

Из стеклоцементных материалов изготовляют конструкции оболочек, ко-

робчатые и гофрированные панели, гидроизоляцию резервуаров, профили типа

уголков, швеллеров, товаров.

Арболит – композиционный строительный материал, представляющий со-

бой затвердевший цементный камень, хаотично армированный природными орга-

ническими волокнами (ГОСТ 19222). По плотности арболит различают:

- теплоизоляционный – с плотностью менее 500 кг/м

;

- конструкционный – с плотностью 500…850 кг/м

Среднюю плотность и показатель теплопроводности арболита предопреде-

ляет тип армирующего компонента (таблицы 6,7).

Таблица 6 – Средняя плотность арболита в зависимости от вида заполнителя

Арболит

Класс по

прочно-

сти при

сжатии

Марка по

прочности

при осе-

вом сжа-

тии

Средняя плотность, кг/м

, арболита на

измель-

ченной

древеси-

не

костре льна,

дробленых

стеблях

хлопчат-

ника

костре

конопли

дробле-

ной ри-

совой

соломе

Теплоизо-

ляционный

В 0,35

В 0,75

В 1,0

М 5

М 10

М 15

400...500

450...500

500

400...500

450...500

500

400...500

450...500

500

—

Конструк-

ционный

В 1,5

В 2,0

В 2,5

В 3,5

—

М 25

М 35

М 50

500...600

500...700

600...750

700...850

550...650

600...700

700...800

—

550...650

600...700

—

600...700

—

Таблица 7 – Теплопроводность арболита в зависимости от вида заполнителя

Теплопроводность арболита, Вт/(м·

С),

при ср. плотности (кг/м

)

Вид

заполнителя

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850

Измельченная

древесина

0,08 0,09 0,095 0,105 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17

Дробленые

стебли хлоп-

чатника и ри-

совой соло-

мы, костры

льна и коноп-

ли

0,07 0,075 0,08 0,095 0,105 0,11 0,12 — — —

Механические свойства арболита ухудшаются с увеличением его влажно-

сти, особенно интенсивно в диапазоне от 0 до 25% по массе. Сорбционное увлаж-

нение арболита зависит от его средней плотности и вида заполнителя. При отно-

сительной влажности среды 40…90% сорбционная влажность составляет 4…12%,

т.е. арболит негигроскопичен, биостоек и при плотности более 400 кг/м

негорюч.

Строительные конструкции из арболита обязательно должны защищаться от

атмосферных воздействий и офактуриваться слоем цементно-песчаного раствора

изнутри толщиной не менее 20 мм. Арболит применяют в строительстве в качест-

ве перегородочного и стенового материала (рисунок 7) самонесущих конструкций

жилых и общественных зданий, как плиты покрытия в совмещенных кровлях

преимущественно сельских зданий различного назначения.

а – общий вид панели; б – анкеровка закладных деталей; в – панель однослойная рядовая; г –

однослойная панель-перемычка; д – трехслойная панель; 1 – подъемные петли; 2 – закладные

детали крепления оконных переплетов; 3 – закладные детали крепления панелей к каркасу зда-

ния; 4 – цементно-песчаный раствор М100; 5 – арболит; 6 – монтажная арматура; 7 – рабочая

арматура; 8 – бетон В2; 9 – арболит В1

Рисунок 7 – Стеновые панели для промышленных и сельскохозяйственных

каркасных зданий

Цементностружечные плиты – композиционный строительный материал,

представляющий собой затвердевший цементный камень, хаотично армирован-

ный дробленой стружкой, толщина которой 0,2..0,3 мм, а длина – 10…30 мм

(ГОСТ 26816).

Цементностружечные плиты не воспламеняются, атмосфероустойчивы, не

подвержены воздействию термитов и грибков, хорошо склеиваются с древесиной,

полимерами, металлами, пилятся, фрезеруются и сверлятся. При средней плотно-

сти 1100…1200 кг/м

их модуль упругости при сжатии и изгибе составляет 2500

МПа, при сдвиге – 1200 МПа. Прочность при соответствующих видах нагрузок

составляет 8…12% от модуля упругости, сорбционная влажность составляет

10…20% по массе, теплопроводность в состоянии равновесной влажности –

0,33…0,44 Вт/(м·

С), паропроницаемость – 0,23 мг/ (м·ч·Па). В воде цементно-

стружечные плиты набухают.

Цементностружечные плиты относятся к трудно сгораемым материалам. Их

чаще всего применяют в качестве обшивки ограждающих конструкций (плит по-

крытий и перекрытий стен и перегородок) взамен традиционных листовых мате-

риалов – асбестоцемента, фанеры, древесноволокнистых плит.

Фибролит - композиционный строительный материал, представляющий

со-

бой затвердевший цементный камень, хаотично армированный минерализованной

древесной стружкой длиной около 500 мм (ГОСТ 8928). Стружку готовят из дре-

весины хвойных пород в соответствии с ГОСТ 5244. Портландцемент должен со-

ответствовать ГОСТ 10178 и быть не ниже марки 400. Фибролит трудно сгорае-

мый и биостойкий материал плотностью 300, 400, 500 кг/м

, выпускаемый в виде

плит толщиной 24, 32, 50, 75, 100 мм, длиной 2000, 2400, 3000 мм шириной 500,

550, 1150 мм. По назначению фибролитовые плиты подразделяются на теплоизо-

ляционные (плотностью 300 и 350 кг/м

), конструкционные (плотностью 400, 500

кг/м

) и акустические (толщиной 35 мм).

Модуль упругости фибролита составляет 300…500 МПа, сорбционная

влажность – до 20% по массе, теплопроводность в сухом состоянии – 0,07…0,1

Вт/(м·

С), водопоглощение – до 45% по массе, прочность – 0,2…0,3% от модуля

упругости.

Фибролитовые плиты используют в жилищном строительстве для звукоизо-

ляции лестничных клеток, вестибюлей, холлов, междуэтажных перекрытий, теп-

лоизоляции ограждающих конструкций жилых, производственных и обществен-

ных зданий (рисунок 8).

1 – рулонное покрытие кровли; 2 – железобетонные кровельные плиты;

3 – дополнительный слой цементного фибролита шириной 25 см; 4 – стропильная балка;

5 – цементнофибролитовые плиты в два слоя; 6 – дополнительное утепление стены цементным

фибролитом; 7 – колонна; 8 – ригель;

9 – железобетонный настил перекрытия

Рисунок 8 – Утепление кровли жилого дома цементным фибролитом

Ксилолит - композиционный строительный материал, представляющий

собой затвердевший цементный камень магнезиально-каустического цемента,

хаотично армированный опилками, стружками и другими природными органиче-

скими волокнами. В зависимости от технологии изготовления различают ксило-

лит прессованный плотностью 1550 кг/м

и свободноформованный плотностью

100…1200 кг/м

Физико-механические свойства этих материалов приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Физико-механические показатели монолитного и

прессованного ксилолита

Показатель

Ксилолит прессован-

ный

Ксилолит свободно-

формованный, моно-

литный

Средняя плотность, кг/м

1550 1000... 1200

Сопротивление, МПа:

— при сжатии

— при растяжении

— при изгибе

85,4

25,4

48,9

20...35

3...5

—

Теплопроводность, Вт/(м·°С) 0,45...0,48 0,16...0,4

Водопоглощение через 12ч, % 2,1 —

То же, через 9 сут, % 3,8 —

Ксилолит несгораем, обладает высокой ударной вязкостью и механической

прочностью, не скользит, устойчив к минеральным и растительным маслам, что

делает этот материал чрезвычайно практичным для полов промышленных сель-

скохозяйственных и общественных зданий.

Ксилолитовые полы применяются во взрывоопасных помещениях и меди-

цинских учреждениях, где необходимо иметь неэлектропроводные и не искрящие

полы. Ксилолит

конкурирует по показателю истираемости с такими природными

материалами, как базальт и гранит.

Фибропенобетон – композиционный строительный материал, представ-

ляющий собой затвердевший цементный бетон ячеистой структуры, хаотично ар-

мированный отрезками синтетических волокон (ТУ 5830-017-0269111-96 и

ТУ5767-033-02069119-2003).

Сырьем для фибробетона служат:

- портландцемент и его разновидности марок не ниже 400 (ГОСТ 10178), за

исключением сульфатостойкого и

пластифицированного;

- мелкий заполнитель – песок или топливные шлаки с размером частиц не

более 2,5 мм; зола уноса ТЭС, полые микросферы, шлам – отходы химво-

доочистки, мягкий мел;

- волокна синтетические (полиамидные, полиэфирные, полипропиленовые)

длиной не более 100 мм и диаметром не более 0,05 мм;

- пенообразователи – клееканифольный, смолосапониновый и др.;

- вода водопроводная.

Физико-механические свойства

фибропенобетона представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Физико-механические свойства фибропенобетона

Плотность,

кг/м

Прочность

при сжатии,

МПа

Прочность на рас-

тяжение при из-

гибе, МПа

Морозостой-

кость, циклы

Теплопровод-

ность,

Вт/(м°С)

200 0,5 0,2...0,3 Не норм. 0,05

300 0,7...0,9 0,2...0,5 Не норм. 0,07

400 1,0...1,2 0,5...0,8 Не норм. 0,10

500 1,5...2,0 0,7...1,0 30...50 0,12

600 2,0...2,5 0,9...1,3 50...80 0,14

700 2,5...3,5 1,1...1,8 80...120 0,18

800 3,5...5,0 1,5...2,8 100...150 0,21

900 4,0...7,5 2,0...3,5 100...150 0,24

1000 5,0...10,0 2,5...4,5 100...150 0,29

Прочность фибропенобетона на растяжение при изгибе составляет 35…60%

от прочности на сжатие, поэтому строительные конструкции из него обладают

улучшенными технико-экономическими свойствами и большей долговечностью,

чем конструкции из традиционных материалов.

Применение фибропенобетона в ограждающих конструкциях позволяет су-

щественно снизить расходы на устройство фундаментов и повысить устойчивость

зданий к воздействию вибрационных, сейсмических

и взрывных нагрузок.

Фибропенобетон применяют в монолитном строительстве для устройства

стен и перегородок, тепло- и звукоизоляции перекрытий, а также для изготовле-

ния штучных изделий (рисунок 9).

Рисунок 9 – Принципиальная конструкция фибропенобетонного блока

Точность размеров изготавливаемых изделий составляет ± 1 мм. По этой причине

можно отказаться от оштукатуривания поверхности стен, ограничившись шпат-

левкой и окраской.

Фибропенобетон прекрасно клеится строительными клеями для бетонов,

гвоздится и пилится.

Его огнестойкость аналогична огнестойкости традиционных ячеистых бето-

нов. Фибропенобетон эффективен при изготовлении следующей номенклатуры

изделий

заводского изготовления:

- стеновых и перегородочных блоков и панелей;

- легких плит перекрытий и покрытий;

- малотеплопроводных перемычек;

- вандалоустойчивых «малых форм» общественного назначения (садовых

цветочных ваз, опор садовых скамеек, урн и т.п.);

- скорлуп для теплоизоляции и коррозионной защиты трубопроводов с тем-

пературой теплоносителя до +600

С;

- канализационных колец повышенной долговечности.

2 КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ

ДИСПЕРСНО АРМИРОВАННЫХ БЕТОНОВ

2.1 Характеристика дисперсно армированных бетонов

Дисперсно армированные бетоны в настоящее время являются одним из

перспективных конструкционных материалов.

Такие бетоны представляют собой одну из разновидностей обширного клас-

са композиционных материалов, широко применяемых в различных отраслях

промышленности.

Дисперсное армирование осуществляется волокнами-фибрами, равномерно

рассредоточиваемыми в

объеме бетонной матрицы. Для этого используются раз-

личные виды металлических и неметаллических волокон минерального или орга-

нического происхождения. Отсюда следует широко распространенное в техниче-

ской литературе название – фиброармированный бетон или в зависимости от вида

используемых волокон – сталефибробетон, стеклофибробетон и т.д.

Номенклатура искусственных волокон весьма обширна: от чрезвычайно де-

фицитных,

например из карбида или нитрида кремния, бора, углерода, сапфира,

вольфрама, до сравнительно доступных для применения в массовом строительст-

ве – стальных, стеклянных, базальтовых, полимерных. В качестве армирующих

элементов для бетонов могут использоваться и природные волокна: древесные

(целлюлозные), сизалевые, бамбуковые, тростниковые, джутовые и др.

Однако в конструкционном отношении они уступают искусственным во

локнам.

Понятие «дисперсно армированные бетоны» достаточно широкое. Имеются

предпосылки для создания разнообразных типов таких бетонов с различными со-

четаниями как самих волокон, так и различных видов неорганических матриц не

только на основе цемента и гипса, но и с применением, в частности фосфатных

связок, керамических и других материалов.

Чем можно

объяснить значительный интерес к дисперсному армированию

бетонов, который проявляется в настоящее время, как в нашей стране, так и за ру-

бежом. С одной стороны, это естественное стремление специалистов существенно

повысить прочность на растяжение, трещиностойкость и ударную вязкость бе-

тонных материалов, а с другой – рост заинтересованности строительных органи-

заций в получении эффективных армированных бетонных конструкций, к кото-

рым современное строительство предъявляет все более высокие требования.

Следует также учитывать связанное с развитием техники ужесточение усло-

вий эксплуатации конструкций, которое обусловливает необходимость дальней-

шего совершенствования номенклатуры конструкционных материалов, улучше-

ния их качества, повышения универсальности.

Необходимо учесть и то, что рост

производства промышленной продукции

приводит к неправильному увеличению потребления природных ресурсов, повы-

шению расхода энергии, увеличению образующихся отходов, загрязнению окру-

жающей среды. Поэтому выбор материалов для строительства требует строгого

учета всех этих факторов.

Важными в настоящее время являются вопросы экономии энергии, необхо-

димой для производства различных строительных материалов. Известно, что ко

личество энергии, требующейся для производства бетонов, оказывается мини-

мальным по сравнению с количеством энергии (приведенной к единому эквива-

ленту), необходимой для изготовления стали, алюминия, стекла, кирпича, пласт-

масс.

Производство бетонных материалов помимо этого требует меньшего, по

сравнению с производством стали расхода воды и в меньшей степени влияет на

загрязнение окружающей

среды. Армирование бетонов приводит к соответст-

вующему повышению энергоемкости материала. Так как применение армирован-

ных сталью бетонов осуществляется в широких масштабах, становится сущест-

венной проблема максимального сокращения расхода металла и наиболее рацио-

нального его использования в бетоне.

Например, во многих случаях армирование бетонов стальной арматурой

осуществляется только исходя из действующих

на конструкцию усилий во время

транспортирования или монтажа. При этом толщина конструктивных элементов

устанавливается, как правило, не менее 60-80 мм (поскольку необходимо преду-

сматривать достаточную толщину бетонного защитного слоя для предохранения

арматуры от коррозии). Вполне очевидно, что указанная толщина элементов с

точки зрения прочности может оказаться неоправданной.

Это приводит к неизбежному

перерасходу конструкционных материалов, в

том числе арматуры, которая при эксплуатации конструкций практически не вы-