Файл: Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие.pdf

Часть первая

Основы строительного дела

Г л а в а I

ОСНОВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

§1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Всовременном строительстве применяется большой комплекс раз­ личных строительных материалов. В промышленном и граждан­ ском строительстве это главным образом бетон, железобетон, ке­ рамические изделия (включая кирпичи и другие искусственные строительные камни), природные строительные камни, металл, кровельные материалы, дерево и строительные растворы. Грунты как материал для земляных сооружений в этом виде строительст­ ва применяются в относительно небольших объемах.

Вгидротехническом строительстве, включая гидроэнергети­ ческое, гидромелиоративное и портовое, а также в строительстве

для целей водоснабжения и канализации грунты как строитель­ ный материал используются широко и в больших объемах. Бетон, железобетон и металл также применяются очень широко. Осталь­ ные материалы имеют подчиненнное значение.

Вдорожном и аэродромном строительстве грунты применяют

вбольших объемах для возведения земляных сооружений, а бетон и другие материалы — для создания дорожной одежды и конст­ рукции верхнего строения пути, а также других искусственных сооружений.

13

В тоннеле- и мостостроении используют в больших количест­ вах железобетон, бетон, металл, изоляционные материалы и т. п., а из грунтов возводят насыпи на подходах к мостам.

Объемы строительных материалов, расходуемые при строи­ тельстве, чрезвычайно велики и стоимость их составляет 50—55% от всей стоимости строительства.

Для обеспечения нужд строительства создана промышлен­ ность строительных материалов, производящая материалы как та­ ковые и выпускающая отдельные элементы строительных конст­ рукций, из которых можно монтировать сооружения. Это сущест­ венно увеличивает возможность механизации строительного про­ цесса, повышает производительность труда и снижает общую стоимость строительных работ.

В настоящей главе дается краткое представление об основ­ ных материалах, применяемых при строительстве, за исключением грунтов как материала для земляных сооружений. Последние подробно рассматриваются в главе II «Производство земляных работ».

Правильный выбор строительных материалов может быть осу­ ществлен, если известны их физические, физико-химические и ме­ ханические свойства и, в частности/ их плотность, морозостой­ кость, гигроскопичность, теплопроводность, огнеупорность, а также прочность, упругость, хрупкость, истираемость (для дорожных ма­ териалов) и т. п. При этом прочность (временное сопротивление раздавливанию) для таких материалов, как цемент, бетон и дру­ гие, является основным показателем, по которому устанавливают марку материала.

Для большинства строительных материалов существуют опре­ деленные требования по их качеству и свойствам, регламентируе­ мые государственными стандартами (ГОСТ), строительными нор­ мами и правилами (СНиП) и другими нормативными докумен­ тами.

§2 ЕСТЕСТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Вкачестве естественных каменных строительных материалов применяются многие изверженные, метаморфические и осадочные породы. Их получают путем разработки в карьерах (реже

подземным способом в шахтах) невыветрелых разностей наиболее прочных и стойких пород. Используются они в виде бутового (размером от 15 до 50 см) и штучного (крупнее 50 см) камня неправильной формы или в виде пиленых или колотых камней профильной формы для кладки фундаментов и возведения стен зданий и сооружений. Широко используются естественные камни и щебень из них как заполнители в бетон и в виде крупных глыб («изюма») в массивном бетоне. В виде щебня каменные материа­

лы применяются также при дорожном и аэродромном строитель­ стве.

14

Особое применение естественные камни имеют в качестве облицовочного материала, для чего используются такие ценные породы, как мраморы, лабрадориты, некоторые разновидности габбро и гранитов и др. Ввиду высокой стоимости естественным камнем облицовываются только уникальные сооружения.

Менее ценные породы широко используются для выкладыва­

§ 3. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Неорганическими (минеральными) вяжущими материалами называются порошкообразные вещества, обладающие гидрофильностью, способные при смешивании с водой образовывать плас­ тично-вязкое тесто, которое в дальнейшем постепенно твердеет и без искусственного воздействия превращается в прочное камне­ видное тело. Этим они отличаются от таких органических вяжу­ щих, как битумы и смолы, которые гидрофобны и для перевода которых в рабочее состояние требуются либо нагрев, либо раство­ рение в органических жидкостях.

Неорганические вяжущие материалы делятся на воздушные и гидравлические.

К воздушным вяжущим относятся известь и гипс, которые затвердевают и длительно сохраняют прочность только на воз­ духе.

В о з д у ш н у ю и з в е с т ь получают из известняка, мела или доломита путем обжига этих пород в шахтных печах при темпе­ ратуре 1000—1200°. В этих условиях происходит разложение кар­ боната кальция СаСОз на негашеную известь СаО и углекислый газ С 02, причем последний улетучивается вместе с продуктами горения. Получающаяся при этом процессе комовая негашеная известь — кипелка — имеет вид крупных легких пористых комь­ ев, легко впитывающих воду. Известковое вяжущее получают пу­

(CaSCV2H2C)) и последующего помола его в порошок. -Это полу­

15

водный гипс (CaSO4-0,5H2O), быстро твердеющий (за 6—30 мин) после смешивания с водой. Используется он преимущественно для штукатурных работ (по дереву), а также для изготовления гип­ совых, гипсо-шлаковых и гипсо-бетонных изделий.

К гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая из­ весть и различные цементы — они могут затвердевать и сохранять свою прочность как на воздухе, так и в воде.

Г и д р а в л и ч е с к у ю и з в е с т ь получают тонким помолом известняка, обожженного при температуре 900—1000°, содержаще­ го от 6 до 20% глинистых составляющих. Гасится она так же, как и воздушная, но после начала твердения на воздухе она продол­ жает затвердевать в воде. Применяется для кладочных и штука­ турных растворов, а также для производства бетонов низких ма­

рок.

П о р т л а н д ц е м е н т — один из основных видов цементов— представляет собой тонкий порошок, получаемый путем размола на шаровых мельницах клинкера. Клинкер образуется путем об­ жига до равномерного спекания при температуре 1400° известко­ вых мергелей или смеси известняка с глиной, содержащих СаО 75—78%, БЮгЧ-АЬОз+РегОз 22—25%■ При изготовлении це­ мента вместо глины могут быть использованы другие породы, со­ держащие кремнезем и полуторные окислы (например, диатомит, трепел, глинистые сланцы), а также доменные шлаки, зола горю­ чих сланцев и т. п.

Обжиг мергелей до состояния спекания ведется в горизон­ тальных вращающихся печах диаметром около 2 м и длиной

150—200 м.

Портландцемент выпускается марками 400, 500, 600 и 700. (Марка — это временное сопротивление в кг/см2 кубика, изготов­ ленного из цементного теста). Кроме предела прочности качество цемента определяется сроками начала и конца схватывания теста нормальной густоты, а также равномерностью изменения объема при твердении. Схватывание цементного теста начинается обычно через 1—2 час и заканчивается через 5—7 час после замеса с во­ дой, а стандартная прочность достигается на 28-й день твердения.

Портландцемент — самый распространенный цемент, иду­ щий на изготовление бетонов и железобетонов, но он не применим для изготовления бетонов, стойких к сульфатным и другим кис­ лотным воздействиям.

Кроме обычного портландцемента промышленность выпускает ряд специальных цементов, наиболее распространенными среди которых являются:

1. Пуццолановый портландцемент, получаемый путем совмес ного помола цементного клинкера, гипса (до 5% к весу клинке­ ра) и активных неорганических добавок (до 20—45%), в качестве которых применяют трепел и диатомит. Пуццолановый портланд­ цемент стоек в пресной воде, он широко применяется для подвод­ ных конструкций в гидротехническом строительстве.

16

2.Шлакопортландцемент изготавливается так же, как и пуццолановый цемент, но с добавлением в него до 30—70% грану­ лированных доменных шлаков. Он твердеет медленнее обычного; цемента, но более стоек в агрессивной среде.

3.Пластифицированный портландцемент получается в резуль­

тате совместного помола портландцементного клинкера с гипсом и пластифицирующей добавкой (концентрата сульфитно-спиртовой барды). При изготовлении бетонов этого цемента идет на 8—10% меньше, чем обычного цемента.

§ 4. БЕТОН

Бетоном называется искусственный каменный материал, по­ лучающийся в результате твердения специально подобранной бе­ тонной смеси, состоящей из вяжущего материала, воды, заполни­

конгломератное строение и состоит из большого количества за­ полнителя (85—90%), подобранного в определенном соотношении крупных и мелких составляющих, связанных затвердевшим вяжу­ щим веществом (10— 15%).

В качестве заполнителей обычно применяют такие дешевые материалы, как песок, гравий и щебень, а также отходы промыш­

из щебня легких пористых пород или искусственных материалов;

По видам и свойствам вяжущего различают бетоны: цемент­ ный, известковый, гипсовый, силикатный, асфальтовый, жаростой­ кий, кислотостойкий и др. Наибольшее применение имеют цемент­ ные бетоны.

Обычный строительный бетон приготовляется путем смешива­ ния примерно 200—300 кг цемента, 100—200 л воды, 0,45 м3 песка и 0,8 м3 щебня или гравия (на каждый кубический метр бетона). При этом песок занимает пространство меж™ т!пшйш.1 .ш Ьпа**;..

17

а

нистыми) частицами, а цемент заполняет более мелкие поры. По объемам отдельных составляющих это дает примерно следующие соотношения: 1:2:4 или 1:3:6 (цемент:песок:гравий).

Прочность бетона на сжатие оценивается его маркой, опреде­ ляемой по прочности (в kt/ cm2J кубика бетона (со стороной 20 см) в возрасте 28 дней. Для бетонов установлены марки от 25 до 600.

Срок твердения бетона может быть изменен: при повышении температуры он сокращается, а при понижении — увеличивается. Для ускорения реакций, происходящих при твердении, применяют искусственное повышение температуры бетонной смеси путем по­ мещения ее в камеры пропаривания или путем внутреннего элект­ роподогрева. При понижении температуры неотвердевшего бетона ниже нуля реакция твердения прекращается. После оттаивания твердение возобновляется, однако полная прочность бетона может и не быть достигнута, поэтому замораживание бетона в раннем

•его возрасте не допускается.

Прочность бетона на растяжение много ниже (в 10—15 раз) его прочности на сжатие.

Прочность бетона зависит от того, какой марки цемент при­ менен при его изготовлении, а также от прочности и чистоты заполнителей. Поэтому заполнители бетона предварительно под­ вергаются очистке (промывке) и сортировке. Вода, идущая на приготовление бетона, также должна быть чистой и не содержать примесей, уменьшающих прочность цементного камня.

Важным фактором, влияющим на прочность бетона, является соотношение воды и цемента (водно-цементное соотношение — В/Ц). Чем ниже В/Ц, тем прочнее бетон. Для обеспечения реакции твердения теоретически достаточно, чтобы В/Ц составляло 0,1— 0,2. Однако в этом случае бетонная смесь получается настолько сухой, что ее невозможно хорошо перемещать и трудно уложить в форму. В практике строительства В/Ц принимают равным

0,5—0,6.

Подбор состава бетонной смеси, обеспечивающего получение бетона с нужными свойствами, является сложной задачей, зави­ сящей от целого комплекса факторов. При ведении бетонных ра­ бот должен вестись контроль за качеством бетона. Это осуществ­ ляется путем систематического отбора проб (изготовления куби­ ков размером 20X20X20 см) для определения прочности бетона на сжатие в возрасте 28 дней, определения его подвижности, моро­ зостойкости, а также проб на растрескивание при усадке и т. п. Все эти испытания проводятся в специальных лабораториях при бетонных заводах и на крупных стройках.

Приготовление бетонной смеси на строительных площадках производится в бетономешалках (рис. 1), работающих по прин­ ципу свободного падения перемешиваемого материала. При вра­ щении барабана лопасти смесителя захватывают смесь, поднима­

ют ее, затем она свободно падает с некоторой высоты и переме­ шивается.

18