Каміння для гідротехнічних споруд. Для річкових і мрських гідротехнічних споруд застосовують каміння правильної та неправильної геометричних форм. Каміння неправильної форми – використовують для влаштування камененакидних гребель, перемичок, дамб, берегоукріплень та інших споруд. Каміння правильної форми – колене й пиляне, використовують для облицювання гребель, набережних, шлюзів. До всіх матеріалів ставлять підвищені вимоги не лише щодо міцності, а й щодо водо- та морозостійкості. Особливо несприятливими є умови експлуатації матеріалів у зоні змінного рівня води, де під час замерзання можуть утворюватися льодові скупчення, які спричинюють значні внутрішні напруження. Захисне облицювання в цій зоні виконують із щільних вивнржених порід з водопоглинанням не більш як 1%, міцністю на стиск не нижче ніж 8…100МПа і морозостійкістю не менш як 300 циклів.
Хімічно стійкі та жаростійкі матеріали й вироби. Численні гірські порди використовують для футерування різних апаратів та установок, які зазнають дії кислот, лугів, солей і агресивних газів, а також впливу високих і різномістких температур і тисків. Із щільних кислототривких гірських порід виготовляють тесані плити, цеглу, бруски, фасонні вироби потрібної форми. У подрібненому вигляді ці породи використовують як заповнювачі в кислототривких цементах. Для захисту від дії кислот використовують гранит, сієніт, базальт, андезит, кварцит, а від дії лугів – карбонатні породи: щільні вапняки, доломіти, магнезити, мармури. Для жаростійких облицювань застосовують вироби з базальту, діабазу, вулканічних туфів.
(3)
Керамічні матеріали одержують з глинястих мас формуванням, сушінням і подальшим випалюванням. Це найстародавніші з усіх штучних камяних матеріалів. Вік керамічної цегли становить понад 5000 років.
Висока довговічність, порівняна простота виготовлення керамічних матеріалів висунули їх на одне з перших місць серед інших будівельних матеріалів. Випуск керамічної цегли становить майже половину обсягу виробництва всіх стінових матеріалів. Керамічні облицювальні плити й досі лишаються основними матеріалами для опорядження санітарних вузлів та багатьох інших приміщень. Не втратили свого значення й керамічні матеріали для зовнішнього одлицювання будівель. Висока міцність, універсальність властивостей і широкий асортимент дають змогу використовувати керамічні вироби у найрізноманітніших конструкціях будівель і споруд : для стін, для мереж каналізації, як легкі пористі заповнювачі для залізобетонних виробів тощо.
За призначенням керамічні матеріали й вироби поділяють на такі види: стінові – цегла звичайна, цегла й каміння поржнисті й пористі, крупні блоки й панелі з цегли та каміння; для зовнішнього облицювання – цегла й каміння керамічні лицьові, кераміка килимова, плитки керамічні фасадні; для внутрішнього облицювання – плитки й плити для стін і підлог; покрівельні – черепиця; труби – дренажні й каналізаційні; заповнювавчі для легких бетонів – керамзит, аглопорит; санітарно – технічні вироби – умивальні столи, ванни; дорожня цегла; кислототривкі вироби – цегла, плитки, труби; вогнетривкі матеріали.
За структурою черепка всі види поділяють на дві групи: пористі і щільні. Пористі поглинають більш ніж 5 % води; в середньому їхнє водопоглинання становить 8…20 %. До цієї групи належать стінові, покрівельні, облицювальні матеріали, дренажні труби тощо. Щільні вироби поглинають менш як 5 % води, найчастіше 1…4 % за масою. Щільну структуру мають плитки для підлоги, дорожня цегла, стінки каналізаційних труб тощо.
(4)
Спільною ознакою будівельних матеріалів і виробів із мінеральних розплавів є силікатна основа, тобто в їхньому складі переважають SiO2та сполуки на його основі – силікати. Сировиною для силікатних розплавів є поширені гірські породи (піски, глини, базальти, діабази, граніти, гнейси, маргелі, мармури, сієніти, сланці тощо), побічні продукти й відходи промисловості, вторинна сировина і т. ін.
Характерна особливість силікатних розплавів полягає в тому, що вони мають здатність при швидкому охолодженні переходити в склоподібний стан – аморфний різновид твердого стану.
Уводячи до силікатного розплаву спеціальні добавки і вибираючи режим термічної обробки, можна одержати склокресталічні матеріали (ситали).
Залежно від виду вихідної сировини матеріали й вироби з мінеральних розплавів поділяють на вироби із скла, шлаків та гірських порід.
(5)
Неорганічними вяжучими речовинами називають порошкоподібні матеріали, які при змішуванні з водою утворюють пластично – вязке тісто, здатне внаслідок фізико – хімічних процесів самочинно тверднути й переходити в каменоподібний стан. Виняток становлять магнезіальні та шлаколужні вяжучі, а також кислототривкий цемент, які змішують водними розчинами деяких солей та інших сполук.
Затверділе вяжуче скріплює між собою неорганічні або органічні заповнювачі, утворюючи моноліт – штучний будівельний конгломерат. На цьому грунтується виробництво будівельних розчинів, бетонів, виготовлення різних безвипалювальних штучних матеріалів та виробів.
Неорганічні вяжучі речовини залежно від умов твердіння та міцності в часі поділяють на повітряні, гідравлічні та вяжучі автоклавного твердіння.
Повітряні вяжучі речовини можуть тверднути й тривалий час зберігати міцність лише на повітрі, а тому їх застосовують у наземних спорудах, які не зазнають впливу води. До них належать гіпсові вяжучі матеріали, магнезіальні, рідке скло, а також повітряне будівельне вапно.
Гідравлічні вяжучі тверднуть і зберігають міцність, а іноді й підвищують її в часі не лише на повітрі, а й у воді. Їх застосовують у наземних, підземних, гідротехнічних та інших спорудах, які зазнають впливу води. До гідравлічних вяжучих належать гідравлічне вапно, романцемент, портландцементи, спеціальні цементи тощо.
Вяжучі автоклавного твердіння – це речовини, здатні тверднути й давати міцний цементний камінь у автоклавах при підвищених температурі, тиску та вологості. До таких вяжучих належать вапняно-кремнеземисті, вапняно-зольні, вапняно-шлакові вяжучі, нефеліновий цемент.
Прості неорганічні вяжучі речовини почали виробляти й застосовувати за 3 – 4 тис. Років до н. е. Їх одержували випалюванням гіпсового каменю та вапняків, а щоб підвищити водостійкість, до вяжучих добавляли тонкоподрібнені мінеральні порошки – вулканічні попели, пемзу тощо.
Наукові основи виробництва неорганічних вяжучих речовин уперш були розроблені й сформувалися в XVIII ст. У 1825 р. Є.Г. Челієв, намагаючись одержати досконаліший вид гідравлічних вяжучої речовини, зробив важливе відкриття: при випалюванні суміші вапняку та глини до “білого жару” (температура 1200…1300 С) утворюється спечений продукт, який у подрібненому вигляді набуває високих гідравлічних та механічних властивостей. На цьому грунтуються основні елементи сучасної технології цементів.
У розробку фізико-хімічних основ виробництва неорганічних вяжучих речовин вагомий внесок зробили праці Д.І. Менделєєва, О.Р. Шульяченка,
І.Г. Малюги, М. М. Ляміна, М.О. Белелюбского, О.О. Байкова та інших вчених.
Сировиною для виробництва неорганічних речовин є гірські порди та побічні продукти промисловості. З гірськіх порід застосовують: сульфатні – гіпс, ангідрит; карбонатні – вапняк, крейду, вапнякові туфи, вапняк-черепашник, мармур, доломіти, доломітизовані вапняки, магнезид; мергелисті – вапнякові маргелі; алюмосилікатні – нефеліни, глини, глинясті сланці; високоглиноземисті - боксити, корунди; кремнеземисті – кварцовий пісок, траси, вулканічний попіл, діатоміт, трепел, опоку. З побічних продуктів для виробництва неорганічних вяжучих застосовують металургічні та інші шлаки, золи ТЕС.
Виробляючи неорганічні вяжучі, крім основної сировини застосовують різні спеціальні добавки, які надають вяжучим потрібних властивостей.
(5.1.)
Розвиток виробництва вяжучих речовин.
Значні об”єми будівництва потребують істотного збільшення випуску в”яжучих різних видів і підвищення їхньої якості. Серед сучасних в”яжучих речовин однією з найбільш застосовуваних, важливих та дефіцитних є цемент. Передбачається збільшити випуск цементу, поліпшити його якість а також розширити виробництво високомарочних та спеціальних цементів.
Починається докорінна реконструкція діючих цементних заводів, переведення їх з мокрого на комбінований та сухий способи виготовлення цементу, що має велике значення в умовах економії паливно-енергетичних ресурсів. Так, комбінований спосіб дає змогу знизити майже на 30% витрату палива, але при цьому на 15…20% підвищується витрата електроенергії.
Поліпшується асортимент цементів, збільшується виробництво швидкотверднучих портландцементу й шлакопортландцементу. Економія від застосування 1т. ШТЦ марки 600 порівняно з маркою 400 досить значна внаслідок скорочення витрати цементу й прискорення виробничого циклу виготовлення залізобетонних виробів. При цьому заводська собівартість залізобетонних виробів, якщо використовується ШТЦ, знижується.
Підвищення марки на один ступінь еквівалентне економії 10…15% цементу в бетоні. Уведення гідрофобно-пластифікуючих добавок надає цементам спеціальних властивостей, дає змогу знизити витрату цементу на 1мм 3 бетону й трудозатрати на формування виробів; ці самі добавки є інтенсифікаторами помелу клінкеру й знижують витрату електроенергії на помел.
У найближчі роки в значних обсягах розвиватиметься виробництво в”яжучих низької водопотреби (ВНВ).
(6)
Бетон – це штучний каменеподібний матеріал, результат твердіння раціонально дібраної суміші вяжучого, заповнювачів, води і, у разі потреби, спеціальних добавок. До затвердіння цю суміш називають бетонною.