В книге обобщены данные но проектированию и изготовлению крупноразмерных изделий и конструкций из керамзитожелезобетона. Даётся описание материалов и полученных на их основе конструктивных и конструктивно-теплоизоляционных керамзитобетонов, рассматриваются типы изделий и конструкции из керамзитожелезобетона, приводятся основные положения расчёта и проектирования конструкций из керамзитожелезобетона, а также практика их применения в строительстве. Специальный раздел книги посвящён технологии изготовления изделий из керамзитожелезобетона, подбору состава керамзитобетона и контролю качества. Книга предназначена для инженерно-технических работников заводов железобетонных изделий и проектных организаций строительной промышленности.

Предисловие
Введение

Глава I. Основные свойства керамзита
1. Способы получения керамзита
2. Свойства отдельных зёрен керамзита
3. Свойства смеси зерён керамзита
4. Задачи современного производства керамзита

Глава II. Основные свойства керамзитобетона
1. Объёмный вес
2. Механические свойства
3. Деформативные свойства
4. Сцепление арматуры с керамзитобетоном
5. Теплофизические свойства
6. Долговечность
7. Прочие свойства

Глава III. Типы изделий из керамзитожелезобетона
1. Классификация и технические требования к изделиям из керамзитожелезобетона
2. Типы рациональных конструкций из керамзитожелезобетона
Конструкции для жилищно-гражданского строительства
Конструкции для промышленного строительства
Конструкции для автодорожного строительства
Конструкции для железнодорожного строительства
Конструкции для судостроения
Элементы шахтной крепи

Глава IV. Особенности проектирования и расчета конструкций из керамзитожелезобетона
1. Основные характеристики материалов
2. Основные расчетные положения
3. Особенности конструирования керамзитожелезобетонных изделий

Глава V. Технические требования к керамзитобетону и к составляющим керамзитобетонной смеси
1. Технические требования к керамзитобетону и к бетону для фактурного слоя
2. Технические требования к материалам, применяемым для приготовления керамзитобетонной смеси и фактурного слоя

Глава VI. Подбор состава бетонных и растворных смесей для изделий из керамзитожелезобетона
1. Подбор состава бетонной смеси для плотного керамзитобетона
2. Подбор состава бетонной смеси для крупнопористого (беспесчаного) керамзитобетона
3. Подбор состава бетонной смеси для среднепористого (малопесчаного) керамзитобетона
4. Подбор состава поризованного керамзитобетона
5. Подбор состава бетонной или растворной смеси для фактурного слоя изделий

Глава VII. Изготовление изделий из керамзитожелезобетона
1. Приёмка и хранение материалов и их подготовка
2. Дозирование и приготовление бетонной или растворной смеси
3. Производство арматурных работ
4. Формование керамзитожелезобетонных изделий
5. Тепловая обработка и уход за отформованными изделиями
6. Распалубка и отделка изделий
7. Контроль качества изделий
8. Хранение и транспортирование изделий

Глава VIII. Применение изделий из керамзитожелезобетона

Литература

Предисловие

Керамзитожелезобетон представляет собой армированный бетон, изготовленный на керамзитовом заполнителе.

За последние годы в Советском Союзе значительно увеличился выпуск керамзита, применяемого в основном при изготовлении железобетонных изделий и конструкций для жилищно-гражданского, промышленного, сельскохозяйственного и дорожного строительства.

Как показывает практика, керамзит позволяет получать лёгкие конструктивные и конструктивно-теплоизоляционные бетоны, обладающие наиболее благоприятными технико-экономическими показателями по сравнению с другими легкими бетонами на пористых заполнителях. К таким показателям, например, относятся: более высокая прочность при равном объемном весе, меньший расход цемента при равной прочности и т. д.

В настоящей время керамзитобетон используется главным образом в крупнопанельном и крупноблочном строительстве. Особенно успешно он внедрен в Волгоградском экономическом районе, Москве и Московской области, Куйбышевском, Тульском экономических районах и др. В ближайшие годы объем производства керамзита в различных районах СССР будет значительно увеличен. Это позволит расширить область его применения и использовать его, в частности, в конструктивных бетонах, применяемых для изготовления эффективных предварительно напряженных железобетонных конструкций.

В предлагаемой книге авторы поставили перед собой задачу обобщить опыт проектирования и изготовления крупноразмерных изделий из керамзитожелезобетона, а также результаты исследований, проведенных ими на протяжении ряда лет в НИИЖБ АСиА СССР по этим вопросам.

Основное внимание в книге уделено изгибаемым элементам из армированного керамзитобетона в виде плит покрытий и перекрытий зданий различного назначения. Кроме того, рассматриваются вопросы, связанные с проектированием стеновых панелей.

«Введение», главы I и II (без разделов «Деформативные свойства» и «Сцепление арматуры с керамзитобетоном»), а также главы V—VII и раздел «Классификация и технические требования к изделиям из керамзитожелезобетона» главы III написаны канд. техн. наук Г.А. Бужевичем.

Раздел «Типы рациональных конструкций из керамзитожелезобетона» главы III, главы IV и VIII и разделы главы II по деформативным свойствам керамзитобетона и сцеплению его с арматурой написаны канд. техн. наук Н.А. Корневым.

Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам лаборатории легких бетонов, а также сотрудникам лаборатории конструкций из легких и ячеистых бетонов НИИЖБ АСиА СССР, принимавшим участие в исследованиях по технологии и изучению конструкций из керамзитожелезобетона.

 

Введение

Керамзит, применяемый для изготовления керамзитожелезобетона, представляет собой пористый заполнитель ячеистого строения, получаемый ускоренным обжигом легкоплавких глин при температуре их вспучивания (1100—1400°С).

Отличительной особенностью керамзита по сравнению с другими пористыми заполнителями является его относительно высокая прочность при малом объемном весе. В зависимости от принятой технологии производства зерна керамзита могут иметь различную форму (гравия или щебня, а также песка). Свойства керамзита зависят от свойств исходного глинистого сырья, условий его подготовки, обжига, охлаждения и последующей обработки (например, путём дробления, рассева).

По данным С.П. Онацкого, первые опыты по вспучиванию глин с целью получения пористых теплоизоляционных изделий в нашей стране были проведены мастером Ф.Ф. Собесским в 1902—1906 гг. на кирпичном заводе в Ташкенте. Им был получен глиноплав (керамзитовые блоки) путем вспучивания кирпича-сырца в пламенных печах и последующего распила кусков для получения штучных изделий. Такие изделия в 1906 г, экспонировались на Ташкентской сельскохозяйственной выставке. Позже, в 1913—1916 гг., группа работников боровичеких керамических заводов с участием Ф.Ф. Собесского производила опыты по вспучиванию насадки из кирпича и предлагала Морскому министерству использовать такой материал для теплоизоляции котлов на военных судах.

В 1917—1922 гг. работники Рязанского маркшейдерства (А.В. Шрубко, Ф.Ф. Собесский и др.) проводили опытные работы по получению блоков и плит из вспученных при обжиге глин, сланцев и отвальных шахтных пород.

В 1925 г. проф. Е.В. Костырко приступил к исследованиям по получению пористых заполнителей для бетона путем обжига обычных вспучивающихся кирпичных глин и дробления их в щебень. Получаемый при таком способе заполнитель был Е.В. Костырко назван керамзитом. В 1930 г. инж. И.А. Гервидс (Северо- Кавказский институт сооружений) предложил пористый заполнитель под названием висмит, получаемый вспучиванием глинистых сланцев (типа кровельных).

Сейчас все пористые заполнители, получаемые вспучиванием глинистых пород во вращающихся печах, именуются в нашей стране керамзитом, а пористые заполнители, получаемые спеканием на агломерационных решетках, — аглопоритом.

В тридцатых годах вопросы получения керамзита изучались рядом советских исследователей. Наиболее значительными являются работы П.П. Будникова, В.С. Вдовьевой, П.И. Галкина с сотрудниками, И. А. Гервидса, Б. Н. Кауфмана, Г.Л. Лагунова, С.П. Логинова, И.Ф. Пономарева, П.А. Пшеницына, Н.А. Софронова, П.П. Шемелева и др.

Первые опыты получения керамзитового гравия во вращающихся печах полузаводского типа были проведены Н.А. Сафроновым в 1935 г. и С.П. Логиновым и его сотрудниками в 1938 г.

В 1937 г. по инициативе и по проекту Центральной строительной научно-исследовательской лаборатории (СтройЦНИЛ) Главстрой Наркомата текстильной промышленности СССР построил в Воронцове (Московская обл.) первую в нашей стране опытную промышленную установку по производству керамзитового щебня. Этому предшествовали обширные экспериментальные работы по реализации предложения Е. В. Костырко в отношении производства керамзита, которые были проведены Б.Н. Кауфманом и В.С. Вдовьевой под руководством проф. Н.А. Попова.

Одновременно с пуском опытной установки по производству керамзитового щебня Н.А. Попов провёл в СтройЦНИЛе НКЛП систематические работы по изучению основных показателей керамзитобетонов. Эти работы сопровождались проектированием опытных зданий и показали возможность эффективного использования этих бетонов для ответственных железобетонных конструкций и, в частности, для многоэтажных зданий.

На Воронцовской опытной установке глинистое сырье обжигалось в туннельной печи, а затем дробилось в щебень. В последующем для получения керамзитового гравия была установ-лена трубчатая вращающаяся печь. С пуском Воронцовского керамзитового завода в нашей стране началось промышленное производство керамзита, которое было прервано во время Великой Отечественной войны.

В 1947 г. в Научно-исследовательском институте строительной техники бывш. Академии архитектуры СССР С.П. Онацким под руководством проф. Н.А. Попова были вновь начаты исследовательские работы по созданию более совершенной технологии керамзита. Позднее в эту работу включились ЦНИПС (И.А. Гервидс), РосНИИМС (H.Н. Володина и А.И. Полинковская), Академия архитектуры УССР (А.З. Дробан, А.В. Жуков, С.В. Потапенко и др.), Волгоградгидрострой (С.С. Киркоров) и др.

В июне 1955 г. Волгоградгидрострой построил опытную керамзитовую установку производительностью 1 мг/час на базе переоборудованного асфальтобетонного смесителя Д-152. Позже, в 1956 г., пущен завод керамзита производительностью 110 тыс. м³ в год в г. Волжском и там началось массовое строительство крупноблочных и крупнопанельных жилых домов из керамзитобетона.

В начале 1956 г. Управлением промышленности стройматериалов Мосгорисполкома была пущена небольшая установка (в Бескудникове, Московская обл.), на которой нужно было отработать заводскую технологию производства керамзита. Вслед за этим промышленные предприятия по производству керамзита были сооружены в Бабушкине и Лианозове (Московская обл.), на Шелепихе (Москва), на Корчеватском кирпичном заводе (Киевская обл.), в Куйбышеве и Куйбышевской обл., в Ташкенте, Новомосковске, Ленинграде, Уфе, Ростове и т. д. Одновременно с организацией в этих районах производства керамзита в ряде городов началось строительство зданий различного назначения из керамзитобетона.

По данным НИИ новых стройматериалов АСиА СССР, выпуск керамзита в нашей стране за последние годы характеризуется следующими данными: 1958 г.— 174 тыс. м³; 1959 г.— 399 тыс. м³; 1960 г.— 690 тыс. м³; 1961 г.— 1460 тыс. м³; 1962 г.— 2,85 млн. м³; 1965 г. (план) — 7,75 млн. м³. При этом 70% керамзита имеют объёмный насыпной вес менее 400 кг/м³.

По данным С.П. Онацкого, с 1956 по 1961 г. в нашей стране были запроектированы, построены и введены в эксплуатацию более 60 керамзитовых заводов, цехов и установок общей мощностью свыше 4 млн. м³ керамзита в год.

Одновременно с разработкой технологии производства керамзита в нашей стране велись исследования керамзитобетона. В тридцатых годах этими вопросами занимался ряд организаций, в том числе бывш. ЦНИПС (В.М. Москвин, А.В. Гервер по технологии и А.А. Гвоздев, Н.А. Корнев по конструкциям), Тбилисский научно-исследовательский институт строительства и гидроэнергетики — ТНИИСГЭИ (М.З. Симонов), СтройЦНИЛ Ш.А. Попов и В.Н. Новиков), лаборатория строительства Дворца Советов (Л.Б. Митгарц и А.Я. Либман), НИИ стройматериалов НКПСМ СССР (С.Е. Фрайфельд) и др.

Из работ по керамзитобетону следует особо отметить монографию проф. Н.А. Попова «Новые виды легких бетонов. Часть I. Керамзитобетон», изданную в 1939 г., а по керамзитожелезобетону — исследования А.А. Гвоздева, Н.А. Корнева и М.З. Симонова.

В указанной работе Н.А. Попова, которая являлась продолжением книги Б.Н. Кауфмана и В.С. Вдовьевой «Керамзит», изданной в 1937 г. под редакцией Н.А. Попова, были опубликованы результаты обширных комплексных исследований СтройЦНИЛа по изучению свойств керамзитобетона. В этой работе Н.А. Поповым впервые были обобщены отечественные и зарбежные данные по керамзитобетону, показаны общие закономерности, влияющие на свойства легких бетонов, а также описана специфика приготовления и применения керамзитобетона, даны основные экономические данные на основе проектирования опытных зданий.

В работах же Н.А. Корнева и М.З. Симонова основное внимание было уделено изучению несущих армированных керамзитобетонных конструкций и свойствам керамзитобетона.

В 1947 г. Н.А. Попов со своими сотрудниками продолжал систематические исследования по керамзитобетону в Институте строительной техники бывш. Академии архитектуры СССР, а затем в 1956—1962 гг. в Институте новых стройматериалов и в НИИ стройфизики АСиА СССР (совместно с кандидатами техн. наук М. П. Элинзоном и Н. Я. Спиваком, инж. А.А. Евдокимовым, Я.С. Штейном, А.З. Татишвили и др.), а также в Московском инженерно-строительном институте имени В.В. Куйбышева и в НИИЖБ АСиА СССР (с канд. техн. наук Л. П. Орентлихер, инж. Д.П. Киселевым, канд. техн. наук А.Г. Домокеевым и др.). 

В пятидесятых годах важные исследования в области изучения высокопрочного керамзитобетона (предназначенного главным образом для строительства судов) провел проф. А.И. Ваганов, который разработал некоторые разделы теории прочности легких бетонов в зависимости от свойств крупного заполнителя и растворной части бетона. Обстоятельные работы по проектированию крупнопанельных конструкций из керамзитобетона для жилых зданий были начаты в 1957—1958 гг. в НИИ стройфизики АСиА СССР под руководством проф. Г.Ф. Кузнецова. Эти исследовательские и опытные работы позволили широко развернуть в конце пятидесятых годов крупнопанельное индустриальное строительство из керамзитобетона в Москве, Куйбышеве и других городах. В связи с тем что к этому времени началось промышленное производство легкого керамзитового гравия с объемным насыпным весом 300—400 кг/м³, сотрудники НИИ стройфизики (Н.Я. Спивак и др.) совместно с работниками Главвоенстроя (К.И. Башлай, М.Л. Штерн) смогли получить керамзитобетон с объёмным весом (в сухом состоянии) около 800 кг/м³ с прочностью при сжатии 50 кТ/см². Такой бетон приготовлялся с тщательным подбором зернового состава заполнителя, дроблёного керамзитового песка, керамзитового гравия, реже с золой, а на Украине иногда с перлитовым песком.

Применение такого бетона позволило значительно уменьшить толщину самонесущих стенных наружных панелей из керамзитобетона с 40 до 26 см и построить в опытном порядке в 10-м квартале Новых Черёмушек в Москве жилой дом с наружными стенами толщиной 22 см.

На развитие строительства из керамзитобетона большое влияние оказали исследовательские работы, проведенные в Московском автодорожном институте (МАДИ) под руководством проф. И.Г. Иванова-Дятлова. Особенно успешно МАДИ совместно с СоюздорНИИ (канд. техн. наук Г.П. Курасова) проводили работы по внедрению керамзитобетона в мостостроение.

Проф. А.А. Гвоздев, канд. техн. наук Н. А. Корнев (НИИЖБ) со своими сотрудниками в послевоенные годы работали главным образом над изучением свойств и особенностей армирования керамзитобетона разных марок, а также над разработкой и внедрением совмещенных и несущих конструкций из керамзитобетона в жилищном и промышленном строительстве. Основное внимание при этом уделялось высокопрочному керамзитобетону и крупноразмерным конструкциям с предварительно напряженной арматурой.

Многочисленные исследования по технологии керамзитобетона были также проведены в НИИЖБ проф. С.А. Мироновым, канд. техн. наук Г.А. Бужевичем, инж. Я. Д. Понасюженковым и др.

Из послевоенных работ по технологии керамзитобетона следует также отметить исследования проф. М.З. Симонова, проф. Б.Г. Скрамтаева, д-р техн. наук Ю.Е. Корниловича, кандидатов техн. наук В.Г. Довжика, И.П. Максимовского, И.Г. Сарапина, инженеров М.Г. Вержбицкой, Л.А. Кайсера, Л.А. Осипова, А.Н. Персиянова и др., а по проектированию и испытанию конструкций из керамзитобетона — исследования канд. техн. наук Н.В. Морозова, д-ра техн. наук А.Б. Ашрабова, кандидатов техн. наук Д.Г. Суворкина, А.Н. Добродеева и И.К. Кучинского, инженеров А.А. Кудрявцева, В.В. Михайлова и др. Под руководством проф. Н.А. Попова и проф. Б.Г. Скрамтаева в последние годы были разработаны новые виды керамзитобетонов (крупнопористые, малопесчаные, поризованные, керамзитопластобетоны и т. д.), которые успешно внедряются в строительство.

За рубежом опытная обработка глин и глинистых сланцев вспучиванием для получения пористых заполнителей под названием «хайдит» началась в 1913 г. в США. По разработанной химиком Стефаном Хайдом технологии отформованные кирпичи обжигались в круглом горне и затем дробились. Во время первой мировой войны, после соответствующих исследований Национального бюро стандартов США, «хайдит» стали вырабатывать для строительства железобетонных судов. В 1917 г. в Брунсвике (США) было спущено на воду судно «Атланта» из бетона на хайдите грузоподъемностью 3000 т. В течение 1918—1919 гг. в США было построено ещё несколько судов грузоподъёмностью до 7500 т и длиной до 130 м.

Применение керамзита в строительстве США началось примерно с 1920 г., когда в Канзас-Сити начал работать первый крупный завод по производству хайдита, где сырьё обжигалось во вращающейся печи. В последующие годы глины и глинистые сланцы, пригодные для обжига во вращающихся печах, были найдены в различных штатах США, и во многих районах возникло производство вспученных керамических пористых заполнителей под различными названиями: хайдит, фэтерлит, кенлит, лелит, роклит, солит, эглайт, туфлит, безлайт, гравелит, лайтаг, селсилд, весикулит и т. д. В качестве сырья для получения вспученных пористых заполнителей, кроме сланцев, в США используют разного рода глины: обычную, лессовую, монтмориллонитовую, а также глинистые породы, являющиеся отходом при добыче и обогащении угля. Для обжига сырья применяют как вращающиеся печи, так и агломерационные машины. Таким образом, строгого разграничения между керамзитом и аглопоритом в США не делается, и они там в общем названы — керамический пористый заполнитель.

В США производство керамзита в отдельные годы ориентировочно составляло: в 1958 г. — 4,05; в 1959 г. — 4,8 и в 1960 г.— 5 млн. тони.

Характерно, что в последние годы рост производства керамзита в США шел главным образом за счёт внедрения агломерационных машин вместо вращающихся печей.

До второй мировой войны керамзит, кроме США, изготовлялся в небольшом количестве также в Канаде, Швеции, Норвегии и Дании.

В Канаде первый завод керамзита был построен в 1927 г. Сейчас там работают четыре завода.

В Европе керамзит впервые начали изготовлять в Швеции и Дании. В Дании такой заполнитель носит название лека и блетон-бетон-клинкер.

В Голландии и Швейцарии сейчас работают заводы с двухбарабанными вращающимися печами, изготовляющие керамзит под названием клинкер-изолит.

В Финляндии недавно пущен завод керамзита производительностью 60 тыс. м³ в год.

В ФРГ с 1955—1956 гг. работают два завода керамзита. Возникновение промышленности керамзита в ФРГ связано с дороговизной перевозки природной пемзы, значительные месторождения которой имеются лишь в бассейне Рейна.

В Англии после 1947 г. действовал завод, получавший керамзит способом обжига во вращающейся печи. Однако в связи с высоким расходом топлива и малой производительностью он был закрыт. В 1957 г. было пущено два новых завода: один из них — вблизи г. Денби, который выпускает легкий заполнитель из агломерированного сланца под названием эглайта, и другой завод, расположенный около электростанции Баттерси, изготовляет легкий шаровидный заполнитель под названием терлайт из золы-уноса обжигом сырья в шахтной печи. 

Во Франции — до 1953 г. производства керамзита не было, но в настоящее время там изготовлением керамзита на специальной решетке занимаются две фирмы.

В последние годы производство керамзита стало широко развиваться в социалистических странах. Так, в Чехословацкой Социалистической Республике керамзит широко применяется для изготовления стеновых панелей. Начинает получать практическое применение этот материал также в Болгарии, Венгрии, Польше и других странах.

Из краткого обзора производства керамзита в различных странах видно, что наиболее широкое распространение керамзит получил в СССР и США. В ближайшие годы наша страна займёт первое место в мире по объёму производства керамзита и сборных конструкций из него.

Отметим, что в нашей стране керамзит применяется в основном в сборном домостроении. Так, в 1961 г. Главмосстрой построил в Москве из керамзитобетонных панелей и блоков около 550 крупнопанельных и крупноблочных домов общей площадью 1 млн. м². Главстрой изготовил из керамзита Бабушкинского и Шелепихинского заводов 50 комплектов 75-квартирных домов серии 1-466. В 1961 г. в Куйбышевском экономическом районе построено из керамзитобетона около 100 домов с жилой площадью до 200 тыс. м²; в г. Волжском Волгоградгидрострой построил из керамзитобетона жилые дома площадью свыше 50 тыс. м². Имеются также положительные примеры применения керамзитожелезобетона в промышленном строительстве (например, в Тульском экономическом районе), в мостостроении и судостроении.

В будущем с развитием производства керамзита объём керамзитожелезобетонных изделий ещё больше возрастёт и займёт ведущее место в строительстве из лёгких бетонов.