Асбестоцемент и асбестоцементные материалы

Бетонные и железобетонные изделия — массивные элементы толщиной, как минимум, в несколько сантиметров. Получить лег­кие тонкостенные изделия из бетона на цементе с обычной прово­лочной арматурой невозможно. Эту проблему можно решить, равномерно распределяя в мелкозернистой смеси на основе порт­ландцемента (или другого вяжущего) тонкие армирующие волокна (отрезки стальной проволоки, асбестовое волокно, стекловолокно и др.). Такой композиционный материал называется фибробетон. Из него можно изготовлять болынеразмерные листы, трубы и фасон­ные изделия толщиной всего несколько миллиметров. Самый рас­пространенный и эффективный материал такого рода — асбестоцемент, получаемый на основе распушенного асбеста.

Асбест (от греч. asbestos — неразрушаемый) — собирательное на­звание группы тонковолокнистых минералов, образующихся в зем­ной коре при воздействии геотермальных вод на ультраосновные магматические породы. Особенностью асбеста является способ­ность его минеральных агрегатов разделяться (распушаться) на тон­чайшие (диаметром в доли микрона) мягкие волоконца. Благодаря этому свойству асбест получил название «горный лен».

Различают два вида асбеста: амфиболовый (кислотостойкий) и хризотиловый (щелочестойкий). Россия обладает крупнейшими в мире месторождениями хризотилового асбеста, который благодаря уникальным свойствам используется во многих отраслях техники.

Хризотил-асбест — гидросиликат магния 3MgO • 2SiC>2 • 2Н₂О. Элементарные кристаллы хризотил-асбеста — тончайшие трубочки диаметром в сотые доли микрометров. Практически асбест разделя­ется на пучки волокон диаметром 10... 100 мкм, прочность которых на разрыв составляет 600...800 МПа, что сравнимо с лучшими мар­ками стали.

Хризотиловый асбест обладает высокой адсорбционной способ­ностью; особенно активно он адсорбирует ионы Са²⁺, поэтому его волокна хорошо сцепляются с цементным вяжущим. Щелочестой-кость хризотил-асбеста обеспечивает его устойчивость в щелочной среде цементного камня.

Асбест, помимо высокой прочности, обладает уникальным соче­танием ценных свойств:

• низкой теплопроводностью [0,35...0,41 Вт/(м • К) в нераспу­щенном виде];

• устойчивостью к повышенным температурам (нагрев до
400...500 °С не вызывает в асбесте необратимых изменений);

• высоким коэффициентом трения (например, по стали — 0,8).
Из асбестового волокна изготовляют ткани, картон, бумагу,

шнуры, которые благодаря огнестойкости асбеста используют для высокотемпературной тепловой изоляции. Из смеси асбеста с син­тетическими смолами получают асбестотехнические изделия для ав­тотракторной (тормозные колодки и т. п.) и электротехнической (электроизоляционные материалы) промышленности.

В последние годы в Европе и США развернулась кампания по запрету использования асбеста, мотивируемая его вредностью. В ос­нове этой кампании лежат не медико-биологические, а конъюнк­турные соображения, связанные, в основном, с отсутствием месторождений асбеста в большинстве стран Европы и США. Так, при оценке воздействия асбеста на организм человека не делается различия между кислотостойким амфиболовым асбестом, имею­щим в составе тяжелые металлы и способным накапливаться в орга­низме человека, и хризотиловым, разрушающимся в кислых средах, в том числе и в человеческом организме.

В качестве альтернативы природному асбесту предлагаются ис­кусственные минеральные волокна, стоимость которых в несколько раз превышает стоимость асбеста, а их безопасность для человека практически не изучена. Асбестовое волокно — природный матери­ал, не требующий для своего производства энергоемких технологий, хотя бы поэтому асбест значительно экологичнее искусственных волокон.

Медики считают, что хризотил-асбест при соблюдении правил работы с ним не представляет опасности для здоровья человека. В асбестоцементных материалах асбест заключен в цементной матри­це, что исключает контакт человека с ним и делает его безвредными во всех случаях применения.

Асбестоцемент — искусственный каменный материал, получае­мый при затвердевании смеси портландцемента, асбеста (15...20 % от массы цемента) и воды. Асбест хорошо сцепляется с твердеющим цементом, и благодаря высокой прочности при растяжении асбе­стовое волокно армирует материал по всему объему, т. е. получается дисперсно-армированный бетон (фибробетон).

Асбестоцементные изделия в основном производят отливкой жидко-вязкой массы на частую металлическую сетку с последую­щим обезвоживанием и формованием. Таким образом получают плоские и волнистые листы и трубы.

Используется и другой способ формования асбестоцементных изделий — экструзия — выдавливание пластичной массы, как при производстве кирпича (см. п. 5.3). Таким образом получают пого­нажные изделия: подоконные плиты, швеллеры, пустотелые плиты и панели.

Асбестоцемент при сравнительно небольшой плотности (1600...2000 кг/м³) обладает высокими прочностными показателями (предел прочности при изгибе до 30 МПа, а при сжатии до 90 МПа). Он долговечен, морозостоек (через 50 циклов замораживания-отта- ивания теряет не более 10 % прочно­сти)

и практически водонепроницаем. Недостатки асбестоцемента: хруп­кость (асбестоцемент не выдерживает сильных ударных нагрузок), набуха­ние и усадка при изменении влажно­сти асбестоцемента, сопровождающие­ся короблением.

Волнистые кровельные листы («шифер» от немец. Schiefet — кро­вельный сланец) — основной вид ли­стовых асбестоцементных изделий. Шифер широко используют в качестве кровельного материала (его доля в общем объеме произ­водства кровельных материалов — около 50 %). Кровельные листы выпускают 6 типоразмеров: длиной 1,2...2,5 м; шириной 0,69...1,15 м; толщиной 5,5...7,5 мм (рис. 14.4). Первоначально шифер выпускали в виде плоских листов размером 40 х 40 см (отсюда и пошло назва­ние).

Кроме обычных, выпускают листы, окрашенные атмосферостойкими красками как в массе, так и с поверхности. В последнее время начался выпуск плоских листов с фигурной кромкой, имити­рующих мелкоштучную черепицу. Долговечность асбестоцемент­ных кровель — до 50 лет.

Кроме волнистых листов, выпускают плоские облицовочные лис­ты длиной до 2,8 м, шириной до 1,6 м и толщиной 4... 10 мм, которые используют для устройства стен и перегородок по деревян­ному каркасу, для изготовления санитарно-технических кабин, об­лицовки коридоров, балконов. Санитарными нормами разрешено использование асбестоцементных листов для отделки интерьеров при условии облицовки их поверхности полимерными пленками или окраски эмалями.

Асбестоцементные трубы — очень перспективный вид труб са­мого широкого назначения, обладающих комплексом ценных свойств. Они не подвержены коррозии как металлические, значи­тельно легче их и не склонны к обрастанию. За счет низкой тепло­проводности у них меньше проблем с промерзанием. Асбестоце­ментные трубы соединяются с помощью муфт.

Асбестоцементные трубы выпускают безнапорные и напорные, отличающиеся толщиной и прочностью (рис. 14.5).

Безнапорные трубы (диаметром 100 и 150 мм, длиной от 3 до 6 м) применяют для не напорной канализации, дымоходов, прокладки кабелей и дренажных коллекторов, а также столбов для оград.

Напорные трубы (диаметром от 100 до 500 мм, длиной 4, 5 и 6 м) используют для водо- и газоснабжения, вентиляции, устройства ко­лодцев и мусоропроводов. Особенно эффективны такие трубы для прокладки теплотрасс. Трубы выпускают под рабочее давление 0,6; 0,9; 1,2 и 1,5 МПа.

Напорные трубы стыкуются с помощью самоуплотняющихся муфт (рис. 14.6). Резиновые уплотнители муфт имеют несквозные цилиндрические пустоты. В эти пустоты проникает жидкость, транспортируемая по трубам под давлением, и расширяет резино­вые уплотнители. Это обеспечивает герметичность стыка.

Экструзионные изделия. В отличие от изделий, получаемых по традиционной технологии, в которых волокна ориентированы пре­имущественно в плоскости изделия, в экс-трузионных волокна расположены беспо­рядочно. Из-за этого для обеспечения рав­ной прочности расход асбеста при экстру-зионной технологии выше и составляет около 20 % (от общей массы материала) против 15 % при традиционном методе формования.

Поверхность экструзионных изделий гладкая. При резком нагрев до 400... 600 °С они не «взрываются», как обычные (например, шифер), имеющие слоистую структуру. Морозостойкость экструзион­ных изделий не менее F50.

 

 

Экструзией получают подоконные доски, профильные погонаж­ные изделия и многопустотные панели и настилы.

Многопустотные панели (рис. 14.7) — перспективный вид экструзионных изделий: длина панелей — l = 3...6 м; ширина b = 0,6 м и общая толщина — 60 и 120 мм. Такие панели с пустотами, запол­ненными теплоизоляционными материалами (минеральной ватой, пенопластами и т. п.), можно использовать для стен и покрытий промышленных и сельскохозяйственных зданий, спортивных соо­ружений и т. п.

ДЕРЕВОЦЕМЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Неделовую древесину и отходы деревообработки, составляющие более половины заготовляемой древесины, целесообразно исполь­зовать в качестве заполнителей в материалах на основе минераль­ных вяжущих (в основном на портландцементе). При этом используются положительные свойства обоих компонентов:

• минеральное вяжущее защищает древесину от возгорания и гниения, выступая в роли антипирена и антисептика;

• древесина позволяет получать материалы низкой плотности и достаточно высокой прочности.

Для нейтрализации экстрагируемых из древесины органических веществ, замедляющих твердение вяжущего, древесный заполни­тель (особенно лиственных пород) обрабатывают специальными растворами, содержащими жидкое стекло, хлорид кальция, сульфа­та аммония, известь и др. Эти же компоненты можно добавлять не­посредственно в бетонную смесь.

На основе неделовой древесины и отходов деревообработки производят цементностружечные плиты, фибролит, арболит, кси­лолит и другие материалы.

Цементно-стружечные плиты (ЦСП) получают прессованием древесных стружек с цементным вяжущим и минеральными добав­ками.

Стружки готовят из неделовой древесины как хвойных, так и лиственных пород (размеры стружки: /= 15...45 мм; 6 = 4...6 мм; 5 = 0,15...0,5 мм). В качестве минерального вяжущего применяют портландцемент М500 без пластифицирующих добавок. Расход ос­новных компонентов на 1 м³ ЦСП: цемент — 750...850 кг; струж­ка — 280...350 кг; вода — до необходимой консистенции.

Готовую смесь укладывают на поддоны и прессуют при давле­нии 1,8...2,0 МПа, после чего проводят термообработку при 80...90 ° С в течение 8 ч. Окончательное твердение плит протекает в нормальных условиях в течение 14 дней

Толщина плит — 10...24 мм; плотность ЦСП — 1100... 1400 кг/м³; теплопроводность (в сухом состоянии) — 0,3...0,4 Вт/(м ■ К), водопоглощение (по массе) — 9...16 %; набухание по толщине после 24 ч выдержки в воде — 1...2 %.

Цементно-стружечные плиты — прочный и довольно водостой­кий материал. Их используют для изготовления перегородок, по­толков, подстилающих слоев полов, ограждений лоджий, вентиляционных коробов и других элементов в жилом, промыш­ленном и сельскохозяйственном строительстве. ЦСП применяют также для изготовления сборных щитовых зданий.

Арболит (от лат. arbo — дерево + греч. lithos — камень) — легкий бетон, получаемый из смеси дробленых древесных отходов (в том числе опилок) и портландцемента. В зависимости от средней плот­ности арболит может быть:

• теплоизоляционный (р_т < 500 кг/м³);

• конструкционно-теплоизоляционный (р_т = 500...800 кг/м³).
По прочности при сжатии стандартных образцов арболит делят на классы от ВО,35 до В3,5.

Плотность арболита — 400...800 кг/м³; прочность при сжа­тии — 0,5...6,0 МПа; теплопроводность —0,08...0,17 Вт/(м • К); равновесная (сорбционная) влажность при влажности воздуха (ф = 40...90 %) — 4... 12 %; морозостойкость — 25...30 циклов.

Арболит как в виде блоков и панелей, так и в монолитном вари­анте применяют для стен, перегородок, теплоизоляционных покры­тий жилых и общественных зданий с нормальным режимом

эксплуатации. Конструкционный цементный арболит можно арми­ровать стальной арматурой.

Нельзя применять арболит для стен подвалов, цокольной и кар­низных частей зданий, т. е. там, где возможно непосредственное воздействие воды.

Ксилолит (от греч. xylon — древесина) — разновидность арболи­та, приготовляемого из опилок, древесной муки и магнезиального вяжущего (см. п. 8.4). Отличается высокой прочностью, достаточ­ной твердостью и небольшой теплопроводностью. Широко приме­нялся в конце XIX — начале XX в. для устройства бесшовных монолитных полов, по свойствам, близким паркетным; из ксилоли­та также изготовлялись плитки. В последнее время к ксилолиту вновь возникает интерес у строителей.

Фибролит (от лат. flbra — волокно) получают из тонких длинных древесных стружек (l=50...200 мм; b = 2...5 мм; 8 =0,3...0,5 мм), называемых «древесная шерсть», и портландцемента (реже магнези­ального вяжущего). Смесь из стружек и вяжущего формуется в виде плит, подпрессовывается и выдерживается до затвердевания вяжу­щего.

Длина плит — 2,4 и 3,0 м; ширина —- 0,6 и 1,2 м; толщина — 30...100 мм; средняя плотность плит {марка) — 300; 400 и 500 кг/м³; прочность при изгибе — от 0,4 до 1,5 МПа; теплопровод­ность — 0,07...0,13 Вт/(м • К); водопоглощение (по массе) — не бо­лее 35...40 %.

Фибролитовые плиты применяют в качестве конструкцион­но-теплоизоляционного (марки 400 и 500) и теплоизоляционного (марка 300) материала для заполнения стен, перегородок, утепле­ния перекрытий, но с обязательной защитой поверхностей от про­дувания.

Благодаря развитой системе открытых пор фибролит обладает хорошими акустическими свойствами, поэтому его используют как звукопоглощающий материал.

Фибролитовые плиты можно использовать в качестве несъем­ной опалубки при возведении бетонных стен: в них фибролит оста­ется как теплоизоляционный элемент стены.