Сыпучие строительные материалы — название собирательное и стандартной их классификации нет, но, опираясь на различные источники можно выделить три крупных класса сыпучих материалов, применяемых в строительстве. К сыпучим строительным материалам относятся:
1. нерудные материалы — гравий, песок, щебень, керамзит и другие;
2. вяжущие материалы — цемент, известь, гипс, алебастр, глина;
3. сухие смеси для строительных отделочных работ.
Нерудные строительные материалы
Нерудные материалы используются или как самостоятельный вид строительных материалов, применяемый в качестве оснований для различного вида зданий и сооружений, для балластировки железнодорожных путей, для устройства подготовки под основное полотно автомобильных дорог, для благоустройства территории или как заполнители для бетонов, растворов и других смесей.
В соответствии со стандартом, нерудные материалы разделяются по следующим показателям: по плотности, по происхождению, по крупности зерен и по характеру формы зерен. По плотности нерудные материалы бывают плотными – имеющие плотность зерен более 2 г/см3, к которым можно отнести песок и щебень, а также пористые, плотность зерен которых менее 2 г/см3 — различные заполнители типа керамзита и его разновидностей. По происхождению, нерудные материалы бывают природными, искусственными и из промышленных отходов. По крупности зерен выделяются материалы крупнозернистые материалы с размерами зерна более 5 мм и мелкозернистые — с величиной зерна менее 5 мм. Форма зерен у нерудных материалов может быть округлой (природный песок, гравий) или угловатой (щебень, дробленый песок).
По этим параметрам определяется конкретный вид инертного материала и соответственно область его применения. К наиболее часто применяемым типам нерудных материалов можно отнести песок, щебень, гравий и керамзит.
Песок
Песок — осадочная горная порода и искусственный материал, состоящий из частиц горных пород. Песок практически всегда состоит из почти чистого кварца. Песок широко применяется в строительных работах в качестве основания под фундаменты, для изготовления различных строительных материалов, бетонов и растворов, в дорожном строительстве и т.д. Одно из наиболее важных качеств песка это его пористость. Из рыхлого в плотное состояние песок легко переходит при водонасыщении и вибрационном воздействии. Обладая открытой пористостью, песок является хорошим дренажным материалом, а в плотном состоянии отлично воспринимает динамические нагрузки, и распределяет напряжения под фундаментами.
Строительный песок бывает природным и искусственным. Зерна природного песка имеют размеры от 0,15 до 5 мм. Так как размер зерна играет главную роль при подборе составов бетонов и растворов, то по этому показателю песок разделяется на фракции: мелкую — до 0,5 мм, среднюю от 0,5 до 2,0 мм и крупную — от 2,0 до 5,0 мм. Природный песок также разделяется по видам залегания и может быть речным, горным, морским и дюнным. В строительстве наибольшее применение нашли горный (карьерный) и речной песок.
Речной песок, который добывается с речного дна, обычно бывает мелким или средним. Он применяется в качестве заполнителя для бетона, раствора, из него выполняются основания дорог и взлетных полос аэродромов. Мытый речной песок применяется для производства строительных материалов и конструкций, так как благодаря минимальному содержанию илистых или глинистых примесей он может обеспечить нормируемые прочностные показатели.
Карьерный песок имеет значительно больший разброс размеров зерен и поэтому более широкую область применения. Он применяется для приготовления кладочного раствора, для приготовления тяжелых и теплоизоляционных бетонов, в качестве подготовки под дорожное покрытие, для благоустройства территории. В карьерном песке содержится значительный объем пылеватых и глинистых частиц.
Морской песок, так же как и речной имеет высокую степень очистки, но содержит определенный процент морских солей, поэтому для некоторых видов работ необходима промывка его пресной водой. Морской песок используется в производстве бетонов и дорожном строительстве.
Кварцевый песок в основном применяется для выпуска декоративных видов отделочных материалов. Искусственный песок производят из гранита, мрамора, туфа, известняков путем дробления, он используется для производства фактурных растворов.
По виду обработки песок бывает сеяным и намывным. В составе просеянного песка отсутствуют камни и крупные фракции. Намывной песок получается в результате промывки обычного карьерного песка и используется для производства штукатурных составов, когда присутствие глинистых примесей недопустимо. Песок такого рода характеризуется очень мелкой фракцией и малой плотностью.
Естественная насыпная плотность природного песка колеблется от 1300 до 1500 кг/м3. Изменение влажности приводит к изменению объема песка и соответственно его насыпной плотности. Песок, используемый в строительстве, не зависимо от способа добычи, должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736-93.
Щебень
Щебень производят дробя скальные горные породы. Бывает гранитный щебень, применяемый для изготовления бетонов высокой прочности и известняковый, используемый строительства дорог. Для применения в бетонах он не пригоден, так как имеет невысокую прочность. Параметрами, определяющими качество щебня, являются: насыпная плотность, морозостойкость, прочность, водопоглощение и водонасыщение, радиоактивность, зерновой состав и форма зерен.
Плотность определяется фракцией щебня. Он делится на 7 основных фракций и 7 сопутствующих от 5 до 70 мм (основные фракции) и от 0 до 5 мм (сопутствующие фракции). Наиболее распространен в строительстве щебень с фракциями 5–20 мм и 5–15 мм, который используется для выпуска бетона и асфальтобетона.
Щебень с фракциями 20–40 мм, 20–60 мм, 20–65 мм и 40-70 мм находит применение при строительстве дорог, прокладке железнодорожных, трамвайных и подкрановых путей.
Прочность щебня определяется лабораторным путем. По этому показателю щебень делится на пять групп от высокопрочного до очень слабой прочности. Морозостойкость определяется возможностям щебня выдерживать многократное замораживание и оттаивание в условиях насыщения водой. Радиоактивность щебня определяется специализированными лабораториями и завершается выдачей сертификата и заключением органов санитарно – эпидемиологического надзора.
ГОСТ 8267-93 регламентирует зерновой состав каждой фракции щебня в части процентного содержания более мелких включений. Для щебня существует еще один нормируемый показатель — содержание в массе щебня пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен. По этому параметру щебень бывает: кубовидным (до 15% содержания), улучшенным (15–25%), обычным (25-35%). Для дорожного строительства предпочтителен кубовидный щебень, так как он позволяет достичь максимального уплотнения. При производстве бетонов наличие лещадных и игловатых зерен приводит к увеличению количества пустот, что требует увеличения расхода вяжущего материала и соответственно удорожанию.
Гравий
Гравий — строительный сыпучий материал, образованный в результате естественного разрушения горных пород. Величина его зерен колеблется от 5 до 70 мм. Гравий бывает горным (гранитным), речным (морским) и искусственным (керамзит). Одним из важных показателей гравия является шероховатость поверхности его зерен, которая способствует прочному сцеплению гравия с цементным раствором бетона. Более шероховатую поверхность имеет горный гравий, но в его составе содержатся глина, песок, мелкозем и другие примеси. В речном и морском гравии примеси практически отсутствуют, но гладкая поверхность заставляет применять их в виде щебня.
Все виды гравия, применяемого в строительстве, должны отвечать требованиям ГОСТ 8267-93. Основными характеристиками гравия, определяющими его пригодность для конкретного вида строительных работ, являются:
- фракция — в строительстве гравий применяется 4 фракций: 5–10 мм, 10–20 мм, 20–40 мм и 40–70 мм;
- морозостойкость — возможность сохранения основных прочностных показателей при неоднократном замораживании и размораживании;
- водостойкость — гравий разделяется на группы в соответствии с коэффициентом размягчения;
- прочность гравия определяется по средним данным, полученным в результате испытаний образцов. Высокой прочностью обладает гравий, в составе которого присутствуют изверженные породы, гнейсы, мраморовидные известняки, окварцованные песчаники.
В то же время присутствие в составе гравия осадочных пород снижает его прочностные параметры.
Гравий весьма широко используется для различных видов строительных работ. Он применяется в качестве наполнителя для легких бетонов, для защитной засыпки кровель, используется в строительстве дорог, при благоустройстве территории, а также при ландшафтном строительстве.
Керамзит
Керамзит — искусственный строительный материал, получаемый в результате высокотемпературного обжига легкоплавких глинистых пород. Его отличительная особенность — малый объемный вес и ячеистое строение. У керамзита различаются три фракции: 5–10 мм, 10–20 мм и 20–40 мм. Нормы допускают наличие в каждой фракции до 5% более мелких или более крупных зерен. Наиболее распространен керамзитовый гравий, значительно реже применяется керамзитовый щебень, имеющий зерна произвольной формы. Керамзит с крупностью зерна менее 5 мм называется керамзитовым песком.
Марка керамзита определяется его объемным насыпным весом. Плотность керамзита и его фракция — показатели взаимозависимые, у более крупной фракции ниже насыпная плотность. Для всех марок керамзита стандартом установлены требования по прочности. Керамзит имеет водопоглощение от 8 до 20%, а морозостойкость — не менее 15 циклов. Таким образом, керамзит имеет совершенно уникальные характеристики:
- высокой прочностью — от 0,3 Мн/м2 до 6 Мн/м2;
- высокой тепло- и звукоизоляцией;
- огнеупорностью, влаго- и морозоустойчивостью;
- кислотоустойчивостью и химической инертностью;
- долговечностью.
При этом керамзит является экологически чистым материалом. Именно такой набор показателей обусловил широкое применение керамзита в современном строительстве. Благодаря керамзиту стало возможным облегчить конструкции без ущерба прочностным параметрам. Керамзит широко используется при производстве легких и теплоизоляционных бетонов, наружных стеновых панелей для промышленных и жилых зданий.
Тепло- и звукоизоляционные характеристики керамзита обусловлены его пористостью, однако повышение пористости резко снижает прочность материала. Благодаря дренирующим свойствам, керамзит используется и в дорожном строительстве при устройстве дорог и тротуаров. Засыпка керамзитом внешнего периметра здания позволяет предотвратить промерзание грунта.
В качестве заполнителя для легких бетонов, за счет проникновения раствора в поры гранул, керамзит показывает повышенное сцепление с растворной составляющей, что положительно сказывается на долговечности, прочности и химической стойкости бетона.
Вяжущие строительные материалы
Вяжущие строительные материалы — вещества минерального и органического происхождения, которые используются для изготовления бетонов и строительных растворов, устройства гидроизоляции, омоноличивания отдельных элементов строительных конструкций.
Вяжущие материалы минерального происхождения — это порошковидные вещества, которые при смешивании с водой образуют пластичную массу, постепенно затвердевающую и образующая в результате прочное камнеобразное тело. Вяжущие материалы бывают:
- гидравлическими — к ним относятся материалы, которые будучи смешанными с водой, и предварительно затвердев на воздухе, продолжают набирать прочность на протяжении длительного периода (цементы, гидравлическая известь);
- воздушными — сюда относятся вещества, твердеющие и сохраняющие свои прочностные параметры только на воздухе (гипс, воздушная известь).
Цемент
Одним из наиболее распространенных вяжущих материалов является цемент. Это серый порошок без запаха. Свою популярность он получил благодаря способности, вступая в реакцию с водой, превращаться в затвердевающую вяжущую массу. Цемент производится из природных минералов — известняка и глины, которые смешиваются в определенных пропорциях. Соотношение ингредиентов определяет свойства цемента. Основой цемента является клинкер — запеченная и измельченная смесь.
Наибольшее распространение в строительстве получил портландцемент и его разновидности — пуццолановый, быстротвердеющий, тампонажный портландцементы. Нередко для отдельных видов конструкций применяются глиноземистый, кислотоупорный, пластифицированный, шлаковый, расширяющийся цементы. Для декоративных работ используются цветные цементы.
В маркировке цемента присутствуют указания на его прочность и содержание добавок. Химический и минеральный состав каждой марки цемента оговорен нормативными документами.
При серийном выпуске строительных конструкций, для сокращения срока схватывания применяется быстротвердеющий портландцемент. Для его производства клинкер подлежит максимальному измельчению. Прочность быстротвердеющего цемента нарастает особенно интенсивно в первые 24–72 часа.
Тампонажный портландцемент применяется в нефте- и газодобывающей промышленности для изготовления цементных «тампонов», закрывающих пробуренные скважины. В его состав добавляют гипс.
Пуццолановый портландцемент более других устойчив к коррозии, хотя медленнее твердеет и не отличается морозостойкостью. В состав клинкера для выпуска таких цементов добавляется гипс и активные минеральные добавки. Свойства пуццоланового портландцемента позволяют применять бетоны на его основе при строительстве подземных сооружений, подводных частей мостов и подвалов.
Глиноземистый цемент в отличие от портландцемента не содержит минеральных добавок. Он обладает периодом схватывания от 30 минут до 12 часов. На его основе выпускают жаростойкие бетоны, он применяется при срочных работах и для строительства в зимних условиях.
Кислотоупорный цемент получается в результате совместного помола кварцевого песка и кремнефтористого натрия, а замешивается он на водном растворе натриевого жидкого стекла. Его достоинство в стойкости к действию кислот, а недостаток — в слабой устойчивости против воды и едких щелочей. На его основе выпускаются кислотостойкие бетоны.
Пластифицированный цемент имеет повышенную морозостойкость, а получают его путем добавления в цементную смесь сульфидно–спиртовой барды. Шлаковый цемент получается при одновременном помоле гранулированных доменных шлаков и добавок–активизаторов. Расширяющиеся цементы используются при заделке швов и трещин, для газо-, паро- и гидроизоляции. Свои особенности он приобретает в результате реакции между клинкером и расширяющей добавкой. При добавлении в белый цемент (максимально очищенном от красящих химических элементах) различных красителей получают цветные цементы. Они широко применяются в декоративных целях и в ландшафтном строительстве.
Известь
Известь получают из известняка, обжигая его при высоких температурах. Полученный материал называется известью–кипелкой, так как при взаимодействии с водой он активно выделяет углекислый газ. Такой процесс называется гашением извести. Известь должна быть погашена для основной массы случаев ее применения. Гашеная известь превращается в тестообразную массу, которая может храниться годами, не теряя при этом своих качеств. Негашеная известь весьма пожароопасна, так как при попадании на нее даже незначительного количества воды она начинает гаситься, при этом возникает высокая температура, способная зажечь деревянные конструкции.
Известь можно заменить:
1. подзолом — отходами кожевенной промышленности (низкосортная известь, смешанная с волосом), которые процеживают через сито и выдерживают не менее месяца;
2. окшарой — отходами текстильной промышленности (низкосортная известь, смешанная с мелким шерстяным волосом). Поскольку окшара содержит хлор, то ее надо выдерживать на открытом воздухе на протяжении 5–6 месяцев;
3. карбидным илом — отходами карбида кальция от получения ацетилена (синеватая известь второго сорта).
Применяется только после исчезновения запаха ацетилена, для чего выдерживается на открытом воздухе 1 – 2 месяцев.
Известковое тесто или составы на основе заменителей извести применяются в качестве пластифицирующих добавок в жесткие цементные растворы, используемые при штукатурных работах.
Строительный гипс. Алебастр.
Строительный гипс — мелкодисперсный порошок, белого или светло – серого цвета, производимый из гипсового камня путем помола и обжига. Преимуществом гипса является его быстрое схватывание от 4 до 6 минут. При твердении строительный гипс увеличивается в объеме до 1%, что дает ему большие преимущества при некоторых видах отделочных работ. К недостаткам гипса можно отнести его небольшую прочность и водостойкость.
Гипс применяется для изготовления вяжущих материалов, внутренних отделочных работ и создания лепнины в помещениях. На сегодня существует 12 марок строительного гипса от Г-5 до Г-25, имеющих прочность от 5 до 25 кг/см2. Самая высокая прочность гипса – 250 кг/см2.
Большим преимуществом гипса перед другими строительными материалами является его экологическая чистота и негорючесть. После затвердения он способен поглощать из воздуха лишнюю влагу и отдавать ее при снижении влажности воздуха.
Алебастр, являющийся разновидностью гипса, широко применяется при штукатурных работах в зданиях с влажностью не выше 60%, для производства гипсокартонных листов, лепнины и других видов изделий.
Глина
Глиной называется мягкая, мелкодисперсионная разновидность горных пород. Будучи разведенной водой принимает вид пластичной массы, легко поддающейся любому формообразованию. После обжига твердеет и становится камнеообразной. При более высокой температуре глина может расплавиться и перейти в стекловидное состояние. В состав глины входят различные минералы, поэтому они бывают различных цветов.
На основе глины готовятся растворы для кладки печей, для штукатурки, составы для производства кирпичей и т.д. Одним из характерных свойств глины является ее способность впитывать воду только до определенных пределов, после чего она становится водонепроницаемой. Это особенность позволяет использовать глину в качестве гидроизоляции.
По степени устойчивости к высоким температурам, глины бывают:
- легкоплавкими с температурой плавления 1380°С;
- тугоплавкими с температурой плавления 1380°С - 1550°С;
- огнеупорными с температурой плавления выше 1550°С.
На основе тугоплавких глин выпускаются огнеупорные материалы, а огнеупорная глина находит применение при кладке внутренних частей промышленных печей.
Сухие строительные смеси
Сухие строительные смеси — это многокомпонентные порошки, которые при разбавлении их водой превращаются в пластичные растворы разнообразного назначения. Они представляют собой композицию из минеральных вяжущих, минеральных наполнителей с регламентированной дисперсностью, связующих на основе полимеров и модифицированных химических добавок.
Использование сухих смесей в отделочных работах позволяет снизить трудозатраты на строительной площадке. Трудоемкость работ по отделке конструкций зданий и сооружений составляет примерно 35–40 процентов от общих трудозатрат на строительства объекта, поэтому даже незначительное снижение количества человеко-часов на каждый из видов отделочных работ, где применяются сухие смеси, позволяет получить экономический эффект, несмотря на более высокую стоимость строительных смесей.
Достоинства сухих смесей перед традиционными растворами заметны на глаз. Прежде всего, сухие смеси смешиваются с водой на месте выполнения работ, перед применением в количестве, необходимом для производства конкретного объема отделочных работ. При их применении не получится, что штукатурного раствора на квартиру немного не хватило, или остался излишек, который обычно выливается на землю.
Среди основных преимуществ сухих строительных смесей можно назвать:
- улучшение качества работ по отделке конструкций зданий и сооружений за счет применения растворов с постоянно-стабильным составом;
- повышение производительности труда в 2–5 раз;
- снижение материалоемкости отделочных работ в 3–10 раз (на работах по укладке плитки до 7 раз, а при устройстве полов — до 10 раз);
- снижение транспортных затрат и заготовительно–складских расходов за счет возможности транспортировки сухих строительных смесей на любое расстояние без использования специального технологического транспорта и допустимости длительного их хранения, в том числе и при температурах ниже нуля.
Следует также отметить, что применение сухих строительных смесей дает возможность исключить ряд трудоемких работ. Так, при высококачественной штукатурке кирпичных стен с использованием традиционных растворов необходимо устройство четырех слоев (обрызг, два слоя грунта и накрывочный слой), в то время как при использовании составов на основе сухих смесей достаточно двух слоев (грунт и финишный слой). При этом становятся не обязательными операции по шпатлевке и шлифовке поверхности под малярные работы.
В соответствии с ГОСТ 31189-2003 «Смеси сухие строительные. Классификация» они могут быть классифицированы по следующим признакам:
- по основному назначению;
- по примененному вяжущему;
- по наибольшей крупности заполнителей.
В этой статье будет рассмотрена классификация только по основному назначению, так как информация о типах примененных вяжущих и крупности заполнителей необходима специалистам – технологам, к которым большинство тех, кто читает эту статью, не относится.
Итак, по основному назначению сухие строительные смеси (смеси, содержащие вяжущие, наполнители, заполнители, модифицирующие добавки заводского изготовления в сухом виде), бывают следующих видов:
1. выравнивающие смеси — применяются для выравнивания плоскостей стен и потолков, которые в зависимости от метода их применения подразделяются на:
- штукатурные смеси — применяются для выравнивания плоскостей стен и потолков, для устройства декоративной отделки;
- шпаклевочные смеси — применяются для заделки неровностей, каверн и раковин при подготовке оснований с последующей шлифовкой;
2. облицовочные смеси — применяются для отделки вертикальных и наклонных поверхностей штучными отделочными материалами, которые подразделяются на:
- клеевые смеси — применяются для крепления на вертикальных и наклонных поверхностях облицовочных штучных материалов, для облицовки поверхностей плиткой, для наклеивания материалов с теплоизолирующими характеристиками и армирующей сетки при использовании легких штукатурных систем с теплоизолирующими свойствами;
- шовные смеси — применяются для заполнения шовного пространства между облицовочными штучными материалами;
3. напольные смеси — применяются для выполнения элементов пола, подразделяются на:
- выравнивающие смеси — применяются для устройства ровного основания под чистовое покрытие пола;
- несущие смеси — применяются для устройства чистового пола.
В зависимости от условий применения, напольные смеси можно так же разделить на:
- уплотняемые смеси — для изготовления конструкций покрытия пола с их уплотнением;
- самоуплотняющиеся смеси — для изготовления конструкций покрытий пола с использованием литьевой технологии;
- затирочные смеси — для финишной отделки не затвердевшего бетонного или растворного пола посредством затирки сухой смесью;
4. ремонтные смеси — применяются для восстановления проектных показателей конструкций. Подразделяются на:
- поверхностные смеси — применяются для восстановления проектных показателей несущих и ограждающих конструкций посредством обработки их поверхности;
- инъекционные смеси — применяются для ликвидации дефектов внутри конструкций для восстановления их первоначальных показателей;
5. защитные смеси — используются в целях создания защитных покрытий на поверхности конструкций. Защитные смеси подразделяются на:
- ингибирующие смеси — используются для антикоррозионной защиты металлических и железобетонных конструкций;
- санирующие смеси — используются для недопущения высолообразования на конструкциях;
- биоцидные смеси — используются для защиты конструкций от воздействия бактерий, грибов, водорослей, лишайников и т.п., а также для предотвращения их роста;
- огнезащитные смеси — используются для устройства поверхностных защитных покрытий конструкций, повышающих их огнестойкость;
- коррозионно-защитные смеси — используются для устройства антикоррозионных защитных покрытий бетонных и железобетонных конструкций и изделий;
- морозозащитные смеси — используются для устройства специальных покрытий на поверхности конструкций с целью увеличения их морозостойкости;
- радиационно-защитные смеси — используются для нанесения в качестве покрытий, защищающих здания и сооружения от ионизирующего излучения;
6. кладочные смеси — используются для кладки наружных и внутренних стен из мелкоштучных материалов;
7. монтажные смеси — используются при монтаже строительных конструкций и изделий, и замоноличивании стыков между ними;
8. декоративные смеси — используются для финишной отделки поверхностей здания или сооружения и придания им определенного цвета или фактуры;
9. гидроизоляционные смеси — используются для защиты несущих и ограждающих конструкций от проникновения природной влаги и агрессивных техногенных жидкостей. Подразделяются на:
- поверхностные смеси — смеси, наносимые на конструкции в качестве изолирующего, слоя;
- проникающие смеси — используются для наполнения пор и дефектов в самом теле конструкции, и в свою очередь бывают:
* инъекционными смесями — предназначенными для искусственного вмывания раствора (кольматации) в сквозные поры и дефекты бетонных и железобетонных конструкций, горных пород;
* капиллярными смесями — предназначенными для искусственного вмывания раствора (кольматации) в капилляры пористых материалов конструкции;
* теплоизоляционными смесями — предназначенными для устройства теплоизолирующего слоя на поверхности конструкций;
* грунтовочными смесями — предназначенными для увеличения прочности сцепления основания и отделочного покрытия.