Минеральных вяжущих и материалов на их основе

Тема 6.2 Номенклатура, свойства, методы испытаний и оценка качества

К основным видам материалов на основе минеральных вяжущих относят бетон, железобетон, строительные растворы, силикатные (на основе воздушной извести), асбестоцементные, гипсовые и краски. Есть еще материалы специального назначения, в том числе, теплоизоляционные, кровельные, для гидротехнических сооружений, дорог.

Бетон – искусственный камень, полученный в результате перемешивания, формования (укладки) и последующего твердения рационально подобранной смеси минерального вяжущего, воды и заполнителей. В основном бетоны классифицируют по средней плотности: особо тяжелые со средней плотностью выше 2500 кг/м³, содержащий плотные и тяжелые заполнители (чугунная дробь, стальные опилки и зерна, барит); тяжелый, содержащий плотные мелкие и крупные заполнители (песок, щебень или гравий) и имеющий среднюю плотность от 2200 до 2500 кг/м³; облегченный со средней плотностью от 1800 до 2200 кг/м³; легкий – от 500 до 1800 кг/м³; особо легкий, отличающийся средней плотностью менее 500 кг/м³, имеет ячеистую или крупнопористую структуру. Выделяют легкие бетоны, содержащие мелкий заполнитель и крупные пористые природные или искусственные заполнители. Искусственные заполнители получают путем термической обработки вспучивающихся глин (керамзитовые гравий и песок), вулканических пород (вспученный перлит), водосодержащихся слюд (вермикулит); глиносодержащегося сырья и твердого топлива (аглопорит), шунгитовых пород (шунгизит), минерального сырья с газообразователем (азерит) и из отходов (шлаковая пемза, металлургические шлаки, зольный гравий), природные заполнители – из пемзы, туфов и т.п. Крупнопористую структуру имеет беспесчаный легкий бетон, ячеистые легкие бетоны (газобетон, пенобетон) не содержат крупных заполнителей. По функциональному назначению выделяют бетоны общего (для несущих и ограждающих конструкций жилых, общественных, промышленных зданий) и специального (теплоизоляционные, дорожные, гидротехнические, декоративные и др.) назначения.

Железобетон получают на строительной площадке или в заводских условиях, соединяя в единое целое бетон и стальную арматуру. Армирование предполагает установку стальной арматуры в тех местах материала (бетона), которые подвержены при эксплуатации растягивающим нагрузкам. Их воспринимает рабочая несущая арматура. Монтажную арматуру устанавливают в сжатых или ненапряженных участках материала. Применяют также закладные детали, петли и крюки. Непосредственно на месте строительства возводятся монолитные железобетонные конструкции. Для этого устанавливают опалубку из металла, древесины или других материалов, которая соответствует будущей форме сооружения. Затем ставят арматуру, производят подачу и укладку бетонной смеси. Распалубливание железобетонной конструкции производят после достижения бетоном необходимой прочности. Архитектурные формы зданий и сооружений из монолитного железобетона очень разнообразны и отличаются своеобразной пластикой. По виду армирования различают сборные железобетонные материалы с обычным армированием и предварительно напряженным. В последнем случае арматуру предварительно растягивают, а после формования и затвердения бетона ее освобождают от натяжения. Происходит сжатие массы бетона, увеличиваются предельная растяжимость материала при нагрузках, трещиностойкость и долговечность. Применение железобетонных материалов с предварительным напряжением постоянно расширяется. В настоящее время изготовляют сборные бетонные и железобетонные материалы для всех основных частей современных зданий и сооружений – фундаментов и каркасов, стен, перегородок, перекрытий, покрытий, лестниц, а также специальных видов строительства (подземного, дорожного, гидротехнического, мостостроения). С учетом возможностей транспортного и грузоподъемного оборудования длина таких материалов, как правило, не превышает 25 м, ширина 3 м и масса 25 т. Фундаментные блоки выполняют из тяжелого бетона прямоугольного или трапециевидного сечения, например, длиной 0,78-2,38 м; высотой 0,3-0,5 м и массой 0,5-4 т. Фундаментные элементы под железобетонные колонны изготовляют из тяжелого бетона, нижнюю поверхность делают плоской, а в верхней части устраивают специальное гнездо (стакан) для крепления колонны. Колонны – железобетонные линейные элементы прямоугольного сечения, например, размером 30х30 или 40х40 см. Длина колонн в многоэтажных здания до 840 см. Ригели каркасов выпускают обычного таврового сечения с полкой или приливами по боковым граням для опирания плит перекрытий. Например, ригели для пролета 6 м изготовляют длиной 5,5 м, высотой сечения 45 см с обычной или предварительно напряженной арматурой. Для пролета 9 м длина ригеля 8,5 м; высота сечения 60 см, арматуру обязательно предварительно напрягают. Панели наружных стен изготовляют из легкого бетона на пористом заполнителе или из ячеистого бетона с арматурой из сварных сеток, размером на жилую комнату, массой до 8 тонн. Рядом преимуществ обладают трехслойные панели толщиной до 25-30 см. Для строительства промышленных зданий выпускают панели толщиной 16-30 см и других размеров. Панели внутренних стен производят из тяжелого или легкого бетона сплошными или с дверными проемами. Их длина до 6 м, высота до 2,9 м, толщина до 20 см. Панели и плиты для перегородок могут быть сплошными, пустотелыми, с проемами для дверей. Толщина панелей и плит обычно 8-10 см. Для их изготовления применяют легкие и особо легкие бетоны, часто на гипсовом вяжущем (гипсобетон). Стеновые блоки изготовляют обычно сплошными или пустотелыми из легкого бетона с размерами, соответствующими конструктивной разрезке стен. Виды стеновых блоков: простеночные, перемычечные, карнизные, цокольные, угловые, подоконные. Плиты и панелей перекрытий также отличаются сплошным или пустотелым строением, могут быть ребристыми. Пустотелые плиты перекрытий для жилых и общественных зданий выпускают длиной до 6 м, шириной до 2,4 м и толщиной 22 см. При длине 9 или 12 м толщина плит 40 см. Выпускают также ребристые плиты длиной до 15, шириной до 3 м и высотой 40 и 60 см. Арматуру часть предварительно напрягают. Панели перекрытий также бывают сплошными, пустотелыми, ребристыми. Плиты покрытий обычно состоят из плоской полки толщиной 3 см, которая монолитно связана с системой продольных и поперечных ребер высотой 15 или 30 см. Размеры плит 3х6, 3х12, 3х18 и 3ъ24 м. Оболочки покрытий – армированные криволинейные плиты размером 10х10 м, толщиной 3-4 см, по периметру оболочки имеют ребра жесткости. Формы и балки изготовляют обычно из предварительно напряженного железобетона для зданий с пролетом соответственно 18, 24 м и 6, 12, 18 м. Лестничные марши из железобетона отличаются ступенчатым профилем, часто имеют плоские концевые участки, образующие лестничные площадки. Плиты для строительства дорог и аэродромов изготовляют на основе тяжелого предварительно напряженного бетона. Размер таких плит до 1,75х3 м, толщина 13-17 см и др. Плиты, блоки, сегменты теплоизоляционные производят в основном из особо легких, часто ячеистых бетонов на различных вяжущих (цементе, извести, гипсе).

Строительные растворы получают из различных минеральных вяжущих (цемента, извести, гипса и из смесей – цементно-известковых, известково-гипсовых и др.), мелкого заполнителя и добавок, улучшающих свойства материалов. В зависимости от назначения различают растворы кладочные, используемые при кладке стен, фундаментов, столбов и других частей конструкций; штукатурные – для внутренних и наружных стен, потолков и др.; монтажные – для заполнения швов между сборными элементами (панелями, блоками) при их монтаже; специальные – декоративные, гидроизоляционные и др. Растворы готовят на строительных площадках, но большое количество кладочных и монтажных растворов приготовляют на специализированных заводах, а затем доставляют на место строительства. Большое значение для архитектурной выразительности зданий может иметь применение декоративных растворов: искусственного мрамора (из смеси гипса и минеральных пигментов), сграффито (многослойного цветного рельефного раствора из смеси и известкового теста, песка и пигментов), цветных известково-песчаных и известково-мраморных (с использованием белого портландцемента, мраморных песка или муки, пигментов), терразитовых (на основе извести, цемента, мраморных муки и крошки, пигментов, слюды) и др.

К силикатным искусственным каменным материалам относят, прежде всего, кирпич и бетон. Силикатный кирпич изготовляют из смеси извести (6-8%, считая на активную СаО), кварцевого песка (92-94%) и воды (7-9%). После перемешивания и формования (прессования) материал твердеет в автоклаве. Выпускают сплошные и пустотелые кирпичи, размеры которых аналогичны керамическим. Вследствие сравнительно низкой водостойкости силикатные кирпичи в отличие от керамических нельзя применять для кладки фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя. Если материал применяется для стен зданий с влажным и мокрым режимом эксплуатации, то необходима специальная защита. Силикатный кирпич также не выдерживает длительного воздействия высоких температур и не употребляется для кладки печей, труб промышленных предприятий и др. Силикатные бетоны аналогичны обычным, различают по средней плотности – тяжелые, легкие (с искусственными пористыми заполнителями). Выделяют также ячеистые бетоны (легкие, особо легкие), получаемые смешиванием известково-песчаной смеси с технической пеной (пеносиликат) или с газообразными веществами (газосиликат).

Асбестоцементные материалы изготовляют из специального портландцемента марок 400 и 500 и волокон асбеста (10-20% от массы цемента), которые значительно упрочняют структуру цементного камня. Промышленностью выпускается более 40 видов асбестоцементных материалов. Листы асбестоцементные профилированные (волнистые, двоякой кривизны, фигурные) и плоские (прессованные и непрессованные) предназначены для стен, кровли, наружной и внутренней отделки, элементов конструкций. В отечественной практике в зависимости от разновидности профиля (унифицированный, обыкновенный, усиленный) волнистые асбестоцементные листы различны по высоте волны 28-32-40-45-50 мм, их толщина 5,5-8 мм, длина до 2,5 м и ширина до 1,13 м. Толщина плоских листов 4-12 мм, длина до 3,6 м, ширина до 1,5 м. Волнистые и плоские листы могут быть окрашены в массе, иметь различную отделку лицевой поверхности. Асбестоцементные акустические плиты изготовляют из перфорированных асбестоцементных листов и слоя пористо-волокнистого материала (минеральной или стеклянной ваты и др.). Размеры плит 600х600, 1200х800 мм при толщине 4-7 мм. Асбестоперлитоцементные листы получают из белого или цветного цемента, асбеста и перлитового песка. Длина листов 500, 600 и 1200, ширина 500 и 600, толщина 4,6 и 8 мм. Область применения таких листов, лицевая поверхность которых имеет различную декоративную отделку, - облицовка потолков, внутренних стен, перегородок. Листы огнестойки и применяются также для защиты ограждающих конструкций. Асбестоцементные панели представляют собой каркасную или бескаркасную конструкцию, где между асбестоцементными плоскими листами помещается теплоизоляционный материал.

Гипсовые материалы получают из гипсового теста (гипс с водой) и минеральных или органических тонкомолотых заполнителей. Искусственный гипсовый камень армируют также минеральными или органическими волокнистыми наполнителями. Гипсокартонные листы прямоугольной формы имеют длину 2,5-3,3 м, ширину 1,2-1,3 м, толщину 10-12 мм. Гипсовый сердечник листов оклеивается с двух сторон картоном. Материал применяется для отделки стен и устройства перегородок. Наряду с обычными, подлежащими отделке, выпускают гипсокартонные листы с декоративным покрытием на лицевой поверхности. Определенными преимуществами обладают гипсоволокнистые листы, в которых армирующими компонентами являются волокна из древесины, бумажной макулатуры и др. По прочности они не уступают гипсокартонным, а стоимость их ниже. Гипсобетон используют при изготовлении плит и панелей для перегородок, перекрытий. Гипсобетонные панели могут иметь толщину 80-120 мм, длину на комнату, ширину на высоту этажа. Более эффективными крупноразмерными изделиями считают гипсоволокнистые панели размерами 0,6-2,5 м и 1,2-3,3 м при толщине 50 мм. Такие изделия, в частности, более технологичны: легко пилятся и т.п.

Краски на основе минеральных вяжущих содержат щелочестойкие пигменты и небольшое количество добавок, улучшающих эксплуатационно-технические свойства. В известковых красках пленкообразующим (связующим) веществом является гашеная известь необходимой жидкой консистенции. Кроме щелочестойких пигментов (охра и др.), в состав краски вводят водоудерживающие добавки (хлористый кальций, поваренную соль и др.). Эти краски – одни из самых дешевых, но менее долговечны. Цементные краски образуют пленку на отделываемой поверхности с помощью белого портландцемента. Кроме него и щелочестойкого пигмента, красочный состав содержит водоудерживающую и гидрофобизующую добавки. Эти краски применяют для наружной и внутренней отделки, причем окрашивают преимущественно производственные помещения с влажным режимом эксплуатации. Краски силикатные, где связующим служит силикат калия в виде водного коллоидного раствора. Их используют для наружных и внутренних малярных работ, для огнезащитных покрытий на деревянных конструкциях.

Свойства. Эксплуатационно-технические свойства большинства материалов на основе минеральных вяжущих в значительной мере определяются характеристиками, соотношением сырьевых компонентов и формируются на стадиях перемешивания, укладки и твердения. Например, большое значение для свойств материалов из бетона, растворов имеют характеристики бетонной (растворной) смеси. Она должна быть удобоукладываемой, и тогда в дальнейшем обеспечиваются необходимые однородность и плотность бетона (раствора) и, как правило, прочность и долговечность. Следует подчеркнуть, что удобоукладываемость должна предполагать не только определенную подвижность, но и однородность бетонной (растворной) смеси. Это особенно важно для тех смесей, которые после приготовления транспортируют на место строительства. Частицы цемента и заполнители с плотностью соответственно 3,1 и 2,6 г/см³ стремятся осесть вниз, вода (плотность 1 г/см³) скапливается сверху смеси. В процессе транспортирования и возможного хранения на объекте бетонная (растворная) смесь должна сохранять удобоукладываемость, т.е. быть «жизнеспособной». Главные меры борьбы с расслоением бетонной смеси: уменьшение количества воды затворения с одновременным вводом пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности путем рационального подбора зернового состава заполнителей. Большое значение имеет однородность смеси сырьевых компонентов при изготовлении силикатного кирпича, гипсовых, асбестоцементных строительных материалов, красочных составов. Показатели эксплуатационно-технических свойств материалов на основе минеральных вяжущих в жестковязком (твердом) состоянии могут регулироваться в достаточно широком диапазоне. Важные физические и химические свойства бетона – водонепроницаемость, морозостойкость, коррозионная стойкость, а также прочность и Деформированность – связаны с плотностью структуры. Большая или меньшая плотность зависит, прежде всего, от расхода воды для приготовления материала. Если воды недостаточно – смесь получается рыхлой, несвязной, т.е. неудобоукладываемой. В результате в отвердевшем бетоне может быть большое количество пустот, каверн, что существенно снижает его долговечность. Избыток воды позволяет получить высокоподвижные смеси, но при испарении влаги в бетоне остаются поры, часто сравнительно крупные, также ослабляющие его структуру. Поэтому важно определить оптимальное количество воды, при котором обеспечивается наиболее высокая плотность материала. Бетон мелкопористой структуры и однородного состава практически водонепроницаем в массивных сооружениях. Весьма высока может быть водонепроницаемость легких бетонов. Керамзитобетон, например, не пропускает воду при давлении 2 МПа и более. Малая водопроницаемость легких бетонов подтверждается многолетней эксплуатацией гидротехнических сооружений на их основе в Армении и Грузии. Со временем водонепроницаемость легких бетонов повышается. Непосредственно с характером строения бетона связана и его морозостойкость. Мелкие поры, обычно размером менее 10^{-5 см, непроницаемы для воды. Однако в бетоне содержатся и более крупные поры, а материалы из него часто подвергаются действию воды, замораживанию и оттаиванию. Например, осенью наружная часть стены на основе может намокать от дождя. Зимой в стене устанавливается определенное распределение температур, наружная часть стены промерзает. В это время происходит миграция пара «от тепла к холоду». Пар стремится наружу, так как давление при отрицательной температуре ниже, чем при положительной. Стремясь выйти наружу, водяной пар попадает в зону низких температур и конденсируется в порах возле наружной грани стены. Таким образом, поры наружной, промерзающей части материала постоянно обводняются, причем вода прибывает сюда не только изнутри, но и снаружи (дождь с ветром). При наступлении даже небольших морозов (-5…-8о}С) вода в крупных порах замерзает и, как известно, при переходе в лед увеличивается в объеме на 9%, что может привести к опасным растягивающим напряжениям. Разрушение бетона начинается обычно с «шелушения» его поверхности, распространяясь вглубь. Тяжелый бетон – сравнительно плотный материал, и его морозостойкость, как правило, высока – он может выдерживать 500 циклов весьма жестких лабораторных испытаний (попеременное замораживание-оттаивание) без существенной потери прочности. Однако морозостойкость и легкого бетона достаточна для применения в ограждающих конструкциях. Кроме того, технологи и строители применяют различные способы повышения морозостойкости бетона (защита поверхности, введение специальных добавок). Аналогичными способами повышают и коррозионную стойкость бетона, точнее, цементного камня в бетоне, так как разрушаются, прежде всего, именно он – заполнители достаточно стойки. Проектирование конструкций с применением бетона обязательно предполагает учет его прочности. В соответствии с требованиями стандарта, прочность бетона определяют путем испытания образцов определенных размеров и возраста на сжатие. Проектные марки тяжелого бетона, в зависимости от величины предела прочности при сжатии (в кгс/см², не менее), 50, 75, 100, 150, 200, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800. В зависимости от гарантированной (не менее чем в 95 случаях из 100) прочности предусмотрены также следующие классы бетона: В 1; В 1,5; В 2; В 2,5; В 3,5; В 5; В 7; В 10; В 12,5; В 15; В 20; В 25; В 30; В 35; В 40; В 45; В 50; В 55; В 60. Классы бетона и средняя прочность бетона R_s^ср связаны:

R_s^ср = В / 0, 778 (16)

Методы испытаний и оценки качества бетона. При определении прочностных показателей бетона разрушающими методами учитывают особенности и размеры образцов различных вдов (тяжелый, легкий, в том числе ячеистый) этого материала. Весьма популярны неразрушающие методы оценки прочности бетона, среди которых метод пластической деформации, упругого отскока и ультразвуковый импульсный.

Сущность метода пластической деформации (см. «Основные свойства материалов, их стандартизация и классификация») основан на связи значения предела прочности при сжатии и размера отпечатка при вдавливании индентора (штампа). С этой целью используют приборы динамического или статического действия. К приборам динамического действия относят, в частности, ударные молотки с эталонным стержнем, позволяющие отпечаток на поверхности бетона сравнивать с отпечатком на эталонном стержне. При использованииударных молотков с заданной массой и энергией удара, дисковых и маятниковых приборов о прочности бетона судят непосредственно по отпечатку на его поверхности. К приборам статического действия относят гидравлические штампы, основной частью которых является сферический индентор (штамп). Плавное вдавливание индентора осуществляется с помощью гидравлического пресса. Оценка прочности бетона методом упругого отскока основана на зависимости между пределом прочности при сжатии и высотой отскока бойка от ударника, прижатого к бетону. Боёк имеет определенную массу и ударяет по концу металлического ударника с помощью пружины. Степень отскока бойка зависит от упругих, а следовательно, и от прочностных характеристик бетона и отмечается специальным указателем на шкале приборов, например молотков-склерометров. Оценка прочности бетона с помощью ультразвукового метода основана на измерении скорости распространения через бетон переднего фронта продольной ультразвуковой волны (скорости ультразвука). При сквозном прозвучивании предел прочности при сжатии определяют по предварительно полученной зависимости «скорость – предел прочности при сжатии», при поверхностном прозвучивании – по зависимости «время – предел прочности при сжатии». Поверхность бетона, на которую устанавливают ультразвуковые преобразователи, не должны иметь дефекты (вмятины, наплывы, раковины), воздушные прослойки глубиной более 3 и диаметром более 6 мм. Относительная погрешность измерения времени распространения ультразвука не должна превышать ±0,01-0,1 мкс.

Деформативно сть бетона на основе цемента зависит в большей мере от условий начального твердения и последующей эксплуатации. При твердении на воздухе происходит определенная усадка материала. Главная причина усадки – испарение воды в процессе твердения. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Заполнители образуют своеобразный каркас, препятствующей усадке. Поэтому усадка бетона значительно меньше, чем цементного камня. Усадочную трещиностойкость бетона можно повысить при рациональном подборе состава бетона и используемого цемента, в том числе, при оправданном снижении его расхода. В воде бетон набухает, но величина набухания значительно меньше величины усадки и, как правило, не представляет опасности. Весьма нежелательны деформации бетона от действия повышенной температуры, а также от нагревания его теплотой, выделяющейся при экзотермических реакциях цемента с водой. Для предотвращения таких деформаций в массивных бетонных конструкциях устраивают температурные швы. Под нагрузкой бетон деформируется иначе, чем сталь или другие сравнительно упругие материалы. Существенный недостаток бетона (как и других каменных материалов) – хрупкость, определяемая структурой, строением цементного камня и материала в целом. Область условно-упругой работы бетона – от начала погружения до такой нагрузки, при которой образуются микротрещины по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем. При дальнейшем погружении микротрещины образуются уже в цементном камне и возникают пластические – неупругие – деформации бетона. Деформативность легких бетонов на пористых заполнителях может существенно отличаться от аналогичного показателя тяжелых бетонов. Легкие бетоны более трещиностойки, так как их предельная растяжимость в 2-4 раза выше, чем равнопрочного тяжелого бетона. Но легкий бетон дает большую усадку, чем тяжелый, величина его набухания в воде также больше. Деформации ячеистых бетонов в большей мере зависят от влажности изделий после тепловой обработки. После автоклавного твердения влажность бетона доходит до 25% по массе, а после пропаривания – до 50%. Усадка после высыхания достигает соответственно 1,2 и 2,5 мм/м. От усадочных деформаций могут появиться трещины, существенно снижающие долговечность материала. Усадка уменьшается при меньшем количестве воды при приготовлении такого бетона, введении крупного песка, объемной гидрофобизации материала. Железобетонные материалы обладают способностью выдерживать гораздо большие растягивающие и изгибающие нагрузки по сравнению с бетонными. Эти нагрузки воспринимает стальная арматура, предельная растяжимость которой выше, чем у бетона, в 3-6 раз и более. При оценке свойств строительных растворов учитывают особенности их применения по сравнению с бетоном: использование в сравнительно тонких слоях, нанесение на водоотсасывающее основание (кирпич, бетоны). В результате большое значение имеет водоудерживающая способность растворной смеси. В зависимости от состава и назначения строительные растворы должны выдерживать 10-300 циклов попеременного замораживания-оттаивания, обладать пределом прочности при сжатии не менее 0,4-20 МПа. Основные показатели эксплуатационно-технических свойств силикатного кирпича – водопоглощение, морозостойкость и предел прочности при сжатии. Водопоглощение материал по массе не менее 6%, обычно 8-16%; морозостойкость не менее 15-20 циклов. В зависимости от прочностных показателей при сжатии и изгибе (в кгс/см²) марки силикатного кирпича 100, 125, 150, 200, 250. Силикатный кирпич уступает керамическому по эксплуатационно-техническим характеристикам, но его себестоимость ниже. Асбестоцементные материалы отличаются достаточно высокими морозостойкостью (не менее 25-100 циклов при снижении прочности на 10%) и коррозионной стойкостью. Прочность материала в большей мере определяют волокна асбеста, армирующие структуру цементного камня. Предел прочности асбестоцементных изделий при изгибе определяют по известной схеме, разрушая образец сосредоточенной нагрузкой, прикладываемой посередине пролете. Размеры образцов, имеющих в плане прямоугольную форму, зависят от вида материала. Неразрушающий метод испытания асбестоцементных изделий основывается на приложении нагрузки в виде штампа к определенному участку. Штамп имеет рабочую поверхность 100х10 мм и изготавливается из древесины. Образцы, предназначенные для определения прочности, выдерживают в помещении лаборатории не менее суток. Недостатки асбестоцементных материалов – хрупкость и повышенная деформативность (склонность к короблению). Эксплуатационную надежность и долговечность гипсовых строительных материалов связывают, прежде всего, с их сравнительно высокими гигроскопичностью и водопоглощением. Предел прочности при сжатии таких материалов обычно 3-4 МПа, но их насыщение водой в количестве 2-8% приводит к резкому снижению прочности и разрушению. Эксплуатационно-технические свойства красок в большей мере зависят от вида минерального вяжущего. При расходе красочного состава (укрывистости) в пределах 400-700 г/м² наименее долговечны известковые краски.

Эстетические характеристики материалов на основе минеральных вяжущих весьма разнообразны и должны назначаться с учетом комплекса факторов, в том числе, необходимой архитектурной выразительности, условий эксплуатации и технологических особенностей производства. Эстетические характеристики бетонных и железобетонных материалов следует связывать с их массовым применением при комплексно-механизированной сборке зданий и сооружений. Современные способы индустриальной отделки позволяют получить элементы зданий с декоративной и долговечной внешней фактурой при невысоких затратах труда и стоимости. В заводских условиях можно более четко управлять процессом отделочных работ, чем в построечных. Повышение архитектурной выразительности отдельных сооружений и застройки в целом достигается при умелом использовании возможностей заводской технологии. Оценивая различные способы заводской отделки бетонных и железобетонных элементов сборного строительства, следует отметить, в частности, отделку поверхности дроблеными природными или искусственными материалами, декоративными бетонами и растворами, плитами и плитками, долговечными красящими составами. Весьма разнообразна фактура и цветовая гамма дробленых каменных материалов (как природных, так и искусственных) и соответствующих лицевых поверхностей бетонных изделий. Природные дробленые каменные материалы – гранит, габбро, сиенит, диорит, доломит, плотные известняки, песчаник, кварцит, мрамор – могут применяться без дополнительной обработки. Кроме того, декоративная окраска таких материалов может быть получена путем термической обработки или нанесением на поверхность щебня цветных силикатных пленок, глазурей или эмалей. К искусственным дробленым материалам относятся, прежде всего, отходы промышленности: шлаки, керамический или стеклянный бой и т.д., а также специально изготовленные искусственные камни, например на основе цементно-песчаной смеси. Дробленые материалы активно участвуют в цветообразовании лицевой поверхности изделий в сочетании с цветными цементами. Но и при использовании ахроматических цементов возможно достижение интенсивной окраски поверхности. Способы подбора полихромных композиций, определение доминирующего (суммарного) цвета поверхности могут основываться на колориметрическом или визуальном методах. В зависимости от технологии изготовления индустриальных элементов применяются различные способы нанесения дробленых материалов на лицевую поверхность бетона. При формовании панелей «лицом вверх» дробленый материал наносится на свежесформованную и выровненную поверхность бетона. После термовлажностной обработки лицевую поверхность изделия промывают водой и очищают металлической щеткой или воздушной струей. При формовании изделий «лицом вниз» на дно формы насыпают слой песка, в который вдавливаются зерна дробленого материала. Дробленый материал может также укладываться на предварительно смазанное дно формы в виде подстилающего слоя или вдавливаться на определенную глубину в слой специального быстротвердеющего состава. Через некоторое время этот состав теряет прочность (не оказывая вредного влияния на цементный камень), и поверхность дробленого материала обнажается. Сравнительно ровная и гладкая декоративная поверхность получается при использовании ковриков из крафт-бумаги, на которые предварительно с помощью жидкого стекла накладываются зерна дробленого материала (цветная крошка). Отделка поверхности декоративным бетоном эффективна при использовании для его изготовления цветных цементов или заполнителей различного цвета. Одна из характерных операций при изготовлении декоративного бетона – обнажение поверхности заполнителя химическим или механическим способом. При этом использовании цветных заполнителей позволяет получить поверхность определенного цветового тона без применения цветных цементов. В зависимости от требуемых эстетических свойств лицевой поверхности реализуются различные цветовые сочетания компонентов бетона. При сочетании цветового заполнителя и ахроматического цемента (белого или обычного серого) обычно стремятся к достижению максимального «выхода» зерен заполнителя на поверхность, что может быть обеспечено соответствующим подбором состава бетона. При сочетании цветного цемента с ахроматическим заполнителем (белым, серым, черным) большое значение имеет цвет цемента. При сочетании цветного цемента с цветным крупным заполнителем открываются большие возможности для достижения заданного цвета бетона. Определить требуемые соотношения площадей цветных компонентов, выходящих на лицевую поверхность бетона, можно с помощью специальных таблиц, составленных на основании экспериментальных данных. Наряду с декоративными бетонами в отделке стеновых панелей, главным образом из легких бетонов, часто применяются цементно-песчаные растворы. Если их физико-механические свойства характеризуются пределом прочности при сжатии не менее 10 МПа, морозостойкостью не менее 50 циклов и водопоглощением менее 10%, то такие растворы достаточно долговечны. Вместе с тем следует учитывать склонность растворов к образованию высолов. Один из эффективных способов борьбы с этим недостатком – введение с водой затворения в растворную смесь гидрофобно-пластифицирующих поверхностно-активных добавок. Лицевой поверхности цементно-песчаного раствора придается декоративный рельеф различных глубины и характера рисунка. При оценке качества лицевой поверхности учитывают, что в зависимости от формования панелей «лицом вниз» или «лицом вверх» получают следующие виды декоративного рельефа: рельеф различной глубины при формовании на специально профилированных матрицах из пластмасс, резины или металла; рисунчатый рельеф, нанесенный путем прикатки поверхности свежесформованной панели рельефообразующим валом через резиновый коврик с рисунком; рельеф свободного рисунка путем обработки лицевой поверхности различными приспособлениями (воздушной струей, капроновой или металлической щеткой и др.); мелкошероховатая или мелкобугристая фактуры, получаемые присыпкой свежеуложенного раствора сухим или влажным песком. Различные фактуры лицевой поверхности монолитного железобетона получают, в частности, применяя оригинальные виды опалубки. При получении эстетических характеристик лицевой поверхности декоративных растворов: искусственного мрамора, сграффито, известково-песчаных и известково-мраморных растворов, терразитовых, каменных штукатурок и других – также учитывают особенности технологии их изготовления. Эти декоративные штукатурки весьма выразительны с архитектурной точки зрения, но такая отделка не относится к индустриальной. Эстетические характеристики искусственного мрамора регулируют с помощью пигментов, шлифования и полирования поверхности. При изготовлении сграффито после нанесения растворных слоев различного цвета (минимум двух) сравнительно сложный рельефный рисунок получают способом выцарапывания с помощью ножей, скальпелей, набора резцов. Более производителен и менее трудоемок способ получения рельефного рисунка при использовании шаблонов или трафаретов. Шаблоны изготовляют из картона, жести или фанеры двух видов для выпуклых (формы) и заглубленных (лекала) рисунков, а трафареты – из плотного картона толщиной 1 мм. Контуры рисунка переводят через копировальную бумагу или рисуют и вырезают острым концом ножа так, чтобы нужные узоры не вываливались. На каждый цвет многоцветного сграффито делают самостоятельный шаблон или трафарет. Различную фактуру цветных известково-песчаных растворов получают обработкой в пластично-вязком состоянии или набрызгиванием на отделываемую поверхность. Фактурная обработка терразитовых растворов производится обычно в полузатвердевшем состоянии с помощью цикли, реже бучарды, зубила, а также пескоструйного аппарата. Сравнительно дороги и трудоемки каменные штукатурки, имитирующие фактуру природного камня: гранита, мрамора, известняка, туфа. Вместе с тем такие декоративные растворы, которые изготовляют из цемента с добавкой до 5% известкового теста и дробленых (в виде крошки) горных пород, весьма прочны. Разнообразные фактуры получают, обрабатывая раствор в пластично-вязком состоянии циклеванием, но чаще в затвердевшем виде – оттиркой брусками или ударными инструментами, применяющимися при обработке природного камня. Через 3-4 дня лицевую поверхность каменной штукатурки, полученную с помощью штампа, можно обработать 10%-ным раствором соляной кислоты (ее наносят кистью или распылителем). Обработка считается законченной, когда кислота перестает кипеть. После травления лицевую поверхность каменной штукатурки промывают водой. В результате обнажения поверхность дробленого материала становится чистой и блестящей. Силикатный кирпич имеет сравнительно гладкую фактуру, но его цвет, как и бетона, можно регулировать путем объемного или, что менее долговечно, поверхностного окрашивания. На лицевую поверхность асбестоцементных материалов наносят различные декоративные слои, используя метод напрессовывания специальной текстурированной бумаги, пропитанной термореактивными смолами, или декоративные составы из минеральных и полимерных связующих, краски (эмалевые, силикатные и др.), пастовые составы. Отделка гипсовых строительных материалов связана с объемным или поверхностным окрашиванием, созданием разнообразных декоративных слоев. Объемное поверхностное окрашивание могут использоваться при отделке гипсовых листов. Соответственно в гипсовую массу вводят пигменты, пропитывают изделия лакокрасочными материалами или окрашивают поверхность водоэмульсионной краской. При создании оригинальных декоративных поверхностей используют специальные составы. Например, при имитации коры древесины поверхность плит обрабатывают смесью пигмента или кузбасслака со скипидаром и затем покрывают масляным лаком. При имитации текстуры древесины применяют смесь битумного лака и скипидара в соотношении 1:10 – 1:6, получая светлые или темные тона. Гипсокартонные листы отделывают также полимерной пленкой или обоями с различными цветами и рисунками на лицевой поверхности, а также специальной декоративной бумагой с последующим покрытием ее прозрачным лаком. При изучении эстетических характеристик материалов и изделий на основе минеральных вяжущих учитывают возможные дефекты их внешнего вида: искривление лицевой поверхности, трещины, отбитости, посторонние включения, выцветы, пятна и др. Например, при оценке внешнего вида бетонных и железобетонных материалов на их лицевой поверхности устанавливают размеры (диаметр, глубину) раковин, местных наплывов (высоту) и впадин (глубину), сколов (глубину и длину на 1 м ребра), ширину раскрытия усадочных и других поверхностных трещин. Для материалов с отделанной поверхностью определяют соответствие отделки утвержденному эталону. Оценку внешнего вида облицовочных плит, ступеней, накладных проступей, плит для полов и подоконников, лестничных маршей и площадок проводят с учетом количества раковин допустимых размеров на лицевых поверхностях. На основе результатов оценки, а также вида и способа возможной последующей отделки материалов были установлены восемь категорий бетонных поверхностей, условно обозначенных индексами от А 1 до А 8. При оценке эстетических характеристик декоративных бетонов и растворов учитывают, что на лицевой поверхности не допускаются выцветы и высолы, пятна (в том числе масляные), полосы от цементного молока и местные наплывы, видимые с расстояния 10 м, трещины около ребер по периметру глубиной более 10 мм и общей длиной более 20 см на 1 м. На гладкой лицевой поверхности не допускаются раковины с линейными размерами более 10 мм и глубиной более 3 мм. Допускается не более трех раковин меньших размеров на 1 м лицевой поверхности. Отклонение выступающих граней декоративного заполнителя по отношению к грани соседних зерен не должно превышать 5 мм на базовой длине замера 200 мм. На лицевой поверхности силикатного кирпича не допускаются трещины, дефекты от непогашенной извести, ограничиваются другие возможные дефекты. Для оценки цвета и интенсивности окраски образцы силикатного кирпича и образцы-эталоны укладывают на щит из древесины размером 1х1 м, установленный вертикально. Щит должен прямо освещаться дневным светом на открыто воздухе. Внешний вид материалов на основе минеральных вяжущих оценивают визуально и с помощью микроскопов, увеличительных стекол, металлических измерительных инструментов, приспособлений, шаблонов и трафаретов.

Области применения. Широкое применение искусственных каменных материалов на основе минеральных вяжущих – конструкционных, конструкционно-отделочных, отделочных – обусловливается наличием значительных запасов сравнительно дешевых сырьевых материалов; возможностью удовлетворять разнообразным требованиям всех видов строительства, в том числе при создании разнообразных форм, вариантов отделки лицевой поверхности; конструкционной совместимостью с другими материалами; сравнительной простотой, низкой энергоемкостью, возможностью механизации и автоматизации процесса производства; сравнительно низкой себестоимостью материалов и их эксплутационными характеристиками. Эти причины объясняют массовое применение бетона и железобетона в современной архитектурно-строительной практике для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений. Причем возрастающая популярность легких бетонов по сравнению с тяжелыми связана с возможностью уменьшить толщину наружных стен в 1,5 раза и более, уменьшить общий тоннаж перевозимых и монтируемых материалов, сократить трудоемкость монтажа конструкций примерно в 2 раза, укрупнить сборные элементы зданий, изготовляемых в заводских условиях. Из железобетона изготавливаются элементы каркаса зданий, сборных конструкций (панели, блоки и др.), монолитных и сборно-монолитных конструкций. Элементы жесткого каркаса рамного типа с фахверковым заполнением стен использованы в домах, построенных еще в начале ХХ в. по проектам Ф. Шехтеля, А. Лолейта, А. Кузнецова и др. Железобетонные изделия (колонны, панели, ригели и др.) применяются для каркасов различных типов, например связевого (Институт хирургии им. А.В. Вишневского в Москве). Сравнительно крупные ячейки каркаса (12х12 м) применены при строительстве Волжского автозавода. Железобетонные панели используются и для бескаркасных зданий различных типов, разных композиционных и пластических решений, как, например, 16-22-этажные жилые дома в районе Тропарево в Москве и др. Большое количество одно- и двухэтажных жилых домов, а также общественных зданий высотой 9 и более этажей построено в различных странах из объемных железобетонных блоков. В зависимости от типа конструкции здания эти блоки применяют в сочетании с элементами каркаса, вантовыми и другими конструкциями. Железобетонные блоки размером 9,8х3,9х2,7 м использованы при строительстве 21-этажной гостиницы в Сан-Антонио, США, 24-этажный корпус пансионата «Ставрополье» в Сочи также построен из объемных блоков. Формообразующие возможности железобетона хорошо проявляются при строительстве монолитных сооружений. Их пластическая выразительность не вызывает сомнений. Яркие примеры использования монолитного железобетона – Останкинская телебашня, спортивные сооружения Олимпиады-80 в Москве, многоэтажные жилые дома во многих странах мира. Различные конструктивные системы из железобетона используются для строительства сборно-монолитных зданий. Оригинальны сборно-монолитные здания высотой 50 этажей в Сиднее и Монреале (архит. П.Л. Нерви), 70-этажный небоскреб «Лейк Пойнт» (архит. Д. Шипорейт) и 80-этажный «Вулф Пойнт» в Чикаго и многие другие здания с несущими наружными стенами, с подвесными перекрытиями и этажами. Разнообразные пространственные покрытия из железобетона – оболочки (призматические, цилиндрические, торовые, купола, пологие, коноиды, гиперболоиды) и висячие покрытия – позволяют архитектору создавать сооружения, практически не имеющие ограничений по форме. Среди характерных примеров складчатое покрытие конференц-зала ЮНЕСКО в Париже площадью 3300 м², покрытия в виде ребристого купола рынка в Лейпциге, волнистого купола рынка в Руайане (Франция) и гладкого купола с опорной чашей цирка в Казани, покрытия аэровокзала в Борисполе, плавательного бассейна в Гамбурге, певческой трибуны в Таллинне, плавательного бассейна, спортивной арены Олимпийского комплекса в Токио, покрытия из оболочек типа гиперболического параболоида в Мехико и др. Формообразующие возможности железобетона используются архитекторами при создании оригинального пластического решения фасадов и интерьеров зданий.

Литература: [1], с. 164-196; [9], с. 84, 88-92;

Дата добавления: 2014-12-08