Технология производства неметаллических строительных изделий и конструкций

Л.А. АЛИМОВ, В.В. ВОРОНИН

Москва

ИНФРА-М

201Допущен

Государственным комитетом Российской Федерации

по строительству и жилищно-коммунальному комплексу

в качестве учебника для студентов средних профессиональных

учебных заведений, обучающихся по специальности

«Производство строительных изделий и конструкций»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ

СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

И КОНСТРУКЦИЙ

УЧЕБНИК

УДК 691(075.32)
ББК 38.5я723

А50

ISBN 978-5-16-011061-5 (print) 
ISBN 978-5-16-103128-5 (online) 

Алимов Л.А.
Технология производства неметаллических строительных 

изделий и конструкций : учебник / Л.А. Алимов, В.В. Воронин. — М. : ИНФРА-М, 2019. — 442 с. — (Среднее профессиональное образование).

Учебник знакомит с современной технологией производства неметалли
ческих строительных изделий и конструкций (бетонных, железобетонных, 
деревянных и др.) различного вида и назначения.

Учебник предназначен для студентов средних профессиональных учеб
ных заведений, обучающихся по специальности 08.02.03 «Производство неметаллических строительных изделий и конструкций».

УДК 691(075.32)

ББК 38.5я723

 ISBN 978-5-16-011061-5 (print)
ISBN 978-5-16-103128-5 (online)

А50

Подписано в печать 04.07.2018. Формат 60×90/16. 

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. 

Усл. печ. л. 27,66. ППТ70. Заказ  № 00000

ТК 57900-988109-190404

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1.

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86.     Факс: (495) 280-36-29.
E-mail: books@infra-m.ru                 http://www.infra-m.ru

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Р е ц е н з е н т ы: 

кафедра строительных материалов Московского государствен
ного строительного университета (зав. кафедрой, проф., д-р техн. 
наук В.В. Козлов); 

кафедра строительного производства и управления недвижи
мостью Сибирского государственного индустриального университета 
(зав. кафедрой, проф., д-р техн. наук С.И. Павленко)

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

© Алимов Л.А., 
   Воронин В.В., 2004

Предисловие

Основой современного строительства служат неметаллические строительные материалы, изделия и конструкции. Одними
из самых массовых конструкций являются бетонные и железобетонные, которые применяются в самых различных условиях. Поэтому в учебнике подробно рассматриваются вопросы
основ бетоноведения и технологии изготовления изделий и конструкций.
В учебнике приведены основные сведения о составе и структуре бетонных смесей различных видов и свойствах бетонов.
Показано влияние различных факторов вида и качества исходных компонентов, составов, методов уплотнения и ускоренного твердения на структуру и эксплуатационные свойства
бетонов. Большое внимание уделено современным методам управления структурой бетона с помощью химических и минеральных модификаторов.
Рассмотрены вопросы заводской технологии приготовления
бетонных смесей, производства арматурных элементов, формования изделий различными способами, тепловой обработки, а
также складирования готовых элементов. Приведены эффективные технологии производства строительных изделий и конструкций из ячеистого бетона, силикатных бетонов, газо- и полимербетонов. Уделено внимание производству мелкоштучных изделий, а также технологии производства сухих строительных
смесей. Показаны пути совершенствования технологии изготовления железобетонных изделий с использованием некондиционных местных материалов и отходов промышленности, подвергнутых механохимической активации.
Включены вопросы производства слоистых изделий, а также
объемно-модульных изделий, объемных элементов санитарнотехнических кабин, трансформаторных подстанций и др.
Представлена технология изготовления изделий и конструкций из древесины, с использованием высокоавтоматизированных линий, клееных и сборных конструкций. Рассмотрены эффективные технологии производства строительных изделий из
природных каменных материалов, керамики, асбестоцемента.

Уделено внимание вопросам повышения степени заводской
готовности и сертификации строительных изделий, контролю
качества и управлению им на заводах стройиндустрии, повышению долговечности.
Авторы выражают благодарность зав. кафедрой строительных
материалов Московского государственного строительного университета проф. д-ру техн. наук В.В. Козлову и зав. кафедрой
строительного производства и управления недвижимостью Сибирского государственного индустриального университета проф.
д-ру техн. наук С.И. Павленко за замечания и пожелания, высказанные при подготовке рукописи к изданию.

Г л а в а  1. БЕТОНЫ И РАСТВОРЫ

Бетон является главным строительным материалом, который
применяют во всех областях строительства. Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются
низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с
применением местного сырья, возможность применения их в
сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, полная механизация и автоматизация приготовления бетона и производства сборных конструкций.
Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет формовать изделия оптимальной формы с точки зрения строительной
механики и архитектуры.
Бетон долговечен и огнестоек, его средняя плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких
пределах и получать материал с заданными свойствами. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является
низкая прочность на растяжение, которая в 10—15 раз ниже
прочности на сжатие. Этот недостаток устраняется в железобетоне, когда растягивающие напряжения воспринимает арматура. Близость коэффициентов температурного расширения и
прочное сцепление обеспечивают совместную работу бетона и
стальной арматуры в железобетоне как единого целого. В силу
этих преимуществ бетоны различных видов и железобетонные
конструкции из них являются основой индустриального строительства.
Бетон представляет собой искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и твердения бетонной
смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и
специальных добавок.
Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства — прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.
По виду вяжущего различают бетоны:
цементные (наиболее распространенные);
силикатные (на известково-кремнеземистом вяжущем);
на гипсовом вяжущем;
на смешанных вяжущих (цементно-известковых, известковошлаковых и т. п.);
на специальных вяжущих, (неорганических и органических),
применяемых при наличии особых требований (жаростойкости,
химической стойкости и др.).

По виду заполнителя различают бетоны:
на плотных заполнителях;
на пористых заполнителях;
на специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным
требованиям (защита от излучений, жаростойкость, химическая
стойкость и т. п.).
В правильно подобранной бетонной смеси расход цемента
составляет 8—15 %, а заполнителей — до 85 % (по массе). Поэтому в виде заполнителей применяют местные каменные материалы: песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности (например, дробленые и гранулированные металлургические шлаки).
Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов. По плотности бетоны делят на особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/м3; тяжелые — 1800—2500 кг/м3;
легкие — 600—1800 кг/м3; особо легкие — менее 600 кг/м3.
Легкие бетоны менее теплопроводны по сравнению с тяжелыми, поэтому их применяют преимущественно в наружных ограждающих конструкциях. В несущих конструкциях используют
более плотные и прочные легкие бетоны (на пористых заполнителях и ячеистые) средней плотностью 1200—1800 кг/м3.
Следовательно, средняя плотность бетонов изменяется в широких пределах: от 300 до 3600 кг/м3 и более. Поэтому и пористость бетонов может быть очень большой — 70—85 % у ячеистых теплоизоляционных бетонов и незначительной — 8—10 %
у гидротехнических бетонов.
Строительный раствор — это искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания растворной смеси,
состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя и
добавок, улучшающих свойства смеси и растворов. Крупный заполнитель отсутствует, так как раствор применяют в виде тонких слоев (шов каменной кладки, штукатурка и т. п.).
Для изготовления строительных растворов чаще используют
неорганические вяжущие вещества (цементы, воздушную известь и строительный гипс). В дорожном строительстве и в специальных работах (устройство стяжек, защитных антикоррозионных слоев) находят применение растворы, основанные на битумных и полимерных вяжущих; в состав этих растворных
смесей вода не входит.
Строительные растворы разделяют в зависимости от вида
вяжущего вещества, величины плотности и назначения. По виду

вяжущего различают растворы цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, цементно-глиняные,
известково-гипсовые и др.).
По средней плотности различают: тяжелые растворы со средней плотностью более 1500 кг/м3, изготавливаемые обычно на
кварцевом песке; легкие растворы со средней плотностью менее
1500 кг/м3, изготавливаемые на пористом мелком заполнителе и
с порообразующими добавками.
По назначению различают строительные растворы: кладочные — для каменной кладки стен, фундаментов, столбов, сводов
и др.; штукатурные — для оштукатуривания внутренних стен,
потолков, фасадов зданий; монтажные—для заполнения швов
между крупными элементами (панелями, блоками и т. п.) при
монтаже зданий и сооружений из готовых сборных конструкций
и деталей; специальные растворы (декоративные, гидроизоляционные, тампонажные и др.).
Цементные бетоны приготавливают на различных цементах и
наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное
место занимают бетоны на портландцементе и его разновидностях
(около 65 % общего объема производства), применяемых для различных видов конструкций и условий их эксплуатации. Успешно
используются бетоны на шлакопортландцементе и пуццолановом
цементе. К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные бетоны, изготавливаемые на белом и цветных цементах,
бетоны для самонапряженных конструкций на напрягающем цементе, бетоны для специальных целей, получаемые на особых видах цемента: глиноземистом, безусадочном и т. д.

1.1. Материалы для бетона

1.1.1. Портландцемент

Портландцемент является гидравлическим вяжущим веществом, твердеющим как в воде, так и на воздухе. Портландцемент получают путем совместного помола цементного клинкера и двуводного гипса. Клинкер получают путем обжига при
температуре 1450 оС тщательно подобранной смеси, содержащей
примерно 75—78 % известняка и 22—25 % глины.
Основными минералами клинкера являются: алит, белит,
трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция.
Алит 3CаО.SiO2 (или С3S) — самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие
свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве

45—60 %. Алит представляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2—4 %) МgО, Аl2О3,
Fe2О3, Сг2О3 и других примесей, которые могут существенно
влиять на структуру и свойства.
Белит 2CаО.SiO2 (или С2S) —второй по важности и содержанию (20—30 %) силикатный минерал клинкера. Он медленно
твердеет, но достигает высокой прочности в дальнейшем.
Содержание минералов-силикатов в клинкере портландцемента — около 75 %, поэтому гидратация алита и белита в основном определяет технические свойства портландцемента.
Остальные 25 % составляет промежуточное вещество, заполняющее объем между кристаллами алита и белита. Промежуточное вещество состоит из кристаллов трехкальциевого алюмината (С3А), алюмоферрита кальция (С4АF).
Трехкальциевый алюминат в клинкере содержится в количестве 4—12 % и при благоприятных условиях обжига получается
в виде кубических кристаллов размером до 10—15 мкм; образует твердые растворы сложного состава; очень быстро гидратируется и твердеет, но имеет небольшую прочность; является причиной сульфатной коррозии бетона, поэтому в сульфатостойком
портландцементе его содержание ограничено 5 %.
Четырехкальциевый алюмоферрит в клинкере содержится в
количестве 10—20 %. Алюмоферритная фаза промежуточного
вещества клинкера представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава. По скорости гидратации минерал занимает как бы промежуточное положение между алитом
и белитом, поэтому он не оказывает определяющего влияния на
скорость твердения и тепловыделение портландцемента.
Для получения портландцемента с заданными специальными свойствами используют следующие основные процессы:
1) регулирование минерального состава и структуры цементного клинкера, оказывающее решающее влияние на все строительно-технические свойства цемента; 2) введение минеральных и
органических добавок, позволяющих направленно изменять
свойства вяжущего, экономить клинкер, уменьшать расход цемента в бетоне; 3) регулирование тонкости помола и зернового
состава цемента, влияющих на скорость твердения, активность,
тепловыделение и другие свойства цемента.
Минеральный состав выражает содержание в клинкере (в %
по массе) главных минералов. Минеральный состав рассчитывают на основании данных химического анализа, который определяет содержание окислов (в % по массе).

Вещественный состав цемента выражает содержание в цементе (в % по массе) основных компонентов: клинкера, природного гипса (для регулирования сроков схватывания), минеральных добавок, пластифицирующих и гидрофобизующих добавок.
Допускается введение в цемент при его помоле пластифицирующих или гидрофобизующих поверхностно-активных
добавок в количестве не более 0,3 % массы цемента.
Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путем
просеивания предварительно высушенной пробы цемента через
сито с сеткой № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость
помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы, при этом его
удельная поверхность составляет обычно 2500—3000 см2/г.
Плотность портландцемента (без минеральных добавок)
составляет 3,05—3,15 г/см3. Его средняя плотность зависит от
уплотнения и у рыхлого цемента составляет 1100 кг/м3, у сильно уплотненного—до 1600 кг/м3, в среднем — 1300 кг/м3.
Водопотребность цемента определяется количеством воды (в
% массы цемента), необходимым для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста
считают такую его подвижность, при которой цилиндр — пестик
прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не
доходит на 5—7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопотребность портландцемента — в пределах от 22 до
28 %. При введении активных минеральных добавок осадочного
происхождения (диатомита, трепела, опоки) водопотребность цемента повышается и может достигнуть 32—37 %.
Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют в тесте нормальной густоты. Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения
иглы в тесто нормальной густоты. Началом схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента,
когда игла не доходит до пластинки на 1—2 мм. Конец схватывания—время от начала эатворения до того момента, когда
игла погружается в тесто не более чем на 1—2 мм. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец
схватывания — не позднее 10 ч от начала затворения.
Для получения нормальных сроков схватывания при помоле
клинкера на цементном заводе вводят добавку двуводного гипса в количестве 3—5 % . Замедление схватывания объясняется
отложением на зернах цемента тонких пленок гидросульфоалюмината кальция, образовавшегося при взаимодействии введен

ного сульфата кальция с трехкальциевым алюминатом. Эти
пленки замедляют движение воды к цементным зернам, и скорость их гидратации уменьшается.
Замедлителями схватывания служат также фосфаты, нитраты
калия, натрия и аммония, сахар. Сахар образует с гидроокисью
кальция легко растворимый сахарат кальция, наличие которого
увеличивает концентрацию ионов кальция. Поэтому процесс
гидролиза трехкальциевого силиката подавляется, а схватывание
происходит медленнее. При большой добавке сахара бетон не
твердеет.
Ускорителями схватывания портландцемента являются карбонаты щелочных металлов и хлориды. Они образуют при
взаимодействии с гидроокисью кальция, выделяющейся при
гидролизе трехкальциевого силиката, труднорастворимые соединения.
Так действует, например, карбонат натрия

Са(ОН)2 + Nа2СОз = СаСО3 + 2NаОН.

В результате химической реакции образуется малорастворимый карбонат кальция, гидроокись кальция выводится из сферы реакции и процесс гидролиза трехкальциевого силиката ускоряется.
Влияние 
хлористого 
кальция 
на 
сроки 
схватывания
портландцемента зависит от дозировки. При введении в бетонную смесь в обычной дозировке (1—2 % массы цемента) хлористый кальций мало влияет на сроки схватывания, но существенно повышает начальную прочность бетона, т. е. действует как
ускоритель твердения. При использовании в качестве противоморозной добавки хлористый кальций может вводиться в больших количествах, тогда он ускоряет схватывание, и бетонную
смесь рекомендуется затворять на холоде, чтобы избежать преждевременного загустевания.
Один из методов ускорения процессов схватывания и твердения заключается во введении добавок, являющихся центрами
кристаллизации, например, в виде заранее приготовленного измельченного гидратированного цемента.
Равномерность изменения объема. Причиной неравномерного
изменения объема цементного камня являются местные
деформации, вызываемые расширением свободной СаО и периклаза МgО вследствие их гидратации. По стандарту изготовленные из теста нормальной густоты образцы-лепешки через 24 ч
предварительного твердения выдерживают в течение 3 ч в кипя