5. Асбестоцемент и асбестоцементные материалы

Бетонные и железобетонные изделия — массивные элементы толщиной, как минимум, в несколько сантиметров. Получить лег­кие тонкостенные изделия из бетона на цементе с обычной прово­лочной арматурой невозможно. Эту проблему можно решить, равномерно распределяя в мелкозернистой смеси на основе порт­ландцемента (или другого вяжущего) тонкие армирующие волокна (отрезки стальной проволоки, асбестовое волокно, стекловолокно и др.). Такой композиционный материал называется фибробетон. Из него можно изготовлять болынеразмерные листы, трубы и фасон­ные изделия толщиной всего несколько миллиметров. Самый рас­пространенный и эффективный материал такого рода — асбестоцемент, получаемый на основе распушенного асбеста.

Асбест (от греч. asbestos — неразрушаемый) — собирательное на­звание группы тонковолокнистых минералов, образующихся в зем­ной коре при воздействии геотермальных вод на ультраосновные магматические породы. Особенностью асбеста является способ­ность его минеральных агрегатов разделяться (распушаться) на тон­чайшие (диаметром в доли микрона) мягкие волоконца. Благодаря этому свойству асбест получил название «горный лен».

Различают два вида асбеста: амфиболовый (кислотостойкий) и хризотиловый (щелочестойкий). Россия обладает крупнейшими в мире месторождениями хризотилового асбеста, который благодаря уникальным свойствам используется во многих отраслях техники.

Хризотил-асбест — гидросиликат магния 3MgO • 2SiC>2 • 2Н₂О. Элементарные кристаллы хризотил-асбеста — тончайшие трубочки диаметром в сотые доли микрометров. Практически асбест разделя­ется на пучки волокон диаметром 10... 100 мкм, прочность которых на разрыв составляет 600...800 МПа, что сравнимо с лучшими мар­ками стали.

Хризотиловый асбест обладает высокой адсорбционной способ­ностью; особенно активно он адсорбирует ионы Са²⁺, поэтому его волокна хорошо сцепляются с цементным вяжущим. Щелочестой-кость хризотил-асбеста обеспечивает его устойчивость в щелочной среде цементного камня.

Асбест, помимо высокой прочности, обладает уникальным соче­танием ценных свойств:

• низкой теплопроводностью [0,35...0,41 Вт/(м • К) в нераспу­щенном виде];

• устойчивостью к повышенным температурам (нагрев до 400...500 °С не вызывает в асбесте необратимых изменений);

• высоким коэффициентом трения (например, по стали — 0,8). Из асбестового волокна изготовляют ткани, картон, бумагу,

шнуры, которые благодаря огнестойкости асбеста используют для высокотемпературной тепловой изоляции. Из смеси асбеста с син­тетическими смолами получают асбестотехнические изделия для ав­тотракторной (тормозные колодки и т. п.) и электротехнической (электроизоляционные материалы) промышленности.

В последние годы в Европе и США развернулась кампания по запрету использования асбеста, мотивируемая его вредностью. В ос­нове этой кампании лежат не медико-биологические, а конъюнк­турные соображения, связанные, в основном, с отсутствием месторождений асбеста в большинстве стран Европы и США. Так, при оценке воздействия асбеста на организм человека не делается различия между кислотостойким амфиболовым асбестом, имею­щим в составе тяжелые металлы и способным накапливаться в орга­низме человека, и хризотиловым, разрушающимся в кислых средах, в том числе и в человеческом организме.

В качестве альтернативы природному асбесту предлагаются ис­кусственные минеральные волокна, стоимость которых в несколько раз превышает стоимость асбеста, а их безопасность для человека практически не изучена. Асбестовое волокно — природный матери­ал, не требующий для своего производства энергоемких технологий, хотя бы поэтому асбест значительно экологичнее искусственных волокон.

Медики считают, что хризотил-асбест при соблюдении правил работы с ним не представляет опасности для здоровья человека. В асбестоцементных материалах асбест заключен в цементной матри­це, что исключает контакт человека с ним и делает его безвредными во всех случаях применения.

Асбестоцемент — искусственный каменный материал, получае­мый при затвердевании смеси портландцемента, асбеста (15...20 % от массы цемента) и воды. Асбест хорошо сцепляется с твердеющим цементом, и благодаря высокой прочности при растяжении асбе­стовое волокно армирует материал по всему объему, т. е. получается дисперсно-армированный бетон (фибробетон).

Асбестоцементные изделия в основном производят отливкой жидко-вязкой массы на частую металлическую сетку с последую­щим обезвоживанием и формованием. Таким образом получают плоские и волнистые листы и трубы.

Используется и другой способ формования асбестоцементных изделий — экструзия — выдавливание пластичной массы, как при производстве кирпича (см. п. 5.3). Таким образом получают пого­нажные изделия: подоконные плиты, швеллеры, пустотелые плиты и панели.

Асбестоцемент при сравнительно небольшой плотности (1600...2000 кг/м³) обладает высокими прочностными показателями (предел прочности при изгибе до 30 МПа, а при сжатии до 90 МПа). Он долговечен, морозостоек (через 50 циклов замораживания-отта- ивания теряет не более 10 % прочно­сти)

и практически водонепроницаем. Недостатки асбестоцемента: хруп­кость (асбестоцемент не выдерживает сильных ударных нагрузок), набуха­ние и усадка при изменении влажно­сти асбестоцемента, сопровождающие­ся короблением.

Волнистые кровельные листы («шифер» от немец. Schiefet — кро­вельный сланец) — основной вид ли­стовых асбестоцементных изделий. Шифер широко используют в качестве кровельного материала (его доля в общем объеме произ­водства кровельных материалов — около 50 %). Кровельные листы выпускают 6 типоразмеров: длиной 1,2...2,5 м; шириной 0,69...1,15 м; толщиной 5,5...7,5 мм (рис. 14.4). Первоначально шифер выпускали в виде плоских листов размером 40 х 40 см (отсюда и пошло назва­ние).

Кроме обычных, выпускают листы, окрашенные атмосферостойкими красками как в массе, так и с поверхности. В последнее время начался выпуск плоских листов с фигурной кромкой, имити­рующих мелкоштучную черепицу. Долговечность асбестоцемент­ных кровель — до 50 лет.

Кроме волнистых листов, выпускают плоские облицовочные лис­ты длиной до 2,8 м, шириной до 1,6 м и толщиной 4... 10 мм, которые используют для устройства стен и перегородок по деревян­ному каркасу, для изготовления санитарно-технических кабин, об­лицовки коридоров, балконов. Санитарными нормами разрешено использование асбестоцементных листов для отделки интерьеров при условии облицовки их поверхности полимерными пленками или окраски эмалями.

Асбестоцементные трубы — очень перспективный вид труб са­мого широкого назначения, обладающих комплексом ценных свойств. Они не подвержены коррозии как металлические, значи­тельно легче их и не склонны к обрастанию. За счет низкой тепло­проводности у них меньше проблем с промерзанием. Асбестоце­ментные трубы соединяются с помощью муфт.

Асбестоцементные трубы выпускают безнапорные и напорные, отличающиеся толщиной и прочностью (рис. 14.5).

Безнапорные трубы (диаметром 100 и 150 мм, длиной от 3 до 6 м) применяют для не напорной канализации, дымоходов, прокладки кабелей и дренажных коллекторов, а также столбов для оград.

Напорные трубы (диаметром от 100 до 500 мм, длиной 4, 5 и 6 м) используют для водо- и газоснабжения, вентиляции, устройства ко­лодцев и мусоропроводов. Особенно эффективны такие трубы для прокладки теплотрасс. Трубы выпускают под рабочее давление 0,6; 0,9; 1,2 и 1,5 МПа.

Напорные трубы стыкуются с помощью самоуплотняющихся муфт (рис. 14.6). Резиновые уплотнители муфт имеют несквозные цилиндрические пустоты. В эти пустоты проникает жидкость, транспортируемая по трубам под давлением, и расширяет резино­вые уплотнители. Это обеспечивает герметичность стыка.

Экструзионные изделия. В отличие от изделий, получаемых по традиционной технологии, в которых волокна ориентированы пре­имущественно в плоскости изделия, в экс-трузионных волокна расположены беспо­рядочно. Из-за этого для обеспечения рав­ной прочности расход асбеста при экстру-зионной технологии выше и составляет около 20 % (от общей массы материала) против 15 % при традиционном методе формования.

Поверхность экструзионных изделий гладкая. При резком нагрев до 400... 600 °С они не «взрываются», как обычные (например, шифер), имеющие слоистую структуру. Морозостойкость экструзион­ных изделий не менее F50.

Экструзией получают подоконные доски, профильные погонаж­ные изделия и многопустотные панели и настилы.

Многопустотные панели (рис. 14.7) — перспективный вид экструзионных изделий: длина панелей — l = 3...6 м; ширина b = 0,6 м и общая толщина — 60 и 120 мм. Такие панели с пустотами, запол­ненными теплоизоляционными материалами (минеральной ватой, пенопластами и т. п.), можно использовать для стен и покрытий промышленных и сельскохозяйственных зданий, спортивных соо­ружений и т. п.