Механические свойства строительных материалов.

1) Деформативные свойства: -упругость способность мат. изменять свою форму и размеры под действием нагрузки и полностью восстанавливаться после(закон Гука). Упругая деформация – обратимая .-пластические способность мат. изменять свою форму и размеры под действием нагрузки и сохранять их после -текучесть – нарастание деформации при постоянной нагрузке. -ползучесть – явление нарастания деформации в течении длительного времени при нагрузках, которые не вызывают деформации за обычный период наблюдения.

1) Прочность – способность материала не разрушаться под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами. Прочность оценивается пределом прочности R_сжатия, R_{скалывания} и тд. для конструкционных материалов главное – Rсж. Rсж характеризует марку по прочности для большинства строительных материалов. Rсж=Рразрушающая/τ(площадь)=[МПа]. Факторы, от которых зависит прочность: 1) размер образца. Чем меньше образец, тем больше прочность. 15*15*15 – куб бетона. 2*2*3 – для древесины; 2) формы образца; 3) скорость нагружения образца. Чем быстрее дается нагрузка, тем больше получается результат по прочности, т.к. не успевают развиться пластические деформации; 4) состояние опорных поверхностей (сухие или смазанные смазкой). Rсмазанные=1/2 Rстандартного; 5) удельная прочность. Rуд=Кконструктивного качества=R/d [МПа]. Пр.: Бетон марки 200 - прочность 200 кг/см²

2) Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого. На прессе Бринеля в поверхность материала вдавливается металлический шарик. От отпечатка определяется площадь сферы. НВ=Р(нагрузка)/S(площадь сферы) [МПа]. От твердости зависит истираемость и износ.

3) Истираемость – способность материала сопротивляться истирающим воздействиям U(истираемость)=(m1 – m2)/S[г/см²], где m1 – до истирания; m2 – после истирания; S – площадь.

4) Износ – способность материала сопротивляться одновременно истиранию и удару. Uизн=(m1 – m2)/m1*100%, где m1 – до испытания; m2 – после испытания.

5) Хрупкость – свойство мат. разрушаться внезапно , без деформаций. Внезапное разрушение обусловлено появлением и развитием трещин.

9. Связь строения и свойств строительных материалов (на примерах).

Строение (структура) материала изучается на трех уровнях. 1) макроструктура (видна невооруженным глазом); 2) микроструктура (изучается в оптический микроскоп); 3) внутреннее строение вещества (на молекулярно-ионном уровне) определяет прочность, твердость, тугоплавкость…

Виды макроструктуры: 1) волокнистая (древесина); 2) конгломератная (бетон); 3) мелко-пористая (кирпич керамический); 4) ячеистая (пено-, газобетон); 5) слоистая (бумажно-слоистый пластик); 6) рыхло-зернистая (заполнители, засыпки).

Микроструктура: кристаллическая и аморфная (нестабильное, неустойчивое, стремится кристаллизоваться. Пр. кристаллизация стекол). С точки зрения внутреннего состояния аморфное состояние характеризуется хаотичным расположением ионов, атомов, молекул. От сюда изотропия свойств. Кристаллический материал характеризуется наличием кристаллической решетки, т.е. упорядоченным расположением атомов и молекул, которое повторяется в трех измерениях.

Внутреннее строение вещества определяет прочность, твердость, тугоплавкость… Бывает ковалентная связь ( алмаз ) - высокая прочность, твердость, тугоплавкость; ионная ( гипс) не прочны и не водостойки ;молекулярные – мол. решетки , низкая t плавления ; силикаты ( асбест) имеют сложную структуру.

10. Связь состава и свойств строительных материалов. Способы выражения состава:

1) Элементный состав (какие химические элементы и в каком количестве в материале). Пр. битум (C – 70-80%; H – 10-15%; S – 2-9%; O – 1-5%; N – 0-2%). По составу можно узнать о классе материала, а следовательно о его свойствах (о горючести, о биостойкости).

2) Химический состав – в процентном содержании оксидов. Пр. цементный клинкер (CaO – 63-66%; SiO₂ – 21-24%; Al₂O₃ – 4-8%; Fe₂O₃ – 2-4%). По химическому составу можно судить не только о классе вещества, но и о принадлежности его к той или иной группе, а следовательно о свойствах.

3) Минеральный состав – какие минералы и в каком количестве входят в материал. Пр. в горную породу гранита входят: кварц, полевые шпаты, слюды. В цементный клинкер входят искусственные минералы: алит 3CaO*SiO₂, белит 2CaO*SiO₂.

4) Фазовый состав – какие фазы и в каком количестве входят в материал. Твердые, воздух, вода, лед. Все это влияет на свойство материала.

5) Вещественный состав – какие вещества и в каком количестве входят в материал. ШПЦ – шлако-портланд цемент (портланд-цементный клинкер; гранулированный доменный шлак – 21-80%; гипс – 3-5%).

11. Основные элементы технологического процесса. Понятия "сырья", "полуфабриката".Сырье, энергия, оборудование – тесно связаны между собой и взаимно обуславливают друг друга, а также они зависят от состояния экономики и научно-технического прогресса в данной отрасли. Сырье – исходные вещества или смеси из нескольких компонентов, которые поступают в переработку для получения продукции. Сырые мат. – предметы труда подвергшиеся ранние воздействиям труда и подлежащие далее переработке . Полуфабрикат – продукт труда, который должен пройти еще одну или несколько стадий обработки, прежде чем стать годным для употребления. Готовая продукция одного предприятия может служить сырьем для другого предприятия, полуфабрикатом. Пр.: доменный чугун – полуфабрикат для стали; Клинкер полуфабрикат для цемента.

12. Сырьевая база промышленности строительных материалов. Природные материалы. Сырье промышленно строительных материалов: неорганическое природное сырье – горные породы (металлические, неметаллические); органическое природное сырье (с углеродом и т.г. – нефть, газ, уголь); отходы и побочные продукты промышленности (техногенные месторождения). Горные породы – это значительные объемы скопления минералов образующий в земной коре самостоятельные тела. Минералы – продукты природных реакций в земной коре, обладающие составом и физическими свойствами ( всего 2000 ). Горные породы могут состоять из одного минерала – мономинеральные (гипс). Если несколько минералов – полиминеральные (гранит). Карта минералов создалась в 1925 г. Россия по запасам и разнообразию природных материалов нету равных.

13. Классификация природных каменных мат. по условию образования. Основные области применения нерудных материалов в строительстве. В зависимости от условий формирования делят на группы: -Магматические ( 1) – образуются в процессе кристаллизации( остывания ) магмы, всего около 70%.-Осадочные ( вторичные) - возникают из продуктов разрушения других пород. -Метаморфические приспособление пород к изменившемся в пределах земной коры физико-химическим условиям. Широко используют ПКМ и изделия, получаемые мех. обработкой горных пород(раскалыванием, распиливанием, шлифованием, полированием, дроблением, …)

14. Магматические горные породы, применяемые в строительстве: состав, строение, свойства, применение. Магматические породы образовались в результате остывания и затвердевания магмы (большая часть земной коры). Магма – силикатный расплав, поступающий из недр земли.1)Глубинные породыобразовались при остывании магмы в глубине земной коры под давлением вышележащих слоев. Остывание было медленным и равномерным. Поэтому строение равномерно-зернистое и полнокристаллическое. В зависимости от размеров: крупнозернистые (>5мм); среднезернистые (1 – 5 мм); мелкозернистые (0,5 – 1 мм). Свойства у магматических глубинных пород: высокая плотность ρ_m=2900 – 3300 кг/м³; П<1%; Rсж до 300 МПа; высокая теплопроводность λ=3 Вт/мС⁰ ; низкое водопоглащение; высокая морозостойкость; декоративность; долговечность. Представители: гранит, сиениты, гарнодиориты, габброиды. Применение щебень для бетона, плиты для полов, облицовка, монументы.

1) Излившиеся плотные породы образовались при остывании магмы с выходом в поверхностные слои земной коры. Остывание было более быстрым, и менее равномерным. Строение: однородное мелкокристаллическое ( диабаз, базальт ) используют как глубинные; неоднородное ( порфиры) . Структура: стекловидная, аморфная, скрытокристаллическая, порфировая. Свойства: меньше морозостойкость; ниже термическая стойкость; выше хрупкость (т.к. меньше однородность); водопоглащение и пористость @ глубинным; прочность несколько ниже. Условия образования определяют строение, а строение определяет ее свойства. Используют как внутреннею отделку.

2) Излившиеся пористые породы образовались при вулканических извержениях, когда магма большим давлением вместе с парами и газами вырывалась на поверхность земли. Ввиду быстрого охлаждения образуется аморфная, стекловидная структура. При резком сбросе давления магма застывала пары и газы и строение получалось высокопористое (сферические и замкнутые поры). Рыхлые обломочные породы ( пепел, песок вулканический) – сырье для теплоизоляционных материалов. Сцементированные ( туфолава, туф ) Свойства: ρ_m=750 – 1400 кг/м³; П=40 – 70%; λ=0,34 Вт/мС⁰; Rсж=5 – 30 МПа; высокая декоративность, долговечность; низкая теплопроводность, легко распиливаются, шлифуются. Используют для устройства перегородок , перекрестий огнеупорных, также в качестве декоративного камня т.к. туфы бывают разных цветов.

15. Осадочные горные породы, применяемые в строительстве: состав, строение, свойства. применение.Осадочные горные породы образовались в результате природных процессов выветривания первичных пород, химического и механического выпадения в осадка из воды, жизнедеятельности растений. Осадочных пород около 5%.Залегают на поверхности. Строение: слоистое, более пористое. Некоторые растворимы в воде( гипс), распадаются в воде на мелкие частицы (глина). Если отсутствует слоистость текстура называется беспорядочной. Выветривание горных пород бывает под действием :

- физических факторов ( перемена t , воздух, ветер, радиация, вода…)

- химических фаторов ( разрушением отдельных минералов, под воздействием воды , углекислого газа … )

Классификация горных пород по условиям образования :

1) механические отложения – продукты выветревания

- рыхлые ( глина, гравий, песок )

- сцементированные ( песчаники , конгломераты, брекчии ) .

2) Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок химических соединений содержащихся в воде ( бакситы ).

3) Органогенные породы образовались из крупных скоплений отмерших растительных и животных организмов (водоросли, скелеты). Это известняки, мел, известняк ракушечник , диатомиты.

Применение: сырье для вяжущих веществ.

16. Метаморфические горные породы, применяемые в строительстве. Метамотфические горные породы образуются из осадочных пород под влиянием высокого давления, высокой температуры и химических реагентов.Бывают видоизменные магматические ( Гнейнс ) и видоизменные осадочные ( мрамор ).

Строение: под влиянием давления деформация кристаллов, сланцеватое строение, разные свойства по разным направлениям. Основные разновидности метаморфических горных пород.

Кристаллические сланцы имеют мелкозернистое строение с полностью утраченными первичными текстурами и структурами. Цвет их от темно- до светло-серого. Основная часть породы состоит из зерен кварца, биотита и мусковита. Некоторые разновидности глинистых, кремнистых, слюдистых и иных сланцев являются естественными кровельными материалами - кровельными сланцами. Они должны отвечать определенным требованиям: иметь достаточную плотность и вязкость, твердость, малое водопоглощение, высокую водостойкость, стойкость против выветривания. Плотность кровельных сланцев - около 2,7-2,8 г/см³, пористость - 0,3-3%, предел прочности при сжатии - 50-240 МПа. Кровельные сланцы используют в производстве кровельных плиток для лестничных ступеней, плит для пола, подоконных досок и т.п.).

Гнейсы - породы метаморфического генезиса, образовавшиеся при температуре 600-800°С и высоком давлении. Исходными являются глинистые и кварцево-полевошпатовые породы. В состав гнейсов входят следующие минералы: кварц, биотит, роговая обманка, полевые шпаты. Текстура - массивная, полосчатая, структура - разнозернистая. Применяют гнейсы для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог.

Кварцитами называют мелкозернистые кварцевые или кремнистые песчаники, их образование связано с перекристаллизацией песчаников. Кварциты содержат 95-99% SiO2. Важным свойством их является высокая огнеупорность - до 1710-1770°С и прочность на сжатие - 100-455 МПа. В строительстве кварциты используют в качестве стенового камня, щебня и брусчатки.

Мрамор - мелко-, средне- и крупнозернистая плотная карбонатная порода, состоящая главным образом из кальцита и представляющая собой перекристаллизованный известняк. Хорошо полируется. Мрамор широко применяется для внутренней отделки стен зданий, ступеней лестниц и т.п.

18. Виды многотоннажных отходов, применяемых для производства строительных материалов. Эффективность их использования.

1) шлаки черной металлургии (чугун, сталь – доменные, мартеновские). 1 тонна чугуна – получаем 0,4 шлака.

2) шлаки цветной металлургии. 1 т. меди – 10-30 т. шлаков; 1 т. никеля – до 150 т. шлака. Переработка цветной металлургии (3 этапа): извлечение редких и цветных металлов; извлечение железа; переработка силикатного минерального остатка на строительные материалы (щебень, вяжущие вещества).

3) золы и шлаки тепловых электростанций (остатки от сжигания твердых видов топлива). 1 ТЭС – 1 - 5 млн. т. золы и шлаков. Зола применяется как добавка к цементам, бетону, производству заполнителей, строительной керамики.

4) вскрышные породы (отходы при добычи полезных ископаемых – 3 млрд. т.). Применение в зависимости от своего состава. Осадочные горные породы: глина – керамика, известняк, мел и т.д.

5) отходы угледобычи и углеобогащения. ≈50 млн. т. Применение: выгорающие добавки в производстве керамики, для производства искусственных пористых заполнителей, для устройства нижнего слоя дорожного полотна и т.д.

6) гипсовые отходы химической промышленности. CaSO₄*2H₂O; CaSO₄*1/2H₂O; CaSO₄. Замена природного гипса.

7) отходы деревообработки и лесохимии (ДСП, ДВП, гипсоопилочные плиты, лигнин).

8) пиритные огарки (пирит FeS)→делают серную кислоту H₂SO₄ выделяется мышьяк, Fe – до 40%.

9) электро-термо-фосфорные шлаки. Получается H₃PO₄, SiO2 – до 40%. Эти шлаки не токсичны. Используется в производстве шлака портландцемента, как щебень для бетона, вяжущие вещества.

10) отходы промышленных материалов:

- цементная пыль – 30% от объема. Применяют в вяжущих веществах, для раскисления почвы т.д.;

- бракованный кирпич, бетон (делают щебень для бетона низких и средних марок);

- каменная пыль, крошка (добавка к бетонам и растворам);

- прочие отходы (стекольный бой, макулатура, изношенная резина).

Эффективность использования отходов: замена природного сырья; снижение расхода природного сырья; снижение емкости материала; снижение себестоимости материала; снижение материалом затрат на добычу и транспортировку.

Выгоды:

1) вторжение современной добывающей техники.

2) сокращение затрат топлива и энергии. некоторые отходы уже прошли высокотемпературную обработку, а некоторые содержат топливо в своем составе (применение топливо содержащих в керамике сокращает расход обжига на 50%).

3) улучшение экономических показателей предприятий, отходы которых используются.

4) улучшение экологической ситуации в регионе (засечет ликвидации отвалов и недопущения новых).

5) расширение сырьевой базы в промышленности строительных материалов и увеличение выпуска новых эффективных материалов.

6) высвобождение ценных земельных площадей и использование их по назначению.

23. Строение и свойства древесины. Зависимость свойств древесины от влажности. Виды материалов и изделий из древесины. Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом, микроструктурой – видимое под микроскопом. Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный, радиальный и тангенциальный. Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка защищает дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни. Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток – камбий. Свойства древесины. +: легкое (ρ=400 – 500 кг/м³); пористое (П=50 – 75%); λ (теплопроводность поперек)=0,17 Вт/м*С⁰; λ (теплопроводность вдоль волокон)=0,35 Вт/м*С⁰; Rсж=50 – 60 МПа; Rизг=80 – 120 МПа; очень технологична, декоративна, долговечна при правильных условиях эксплуатации. −: горит; склонна к загниванию; склонна к короблению. Зависимость свойств древесины от влажности. В древесине содержится влага: 1) гигроскопическая – связанная в стенках древесных клеток; 2) капиллярная влага – заполняет межклеточное пространство и полости клеток; 3)химически связанная влага. Предел гигроскопичности – 23-35% (в среднем берется 30%). Предел гигроскопичности – влажность, соответствующая полному насыщению стенок древесных клеток гигроскопической влагой при полном отсутствии свободной влаги. Влажность комнатно-сухой древесины – 10-12%. Влажность воздушно-сухой древесины – 15-18%. Равновесная влажность – влажность, которую приобретает древесина, находясь долгое время при определенной температуре и влажности окружающего воздуха. Стандартная влажность – это условное значение влажности, к которому следует приводить все показатели свойств древесины. Строганные и шпунтовые доски и бруски применя­ют для заделки углов между стенами и полом; поручни и на­личники для обшивки дверных и оконных коробок. Паркет бывает обыкновенный и щитовой. Пар­кетные планки (дощечки) изготовляют из твердых пород - дуба, бука, ясеня и др. Щитовой паркет имеет основание из досок или брусьев, на которые наклеен паркет, набранный из отдельных планок. Столярные изделия - оконные и дверные блоки с вмонтиро­ванными в них оконными переплетами и дверными полотнами, столярные перегородки и панели для жилых и гражданских зда­ний. Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущенного шпона. Декоративную клееную фанеру изготовляют из бере­зового, ольхового или липового шпона и облицовывают с одной или двух сторон строганным шпоном из ценных пород дерева (дуба, груши и т.п.) с красивой текстурой либо полимерными пленками. Декоративную фанеру применяют для внутренней отделки стен, перегородок, дверных полотен, встроенной мебели и т.п. Кровельные материалы для временных зданий выпускают сле­дующих видов: стружку, дрань, плитки деревянные и гонт. Древесностружечные плиты изготовляют путем горячего прессования специально приготовленных древесных стружек с термо­реактивными жидкими полимерами. Твердые плиты применяют для устройства перегородок, под­шивки потолков, настилки полов, для изготовления дверных полотен и встроенной мебели. Отделочные плиты облицовывают синтетической пленкой с прокладкой текстурной бумаги под цвет и текстуру древесины ценных пород. Столярные плиты - это реечные щиты, оклеенные с обеих сто­рон березовым или другим шпоном. Их применяют для дверей, перегородок и встроенной мебели. Древесно-слоистые пластики - это листы или плиты.

24. Пороки древесины. Защита древесины от гниения и возгорания. Пороки: сучки – части ветвей, заключенные в древесине, нарушают однородность строения древесины; трещины – разрывы древесины вдоль волокон; сбежистость – это уменьшение диаметра круглых лесоматериалов от толстого к тонкому концу, превышающие нормальный сбег; закомелистость – резкое увеличение нижней части ствола дерева; кривизна – искривление продольной оси бревен, обусловленное кривизной ствола дерева; крен – ненормальное утолщение поздней древесины в годовых слоях; завиток – местное резкое искривление годовых слоев под влиянием сучков и проростей; пасынок – отмерший толстый сук, пронизывающие ствол под острым углом к его продольной оси; прорость – обросший древесный участок поверхности ствола с омертвевшими тканями и отходящая от него радиальная трещина; рак – рана, возникающая на поверхности ствола растущего дерева вследствие жизнедеятельности грибков и бактерий. Защита древесины от гниения: 1) применять сухую древесину; 2) использовать лаки, краски для предотвращения водопоглащения в период эксплуатации; 3) применение антисептиков. Защита древесины от возгорания: 1) отдаление деревянных частей сооружений от источников нагревания; 2) наносят огнезащитные составы.

25. Состав и свойства глин как сырья для строительной керамики. Процессы, происходящие при обжиге глин.Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками – отощающими, плавнями, пластификаторами и др. глинистое сырье (глины) – продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород. Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой дает легко формуемую пластическую массу. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В настоящее время природные глины в чистом виде резко являются кондиционным сырьем для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения. Добавки: 1) отощающие (их вводят в пластичные глины для уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях. К ним относятся: шамот, шлаки, золы, кварцевый песок); 2) порообразующие (их вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. Это древесные опилки, угольный порошок идр.); 3) плавни (их вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий. Это полевые шпаты, доломит, тальк и др.); 4) пластифицирующие (их вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. Это высокопластичные глины, бентониты и др.); 5) специальные (для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом.).

Общая схема производства. 1) Добыча сырья , карьерные работы .Карьерная глина в естественном состоянии обычно не пригодна для получения керамических изделий.2)Приготовление формировочной массы( добывки).3) Формирование(Пластичный способ при естественной влажности смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Этот способ производства является наиболее простым, наименее металлоемким и потому наиболее распространенным.-Жесткий способ формования является разновидностью современного развития пластического способа. Влажность формуемой массы при этом способе колеблется от 13 до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравлических прессах. Формование при пластическом и жестком способах завершается разрезкой непрерывной ленты отформованной массы на отдельные изделия на резательных устройствах. Эти способы формования наиболее распространены при выпуске: сплошных и пустотелых камней, блоков и т.п. Бывает еще и литье способ). 4) Сушка . Перед обжигом изделия должны быть высушена до содержания влаги 5 – 6% во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге.5) Обжиг – важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение. Интервал температур обжига лежит в пределах : 900 - 1100 С⁰ для кирпича, камня; 1100 – 1300 С⁰ для плиток для полов, фаянса; 1300 – 1450 С⁰ для фарфоровых изделий; 1300 – 1800 С⁰ для огнеупорной керамики.

26. Керамический кирпич: способы производства, технические требования, марки. Пути снижения себестоимости. Керамический кирпич и камни изготовляют из легкоплавких глин с добавками или без них и применяются для кладки наружных и внутренних стен и других элементов зданий и сооружений. В зависимости от размеров кирпич и камни подразделяются на виды: кирпич (250*120*65), утолщенный (250*120*88), модульный (288*138*65), камень обыкновенный (250*120*138), укрупненный (250*138*138), модульный (250*250*138). Кирпич может быть полнотелым и пустотелым. Утолщенный и модульный кирпич должен быть также только с круглыми или щелевыми пустотами, чтобы масса одного кирпича не превышала 4 кг. Поверхность граней может быть гладкой и рифленой. Кирпич должен быть нормально обожжен, т.к. недожог (алый цвет) обладает недостаточной прочностью, малой водостойкостью и морозостойкостью, а пережженный отличается повышенной плотностью, теплопроводностью и, как правило, имеет искаженную форму. Морозостойкость кирпича и камней 15, 25, 35 и 50. Водопоглощение для полнотелого кирпича должно быть для марок до 150 не менее 8%, а для полнотелого кирпича более высоких марок и пустотелых изделий не менее 6%. Применение эффективных стеновых керамических материалов позволяет уменьшить толщину наружных стен, снизить материалоемкость ограждающих конструкций до 40%, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание.

27. Классификация неорганических вяжущих веществ (примеры, характеристика отдельных групп). Неорганические вяжущие вещества представляют собой тонко - дисперсные порошки, способные при смешивании с водой давать пластичное тесто, которое со временем самопроизвольно затвердевает.

Неорганические: а) воздушные (известь), б) гидравлические (портландцемент), в) автоклавного твердения (известково-кремнеземистые)..

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе.

Гидравлические вяжущие твердеют и длительное время сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде.

Вяжущие автоклавного твердения – это вещества, способные при автоклавном синтезе, происходящем в среде насыщенного водяного пара, затвердевать, с образованием плотного, прочного камня .(по существу тоже относятся к гидравлическим вяжущим)

28. Воздушная известь: сырье , основы производства, виды, свойства, применение. Воздушная известь – самое древнее воздушно-вяжущее вещество (3000 до н.э.). С 3 в. до н.э. научились придавать извести гидравлические свойства (смешивать известь с молотым кирпичом). Воздушная известь – продукт умеренного обжига кальциево-магниевых карбонатных горных пород. Также в известь добавляли горные породы, содержащие кремнеземы (SiO2). Сырье: карбонатные горные породы (известняки, мел, отходы промышленности). От состава примесей и количества зависят свойства извести. CaCO3→CaO+CO2. CaO – воздушная известь. Виды извести: 1) негашеная комовая CaO+MgO; 2) негашеная молотая CaO+MgO; 3) гашеная; 4) известковое тесто 50% - твердые частицы (Ca(OH)2+Mg(OH)2) и 50% - вода. Производство: 1) добыча известняка (открытый способ, взрывной способ). В карьере происходит дробление и сортировка по размеру. 2) подготовка известняка и топлива. 3) обжиг. 4) а) помол - молотая негашеная известь, б) гашение – гашеная известь. Должна быть оптимальная температура обжига – min температура, которая обеспечивает наиболее полное разложение известняка. Агрегаты для обжига: 1) пересыпные (известняк – топливо - известняк). Известь получается загрязненной золой; 2) с выносными топками. Известь чистая. Гашение извести (реакция извести с водой). 44% массы уходит. Получается очень пористый материал и это реагирует с водой. CaO+H2O→Ca(OH)2+Q. Известь – единственное вяжущее, которое можно перевести в тонкодисперсное состояние не только путем помола, но и путем гашения. Каждая частица окружена пленкой адсорбированной воды. От сюда высокая пластичность, подвижность известкового теста. Твердение извести: 1) высыхание раствора, сближение кристаллов Ca(OH)2, их срастание между собой. 2) Ca(OH)2+СО2→СаСО3+Н2О. Прочность известковых растворов низкая. Известь – единственное вяжущее, которое не делится на марки по прочности, а делится на сорта в зависимости от показателей состава. Применение извести: изготовление штукатурных и кладочных растворов. Изготовление смешанных вяжущих веществ. Силикатный кирпич силикатный бетон и т.д.

29. Гипсовые вяжущие вещества: сырье, основы производства, виды, свойства, применение. Сырье: горные породы – гипс, ангидрид и отходы промышленности. Гипсовые вяжущие: низко обжиговые (110 – 170 С⁰. CaSO4*2H2O→CaSO4*1/2H2O – строительный гипс, формовочный гипс, высокопрочный гипс); высокообжиговые (600 – 900 С⁰. Ангидридовые вяжущие CaSO4→CaO+SO3. CaSO4 вяжущими свойствами не обладает, CaO активизатор твердения. Пр. искусственный мрамор, бесшовные монолитные полы и т.д.). низко обжиговые вяжущие: β-форма CaSO4*1/2H2O (строительный и формовочный гипс. Изготавливается в открытых агрегатах, когда Н2О удаляется в виде пара. Изделия не высокой прочности); α-форма CaSO4*1/2H2O (высокопрочный гипс. В закрытых агрегатах, Н1О выделяется в жидком виде. Кристаллы плотные и крупные изделия). Технология строительного гипса: 1) добыча сырья (в карьерах) 300 – 500 мм размером; 2) дробление гипса до 10-15 мм (в карьерах); 3) помол с сушкой; 4) обжиг (в гипсоварочном котле). Твердение гипса: CaSO4*1/2H2O+1,5H2O=CaSO4*2H2O+Q. Для высокопрочного гипса берут 30 – 40% воды. Процесс твердения. Периоды: 1) растворение кристаллов CaSO4*1/2H2O. Образование насыщенного раствора. 2) возникновение зародышей CaSO4*2H2O. Возникновение рыхлой пространственной коагуляционной (слипание) структуры теста (процесс схватывания). 3) кристаллизация новых образований, рост кристаллов, их срастание. Образование кристаллизационной структуры камня (процесс твердения). Свойства гипса: 1) тонкость помола (сито 0,2 мм), грубый помол ≤30%, средний помол ≤15%, тонкий помол ≤2%; 2) водопотребность гипса 52%; 3) сроки схватывания гипса 11 минут; 4) прочность и марки гипса. Прочность определяется на балочках 4*4*16 см через 2 часа; 5) низкая водостойкость. Применение гипса: область применения гипса зависит от марки. Низкие – для строительных растворов, для бетонов. Высокие марки – для изготовления тонкостенных изделий (винтеляционные короба, полы и т.д.).

30. Портландцемент: определение, сырье, способы производства, основы технологии. Портландцемент – самое главное вяжущее. Это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого совместного измельчения портландцементного клинкера с природным гипсом. Весьма ценным сырьем являются доменные шлаки. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами. Сухой способ заключается в измельчении и тесном смещении сухих материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде порошка, называемого сырьевой мукой. Тонкое современное измельчение известняка и глины осуществляют в глубинных мельницах. Мокрый способ применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность. Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществляется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидко-текучей массы. Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Вращающиеся печи работают по принципу противотока. В зоне испарения происходит высушивание поступившего сырья при постепенном повышении температуры с 70-80°С. В зоне подогрева, которая следует за сушкой сырья, при постепенном нагревании сырья с 200°С до 700°С. В зоне кальцинирования температура обжигаемого материала поднимается с 700°С до 1100°С, здесь завершается процесс диссоциации углекислых солей кальция и магния и появляется значительное количество свободного оксида кальция. В зоне экзотермических реакций (1100–1250°С) проходят твердофазовые реакции образования ЗСаО*Аl₂Оз; 4СаО*А1₂0з*Fе₂0з и белита. В зоне спекания (1300–1450°С) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения, необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера – алита 3CaO*Si0₂ почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаОсвобод. не более 0,5-1%). В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300°С до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав. Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен-гранул ("горошка") темно-серого или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000°С до 100-200°С. После этого клинкер выдерживается на складе 1-2 недели. Помол клинкера в тонкий порошок производится преимущественно в трубных (шаровых) мельницах. Трубная мельница представляет собой стальной барабан, облицованный внутри стальными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на 2–4 камеры. При вращении мельницы мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и истирая зерна материала. Готовый портландцемент - очень тонкий порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета; по выходе из мельницы он имеет высокую температуру (80–120°С) и направляется пневматическим транспортом для хранения в силосы, которые обычно выполняются в виде железобетонных банок диаметром 8-15 м и высотой 25-3,0 м. Большие силосы вмещают 4000–10000 т цемента. Цемент в силосах выдерживают до его охлаждения и гашения остатков свободного оксида кальция, которое происходит под действием влаги воздуха. Из силосов цемент погружается в автоцементовозы, в вагоноцементовозы или крытые железнодорожные вагоны. Часть цемента поступает на отвешивающие и упаковывающие машины и поставляется в мешках по 50 кг.

31. Портландцементный клинкер: состав, его влияние на свойства портландцемента. Реакции минералов клинкера с водой.Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания тщательно подобранной однородной измельченной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или других продуктов аналогичного состава, используемый в производстве цемента как основной компонент. Самым распространенным является клинкер портландцементный, получаемый обжигом мергеля или известково-глинистых смесей строго определенного состава. Возможно добавление побочных продуктов некоторых химических производств с частичной заменой (в соответствии с расчетом состава) природного сырья, а также добавок, улучшающих качество клинкера и снижающих температуру обжига. Сырьевая смесь, подготовленная в виде гранул (зерен) или жидкотекучего шлама, подвергается обжигу до температуры спекания при соблюдении необходимых тепловых режимов по зонам печи и последующему охлаждению обожженного продукта. Клинкер портландцементный характеризуется следующими показателями. Химический состав — содержание оксидов, % по массе: СаО — 63—67, SiO₂ — 21—24, Аl₂Оз — 4—7. Клинкер цементный представлен искусственным продуктом, состоящим из кристаллических минералов и стекловидного вещества, заполняющего межминеральное пространство, причем минералы не являются полностью химически чистыми компонентами клинкера. Как только цемент затворяют водой протекают следующие химические реакции: 2(3CaO*SiO₂)(алит)+6H₂O=3CaO*2SiO₂*3H₂O+3Ca(OH)₂;

2(2CaO*SiO₂)(белит)+4H₂O=3CaO*2SiO₂*3H₂O+Ca(OH)₂;

3CaO*Al₂O₃+6H₂O=3CaO*Al₂O₃*6H₂O-непрочная рыхлая кристаллическая структура, опасная в случае коррозии материала;

3CaO*Al₂O₃+3(CaSO₄)+26H₂O=3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*32H₂O;

4CaO*Al₂O₃*Fe₂O

Наши рекомендации