Когда изобрели цемент: кто придумал и в каком году, история появления
История цемента как строительного материала насчитывает много лет, в течение которых менялись его структура, состав и технические характеристики с целью улучшения качеств и определения самого удачного варианта. Сегодня цемент является одним из основных строительных материалов, ведь представить осуществление каких-либо работ без бетона очень сложно.
Цемент представляет собой неорганическое гидравлическое вяжущее искусственного происхождения, которое в процессе взаимодействия с водой и другими жидкостями создает пластичную массу, способную затвердевать и превращаться в каменный монолит с высокими прочностными характеристиками. Особенность цемента – способность набирать прочность в условиях влажности, что не могут делать другие минеральные вяжущие (воздушная известь, гипс и т.д.).
Основным показателем свойств цемента является его марка: буква М и цифры рядом обозначают уровень прочности на сжатие и другие сопутствующие характеристики (М200, М500). Производят цемент посредством тонкого помола гипса и клинкера (продукт равномерного обжига до состояния спекания однородного сырья из глины и известняка). В процессе измельчения в состав могут вводиться разные добавки для изменения свойств.
Чаще всего используют портландцемент, который производят путем нагрева глины и известняка до +1450-1480 градусов. Смесь плавится, формируя гранулы клинкера, который потом смалывают с гипсом.
Немного предыстории о материале
На вопрос о том, когда изобрели цемент, ответить трудно. Принято считать, что основные способы производства вяжущих нашли в 3-4 тысячелетии до н.э. Случилось это при обжиге горных пород и измельчении того, что получилось. Самые первые созданные искусственно вяжущие – это строительный гипс и известь.
Ввиду того, что глина и гипс могут затвердевать лишь на воздухе, их называют воздушными. Прочность материалы демонстрируют сравнительно невысокую. По мере изучения свойств материалов их водостойкость начали повышать добавлением мелкосмолотой обожженной глины, вулканических пород (это «пуццоланы» — название пошло от места залегания пород в городе Поццуолли, древний Рим).
С 1584 года в Москве начал действовать «Каменный приказ», направленный на производство кирпича, заготовку камня для строительных целей, а также производство извести. В течение многих лет гипс и известь оставались основными видами вяжущего. В 18 столетии в России начала интенсивно развиваться промышленность, были попытки систематизировать знания про вяжущие вещества, создавать новые виды.
Цемент был изобретен в 1822 году, когда русский строитель Егор Челиев смешал глину с известью и получил материал, обладающий вяжущими свойствами. Через несколько лет он издал книгу, где полностью описал процесс приготовления не только цементных материалов, но и бетон, а также рассмотрел достоинства их применения в кладке кирпичей, возведении зданий и набережных.
Практически одновременно несколько людей решили соединить свойства двух материалов для лучшего результата. На юге Франции в 1850 году Жан-Луи Ламбо построил несколько лодок из армированного железной сеткой бетона. В 1854 году британец Уильям Уилкинсон первым использовал бетонные панели, армированные железными балками, в возведении 2-этажного дома в Ньюкасле.
Тогда же примерно еще один строитель, Франсуа Куанье, во Франции решил поэкспериментировать – он первым связал стеновые панели со стальной арматурой перекрытий. Правда, в массы это не пошло. А вот ввел в практику железобетон человек, далекий от строительства. Создание железобетона стало одним из самых важных событий за всю историю строительства.
В 1846 году Джозеф Монье был назначен садовником оранжереи в известном саду Тюильри, что возле Лувра. Ему понадобились прочные садовые кадки для пересадки на зиму апельсиновых деревьев. Монье создал несколько кадок из смеси цемента, песка, молотого кирпича, золы (бетон), но конструкция постоянно покрывалась трещинами. И тогда Монье решил укрепить их железными стержнями.
Тогда принято было считать, что железо разрушает бетон при перепадах температур, но за 3 года все кадки остались целы. Тогда Монье сделал таким же образом емкости для воды, элементы украшения ландшафта, а в 1867 году представил железобетон миру в Париже, запатентовав его использование в искусственных водоемах. Дальше были оформлены и другие патенты – на бассейны и трубы, строительные панели, конструкции мостов, шпалы и балки.
Изобретенный Монье материал в 1875 году под его же руководством был использован в строительстве небольшого моста в замке Шазелье. А потом, в 1879 году, инженер-строитель из Германии по имени Густав Вайс выкупил все патенты у Монье и усовершенствовал конструкцию, передвинув арматуру в бок максимальной нагрузки на растяжение (ведь Монье инженером не был, такие нюансы не учитывал).
Цемент – это не какой-то отдельный строительный материал, этот термин обозначает группу веществ с определенными физическими характеристиками: порошкообразность, вязкость, способность создавать пластичную массу с водой, а после высыхания становиться монолитом. Процесс всегда односторонний, обратно вернуть ничего нельзя.
Затвердевший цемент никогда не вернется в исходное состояние. Главные компоненты цемента – маргелистые, глинистые, известковые породы, разные добавки (бокситы, шлак и т.д.). После высокотехнологичной и высокотемпературной обработки сырье сплавляется (частично или полностью), создавая алюминаты/силикаты кальция, что делает его прочным. Видов цемента много.
Добавки в цементе обозначаются буквой Д и указывают процент (Д20 – 20% модифицирующих добавок). Если цемент чистый, стоит Д0. Благодаря добавкам удается повысить такие показатели, как стойкость к воде и коррозии, морозу и солнцу, упругость и пластичность, а также другие.
Характеристики и области применения наиболее востребованных марок
Рассматривая цемент и его характеристики, нужно понимать, какой функционал возложен на материал. Главная задача вяжущего – связывание всех компонентов конструкции/изделия в монолитное целое. Существует всего 2 типа вяжущих: воздушные (твердеющие на воздухе) и те, на свойства которых оказывает воздействие вода. Воздушные вяжущие – это гипс, глина, воздушная известь, гидравлические – цемент и гидравлическая известь.
Цемент – самый часто используемый вяжущий материал, который дает возможность создавать изделия/конструкции высокой прочности. В соответствии с типом исходного сырья и добавок есть два типа цемента – портландцемент и шлакопортландцемент. Портландцемент делится на быстротвердеющий материал и вяжущее с минеральными добавками.
Бетонные конструкции, в производстве которых используют цемент, могут обладать самыми разными техническими характеристиками. Добавки позволяют повышать свойства стойкости к морозу, влаге, агрессивным средам, погодным условиям, нагрузкам и т.д. Так, бетон используют для возведения домов и зданий, изделий и конструкций, даже ракетно-стартовых площадок и аэродромов.
Для обозначения максимальных показателей прочности используют понятие «марка» и цифры. Так, марка М400 указывает, что в лабораторных испытаниях затвердевший кубик из цемента с ребром 10 сантиметров при раздавливании под прессом выдерживает нагрузку 400 кг/см2. Самые распространенные марки – от М200 до М500. Есть цемент М600 и выше, но он актуален для возведения военных объектов, конструкций особого назначения.
Разные виды цемента могут отличаться по физико-техническим свойствам. Основной критерий выбора марки цемента – сфера эксплуатации изделия, конструкции, здания, предполагаемые нагрузки, условия.
История цемента показывает, что создание данного вещества стало одним из самых важных событий в ремонтно-строительной сфере. Не менее важным этапом стало и объединение бетона с металлом, открыв эру железобетонных зданий, конструкций, изделий. При выборе цемента необходимо ориентироваться на основные марки и их характеристики, обращая внимание на соответствие требованиям по проекту, условиям эксплуатации, нагрузкам и т.д.
Источник
История цемента
 |
| Римский Пантеон, 115—125. Архитектор Аполлодор из Дамаска.Один из самых известных примеров использования бетона на основе вулканического пуццоланового пепла. |
Примерно 3000—4000 лет до н.э. были найдены способы получения искусственных вяжущих веществ путем обжига некоторых горных пород и тонкого измельчения продуктов этого обжига. Первые искусственные вяжущие вещества — строительный гипс, а затем и известь — были применены при строительстве уникальных сооружений: бетонной галереи легендарного лабиринта в древнем Египте (3600 год до н.э.), фундаментов древнейших сооружений в Мексике, Великой Китайской стены, римского Пантеона.
Глина, гипс и известь способны твердеть только на воздухе, поэтому эти вяжущие материалы получили название воздушных. Все воздушные вяжущие вещества характеризуются относительно невысокой прочностью. Со временем научились повышать водостойкость известковых растворов, вводя в них тонкомолотые обожженную глину, бой кирпича или вулканические породы, известные под названием «пуццоланы». Так их называли древние римляне по месту залежей близ города Поццуолли.
На территории Древней Руси, развитие производства вяжущих материалов связано с возникновением древних городов — Киева, Новгорода, Москвы и др. Вяжущие материалы использовали при возведении крепостных стен, башен, соборов. В 1584 г. в Москве был учрежден «Каменный приказ», который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также производством извести.
Несколько тысячелетий гипс и воздушная известь были единственными вяжущими материалами. Однако они отличались недостаточной водостойкостью. Развитие мореплавания в XVII-XVIII вв. потребовало для строительства портовых сооружений создания новых вяжущих, устойчивых к действию воды.
В 1756 году англичанин Д. Смит обжигом известняка с глинистыми примесями получил водостойкое вяжущее, названное гидравлической известью. В 1796 году англичанином Д. Паркером был запатентован роман-цемент, способный твердеть как на воздухе, так и в воде. В наше время эти вяжущие утратили практическое значение, но до второй половины XIX в. они были основными материалами для строительства гидротехнических сооружений. Интенсивное развитие промышленности в России в XVIII в., когда было построено 3 тысячи промышленных предприятий, не считая горных заводов, потребовало систематизации накопленного опыта производства и применения вяжущих, создания более эффективных их видов. В 1807 году академик В.М. Севергин дал описание вяжущего вещества, получаемого обжигом мергеля с последующим размолом. Полученный продукт по качеству был лучше роман-цемента.
В России цемент начали производить в 19-м столетии. 1822 году, когда русский строитель Егор Челиев получил вяжущий материал из смеси извести и глины. Свои результаты он изложил в книге «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы», изданной в Петербурге. Несколько лет спустя он же выпустил книгу, где описал способ приготовления цемента и бетона, а так же плюсы его использования для кладки кирпичей при строительстве зданий и набережных.
В 1856 г. был пущен первый в России завод портландцемента, который расположился в г. Гроздеце, затем были построены заводы в Риге (1866), Щурове (1870), Пунане-Кунда (1871), Подольске (1874), Новороссийске (1882), и т.д.
Цемент практически сразу же оценили везде. Так, в 1875 году в России на базе нескольких цементных заводов Подольского уезда был создан цементный завод Московского Акционерного Общества. Основал этот завод, который впоследствии стал крупнейшим цементным заводом, московский купец Пороховщиков.
Цемент сам по себе не является каким-то конкретным строительным материалом. Это общее название для определённой группы веществ, основными физическими характеристиками которых являются порошкообразность, вязкость и способность при смешивании с водой (в некоторых случаях с водными растворами солей) образовывать пластичную массу, которая при высыхании принимает камневидное состояние. Важно отметить, что процесс это односторонний, т. е. раз затвердев, цемент уже не сможет вернуться в своё первоначальное состояние. Основными составляющими компонентами цемента являются известковые, маргелистые, глинистые породы и всевозможные добавки (бокситы, шлак и т. д.). Этот сырьевой материал подвергают высокотехнологичной и высокотемпературной обработке, в процессе которой начальное сырьё доходит до стадии полного или частичного плавления. Так образуются силикаты и алюминаты кальция, благодаря которым цемент и приобретает своё главное качество — высокую прочность.
В начале 20 века, в России работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. тонн цемента. Однако после Первой мировой войны большинство цементных заводов было разрушено. С приходом советской власти цементную промышленность России пришлось создавать практически с нуля.
Уже в 1962 году, СССР занял первое место в мире по выпуску цемента. В 1971 году выпуск цемента в стране превысил 100 млн. тонн. Цементная промышленность СССР отличалась высокой концентрацией производства. Средняя мощность цементного завода в СССР была почти в 2 раза выше, чем в США, и на 30% выше, чем в Японии.
Сегодня, Россия занимает пятое место в мире по объемам производства цемента, уступая Китаю, Индии, США и Японии.
Российская цементная промышленность находится в числе самых быстрорастущих мировых индустрий с темпами около 9%, при этом в ближайшие годы можно прогнозировать увеличение темпов роста.
Сегодня, главным недостатком российских цементных заводов является то, что они используют мокрый способ производства цемента, который гораздо более энергоемкий, чем используемый в развитых странах мира сухой способ. Поэтому для компаний важно постепенно переходить на более прогрессивные энергосберегающие технологии.
Вяжущие материалы для строительства
Назначение вяжущих материалов — связать в монолитное целое все компоненты будущего изделия или конструкции. Различают два вида вяжущих материалов: твердеющие только на воздухе — воздушные и материалы, на свойства которых после начала схватывания вода не может оказать отрицательного воздействия, а в некоторых случаях оказывает даже положительное воздействие — гидравлические. К воздушным относятся глина, гипс и воздушная известь. К гидравлическим — гидравлическая известь и цементы.
Глина — это мягкая, мелкодисперсная разновидность горных пород. При разведении водой образует пластичную массу, легко подвергающуюся любому формообразованию. При обжиге глина спекается, твердеет и превращается в камневидное тело, а при более высоких температурах обжига расплавляется и может достичь стекловидного состояния.
В зависимости от примесей глина принимает разный цвет окраски. Наиболее ценный сырьевой вид глины — белая глина или иначе каолин.
Глина имеет свойство впитывать воду до определённого предела, после которого она уже не в состоянии её впитывать или пропускать через себя. Это свойство глины используется для создания насыпных гидроизоляционных слоёв.
В зависимости от стойкости глины к температуре выделяют глины легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные. Их температуры плавления соответственно от 13800С до 15500С и выше. Чистый каолин плавится при температуре выше 17500С.
Тугоплавкие глины служат сырьём для изготовления огнеупорных материалов.
Известь получают путём обжига известняка при высоких температурах. Полученную таким образом известь называют известь-кипелка за то, что при контакте с водой идёт активное выделение углекислого газа. Этот процесс называют «гашением». Для большинства случаев применения извести она должна быть «погашена».
Погашенная известь превращается в тесто, которое можно хранить много лет. От продолжительного хранения свойства извести могут даже улучшиться.
Для получения вяжущего раствора известковое тесто смешивают с песком. Такой раствор используют при кладке фундаментов под печи, дымовых труб и применяют для оштукатуривания стен домов и печей.
Гипс получают путём обжига горной породы — гипсового камня и последующего измельчения продукта обжига. Гипс существенно уступает цементу по прочности изделий, полученных при его использовании в качестве вяжущего материала, а также уступает ему в гигроскопичности — способности противостоять прониканию влаги в тело конструкции. Поэтому гипс применяют в конструкциях и растворах, работающих внутри помещений. Гипс бывает марки А — быстротвердеющий (конец схватывания — менее 15 мин) и марки Б — нормальнотвердеющий (конец схватывания — 30 мин). Гипс служит основой растворов для заделки мелких неровностей и трещин бетонных плоскостей стен и потолочных перекрытий, а также оштукатуривания печей.
Цемент — наиболее распространённый вяжущий материал, позволяющий получать изделия и конструкции высочайшей прочности. Цемент — результат мелкодисперсного измельчения продуктов спекания одного из видов глины — мергеля или смеси известняка и глины. Процесс спекания ведётся в специальных печах.
При измельчении к продуктам спекания делаются дозированные добавки гипса, шлака, песка и других компонентов, что позволяет получать цемент с самыми различными свойствами.
В зависимости от исходного сырья и введённых добавок цементы подразделяют на портландцементы и шлакопортландцементы. Среди портландцементов выделяют быстротвердеющие и портландцементы с минеральными добавками.
Бетонные конструкции, в которых используется та или иная марка цемента, могут приобретать уникальные свойства. Прежде всего, это особо прочные бетоны, например, для взлётных полос аэродромов и ракетно-стартовых площадок, морозо-, огне- и солеустойчивые марки.
Для обозначения максимальных прочностных качеств цемента применяется понятие «марка». «Марка 400» обозначает, что в заводской лаборатории при пробном испытании затвердевшего цементного кубика с ребром 100 мм при раздавливании на прессе он выдержал нагрузку не менее 400 кг/см2. Наиболее распространёнными являются марки от 350 до 500. Изготавливается цемент до 600-й и даже 700-й марки.
Все цементы имеют достаточно быстрое время твердения. Начало твердения-схватывания лежит в пределах 40-50 мин, а конец твердения — около 10—12 часов.
Ниже приводится краткое описание наиболее широко применяемых в строительстве цементов.
Портландцемент 400-Д20 рекомендуется для производства монолитных, бетонных и железобетонных конструкций, сборных железобетонных изделий, строительных растворов.
Портландцемент 500-Д5 применяется для строительства гидротехнических сооружений, для производства высокопрочных сборных железобетонных конструкций, монолитных железобетонных сооружений, аварийных ремонтных работ при высокой начальной прочности.
Сульфатостойкий цемент. Применяется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся действию сульфатных вод преимущественно в условиях переменного горизонта воды при систематическом замораживании и оттаивании, или увлажнении и высыхании, а также свай, сооружений опор, мостов, предназначенных для службы в минеральных водах.
Напрягающий цемент. Применяется при строительстве и ремонте подземных ёмкостных сооружений, бассейнов, подвалов, подземных гаражей, безрулонной эксплуатируемой кровли, транспортных и коммуникационных тоннелей, в том числе тоннелей метро; полов общественных зданий, трещиностойких водонепроницаемых стыков, швов всех видов, восстановления их водонепроницаемости.
Тампонажный цемент. Применяется для цементирования нефтяных, газовых и других скважин.
Высокоглинозёмистый цемент ВГЦ . Использование ВГЦ обеспечивает бетонам и растворам быстрое твердение и высокую прочность в ранние сроки, стойкость в агрессивных средах и высокую огнеупорность. Эти свойства делают высокоглинозёмистый цемент ценным материалом при проведении восстановительных работ — при прорывах плотин, труб, для ремонта дорог и мостов, при срочном возведении фундаментов. Большой диапазон рабочих температур (до 1750оC) позволяет широко использовать ВГЦ для футеровки шахтных колодцев, тепловых агрегатов чёрной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, керамической цементной промышленности.
Белый и цветной цемент. Применяется для архитектурно-отделочных и скульптурных работ, покраски кирпичных, шлакоблочных, бетонных и др. оштукатуренных частей здания и сооружений. Белый и цветной цемент — это прочный и долговечный материал, не содержит вредных добавок и хлористых соединений.
Более подробно остановимся на супербелом портландцементе .
Его производитель — датская компания «Ольборг Портланд», многие годы известна на рынке строительных материалов. Фирма выпускает несколько видов обычного цемента. Но наиболее важным продуктом здесь считают всё же супербелый портландцемент. В данный момент этот вид цемента поставляется более чем в 70 стран мира и находит там самое широкое применение, от строительства до реставрации.
Его популярности способствует не только достаточно эксклюзивные свойства, но и широкие возможности применения. Белый цемент является материалом с уникальными характеристиками, которые позволяют использовать его в изготовлении скульптурных элементов, колонн, а также при отделочных работах, например, фасада здания. Эстетические требования, предъявляемые к фасадам и другим парадным строительным элементам, делают применение белого цемента особенно эффективным.
Его использование позволяет получить уникальный продукт с вкраплениями мрамора — «Тераццо», из которого изготавливают различного вида плитки, напольное покрытие, а также лестничные марши. Более того, тот факт, что белая поверхность является более светоотражающей, чем серая, позволяет использовать белый цемент для изготовления ступеней, лестниц, уличных и тротуарных плит и блоков, барьеров безопасности, тоннельных скатов и т. д. Наконец, супербелый портландцемент применяется в известковом растворе, красках на цементной основе, штукатурках, а также в производстве сухих смесей. Именно как составляющий компонент в сухих смесях белый цемент более всего и известен на российском строительном рынке.
Остальные его качества ещё не в полной мере используются отечественными строителями. А все попытки производить продукцию подобного качества непосредственно в нашей стране положительных результатов не дали. Компания «Ольборг Портланд» использует для производства супербелого цемента сверхчистый известняк и тонкомолотый песок. Поэтому неудивительно, что датский супербелый цемент согласуется с местными стандартами на всех рынках его сбыта.
Маркировка цемента
Цемент, как и любой другой материал, применяемый в строительстве, различается по своим физико-техническим характеристикам в зависимости от того, в каких условиях предполагается его эксплуатация.
Покупая цемент, надо обращать внимание на следующие обозначения, указывающие его особенности. Марка цемента обозначается буквами М или ПЦ с рядом стоящей цифрой. Она указывает на максимальные прочностные качества цемента. Так, маркировка цемента М500 будет обозначать, что данный вид цемента способен выдержать нагрузку в 500 кг/см. Эти данные получают в заводских лабораториях при обязательных пробных испытаниях каждой новой партии цемента. Самыми популярными марками цемента являются марки от 350 до 500. Однако для особо ответственных работ изготавливают цемент с маркировкой, достигающей отметки 700.
Второй наиболее важной характеристикой цемента, отражённой в его маркировке, является процентное содержание добавок. Оно обозначается литерой Д . Например, цемент с маркировкой Д20 будет содержать 20% добавок. Эта характеристика важна потому, что процент добавок влияет на пластичность и прочность цемента. Если цемент обладает какими-либо дополнительными специфическими свойствами, то на это указывают специальные обозначения. Так, например, сульфатостойкий цемент будет дополнительно маркирован аббревиатурой СС .
Добавление цемента в другие материалы придаёт им уникальные свойства. Прежде всего, они касаются прочностных характеристик. Всем известно, что цементные добавки часто используют в бетонных, а, следовательно, и в железобетонных конструкциях. Это касается не только строительства домов, но и таких объектов, как взлётные полосы аэродромов и ракетно-стартовых площадок, где прочность играет немаловажную роль.
Как уже было сказано выше, самыми популярными марками цемента являются марки от 350 до 500. Рассмотрим основные характеристики и применение некоторых из них.
Марка цемента М (ПЦ) 400 — Д20 указывает на то, что этот вид цемента обладает повышенной морозостойкостью и водостойкостью. Основная сфера применения такого цемента — строительство (сюда входит как жилищное, так и промышленное, сельскохозяйственное). Его используют при изготовлении сборного железобетона, стеновых перекрытий, фундамента и т. д.
Практически аналогичными свойствами и сферой применения обладает цемент марки М 500 — Д20 . Помимо хорошей водостойкости и морозостойкости данный вид цемента обладает пониженной сопротивляемостью коррозийным воздействиям. Его применяют, как и цемент марки ПЦ 400 — Д20 для строительства, а так же он подходит для штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ и изготовления различных строительных растворов.
Цемент марки М 500 — Д0 , введённый в состав бетона, придаёт последнему такие характеристики, как: повышенная морозостойкость, водостойкость, долговечность. Он незаменим в промышленном строительстве, особенно при выполнении аварийных и восстановительных работ.
При строительстве сооружений, так или иначе связанных с воздействием пресной или минерализованной водой, надо использовать цемент марки ПЦ (М) 400 — Д0 . Без него не обойтись при изготовлении бетонных конструкций с применением термовлажностной обработки. Так же этот цемент хорош для изготовления бетонных и строительных растворов. Ещё одной важной характеристикой цемента является его время твердения. Этот процесс проходит в несколько этапов: первый — схватывание (начало твердения) цемента. Он занимает 40—50 минут. Второй — конец твердения. Он наступает через 10 —12 часов.
От правильного выбора цемента при строительных работах зависит то, как долго и как эффективно будет эксплуатироваться то или иное сооружение.
Растворы для печной кладки
От качества раствора зависит прочность печной кладки. Раствор — это смесь вяжущих веществ, заполнителя и воды. Его назначение — связывать воедино отдельные камни, кирпичи, блоки. Характеризуются растворы численным соотношением вяжущих веществ и заполнителей. Например, 1:1 означает, то что на одну объемную часть вяжущего вещества необходимо взять одну объемную часть заполнителя, 1:3 — на одну часть вяжущего вещества требуется три части заполнителя. Кроме простых составляют сложные растворы из двух вяжущих веществ и заполнителя. Сложные растворы могут быть цементно-известковыми, цементно-глиняными, известково-глиняными. Не всегда части берут целыми единицами, иногда приходится брать десятыми долями. Например, в некоторые глины или известь добавляют не одну часть заполнителя, а 0,25 или 0,5 и т. д., то же относится и к сложным растворам, где какое-то вяжущее берется не целыми единицами.
Необходимо помнить, что тощие растворы не обладают нужной пластичностью и крепостью, жирные — пластичны, но при высыхании образуют трещины, поэтому самые распространенные — средней пластичности, или нормальные, в которых в норме вяжущее и наполнитель, они прочны, не трескаются при высыхании и дают минимальную усадку. Следовательно, растворы нужно тщательно подбирать, то есть брать в норме вяжущее вещество и заполнитель. Воду во всех случаях берут в зависимости от требования к густоте раствора. Приготовленные растворы следует хранить закрытыми во избежание их загрязнения. Известковые, цементные и сложные растворы наносят только инструментом.
Глиняный раствор
Главным недостатком глиняного раствора является его неустойчивость к воздействию влаги, поэтому глиняный раствор используют только при кладке основного массива печи. Для возведения печной трубы или фундамента он непригоден.
Шов глиняного раствора не должен превышать по толщине 5 мм, иначе под действием высоких температур он начнет трескаться, и в образовавшиеся пустоты будет проникать воздух, ухудшая работу печи. Такой раствор нужно готовить из хорошей глины и мелкого просеянного песка с диаметром песчинок не более 1 мм. Раствор следует тщательно перемешать.
Глиняные растворы подразделяются на жирные, нормальные и тощие. Жирные растворы обладают хорошей пластичность, однако сильно растрескивается при высыхании. Тощие растворы практически не имеют пластичности, крошатся и весьма непрочны.
Нормальные растворы при правильно подобранном сочетании вяжущего компонента и заполнителя в меру пластичны, практически не подвержены растрескиванию при высыхании, дают минимальную усадку, т. е. почти не меняют своего объема. Именно ими рекомендуется пользоваться при возведении печей.
Густота раствора — фактор немаловажный. На вид правильно приготовленный раствор должен быть однородным, т. е. участков из одного заполнителя или глины быть не должно. По своей густоте раствор должен напоминать сметану, это легко проверить. При кладке намоченного кирпича лишний раствор должен легко выдавливаться тяжестью самого кирпича и при легком нажиме на него рукой.
Нелишним будет проверить и качество используемой глины. Сделать это можно следующими способами. Готовится несколько растворов с различным содержанием глины и песка. Делается это так. Отмеряют пять одинаковых порций глины, после первую порцию оставляют в чистом виде, во вторую порцию добавляют 10% песка, в третью — 25%, в четвертую — 75% и в пятую — 100%, т. е. столько же, сколько и глины. Если известно, что глина жирная, то количество песка берется для второй порции 50%, для третьей — 100%, для четвертой — 150% и для пятой — 200% от количества глины.
Каждую порцию раствора необходимо хорошо перемешать до состояния полной однородности, затем, понемногу добавляя воду, нужно получить достаточно густое тесто, которое не должно прилипать к рукам.
Из каждой порции раствора делают по 2 —3 шарика диаметром 4 —5 см и 2 —3 пластинки толщиной 2 —3 см. Шарики и пластинки помечают и сушат 10 —12 дней в помещении без сквозняков, с постоянной комнатной температурой. Если высохшие шарики и пластинки не растрескались и шарики, падая с высоты 1 м на пол, не рассыпаются, раствор можно считать нормальным, т. е. годным для строительства. Если раствор окажется тощим, то пластинки будут легко ломаться, а шарики при падении – рассыпаться. Пластинки и шарики из жирного раствора растрескиваются при сушке.
Для более точного определения качества раствора сырые шарики помещают между двумя строганными дощечками и сдавливают до тех пор, пока на шариках не образуются трещины. На шариках из раствора малой пластичности большие трещины появляются уже при сжатии шариков на 1/5 —1/3 их диаметра. На шариках из раствора средней пластичности мелкие трещины образуются при сжатии на 1/3 их диаметра. Тонкие трещины на шариках из высокопластичного раствора появляются при сжатии на 1/2 их диаметра.
Можно также вместо шариков приготовить жгутики толщиной 1 —1,5 см и длиной 15 —20 см. При растяжении жгутик из малопластичного раствора почти не растягивается и дает неровный разрыв. Жгутик из раствора средней пластичности вытягивается плавно и обрывается, когда его толщина в месте разрыва составляет 1/5 —1/6 первоначальной толщины. Жгутик из пластичного и высокопластичного растворов вытягивается плавно, постепенно утончаясь, и рвется при толщине около 1/8 —1/10 своего диаметра.
Еще один способ проверки глиняного раствора на пластичность – это свернуть жгутик из него в кольцо вокруг деревянной палочки диаметром 4 —5 см. При таком сгибании жгутик из раствора с малой пластичностью покроется трещинами и разрывами, при средней пластичности в местах сгибания образуются мелкие трещины, но сам жгутик остается цел. При высокой пластичности раствора ни трещин, ни разрывов не будет.
143. Определение пластичности (жирности) раствора веслом; а — малая пластичность (тощий раствор); б — средняя пластичность (нормальный), в — высокая пластичность (жирный);
144. Определение пластичности глиняного раствора способом «шарика»: а — шарик из раствора малой пластичности (сжатие 1/5—1/4 диаметра). б — шарик из высокопластичного раствора (сжатие 1/2 диаметра);
145. Определение пластичности глиняного раствора способом «жгутика» (слева — растягиванием, справа — сгибанием вокруг скалки)
Таким образом, двух или трехкратное повторное испытание способом раздавливания шарика, растягивания и сгибания жгутика дает возможность выбрать глину средней пластичности, пригодную для изготовления кирпича-сырца и глиняного раствора, применяемых для кладки печей. Такой раствор хорошо выдерживает нагревание до 800 —1000 °С, не теряет при этом прочности и не выделяет вредных испарений. При нагревании и остывании раствор изменяет свой объем одинаково с кирпичом и не расстраивает кладку, сохраняя ее без растрескивания. Определив соответствующий состав глиняного раствора, приступают к его приготовлению.
Напоминаем, что количество раствора, идущего на печную кладку, довольно велико — от 1/13 до 1/10 объема печи, считая по наружному размеру. В среднем считают, что на 100 штук кирпича нужно глины от 2 до 2,3 ведра, песка — от 1,5 до 2 ведер. Необходимо знать, что чем ровнее кирпич, чем через более частое сито процежен глиняный раствор и чем тоньше швы, тем меньше пойдет раствора для выполнения работы. В дальнейшем для каждой печи будет указано нужное количество глины и песка для приготовления раствора. Эти данные даются условно, так как все зависит от качества материалов и техники кладки. Печная кладка должна иметь тонкие швы. Чтобы получить тонкие швы, материалы в отдельности просеивают или раствор процеживают через сито. При процеживании раствор еще раз дополнительно перемешивают, чтобы в нём не осталось сгустков и он стал совершенно однородным.
Раствор приготовляют таким, чтобы он имел хорошую пластичность и прочность. Обычно берут одну часть глины и столько же песка или в соотношении 1:2. Гораздо лучше, когда глину проверяют. Количество воды равняется примерно 1/4 объема глины. Нормальные по жирности и пластичности растворы обладают достаточно хорошей прочностью. Высыхая, они не трескаются, не дают большой усадки и мало выкрашиваются из швов.
Кирпич-сырец — лучший материал для приготовления раствора. В нем тщательно подобран состав глины и песка. Такие глины требуют только размачивания водой и тщательного разминания комков. Воды берут столько, чтобы получить раствор нужной густоты или до рабочего состояния.
Любую глину перед приготовлением раствора следует проверить. Например, берут пять одинаковых порций глины (по 0,5 или 1 л). В нее добавляют воду в таком количестве, чтобы получилось крутое глиняное тесто. Первую порцию оставляют в чистом виде, во вторую добавляют 10% песка, в третью — 25%, в четвертую — 75% и в пятую -100%. Если испытываемая глина жирная, то количество песка берут для второй порции — 50%, для третьей — 100, для четвертой — 150 и для пятой — 200%. Каждую порцию в отдельности хорошо перемешивают с добавлением воды до тех пор, пока раствор не станет совершенно однородным и влага не распределится равномерно по всей массе. После этого в приготовленные порции глины добавляют песок и воду, еще раз тщательно перемешивают, получая крутое тесто.
В готовом растворе не должно быть сгустков или крупных частиц. Правильно сделанные глиняные растворы могут храниться неограниченное количество времени, в случае засыхания их просто разводят водой.
Перед началом кладки кирпич вымачивают в воде в течение суток. Печная кладка, выполненная из вымоченного кирпича и хорошо приготовленного глиняного раствора, может стоять веками, и для ее разбора часто требуется зубило. Если же кирпич просто сполоснули и положили на плохо приготовленный раствор, то такая кладка, соответственно, продержится недолго и разобрать ее можно будет голыми руками. При возведении конструкции из шамотного или огнеупорного кирпича раствор готовят из огнеупорной глины и шамота (1 : 1).
Приготовление раствора из просеянных материалов
Просеивают песок через сито. Глину кладут в крепкую посуду, чаще всего бочку или ящик, заливают ее водой, разминают крупные куски, хорошо перемешивают и оставляют на сутки — двое. Следует учесть, что чем глина больше находится в воде, тем ее частицы лучше размокают и она становится пластичнее. Замоченную глину еще раз перемешивают (лучше ее перемешивать неоднократно) и процеживают через сито в другую посуду, получая сметанообразную массу. Приготовив нужное количество глины, приступают к приготовлению раствора, отмеривая при этом глину и песок нужными частями. Сперва рекомендуется насыпать в ящик слой песка, затем налить глину, засыпать ее вторым слоем песка и тщательно перемешать. Для полной однородности раствор процеживают через сито.
Хорошо перемешанным раствор считается тогда, когда при растирании его между пальцами ощущается шероховатый слой песчинок, а не скользкая пленка с отдельными песчинками в ней. Нормально приготовленный раствор похож на густую сметану, он легко сползает со стальной лопаты и не растекается на ней. На таком растворе выполняют печную кладку.
Приготовление раствора из непросеянных материалов
Замачивают глину за сутки — двое, разминая при этом комки. Затем на деревянный щит-боек, а можно и на землю, но это хуже, насыпают грядкой отмеренное количество просеянного песка. По длине этой грядки делают канавку и заполняют ее нужным количеством глины. Собирают с краев грядки песок, засыпают им глину и все перелопачивают стальной лопатой. Эту работу лучше выполнять вдвоем. Если масса густая, то в нее добавляют немного воды. В процессе перемешивания стараются разбивать отдельные комки, доводя раствор до полной однородности. Затем его сгребают в узкую длинную грядку шириной 300—350 мм и высотой 200—250 мм и приступают к так называемой «рубке» раствора деревянным веслом или лопатой, нанося удары поперек грядки. Ударяют лопатой так, чтобы она достигала деревянного настила и каждый удар приходился рядом с другим, как бы отрезая ломти раствора. Этот процесс повторяют многократно до полного смешивания глины с песком и одновременного разминания всех сгустков глины. Попутно удаляют камешки и другие примеси. После этого кучу снова перелопачивают, сгребают и снова мнут, повторяя эту операцию три-четыре раза.
Когда все комки будут разбиты и раствор станет однородным, в него добавляют воду до густоты теста и еще раз перемешивают. Окончательно добавляют воду до нужной густоты перед началом кладки на рабочем месте. В приготовленном таким образом растворе всегда остаются различные комки, крупные песчинки, мелкие камешки, которые приходится удалять в процессе работы. Швы на таком растворе могут быть толщиной около 10 мм. Не исключается возможность травмирования рук. Поэтому его лучше пропустить через сито с ячейками не реже 3х3 мм.
Глиняные растворы имеют низкую марку: в сухом состоянии — от 4 до 8 кгс/см2, во влажном — до 2кгс/см2. Чтобы повысить прочность раствора, а следовательно, печной кладки, на одно ведро глиняного раствора можно добавить от 100 до 250 г поваренной соли или не более 1 литра портландцемента. От большого количества цемента возможно образование трещин в швах кладки. Цемент не только увеличивает прочность раствора, но и придает ему повышенную пластичность и удобство в работе. Соль предварительно растворяют в небольшом количестве воды, добавляют эту воду в глиняный раствор и все тщательно перемешивают. Цемент затворяют водой до получения жидкой сметанообразной массы, которую вливают в глиняный раствор, и все смешивают до полной однородности. Растворы с солью и цементом иногда наносят руками, но предпочтительнее кельмой или лопаткой.
Известковый и известково-гипсовый растворы
Раствор приготовляют чаще всего из известкового теста, песка и воды, количество которой зависит от густоты раствора. Применяют его в основном для кладки фундамента под печи и кладки трубы выше кровли. Для придания прочности в него добавляют цемент, а для быстроты схватывания — гипс (в основном в штукатурных работах). Чем лучше известковое тесто, тем выше качество раствора, и наоборот. Поэтому комовую известь-кипелку гасят, заливая ее водой и выдерживая в творильных ямах нужное время. От умения гасить известь зависит ее качество и максимальный выход известкового теста.
Гасить известь лучше всего в ящике, где ее удобнее перемешивать, чем в бочке. Сливать гашеную известь можно в любую посуду, но лучше в вырытую в земле, так называемую, творильную яму. Ее лучше всего обшить досками. Там она может храниться длительное время (десятками лет), если ее засыпать сверху землей слоем не тоньше 500 мм. Чем больше она хранится, тем выше качество, но только без доступа воздуха. Сливать известь надо через сито с ячейками не менее 5х5 мм.
Быстрогасящуюся известь гасят так. Вначале наливают в гасильный ящик воду, примерно на половину его высоты. Заполняют ящик известью в несколько приемов, равномерно распределяя ее там. При появлении паров воды все интенсивно перемешивают, разбивая при этом отдельные куски и добавляя воду до тех пор, пока не прекратится выделение пара. В загашенную известь добавляют столько воды, чтобы получилось однородное известковое молоко, и оставляют на некоторое время, чтобы погасились оставшиеся кусочки. Затем все перемешивают и процеживают через сито в посуду или творильную яму.
Для гашения среднегасящейся извести в гасильный ящик сначала насыпают известь-кипелку на 1/4 его высоты и заливают водой до половины слоя насыпанной извести. При появлении паров воды начинают перемешивать известь с одновременным разбиванием кусков, добавлением воды небольшими порциями, чтобы предупредить высыхание и перегорание извести. После прекращения выделения пара добавляют воду, все тщательно перемешивают и полученное известковое молоко через некоторое время сливают через сито в посуду или творильную яму.
Медленногасящуюся известь сперва насыпают в гасильный ящик на 1/4 его высоты, увлажняют небольшим количеством воды и выдерживают до тех пор, пока в извести появятся трещины и другие признаки гашения. После этого небольшими порциями воды поливают известь, соблюдая при этом осторожность, чтобы не охладить начавшую гаситься известь. По мере гашения небольшими порциями добавляют воду и все перемешивают. После гашения известь разбавляют водой до густоты известкового молока, немного выдерживают и сливают через сито для хранения.
В холодное время года медленногасящуюся известь для ускорения гашения надо заливать горячей водой. Остатки непогасившейся извести складывают в отдельную посуду и заливают водой, оставляя на некоторое время, часть ее может погаситься. Гашеную известь рекомендуется выдержать не менее месяца и только после этого применять в дело. Чем больше выдерживается известковое тесто, тем выше его качество. Приготовляют раствор на основе извести так. Известковое тесто процеживают через частое сито с отверстиями не реже 3х3 мм. Через него же просеивают и песок. Если тесто очень густое, то его предварительно размешивают с добавлением воды. В известковое тесто добавляют песок и все тщательно перемешивают до однородного состояния. Густоту раствора регулируют добавлением воды. Количество песка зависит от качества извести. На одну объемную часть известкового теста добавляют от 0,5 до 5 объемных частей песка, чаще всего две-три части, что зависит от ее жирности. Тощий раствор не имеет прочности, жирный сильно растрескивается. Самый лучший — это нормальный по жирности, который определяют следующим способом. Раствор перемешивают остроганным веслом в течение 2-3 мин, затем весло вынимают. Если раствор к веслу не прилип, а только испачкал его, значит, он тощий, если раствор прилип местами в виде отдельных сгустков или покрыл весло слоем в 2-3 мм, то он нормальной жирности, если же раствора прилипло много (толстым слоем), то он жирный. В тощие растворы необходимо добавлять известковое тесто, а в жирные — песок. Известковые растворы можно хранить несколько суток.
Известково-гипсовый раствор в основном применяют для отделки или оштукатуривания поверхностей печей. Приготовляют его из известкового раствора и гипса, который ускоряет схватывание и повышает прочность известкового раствора. Кроме известково-гипсовых в отделке печей применяют также и другие составы растворов, о которых будет сказано в соответствующем разделе.
Цементный раствор
Раствор приготовляют из цемента, песка и воды. Он самый прочный, твердеет на воздухе и в воде. В печных работах применяют для кладки фундаментов в сырых местах или грунтах, насыщенных водой, а также для кладки труб выше кровли. Он быстро схватывается (начало схватывания — 45 мин, конец схватывания — не позднее 12 ч). Применять его следует не позднее часа с момента приготовления, при более длительных сроках он снижает свою прочность. Марка или прочность раствора на сжатие бывает разная и зависит от количества составляющих и марки цемента. Составы раствора — 1:1; 1:1,5; 1:2; 1:2,5; 1:3; 1:3,5; 1:4; 1:4,5; 1:5; 1:5,5 и 1:6.
Приготовляют раствор так. Просеивают цемент и песок через сито с отверстиями 3х3 мм, предварительно отмерив их. Нужное количество песка насыпают грядкой и сверху посыпают цементом. Все тщательно перемешивают (гарцуют) до полной однородности, а иногда дополнительно просеивают через сито. Получают сухую смесь, которую затворяют водой до нужной густоты. Не следует приготовлять много смеси, так как от длительного хранения цемент с сырым песком перегорает и снижает свою прочность. Сложный раствор приготовляют из двух вяжущих компонент и одного заполнителя: обычно цемента, известкового теста, песка и воды. Применяют для кладки фундаментов во влажном грунте и труб выше кровли. Раствор может быть различных составов. Например, на одну часть цемента берут от одной до трех частей известкового теста, и от шести до пятнадцати частей песка. Конечно, могут быть и другие составы по объему.
Раствор приготовляют разными способами. В одном случае сначала из цемента и песка приготовляют сухую смесь. Затем известковое тесто разводят водой до густоты сметаны. Все эти материалы отмеривают точными объемными дозами. В разведенное известковое тесто добавляют приготовленную порцию цементной смеси, все тщательно перемешивают, и, если надо, для получения раствора нужной густоты, добавляют воду и еще раз перемешивают. В другом случае, — из отмеренного количества песка и известкового теста приготовляют раствор, насыпают в него отмеренную порцию цемента и все тщательно перемешивают. Можно цемент предварительно смешать с водой до сметанообразного состояния. Воду добавляют в нужном количестве для получения раствора надлежащей густоты. Этот раствор пластичнее цементного, ниже по прочности и его необходимо приготовлять в таком количестве, чтобы употребить в дело за один час с момента приготовления.
Источник
