Виды выпускаемых строительных материалов

 

Базальтовая пыль, используемая для производства антикоррозионных покрытий, по своим свойствам превосходящие все ныне выпускаемые антикоры. Базальтовые антикоррозионные покрытия устойчивы во всех агрессивных средах, в том числе к щелочам и кислотам за исключением плавиковой. Такие антикоррозионные покрытия являются огнестойкими звуко- и теплоизоляционными. Особо широкое применение они должны найти в судостроении и автомобилестроении для защиты днищ автомобилей и кораблей.

На основе базальтовых волокон развивается широкий ассортимент теплозвукоизоляционных и звукопоглощающих материалов: прошивные маты, рулонная теплоизоляция, плиты, шнуры, картон, взамен асбестового и другие, плотностью от 20 до 200 кг/м3; коэффициентом теплопроводности от 0,0279 до 0,0337 Вт/ (м К) при средней температуре 00С; коэффициент звукопоглощения 0,80-0,98 при частотах (200-1800) Гц.

Фильтрационные материалы: базальтоволокнистые фильтрующие маты гидротехнических дренажных систем с коэффициентом фильтрации 0,58-0,93 см/с, фильтры для очистки и стерилизации воздушных и газовых сред с коэффициентом фильтрующего действия от 0,681 до 0,912, эффективностью фильтрации до 990,99725%.

Конструкционные и армирующие материалы: базальтопластики листовые, профильные, трубы и тому подобное; мелкодисперсная фибра, как армирующий заменитель асбестовых волокон и других композиционных материалов; крупнодисперсная фибра, заменитель металлической арматуры в строительных конструкциях на минеральных вяжущих; то же рулонные и пакетированные базальтоволокнистые армокаркасы; износостойкие детали (валы, шестерни); смазки.

Базальтовые чешуйчатые материалы, как антикоррозионные покрытия; защитная посыпка рулонных кровельных материалов на битумной основе; теплоизоляционные, электроизоляционные и композиционные материалы.

В отечественной и зарубежной практике в качестве армирующего материала для композиционных материалов, в том числе и строительного назначения, применяются стеклянные непрерывные волокна, которые обладают высокой прочностью, устойчивостью к знакопеременным нагрузкам и тепловым ударам, коррозионной стойкостью, долговечностью.

Однако существенным недостатком производства стеклянных непрерывных волокон следует считать необходимость использования шихты из дорогих в настоящее время материалов, таких как кварцевый песок, сода, сульфат натрия, борсодержащие компоненты и другие (стоимость одной тонны сырья более 900$).

В настоящее время имеется технология получения непрерывных волокон из базальтов. Непрерывные волокна получают одностадийным способом. Подготовка сырья сводится только к его дроблению до фракций 3-70 мм и магнитной сепарации. Стоимость сырья с доставкой, даже в очень удаленные места, не более 50 у. е/м3. Стоимость волокнистых материалов из базальта на основе грубых и тонких волокон, приблизительно от 0,1 до 1,5, непрерывного от 2,2 до 3,5$ за один килограмм.

Одним из видов волокон, которые нашли применение в строительстве являются грубые волокна (фибра) со средним диаметром от 80 до 450 мкм. Искусственные каменные материалы, называемые бетонами, известны человечеству не одно тысячелетие. Характеризуясь высокой прочностью на сжатие, они, тем не менее, всегда имели одинаковую проблему - низкое сопротивление на разрыв и образование усадочных трещин при застывании. Большинство строителей часто сталкиваются с многочисленными проблемами при работе с бетоном, такими, как пыль, пластическая усадка и оседание, действие мороза (на раннем этапе). А при дальнейшей эксплуатации проявляются такие свойства, как низкая устойчивость к замерзанию/оттаиванию, слабое сопротивление удару, подверженность истиранию, высокое проникновение воды и химических веществ. Еще древние строители боролись с этим, вводя материалы, имеющие более высокую прочность и гибкость и повышающие однородность застывающего раствора. Египтологи утверждают, что сложный по составу бетон со следами шерсти, меда и других компонентов использовался еще при возведении пирамид, а спустя несколько тысячелетий в раствор для кладки Пятницкой церкви под Черниговым добавляли яичный белок, молоко и рубленую шерсть. Таким образом, использование волокон в качестве вторичного армирования имеет давнюю историю.

Контролировать образование трещин можно несколькими способами, например, вторичным армированием, которое в конструкционном бетоне осуществляется стальной арматурой, а в плитах покрытия - сварной проволочной сеткой или модифицированием вяжущего вещества при помощи полипропиленовых, стеклянных, базальтовых волокон, металлических волокон.

Последний способ более прогрессивен. Он устраняет конструкционные проблемы, связанные с использованием сварной проволочной арматуры в перекрытиях, а также решает задачи ее размещения и позволяет сэкономить на приобретении металла. Например, полипропиленовое волокно может заменить сварную проволочную сетку, предотвращающую образование усадочных трещин в бетоне. У плиты, содержащей волокно, прочность к изгибу на 2% выше. В определенной дозировке волокно заменяет вторичное армирование и обеспечивает пластичность бетона, но не за меняет конструктивную стальную арматуру. Основные свойства волокна в качестве вторичного армирования - это контроль за пластическим оседанием и образованием усадочных трещин, равномерное выступание воды, повышенная устойчивость к истиранию, откалыванию и ударным воздействиям, пониженная проницаемость, повышенная долговечность в условиях замораживания-оттаивания, дисперсное армирование и уменьшение трудозатрат, химическая инертность и повышенное сцепление. Но полипропиленовое волокно имеет свои недостатки: деформацию даже при небольших нагрузках растяжения, оно стареет, то есть теряет свои свойства стечением времени, также оно горит при воздействии на него открытого пламени.

Структура бетона с применением базальтовых волокон (базальтоцемента) близка к структуре, армоцемента с арматурой из стальных сеток. Однако базальтоцемент обладает более высокой прочностью и деформативностью, так как армирующий его базальт обеспечивает более высокую степень дисперсности армирования камня, и сам базальт обладает более высокой прочностью 18000-25000 кг/см2, чем стальная сетка. Кроме того, базальтоцемент может переносить большие упругие деформации потому, что базальтовое волокно при растяжении пластических деформаций не имеет, а по упругости превосходит сталь. При твердении цементного камня образуется агрессивная среда, которая разрушает поверхность волокна, образуя при этом раковины. Прочность волокна уменьшается на 10%, но за счет образовавшихся раковин прочность сцепления камня и волокна увеличивается, таким образом прочность самого изделия возрастает. При использовании толстых волокон (более 100 мкм.) их прочность не изменяется. Главными особенностями базальтоцемента являются его высокая прочность при всех видах напряженных состояний и способность переносить большие деформации в упругом состоянии. При этом относительная деформация цементного камня без образования трещин достигает 0,7-0,9%. Такая деформация в 35-45 раз превосходит предельное удлинение неармированного цементного камня. Значительное увеличение деформативности и прочности цементного камня происходит за счет устранения базальтовыми волокнами влияния концентрации напряжений в местах, ослабленных структурными дефектами цементного камня (раковинами, микротрещинами и т.п.)

Будучи химически инертным, базальтовое волокно не вступает в реакцию с солями или красителями, поэтому бетонные растворы с добавкой волокна применяются и при строительстве морских сооружений, и в архитектурном и декоративном бетонах. В дорожных покрытиях волокно предохраняет бетон и арматуру от проникновения антиобледеняющих солей и агрессивных веществ, а также повышает остаточную прочность и устойчивость к замораживанию-оттаиванию, повышает шероховатость поверхности.

Использование качественного бетона со специальными добавками, включая моно волоконное армирование, обеспечивают стойкость к перепадам температур, защищая от разломов, трещин и отслаивания поверхности; исключает пластические и усадочные трещины; увеличивает долговечность поверхности, края и шва, также устойчивость к истиранию и ударам; обеспечивает раннюю прочность на сжатие, то есть прочность, которую обычный бетон приобретает только через 28 дней с момента укладки.

Область применения волоконного армирования:

Бетонные полы

Взлетные полосы аэропортов

Скоростные автодороги

Промышленные полы в цехах, где установлено тяжелое оборудование

Внутреннее армирование тоннелей и каналов

Укрепление склонов

Ремонт и реконструкция сооружений

Покрытия металлических поверхностей стальных сооружений

Бетонные водные каналы

Огнезащитные конструкции

Военные сооружения

Сейсмостойкие здания и сооружения

Преимущества бетона, армированного базальтовыми волокнами:

Можно забыть о трудностях, связанных с установкой проволочной сетки в тоннелях

Снижается общая стоимость строительства тоннелей

Толщина бетонного слоя может быть уменьшена до половины слоя из обычного бетона

Сроки строительства снижаются в связи с отсутствием необходимости устанавливать проволочную сетку

В коллекторах и подземных водных каналах толщина бетонного покрытия существенно снижается, а сроки строительства более короткие

Волокна могут легко смешиваться в передвижных бетоносмесителях или предварительно перемешиваться с бетонной смесью на бетонных заводах

Необходимость в армировании бетонных полов отпадает благодаря применению волокна, и в этом случае сроки строительства снижаются в два раза

Стоимость ремонта и обслуживания существенно снижается благодаря долговечности бетона армированного волокном

Увеличивается усталостная прочность бетона, армированного базальтовым волокном

Снижается ширина трещин, особенно важная в конструкциях, находящихся в морской воде и доках

При армировании бетона, ударная прочность увеличивается приблизительно в 20 раз

Влияние армирования бетона базальтовыми волокнами зависит от длины волокон и отношения длины к диаметру. Теоретически более длинные волокна и с большим отношением длины к диаметру лучше, чем более короткие. Однако длинные волокна уложить более трудно при торкретировании бетона, и они хуже распределяются в бетоне

Волокна обеспечивают трехмерное упрочнение бетона по сравнению с традиционной арматурой, которая обеспечивает двухмерное упрочнение

Волокна не подвержены электрохимической коррозии, в отличие от обычной арматуры, которая является электрическим проводником и может испытывать катодный эффект.

Различные виды волокон нашли свое применение в шпатлевках и мастиках в качестве наполнителя. Битумная мастика представляет собой однородную массу из нефтяных битумов, пылевидных или волокнистых наполнителей (известняковый, доломитовый, кварцевый порошки, тальк или асбест 7-го сорта, минеральное волокно), антисептиков и добавок. Наполнители позволяют уменьшить расход битума и его хрупкость, повысить теплостойкость. Устройство многослойного гидроизоляционного ковра не требуется при так называемых "безрулонных крышах". Для них могут быть использованы холодные асфальтовые мастики (на известковом эмульгаторе), состоящие (по массе) из эмульсии - 50, пылевидных наполнителей (известняк, доломит, цементная пыль, кирпич) - 35, волокнистых наполнителей типа асбеста, фенола, базальтового волокна, 3-процентного раствора фтористого натрия - 5, воды - 10. Эмульсия содержит 57% битума, 5-8% барды, 36-38% воды.

Существует битумно-резиновая холодная мастика, в состав которой входят битум III - 35-45%, резиновая крошка - 15-20%, растворитель уайт-спирит - 30-40%, наполнитель - волокно - 10-15%. Эту мастику можно транспортировать по трубопроводу. Базальтовые волокна в качестве наполнителя позволяют улучшить механические свойства мастики, предотвращают образование трещин в покрытии в холодное время, уменьшают текучесть мастики при воздействии на нее тепла. Волокна практически не растягиваются, поры на поверхности волокон заполняются, тем самым создается арматура покрытия. Базальт - это щелочная горная порода, поэтому необходимо использовать для производства мастик анионактивные битумные эмульсии. При применении специально вводимых поверхностно-активных веществ (ПАВ) следует иметь в виду, что битумы являются носителями определенных кислородных, сернистых и азотистых соединений, играющих роль ПАВ. Поскольку в битумах присутствуют ПАВ преимущественно анионного типа, хемсорбционные процессы возможны лишь на поверхности минеральных материалов, содержащих оксиды щелочноземельных и тяжелых металлов. На поверхности же минеральных материалов кислой породы адсорбция обычно имеет физический характер. Положительный заряд поверхности основных пород минеральных материалов благоприятствует адсорбции анионных ПАВ, но она не всегда заряжена положительно.

Адсорбционные процессы и молекулярно-поверхностные явления, связанные с адсорбцией ПАВ, изменяют структуру пограничных слоев битума и влияют на свойства битумоминеральных смесей. Анионактивные ПАВ обеспечивают хорошую адгезию тогда, когда образуются труднорастворимые мыла. Установлено, что карбоксильные соединения закрепляются на поверхности минералов как в молекулярной, так и в ионной форме. Поэтому существенное значение имеет предварительная активация минеральной поверхности. Введение ПАВ позволяет улучшить адгезию битума к минеральным составляющим, улучшить их технологические свойства.