Сылақтық-тығыздаушы материалдар
Сылақтық-тығыздаушы материалдар негізінен гидротехникалық, жер асты және ирригациялық құрылыста кеңінен қолданылады. Сылақтық-тығыздаушы материалдарға тұтқырлығы жоғары мастикалар, бетондар мен құрылыс ерітінділері жатады.
Қатардағы портландцемент негізінде өндірілетін бетондар мен құрылыс ерітінділері қалыпты жағдайда да суды жеңіл өткізеді. Бетон қабаты арқылы өтетін судың фильтрациялық коэффициенті 0,0008м/тәулік артық болады.
Бетонның құрамын дұрыс жобалау кезінде, көлемін ұлғайтатын цементтерді, шөкпейтін цементті қолдану, бетонның құрамына тығыздаушы қоспаларды (натрий алюминатын, темір хлоридін, калий алюминатын) қосу арқылы фильтрациялық коэффициентті төмендетуге болады, бірақ та су өткізбеуге толық қол жеткізу мүмкін емес. Автоклавта қатаятын бетондардың тығыздығын, бетондарды газ тәрізді төртхлорлы кремниймен өңдеу арқылы, яғни ократтау арқылы арттырады. Түзілген гель тәрізді гидратты кремнезем жоғарғы қабаттағы кеуектерді 2...3 мм дейін тығыздап, бетонның суөткізгіштігін төмендетеді. Дегенмен цемент негізіндегі конструкциялық материалдар міндетті түрде гидроизоляциялауды талап етеді. Сондықтан құрылыста полимерцементті бетондар, полимербетондар және бетонполимерлер сияқты су өткізбеу қабілеті жоғары бетондарды қолдану тиімді.
Полимерцементті бетондар – бетон арласпасының құрамына сулы дисперсия түріндегі полимерлі заттарды ендірумен ерекшеленеді. Ондай полимерлерге поливинилацетат, поливинилхлорид, полистирол, синтетикалық латекстер, эпоксидті шайырлар, мочевинаформальдегидті шайырлар жатады. Олардың мөлшері бетонның құрамын жобалау кезінде анықталып, полимер массасының П, цемент массасына Ц қатынасымен анықталады (П/Ц). Полимерцементті бетон араласпаларын цемент негізіндегі бетондар технологиясымен дайындайды. Алдымен араластырғышқа су мен полимердің сулы дисперсиясын құйып 30...60с көлемінде араластырады да, кейіннен құрғақ компоненттерді салып, 3...5 мин көлемінде араластырады.
Полимербетондар – арнайы таңдалған оңтайлы араласпаларды тығыздау негізінде алынатын, полимерлік байланыстырғыштар мен минералды толықтырғыш және толтырғыштар негізінде өндірілетін жасанды құрылыс конгломераты. Байланыстырғыш ретінде фуран, эпоксидті, полиэфирлі және карбамидті шайырларды қолданады. Толықтырғыш ретінде түрлі минералды ұнтақтар – кейбір тау жыныстарын (андезит, гранит, кварцит) немесе өндіріс қалдықтарын ұнтақтау өнімдерін қолданады. Толтырғыш ретінде 5 мм дейінгі құм және 50 мм дейінге қиыр тас қолданылады.
Полимербетондардың гидроизоляцяилық қасиеттері физика-химиялық процестерді мақсатты реттеу арқылы, минералды компоненттер мен байланыстырғыштың түйісу шекарасында күшейетін байланыстырғыш заттың салыстырмалы гидрофобтық қасиеті мен осы бетондардың жоғары тығыздығы нәтижесінде қалыптасады. Бұл бетондарда байланыстырғыш зат ретінде фуран шайырлары кең қолданылады. Бұл шайырлардың қышқылдық қасиетінің болуын ескере отырып, бетон араласпасынан карбонатты жыныстарды алып тастайды, оның орнына гранит, сиенит және басқа да кварцты және дала шпатты жыныстарды қолданған тиімді. Сонымен бірге фуран шайырларының түр өзгерісі фурфурольноацетонды мономерді де қолдануға болады.
Полимербетон араласпасын дайындау үшін толықтырғыш, толтырғыш және шайыр мен қатайтқышты бетонаралстырғышта жақсылап араластырады. Дайын араласпаны өңдеу ыңғайлылығы, гидроизоляциялық қабаттың, қорғалатын негіздің сипаты мен аралспаны тығыздау тәсілі және байланыстырғыштың түріне сәйкес таңдалады. Егер гидроизоляциялық материалды көлденең орналасқан беттерге жағу қажет болса, онда пластикалығы төмен материал, ал тік орналасқан беттерге жағу қажет болса пластикалығы жоғары құрамдарды пайдалану қажет.
Бетонполимерлер – дегеніміз қуыстарында қатаятын сұйық полимерлер сіңдірілген бетон. Тығыз бетондардағы қуыстардың мөлшері 20 % жетеді.
Қанықтырғыш материалдар есебінде сұйық мономерлер (метилметакрилат, стирол, фурфуролацетонды мономер т.б.), термореактивті полимерлер (эпоксидті, полиэфирлі шайырлар), термопластар (битумдар, петролатум, күкірт және т.б.) қолданылады.
Бұндай бетондардың қысқандағы, созғандағы және майысқандағы беріктігі мен тығыздығы жоғары болады. Мономерлер сіңдірілген бетондардың аязға төзімділігі 5000 циклға дейін жетеді.
Полимер сіңдірілген екінші сортты паркеттер, қасиеттері жағынан жоғары сортты паркеттен қалыспайды. Ағашқа сіңдіруге фенолформальдегидті, мочевиноформальдегидті, меламиноформальдегидті, кремнийорганиклық, фуранды шайырларды, метилметакрилатты мономерді және басқада заттарды пайдаланады. Метилметакрилат сіңдірілген ағаш талшығының беріктігі бойына 3 есе, ал талшыққа көлденең бағытта – 4–6 есе, үгілуге кедергісі 2 есеге артады. Егер фенолспиртпен қанықтырылған болса, ағаш беріктігі 3 есе артып, 180 МПа жетеді. Фуранды қоспалар ағаштың қысқандағы беріктігін, қаттылығын және тозуға шыдамдылығын 1,5 – 2 есе арттырып, сусіңіргіштігін 1,5 – 2 есе төмендетеді. Қаныққан ағаш агрессивті ортаға төзімді болады.
Асфальтбетондар – битум негізінде алынатын пластикалық бетондардың бір түрі. Бұл бетондарда негізгі екі структуралық элемент болады – асфальтты байланыстырғыш зат және түйіршікті минералды материалдардың тығыз араласпасы. Асфальтты байланыстырғыш битумның минералды ұнтақтармен араласпасынан тұрады, ал минералды арласпа қиыр тас, құмнан тұрады. Компоненттердің массасы бойынша арақатынастары немесе асфальт бетондағы әрқайсысының пайыздық үлесі лабораториялық жағдайда анықталады (құрамды жобалау). Асфальт бетондарын арнаулы тұрақты зауыттарда немесе қозғалмалы қондырғыларда дайындайды.
Зауыттан жартылай фабрикат (асфальтбетонды масса) төселетін орнына жеткізіледі. Осында жұмысшы температурада, біртұтас керекті техникалық қасиеттері бар асфальтбетон алынғанша тығыздалады.
Асфальтбетон түрлі белгілерімен жіктеледі. Өндірістік қолданылу бағытына сәйкес асфальтбетон жолдық, аэродромдық, су техникалық, тротуарлық, ал өндірісте белгіленген цехтардағы, қоймадағы, гараждағы еден үшін деп жіктеледі.
Ішкі жүйе құрылымына қарай үш негізгі белгілері: түйіршіктігі, қуыстылығы және минералды араласпадағы ірі фракцияның үлесіне сәйкес жіктеледі.
Түйіршіктігі жөнінен асфальтты бетондар қиыршықтың өлшемі 40 мм-ге дейін жететін ірі түйіршікті, орта түйіршікті -25 мм-ге дейін, ұсақ түйіршікті болып жіктеледі (15 мм-ге дейін). Құмды түйіршік өлшемі 5 мм-ге дейін (кейде 3 мм-ге дейін) болып бөлінеді. Минералды қоспада көрсетілген түйіршік өлшемдері шартты түрде көрсетілген, қажетті жағдайда ауытқулар болуы мүмкін.
Қуыстылығы жөнінен асфальтбетондар тығыз және қуысты болып жіктеледі. Тығыз бетонның қуыстылығы 5%-тен аспайды, ал қуысты түрінде 10% және оданда жоғары болуы мүмкін. Қуысты асфальтбетонды, төселімнің астыңғы қабаттарына пайдаланады.
Құрылыста, әдетте ішкі жүйелік құрылымы тиімді асфальт бетонды қолданады. Байланыстырғыштың жалпы мөлшері деп, біртұтас денеде тұтас кеңістік торын құруға және асфальтбетонды массаның барлық технологиялық кезеңдерінде, әсіресе тығыздағанда қажетті қолайлы өңдеуді қамтамасыз ететін, ұстап біріктіріп тұруға жеткілікті ең аз болған мөлшерін айтады.
Тиімді ішкі жүйелі (мысалға көп қиыршық тасты асфальт бетондарда) асфальтбетонда, минералды қоспалар неғұрлым көп болса, соғұрлым асфальтты байланыстырғыш затты битуммен араластыру дәрежесі жоғары болады, яғни битум-ұнтақ (б/ұ қатынасы жоғары және керісінше). Мұндағы б мен ұ дегеніміз белгілеріне сай келетін битум мен минералды ұнтақтың мөлшері.
Температуралық факторларға қарай асфальтбетонды үш түрге, ыстық, жылы және салқын асфальтбетон деп жіктейді. Ең көп пайдаланатыны, массаны тығыздап болғаннан соң іс жүзінде іле-шала қататын ыстық асфальт бетондары мен лайлары.
Ыстық асфальтбетондар мен лайларын 140-1700С, ал жылы түрін 60-1000С және салқын түрін қоршаған ортаның температурасы 50С-дан жоғары болмаған немесе біраз көтеріңкі (5-400С) температура жағдайында төсейді. Асфальтбетон мен лайлардың, төсеу мен тығыздау кезіндегі массаның технологиялық қасиеттеріне қарай (қолайлы өңделуі) олар қатты, пластикалы және құймалы болып бөлінеді. Аталған қатты түріне кәдімгі салқын бетон жатады.
Бұндай бетондардың түпкілікті тығыздалып бекуіне, төселімді ұзақ уақыт пайдаланғаннан соң ғана қол жеткізуге болады. Пластикалы асфальтбетонды тығыздау үшін ауыр және орташа массалы ауыр дөңгелектерді, ал құймалы (құйма асфальт) асфальттарға массасы аз дөңгелектерді немесе таптауды пайдаланбайды.
Кейбір жағдайларда (тротуар мен едендер үшін) қолмен қозғайтын біліктерді қолданады. Пластикалы және құймалы асфальтбетондары тығыздалса беріктігі артады, яғни тығыздалып және салқындап болған соң (1-2 сағаттан соң) іс жүзінде қатады.
Ірі түйіршікті материалдар, қолданылған толтырғыштың түріне байланысты асфальт бетондарды қиыршық тасты, шағалды, қиыршық және шағалды, құмды және топырақты (топырақ асфальт) деп жіктейді.
Асфальтбетонды төселімнің түрін, қолданылатын құрылыс және жол машиналарының түріне және де зауыт жабдықтарына қарай таңдап алады.
Жоғарыда көрсетілгендей асфальтбетонды өңдіру үшін қиыршық тас, құм, минералды ұнтақ және битумды қолданады. Асфальт лайын дайындау кезінде қиыршық тас қолданылмайды.
Қиыршық тасты берік, аязға төзімді магмалы шөгінді және метаморфты тау жыныстарынан, сондай-ақ берік және тұрақты домна шлактарынан алады. Негізінен тау жыныстарынан (диабаз, базальт) қысуға беріктік шегі 100 МПа-дан кем болмайтын мәрмәр тәріздес әктастарды қолданған тиімді.
Асфальтбетонды екі кезеңде дайындайды. Бірінші кезеңі асфльтбетон массасын зауытта өндіру, екінші кезеңі – құрылыс алаңында масса төселіп болған соң тығыздау.
Кәзіргі кезде асфальт зауыттары – тұрақты немесе уақытша істейтін жоғарғы механикаландырылған және автоматтандырылған өндіріс орындары. Тұрақты зауыттар үлкен құрылыс объектілері үшін асфальтбетон массасын көп көлемде бірнеше жыл бойына шығарады, ал уақытша зауыттар бір бағытта созылып жатқан (магистралды автомобиль жолдары, аэродром жабылымдары) нысандарға бейімделген.
Зауыттағы негізгі операция - араластыру процесі. Соған дейін бастапқы, материалдарды кептіріп жұмыс істейтін температураға дейін қыздырады.
Бастапқы шикізаттарды жұмыс температурасына дейін қыздыру, аралыстырған кезде біртекті масса алуға мүмкіндік береді. Егер минералды ұнтақ, асфальтбетон араласпасына салқын күйінде қосылатын болса, онда шикізаттарды кептіру барабанынан шыққан кездегі массаның температурасы 200-2200С, ал егер минералды ұнтақ ыстық күйінде берілетін болса 160-1800С шамасында болады. Қыздырылған минералды материалдарды, үлкен көзді елек арқылы жеке фракцияларға бөледі де, бункерге жібереді, одан өлшегіш таразыға төгеді. Битумды да қазанда қыздырып ыстық, балқыған күйінде (150-1600С) таразыда тартады. Дайын масса өзі аударып төгетін машиналарда қрылыс объектісіне жеткізіледі. Араластырғыш босаған соң, шикізатты таразыға тарту, араластырғышқа төгу және оларды араластыру циклы қайталанып тұрады.
1 – шаң ұстаушы агрегат, 2 – минералды ұнтақ агрегаты, 3 – битум суарушы агрегат, 4 – қоректендіру агрегаты, 5 – кептіргіш агрегат, 6 – араластырғыш агрегат, 7 – жинағыш бункер
5.3 сурет - Асфальтбетон аралспасын дайындаудың технологиялық сызбасы
Дайындалған жерге асфальтбетонды массаны төсеу үшін, машина паркі мен төселім еніне қарай бір немесе бірнеше механикаландырылған асфальт төсегішті пайдаланады. Жұмыс көлемі аз және қолайсыз жерлерде асфальтты қолмен төсеуге де болады. Төселінген масса қабатын статикалық немесе дірілдегіш біліктермен, оның ішінде қысылған ауа әсерімен қозғалатын ауыр доңгелектердің салмағымен тығыздайды.
Асфальтбетонды таңдаған кезде, лаборатория мен сырт жағдайда анықталған оның техникалық қасиеттерінің көрсеткіштерін ескеру керек. Үлгілерді лаборатория жағдайында дайындап сынайды, алынған қорытындыны МемСТ талабтарымен салыстырады. Сырт жерлерде төселім жағдайына бақылау жасап, оқтын-оқтын лабораторияда сынау үшін ойылған кесінді алады. Кәзіргі кезде асфальтбетонның негізгі беріктік сипаттамасы ретінде, берілген температура мен берілген жылдамдықтағы пресспен, цилиндр үлгілерін бір остік қысқандағы беріктік шегі алынған. Асфальтбетонды үлгілердің беріктігін, созылуға кедергіні білу арқылы анықтайды.
Жоғары температураларда асфальтбетонның беріктігі цемент негізіндегі бетонымен салыстырғанда төмен, бірақ та төселімде пайда болатын нақты кернеуге қарсы тұруға толығынан жеткілікті болады. Температураның төмендеуімен өлшенген бетонның беріктігі тез өседі де, 15-250С цемент негізіндегі бетонның беріктігіне жақындайды. Кез келген температуралық интервалда, үлгілердің қысуға беріктігі, созуға беріктігінен 6-8 есе жоғары, ал суға қаныққан немесе циклдік сумен өңдеуден (алма-кезек сумен қанығу және кебу) өткен үлгілердің беріктігі әдетте құрғақ үлгілердің беріктігінен төмен болады. Сумен өңделген кезде, битум қабыршықтары асфальтбетонның басқа компоненттерінің беттерінен біршама бөлінеді де, ұнтақтың беріктігі төмендейді.
Кез келген көрсеткішпен берілген бұл тұтас материалдың беріктік сипаттамасы келесі ішкі жүйелік факторларға тәуелді: асфальттағы органикалық байланыстырғыш заттың механикалық сипаттамасына (оның беріктігі немесе тұтқырлығы), байланыстырғыш заттың мөлшеріне, минералды қоспаның сапасына (оның тығыздығы, пішіні, түйіршіктің кедір-бұдырлығы), минералды компоненттер мен байланыстырғыш арасындағы ұстасуға, тұтастық тығыздығы, сондай-ақ температура мен түскен күштің жылдамдығына немесе деформация жылдамдығына тәуелді болады.
Тиімді ішкі құрылымы бар асфальтбетонның беріктігі профессор И.А. Рыбьевтың формуласымен анықталады:
Бұндағы RT,u - Т (Кельвинде) температурасындағы асфальтбетонның беріктігі және деформация жылдамдығы (немесе түсірілген күштің қысқандағы, созғандағы және басқа сынау жағдайларында анықталады).
-асфальтбетонның технологиялық параметрлерінде дайындалып тығыздалған Т (Кельвинде) температурасындағы және деформация жылдамдығына сай келетін тиімді құрамдағы асфальтты байланыстырғыш заттың беріктігі;
К – асфальтбетондағы Б/Ү шамасының тиімді құрамдағы байланыстырғыш заттағы Б/Ү қатынасы. Асфальтбетондағы орташа битум қабыршығы қалыңдығының, тиімді құрамдағы байланыстырғыш затпен алынған асфальтбетондағы битум қабыршығының қалыңдық қатынасына тең, яғни Х-тың шамасы 1–ден көп, демек RT,u -дан аз.
n – минералды қоспаның тығыздығынан, түйіршіктерінің өлшемдері мен пішінінен, битумның минералды компоненттері мен байланысуына бағынышты жинақты көрсеткіш дәрежесі, берілген материалдар үшін ол әр уақытта оңды шама болады және тәжірибе негізінде анықталады.
Асфальтбетонның негізгі түрлері: ыстық және салқын тәсілмен дайындалған асфальбетондар.
Ыстық асфальтбетон – араласпаны жолға төсеу кезінде, оның температурасы 120оС-ден кем болмауы керек. Оның құрылымдануы, негізінен, тығыздалу барысында пайда болады.
Жылы асфальтбетон үшін сұйық немесе ылғалды қою битумдар пайдаланылады. Оның жолға төселу температурасы 70оС-ден кем болмауы тиіс. Құрылымдануы тығыздау үрдісінен соң, кейбір жағдайларда 2-3 сағат немесе бірнеше аптаға созылуы мүмкін.
Салқын асфальтбетон сұйық битум негізінде дайындалады. Салқын асфальтбетонның қолданылу температурасы +5оС-ден кем болмауы қажет. Битумның қоюлануына байланысты құрылымдануы 20-40 күнге созылуы мүмкін.
Асфальтбетон тығыздығына (кеуектілігіне) қарай – кеуектілігі 3-5%-ға тең тығыз және кеуектілігі 6-10%-дық кеуек құрылымда болады.
Тығыздау тәсіліне қарай ауыр катоктар, тербелткіштер және тығыздаушы құрылғылар арқылы тығыздалуы немесе тығыздау қажет етілмейтін асфальтбетондар пайдаланылады.
Толтырғыштардың ұсақ-ірілігіне қарай ірі түйіршікті (шағал тас немесе қиыршық тастың ірілігі 5-40 мм) және ұсақ түйіршікті (құм 5-20 мм) асфальтбетон болып бөлінеді.
Асфальтбетонның қасиеттері 5.5-кестеде берілген
5.5 кесте - Асфальтбетонның қасиеттері
| Көрсеткіштер | Асфальтбетонның маркасы | ||
| І | ІІ | ІІІ | |
| 50оС температурада қысудағы беріктігі, МПа-дан көп | 0,8 | 0,6 | |
| 20оС температурада қысудаға беріктігі, МПа-дан көп | 2,5 | 2,3 | |
| Көлемі бойынша су сіңіруі, %- дан кем | 0,5 | 1,0 | 1,5 |
Қарамайбетон – қарамай, шағал тас, құм және ұсақ минералды ұнтақты 110-130оС температурада қыздырып, араластыру нәтижесінде дайындалады.
Қарамайбетон асфальтбетон сияқты сапалы емес. Оның беріктігі, ыстыққа төзімділігі асфальтбетоннан төмен. Иілу, бүгілу және сығуға беріктігі нашар болуынан, қарамайбетон қабатының бетінде сызаттар пайда болады. Осы кемшіліктерді жою мақсатында, қарамайбетон араласпасын дайындау кезінде, оған олигомер және т.б. заттарды қосады. Бетондар ірі түйіршікті (40 мм), ұсақ түйіршікті (20 мм) және құмды (5 мм-ге дейін) түрлерге бөлінеді.