Строительные материалы - Автоматизированная
реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА Документ СМК 3 уровня УМКД УМКД Учебно-методические Редакция № 3 материалы по дисциплине «Строительные «__»______2013 материалы» г. УМКД 042-16-12. 1.30/03-2013 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ «Строительные материалы» для специальности 5B072900 - «Строительство» 5B073000 – «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Семей 2013 Содержание 1 2 3 4 Глоссарий (Примечание-наличие данного раздела не обязательно) Лекции Практические и лабораторные занятия Самостоятельная работа студента 1 ГЛОССАРИЙ В настоящем УММ использованы следующие термины с соответствующими определениями: Свойство – характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации. Качество – совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением. Пористость - степень заполнения объёма материала порами, пустотами, газо-воздушными включениями. Гигроскопичность - способность материала поглощать влагу из окружающей среды и сгущать её в массе материала. Влажность W(%) – отношение массы воды в материале к массе его в абсолютно сухом состоянии. Водопоглащение В – характеризует способность материала при соприкосновении с водой впитывать и удерживать её в своей массе. Влагоотдача – способность материала отдавать влагу. Предел прочности при сжатии R – отношение разрушающей нагрузки Р(Н) к площади сечения образца F (см2). Жёсткость – свойство материала давать небольшие упругие деформации. Твёрдость – способность материала (металла, бетона, древесины) сопротивляться прониканию в него под постоянной нагрузкой стального шарика. Эмульсии – дисперсные системы, состоящие из двух не смешивающихся между собой жидкостей, одна из которых находится в другой в мелко раздробленном состоянии. Лекции Тема 1 Взаимосвязь состава, строения и свойств строительных материалов. План лекции 1. Свойства, характеризующие особенности физического состояния материалов. 2. Гидрофизические и теплофизические свойства материалов. 3. Механические свойства: нагрузки, деформации и напряжения, прочность. В строительстве применяют много материалов с различными свойствами, однако существуют основные свойства, важные для вех строительных материалов. К таким свойствам можно отнести: плотность, пористость, прочность, деформируемость и стойкость в эксплуатационных условиях. Исходя из условий работы материалов в сооружении, их можно разделить по назначению на две группы. Первую группу составляют конструкционные материалы, применяемые для несущих конструкций: 1) природные каменные материалы; 2) неорганические и органические вяжущие вещества; 3) искусственные каменные материалы: получаемые на основе вяжущих веществ (бетоны, железобетон, строительные растворы) получаемые термической обработкой минерального сырья (керамические материалы и изделия, стекло; 4) металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы); 5) полимеры; 6) древесные материалы; 7) композиционные материалы (асбестоцемент, бетонополимер, фибробетон. Вторая группа объединяет строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных воздействий среды, а также для повышения эксплуатационных свойств и создания комфорта: 1) теплоизоляционные; 2) акустические; 3) гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие; 4) отделочные; 5) антикоррозионные; 6) огнеупорные; 7) материалы для защиты от радиационных воздействий. Строительный материал характеризуется химическим минеральным и фазовым составом. Химический состав строительных материалов позволяет судить о некоторых свойствах: огнестойкости; биостойкости; механических и других технических характеристиках. Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве они содержатся в вяжущем веществе или в каменном материале. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды, находящейся в его порах, оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. Структуру материала изучают на трех уровнях: первый – макроструктура материала – строение, видимое невооруженным глазом; второй – микроструктура материала – строение, видимое в оптический микроскоп; третий – внутренне строение веществ, составляющих материала, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного анализа, электронной микроскопии и т.д. Структура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная. Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества (например, кристаллический кварц и различные аморфные формы кремнезема). Кристаллическая форма всегда более устойчива. Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую форму. Практическое значение для природных и искусственных каменных материалов имеет явление полиморфизма, когда одно и то же вещество способно существовать в различных кристаллических формах, называемых модификациями. Например, полиморфные превращения кварца, сопровождающиеся изменением объема. Гидрофизические и теплофизические свойства материалов. Истинная плотность, кг/м3 – отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор и пустот. Чтобы определить истинную плотность, необходимо массу материала разделить на абсолютный объем, занимаемый материалом без пор. Средняя плотность, кг/м3 – физическая величина, определяемая отношением массы образца материала ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гравий и др.) определяют насыпную плотность, кг/м3. В объем таких материалов включают не только поры в самом материале. Но и пустоты между зернами или кусками материала. Пустотность, % – количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала (песка, щебня и т.п.) или имеющихся в некоторых изделиях, например, в пустотелом крипиче или панелях из ж/бетона Vщ=(1-ρн/ρ·1000)·100, % по объему; песка и щебня составляет 35-45% Пористость, % - Пористостью материала называют степень заполнения его объема порами. Пористость дополняет плотность до 1 или до 100 % и определяется по формуле: П =(1 —ρ m /р) 100%. Влажность, % характеризует относительное содержание воды в материале. Водопоглощение, % — способность материала впитывать воду и удерживать ее. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и абсолютно сухом состояниях. Различают объемное водопоглощение Wv, когда указанная разность отнесена к объему образца: mнас mсух Wm 100 mсух и массовое водопоглощение Wт, когда эта разность отнесена к массе сухого образца: Wо Wо mнас mсух Vo Wm o 100 100 , в ρ в – плотность воды, 1 г/см 3 Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивает среднюю плотность и теплопроводность, понижает прочность. Водопроницаемость,– свойство материала пропускать воду через свою толщу. Величина водопроницаемости характеризуется коэффициентом фильтрации Кф (м2/ч), который определяется количеством воды, прошедшим в течение 1 ч через 1 м2 площади испытуемого материала при постоянном давлении. Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении, т. е. состоянии полного насыщения материала водой, называется водостойкостью и характеризуется значением коэффициента размягчения Кр=Rнас/Rсух где Rнас—предел прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии, МПа, Rсух — то же, сухого материала. Влагоотдача — свойство материала отдавать влагу окружающему воздуху, характеризуемое количеством воды (в процентах по массе или объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60 % и температуре 20 °С. Гигроскопичностью называют способность материала поглощать влагу из влажного воздуха Древесина и некоторые теплоизоляционные материалы вследствие гигроскопичности могут поглощать большое количество воды, при этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры. В таких случаях для деревянных и ряда других конструкций приходится применять защитные покрытия. Морозостойкость – свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности. Если образцы после замораживания не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости устанавливают определением коэффициента морозостойкости КМрз: К Мрз R Мрз R нас где RМрз – предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость, МПа; Rнас - предел прочности при сжатии насыщенного водой материала, МПа. Огнестойкость – способность материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые – материалы под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К этим материалам относят природные каменные материалы, кирпич, бетон, сталь. Трудносгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются. Древесно-цементный мат-л, фибролит и асфальтовый бетон. Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня. К этим материалам в первую очередь следует отнести дерево, войлок, толь – (кровельный картон, покрытый пропиткой каменноугольных или дегтевых продуктов с посыпкой или без посыпки из минеральной крошки) и рубероид. Огнеупорностью называют свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Огнеупорные материалы способны выдерживать продолжительное воздействие температуры свыше 1580 ºС. Их применяют для внутренней облицовки промышленных печей (шамотный (обожженная глина - для огнеупорности) кирпич. Тугоплавкие материалы выдерживают температуру от 1350 до 1580 ºС (гжельский кирпич для кладки печей). Легкоплавкие материалы размягчаются при темп-ре ниже 1350 ºС. (обыкновенный глиняный кирпич). Паро- и газопроницаемость – свойство материала пропускать через свою толщу под давлением водяной пар или газы (воздух). Все пористые материалы при наличии незамкнутых пор способны пропускать пар или газ. Теплопроводность, λ, Вт/(м·ºС) – свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплоекмкость, с, Дж/(кг·ºС) – свойство материала поглощать при нагревании определенное кол-во теплоты и выделять ее при охлаждении. Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил. К механическим свойствам относят прочность, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару, твердость, истираемость, износ. Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Под воздействием различных нагрузок материалы в зданиях и сооружениях испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, изгиб, срез и др.). Прочность материала характеризуется пределом прочности (при сжатии, изгибе и растяжении). Пределом прочности называют напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии Rсж или растяжении Rраст вычисляют по формуле P Rсж разр F где Р – разрушающая нагрузка, Н; F – площадь поперечного сечения образца, мм2 Предел прочности при изгибе Rизг: При одном сосредоточенном грузе и образце-балке прямоугольного сечения Rèçã 3Pl 2bh 2 при двух равных грузах, расположенных симметрично оси балки Rèçã P(l à) bh 2 где Р - разрушающая нагрузка, Н; l – пролет между опорами, мм; а – расстояние между грузами, мм; b и h – ширина и высота поперечного сечения балки, мм2 Упругость – свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после снятия нагрузки первоначальные форму и размеры. Наибольшее напряжение, при котором материал еще обладает упругостью, называется пределом упругости. Пластичность – способность материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Это свойство противоположно упругости. Примером пластичного материала служат свинец, глиняное тесто, нагретый битум. Хрупкость – свойство материала мгновенно разрушаться под действием внешних сил без предварительной деформации. Природные камни, керамические материалы, стекло, чугун, бетон и т.п. Твердость – свойство материала сопротивляться прониканию в него другого материала, более твердого. Это свойство имеет большое значение для материалов, используемых в полах и дорожных покрытиях. Твердость материала влияет на трудоемкость его обработки. Истираемость – свойство материала изменяться в объеме и массе под воздействием истираующих усилий. От истираемости зависит возможность применения материала для устройства полов, ступеней, лестниц, тротуаров, дорог. Износом – называют разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Подобное воздействие на мат-л происходит при эксплуатации дорожных покрытий, полов, бункеров и т.п. Химические свойства материалов. Химические свойства характеризуют способность материала к химическим превращениям под воздействием веществ, с которым он находится в соприкосновении. Химические свойства материала весьма разнообразны, основные из них – химическая и коррозионная стойкость. Химическая стойкость – способность материалов противостоять разрушающему влиянию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и газов. Коррозионная стойкость – свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию среды. Рекомендуемая литература 1. Попов К.Н., Каддо М.Б., Кульков О.В. Оценка качества строительных материалов. М.: Ассоциация строительных вузов, 1999. – 240 с. 2. Под ред. Айрапетова Г.А., Несветаева Г.В. Строительные материалы. Учебно-справочное пособие. Феникс, Ростов-на-Дону: 2004 г. 3. Рыбьев И.А., Орефьева Т.И., Баскавкова С.Н. и др. Под ред. Рыбьева И.А. Общий курс строительных материалов. М.: Высшая школа. 1987. –584 с. 4. Нациевский Ю.Д., Хоменко В.П. Справочник по строительным материалам и изделиям. Киев: Будивельник, 1990. 5. преп. Рахимова Г.М. и др. Методические указания к лабораторной работе для студентов строительных специальностей, 2007. Контрольные задания для СРС (тема 1) 1-14,38-56 1. Стойкость строительных материалов агрессивной среде. 2. Определение теплопроводности материала. 3. Виды прочностных свойств. 4. Долговечность и надежность строительных материалов. 5. Химический состав строительных материалов из органических и неорганических веществ. 6. Понятие о кристаллических и аморфных телах. 7. Понятие о конгломератах и композитах. Раздел 2 Природные каменные материалы и сырье для производства строительных материалов из горных пород. (1 час). Тема 1 Основные виды и месторождения природных материалов Казахстана. Горные породы, применяемые для получения природных каменных материалов и изделий (общие сведения). План лекции 1. Генетическая классификация горных пород. Связь условий образования, характера строения, состава и свойств пород. Основные виды, особенности строения, свойства и области применения материалов из осадочных, магматических пород и метаморфических пород. 2. Понятие о разработке месторождений, добыче и обработке каменных материалов. 3. Требования к каменным материалам при различных условиях применения. Технико-экономическая эффективность использования местных каменных материалов. Природными каменными материалами называют строительные материалы, получаемые из горных пород, за счет применения лишь механической обработки (дробления, раскалывания, распиливания, шлифования, полирования и др.). Горной породой называют крупное скопление, сложенное из одного или нескольких минералов и характеризующееся достаточно постоянным составом, строением и свойствами. Процентное содержание минералов в горной породе определяет ее минеральный состав. Форма, размер и взаимное расположение минералов, наличие пор и т. п. обусловливают ее струк туру. Минеральный состав и структура определяют свойства горной породы. Минерал (от лат. minera — руда) — природное тело, однородное по химическому составу, строению и свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности и в глубинах земли. Минералы в подавляющем большинстве — твердые тела: кристаллические и аморфные. Твердость — способность материалов сопротивляться проникновению в них других материалов. Твердость — величина относительная, так как твердость одного материала оценивается по отношению к другому. Твердость — наиболее характерное свойство минералов. Существует много методов определения твердости, простейший из них — метод оценки относительной твердости по десятибалльной шкале, предложенной немецким геологом Ф. Моосом (1811). Характерным признаком большинства минералов, имеющих кристаллическое строение, является спайность — способность минерала раскалываться по строго определенным плоскостям. Так, слюда имеет весьма совершенную спайность в одной плоскости; совершенная спайность у кальцита — он практически всегда раскалывается по трем плоскостям, образуя косые параллелепипеды. Спайность отсутствует, например, у кварца, кристаллы которого при ударе раскалываются на неправильные куски, имеющие раковистый излом. Спайность — свойство с точки зрения строителя отрицательное, так как уменьшает стойкость и прочность соответствующей горной породы и ухудшает ее обрабатываемость (шлифовку, полировку). По происхождению горные породы разделяют на три группы магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические горные породы образовались в результате остывания огненно-жидкой массы — магмы, которая разрывала земную кору и разливалась на ее поверхности или остывала в земной коре, не достигнув ее поверхности. В зависимости от условий остывания магмы изверженные горные породы делят на глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Глубинные горные породы (граниты, сиениты, диориты и др.) образовались в результате медленного остывания магмы в толще земной коры под значительным давлением верхних слоев. В таких условиях горные породы обрели равномерную кристаллическую структуру в результате того, что крупные зерна различных минералов прочно срослись между собой. Излившиеся горные породы (базальты, андезиты, диабазы и др.) образовались при быстром остывании магмы на поверхности земли. Осадочные горные породы часто называют вторичными. Они образовались в результате разрушения (выветривания) изверженных (первичных) и других горных пород под воздействием внешних условий или в результате осаждения веществ из какой-либо среды. Обломочные породы (механические отложения)- грубые продукты механического разрушения изверженных и других горных пород под действием резкой смены температур, воздействия воды и ветра (брекчии, конгломераты, пески и др.). Они представляют собой рыхлую смесь, состоящую из отдельных зерен разрушившейся первичной горной породы; в ряде случаев рыхлые смеси подвергались цементации различными природными веществами, образовав при этом сплошные горные породы. Глинистые породы — дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедших в новые минеральные виды. Хемогенные (химические осадки) - горные породы, образовавшиеся при осаждении из водных растворов минеральных веществ с последующим их уплотнением и цементацией (доломит, магнезит и др.). Органогенные породы образовались в результате отложения остатков живых и растительных организмов, скелеты и панцири которых содержали минеральные вещества. Такие отложения, как правило, подверглись уплотнению и цементации (известняки, мел и др.). Метаморфические или видоизмененные горные породы образовались в толще земной коры в результате значительного видоизменения осадочных или магматических горных пород под воздействием высокой температуры, высокого давления и других факторов. Породообразующие минералы В природе насчитывается более 3000 минералов, но в образовании горных пород участвует лишь около 50, носят они название породообразующих. Каждый минерал характеризуется определенными химическим составом и физическими свойствами: плотностью, твердостью, прочностью, стойкостью, характером излома, блеском, цветом и др. Транспортирование и хранение природных каменных материалов и изделий. Во время транспортирования и хранения природных каменных материалов и изделий необходимо соблюдать меры, исключающие их механическое повреждение, загрязнение и увлажнение. Нельзя перевозить облицовочные плиты и другие изделия навалом и сбрасывать их при разгрузке с транспортных средств. При транспортировании и хранении пиленые и тесаные облицовочные плиты устанавливают на ребро с прокладками, а полированные укладывают в специальные контейнеры лицевой стороной внутрь, прокладывая между ними бумагу. Архитектурные детали и подоконники перевозят в решетчатой таре. Облицовочные изделия из природного камня рекомендуется хранить в закрытых складах или под навесом рассортированными по видам, а блоки для распиливания и бортовые камни— на открытых спланированных площадках уложенными на деревянные подкладки. На складе должен быть обеспечен отвод воды. Рекомендуемая литература 1. Комар А.Г.– М. Строительные материалы и изделия. М.: Высшая школа, 1988 г. – 527 с. 2. Рыбьев И.А., Орефьева Т.И., Баскавкова С.Н. и др. Под ред. Рыбьева И.А. Общий курс строительных материалов. М.: Высшая школа. 1987. –584 с. 3. Торопов Н.А., Булак Л.Н. Лабораторный практикум по минералогии. Л.: Стройиздат. 1969. – 240 с. 4. Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий. М.: 1984. – 168 с. 5. Рахимова Г.М., Кононенко А.М., Алдожанова Э.Т. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Строительные материалы».- Караганда: КарГТУ, 2007.- 65 с. Контрольные задания для СРС (тема 1) 1-14,38-56 1. Породообразующие минералы: минералы групп кремнезема, полевых шпатов, железистомагнезиальных силикатов, слюд, глинистых минералов, карбонатов, сульфатов: их отличительные черты, определяющие наличие в горных породах тех или иных свойств. 2. Виды фактуры отделочных изделий из природных каменных материалов и способы их получения. 3. Природные каменные материалы специального назначения. Коррозия природного камня и способы защиты от нее. Раздел 3 Материалы, получаемые термической обработкой минерального сырья (3 часа) Тема 1. Керамические изделия (1 час). План лекции 1. Происхождение и состав глинистого сырья, классификация его по пластичности, огнеупорности. 2. Основные свойства глин как сырья для керамических изделий. 3. Процессы, происходящие при сушке и обжиге глин. Добавки к глинам. Глина — тонкодисперсная фракция горных пород, способная образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему форму и приобретающее после обжига твердость камня. Пластичностью называют способность глиняного теста под действием внешних сил принимать заданную форму без образования трещин и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Пластичность повышается с увеличением содержания в глине глинистых частиц. Чем глина пластичней, тем больше требуется воды для получения хорошо формуемого глиняного теста, а это, в свою очередь, увеличивает усадку изделий при сушке и обжиге. Для повышения пластичности формовочной массы и улучшения качества кирпича и других материалов применяют поверхностно-активные вещества — сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ) и др. При применении для производства керамических материалов высокопластичных глин в сырьевую смесь вводят отощающие добавки или определенное количество малопластичной глины. Усилие, необходимое для разъединения частиц глин, характеризует ее связность. Высокой связностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций. Связующая способность глины выражается в том, что глина может связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота. Шамот— дробленая обожженная огнеупорная глина, и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие — сырец. Огнеупорность — свойство глины выдерживать действие высокой температуры без деформации. По огнеупорности глины разделяют на три группы: огнеупорные с температурой размягчения выше 1580СС, тугоплавкие с температурой размягчения 1580—1350СС, легкоплавкие с температурой размягчения ниже 1350°С. Добавки. Пластичные жирные глины в чистом виде редко применяют в производстве керамических материалов, так как в процессе сушки и обжига они дают большую усадку, сопровождающуюся короблением и растрескиванием изделий. Для ее уменьшения в состав сырьевой смеси вводят отощающие материалы (песок, шлак, золу от сжигания твердого топлива, измельченный керамический бой, шамот и др.). Для получения облегченных керамических материалов и изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью в состав сырьевой смеси вводят порообразующие добавки, которые выгорают в процессе обжига (опилки, угольный порошок, торф и др.). При изготовлении некоторых изделий для понижения температуры обжига, улучшения спекания, повышения плотности изделий в глину вводят специальные добавки — плавни (молотый полевой шпат, доломит, магнезит, стеклобой). Обогащающие и пластифицирующие добавки (высокопластичные и бентонитовые глины. Бентонитовые глины — глины, в составе которых преобладает минерал монтмориллонит, отходы при добыче угля, сульфитноспиртовую барду. Сушка изделий. Сформованные изделия (сырец) необходимо сушить, чтобы снизить их влажность, например кирпич-сырец сушат до влажности 8—10 %. За счет сушки повышается прочность сырца, предотвращаются растрескивание и деформация его в процессе обжига. Сушка может быть естественной и искусственной. Обжиг изделий — завершающий этап технологического процесса производства керамических изделий. Процесс обжига можно условно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение. При прогреве сырца медленно поднимают температуру до 100— 120 °С, при этом из него удаляется свободная вода. Дальнейшее повышение температуры до 750°С приводит к выгоранию органических примесей и удалению химически связанной воды, находящейся в глинистых минералах и других соединениях сырьевой смеси. Классификация керамических изделий по назначению. Основные виды керамических изделий – это стеновые изделия, облицовочные материалы и изделия, керамические материалы и изделия специального назначения. Стеновые керамические материалы и изделия. Среди большой группы стеновых керамических материалов и изделий в настоящее время наиболее распространены керамический кирпич (одинарный, утолщенный, модульных размеров) и камни, изготовляемые способом полусухого прессования или пластического формования, а также крупноразмерные блоки и панели. Кирпич керамический (ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические») полнотелый имеет форму прямоугольного параллелепипеда с ровными гранями, прямыми ребрами и углами размером 250х120х65 мм; утолщенный – размерами 250х120х88 мм, кирпич модульных размеров одинарный размером 288х138х63 мм; кирпич модульных размеров утолщенный размером 288х138х88 мм; камень размером – 250х120х138 мм. Керамические облицовочные материалы «Кирпич и камни керамические лицевые») Различают: (ГОСТ 7484-78 - керамические материалы для облицовки фасадных поверхностей, они отличаются от обычных камней и кирпичей повышенными физикомеханическими показателями и улучшенными показателями внешнего вида. - керамические изделия для внутренней облицовки стен и плитки для полов (применяют в помещениях для санузлов, кухонь, бань, прачечных, станций метро и т.п.). Материалы для наружной облицовки зданий и сооружений включают в себя лицевой кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты и архитектурные детали (терракоту). Лицевой кирпич отличается от обычного тем, что у него ложок и тычок (или оба тычка) имеют повышенное качество поверхности: гладкая без дефектов поверхность, ровная окраска. Лицевой кирпич изготовляют как из беложгущихся, так и из красножгущихся глин. Придание требуемого цвета. Если для строительного кирпича цвет не принципиален, то для лицевого это один из главных параметров. Современный керамический кирпич может быть практически любым, от белого до черного, и даже неоднородного цвета (например «плавающего» от темного оттенка к светлому, от коричневого к синему, от желтого к синему и т. д.). Цвет кирпичей зависит прежде всего от технологии обжига, а также от состава, качества и цвета глины-сырца. Надо отметить, что на Западе много цветной глины, что и определяет большее эстетическое разнообразие импортных кирпичей. У нас же чаще всего добывают глину, которая после обжига становится красной. Реже встречается белая глина – кирпич из нее имеет абрикосовый, желтый или белый цвет. Для расширения цветовой гаммы производители смешивают глины нескольких видов, добавляют в сырьевую смесь красители. Почти любой оттенок можно получить с помощью ангоба и глазури. Особенно декоративен глазурованный кирпич. Глазурь позволяет получать любые цветовые оттенки и сохранять их яркость в течение длительного времени, и она почти не загрязняется. Долговечность такой отделки — десятки и сотни лет. Лицевым поверхностям кирпича можно придавать рельеф обработкой влажных сырцовых заготовок гребенками или рельефными валками. Облицовка керамикой не только придает декоративность, но и защищает конструкцию от внешних воздействий. Крупноразмерные облицовочные плиты ГОСТ 13996-93: Плитки керамические фасадные и ковры из них. Технические условия Крупноразмерные керамические плиты выпускают различных размеров и толщиной до 10 мм, имеют плотный, полностью спекшийся черепок с очень низким водопоглощением (менее 1 %). Плиты могут иметь матовую и полированную поверхность различных цветов, часто со структурой, напоминающей гранит. По этой причине и за высокие физико-механические свойства такие плиты получили название керамогранит. Клинкерный кирпич изготовляют из тугоплавких глин обжигом до полного спекания, который имеет низкое водопоглощение (2...6 %), высокую прочность при сжатии (40...100 МПа) и морозостойкость не менее F100. Используют его для отделки фасадов, мощения дорог и тротуаров, устройства полов промышленных зданий и т.д. Терракота (от лат. terra cotta — жженая земля) — крупноразмерные облицовочные изделия в виде плит, частей колонн, наличников и других архитектурных деталей. Материалы для внутренней облицовки – это: Плитки и фасонные элементы для внутренней облицовки Плитки для полов Плитку для внутренней облицовки выпускают разнообразных типоразмеров. Такую плитку часто называют кафельной. Плитки для полов должны обладать высокой износостойкостью и минимальным водопоглощением, поэтому их изготовляют из тугоплавких глин методом сухого или полусухого прессования, обжигая их до полного спекания. Керамические материалы и изделия специального назначения Санитарно-техническая керамика Кровельные керамические материалы Канализационные и дренажные трубы Керамические пористые заполнители Огнеупоры Санитарно-технические изделия. Санитарно-технические изделия — раковины, умывальники, унитазы, смывные бачки и т. д. изготовляют в основном из беложгущихся фаянсовых или полуфарфоровых масс. Глиняная черепица представляет собой кровельный материал, получаемый из легкоплавких глин путем формования сырца, сушки его и последующего обжига. В настоящее время керамические заводы выпускают черепицу нескольких видов: пазовую штампованную, пазовую ленточную, плоскую ленточную и коньковую. Канализационные трубы изготовляют из огнеупорных или тугоплавких глин. Формуют трубы вместе с раструбом на трубных прессах. После сушки на внутреннюю и наружную поверхности труб наносят глазурь и обжигают. Наличие тонкого слоя глазури предопределяет водонепроницаемость и высокую стойкость труб к воздействию кислот и щелочей. Канализационные трубы выпускают внутренним диаметром 150— 600 и длиной 800—1200 мм. Высокая химическая стойкость керамических труб позволяет широко применять их для отвода промышленных вод, содержащих щелочи и кислоты. Кислотоупорные изделия: Кислотоупорный кирпич, Кислотоупорные и термокислотоупорные плитки Дренажные трубы — керамические неглазурованные изделия с гладкой поверхностью и сквозными канавкам или прорезями для повышения водопроницаемости. Они предназначены для отвода дождевых и грунтовых вод от фундаментов; осушения территорий с избыточным влагосодержанием; орошения засушливых территорий. Керамические пористые заполнители. Основными видами керамических искусственных пористых заполнителей для легких бетонов являются керамзит и аглопорит. Керамзит — легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных вспучиваться Аглопорит представляет собой пористый кусковой материал, получаемый спеканием – способность глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спеканием (агломерацией) гранул из смеси глинистого сырья с углем. Огнеупорные материалы характеризуются способностью при эксплуатации в промышленных тепловых установках длительное время выдерживать различные механические и химические воздействия при температуре выше 1500°С. По степени огнеупорности эти материалы разделяют на огнеупорные (1580—1770°С), высокоогнеупорпые (1770— 2000°С), высшей огнеупорности (выше 2000°С). Огнеупорные материалы изготовляют в виде кирпича, блоков, плит и различных фасонных элементов путем прессования, сушки и обжига. Рекомендуемая литература 1. Кошляк Л.Л., Калиновский В.В. Производство изделий строительной керамики М.: Высшая школа 1985. 2. Роговой М.Н. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики. М.: Высшая школа 1974. 3. ст. пр. Ткач Е.В. Испытание керамических материалов и изделий. Методические указания к лабораторной работе. 2000. 4. Казенова Е.П. Общая технология стекла и стеклянных изделий М.: Высшая школа 1989. Контрольные задания для СРС (тема 1)1, 33-56 1. Виды и свойства облицовочной керамики. 2. Виды и свойства керамических изделий для устройства кровли и перекрытий. 3. Свойства керамических изделий санитарно-технического и специального назначения. 4. Специальные керамические изделия: клинкерный кирпич, кислотоупорные кирпич и плитки. Тема 2 Материалы на основе минеральных расплавов. Стекло и изделия из стекла (1 час). План лекции 1. Сырьевые материалы для производства стекла, понятие о стеклообразном состоянии вещества. 2. Основы производства стекла. 3. Структура и свойства стекломассы и стекла. Классификация стеклянных материалов. Понятия о ситаллах, шлакоситаллах и ситаллопластах, способы их изготовления и области применения. Литые изделия из шлаков и отходов разработки горных пород. Стекло и изделия из минеральных расплавов Изыскание новых материалов, более эффективных в техническом и экономическом отношениях, обладающих высокими физико-механическими свойствами (кислотостойкостью, водонепроницаемостью, сопротивляемостью истиранию и декоративными качествами), является важнейшей задачей промышленности строительных материалов. Одним из таких видов являются материалы, получаемые из минеральных расплавов. Для минеральных расплавов общим признаком является их силикатная природа, т.е. преобладание в их составе силикатов. Минеральные расплавы в зависимости от исходного сырья разделяются на следующие группы: стеклянные, каменные, шлаковые, ситаллы и шлакоситаллы. Из минеральных расплавов получают изделия самого различного назначения: листовые светопрозрачные, конструкционные, отделочные, облицовочные, трубы специальные, тепло- и звукоизоляционные. В строительстве наибольшее применение находит силикатное стекло, получаемое в промышленных масштабах из простейшего минерального сырья: кварцевого песка, мела, соды и других компонентов (далее вместо термина «силикатное стекло» будет использоваться термин «стекло»). Современное стекольное производство включает в себя три этапа: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий. Подготовка сырья. Химический состав обыкновенного оконного стекла по основным оксидам следующий: SiO2 — 71...72%; Na2O — 15...16%; CaO - 5...7 %; MgO - 3...4 %; A12O3 - 2...3 %; содержание Fe2O3 не более 0,1%, так как оксиды железа придают стеклу зеленовато-коричневый («бутылочный») цвет и снижают светопропускание. Основные оксиды вводятся в сырьевую шихту в виде следующих веществ. Вспомогательные сырьевые материалы делят по своему назначению на следующие группы: осветлители — вещества, способствующие удалению из стекломассы газовых пузырей; обесцвечиватели — вещества, обесцвечивающие стекольную массу; глушители — вещества, делающие стекло непрозрачным. Красители для стекла могут быть следующими: соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), железа (коричневый и сине-зеленые тона) и т.д. Перед варкой стекла, сырьевые материалы измельчают, тщательно смешивают в требуемых соотношениях, брикетируют и подают в стекловаренную печь. Стекловарение. Обычное стекло получают в непрерывно действующих ванных печах с полезным объемом до 600 м3 и суточной производительностью более 300 т. Для варки специальных (оптических, цветных и др.) стекол применяют периодически действующие ванные, а также горшковые печи. Стекловарение — главнейшая операция стекольного производства. На первой стадии этого процесса — силикатообразовании — щелочные компоненты образуют с частью кремнезема силикаты, плавящиеся уже при 1000... 1200 °С. В этом расплаве при дальнейшем нагревании растворяются наиболее тугоплавкие компоненты SiO2 и А12О3. Образующаяся при этом масса неоднородная по составу и насыщена газовыми пузырьками. Удаление пузырьков и полная гомогенизация расплава осуществляется на второй наиболее длительной стадии стекловарения — стеклообразовании — при температуре 1400...1600 °С. Третья заключительная стадия — студка — охлаждение стекломассы до температуры, при которой она приобретает оптимальную для данного метода формования стеклоизделий вязкость. Формование. Метод выработки (формования) зависит от вида изделия. Для получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование. При охлаждении в стекле вследствие его низкой теплопроводности возникают большие градиенты температур, вызывающие внутренние напряжения. Наиболее опасным моментом с этой точки зрения является переход стекла от вязкопластического состояния к хрупкому. Поэтому для снятия внутренних напряжений после формования производят отжиг — охлаждение по специальному режиму: быстрое до начала затвердевания стекломассы, очень медленное в опасном интервале температур (600..300 °С) и вновь быстрое до нормальной температуры. Основной вид строительного стекла — листовое. С начала XX в. большая часть листового стекла стала производиться (а в России производится и до сих пор) методом вертикального вытягивания на машинах ВВС. Так получают стекла толщиной до 6 мм. Свойства стекла. Силикатные стекла отличаются необычным сочетанием свойств, высокой прочностью и ярко выраженной хрупкостью, свето- и радиопрозрачностью, абсолютной водонепроницаемостью и универсальной химической стойкостью. Все это объясняется спецификой состава и строения стекла. Плотность стекла зависит от химического состава и для обычных строительных стекол составляет 2400...2600 кг/м3. Плотность оконного стекла — 2550 кг/м . Высокой плотностью отличаются стекла, содержащие оксид свинца («богемский хрусталь») — более 3000 кг/м3. Пористость и водопоглощение стекла практически равны 0 %. Механические свойства. Стекло в строительных конструкциях чаще подвергается изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэтому главными показателями, определяющими его механические свойства, следует считать прочность при растяжении и хрупкость. Теоретическая прочность стекла при растяжении— (10...12)х103 МПа. Практически же эта величина ниже в 200...300 раз и составляет от 30 до 60 МПа. Прочность стекла при сжатии высока — 900... 1000 МПа, т. е. почти как у стали и чугуна. В диапазоне температур от —50 до + 70 °С прочность стекла практически не изменяется. Стекло при нормальных температурах отличается тем, что у него отсутствуют пластические деформации. При нагружении оно подчиняется закону Гука вплоть до хрупкого разрушения. Модуль упругости стекла Е= (7... 7,5) · 104 МПа; предельная растяжимость 0,08...0,06%. Хрупкость — главный недостаток стекла. Твердость стекла, представляющего собой по химическому составу вещество, близкое к полевым шпатам, такая же, как у этих минералов, и в зависимости от химического состава находится в пределах 5...7 по шкале Мооса. Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием (прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеиванием и др. Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их состава и составляет 0,6...0,8 Вт/(м • К), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) стекла относительно невелик. Звукоизолирующая способность стекла довольно высока. Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кирпичной стене в полкирпича — 12 см. Свойства строительного стекла. Плотность стекла равна 2,5 г/см3. Стекло обладает высокой прочностью на сжатие, малой ударной прочностью, имеет относительно невысокую теплопроводность (0,7-0,8 Вт/ м•°С) вследствие аморфной структуры. Важнейшее свойство стекла — светопропускание — находится на уровне 88-90%. Стекло имеет химическую стойкость к большинству агрессивных веществ за исключением плавиковой и фосфорной кислот и является долговечным материалом. Основные виды листового стекла. Оконное (обычное) стекло выпускают толщиной от 2 до 6 мм. Сорт стекла зависит от наличия дефектов (волнистость, газовые пузыри и т.д.). Оконное стекло пропускает видимые и инфракрасные лучи и плохо пропускает ультрафиолетовое излучение. Теплоотражающее и низкоэмиссионное стекло получают путём нанесения на поверхность тонких плёнок металлов или оксидов. Теплопоглощающее стекло имеет в своем составе добавки кобальта, железа и др. Оно поглощает большую часть инфракрасного излучения, при этом саморазогреваясь, что требует больших зазоров при установке. Имеет синий или зеленоватый оттенок. Увиолевое стекло получают из шихты с минимальными примесями оксидов железа, хрома. Пропускает больше ультрафиолетовых лучей, чем обычное стекло. Применяют в больницах, санаториях. Светорассеивающие стёкла: матовые и узорчатые. Матовое стекло получают за счёт пескоструйной обработки обычного листового стекла, а узорчатое — способом проката. Армированное стекло получают путём армирования сеткой из стальной проволоки. Будучи запрессованной в стекло металлическая сетка служит каркасом, удерживающим мелкие осколки стекла при его повреждении. К безопасным стеклам относят закалённое и многослойное стекло. Закалённое или мелированное (упрочненное безопасное) стекло получают путём нагрева при температуре около 1500°С и быстрого охлаждения. Нередко мелированное стекло делают изогнутым - для придания определенных эстетических качеств. Многослойное или слоистое стекло (триплекс) включает полимерную плёнку, которая предотвращает появление осколков. Изделия из стекла. Стеклопакет представляет собой единый неразборный блок из двух или нескольких стёкол, соединенных между собой с Понятия о ситаллах, шлакоситаллах. Ситаллы — стеклокристаллические материалы, получаемые путем направленной частичной кристаллизации стекол. Структура ситаллов напоминает микробетон, где наполнителем являются кристаллы, а вяжущим — прослойки стекла. Доля стеклофазы в си-таллах обычно 20...40 %. Кристаллическая фаза состоит из микрокристаллов размером около 1 мкм. Благодаря такому строению ситаллы сохраняют в себе многие положительные свойства стекла, в том числе и его технологичность, но лишены его недостатков: хрупкости, низкой термостойкости. Сырье для производства ситаллов такое же, как и для стекла, но в расплав вводятся вещества-модификаторы, обеспечивающие направленную кристаллизацию. Применение шлакоситаллов перспективно для химической промышленности (трубы, плитки, детали насосов), в гидротехнике (для облицовки турбинных камер, водосливов), в дорожном строительстве и т. п. Литые изделия из шлаков и отходов разработки горных пород. Из горных пород и металлургических шлаков методом литья из расплавов можно получить разнообразные строительные материалы с высокими эксплуатационными свойствами. Сырье. В качестве исходного сырья для производства каменного литья применяют магматические (базальт, диабаз) и осадочные (доломит, известняк, песок) горные породы. Производство литых каменных изделий начинается с подготовки и плавления (1400... 1500 °С) сырьевой шихты. Полученный расплав выливается в формы и подвергается медленному охлаждению для прохождения кристаллизации. С целью ускорения кристаллизации вводят добавки-минерализаторы, служащие центрами кристаллизации. Последняя операция — отжиг — второй этап медленного охлаждения, проводимый для снятия внутренних напряжений. Свойства каменного литья. Изделия из каменного литья по своей однородности и техническим свойствам превосходят природные каменные материалы. Плотность каменного литья 2700...3000 кг/м3; пористость — не более 1...2 %; поры замкнутые, что обеспечивает нулевое водопогло-щение и высочайшую морозостойкость. Прочность при сжатии составляет 200...250 МПа, при изгибе — 30...50 МПа, твердость 6...7 (по шкале Мооса), износостойкость очень высокая. Для каменного литья характерна очень высокая и универсальная химическая стойкость. Применение. Литые каменные изделия используют для облицовки конструкций, подвергающихся серьезным агрессивным воздействиям: многократному замораживанию-оттаиванию, интенсивному истиранию, воздействию химически агрессивных веществ и т. п. Поэтому основными видами литых каменных изделий являются облицовочные плитки, брусчатка для мощения дорог, мелющие тела и облицовка для мельниц, трубы. Диэлектрические свойства каменного литья используются в производстве электроизоляционных изделий. Каменное литье светлых тонов применяют как материал для облицовки уникальных зданий и сооружений, а также для изготовления архитектурных деталей и скульптуры. Рекомендуемая литература 1. Горбунов Г.И. Основы строительного материаловедения: - М: ИАСВ, 2002 2. Материаловедение в строительстве, под ред. И.А.Рыбьева - М.: Издательский центр «Академия», 2006 3. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (материаловедение и технология). уч. пос.-М.: ИАСВ, 2004 4. Наназашвили, И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции. Справочник. - М.: Высш.шк., 2004 5. Рыбьев И.Г Строительное материаловедение - М.: Высш.шк. 2002 Контрольные задания для СРС (тема 2) , 33-36,38,41,42 1. Сырье для производства стекла. 2. Теоретическая и техническая прочность стекла при растяжении и сжатии. 3. Стекловолокно и область его применения. 4. Особенности структуры ситаллов и их свойств. 5. Материалы, получаемые из расплавленных природных гонных пород. 6. Листовые светопрозрачные изделия и конструкций, облицовочные, теплоизоляционные стеклоизделия: виды и свойства. Тема 3. Металлические материалы (1 час). План лекции 1. Общие сведения о черных и цветных металлах, их сплавах. Основы технологии чугуна и стали. 2. Механические свойства металлов (предел упругости, предел текучести, истинное и временное сопротивление, твердость и т.д.). 3. Влияние углерода и других примесей на свойство стали. Модифицирование структуры и свойств стали. Чугун и его классификация в зависимости от условий образования и формы графита, свойства, применение. Цветные металлы и их применение в строительстве. Металлы — кристаллические вещества, характеризующиеся высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфическими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с атомами электроны, которые могут свободно перемещаться. Сплавы — это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов. В строительстве применяют сплавы железа с углеродом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь) и др. На практике термин «металлы» распространяют и на сплавы, поэтому далее он относится и к металлическим сплавам. Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (чугун и сталь). К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана и др. Широкое использование металлов в строительстве и других отраслях экономики объясняется сочетанием у них высоких физико-механических свойств с технологичностью. Изготовление стальных изделий. Стальные слитки — полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложенной силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. Наиболее распространенный метод обработки — прокатка; им обрабатывается более 70 % получаемой стали. Плотность стали — 7850 кг/м3, что приблизительно в 3 раза выше плотности каменных материалов (например, обычный тяжелый бетон имеет плотность 2400 ±50 кг/м ). Ударная вязкость — свойство стали противостоять динамическим (ударным) нагрузкам. Ее значение определяют по величине работы, необходимой для разрушения образца на маятниковом копре. Ударная вязкость зависит от состава стали, наличия легирующих элементов и заметно меняется при изменении температуры. Углеродистые стали — это сплавы, содержащие железо, углерод, марганец и кремний, а также вредные примеси — серу и фосфор, снижающие механические свойства стали (их содержание не должно превышать 0,05...0,06 %). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко- (до 0,25 % углерода), средне- (0,25...0,6 %) и высокоуглеродистые (> 0,6 %). С увеличением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость стали; прочность ее также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали объясняется увеличением содержания в стали твердого компонента — цементита. Углеродистые стали по назначению подразделяют на стали общего назначения и инструментальные. Углеродистые стали общего назначения подразделяют на три группы: А, Б и В. Рекомендуемая литература 1. Горбунов Г.И. Основы строительного материаловедения: - М: ИАСВ, 2002 2. Материаловедение в строительстве, под ред. И.А.Рыбьева - М.: Издательский центр «Академия», 2006 3. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (материаловедение и технология). уч. пос.-М.: ИАСВ, 2004 4. Наназашвили, И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции. Справочник. - М.: Высш.шк., 2004 5. Рыбьев И.Г Строительное материаловедение - М.: Высш.шк. 2002 Контрольные задания для СРС (тема 3), 33-36,38,41,42 1. Целесообразность применения металлических конструкций в зданиях и сооружениях по сравнению с железобетонными, деревянными и каменными. 2. Основные виды стальных конструкций и их первичные элементы. 3. Структура производства стальных конструкций в строительстве. 4. Классификация стали по направлениям их использования в различных климатических районах. 5. Причины старения стали и его влияние на свойства сталей, применяемых в строительстве. 6 Назначение термической и термомеханической обработки стали. Раздел 4 Неорганические вяжущие вещества (2 часа). Тема 1 Воздушные вяжущие вещества (1 час). План лекции 1. Общие сведения. Классификация НВВ. Классификация воздушных вяжущих веществ по химическому составу. 2. Сырье для получения и принципы производства гипсовых вяжущих. Виды гипсовых вяжущих в зависимости от температуры тепловой обработки: низкообжиговые и высокообжиговые. Схема твердения, основные свойства и области применения. 3. Известь воздушная: сырьё и принципы производства, виды и области применения. Молотая негашеная известь. Сырьевые материалы, состав, свойства, принципы производства и области применения известковошлаковых и известково-пуццолановых, магнезиальных вяжущих веществ, жидкого стекла. Неорганические вяжущие вещества Вяжущими веществами принято называть такие вещества, которые способны при определенных условиях под влиянием физико-химических процессов переходить из порошкообразного, пластично-вязкого или жидкого состояния в твердое или малопластичное. Вяжущие вещества подразделяют на две большие группы: минеральные (неорганические) и органические. Неорганические – известь, цемент, гипсовые вяжущие, жидкое стекло и др. – затворяют водой, реже водными растворами солей. Органические – битумы, дегти, животный клей, полимеры, которые переводят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях. Минеральные (неорганические) вяжущие вещества представляют собой искусственные тонкоизмельченные порошки, способные при смешивании с водой (в отдельных случаях с растворами некоторых солей) образовывать пластично-вязкую массу (тесто вяжущего), которая в результате физико-химических процессов постепенно затвердевает и переходит в камневидное тело. Неорганические вяжущие вещества в зависимости от их способности твердеть и сохранять прочность в определенной среде делят на воздушные, гидравлические вяжущие вещества. В самостоятельную группу часто выделяют вяжущие вещества автоклавного твердения. Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что, будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. Гидравлические вяжущие вещества отличаются тем, что после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны в последующем твердеть как в воздушной, так и в водной среде. К кислотостойким вяжущим веществам относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, представляющий собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия или калия. В самостоятельную группу часто выделяют вяжущие вещества автоклавного твердения (известково-кремнеземистые, известковонефелиновые, известково-шлаковые). Исходными материалами для производства вяжущих веществ служат различные горные породы и некоторые побочные продукты ряда отраслей промышленности (металлургической, энергетической, химической и др.). В вяжущие вещества, в растворные и бетонные смеси для регулирования, улучшения или придания специальных свойств во многих случаях вводят различные добавки. Гипсовые вяжущие вещества – это порошкообразные материалы, состоящие из полуводного гипса СаSO4·0,5Н2О и получаемые путем тепловой обработки при температуре в пределах 105-180 °С тонко измельченного природного двуводного гипса СаSO4·2Н2О или гипсосодержащих техногенных отходов (вторичных ресурсов) Гипсовые вяжущие вещества в зависимости от температуры тепловой обработки сырья разделяют на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Твердение строительного гипса. При затворении полуводного гипса водой образуется пластичное тесто, которое быстро загустевает и переходит в камневидное состояние. Процесс твердения полуводного гипса происходит в результате гидратации полуводного гипса, т, е, присоединения к нему воды и перехода его в двуводный гипс СаSO4·0,5Н2О+1,5Н2О=СаSO4 2Н2О. Механизм твердения полугидрата можно условно разделить на три этапа. Согласно теории А. А. Байкова, процесс твердения можно разделить на три периода. В первый период, начинающийся с момента смешивания гипса с водой, полуводный гипс растворяется. Одновременно он гидратируется, присоединяя 1,5 молекулы воды и превращаясь в двуводный гипс. Так как двуводный гипс значительно менее растворим, чем полуводный, то образовавшийся вначале насыщенный раствор полуводного гипса становится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу, и тот выпадает из раствора. Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде мельчайших кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы — геля. При этом происходит схватывание массы. В третьем периоде коллоидные частички двуводного гипса перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, которые срастаются между собой с образованием кристаллических сростков, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности. Однако рассмотренные периоды не протекают в строгой последовательности, а налагаются один на другой. Свойства строительного гипса. Строительный гипс представляет собой порошок белого цвета; плотность его в рыхлом состоянии колеблется в пределах 800— 1100 кг/м3, а в уплотненном —1250—1450 кг/м3 истинная плотность 2,5—2,8 г/см3. Он является быстросхватывающимся и быстро твердеющим вяжущим веществом, к основным свойствам которого относят водопотребность, сроки схватывания, тонкость помола и предел прочности при сжатии и изгибе. Перечисленные свойства определяют по ГОСТ 23789. Тонкость помола гипсовых вяжущих оценивают по остатку при просеивании пробы массой 50 г, на сите с отверстиями размером 0,2 мм. Тонкость помола определяют в процентах как отношение массы вяжущего, оставшегося на сите, к массе первоначальной пробы. Стандартная консистенция (нормальная густота) гипсового теста характеризуется диаметром расплыва гипсового теста, вытекающего из полого цилиндра без дна с внутренним диаметром 50 мм и высотой 100 мм (вискозиметра Суттарда), при его поднятии. Диаметр расплыва должен быть (180±5) мм. При этом строго регламентируется время эксперимента – 45 с. Стандартную консистенцию выражают в процентах как отношение массы воды, необходимой для получения гипсового теста указанной удобоукладываемости, к массе гипсового вяжущего в граммах. Для получения теста нормальной густоты необходимо 35—80 % воды по массе гипса. Гипсовое тесто стандартной консистенции в дальнейшем используют для определения сроков схватывания и предела прочности гипсовых вяжущих. Сроки схватывания гипсового теста определяют на приборе Вика по глубине погружения иглы в гипсовое тесто. Начало схватывания определяют промежутком времени с момента затворения водой до момента, когда свободно опущенная игла при погружении в тесто не дойдет до поверхности пластинки на 1-2 мм, а конец схватывания – когда игла погружается на глубину не более 1 мм. Сроки схватывания – в минутах. Прочность гипса характеризуется пределом прочности при сжатии образцов-балочек размером 40х40х160 мм из гипсового теста нормальной густоты, испытанных через 2 ч после изготовления. По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок гипса: Г-2, Г3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Применение строительного гипса. Строительный гипс применяют для производства перегородочных плит и панелей, гипсокартонных листов, вентиляционных коробов' и других изделий и деталей, используемых в конструкциях зданий и сооружений при относительной влажности воздуха не более 60%. Из строительного гипса изготовляют гипсовые и известковогипсовые штукатурные растворы, декоративные, теплоизоляционные и отделочные материалы, а также различные архитектурные детали методом отливки. Строительная воздушная известь Строительная воздушная известь неорганическое вяжущее вещество, являющееся продуктом умеренного обжига при температуре 1000-1200 °С кальциево-магниевых горных пород (мела, известняков, доломита, доломитизированных известняков), содержащих не более 6 % глинистых примесей. Основной составляющей известняка является карбонат кальция (СаСО3). Обжигают известняк при температуре 1000-1200 °С до возможно более полного удаления углекислоты СО2 по реакции: СаСО3=СаО+СО2 Продукт обжига содержит кроме СаО (основной составной части) также и некоторое количество оксида магния, образовавшегося в результате термической диссоциации карбоната магния: MgCO3=MgO+CO2 Чем выше содержание основных оксидов (СаО+MgO) в извести, тем пластичнее известковое тесто и тем выше ее сорт. Содержание непогасившихся частиц, к которым относятся частицы недожога и пережога, снижает качество извести. Производство воздушной извести. Технологический процесс производства воздушной извести состоит из добычи в карьере карбонатной породы (известняка или мела), дробления и сортировки ее и последующего обжига в шахтных или вращающихся печах. В случае использования в качестве сырья плотных известняков их обжигают, как правило, в шахтных печах непрерывного действия. Шахтные печи бывают двух типов — пересыпные и газовые. В результате обжига образуется продукт в виде кусков белого цвета, называемый негашеной комовой известью. Комовую известь превращают в порошкообразную двумя путями: механическим – размолом в мельницах (молотая негашеная известь) или путем гашения водой (гашеная известь). Воздушную известь используют для приготовления известковопесчаных и смешанных строительных растворов, применяемых для каменной кладки и штукатурки, в производстве силикатных изделий. Кроме того, воздушную известь молотую и пушонку употребляют при производстве известково-пуццолановых и известково-шлаковых цементов, которые обладают гидравлическими свойствами. Магнезиальные вяжущие вещества Магнезиальные вяжущие вещества представляют собой тонкомолотые порошки, содержащие оксид магния и твердеющие при затворении водными растворами хлористого или сернокислого магния. Магнезиальные вяжущие вещества в зависимости от применяемого сырья разделяют на два вида: каустический магнезит и каустический доломит. Каустический магнезит — порошок, состоящий в основном из оксида магния. Его получают обжигом горной, породы магнезита МgСО3—в шахтных или вращающихся печах при 700—800 °С с последующим измельчением продукта обжига в тонкий порошок. При обжиге магнезит разлагается по реакции МgСО3 = МgО+СО2. Каустический доломит — порошок, состоящий из оксида магния и углекислого кальция, получаемый обжигом природного доломита СаСО3·МgСО3 с последующим измельчением в порошок. В связи с содержанием инертного СаСО3 каустический доломит по качеству уступает каустическому магнезиту. Марки каустического доломита 100, 150, 200 и 300. Жидкое стекло и кислотоупорный цемент К воздушным вяжущим веществам относятся жидкое стекло и затворяемый им кислотоупорный цемент. Жидкое стекло представляет собой натриевый Nа2·nSiO2 или калиевый силикат К2O·nSiO2 желтого цвета, который получают сплавлением в стекловаренных печах при 1300—1400°С измельченного чистого кварцевого песка с содой Na2СО3 или поташем К2СO3. Образовавшиеся после быстрого охлаждения расплава прозрачные куски и глыбы синеватого, зеленоватого и желтоватого цвета под действием пара (в автоклаве) под давлением 0,4—0,6 МПа растворяются, превращаясь в вязкий раствор, обычно называемый жидким стеклом. На строительство жидкое стекло (преимущественно натриевое, как более дешевое) поступает с истинной плотностью 1,32— 1,50 г/см3. Оно твердеет только на воздухе. Кислотоупорный цемент — тонкоизмельченная смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворенная жидким стеклом. Тема 2 Гидравлические вяжущие вещества(1 час) План лекции 1. Классификация гидравлических вяжущих. Понятие о гидравлическом модуле. Гидравлическая известь и романцемент: сырье, принципы производства, применение. 2. Портландцемент: сырьевые материалы и принципы производства цемента. Технические характеристики портландцемента: плотность, водопотребность, сроки схватывания и равномерность изменения объема. Химический, минеральный и вещественный (компонентный) состав портландцементного клинкера. Активность и марка портландцемента. 3. Твердение цемента и других вяжущих: общая теория твердения, влияние тонкости помола, температуры и влажностных условий среды на твердение цемента, способы ускорения и замедления твердения. Коррозия цементного камня, её причины и меры защиты от неё. Специальные виды портландцемента: особенности составов и назначение. Гидравлические вяжущие вещества. К вяжущим данной системы принадлежат гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности. Гидравлическая известь и романцемент. Гидравлическая известь. Такую известь получают обжигом в шахтных печах не до спекания (900-1100 ºС) мергелистых известняков с содержанием 6-20% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Мергели – горная порода, переходная от известняков к глинам. Мергель – тонкодисперсная смесь осадочного происхождения, состоит из 2050% глинисто-песчаных веществ и 50-80% СаСО3. Романцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом обожженных не до спекания (900 °С) известняковых и магнезиальных мергелей, содержащих 25% и более глины. Образующиеся при обжиге низкоосновные силикаты и алюминаты кальция придают романцементу гидравлические свойства. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера совместно с гипсом и другими активными добавками или без добавок. Портландцемент – продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса до 3-5%. Портландцементный клинкер образуется в виде мелких и крупных гранул размерами от 10-20 до 50-60 мм путем обжига до спекания при 1450ºС сырьевой смеси, состоящей в основном из карбоната кальция (различных видов известняков) и алюмосиликатов (глин, мергеля, доменного шлака и др.). 3-5% гипса регулирует сроки схватывания портландцемента. Выбор и соотношение компонентов сырьевой смеси производят с таким расчетом, чтобы полученный при ее обжиге портландцементный клинкер имел следующий химический состав (% по массе): 63—68 % СаО; 19—24 % SiO2; 4—8 % А12О3; 2—6 % Fе2О3 В сырье содержание MgO не должно превышать 6%, а SO3 – 3%. Производство портландцемента состоит из следующих основных процессов: добычи сырья и подготовки сырьевой смеси (дробления, помола, перемешивания и т.д.), обжига смеси до спекания до 1450°С для получения клинкера, помола клинкера в тонкий порошок совместно с добавками. Производство портландцемента состоит из следующих основных процессов: добычи сырья и подготовки сырьевой смеси (дробления, помола, перемешивания и т.д.), обжига смеси до спекания до 1450°С для получения клинкера, помола клинкера в тонкий порошок совместно с добавками. Существует два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой. Производство портландцемента мокрым способом. Мягкие горные породы (глину и мел), применяемые в качестве сырьевых компонентов предварительно дробят в валковых дробилках и измельчают в специальных бассейнах-болтушках в присутствии 35—45 % воды по массе. В шламе постоянно контролируется с помощью рентгеноспектрометра содержание основных химических компонетов. Однородная масса. Качество лучше при мокром, чем при сухом – однородная масса. Меньший износ механизмов, легче транспортировать (насосом), меньше пыли, чем при сухом. Существенный недостаток – большой расход топлива на удаление воды из шлама. При сухом способе производстве портландцемента сырьевые материалы измельчают в порошок в шаровых мельницах, где происходит одновременно помол и сушка до остаточной влажности 1-2%. Далее эту сырьевую муку направляют в силосы, где она корректируется и создается ее запас. Сухой способ производства портландцемента применяют в том случае, когда сырьевыми материалами являются мергели или смеси твердых известняков и глин влажностью 8—10%. Минеральный состав клинкера. Цемент при смешивании с водой образует цементное тесто, которое твердеет и превращается в цементный камень. Свойства цементного камня зависят от минералогического состава портландцементного клинкера и добавок к цементу, а также от условий твердения. Состав портландцементного клинкера, %: 3СаО·SiO2– трехкальциевый силикат или С3S – алит – 45-60; 2СаО·SiO2– двухкальциевый силикат или С2S – белит – 20-30; 3СаО·А12О3 – трехкальциевый алюминат или С3А – 5-12; 4СаО·А12Fe2О3 – четырехкальциевый алюмоферрит С4АF – 10-20. Клинкерное стекло присутствует в промежуточном веществе в количестве 5—15 %. Оксид магния и кальция 1и 5%. Щелочи 0,6%. Свойства портландцемента. Истинная плотность портландцемента – 3,1-3,15г/см3, насыпная плотность 900-1100кг/м3. 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. Водопотребность цемента определяется количеством воды (% массы цемента), которое необходимо 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. Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют в тесте нормальной густоты. Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы этого прибора 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 затворения до того момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1—2 мм. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 10 ч от начала затворения. Равномерность изменения объема. Причиной неравномерного изменения объема цементного камня являются местные деформации, вызываемые расширением свободного 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 кипящей воде. Лепешки не должны деформироваться; на них не допускаются радиальные трещины. Активность и марку портландцемента определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 40х40х160 мм, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1 : 3 (по массе) и В/Ц = 0,4, при консистенции раствора по расплыву конуса 106—115 мм на встряхивающем столике. Через 28 сут твердения (первые сутки — в формах во влажном воздухе, затем после расформовки в течение 27 сут в ванне с питьевой водой, имеющей температуру 20±2°С) образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие. Активностью портландцемента называют его предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности портландцементов с учетом их предела прочности при изгибе они подразделяются на марки: 400, 500, 550, 600. Рекомендуемая литература 1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М.: Стройиздат. 1986.- 686с. 2. Домокеев А.Г. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1989.-496 с. 3. Горчаков Г.И., Домокеев А.Г., Ерофеев Е.А. и др. Под ред. Горчакова Г.И. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1982. – 352 с. 4. Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих веществ. М.: Высшая школа 1980. 5. преп. Рахимова Г.М. Изучение свойств гипсовых вяжущих веществ. Методические указания к лабораторной работе. 2005. 6. ст. пр. Иманов М.О. Испытание цемента. Методические указания к лабораторной работе. 2000. 7. доц. к.т.н. Шайкежанов А.Ш. Испытание строительной извести. Методические указания к лабораторной работе. 2000. Контрольные задания для СРС (тема 1,2) 1-16,20,38,44 1. Понятие об особенностях твердения различных видов гипсовых вяжущих и извести. 2. Основные приемы получения, особенности свойств и применения известково-шлаковых, известково-пуццолановых, магнезиальных вяжущих веществ. 3. Понятие об особенностях состава, свойств и применения разновидностей портландцемента: пуццоланового, шлакопортландцемента, гипсоцементо-пуццоланового вяжущего, белых и цветных, особобыстротвердеющего, сверхбыстротвердеющего, пластифицированного цементов. 4. Состав и назначение расширяющихся, безусадочных и глинозёмистых цементов. Раздел 5 Строительные материалы на основе неорганических вяжущих веществ (4 часа). Темы 1-3 Бетоны. Тяжелые бетоны. Легкие бетоны. (2 часа). План лекции 1. Классификация бетонов по виду вяжущего, по виду заполнителя, в зависимости от плотности. Материалы для изготовления бетона. Классификация бетонов. Основные требования к бетонам. Мелкий и крупный заполнители, в том числе из вторичных ресурсов: их прочность,зерновой состав, пустотность. Требования к воде затворения с учётом экономического использования питьевой воды и охраны окружающей среды. 2. Бетонная смесь. Понятие о реологических и технических свойствах бетонной смеси. Количество воды затворения. 3. Физический смысл закона прочности бетона и формулы прочности бетона. Свойства бетона. Классы (марки) бетона по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и зависимость их от марки цемента, водоцементного (цементно-водного) отношения и качества заполнителей. 4. Изготовление бетонных изделий: дозирование и перемешивание материалов, укладка и уплотнение бетонной смеси, твердение бетонов в различных условиях. Химические добавки и ускорители твердения. 5. Понятие о железобетоне. Основные приемы технологических процессов изготовления сборных, сборно-монолитных и монолитных железобетонных конструкций. 6. Виды легких бетонов: особенности составов, приемов получения, свойства и области применения. 7. Виды пористых заполнителей (в том числе, из вторичного сырья) и основные требования к ним. Классификация и маркировка легкого бетона в зависимости от плотности. 8. Ячеистые бетоны: газобетон и газосиликат, пенобетон и пеносиликат, материалы для их изготовления, принципы их изготовления (литьевая, вибрационная и резательная технологии) и свойства. Бетоны. Общие сведения Бетон на неорганических вяжущих веществах представляет собой композиционный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок. По виду вяжущего выделяют: цементные (наиболее распространенные), силикатные (известковокремнеземистые), гипсовые, смешанные (цементно-известковые, известковошлаковые и т.п.), специальные - применяемые при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости и др.). По виду заполнителя различают бетоны на: плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.). Плотность бетона зависит от плотности цемента и вида заполнителей. С изменением плотности бетона изменяются его показатели - прочность, морозостойкость, теплопроводность и др. По плотности бетоны разделяются на особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие. Особо тяжелые бетоны имеют плотность более 2500 кг/м3. В качестве заполнителей используются железная стружка, дробленый чугун, барит и другие тяжелые каменные материалы. Тяжелые (обычные) бетоны имеют плотность 1800-2500 кг/м3. Заполнители - песок, щебень, гравий и др. Легкие бетоны с плотностью 500-1800 кг/м3. Заполнители - шлак, керамзит, аглопорит, перлит, пемза, туф и др. Особо легкие бетоны с плотностью менее 500 кг/м3. Их разновидностью являются теплоизоляционные бетоны: пенобетоны, газобетоны, пеносиликаты, газосиликаты и др. Плотность бетона изменяется от 300 до 3600 кг/м3. Это позволяет изготавливать бетонные и железобетонные изделия и конструкции с различной плотностью. Тяжелые бетоны Сырьевые материалы. Все сырьевые материалы, необходимые для приготовления бетона, должны быть испытаны согласно требованиям стандартов. Выбор цемента для бетона зависит от назначения и вида конструкций. Рекомендуемые марки цемента в зависимости от марки бетона приведены в табл.1. Если марка цемента значительно выше марки бетона, то в бетон вводят тонкоизмельченные активные минеральные добавки. В качестве заполнителей бетона применяют щебень, гравий и песок. Таблица 1. Рекомендуемые марки цемента для бетонов Марка 300 300 400 400400400500550- 600 600 цемента 500 500 500 600 600 Марка бетона 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 Песок относится к мелким заполнителям. Для приготовления бетонов в Центральной Азии в основном используются речные, морские и барханные пески. Пески для приготовления бетона должны отвечать требованиям нормативных документов. Примеси (гипс, слюда, пирит, глинистые и илистые, органические вещества) снижают прочность бетона. Слюдистые пластинки не соединяются с цементным камнем, поэтому они ослабляют структуру бетона. Их количество не должно превышать 0,5 % от массы песка. Содержание сульфидных и сульфатных соединений - пирита (FeS2) и гипса - не должно превышать в составе песков 1 %. Глинистые вещества, покрывая поверхность зерен песка, препятствуют их прочному соединению с цементным камнем, что также снижает прочность бетона. Содержание глинистых веществ в составе песков должно быть не более 3 %. Зерновой состав песка имеет большое значение для получения качественного бетона. При использовании песка непрерывного гранулометрического состава повышается плотность бетона вследствие наилучшего заполнения межзерновой пустотности в нем. При этом расход цемента для получения бетона снижается. При использовании пористых песков расход цемента для получения бетона увеличивается, а плотность бетона снижается. Зерновой состав песка определяется его рассевом на стандартных ситах с размером отверстий 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,314 и 0,16 мм. Частный остаток песка на сите с размером ячеек 5 мм не должен превышать 5 %, а на сите с размером ячеек 0,16 мм - 10 %. Крупность песка характеризуется модулем крупности (Мк), который определяют по сумме полных остатков на ситах, выраженных в процентах: Мк А2,5 А1, 25 А0,63 А0,315 А0,16 100 где А 2,5, А1,25 и т.д. - полные остатки на ситах. По модулю крупности пески делятся на крупные, средние, мелкие и очень мелкие (табл. 2). Таблица 2. Крупность песков Виды песков Остаток на сите с размером ячеек 0,63 мм, мас. % Модуль крупности Проход через сито с размером ячеек 0,16 мм, мас. % Крупный От 50 до 75 От 3,5 до 2,5 До 10 Средний От 30 до 75 От 2,5 до 2 До 10 Мелкий От 20 до 30 От 2 до 1,5 До 15 Очень мелкий Не более 10 От 1,5 до 1 До 20 При изготовлении обычного тяжелого бетона модуль крупности песка должен составлять 2,0-3,5. Пески с модулем крупности 1,5-1 для тяжелых бетонов не рекомендуются, так как с уменьшением модуля крупности увеличивается расход цемента. Пустотность песка зависит от зернового состава, формы зерен, уплотнения. Пустотность считается удовлетворительной, если она не более 40 %. Средняя насыпная плотность высушенного кварцевого песка составляет 1500-1700 кг/м3. Насыпная плотность песка зависит от его влажности. Наибольшую насыпную плотность имеют пески с влажностью 6-7 %. Крупные заполнители. К ним относятся щебень, гравий, шлак и т.п. Гравий и щебень по крупности зерен делится на очень мелкий (5-10 мм), мелкий (10-20 мм), средний (20-40 мм), крупный (40-70 мм), очень крупный (70-150 мм). Зерновой состав гравия и щебня определяется просеиванием через стандартные сита с размером ячеек 70, 40, 20, 10 и 5 мм. Максимальная крупность зерен в бетоне выбирается в зависимости от толщины и армирования бетонных конструкций. Размеры самых крупных зерен заполнителя должны быть в 4 раза меньше, чем поперечное сечение конструкции. Область оптимальных зерновых составов крупного заполнителя для бетона определяется по стандартному графику. Пустотность крупного заполнителя не должна превышать 45%. Для снижения пустотности заполнителя нужно подбирать составы бетонов на зернах различной крупности. Количество пылевидных и глинистых частиц в крупном заполнителе для бетона не должно превышать 1 %. Крупные и мелкие заполнители для бетонов должны контролироваться на радиационную активность. Заполнители для бетона могут быть получены из металлургических и фосфорных шлаков. Шлаковый щебень не должен содержать негашеной извести. Бетоны, полученные на шлаковых заполнителях, являются достаточно прочными и стойкими. Для приготовления бетонной смеси используют питьевую и техническую воду. Показатель рН не должен быть ниже 4. Количество сульфатных ионов SО42- не должно превышать 2700 мг/л. Кроме того, в воде не должно быть примесей жиров, сахара, кислоты и других веществ. Допускается использовать воды, содержащие до 2 % солей. Вода для увлажнения поверхностей бетонных и железобетонных изделий также должна удовлетворять этим требованиям. Для ускорения твердения вяжущих, особенно в зимний период, в бетонную смесь добавляют специальные добавки, например хлористый кальций (СаС1 2), поташ (К2СО3) и др. Широко применяются в бетонах различные индивидуальные и комплексные модифицирующие добавки, снижающие водопотребность, повышающие подвижность бетонной смеси, прочность, долговечность и эксплуатационную надежность бетона. Свойства бетонной смеси. Бетонной смесью называют рационально подобранную и тщательно перемешанную смесь на основе вяжущих веществ, воды, крупного и мелкого заполнителей до ее формования и начала схватывания. Каждый из компонентов бетонной смеси влияет на реологические (реология – это наука о деформациях и текучести веществ) свойства смеси. Так, если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой; если цементного теста — более пластичной и текучей. Существенно влияет на свойства бетонной смеси и вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее получается тесто и соответственно пластичнее бетонная смесь. После перемешивания бетонную смесь часто приходится транспортировать от бетономешалки к месту укладки; при этом очень важно, чтобы смесь сохранила свою однородность, так как при перевозке смеси угрожает расслаивание. Одно из основных свойств бетонной смеси — тиксотропия — способность разжижаться (т. е. приобретать свойства жидкого тела) при периодически повторяющихся механических воздействиях (например, вибрации) и вновь загустевать при прекращении этого воздействия. Расход воды с учетом подвижности или жесткости бетонной смеси можно определять по графику проф. С.А. Миронова, в котором отражается зависимость водопотребности бетонной смеси от подвижности или жесткости. "Подвижность" — это способность бетонной смеси растекаться под собственной тяжестью или под действием вибрации, а "жесткость" — это сопротивление бетонной смеси своей подвижности. По степени подвижности бетонная смесь может быть жесткой, пластичной и литой. Для оценки качества бетонной смеси был предложен термин "удобоукладываемость". Он характеризует способность бетонной смеси заполнять форму при принятом режиме уплотнения и при этом сохранять свою однородность. А максимальная плотность обеспечивает максимальную прочность и долговечность сооружения. Но этот термин оказался очень условным, так как он не объясняет физического смысла этого свойства. Удобоукладываемость оценивается тремя показателями: подвижностью, жесткостью, связностью. Первый способ заключается в следующем. Из бетонной смеси формуют образец в виде усеченного конуса определенных размеров. Так делают дети, которые "пекут куличи" из песка. Жесткость бетонной смеси определяют с помощью технического вискозиметра. Бетонную смесь укладывают в установленный конус в металлической форме. Жесткость смеси выражается продолжительностью вибрирования (в секундах) до полного выравнивания поверхности смеси. Для бетонных изделий и конструкций приняты показатели жесткости: Таблица 1 Классификация бетонных смесей по жесткости и подвижности Марка по удобоукладываемости СЖЗ СЖ2 СЖ1 Ж4 ЖЗ Ж2 Ж1 Норма удобоукладываемости Подвижность, см Осадка конуса Расплыв конуса Сверхжесткие смеси Более 100 51-100 50 и менее Жесткие смеси 31-60 21-30 11-20 5-10 Подвижные смеси Жесткость, с П1 П2 ПЗ П4 П5 4 и менее - 1-4 5-9 10-15 16-20 21 и более 26-30 31 и более Подвижность бетонной смеси определяется с помощью формыконуса высотой 30 см, верхним диаметром 10 см и нижним диаметром 20 см. Конус наполняют бетонной смесью, уплотняют смесь штыкованием стержнем и поверхность заглаживают. Затем конус снимают и устанавливают рядом. Под действием силы тяжести бетонная смесь деформируется и оседает. Разность высоты конуса и осевшей бетонной смеси характеризует подвижность смеси и называется осадкой конуса (ОК). Подвижность смеси измеряется в сантиметрах. Жесткость и подвижность бетонной смеси, прежде всего зависят от содержания воды: с увеличением ее количества смесь становится более подвижной. Прочность бетона с достаточной степенью уплотнения определяется преимущественно водоцементным отношением (В/Ц). Подвижность бетонной смеси зависит от крупности заполнителей, вида вяжущих веществ и добавок. Связность (нерасслаиваемость) характеризует способность бетонной смеси не расслаиваться при транспортировании, выгрузке и укладке. Связность бетонной смеси повышается с увеличением расхода цемента и с уменьшением водоцементного отношения. Для регулирования свойств бетонной смеси и бетона применяются различные модифицирующие добавки. В настоящее время в строительстве широко применяют суперпластификаторы, резко увеличивающие пластичность бетонной смеси. Такие добавки изменяют количество и размер пор в структуре бетона. Суперпластификаторы - органические поверхностно-активные вещества, получаемые химическим синтезом из химически чистых ингредиентов или вторичных ресурсов. Добавка суперпластификатора 0,4-0,6 % от массы цемента увеличивает подвижность бетонной смеси с 2-3 до 18-20 см. Расход воды для получения равноподвижных смесей снижается до 30 %, увеличиваются плотность, прочность и долговечность бетона. Особенно эффективно применение суперпластификаторов в производстве тонкостенных густоармированных бетонных конструкций. От качества укладки бетона во многом зависит его прочность, а значит и долговечность сооружения. Качество же укладки, в свою очередь, зависит от удобоукладываемости бетонной смеси. А удобоукладываемость регулируется количеством воды в бетонной смеси и внутренним трением. Чтобы не вводить в смесь избыток воды, надо было разжижать смесь в момент укладки. Из многих предложенных способов эффективным оказалось вибрирование, уничтожающее внутреннее трение бетонной смеси. Свойства бетона. Прочность бетона при правильно подобранном составе зависит в основном от качества сырьевых материалов, водоцементного отношения плотности структуры. В структуре бетона за счет свободной влаги образуются поры, в результате прочность снижается. Влияние водоцементного отношения на прочность бетона. С увеличением водоцементного отношения (или снижением цементноводного отношения) в бетонной смеси прочность бетона уменьшается. Впервые зависимость прочности бетона от водоцементного отношения установили проф. И. Г. Малюга и Н. М. Беляев. При перемешивании цемента с водой образуется цементное тесто, которое со временем твердеет. В процессе схватывания и твердения химически связывается с цементом 19-23 % воды (от массы цемента). Остальная вода остается в свободном состоянии в порах и пустотах бетона. Со временем свободная вода испаряется, и в бетоне появляются поры. Это приводит к снижению прочности бетона. Марки и классы бетонов. При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости. За проектную марку бетона по прочности на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см2) эталонных образцов-кубов. Проектная марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, подвергающегося многократному воздействию отрицательных температур. Проектная марка бетона по водонепроницаемости характеризуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см2), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, к которому предъявляются требования по плотности и водонепроницаемости. Проектную марку бетона по прочности на сжатие контролируют путем испытания стандартных бетонных образцов: для монолитных конструкций - в возрасте 28 сут, для сборных конструкций - в сроки, установленные для данного вида изделий стандартом или техническими условиями. В зависимости от крупности зерен заполнителя образцы могут иметь различные размеры. Обычно применяют образцы 10x10x10 см. Тяжелые бетоны по прочности на сжатие имеют марки от М50 до М 1000. В строительстве наиболее широко применяются бетоны марок М250М450. Класс бетона - понятие, характеризующее свойства бетона с гарантированной обеспеченностью. Марка бетона не учитывает возможную вариацию прочности. По ГОСТ 26633-91 нормативный коэффициент вариации прочности бетона на растяжение и сжатие - 13,5 %, а для массивных гидротехнических конструкций - 17,0 %. Согласно ГОСТ 26633-91 бетон по прочности на сжатие делится на следующие классы: В3,5; В5; В7,5; В10; В 12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55, В60; В70; В75; В 80. При коэффициенте вариации V=13,5 % средняя прочность бетона заданного класса в МПа Rсрб = В /0,778. Например, бетоны класса В5 имеют среднюю прочность Rсрб = 6,43 МПа. Усадка бетона. В процессе твердения бетона в сухих условиях его объем уменьшается вследствие возникновения усадочных деформаций. Усадка может привести к появлению мелких трещин на поверхности бетона. Ползучесть. При длительном действии нагрузки на бетонные изделия возникают пластические деформации - ползучесть бетона. Деформации ползучести постепенно (в течение 2-5 лет) затухают. На ползучесть оказывают влияние напряженное состояние бетона, усадка и расширение бетонных изделий при изменении температуры и влажности. С увеличением водоцементного отношения деформации ползучести повышаются. Высыхание бетона также приводит к возрастанию деформаций ползучести. Поэтому до полного твердения бетонных изделий они не рекомендуются к применению. Приготовление и транспортирование бетонной смеси. Бетонную смесь изготавливают централизованно или непосредственно на строительной площадке. При небольших объемах можно использовать передвижные бетоносмесители. Укладка и уплотнение бетонной смеси. При изготовлении бетонных или железобетонных конструкций бетонную смесь укладывают в предварительно подготовленную металлическую или деревянную опалубку и уплотняют. Плотность и прочность бетона зависят от способа укладки и уплотнения бетонной смеси. Основными способами уплотнения являются вибрирование, штампование и вибропрессование. Для удаления излишней влаги при уплотнении бетонной смеси применяют вакуумирование. Под действием вибрации в бетонной смеси уменьшается сила трения между заполнителями, в результате бетонная смесь становится подвижной, хорошо укладывается в опалубку и уплотняется. Для плотной укладки бетонной смеси используют различные вибрационные устройства. Широко применяемые в строительстве вибраторы по конструктивной схеме делятся на поверхностные, внешние и глубинные. Железобетонные конструкции по способу изготовления разделяют на монолитные и сборные. Монолитные железобетонные конструкции возводят непосредственно на строительных площадках. Обычно их применяют в зданиях и сооружениях, трудно поддающихся членению, при нестандартности и малой повторяемости элементов и при особенно больших нагрузках (фундаменты, каркасы и перекрытия многоэтажных промышленных зданий, гидротехнические, транспортные и другие сооружения). Сборные железобетонные конструкции выполняют на специализированных заводах и полигонах с рационально организованным высокомеханизированным технологическим процессом производства. Сборные железобетонные конструкции и изделия создают широкие возможности для индустриализации строительства, они особенно выгодны при минимальном количестве типоразмеров элементов, повторяющихся много раз (унифицированных). Железобетонные изделия и конструкции изготовляют как с обычной, так и с предварительно напряженной арматурой. Способы производства железобетонных изделий. На современных предприятиях сборного железобетона применяют следующие способы производства: стендовый, поточно-агрегатный, конвейерный, кассетный. Легкие бетоны Бетоны, получаемые с использованием легких заполнителей, называются легкими бетонами. Плотность (объемная масса) легких бетонов по ГОСТ 25820-83 не превышает 2000 кг/м3, коэффициент теплопроводности - 0,35-0,6 Вт/(м·К). Легкие бетоны отличаются от тяжелых, пониженной плотностью, повышенной пористостью, низким коэффициентом теплопроводности и другими свойствами. Снижая плотность бетона, строители достигают как минимум двух положительных результатов: • уменьшается масса строительных конструкций; • повышаются их теплоизоляционные свойства. По назначению легкие бетоны подразделяют на: • конструктивные (класс прочности — В7,5...В35; плотность — 1400... 1800 кг/м3); • конструктивно-теплоизоляционные (класс прочности не менее В3,5, плотность-600...1400 кг/м3); • теплоизоляционные — особо легкие (плотность < 600 кг/м3). По строению и способу получения пористой структуры легкие бетоны подразделяют на следующие виды: • бетоны слитного строения на пористых заполнителях; • ячеистые бетоны, в составе которых нет ни крупного, ни мелкого заполнителя, а их роль выполняют мелкие сферические поры (ячейки); • крупнопористые, в которых отсутствует мелкий заполнитель, в результате чего между частицами крупного заполнителя образуются пустоты. Ячеистые бетоны на 60...85 % по объему состоят из замкнутых пор (ячеек) размером 0,2...2 мм. Ячеистые бетоны получают при затвердевании насыщенной газовыми пузырьками смеси вяжущего, кремнеземистого компонента и воды. Благодаря высокопористой структуре средняя плотность ячеистого бетона невелика — 300... 1200 кг/м ; он имеет низкую теплопроводность при достаточной прочности. Бетоны с желаемыми характеристиками (плотностью, прочностью и теплопроводностью) сравнительно легко можно получать, регулируя их пористость в процессе изготовления. Состав и технология ячеистых бетонов. Вяжущим в ячеистых бетонах может служить портландцемент (или известь) с кремнеземистым компонентом. При применении известково-кремнеземистых вяжущих получаемые бетоны называют газо- и пеносиликатами. Кремнеземистый компонент — молотый кварцевый песок, гранулированные доменные шлаки, зола ТЭС и др. Кремнеземистый компонент снижает расход вяжущего и уменьшает усадку бетона. Применение побочных продуктов промышленности (шлаков и зол) для этих, целей экономически выгодно и экологически целесообразно. Соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим устанавливается опытным путем. Для получения ячеистых бетонов используют как естественное твердение вяжущего, так и активизацию твердения с помощью пропаривания (Т= 85...90 °С) и автоклавной обработки (Т = 175 °С). Лучшее качество имеют бетоны, прошедшие автоклавную обработку. В случае применения извести в составе вяжущего автоклавная обработка обязательна. По способу образования пористой структуры (методу вспучивания вяжущего) различают газобетоны и газосиликаты; пенобетоны и пеносиликаты. Газобетон и газосиликат получают, вспучивая тесто вяжущего газом, выделяющимся при химической реакции между веществом-газообразователем и вяжущим. Чаще всего газообразователем служит алюминиевая пудра, которая, реагируя с гидратом оксида кальция, выделяет водород: ЗСа(ОН)2 + 2А1 + 6Н2О →ЗСаО·А12О3 ·6Н2О + Н2 ↑ Согласно уравнению химической реакции, 1 кг алюминиевой пудры выделит до 1,25 м водорода, т. е. для получения 1 м газобетона требуется 0,5...0,7 кг пудры. Пенобетоны и пеносиликаты получают, смешивая тесто вяжущего с заранее приготовленной устойчивой технической пеной. Для образования пены используют пенообразователи, получаемые как модификацией побочных продуктов других производств (гидролизованная кровь, клееканифольный пенообразователь), так и синтезируемые специально (сульфанол и т. п.). Свойства ячеистых бетонов определяются их пористостью, видом вяжущего и условиями твердения. Рекомендуемая литература 1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М., ИАСВ, 2002. 2. Шубенкин П.Ф., Кухаренко Л.В. Строительные материалы и изделия, бетон на основе минеральных вяжущих. Примеры задач с решениями: Учебное пособие.- М.: Изд-во АСВ, 1998. 3. Юхневский П.И. Строительные материалы и изделия, Мн., 2004. 4. Наназашвили, И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции. Справочник. - М.: Высш.шк., 2004 Контрольные задания для СРС (тема 1,2,3) , 33-36,38,41,42 1. Разновидности бетонов и их свойства. 2. Требования к сырьевым материалам для бетонов. Факторы, влияющие на свойства бетонной смеси и бетонов. 3. Способы уплотнения бетонной смеси. Способы по ускорению твердения бетона. Деформативные свойства бетонов. 4. Сущность железобетона. Требования, предъявляемые к ж/б изделиям. 5. Пластичность бетонной смеси. 6. Деформативные, гидро- и теплофизические свойства тяжелого бетона. 7. Состав, приемы получения, основные свойства гипсобетонов, газо- и пеносиликата. 8. Понятие о проектных марках бетонов на осевое растяжение, по морозостойкости и водонепроницаемости. Темы 3-4 Силикатные материалы и изделия. Асбестоцементные изделия. Строительные растворы и сухие строительные смеси (2 часа) План лекции 1. Изделия на основе извести и кремнеземистого компонента. Понятие о физико-механических процессах взаимодействия диоксида кремния с гидроксидом кальция при автоклавной обработке и о влиянии степени дисперсности кремнеземистого компонента на эти процессы. 2.Силикатный кирпич: сырье, принципы изготовления, марки, особенности их применения. 3. Силикатные бетоны (тяжелые, на пористых заполнителях, ячеистые). Изделия из пеносиликата и других ячеистых материалов. Известковошлаковый и известково-зольный кирпичи. 1. Сырьевые материалы для изготовления асбестоцементных изделий, понятие о процессах изготовления. Физико-механические свойства асбестоцемента как цементного композиционного материала, упрочненного волокнами асбеста. 2. Основные виды и способы производства асбестоцементных изделий. 3. Классификация строительных растворов и сухих смесей по виду вяжущего, плотности, назначению и материалы для их изготовления. Особенности свойств различных растворов в зависимости от их назначения. Понятие о современных автоматизированных заводах товарных растворов. Прочность растворов, деление на марки, морозостойкость. Применение поверхностно-активных добавок. 4. Классификация строительных растворов и сухих смесей по виду вяжущего, плотности, назначению и материалы для их изготовления. 5. Особенности свойств различных растворов в зависимости от их назначения. 6. Понятие о современных автоматизированных заводах товарных растворов. Прочность растворов, деление на марки, морозостойкость. Применение поверхностно-активных добавок. Силикатные материалы и изделия - это искусственные строительные конгломераты на основе известково-кремнеземистого вяжущего вещества. После формования таких изделий необходима их тепловлажностная обработка в автоклавах по специальному режиму водяным паром под повышенным давлением (0,8—1,3 МПа) и максимальной температурой 175 — 200 °С. Именно при таких условиях известь вступает в химическую реакцию с кремнеземистым компонентом: кварцевым песком, шлаками, золами ТЭЦ и другими, содержащими в своем составе SiO2: Са(ОН)2 + SiO2 + m·Н2О = СаО·SiO2·nН2О. В условиях автоклавной обработки можно получить различные гидросиликаты кальция в зависимости от состава исходной смеси: тоберморит 5СаО·6 SiO2·5Н2О, слабо закристаллизованные гидросиликаты: (0,8…1,5) СаО·SiO 2·Н2О - и (1,5…2) СаО·SiO2·Н2О. В высокоизвестковых смесях синтезируется гиллебрандит 2СаО·SiO2·Н2О. Главнейшими силикатными и силикатобетонными изделиями являются: силикатный кирпич, крупные силикатные блоки, панели перекрытий, стеновые панели, колонны, балки, блоки и панели для наружных стен и покрытий из газосиликата, газозоло-, пеносиликата и др. Силикатные изделия могут быть сквозными или с полузамкнутыми пустотами для снижения их массы и улучшения теплозащитных свойств в конструкциях. Большое значение имеет режим автоклавной обработки. Автоклав — это стальной цилиндр диаметром 2,6 — 3,6 м и длиной 21 — 30 м, имеющий с торцов герметически закрывающиеся крышки. При монтаже автоклавы устанавливают горизонтально, в нижней части автоклавов находятся рельсы, по которым передвигаются вагонетки с изделиями. Силикатные бетоны в зависимости от их средней плотности подразделяют на три группы: тяжелые, имеющие среднюю плотность более 1800 кг/м3, изготовленные на плотных заполнителях (песке, щебне или гравии); легкие со средней плотностью 500 — 1800 ч кг/м3, изготовленные на пористых заполнителях (керамзите, аглопорите, вспученном перлите); ячеистые со средней плотностью менее 500 кг/м3 (газосиликат, пеносиликат и др.). В зависимости от крупности заполнителя их подразделяют на мелкозернистые с максимальные размером зерен до 5 мм и крупнозернистые — с размером зерен более 5 мм. Вяжущим веществом в силикатных бетонах служит известковокремнеземистое вещество, получаемое обычно совместным помолом воздушной извести и песка. Вместо песка применяют золу, молотый доменный шлак и другие отходы промышленности, содержащие кальциевые соединения кремнезема и глинозема. Прочность и другие свойства силикатных бетонов зависят от их средней плотности, прочности известковокремнеземистого вяжущего вещества, которая, в свою очередь, зависит от активности извести, соотношения CaO/SiO2, тонкости помола кремнеземистого компонента, режимов автоклавной обработки. Чем больше содержание низкоосновных гидросиликатов кальция в материале, тем больше будет его прочность и водостойкость. Как и в цементных бетонах свойства силикатных бетонов, зависят также от качества заполнителей, водотвердого отношения и других факторов. Наибольшее применение в строительстве получили мелкозернистые силикатные бетоны, имеющие предел прочности при сжатии до 50 МПа. Можно изготовлять высокопрочные силикатные бетоны с пределом прочности при сжатии более 50 МПа (до 80 МПа и более), выдерживающие до 300 циклов переменного замораживания и оттаивания, имеющие достаточно высокую водостойкость. Для получения таких бетонов содержание активной СаО в формовочных смесях увеличивают до 12,5 %, повышают тонкость помола песка, применяют жесткие смеси с их интенсивным уплотнением и другие технологические приемы. Тяжелые силикатные бетоны изготовляют по кипелочной и гидратной схемам. В современном строительстве увеличивается применение легких силикатных бетонов (на пористых заполнителях), позволяющих улучшить теплозащитные свойства ограждающих конструкций, снизить их массу, уменьшить нагрузку на фундаменты. Силикатный (известково-песчаный) кирпич изготовляют прессованием жесткой смеси, состоящей из 92 —94 % кварцевого песка, 6 — 8% извести (считая на активную СаО). Влажность такой формовочной смеси составляет 7 —9 % по массе. Отформованный кирпич на специальных тележках загружают в автоклав для твердения. Кварцевые пески для производства силикатного кирпича должны иметь определенный зерновой состав. Наилучшей гранулометрией песка является та, при которой средние зерна размещаются между крупными, а мелкие — между средними и крупными. Диаметры зерен песка обычно составляют 0,05 — 2,00 мм. В песке ограничивается содержание примесей слюды (не более 0,5 %), не должно быть включений глины, так как они снижают качество изделий. Известь может быть гашеной или негашеной, с содержанием активных СаО + MgO не менее 85 %, причем содержание MgO не должно превышать 5 %, так как магнезиальная известь (с повышенным содержанием MgO) гасится медленно. Время гашения извести не должно превышать 20 мин, применение медленно гасящейся извести снижает производительность гасильных установок. Содержание недожога не должно превышать 7 %, так как недожог является балластом, приводит к повышению расхода извести и увеличивает себестоимость продукции. Известь не должна быть пережженной, так как пережог медленно гасится и может вызвать растрескивание изделий. Вода при производстве силикатного кирпича применяется при гашении извести, приготовлении формовочной смеси, запаривании кирпича-сырца в автоклавах, получении технологического пара. Желательно применять мягкую воду, а жесткую воду — после умягчения ее термическим или химическим способами. При производстве силикатного кирпича сначала измельчают известькипелку, затем смешивают ее с песком в мешалке. Для гашения извести такую смесь подают в силосы или в гасильные барабаны, отсюда название — силосный и барабанный способы производства. В силосах известь гасится 8 —9 ч, а в герметически закрытых гасильных барабанах гашение осуществляется паром под давлением 0,3 — 0,5 МПа и протекает гораздо быстрее и интенсивнее. После гашения извести известково-песчаная смесь дополнительно перемешивается и увлажняется до влажности 7 — 9%. Формование кирпича из полученной смеси производится на рычажных прессах под давлением 15 — 20 МПа, после чего сырец укладывается на вагонетки и подается в автоклав. Постепенный подъем давления пара в автоклаве осуществляют за 1,5 — 2,0 ч, изотермическая выдержка при температуре 175 — 190 °С происходит за 4 —8 ч, снижение давления пара и температуры продолжается 2 —4 ч. Весь цикл автоклавной обработки составляет 10— 14 ч. После выгрузки из автоклава силикатный кирпич выдерживают 10—15 дней на воздухе, при этом происходит реакция карбонизации извести, не вступившей в химические реакции при автоклавной обработке: Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О; образование СаСО3 в поверхностных слоях способствует повышению плотности, прочности и водостойкости силикатного кирпича. Силикатный кирпич имеет ту же форму и те же размеры, как и обыкновенный глиняный: 250x120x65 мм. Утолщенный кирпич имеет размеры 250х 120x88 мм. Эти виды кирпича могут быть полнотелыми и пустотелыми. Выпускаются также пустотелые силикатные камни размерами 250x120x138 мм. Установлены марки кирпича (камня): по пределу прочности при сжатии — М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М3001; по морозостойкости — F15; F25; F35; F50. Для лицевых кирпичей и камней марка по морозостойкости должна быть не менее F25. Плотные изделия имеют среднюю плотность не менее 1500 кг/м3, а пористые — менее 1500 кг/м3. Водопоглощение по массе силикатного кирпича и силикатных камней должно быть не менее 6 %. Известково-шлаковый кирпич изготовляют из смеси извести и гранулированного доменного шлака. Извести берут 3-12% по объему, шлака 88-97%. При замене шлака золой получается известково-зольный кирпич. Состав смеси: 20-25% извести и 80-75% золы. Так же как и шлак, зола является дешевым сырьем, образующимся в больших количествах после сжигания топлива (каменного угля, бурого угля и др.) в котельных ТЭЦ, ГРЭС и др. В процессе сгорания пылевидного топлива часть очаговых остатков оседает в топке (зола-шлак), а самые мелкие частицы золы уносятся в дымоходы, где задерживаются золоуловителями, а затем их транспортируют за пределы котельной - в золоотвалы. Наиболее тонкодисперсные золы называют золами-уноса. При смешивании с водой золы не твердеют, однако при добавках извести или портландцемента они активизируются, а запаривание смеси в автоклавах дает возможность получать из них изделия достаточной прочности. При сжигании некоторых горючих сланцев (например, средневолжских) образуются золы, содержащие окиси кальция 15% и более, которые имеют способность твердеть без добавок извести. Кирпич из этих зол называют сланце-зольным. Использование шлаков и зол очень выгодно, так как при этом снижается стоимость строительных материалов. Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи формуют на тех же прессах, которые применяют при производстве силикатного кирпича, и запаривают в автоклавах. Плотность шлакового и зольного кирпичей - 1400-1600 кг/м3, коэффициент теплопроводности - 0,5-0,6 Вт/(м·°С). По пределу прочности при сжатии шлаковый и зольный кирпичи разделяют на три марки: 75, 50 и 25. Морозостойкость известково-шлакового кирпича такая же, как и силикатного, а известково-зольного - ниже. Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи применяют для возведения стен зданий высотой не более трех этажей и для кладки верхних этажей многоэтажных зданий. Изделия из пеносиликата и других ячеистых материалов Пеносиликат - это искусственный каменный материал ячеистой структуры, который получается в результате затвердевания пластичной известково-песчаной смеси, смешанной с технической пеной. Материал, полученный смешиванием того же раствора с газообразователем (алюминиевой пудрой, пергидролем и др.), называют газосиликатом. Для производства пеносиликата рекомендуется применять молотую известь-кипелку, содержащую активный СаО не менее 70%. Чем выше активность извести и тоньше помол, тем меньше ее требуется для приготовления пеносиликата. Обычно извести берут 15-1,20% от веса сухой смеси. Кроме кварцевого песка, в качестве заполнителей можно использовать доменный гранулированный шлак, золу электростанций, маршалит, трепел, диатомит и другие заполнители, содержащие большое количество кремнезема. Для покрытий промышленных зданий изготовляют армопеносиликатные и армогазосиликатные прямоугольные плиты. Армопеносиликатные плиты по сравнению с обычными железобетонными не требуется теплоизолировать и в то же время они достаточно прочны и долговечны. Укладывают их по железобетонным или металлическим прогонам, а сверху покрывают гидроизоляционными рулонными материалами. Плотность пеносиликата 900…1100 кг/м3, предел прочности его при сжатии 6…10 МПа. Асбоцемент искусственный композиционный каменный строительный материал, получаемый в результате затвердевания смеси, состоящей из цемента, асбеста (10-20% от массы цемента) и воды. Такой материал обладает высокой прочностью, огнестойкостью, долговечностью, малыми водонепроницаемостью, теплопродностью и электропроводностью. В последние годы в мировой практике наметились тенденции, ставящие под сомнение не только целесообразность развития асбестоцементной промышленности, но и само ее существование, в связи с распространяющимися сведениями о канцерогенности асбеста. В ряде стран запрещено использование асбестоцемента в строительстве, особенно во внутренних помещениях зданий в непосредственном контакте с деятельностью человека. Ряд организаций различных стран объясняют распространение сведений конкурентной борьбой на мировом рынке. Учитывая эти оба обстоятельства, с одной стороны ведутся поиски альтернативных волокон, с другой стороны - разработки по дальнейшему совершенствованию отрасли. Сырьевые материалы для производства асбоцементных изделий Портландцемент. В качестве вяжущего для производства асбестоцемента применяют портландцемент марок 400 и 500, песчанистый портландцемент при автоклавном твердении полуфабриката, белый и цветные цементы при изготовлении декоративных изделий. По минералогическому составу портландцемент должен быть алитовым (с содержанием трехкальциевого силиката не менее 52%). Содержание трехкальциевого алюмината должно быть не Рол ее 8%, так как он придает малую прочность и низкую морозостойкость асбестоцементным изделиям. Тонкость помола цемента должна быть в пределах удельной поверхности 2900-3200 см2/г. Песчанистый портландцемент получают совместным помолом портландцементного клинкера; кварцевого песка (до 45%) и гипса. Помол компонентов может быть и раздельным с последующим их смешением. Тонкость помола должна быть до удельной поверхности 32003600 см2/г. Применение этого вяжущего позволяет обеспечивать существенную экономию клинкера. Портландцемента, применяемые для производства изделий способом экструзии, кроме соответствия указанным требованиям, не должны содержать более 0,3% быстрорастворимых щелочей. Асбестом называют природный тонковолокнистый минерал, состоящий из водных или безводных силикатов магния, а некоторые разновидности - из силикатов кальция и натрия. 95% мировой добычи асбеста составляет хризотил - асбест (ЗМgО·2SiO2·2Н2О), который и применяется для производства асбестоцементных изделий. Диаметр волокон асбеста 1 мкм, однако при гидромеханической обработке асбестовый камень расщепляется до среднего диаметра волокон 0,02 мм. Волокна асбеста обладают гибкостью, прочностью до 600-800 МПа и введение их в качестве армирующего компонента в цемент (10-20%) позволяет в 3-5 раз увеличить прочность цементного камня при растяжении и изгибе, а также стойкость к ударным воздействиям. Вода для производства асбестоцемента не должна содержать органических и глинистых примесей. Нельзя использовать болотную, торфяную, морскую и другую минерализованную воду. Минеральные примеси и растворимые соли не должны превышать допустимые для питьевой воды нормы. Производство асбестоцементных изделий Способы производства асбестоцементных изделий в зависимости от количества воды, которое используется при их изготовлении, подразделяются на: мокрый, полусухой и сухой. Приготовление шихты заключается в составлении смеси асбеста нескольких марок с тем, чтобы при формовании обеспечить высокую фильтрующую способность, плотность и водоудержание асбестоцементных масс. Распушка асбеста - производится в два этапа: обминание пучков асбеста на бегунах или валковых машинах и затем расщепление размятых пучков на отдельные волокна в голлендерах или гидропушителях при мокром способе и в дезинтеграторах при мокром, полусухом и сухом способах производства изделий. Приготовление асбестоцементных смесей производится в зависимости от способов производства в различных устройствах. Асбестоцементная суспензия производится в голлендерах или турбосмесителях, куда подается асбестовая суспензия после гидравлической распушки, цемент и дополнительное количество воды до содержания ее в суспензии 97-86%. Асбестоцементные смеси для полусухого и сухого способа производства изделий получают двухстадийным перемешиванием: вначале в смесителе сухих компонентов, затем в бетоносмесителе циклического действия с добавлением воды. Формование изделий. Сущность формования изделий состоит в отфильтровании воды из асбестоцементной массы до необходимого уплотнения и придания ей заданных формы и размеров. Твердение асбестоцементных изделий, как правило, осуществляется в две стадии: предварительное твердение до набора прочности, обеспечивающей дальнейшее бездефектное внутризаводское транспортирование и окончательное. Предварительное твердение изделий после выдержки при нормальных условиях в течение 6-8 часов осуществляется в пропарочных камерах при температуре 50-60°С в течение 12-16 часов. Предварительное твердение труб и других изделий может осуществляться и в бассейнах с водой при температуре не ниже 20°С в течение 3-8 суток. Окончательное твердение изделий на портландцементе производится в закрытых помещениях (теплых складах) при нормальных условиях в течении не менее 7 суток. Окончательное твердение изделий на песчанистом цементе производится в автоклавах при давлении пара 0,8 МПа и температуре 172-174°С в течении 12-16 ч. Механическая обработка изделий производится после предварительного или окончательного их твердения и включает операции: обрезка кромок листов, обрезка труб по торцам и обтачивание концов напорных труб со снятием фаски. Основные виды асбестоцементных изделий Основные виды асбестоцементных изделий включают: кровельные, стеновые, декоративные, погонажные трубы и специальные. Кровельные изделия К кровельным асбестоцементным изделиям относятся: волнистые листы различного профиля и фасонные детали к ним, крупноразмерные плоские листы для плит покрытий, армированный конструктивный настил, панели экструзионные, плитки для кровли малоэтажных зданий. Волнистые листы составляют около 90% общего объема производства листовых изделий, а они в балансе кровельных материалов составляют 3840%. Волнистые листы производятся обыкновенного, унифицированного, среднего, высокого профилей. Размеры и свойства листов в зависимости от типов меняются в пределах: длина 1200 3300 мм, шаг волны 1115…350 мм, предел прочности при изгибе 16…24 МПа, масса изделия – 9…98 кг. Крупноразмерные плоские листы для плит покрытий выпускаются размерами: длина - 2000-3600 мм; ширина 1200-1500 мм, толщина 4-12 мм. Конструктивный армированный настил применяется для перекрытия 9-метровых пролетов сельскохозяйственных производственных зданий, стальная арматура размещена в растянутой зоне в виде полос прямоугольного сечения (вариант 1) или крупных стержней (вариант 2). Панели экструзионные асбестоцементные применяются для устройства бесчердачных покрытий промышленных зданий под рулонную кровлю с сухим и нормальным режимом эксплуатации и для подвесных потолков. Плитки кровельные асбестоцементные плоские предназначены для малоэтажных сельских зданий и индивидуального строительства. Стеновые изделия К стеновым асбестоцементным изделиям относятся: волнистые листовые, плоские крупноразмерные листы, панели и плиты экструзионные, панели стеновые наружные на деревянном и асбестоцементном каркасах. Волнистые листы при длине 2,5 м являются эффективными изделиями для стеновых ограждающих конструкций не отапливаемых промышленных зданий. К ним относятся листы профиля 40/150 и листы среднеевропейского профиля 51/177. Плоские крупноразмерные листы (длина 2000-3000 мм, ширина 1200-1500 мм, толщина 4-12 мм) применяются в качестве обшивок трехслойных стеновых панелей и для изготовления конструкций перегородок. Панели и плиты экструзионные - изделия длиной до 6 м, шириной до 750 мм и высотой 60-180 мм изготовляются с утеплителем и без него и применяются как стеновые конструкции и перегородки. В качестве утеплителя применяют полужесткие минераловатные плиты. Панели асбестоцементные стеновые наружные на деревянном каркасе с утеплителем предназначены для наружных стен надземной части полносборных жилых домов и домов из монолитного бетона, а в кирпичных домах - для стен лоджий. Декоративные изделия Декоративные изделия могут быть офактуренными либо окрашенными в процессе формования (до твердения) и в затвердевшем виде. Погонажные асбестоцементные изделия Погонажные асбестоцементные изделия - швеллеры, подоконные плиты, сливы, раскладки и элементы парапетов изготовляются способом экструзии. Швеллеры применяются для изготовления каркасов стеновых панелей и плит покрытий. Асбестоцементные трубы составляют около 10% в общем балансе труб, применяемых в строительстве и выпускаются напорные и безнапорные. Напорные трубы применяют для водопроводов и изготовляются с рабочим давлением 0,6-1,8 МПа классов - ВТ6 ВТ9, ВТ12, ВТ15 и ВТ18. Трубы ВТ имеют длину от 3 до 6 м и диаметр условного прохода 100-500 мм. Специальные асбестоцементные изделия Вентиляционные короба изготовляются с раструбами и без них и применяются для устройства вентиляции и кондиционирования воздуха в зданиях различного назначения. Короба изготовляют длиной 3,1 м с внутренним сечением от 150x150 до 300x300 мм, толщина стенок 10 мм. Утилизация отходов производства В производстве асбестоцементных изделий образуются отходы в виде влажной смеси асбеста и цемента, оседающей в отстойниках при очистке сбрасываемой в них воды из рекуператоров, а также брак изделий и обрезки, получаемые при их механической обработке. В целом отходы могут составлять по объему 1-8% исходного сырья и используются: вторично в производстве изделий при введении их в малых дозах в суспензии, в производстве минеральной ваты, стеновых блоков, в производстве погонажных асбестоцементных экструзивных изделий (15-20% взамен цемента). 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). 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 плотности различают: тяжелые растворы плотностью более 1500 3 кг/м , изготовляемые обычно на кварцевом песке; легкие растворы плотностью менее 1500 кг/м3, изготовляемые на пористом мелком заполнителе и с породообразующими 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.). Материалы для изготовления растворных смесей Вяжущие вещества. Применяют портландцемент и шлакопортландцемент, принимают марку цемента в 3-4 раза выше марки раствора. Воздушную известь в виде известкового теста вводят в смеситель при изготовлении растворной смеси; реже используют молотую негашеную известь. Строительный гипс входит в состав гипсовых и известковогипсовых растворов. Пески применяют природные - кварцевые, полевошпатовые, а также искусственные - дробленые из плотных горных пород и пористых пород; из искусственных материалов (пемзовые, керамзитовые, перлитовые и т.п.). Пористые пески служат для приготовления легких растворов. Если песок содержит крупные включения (комья глины и др.), то его просеивают. Пластифицирующие добавки. Чаще всего растворные смеси укладывают тонким слоем на пористое основание, способное отсасывать воду (кирпич, бетоны легкие, ячеистые и т.п.). Чтобы сохранить удобоукладываемость растворных смесей при укладке на пористое основание, в них вводят неорганические и органические пластифицирующие добавки, повышающие способность растворной смеси удерживать воду. Неорганические дисперсные добавки состоят из мелких частиц, хорошо удерживающих воду (известь, глина, зола ТЭС, диатомит, молотый доменный шлак и т.п.). Глина, используемая в качестве пластифицирующей добавки, не должна содержать органических примесей и легкорастворимых солей, вызывающих появление "выцветов" на фасадах зданий. Глину вводят в растворную смесь в виде жидкого теста. Органические поверхностно-активные пластифицирующие и воздухововлекающие добавки: омыленный древесный пек (остатки при разгонке каменноугольной смолы), канифольное мыло, мылонафт, ЛСТ и другие вводят в количестве 0,1-0,3% от массы вяжущего. Они не только улучшают удобоукладываемость растворных смесей, но также повышают морозостойкость, снижают водопоглощение и усадку раствора. В растворы, применяемые для зимней кладки и штукатурки, добавляют ускорители твердения, понижающие температуру замерзания растворной смеси: хлористый кальций, поташ (калиевая соль угольной кислоты, получаемая из древесной золы), хлористый натрий, хлорную известь и др. Свойства растворных смесей Удобоукладываемость - это свойство растворной смеси легко укладываться плотным и тонким слоем на пористое основание и не расслаиваться при хранении, перевозке и перекачивании растворонасосами. Она зависит от подвижности и водоудерживающей способности смеси. Подвижность растворных смесей характеризуется глубиной погружения металлического конуса (массой 300 г) стандартного прибора (рис. 1). Подвижность назначают в зависимости от вида раствора и отсасывающей способности основания. Для кирпичной кладки подвижность растворов составляло 9-13 см, для заполнения швов между панелями и другими сборными элементами - 4-6 см, а для вибрирования бутовой кладки 1-3 см. 1 - штатив; 2 и 3 - держатели; 4 - пружинная кнопка; 5 - скользящий стержень; 6 - конус; 7 -циферблат; 8 - сосуд для растворной смеси Рисунок 1. Прибор для определения подвижности растворной смеси: Водоудерживающая способность - это свойство растворной смеси сохранять воду при укладке на пористое основание, что необходимо для сохранения подвижности смеси, предотвращения расслоения и хорошего сцепления раствора с пористым основанием (кирпичом и т.п.). Прочность при сжатии определяют испытанием образцов-кубиков с длиной ребра 7,07 см в возрасте, установленном в стандарте или технических условиях на данный вид раствора. Изготовление образцов из растворной смеси подвижностью менее 5 см производят в обычных формах с поддоном, а из смеси с подвижностью 5 см и более - в формах без поддона, установленных на отсасывающем основании-кирпиче (покрытом смоченной водой газетной бумагой). Марку растворов определяют по прочности на сжатие в возрасте 28 сут. по действующему ГОСТу установлены следующие марки строительных растворов: М4,М10,М25,М50,М75,М100,М150,М200. Растворы марок М4 и М10 изготовляют на воздушной и гидравлической извести и других низкомарочных вяжущих веществах. Прочность цементного раствора при отсутствии отсоса воды определяется теми же факторами, что и прочность бетона; зависимость предела прочности раствора при сжатии R28 от активности цемента Rц и цементно-водного отношения определяется формулой R= 0,4RЦ(Ц/B-0,3) (1) Прочность раствора, уложенного на пористое основание (кирпич), удобно выразить в зависимости от расхода вяжущего вещества, а не от Ц/В, поскольку после отсоса воды основанием в растворе остается примерно одинаковое количество воды: R28 =k RЦ(Ц-0,05) + 4 (2) Приведенная формула применима для цементно-известковых растворов: Ц - расход цемента, т/м3 песка; коэффициент К зависит от качества песка: для крупного песка - 2,2, песка средней крупности - 1,8, мелкого песка - 1,4. Для каменной кладки наружных стен зданий применяют главным Морозостойкость раствора характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают насьпценные водой стандартные образцы-кубики размером 7,07x7,07x7,07 см (допускается снижение прочности образцов не более 25% и потеря массы не свыше 5%). Специальные растворы Декоративные растворы предназначены для отделочных слоев стеновых панелей и блоков, наружной и внутренней отделки зданий. Эти растворы изготовляют на белом, цветном и обычном портландцементах; для цветных штукатурок внутри зданий применяют также строительный гипс и известь. Заполнителем служит чистый кварцевый песок либо дробленые пески из белого известняка, мрамора и т.п. Для лицевого отделочного слоя панелей наружных стен (из легкого бетона) применяют раствор марки 50, отделки железобетонных конструкций - 150 с морозостойкостью не ниже 35. Гидроизоляционные растворы для гидроизоляционных слоев и штукатурок обычно изготовляют состава 1:2,5 или 1:3,5 (цемент: песок по массе), применяя портландцемент, расширяющиеся цементы, сульфатостойкий портландцемент. Инъекционные цементные растворы применяют для заполнения каналов в предварительно напряженных конструкциях и уплотнения бетона. Марка раствора должна быть не ниже 300, поэтому используют портландцемент марки 400-500. Тампонажные растворы предназначены для гидроизоляции скважин, шахтных стволов и туннелей путем закрытия водоносных грунтов, трещин и пустот в горных породах и заполнения закрепленного пространства. Вяжущим в этих растворах служит специальный тампонажный портландцемент, а в агрессивных водах -сульфатостойкий портландцемент. Рентгенозащитный раствор приготовляют на баритовом песке (ВаSO4) (предельной крупностью 1,25 мм), применяя портландцемент или шлакопортландцемент. В него вводят добавки, содержащие легкие элементы: литий, бор и др. Сухие смеси в последние годы находят все более широкое применение. Эти смеси изготовляют на заводах из минеральных вяжущих веществ, заполнителей и добавок. Обычно они выпускаются упакованными в мешки по 5 и 20 кг. Перед применением в них добавляют необходимое количество воды и перемешивают. Их используют в качестве отделочных материалов и при монтажных работах внутри и снаружи зданий (кладка стен, отделка фасадов, устройство полов). Рекомендуемая литература 1. Наназашвили И.Х. Строительные материалы для строительства. Справочник. М.: Высшая школа. 1990. 2. Болдырев А.С., Золотов П.П. Строительные материалы. Справочник. М.: Высшая школа 1989. 3. Нациевский Ю.Д., Хоменко В.П. Справочник по строительным материалам и изделиям. Киев: Будивельник, 1990. 4. Под ред. Айрапетова Г.А., Несветаева Г.В. Строительные материалы. Учебно-справочное пособие. Феникс, Ростов-на-Дону: 2004 г. Горшков B.C. и др. Вяжущие, керамика и стеклокристаллические материалы: структура и свойства: Справочное пособие. - М..: Стройиздат, 1994 5. Казеннова Е.П. Общая технология стекла и стеклянных изделий: М.: Стройиздат, 1983 6. Киреева Ю.А. Строительные материалы: учеб.пособие/- 2-е изд., стер. -Мн.: Новое знание, 2006. — 400 с: ил.- (Техническое образование) 7. Козлов В.В. Сухие строительные смеси: - М.; ИАСВ, 2000 Контрольные задания для СРС (тема 4-6) 11,12,13,14,17,1921,25,46,56 1. Асбестоцементные изделия. 2. Строительные материалы на основе гипса с применением органических и минеральных добавок 3. Строительные растворы. Растворы для каменной кладки. Отделочные растворы. специальные растворы. Приготовления строительных растворов. Раздел 6 Строительные материалы на основе органического сырья (1 час). Тема 1,2 Материалы и изделия из древесины. Полимерные материалы (1 час) План лекции 1. Основные компоненты и регулирующие добавки для производства полимерных материалов. Классификация и строение полимеров. 2. Свойства пластмасс, их зависимость от температуры: сгораемость и огнестойкость пластмасс, термическая деструкция полимеров, выделение вредных веществ. 3. Основы производства и виды полимерных материалов. 4. Модификация строительных материалов полимерами: модификация бетонов, битумов, древесины, цель и способы модификации. 5. Перспективы развития производства и применения полимерных материалов и изделий. 6. Сырьевая база Казахстана. Основные древесные породы, используемые в строительстве. 7. Состав и свойства древесины. Зависимость основных свойств древесины от ее строения и влажности. Важнейшие группы пороков и влияние их на качество древесины. Повышение долговечности древесины: способы защиты древесины от гниения, возгорания и поражения насекомыми. 8. Сортамент лесных материалов: круглые лесоматериалы, пиломатериалы. Изделия из древесины. Комплексное использование древесины и отходов деревообработки. Материалы и изделия из древесины Древесиной называют освобожденную от коры часть ствола дерева имеющую слоисто-волокнистое строение. Древесина обладает рядом ценных свойств: небольшой плотностью, высокой прочностью, малой теплопроводностью, гибкостью и упругостью, высоким коэффициентом конструктивного качества. Однако при использовании древесины в строительстве необходимо учитывать такие недостатки этого материала зависящие от его строения и состава, как неоднородность свойств по объему и направлению (анизотропию), гигроскопичность, которая приводит к изменению размеров, короблению и растрескиванию, загнивание во влажных условиях и сгораемость. Строение древесины. На торцевом срезе ствола дерева видна кора, камбий и древесина. Кора состоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней и внутреннего слоя — луба, который проводит питательные вещества по стволу дерева. Камбий, расположенный под лубом, представляет собой тонкий слой живых клеток, способных к делению и росту. Древесина является основной частью ствола и находится под камбиальным слоем. Древесина состоит из годичных слоев. Каждый годичный слой представлен ранней и поздней древесиной. Ранняя древесина образуется весной и в начале лета, поздняя — летом и в начале осени. Поздняя древесина является более плотной и прочной, чем ранняя. В древесине на торцевом срезе можно выделить сердцевину, ядро и заболонь. Сердцевина — рыхлая первичная ткань, которая имеет малую прочность и легко загнивает. Ядро, или спелая древесина — внутренняя часть ствола дерева, состоящая из омертвевших клеток. Ядро выделяется темным цветом и обладает большей прочностью и стойкостью к загниванию по сравнению с древесиной заболони. Заболонь состоит из живых клеток, имеет большую влажность, легко загнивает, вследствие большой усушки усиливает коробление пиломатериалов. Древесные породы делят: 1) на ядровые, имеющие ядро и заболонь; породы у которых ядро отличается от заболони окраской и меньшей влажностью, (дуб, ясень, сосна, лиственница, кедр и др.); 2) спелодревесные , имеющие спелую древесину и заболонь; породы у которых центральная часть ствола отличается от заболони только меньшей влажностью (ель, пихта, осина, бук и др.); 3) заболонные, у которых отсутствует ядро (береза, клен, ольха, липа); породы у которых нельзя заметить значительного различия между центральной и наружной частями древесины ствола. Основные хвойные породы древесины. Сосна — ядровая порода, у которой ядро буро-красного цвета, а заболонь — желтого. Древесина сосны легкая (средняя плотность 470-540 кг/м3), легко обрабатывается, при этом достаточно прочная. Ель по качеству древесины уступает сосне, имеет спелую древесину бело-желтого цвета, менее смолистую и более легкую (плотность 440-500 кг/м3) с большим количеством сучков. Лиственница имеет ядро красновато-бурого цвета; ее древесина плотная (плотность 630-790 кг/м3), твердая, прочная, менее подвержена гниению, чем у сосны. Применяется в гидротехническом строительстве, для строительства мостов, из неё изготавливают шпалы. Кедр имеет мягкую легкую древесину, имеющую более низкие механические свойства, чем у сосны. Из нее изготавливают пиломатериалы, столярные изделия, декоративную фанеру для отделки мебели. Пихта по древесине схожа с елью, но не имеет смоляных ходов, легко загнивает, поэтому ее не применяют во влажных условиях эксплуатации. Основные лиственные породы древесины. Дуб имеет плотную (около 720 кг/м3), очень прочную и твердую древесину. Ядро у дуба темнобурое, заболонь желтая, на разрезе древесины имеются крупные сердцевинные лучи. Дуб применяют в ответственных конструкциях гидротехнических сооружений, мостостроении, для изготовления паркета, мебели. Ясень имеет тяжелую, гибкую и вязкую древесину, но менее прочную, чем у дуба. Благодаря красивой текстуре ценится в мебельном производстве и столярно-отделочных работах. Береза — распространенная заболонная порода, имеет тяжелую (около 650 кг/м3) древесину, которая легко загнивает во влажных условиях. Используют для изготовления фанеры, столярных и отделочных материалов (в том числе для имитации ценных пород древесины). Бук — спелодревесная порода, имеющая тяжелую и твердую древесину, которая легко раскалывается и относительно легко загнивает. Применяют для производства паркета, мебели, фанеры. Граб имеет древесину, схожую с буковой, но более тяжелую. Используют для тех же целей, что и бук. Осина — заболонная порода с мягкой и легкой древесиной (420-500 3 кг/м ), склонной к загниванию. Служит сырьем для производства фанеры, древесных плит. Ольха — заболонная порода с мягкой древесиной, склонной к загниванию. Как и березу, используют для изготовления фанеры. Липа — спелодревесная мягкая порода. Используют для изготовления фанеры, мебели, тары. Свойства древесины Свойства древесины подразделяются на физические и механические. Важное значение имеют также наличие в древесине тех или иных пороков и ее стойкость к загниванию. Пороки древесины. Пороки древесины подразделяют на группы: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения и прочие пороки. Сучки — части ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон и затрудняют механическую обработку. Трещины (метиковые, морозные, отлупные) - разрывы древесины вдоль волокон. Нарушают целостность материала, снижают механическую прочность и долговечность. Пороки формы ствола. Различают: сбежистость — уменьшение диаметра круглых лесоматериалов от толстого к тонкому концу, превышающее нормальный сбег (равный 1 см на 1 м длины бревна); увеличивает расход древесины при распиловке, снижает прочность материалов; закомелистость — резкое увеличение комлевой (нижней) части ствола; кривизну, которая затрудняет механическую обработку древесины, снижает ее прочность при растяжении и изгибе. Пороки строения древесины. Различают: наклон волокон (косослой) непараллельность волокон древесины оси древесного материала, снижающую ее прочность при растяжении и изгибе; крень — ненормальное утолщение поздней древесины в годовых слоях; свилеватость — волокнистое или беспорядочное расположение волокон древесины, чаще в комлевой части ствола; завиток — резкое местное искривление годовых слоев под влиянием сучков и проростей; сердцевину - узкую центральную часть ствола, состоящую из рыхлой древесной ткани, которая, попадая в изделия, усиливает их растрескивание. К химическим окраскам относятся желтизна, оранжевая окраска, чернильные пятна, дубильные потеки. Все они проникают на глубину 1-5 мм и мало влияют на физико-механические свойства древесины, ухудшая в основном только внешний вид пиломатериалов. Грибные поражения (гнили), образующиеся в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов, существенно снижают механические свойства и сортность древесины. Гнили отмершей древесины являются одними из самых опасных пороков. Они образуются под действием домовых грибов. Древесина становится не только непригодной к применению, но и опасной для окружающих материалов. Такие пороки, как грибные окраски, развивающиеся в отмершей древесине, мало изменяют ее прочность, но ухудшают внешний вид. К прочим порокам древесины относятся повреждения насекомыми (червоточины), инородные включения и дефекты, деформации (покоробленность - искривление пиломатериала, возникающее при распиловке, сушке и хранении). Защита древесины от гниения и возгорания. Основным приемом защиты древесины от гниения и повышения ее прочности является сушка. Различают естественную и искусственную сушку. Для химической защиты древесины от гниения и поражения насекомыми применяют специальные вещества — антисептики. Они делятся на водорастворимые и нерастворимые в воде (маслянистые). К водорастворимым антисептикам относятся: фтористый натрий NаF (применяется в растворах 2-3% концентрации); кремнефтористый натрий Nа2SiF6 (применяется совместно с фтористым натрием, а также в составе антисептических паст); препараты ХХЦ (смесь хлорида цинка и натриевого или калиевого хромпика) и МХХЦ (смесь хлорида цинка, хромпика и медного купороса); органорастворимые препараты типа ПЛ (растворы пентахлорфенола в легких нефтепродуктах); высокотоксичные антисептики в виде жидкостей и паст, содержащие арсенаты металлов. Маслянистые антисептики — антраценовое, сланцевое, креозотовое масла — обладают сильным антисептическим действием, не вызывают коррозию металла, но окрашивают древесину в темный цвет, имеют резкий фенольный запах. Применяются для обработки шпал, деталей мостов, свай, наземных деревянных конструкций. Для защиты древесины от возгорания предусматривают: соответствующие конструктивные меры (устройство разделок из несгораемых материалов, защитных покрытий — штукатурных и др.); окрашивание поверхности древесины огнезащитными красочными составами (композициями из связующего вещества — обычно жидкого стекла, наполнителя — кварцевого песка, мела, магнезита и щелочестойкого пигмента (охры, мумии – минеральная краска из отбросов сернокислотного производства или обжигом железного куопороса и т.п.); пропитку огнезащитными веществами — антипиренами (бура, сульфат аммония, фосфорнокислый натрий и аммоний), которые при пожаре либо образуют оплавленную пленку на поверхности древесины, затрудняющую доступ кислорода, либо выделяют негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода в газовой среде возле конструкции. Лесоматериалы и изделия из древесины Лесоматериалы получают механической обработкой древесины. Они подразделяются на круглые лесоматериалы, пиломатериалы, фрезерованные и строганые материалы, вторичные продукты: опилки, стружки, щепа, древесная мука. Круглые лесоматериалы — стволы поваленного дерева, очищенные от сучьев. В зависимости от диаметра ствола в верхнем отрубе различают: бревна (диаметр более 12см), подтоварник (диаметр 8-11см) и жерди (диаметр 3-7 см). Бревна делят на строительные (из сосны, лиственницы, кедра, реже ели и дуба), предназначенные для несущих конструкций, и пиловочные, используемые для получения пиломатериалов. Пиломатериалы получают продольной распиловкой пиловочных бревен. Они подразделяются на доски (толщиной 100 мм и менее), бруски (имеющие толщину менее 100 мм, но ширину меньше трехкратной толщины), брусья (имеющие ширину и толщину более 100 мм). Строганые и шпунтованные доски и бруски имеют на одной кромке шпунт – выемка в ребре доски, а на другой — гребень для плотного соединения элементов. Фрезерованные изделия — плинтус, поручни, наличники и т.п. Изделия из древесины. К ним относятся паркет, мебельные щиты, столярные изделия — оконные и дверные блоки, двери и т.п., фанера, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, древесно-слоистые пластики, а также сборные дома, клееные деревянные конструкции и изделия из модифицированной древесины (обработанной синтетическими смолами, прессованной, пластифицированной аммиаком и др.). Полимерами называют высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых построены из многократно повторяющихся структурных звеньев, соединенных ковалентными связями. Макромолекулы полимеров содержат десятки и сотни тысяч единиц. Полимеры подразделяются на органические и неорганические. Макромолекулы органических полимеров содержат атомы углерода, тогда как у молекул неорганических полимеров его нет. В данной главе будут рассматриваться только органические полимеры, которые подразделяются на природные и искусственные. К природным полимерам относятся целлюлоза, белки, крахмал, натуральный каучук, природные смолы (копал, канифоль, шеллак, янтарь). Природные полимеры редко применяются в строительстве. Широкое распространение получили искусственные полимеры, получаемые в результате синтеза простых низкомолекулярных соединений — мономеров. По составу основной цепи макромолекул органические полимеры разделяются на три класса. 1. Карбоцепные полимеры, основные цепи которых построены только из атомов углерода: К этому классу можно отнести полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полибутадиен, полимеры производных этилена и диенов. 2. Гетероцепные полимеры, в основных цепях которых кроме атомов углерода содержатся атомы кислорода, азота, серы, реже фосфора и других элементов, например: К этой группе полимеров относятся полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, полиэпоксидные соединения. 3. Элементоорганические полимеры, содержащие в основных цепях атомы кремния, алюминия, титана и других элементов, например, кремнийорганические соединения. Эти полимеры имеют в макромолекуле кремний-кислородные связи, называемые силоксановыми. По форме макромолекулы органические полимеры можно разделить на линейные, разветвленные и сетчатые. К важнейшим полимеризационным полимерам относятся полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, поливинилхлорид, перхлорвинил, полистирол и др. Пластмассы (пластики) — материалы, обязательным компонентом которых, играющим роль матрицы, являются полимеры. В период формования изделий полимер находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а в готовых материалах и изделиях — в отвержденном состоянии. В наше время пластмассы заняли заметное место во всех отраслях хозяйства, в том числе и в строительстве. Несмотря на значительно более высокую стоимость, они оказались конкурентоспособными по отношению к традиционным строительным материалам. Основная причина этого объясняется высокой технологичностью пластмасс. Они легко перерабатываются в самые различные материалы и изделия, из которых, в свою очередь, чрезвычайно просто получать готовые конструкции. Яркий пример этому — линолеум, настилка которого сводится к раскатыванию рулона материала по поверхности пола и закреплению его клеем. Таким образом получается декоративное, гигиеничное и износостойкое покрытие пола с необходимыми тепло- и звукоизоляционными свойствами. Свойства пластмасс. У пластмасс довольно необычный для строительных материалов набор свойств (как положительных, так и отрицательных); • высокая прочность при малой плотности (рт < 1500 кг/м3, а у газонаполненных пластмасс уникально низкая плотность — 50... 10кг/м3); • более низкий (в 10 и более раз), чем у традиционных материалов, модуль упругости и соответственно высокая деформативность; заметная ползучесть (развитие деформаций при длительном воздействии нагрузок); • высокая износостойкость при малой поверхностной твердости; • водостойкость, водонепроницаемость и универсальная химическая стойкость (к кислотам, щелочам, растворам солей); • невысокая теплостойкость (в основном 100...200 ºС; для некоторых пластмасс 300...350 °С) и зависимость механических свойств от температуры; • декоративность — способность окрашиваться в яркие тона и принимать нужную текстуру поверхности; • хорошие электроизоляционные свойства и склонность к накапливанию статического электричества; • склонность к старению (особенно под действием УФ-излучения и кислорода воздуха); • горючесть, усугубляемая токсичностью продуктов горения; • экологическая проблемность пластмасс. Применение пластмасс в строительстве целесообразно и экономически оправдано в таких вариантах, когда при небольшом расходе полимера на единицу продукции (м2 или м3) достигается определенный техникоэкономический эффект. Это, например, декоративные и гидроизоляционные полимерные пленки, листовые облицовочные материалы, покрытия полов, лаки, краски, клеи и мастики, трубы и другие погонажные изделия, санитарно-технические изделия, а также ультралегкие теплоизоляционные газонаполненные пластмассы (пено- и поропласты). Состав пластмасс. Основные компоненты пластмасс: полимер, наполнитель, пластификатор, краситель и специальные добавки. Полимер выполняет роль связующего и определяет основные свойства пластмассы. Наполнитель уменьшает расход полимера и придает пластмассе определенные свойства. По виду и структуре наполнители могут быть порошкообразные (мел, тальк, древесная мука), грубодисперсные (стружка, песок, щебень), волокнистые (стекловолокно, целлюлозные волокна и т. п.), листовые (бумага, древесный шпон и т. п.). Волокнистые и листовые наполнители создают армирующий эффект, существенно повышая прочность и модуль упругости пластмасс. Так, стеклопластики, углепластики, бумажнослоистые пластики очень прочные и легкие конструкционные материалы. Пластмассы могут быть наполнены (до 90...95 % по объему) воздухом. Такие материалы, называемые пенопластами, обладают очень высокими теплоизоляционными свойствами. Пластификаторы — вещества, повышающие эластичность пластмасс. Например, жесткий поливинилхлорид в линолеуме пластифицирован слаболетучими вязкими жидкостями (диоктилфталатом, трикрезилфосфатом и др.). Они, проникая между молекулами полимера, повышают их подвижность. Это делает материал пластичным. Пластификаторы также облегчают переработку пластмасс, снижая температуру перехода в вязкопластичное состояние. Рекомендуемая литература 1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М.: Стройиздат. 1986.- 686с. 2. Домокеев А.Г. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1989.496 с. 3. Горчаков Г.И., Домокеев А.Г., Ерофеев Е.А. и др. Под ред. Горчакова Г.И. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1982. – 352 с. 4. Композиционные материалы: Справочник /Под.ред. В.В.Васильева, Ю.М.Тарнопольского.-М.: Машиностроение, 1990. 5. Наназашвили И.Х., Бунькин И.Ф., Наназашвили В.И. Строительные материалы и изделия. - М.: ООО «Аделант». 2006 г., 480 с. 6. Самойлов B.C. Строительство деревянного дома. ООО «Аделант», 2003 7. Филимонов Б.П. Отделочные работы. Современные материалы и новые технологии. М.: АСВ, 2004. - 176 с. 8. Хрулев В.М. и др. Модифицированная древесина и ее применение. Кемерово, 1988. 9. Хрулев В.М. Производство конструкции из дерева и пластмасс-М,: Высшая школа, 1989 Контрольные задания для СРС (тема 1,2) 1-18,27, 38-56 1. Асбестоцементные изделия. 2. Строительные материалы на основе гипса с применением органических и минеральных добавок 3. Древесиноведение. Лесоматериалы, пиломатериалы. Фанера и материалы для кровель временных зданий. Конструкции из древесины. 4. Механические свойства древесины: понятие о статической твердости, ударной твердости, модуле упругости и факторы, влияющие на механические свойства древесины. 5. Строение полимеров, принципы получения полимеризационных и поликонденсационных полимеров. 6. Виды отделочных полимерных материалов; материалов для полов: ковровые синтетические, бесшовные полы, полимербетонные наливные полы, плитки для пола; санитарно-технических и погонажных изделий, полимерных клеев и мастик. Раздел 7 Строительные материалы специального назначения (1 час) Темы 1,2,3 Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы. Теплоизоляционные и акустические материалы. Отделочные материалы (1 час) План лекции 1. Битумные и дегтевые вяжущие. Классификация, состав, строение и свойства битумов. Марки нефтяных битумов. Состав и свойства дегтей. Битумно-резиновые и битумно-полимерные композиции, тонкомолотые добавки. Битумные и дегтевые кровельные и гидроизоляционные материалы, технология их производства. Технология производства рулонных битумных материалов. Значение покровного слоя, наполнителей и посыпки поверхностей. Мастичные материалы. Битумная стеклоткань, гидроизол, оризол, рулонный изол, фольгоизол. Важнейшие свойства кровельных и гидроизоляционных материалов. Герметизирующие материалы. 2. Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы на основе полимеров. Полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные пленки, их свойства и применение. Волнистые и плоские кровельные листы, эластичные прокладки. 3. Классификация отделочных материалов и изделий, требования, предъявляемые к ним. 4. Процесс получения красочных покрытий: понятие о грунтовании, шпатлевании и нанесении красочных слоев. 5. Классификация красочных материалов по химическим и эксплуатационным признакам и их свойства. Основные компоненты красочных составов: пигменты, их виды, основные требования к ним; роль связующих веществ и пигментов в составе красочных материалов. Виды красочных составов: масляные краски, лаки и эмалевые краски, порошковые краски, их преимущества и недостатки. Краски на неорганических вяжущих: известковые, цементные, силикатные краски. Казеиновые и клеевые краски. 6. Отделочные материалы на основе природного и искусственного камня, керамики, стекла и металлов, лесных и полимерных материалов. 7. Общий характер строения теплоизоляционных материалов, основные требования к ним и области их применения. 8. Классификация теплоизоляционных материалов и изделий по плотности, теплопроводности, виду исходного сырья, форме, возгораемо сти, сжимаемости. Способы создания высокопористого строения материала. 9. Важнейшие теплоизоляционные изделия из органического и неорганического сырья. 10. Понятие о звуке. Классификация акустических материалов и изделий. Звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы, особенности их структуры, основные виды и области применения. Органические вяжущие вещества. Строительные конгломераты на основе органических вяжущих веществ относятся к безобжиговым, их отвердение происходит при обычных температурах или при температуре не выше 220 °С. Органические вяжущие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязкопластичные и жидкие (при комнатной температуре) материалы, молекулы которых содержат атомы углерода, являются высокомолекулярными соединениями и обладают вяжущими свойствами. К органическим вяжущим веществам относятся битумы, дегти, полимеры и их модификации. Как и любой искусственный строительный конгломерат, искусственный строительный конгломерат на основе органических вяжущих веществ состоит из связующего вещества, наполнителей и заполнителей. В качестве связующего вещества используются битумы, дегти и их эмульсии. Битумы — органические вещества черного или темно-коричневого цвета, состоящие из смеси углеводородов с молекулярной массой 400 — 5000 и их неметаллических производных с серой, азотом или кислородом. При комнатной температуре они могут быть в твердом, вязком, вязкопластичном и жидком состояниях. Битумы растворяются в органических растворителях, например в бензоле, толуоле, ксилоле, хлороформе, сероуглероде и др. Битумы могут быть природными и искусственными (полученными из нефти). Природные битумы встречаются в виде отдельных скоплений, а чаще — пропитывающими горные породы. Природные битумы образовались из нефти в верхних слоях земной коры или в виде поверхностных озер. Нефть, находящаяся в недрах земли, мигрировала в верхние слои земли и в результате испарения легких нефтяных фракций под действием климатических и геологических факторов, под влиянием окислительного процесса и полимеризации превратилась в твердый или вязкий битум. Искусственные (нефтяные) битумы получают из нефти путем переработки остатков, образующихся в результате перегонки нефти на нефтеперерабатывающих заводах. По способу производства различают: остаточные битумы, полученные в результате атмосферно-вакуумной перегонки; окисленные — в результате окисления гудрона кислородом, крекинговые — окисления остатков крекинга, образующихся при переработке мазута при высоких температурах (до 450 °С) и давлении (до 5 МПа); компаундированные (Бензины, изготовленные методом введения присадок, добавок и компонентов в товарные бензины с целью повышения октанового числа, или введение присадок, добавок и компонентов в некондиционные нефтепродукты с целью получения бензина заданного качества.). Битумы состоят из смеси высокомолекулярных углеводородов метанового (СnН2n+2), нафтенового (СnН2n) и ароматических (СnН2n-6) рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных. Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерод — 70—87 %, водород — 8—12 %, кислород 0,2—12,0 % (в нефтяных битумах — до 2 %), серы 0,5 — 7,0 % (в природном битуме — до 10 %), азота — до 1 %. Элементарный химический состав битумов говорит только о материальном балансе элемента, но не дает представление о химических соединениях, содержащихся в битуме, которые определяют структуру и свойства битума. Все многообразие соединений, входящее в битум, подразделяют на отдельные группы соединений, близких по строению и свойствам. Такими группами являются масла, смолы, асфальтены и их модификации (карбены и карбоиды), асфальтогеновые кислоты и их ангидриды. Масла — жидкая при обычной температуре группа соединений светложелтого цвета, придающая битуму подвижность и текучесть. Истинная плотность масел составляет менее 1000 кг/м3, молекулярная масса — 300 — 600. Содержание масел в битумах составляет 35 — 60% (по массе). Смолы — вязкопластичные вещества, твердые или полутвердые при обычной температуре, темно-коричневого цвета. Смолы улучшают адгезию битума к наполнителям благодаря наличию полярных углеводородов. Кроме того, они придают битуму эластичность и водоустойчивость. Смолы имеют плотность около 1000 кг/см3 и молекулярную массу в пределах 600—1000. Содержание смол в битумах составляет 20 —40 % по массе. Асфальтены — твердые неплавкие высокополимерные соединения плотностью более 1000 кг/м3, с молекулярной массой в пределах 1000 — 5000. Асфальтены придают битуму твердость и тем-пературостойкость; обычно в битумах содержится 10 — 40% ас-фальтенов (по массе). Асфальтены растворимы в хлороформе, горячем бензоле и четыреххлористом углероде. В битумах содержатся карбены и карбоиды в количестве 1 — 3 %. Карбены по своим свойствам близки к асфальтенам, но растворяются только в сероуглероде. Карбоиды — твердые вещества нерастворимые в известных растворителях. С увеличением содержания карбенов и карбоидов увеличиваются вязкость и хрупкость битумов. В состав битумов могут входить и парафины, которые относятся к твердым метановым углеводородам и ухудшают свойства битумов (снижают пластичность и увеличивают хрупкость). Содержание парафинов в битумах составляет 6 —8 %. Асфальтогеновые кислоты имеют твердую или высоковязкую консистенцию, хорошо растворяются в этиловом спирте, являются поверхностно-активной частью битума, способствуют по-вышению прочности сцепления битума с каменными материалами. К этой же группе относятся и ангидриды асфальтогеновых кислот. Общее содержание асфальтотеновых кислот и их ангидридов в нефтяных битумах может доходить до 3 %, в природных — до 12 % (например, тринидатский битум). О внутреннем строении битума высказываются различные точки зрения. С одной точки зрения, битум представляет собой коллоидную систему, дисперсионной средой в которой является раствор смол в маслах, а дисперсной фазой — асфальтены, карбены, карбоиды, коллоидно растворенные в среде до макромолекул размером 18 — 20 мкм. На границе раздела фаз адсорбированы асфальтогеновые кислоты на молекулах асфальтенов. Групповые углеводороды входят в состав битума в различных соотношениях их масс, что определяет их структуру и свойства. Структура битума становится то типа золя для систем с малой вязкостью, то типа геля — с повышенной вязкостью, что зависит и от температуры битума. При нагревании или увеличении содержания масел структура геля переходит в структуру золя. Золи, коллоидные растворы (от лат. solutio — раствор) — растворы, состоящие из частиц очень малого размера (10-5—10-7см), равномерно распределенных в какой-либо среде, например, в воде (гидрозоли), в органической жидкости (органозоли), в воздухе или другом газе (аэрозоли). 3оли занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (суспензиями, эмульсиями). Золи диффундируют медленнее, чем неорганические соли, обладают эффектом светорассеяния (Эффект Тиндаля). Основными свойствами, характеризующими качество твердых и вязких битумов (типа гель) и разделение их на марки, являются вязкость, пластичность и растяжимость, температуры размягчения и хрупкости; для жидких битумов — вязкость и фракционный состав. Вязкость является структурно-механической характеристикой битума и зависит от структуры битума и температуры. По ГОСТ 11501 — 78 «Методы испытания твердых и вязких битумов» вязкость, точнее текучесть (величина, обратная вязкости), оценивается условным показателем — глубиной проникания стандартной иглы в битум при действии на нее груза массой 100 г в течении 5 с при температуре 25 °С или массой 200 г в течение 60 с при температуре 0 °С (с помощью пенетрометра), в градусах (1° соответствует 0,1 мм погружения иглы). При температуре 25 °С пенетрация твердых и вязких битумов колеблется в пределах 5 —300. Условная вязкость жидких битумов (типа золя) определяется временем истечения определенного объема битума (50 см3) через стандартное отверстие вискозиметра (d = 5 мм) при температурах 25 и 60 °С. Пластичность определяют по растяжимости образцов-восьмерок на специальном приборе — дуктилометре при температуре 25 и 0°С (для улучшенных битумов). Она условно характеризуется предельной деформацией при растяжении образца и равна длине деформации в сантиметрах в момент разрыва. Растяжимость колеблется от 0 до 65 см. Температура размягчения отражает переход битума из твердого или вязкопластичного состояния в жидкое. Она определяется на приборе «Кольцо и шар» (КиШ), который помещается в сосуд с водой, последний нагревают. Температура размягчения битума соответствует температуре, при которой образец битума размягчается и под грузом в виде шарика коснется нижней полочки прибора. Температура размягчения вязких и твердых битумов колеблется в пределах 20 — 95 °С. Температуру хрупкости битума определяют на специальном приборе Фрааса. Для этого на латунную пластинку наносят тонкий слой битума, пластинку с битумом помещают в прибор, где она охлаждается и изгибается. За температуру хрупкости принимают температуру, при которой появляется первая трещина в тонком слое битума. Битумы обладают и другими важными свойствами. Плотность битума в зависимости от группового состава находится в пределах 800—1300 кг/м3, теплопроводность составляет 0,5 — 0,6 Вт/м·°С, теплоемкость — 1,80—1,97 кДж/кг·°С, коэффициент объемного теплового расширения — (5…8)10-4°С-1. Кроме того, битумы являются водостойкими, водонепроницаемыми, химически стойкими к действию щелочей, серной, соляной и фосфорной кислот, менее стойки к окисляющим кислотам. Однако, как уже отмечалось, битумы растворимы в органических paстворителях. Существенной особенностью битумов является их высокая адгезия к поверхности минеральных и органических наполнителей. С термодинамической точки зрения адгезия битума к минеральным наполнителям определяется главным образом присутствием на поверхности минерала катионов, взаимодействующих с кислотными компонентами битума. Породы типа кварца или силиката обнаруживают плохую адгезию к битуму. Для ее улучшения необходимо обрабатывать эти породы поверхностно-активными веществами и известью или вводить поверхностноактивные добавки в битум. По назначению нефтяные битумы подразделяются на строительные, кровельные и дорожные. Маркировка битумов производится с учетом их основных свойств. Битумы нефтяные строительные предназначаются для приготовления клеящих и изоляционных мастик, различных лаков, для покрытия и ремонта кровель. Они бывают трех марок БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10, где БН — битум нефтяной, цифры числителя дроби соответствуют показателю температуры размягчения по (КиШ), а знаменателя — среднему значению показателей пенетрации. Битумы нефтяные кровельные предназначены для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов. Они бывают трех марок: БНК-45/180, БНК-90/40, БНК-90/30, где БНК — битум нефтяной кровельный, числитель дроби соответствует среднему значению показателей температуры размягчения по «КиШ», а знаменатель — среднему значению показателей пенетрации. Битумы нефтяные дорожные используются для дорожного строительства в производстве асфальтобетонов и асфальторастворов. Они бывают пяти марок: от БНД (битум нефтяной дорожный) 200/300 до БНД 40/60, где цифры дроби указывают пределы изменения показателей пенетрации для данной марки. Кроме твердых и вязких битумов существуют и жидкие битумы. Жидкие нефтяные битумы выпускают двух классов — среднегу-стеющие (СГ), которые изготавливают путем разжижения вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами типа керосина, и медленногустеющие (МГ и МГО) из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или их смесей, у которых в качестве разжижителей применяют масляные нефтепродукты, природные смолистые нефти, мазут и т. п. Медленногустеющие битумы могут быть природными (тяжелые смолистые нефти). В зависимости от класса и вязкости жидкие битумы имеют марки: СГ 40/70, СГ 70/130, СГ 130/200, МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200, МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200. Класс жидкого битума устанавливают по количеству испарившегося разжи-жителя при выдерживании образца битума в термостате или в ва-куумтермостате при определенных температурах. Возросшая стоимость энергии и проблемы с ее запасами поставили задачу повышения эффективности тепловой изоляции ограждающих конструкций и тепловых агрегатов. Теплоизоляционными материалами называют материалы, предназначенные для минимизации теплообмена с окружающей средой через ограждающие конструкции зданий и поверхности тепловых агрегатов и трубопроводов. К таким материалам относятся материалы, имеющие теплопроводность не более 0,175 Вт/(м К) и соответственно среднюю плотность не более 600 кг/м3. По назначению теплоизоляционные материалы делят на общестроительные и монтажные (для агрегатов и трубопроводов). По составу исходного сырья теплоизоляционные материалы бывают неорганические и органические; это определяет их рабочие температуры, склонность к возгоранию и долговечность. Изготовляют также и комбинированные материалы, состоящие из органического и неорганического сырья (например, фибролит). По внешнему виду и форме теплоизоляционные материалы могут быть сыпучие и штучные. Строение теплоизоляционных материалов. Пористость. Основной признак теплоизоляционных материалов — высокое содержание воздуха в объеме материала. Причина этого в следующем. Газы по сравнению с жидкостями и твердыми телами обладают чрезвычайно низкой теплопроводностью (объясняется это удаленностью молекул газов друг от друга, что затрудняет передачу ими тепловой энергии). Движение воздуха (в частности, конвекция) способствует намного более интенсивному теплообмену, поэтому теплоизоляционный материал должен состоять в основном из воздуха, лишенного способности перемещаться. Это возможно, когда материал имеет следующее строение: • мелкопористое ячеистое (как пена); • волокнистое (как вата); • зернистое (воздух находится в межзерновом пространстве); • пластинчатое (воздушные прослойки заключены между листками материала). Наибольшее содержание воздуха, т. е. максимальная пористость, возможна у первых двух типов материалов. У материала ячеистого строения (например, пенопласта) пористость может достигать 95...98 %, а у волокнистых материалов (например, минеральной ваты) — 90...95 %. Возможны материалы со структурой смешанного типа. О целесообразности маркировки теплоизоляционных материалов по плотности говорит простота расчета плотности по сравнению с определением теплопроводности. Установлены следующие марки теплоизоляционных материалов по плотности (кг/м3): D15, D25, D35, D50, D75, D100, D125, D150, D200, D250, D300, D350, D400, D500, D600. Гигроскопичные материалы нежелательны для теплоизоляции. Газо- и паропроницаемость материала важна при использовании его в ограждающих конструкциях. При низкой паропроницаемости теплоизолирующего материала возможно накопление влаги в месте его контакта с другим материалом, что может привести к развитию негативных процессов в этом месте конструкции вплоть до ее разрушения. Тепловые свойства. Теплопроводность материала зависит от температуры: при повышении температуры теплопроводность повышается. Теплостойкость (жаростойкость) оценивают по предельной температуре применения материала. Она зависит от химического состава материала и у органических материалов не превышает 100... 150 °С. Минеральные теплоизоляционные материалы в зависимости от состава выдерживают нагрев до 500...800 °С. Для больших температур производят специальную высокотемпературную и огнеупорную теплоизоляцию. Химическая и биологическая стойкость. Высокопористое строение и большая удельная поверхность теплоизоляционных материалов делают их уязвимыми для действия химически агрессивных веществ. Органические материалы природного происхождения при повышении влажности легко загнивают. Многие теплоизоляционные материалы повреждаются грызунами. Прочность большинства теплоизоляционных материалов при сжатии сравнительно не велика — 0,2...2,5 МПа. Показателем стабильности качества материала является напряжение при 10 %-й деформации сжатия, так как уплотнение материала повышает его теплопроводность. Материалы, имеющие предел прочности при сжатии > 2,5 МПа, могут применяться самостоятельно (как самонесущие) для ограждающих конструкций. Менее прочные используют при условии закрепления на несущем материале или для заполнения пустот в нем. Прочность теплоизоляционного материала должна быть такова, чтобы обеспечивалась его сохранность при перевозке, складировании, монтаже и, конечно, в эксплуатационных условиях. Лакокрасочными называют природные или синтетические материалы, наносимые в жидком состоянии на поверхность изделия тонким слоем и образующие после отвердения покровные пленки. Наносят лакокрасочные покрытия в целях защиты конструкций и изделий от вредного воздействия атмосферы, пара; предохранения от коррозии, загнивания, возгорания; создания необходимых санитарногигиенических условий в помещениях, а главное — для повышения архитектурно-художественной выразительности. К лакокрасочным материалам относят не только красочные составы, лаки и эмали, но и вспомогательные материалы — шпаклевки и грунтовки, растворители и разбавители красок, пластификаторы, отвердители и некоторые специальные добавки. Основными компонентами лакокрасочных материалов служат связующие вещества, пигменты и наполнители. Лакокрасочные материалы различают по виду, химическому составу, назначению применительно к условиям эксплуатации и по назначению в покрытии. По виду их подразделяют на лаки, краски (сухие, густотертые или готовые к употреблению), эмали, грунтовки и шпатлевки. По химическому составу лакокрасочные материалы в зависимости от пленкообразующего вещества подразделяются на масляные (МА), нитроцеллюлозные (НЦ), алкидно-акриловые (АС) и др. По назначению применительно к условиям эксплуатации лакокрасочные материалы классифицируются на девять групп: атмосферостойкие; ограниченно атмосферостойкие; консервационные; водостойкие; специальные (светящиеся, терморегулирующие и др.); маслобензостойкие; химически стойкие; термостойкие; электроизоляционные. По назначению в покрытии различают следующие виды материалов: грунтовки, обеспечивающие сцепление покрытия с поверхностью; шпатлевки и подмазочные пасты, выравнивающие поверхность, подлежащую окраске; окрасочные составы, придающие поверхностям декоративные, защитные и технические свойства. Буквенно-цифровая система обозначения основных лакокрасочных материалов установлена ГОСТ 9825 — 73 и состоит из пяти групп знаков для красок, эмалей, грунтовок, шпатлевок и четырех групп знаков для лаков. Первая группа знаков — полное слово — обозначает группу материалов (краска, лак, эмаль, грунтовка). Вторая группа знаков (две прописные буквы) показывает пленкообразующее вещество (род смолы, сополимера, олифы и т.д.). Если в состав материала входит смесь пленкообразующих веществ, то вторую группу знаков обозначают по типу пленкообразующего вещества, определяющего основные свойства данного материала. Между второй и третьей группами ставят индекс, определяющий разновидность лакокрасочного материала (для водоэмульсионных, водоразбавляемых, порошковых, органосиликатных и др.): Б — без активного растворителя, В — водоразбавляемый, ОД — орга-нодисперсный, П — порошковый, Э — эмульсионный. Индекс от второй группы знаков отделяют дефисом. Третья группа знаков для лаков, красок и эмалей определяет преимущественное назначение материала и обозначается цифрой. Для обозначения грунтовок, полуфабрикатных лаков и масляных густотертых красок третью группу знаков показывают как «О», а шпатлевок — «00». Четвертая группа знаков определяет порядковый номер, присвоенный данному материалу (кроме масляных красок) и обозначаемый одной —тремя цифрами. Для масляных красок вместо порядкового номера в четвертой группе знаков ставят цифру, обозначающую название олифы, на которой изготовлена краска: 1 — натуральная, 2 — оксоль, 3 — глифталевая, 4 — пентафталевая, 5 — комбинированная. В ряде случаев после порядкового номера добавляют буквенный индекс (одна или две прописные буквы), характеризующий некоторые особенности материала. Например, ГС, ХС — соответственно горячей и холодной сушки; М, ПМ — матовый или полуматовый; ПГ — пониженной горючести. Пятая группа знаков определяет цвет краски, эмали, грунтовки, шпатлевки и обозначается полным словом. Например: «краска МА-025 зеленая» расшифровывается так: МА — обозначение лакокрасочного материала (по виду пленкообразующего вещества — масляное связующее), 0 — густотертая, 2 — группа материала по назначению, 5 — наименование олифы (комбинированная), зеленая — цвет краски; «эмаль ХВ-113 голубая»: ХВ — обозначение лакокрасочного материала (по виду пленкообразующего вещества — перхлорвиниловое связующее), 1 — группа материала по назначению, 13 — порядковый номер партии, голубая — цвет эмали; «лак ГФ-01»: ГФ — обозначение лака по химическому состав} (глифталевый), 0 — полуфабрикатный лак, 1 — порядковый номер партии; «шпатлевка ХВ-0018»: ХВ — обозначение пленкообразующего вещества по химическому составу (перхлорвиниловая), 00 — шпаклевка, 18 — порядковый номер партии. Для растворения лакокрасочных материалов в целях придания им заданной вязкости (консистенции необходимой для нанесения на поверхности стен и потолков без стекания и удобства работы малярным инструментом) служат разбавители и растворители. Наибольшее распространение получили: скипидар, ацетон, сольвент каменноугольный и др. Рекомендуемая литература 1. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Успеенко А.А. Технология теплоизоляционных материалов. М.: Высшая школа 1980. 2. Китайцев В.А. Технология теплоизоляционных материалов. М.: Высшая школа 1970. 3. Горяйнов К.Э., Дубецкий К.Н. и др. Технология минеральных теплоизоляционых материалов и легких бетонов. М.: Высшая школа 1980. 4. Горяйнов К.Э., Коровников В.В. Технология производства полимерных и теплоизоляционных изделий. М.: Высшая школа 1980. 5. Вельсовский В.Н. и др. Минераловатные утеплители. М.: Высшая школа 1963. 6. Наназашвили, И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции. Справочник. - М.: Высш.шк., 2004 7. Рыбьев И.Г Строительное материаловедение - М.: Высш.шк. 2002 Контрольные задания для СРС (тема 1-3) 1-16,21-56 1. Асфальтовые бетоны и растворы: состав, особенности свойств, применение. 2. Состав, примеры получения различных видов кровельных, гидроизоляционных и герметизирующих материалов. 3. Виды минераловатных изделий, неорганических жестких изделий и изделий, получаемых с использованием древесного сырья; область их применения в строительстве. 4. Теплоизоляция промышленного оборудования и трубопроводов. 5. Виды звукопоглощающих и звукоизоляционных материалов. 6. Основные пигменты и виды олиф, применяемых в красочных составах. 7. Водные красочные составы. Известковые, клеевые, силикатные и другие составы, их свойства и области применения. Раздел 8 Композиционные материалы (1 час). Тема 1 Композиционные материалы (1 час). План лекции 1. Понятие о композиционных материалах. Состав и строение композита. 2. Виды композиционных материалов: дисперсно-упрочненные, волокнистые, монотропные. Матричные и упрочняющие материалы. 3. Свойства конгломерата. Понятие о клеющих способностях неорганических и органических вяжущих: адгезия и когезия. Композиционные материалы (композиты) получают сочетанием химически разнородных компонентов с четкими границами разделения между ними. К ним относят волокнистые, дисперсно-упрочненные, слоистые материалы. Композиты характеризуются свойствами, превосходящими свойства обычных конструкционных материалов. Составная часть, определяющая основной объем строительного материала и связывающий их между собой контактный слой (волокна или твердые частицы), а также состав, определяющий его прочность, называются композиционными материалами. Композиционные материалы совершают революцию в строительстве, позволяют получать легкие, прочные и долговечные изделия и конструкции, стойкие против коррозии, электромагнитных и радиационных излучений, легко монтируемые и трансформируемые. Основой композиционных материалов служат, как правило, полимерные, органические вяжущие, усиленные дисперсными наполнителями. В современных композиционных материалах наполнители рассматриваются не только как включения, снижающие расход вяжущего и усиливающие структуру композита, но и как компоненты, которые позволяют управлять структурообразованием и проектировать материалы с заданными свойствами. Композиционные материалы представляют собой системы с несколькими структурными уровнями, скомпонованными через поверхности раздела в единый блок по принципу последовательного укрупнения и усложнения структурной организации. Такую организацию, характеризующую конгломерат как полиструктурную систему, можно назвать "блок в блоке" или "структура в структуре". В мировом масштабе производство композиционных материалов с каждым годом растет. Композиционные материалы при сравнительно низкой плотности характеризуются высокой прочностью. Свойства композиционных материалов обусловливаются энергетическим уровнем физико-химического соединения веществ различной структуры с большой удельной поверхностью. Вес композиционных материалов в 4-5 раз меньше, чем у стали. Вместе с тем их прочность может быть до 25 раз больше. Композиционные материалы - это материалы с новым энергетическим качеством, образованные физическим и химическим соединением веществ различной структуры. Другая причина высокого качества композиционных материалов большая удельная поверхность его начального сырьевого компонента. В мировом масштабе с каждым годом растет производство композиционных материалов. Если государства Западной Европы и США в 1977 году выпустили по 350 тыс. т композиционных материалов, то спустя 10 лет, т.е. в 1986 году, этот показатель возрос в 3 раза. В 2000-2005 гг. потребность в композиционных материалах может составить 2,5-3,0 млн т. Следовательно, в будущем можно ожидать резкого падения спроса на сталь, в связи с его дороговизной по отношению к композиционным заменителям. Композиционных материалов в европейских странах производится в 23 раза больше, чем других аналогичных материалов. Стойкость композитов по отношении к аналогичным материалам выше в 2-3 раза. По теоретическим подсчетам 1 т композиционного материала заменяет 15-20 т стали, а на практике 1 т композиционных материалов можно использовать вместо 4-5 т стали. Каждый компонент в составе композиционного материала сохраняет первичные свойства. К композиционным материалам относятся асбестоцемент, древесноволокнистые плиты, цементно-стружечные плиты, стекловолокнистые анизотропные материалы и др. К композиционным материалам можно отнести также бетон, железобетон, фибробетон и т.д. В настоящее время растет спрос на особо прочные легкие материалы. Во всех отраслях народного хозяйства широко используют стекловолокнистые пластики. Композиционные материалы применяют в маши-но-, самолето-, ракетостроении. Для получения качественного композиционного строительного материала нужно обеспечить прочность и высокую стойкость компонентов, его прочное склеивание, достичь самых высоких значений твердости и гибкости матрицы. Изучение взаимосвязей качественных показателей композитов с технологическими параметрами, механизмом разрушения позволяет определить факторы повышения прочности композиционных материалов. Имеется много способов, обеспечивающих прочность композиционного материала, твердость и гибкость матрицы. В частности, направленным размещением армирующих волокон можно улучшить прочностные показатели, эластичность, термостойкость и другие свойства композита. При этом нужно правильно рассчитать состав композиционного материала и определить оптимальное количественное соотношение компонентов. Волокнистые композиционные материалы можно классифицировать по разным признакам. Например, по виду применяемого сырья, характеру армирования, виду материала матрицы (полимерные, железные, керамические, углеродные), по виду армирующего волокна (стеклопластики, боропластики) и т.д. Армирующие волокна в составе композиционных материалов могут располагаться ровным слоем, во взаимно параллельном направлении или спонтанно и спутанно, например, в тканевой арматуре. Армирующие составляющие композиционного материала могут быть в виде тонко измельченного порошка, микроволокон, обеспечивающих плотность и прочность материала. Тонкоизмельченные дисперсные наполнители равномерно распределяются по всему объему. С увеличением удельной поверхности наполнителя прочность композиционного материала возрастает. Увеличивается также оптимальное содержание наполнителя в объеме композиционного материала. Прочность, твердость, теплостойкость композитов в значительной ' мере определяются материалом матрицы, т. е. видом связующего. Полимерная, каучуковая, битумная матрицы обеспечивают прочность и пластичность материала. В процессе разрушения в материале образуются трещины, развитию которых препятствуют частицы наполнителя. Часть энергии трещин поглощается связкой вблизи наполнителя, при этом растущая трещина искривляется, разветвляется, скорость ее распространения замедляется из-за увеличения пути движения вокруг частиц наполнителя. Часто источниками разрушения являются агрегаты не смоченных связкой частиц. Ослабляют структуру материала остаточные напряжения, возникающие при разном термическом расширении компонентов. Эти напряжения в основном рассредоточиваются на некотором расстоянии от границ контакта связующего с наполнителем. Для получения композиционного материала, работающего на изгиб и растяжение, применяются высокопрочные волокна, которые принимают на себя растягивающие напряжения. Структура волокнистых композиционных материалов отличается от структуры композитов с порошковым наполнителем. Доля порошкового наполнителя в объеме композита составляет 15-25 %, при этом наполнитель равномерно распределяется по всему объему композиционного материала. А доля волокна в объеме композита может превышать 75 %. Армированные волокнистые композиционные материалы характеризуются высокой прочностью, гибкостью, плотностью, сохранением свойств в различных температурных условиях, устойчивостью к химическим воздействиям. Свойства конгломератов, прежде всего, определяются прочностью контактного склеивания мелких и крупных частиц. Неорганические и органические вяжущие можно назвать клеями. При смешивании с вяжущими частицы и зерна других материалов взаимно склеиваются и образуют единый конгломерат. Прочность склеивания зерен, частиц или волокон зависит от адгезии - прочности поверхностного сцепления с клеем и когезии - прочности самого клеящего вещества. Разрушение по границе склеивания двух материалов свидетельствует о том, что адгезионная прочность клея слабее когезионной. Между двумя склеившимися материалами образуется контактный слой. При склеивании полимерным клеем толщина контактного слоя обычно составляет десятые части микрона, при использовании минерального клея - 20—50 мкм. Увеличение поверхности склеиваемых предметов (например, создание шероховатости) повышает адгезионную прочность. К высокоадгезийным клеям относятся жидкое стекло, полимерные клеи. Высокая адгезионная прочность полимерного клея оценивается молекулярной плотностью гидроксильных (ОН), карбоксильных (СООН), нитрильных (CN) и других функциональных групп. К высокоадгезийным полимерным клеям относятся эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические соединения. В строительстве широко применяются искусственные конгломераты со связкой, образуемой минеральными и органическими вяжущими веществами - цементом, известью, гипсом, битумом, полимерами и т.п. (бетоны, строительные растворы). При размещении в таких материалах арматуры образуются строительные композиционные материалы типа армоцемента и железобетона. При использовании полимерноминеральных вяжущих можно получить изделия и конструкции с новыми свойствами. Изменяя количество или вид полимера в составе вяжущего, можно направленно варьировать свойства композита. Примером могут служить полимерцементные бетоны, используемые в различных областях строительства. В качестве органической составляющей вяжущего часто используются поли-винилацетатная дисперсия, синтетические латексы, полиэфирные, карбамидные, эпоксидные смолы, фуриловый спирт и другие жидкие синтетические добавки. Для повышения прочности и стойкости к агрессивной среде бетонные изделия на основе минеральных вяжущих можно пропитать жидкими полимерами (полистирол, битум, полиметилметакрилат) или мономерами. В порах бетона жидкие полимеры затвердевают и в результате плотность, прочность и стойкость бетона возрастают. В настоящее время в строительстве широко применяются железополимеры. Для этого алюминиевый каркас окон, дверей, плит покрытия и т.п. помещают в форму с жидкими полиэфирными, поливи-нилхлоридными и другими смолами с отвердителями. Получаемые изделия эстетичны, обладают высокой прочностью и стойкостью в различных климатических условиях и к воздействию агрессивных сред. При изготовлении стеклопластиковых композиционных строительных материалов в качестве матрицы применяют полимерное сырье полиэфирные, эпоксидные, фенольные, карбамидные смолы, а в качестве упрочняющей арматуры - высокопрочное стекловолокно. Высокая адгезия смол к волокнам обусловливает высокую прочность стеклопластиков при растяжении, которая обычно близка к теоретической, что свидетельствует о высокой плотности и бездефектности структуры материала. Свойства стеклопластика зависят от состава, видов смолы и волокна, технологических условий их получения. Различными технологическими способами из стеклопластиковых композиционных материалов изготавливают трубы, листы покрытий, объемные блоки, длинные доскообразные и другие изделия. Относящиеся к стеклопластикам стекловолокнистые анизотропные композиты (СВАК) получают следующим путем. Перемешанное с синтетическими смолами и уплотненное в виде тонких плиток стекловолокно продольно и горизонтально укладывают и далее уплотняют при высокой температуре. В 50-х годах прошлого столетия из СВАКа было построено жилое трехэтажное здание. Однако, хотя здание было красивым, легким и дешевым, полимеры выделяли вредные для здоровья вещества, поэтому широкое использование таких композиционных материалов в жилых помещениях ограничено. Рекомендуемая литература 1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М.: Стройиздат. 1986.- 686с. 2. Домокеев А.Г. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1989.496 с. 3. Горчаков Г.И., Домокеев А.Г., Ерофеев Е.А. и др. Под ред. Горчакова Г.И. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1982. – 352 с. 4. Кулибаев А.А., Бишимбаев В.К., Касимов И.К., Бисенов К.А. Архитектурное материаловедение. Алматы: НИЦ «Ғылым», 2004. 5. Бурмистров Г.Н. Кровельные материалы. М.: Высшая школа 1990. 6. Композиционные материалы: Справочник /Под.ред. В.В. Васильева, Ю.М.Тарнопольского.- М.: Машиностроение, 1990. Контрольные задания для СРС (тема 1) 1-16,33,38 1. Факторы, обеспечивающие конструкционным композитам высокие прочностные свойства. 2. Матрица, армирующие материалы в составе композита. 3. Влияние адгезии и когезии на прочность соединения армирующего компонента с матрицей. 4. Искусственные конгломераты. 4 Методические указания для выполнения лабораторных работ Лабораторная работа №1 «Определение физических свойств строительных материалов: плотности, пористости, пустотности и водопоглощения. Определение механических свойств. Расчет значений пределов прочности по результатам испытаний. Ознакомление с неразрушающими методами контроля». Цель работы: определение основных физических свойств строительных материалов: плотности, пористости, пустотности и водопоглощения. Определение механических свойств. Расчет значений пределов прочности по результатам испытаний. Ознакомление с неразрушающими методами контроля. Порядок выполнения работы: 1. Исследование физических свойств песка. 1.1 Определение истинной плотности песка. 1.2 Определение средней насыпной плотности песка в сухом состоянии. 1.3 Определение пустотности песка. 1.4 Определение влажности песка. 1.5 Определение содержания в песке пылевидных, глинистых, илистых частиц. 2 Исследование физических свойств щебня (гравия). 2.1 Определение плотности зерен щебня (гравия) 2.2 Определение средней насыпной плотности щебня (гравия). 2.3 Определение влажности щебня (гравия). 2.4 Определение пустотности щебня (гравия). 2.5 Определение водопоглощения щебня (гравия). Контрольные вопросы: 1. Что такое истинная плотность? Как она определяется? 2. Что такое средняя плотность? 3. Что такое насыпная плотность? Как она определяется? 4. Что такое влажность и водопоглощение? Как они определяются? 5. Как определяют пористость материала? Рекомендуемая литература 1. 56, преп. Рахимова Г.М., Кононенко А.М., Алдожанова Э.Т. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Строительные материалы» для студентов строительных специальностей Караганда, КарГТУ, 2007. 2. 39 стр. 30-46 3. 40 все номера издания 4. 13 стр. 34-65 5. 38 стр. 96-123 6. 2 стр. 18-32 7. 12 стр.39-48 8. 41 Контрольные задания для СРС (тема 1) 1-15,40 1. Виды механических свойств материала. 2. Относительная деформация, эластичность материала, хрупкость материала. 3. Истираемость, дисперсность, химическая стойкость материала. 4. Долговечность и надежность строительных материалов. Лабораторная работа №2 «Изучение и сопоставление свойств важнейших породообразующих минералов и горных пород, применяемых в производстве строительных изделий природного камня и искусственных материалов для строительства (работа с коллекциями)». Целью работы является ознакомление с номенклатурой и строительными свойствами некоторых важнейших горных пород, а также с факторами, влияющими на эти свойства. Порядок выполнения работы: 1. Ознакомление с породообразующими минералами и методами их определения. 2. Определение минералов по внешним признакам. 3. Определение твердости по шкале Мооса. 4. Определение содержания карбонатной группы. 5. Изучение горных пород и их строительных свойств. Контрольные вопросы: 1. Дайте определение минерала? 2. Как определить твердость минерала? 3. Что называют горной породой? 4. Приведите классификацию горных пород в зависимости от условий образования. 5. Какие горные породы применяют для получения заполнителей тяжелых и легких бетонов? Рекомендуемая литература 1. 56, преп. Рахимова Г.М., Кононенко А.М., Алдожанова Э.Т. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Строительные материалы» для студентов строительных специальностей Караганда, КарГТУ, 2007. 2. 5 стр. 31-55 3. 2 стр. 18-32 4. 11 стр. 10-21 5. 8 стр. 56-59 6. 42 Контрольные задания для СРС 1-15,41 1. Обработка и классификация природных каменных материалов. 2. Виды и применение природных каменных материалов. 3. Технология обработки горных пород. 4. Природный камень в городском благоустройстве. Лабораторная работа №3 «Ознакомление с различными видами керамических изделий (по коллекции). Определение качественных характеристик обыкновенного керамического кирпича и их соответствия ГОСТ, определение его марки». Цель работы: Ознакомление студентов с методами лабораторных испытаний керамических изделий (обыкновенного керамического кирпича), оценка качества керамических материалов, изучение их физико-механических свойств. Порядок выполнения работы: 1. Оценка качества кирпича по внешнему осмотру и обмеру. 2. Определение водопоглощения кирпича. 3. Определение морозостойкости кирпича. 4. Определение предела прочности при сжатии кирпича. 5. Определение предела прочности при изгибе. 6. Определение влажности. Контрольные вопросы: 1. Какие материалы называют керамическими? 2. Приведите классификацию керамических материалов в зависимости от области применения. 3. Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамики. 4. Марки кирпича по прочности. Рекомендуемая литература 1. 56, преп. Рахимова Г.М., Кононенко А.М., Алдожанова Э.Т. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Строительные материалы» для студентов строительных специальностей Караганда, КарГТУ, 2007. 2. 36 стр. 239-271 3. 2 стр. 74-95 4. 43 Контрольные задания для СРС 1-15,34,35,42 1. Способы формования изделий из керамики. 2. Основные этапы технологической линии производства керамического кирпича. 3. Марки кирпича по морозостойкости. 4. Определение гранулометрического состава глин. 5. Определение пластичности. Лабораторная работа №4 «Определение марки гипсового вяжущего, определение тонкости помола, нормальной густоты, сроков схватывания. Определение водопотребности, сроков схватывания и прочностных характеристик с использованием различных химических добавок и анализ полученных данных». Целью работы является определение основных свойств строительного гипса. Порядок выполнения работы: 1. Определение тонкости помола. 2. Определение сроков схватывания гипсового теста. 3. Определение предела прочности на сжатие и изгиб. Контрольные вопросы: 1. Из какого сырья, и какими способами получают строительный гипс? 2. Каковы свойства гипса и область применения? 3. Классификация минеральных вяжущих веществ. Рекомендуемая литература 1. 56, преп. Рахимова Г.М., Кононенко А.М., Алдожанова Э.Т. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Строительные материалы» для студентов строительных специальностей Караганда, КарГТУ, 2007. 2. 36 стр. 239-271 3. 2 стр. 74-95 4. 43 Контрольные задания для СРС 1-15,19,43,45 1. Кратко изложите технологию получения воздушной извести, способы ее гашения, свойства и области применения. 2. Чем отличаются гидравлическая и воздушная извести? 3. Воздушные вяжущие вещества. Свойства и применение низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ. Ангидритовые вяжущие вещества. 4. Строительная известь. Лабораторная работа №5 «Испытание цемента: определение нормальной густоты, сроков схватывания, равномерности изменения объема. Определение марочной прочности портландцемента на образцах из цементно-песчаного раствора». Цель работы – определение основных физико-механических свойств цемента. Порядок выполнения работы: 1. Определение плотности цемента в рыхло-насыпном состоянии. 2. Определение тонкости помола. 3. Определение нормальной густоты цементного теста. 4. Определение сроков схватывания цементного теста. 5. Определение марки цемента. Контрольные вопросы: 1. Что такое портландцемент? 2. Из каких сырьевых материалов изготовляют портландцемент? 3. Каков минералогический состав портландцементного клинкера? 4. Что такое сроки схватывания цементного теста? 5. Как определяется нормальная густота цементного теста? Рекомендуемая литература 1. 56, преп. Рахимова Г.М., Кононенко А.М., Алдожанова Э.Т. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Строительные материалы» для студентов строительных специальностей Караганда, КарГТУ, 2007. 2. 36 стр. 239-271 3. 2 стр. 74-95 4. 43 5. 2 138-161 6. 4 стр. 73-105 7. 20 стр. 132-153 8. 44-48 Контрольные задания для СРС 1-15,19,43-45 1. Охарактеризуйте способы производства портландцемента. 2. Расскажите о видах коррозии цементного и мерах борьбы с ней. 3. Пластифицированные и гидрофобные портландцементы. Цели их применения. 4. Транспортирование и хранение цемента. Вопросы для самоконтроля 1. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ 1.1. Что называют плотностью материалов? 1.2. В каких единицах измеряется плотность строительных материалов? 1.3. Расставьте материалы в порядке возрастания их средней плотности 1.4. Что называют пористостью материала? 1.5. Расставьте материалы в порядке увеличения их пористости 1.6. Что называют гигроскопичностью? 1.7. Что называют водопоглощением? 1.8. Что называют влажностными деформациями? 1.9. Что такое водостойкость материала? 1.10. Что такое влагостойкость (воздухостойкость) материала? 1.11. Что такое морозостойкость материала? 1.12. Что такое водопроницаемость? 1.13. Расставьте материалы в порядке возрастания их теплопроводности 1.14. Что такое огнестойкость? 1.15. Что такое огнеупорность? 1.16. Что такое прочность? 1.17. Что такое твердость? 1.18. Расставьте минералы шкалы Мооса по твердости в порядке возрастания 1.19. Что такое пластичность? 1.20. Что такое упругость? 1.21. Что такое фактура материала? 1.22. Что такое текстура материала? 1.23. Как называется способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха? 1.24. Как называется способность материала впитывать и удерживать воду при непосредственном с ней соприкосновении 1.25. Как называется способность материала сохранять прочность при увлажнении? 1.26. Какое свойство материала характеризуется коэффициентом размягчения? 1.27. Как называется способность материала сопротивляться разрушениям под действием напряжений возникающих от нагрузок? 1.28. Как называется способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого тела? 1.29. Как называется способность материала изменять форму под нагрузкой и сохранять эту форму после снятия нагрузки? 1.30. Как называется способность материала восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки? 2. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 2.1. Что называют природными каменными материалами? 2.2. Что такое изверженные горные породы? 2.3. Что такое метаморфические горные породы? 2.4. Что такое осадочные горные породы? 2.5. Какие из перечисленных горных пород относятся к изверженным? 2.6. Какие из перечисленных горных пород относятся к осадочным? 2.7. Какие из перечисленных горных пород относятся к метаморфическим? 2.8. Что такое бутовый камень? 2.9. Что такое валунный камень? 2.10. Что такое гравий? 2.11. Что такое щебень? 2.12. Что такое песок? 2.13. Как производится добыча рыхлых горных пород? 2.14. Как производится добыча плотных пород для получения щебня? 2.15. Как производится добыча пористых пород для производства штучных камней и блоков? 3. ДРЕВЕСИНА 3.1. Что называют лесоматериалами? 3.2. Что называют необработанными лесоматериалами? 3.3. Что называют обработанными лесоматериалами? 3.4. Назовите значения влажности древесины 3.5. Плотность вещества древесины (истинная плотность) для всех пород дерева составляет: 3.6. Назовите примерное значение Rсж для древесины (вдоль волокон) 3.7. Назовите примерное значение Rраст для древесины (вдоль волокон) 3.8. Назовите примерное значение Rизг для древесины 3.9. Усушка древесины вдоль волокон составляет: 3.10. Усушка древесины в радиальном направлении составляет: 3.11. Усушка древесины в тангентальном направлении составляет: 3.12. Что называют круглыми лесоматериалами? 3.13. Что называют пиломатериалами? 3.14. Назовите толщину пиломатериалов 3.15. Что называют брусьями? 3.16. Что называют фанерой? 3.17. Что называют древесностружечными плитами? 3.18. Что такое древесноволокнистые плиты? 3.19. Плиты, получаемые путем формования и тепловой обработки древесины, измельченной в волокнистую массу, называются: 3.20. Крупноразмерные плиты, получаемые горячим прессованием древесной стружки, смешанной с синтетическим связующим, называются: 3.21. Чему равна толщина древесностружечных плит? 3.22. Чему равна толщина древесноволокнистых твердых плит? 3.23. Чему равна толщина древесноволокнистых изоляционных плит? 3.24. Для защиты древесины от загнивания применяют: 3.25. Для защиты древесины от коробления и растрескивания при изменении влажности применяют: 3.26. Для защиты древесины от возгорания применяют: 4. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 4.1. Что называют керамическими материалами? 4.2. Что такое терракота? 4.4. Что такое фаянс? 4.5. Что такое фарфор? 4.6. Размеры глиняного обыкновенного кирпича: 4.7. Размеры модульного глиняного кирпича: 4.8. В чем заключается ангобирование керамических изделий? 4.9. В чем заключается торкретирование керамических изделий? 4.10. Для чего применяются керамические кирпич и камни лицевые? 4.11. Для чего нельзя применять глиняный обыкновенный кирпич? 4.12. Отощающие добавки в глину вводятся с целью: 4.13. Отощающие добавки в глину при производстве керамических изделий: 4.14. Пластифицирующие добавки в глину вводят с целью: 4.15. Добавки-плавни при производстве керамических изделий это: 4.16. Чему равна температура обжига керамических изделий, изготовленных из легкоплавких глин? 4.17. Чему равна температура обжига керамических изделий, изготовленных из тугоплавких и огнеупорных глин? 4.18. Основная технологическая операция при производстве керамических изделий: 4.19. Средняя плотность кирпича глиняного обыкновенного: 4.20. Марки кирпича по прочности: 4.21. Марки кирпича по морозостойкости: 5. ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 5.1. Что называют вяжущими веществами? 5.2. Что называют минеральными вяжущими веществами? 5.3. Охарактеризуйте воздушные вяжущие вещества: 5.4. Охарактеризуйте гидравлические вяжущие вещества: 5.5. Какие из перечисленных вяжущих все относятся к группе воздушных? 5.6. Какие из перечисленных вяжущих все относятся к группе гидравлических? 5.7. Сроки схватывания строительного гипса 5.8. Какое количество воды требуется для получения гипсового теста нормальной густоты? 5.9. Формула природного гипса (гипсового камня): 5.10. Формула строительного гипса 5.11. Прочность при сжатии образцов из строительного гипса (Rсж), через 1,5 часа после изготовления: 5.12. Предел прочности при сжатии формовочного гипса: 5.13. Что называют строительным гипсом? 5.14. Что такое ангидритовое вяжущее? 5.15. Формула строительной извести (комовой и негашеной молотой). 5.16. Формула строительной извести-пушонки. 5.17. Внешний вид портландцемента. 5.18. Водопотребность портландцемента. 5.19. Назовите марки портландцемента. 5.20. Сроки схватывания портландцемента. 5.21. К какому сроку цемент набирает 100% марочной прочности? 5.22. Какой цемент применяется для конструкций, работающих в условиях химической агрессии? 5.23. Какой цемент применяется для возведения монолитных и высокопрочных конструкций? 5.24. Какой цемент применяется в конструкциях, подвергающихся систематическому увлажнению и высушиванию и повышенными требованиями по морозостойкости? 5.25. Что называют клинкером? 5.26. Состав сырьевой смеси для получения цементного клинкера: 5.27. Температура обжига цементного клинкера: 5.28. При помоле цементного клинкера добавляют: 5.29. Скорость набора прочности портландцемента 5.30. Какой цемент можно длительно хранить во влажных условиях? 5.31. Что такое шлакопортландцемент? 5.32. В каких случаях применение шлакопортландцемента ограничено? 5.33. Водопотребность шлакопортландцемента: 5.34. Содержание доменного шлака в шлакопортландцементе составляет: 5.35. Какой цемент наиболее эффективно применяется для бетонирования массивных сооружений? 5.36. Марки шлакопортландцемента (по прочности). 5.37. Основные минералы портландцемента. 5.38. Марки портландцемента по прочности. 5.39. Размеры вращающейся печи для обжига цемента. 5.40. Что такое пуццолановый цемент? 5.41. Какой цемент наиболее дешевый по себестоимости? 5.42. Какой цемент не эффективен при эксплуатации в условиях пониженной влажности? 5.43. Какой цемент отличается быстрым набором прочности в 1..3 суток при нормальном твердении? 5.44. Какой цемент эффективно применяется при производстве срочных аварийных и ремонтных работ? 5.45. Какой цемент применяется для изготовления жаростойкого бетона? 6. БЕТОН 6.1. Что называется бетоном? 6.2. Какие вяжущие вещества наиболее часто применяются для изготовления тяжелых конструкционных бетонов? 6.3. Какие заполнители наиболее часто применяются для изготовления конструкционных бетонов? 6.4. Пористость плотных бетонов составляет: 6.5. Характеристика структуры плотного бетона: 6.6. Характеристика структуры поризованного бетона 6.7. Характеристика структуры крупнозернистого бетона 6.8. Характеристика структуры ячеистого бетона: 6.9. Что называют заполнителями бетона? 6.10. Какую часть объема бетона занимают заполнители? 6.11. Как подразделяют заполнители бетона по происхождению? 6.12. Как подразделяются заполнители бетона по крупности зерен? 6.13. Как подразделяются заполнители по форме зерен? 6.14. Граничное значение размера зерен крупного и мелкого заполнителя: 6.15. Значение водородного показателя (РН ) воды для бетонов: 6.16. Какое вредное воздействие на бетон оказывают органические примеси в воде? 6.17. Какое вредное воздействие на бетон оказывают растворимые в воде соли? 6.18. Какое вредное воздействие на бетон оказывают содержащиеся в воде сульфат-ионы и ионы хлора? 6.19. Характеристика нормальных условий твердения бетона: 6.20. Температура теплоносителя для тепловой обработки бетона: 6.21. К какому сроку в условиях нормального твердения бетон набирает проектную прочность? 6.22. За какое время пропаренный бетон приобретает 70% проектной прочности? 6.23. Как определяется Rсж бетона в проектном возрасте? 6.24. Размеры стандартного образца-куба для определения Rсж бетона: 6.25. Как определяется Rизг для бетона 6.26. Как определяется Rраст для бетона 6.27. Что такое класс бетона? 6.28. Что такое марка бетона? 6.29. От каких факторов зависит прочность сцепления бетона с арматурой? 6.30. Соотношение между прочностью при растяжении и прочностью при изгибе для тяжелого бетона: 6.31. Классы тяжелого бетона по Rсж : 6.32. Классы тяжелого бетона по Rраст : 6.33. Классы тяжелого бетона по морозостойкости: 6.34.Температура бетонной смеси при бетонировании в жаркую погоду должна быть: 6.35. Температура бетонной смеси при бетонировании в зимнее время должна быть: Экзаменационные тесты Тесты 1. Механические свойства характеризуют способность строительных материалов А) сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил В) характеризовать его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды С) к химическим превращениям под воздействием веществ, находящимися в соприкосновении D) сохранять свою структуру после воздействия ионизирующих излучений Е) сопротивляться коррозионному воздействию среды 2. Физические свойства характеризуют способность строительных материалов А) характеризовать его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды В) сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил С) к химическим превращениям под воздействием веществ, находящимися в соприкосновении D) сохранять свою структуру после воздействия ионизирующих излучений Е) сопротивляться коррозионному воздействию среды 3. Химические свойства характеризуют способность строительных материалов А) к химическим превращениям под воздействием веществ, находящимися в соприкосновении В) сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил С) характеризовать его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды D) сохранять свою структуру после воздействия ионизирующих излучений Е) сопротивляться коррозионному воздействию среды 4. Газо-, паропроницаемость - свойство материала А) пропускать через свою толщу под давлением водяной пар или газы В) не пропускать тепло и воду через свою толщу С) перемещать газы и пар через структурное вещество D) пропускать через свою толщу воду и тепло под давлением Е) не разрушаться под воздействием газа и пара 5. Гигроскопичность – это способность материала А) поглощать водяной пар из воздуха В) пропускать воду под давлением С) испарять влагу D) выдерживать попеременное замораживание и оттаивание Е) передавать тепло 6. Морозостойкость определяется способностью материала А) в насыщенном водой состоянии выдерживать попеременные циклы замораживания и оттаивания без потери прочности и массы В) сопротивляться воздействиям отрицательных температур С) выдерживать попеременные смены тепла и холода D) не разрушаться при работе Крайнего Севера Е) не понижать температуру в помещениях в морозные дни 7. Единицы измерения теплопроводности А) Вт/(м·ºС) В) %; С) МПа D) Дж Е) кВт/с 8. Огнестойкость материала – способность А) выдерживать без разрушения воздействие огня и воды в условиях пожара В) длительно работать в условиях высоких температур без деформации и разрушения С) сопротивляться воздействиям отрицательных температур D) поглощать водяной пар из воздуха Е) не пропускать тепло и воду через свою толщу 9. Прочность – свойство материала: А) сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок В) проникновению в них других материалов С) не деформироваться и не раскалываться под ударом D) изменять форму и размеры под действием внешних сил Е) сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов 10. Горные породы классифицируются на А) магматические, осадочные, метаморфические В) изверженные, обломочные, химические осадки С) магматические, излившиеся, сцементированные D) изверженные, вулканические осадки, органогенные Е) магматические, излившиеся, видоизмененные 11. Выветривание горных пород - это А) комплексное разрушающее воздействие всех природных факторов В) искусственное разрушение горных пород С) разрушения, вызываемые подземными толчками D) образование трещин под воздействием мороза Е) обработка горных пород 12. Бутовый камень – это А) куски или плиты из камня неправильной формы В) блок правильной формы С) плита со шлифованной поверхностью D) куски округлой формы Е) бортовой камень 13. Заполнителями для легкого бетона служат А) пемзы, туфа, диатомита В) гранита, магнезита, кварцита С) диорита, сиениты, гнейса D) мрамора, базальта, гипса Е) глинистого сланца, песчаника 14. Защита от коррозии природных каменных материалов возможна А) флюатированием, конструктивной защитой, гидрофобизацией В) предварительной термической обработкой С) способом попеременного замораживания и оттаивания D) заполнением пор минеральными добавками Е) применением водостойких пленок 15. Чем отличается щебень от гравия А) формой зерен и строением поверхности В) размером зерен С) химическим составом D) наличием вредных примесей Е) соотношением фракций 16. Сырьем для изготовления керамических изделий служит А) глина В) песок и суглинок С) кварцевый песок D) шлаки и глина Е) измельченные горные породы 17. Размеры полнотелого керамического кирпича А) 250х120х65 В) 250х100х60 С) 125х120х65 D) 250х120х88 Е) 125х120х88 18. Из глин получают кирпич А) керамический В) силикатный С) бетонный D) клинкерный Е) фибролитовый 19. Марка кирпича определяется по А) пределу прочности на изгиб и сжатие В) плотности С) водопоглощению D) наличию дефектов Е) отклонению от размеров по ГОСТ 20. Марки кирпича керамического обыкновенного А) М75…300 В) М5…150 С) М25…150 D) М700…1000 Е) М10…25 21. Марки по морозостойкости кирпича А) F 15…F50 В) F 5... F100 С) F 50 …F 1000 D) F 0,5…F0,465 Е) F 300…F600 22. Водопоглощение стеновых керамических изделий должно быть А) не менее 8 % В) не менее 100% С) менее 8% D) равно 100% Е) больше 18% 23. Глазурь наносится на керамику с целью А) увеличения водонепроницаемости, декоративности В) повышения плотности С) окраски изделий D) придания пластичности Е) увеличения усадки 24. Стекло – это А) аморфный материал из переохлажденных неметаллических расплавов В) кристаллический материал, полученный из расплавов С) аморфный материал из переохлажденных металлических расплавов D) стеклокристаллический материал, полученный охлаждением минеральных расплавов Е) аморфный материал из молотой обожженной глины 25. Основной недостаток стекла А) высокая хрупкость В) высокая прочность С) низкая теплопроводность D) высокая теплостойкость Е) высокая плотность 26. Ситаллы характеризуются: А) стеклокристаллическим строением, высокой прочностью, химической стойкостью, твердостью В) поликристаллическим строением, низкой термостойкостью С) аморфной структурой, высокой ударной прочностью D) кристаллической структурой, твердостью, химической стойкостью; Е) крупнокристаллической структурой, хрупкостью, высокой прочностью на сжатие 27. Литые каменные изделия получают из А) расплавов горных пород или шлаков В) сплава стекла и глины С) бетонной смеси и заполнителя D) из гипса и ангидрита Е) мрамора 28. Неорганическое вяжущее вещество – это порошкообразные материалы, которые А) при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем затвердевать В) при смешивании с кислотой образуют пластично-вязкое тесто, способное затвердевать С) получают путем тепловой обработки D) смешиваясь с водой, получают известково-кремнеземистое вяжущее Е) смешиваясь с водой, получают гипсоцементопуццолановое вяжущее 29. К гидравлическим вяжущим относятся А) гидравлическая известь, портландцемент В) гидратная известь, каустический доломит С) жидкое стекло, ангидрит D) кислотоупорный цемент, гипс Е) эстрих-гипс, ангидритовый цемент 30. К вяжущим воздушного твердения относятся А) строительный гипс В) полимеры С) пуццолановый цемент D) портландцемент Е) гипсоглиноземистый цемент 31. Строительный гипс является вяжущим А) быстросхватывающимся и быстротвердеющим В) медленносхватывающимся С) медленнотвердеющим D) быстрорастворимым Е) растворимым 32. Основная область применения воздушной извести А) изготовление силикатных изделий В) применение в красочных составах С) применения в кладочных растворах D) изготовление стеновых материалов Е) изготовление акустических материалов 33. Сырьем для получения каустического доломита являются А) MgCO3 В) CaCO3 С) CaSO4 D) CaSO4·2 H2O Е) CaCO3·MgCO3 34. Спекшаяся смесь известняка и глины с добавками для получения портландцементов называется А) клинкер В) шлам С) силикат-глыба D) шлак Е) шихта 35. На каком приборе определяется нормальная густота (водопотребность) портландцемента А) прибор Вика В) Колба Ле – Шателье-Кондло С) вискозиметр D) прибор Суттарда Е) пикнометр 36. Портландцемент получают А) измельчением в порошок клинкера с добавкой молотого гипсового камня В) измельчением в порошок шихты с добавкой гипсового вяжущего С) измельчением смечи компонентов с добавлением пластификаторов D) дроблением компонентов до определенных фракций Е) смешиванием компонентов до однородного состояния 37. В состав портландцементного клинкера входят минералы А) C3S, С2S, C3А, C4АF В) C3S, С2S, C3А, CaO4 С) C3S, С2S, C3А D) С2S, C3А, CaO4, C4АF Е) C3S, C3А, CaO4, C4АF 38. Производство портландцемента состоит из следующих основных процессов А) добычи сырья, подготовки сырьевой смеси, обжига, помола клинкера в тонкий порошок В) высушивания цементного теста, схватывания цементного теста С) добычи сырья, подготовки сырьевой смеси, гидратации D) добычи сырья, помола клинкера в тонкий порошок и химического взаимодействия минералов Е) обжига, помола клинкера в тонкий порошок 39. Марки портландцемента по прочности А) 400; 500; 550; 600 В) 300; 400; 600; 700 С) 400; 600; 800; 1000 D) 200; 400; 700; 1200 Е) 150; 400; 550; 750 40.Сроки твердения портландцемента при определении марочной прочности А) 28 суток В) 24 часа С) 10 часов D) 4 суток Е) 17 суток 41. Марка цемента определяется по А) пределу прочности на сжатие и изгиб В) срокам схватывания С) минералогическому составу клинкера D) насыпной массе Е) тонкости помола цемента 42. Твердение цементного камня обеспечивается А) наличием в нем воды В) наличием в нем пор С) в процессе помола D) при плавлении; Е) при спекании 43. ПАВ в портландцемент вводят для А) повышения пластичности вяжущего теста, гидрофобизации В) улучшения зернового состава С) изменение вещественного состава D) улучшения декоративных свойств Е) замены части клинкера 44. Для гидротехнического строительства, подземных сооружений эффективны цементы А) сульфатостойкий, пуццолановый В) пластифицированный, ангидритовый С) гипсоцементнопуццолановый D) глиноземистый, гидрофобный Е) быстросхватыавющийся 45. Глиноземистый цемент эффективен при А) аварийных, срочных, зимних работах В) сооружении объектов, работающих во влажной среде и воде С) декоративных работах D) использовании в дорожном строительстве Е) изготовлении отделочных растворов 46. Классификация бетонов по виду вяжущего А) цементный, силикатный, гипсовый, специальный В) перлитовый, шлаковый С) дорожный, жаростойкий бетон D) пенобетон, газобетон Е) тяжелый, легкий бетоны 47. Тяжелые бетоны имеют среднюю плотность А) 2000–2500 кг/м3 В) менее 500 кг/м3 С) 500–1200 кг/м3 D) 1200–1800 кг/м3 Е) менее 200 кг/м3 48. Компоненты, входящие в состав тяжелого бетона А) портландцемент, гранитный щебень, кварцевый песок, вода В) шлакопортландцемент, керамзит, вода, песок С) воздушная известь, кварцевый песок, гравий, вода D) цемент, песок, пемза, вода Е) ангидритовые цемент, щебень, кварцевый песок, вода 49. В правильно подобранной смеси расход заполнители занимают А) 80-85% В) 2% С) 18% D) 100% Е) 0% 50. Крупный заполнитель для бетонов характеризуется размерами А) 5…70 мм В) 0,14...5 мм С) 2…50 мм D) 10…30 мм Е) 0,5 …0,7 мм 51. Виды искусственных пористых заполнителей А) вермикулит, перлит, керамзит В) гранитный, известняковый, мраморный С) зольный, шлаковый, пемзовый D) спекаемый, дробленный, плавленый; Е) серый и цветной 52. Удобоукладываемость бетонной смеси определяется А) стандартным конусом В) на вискозиметре Суттарда С) на встряхивающем столике D) на приборе Вика Е) штыкованием 53. Марка бетона определяется А) по пределу прочности на изгиб и сжатие В) методом Роквелла С) методом ультразвукового прозвучивания D) молотком Кашкарова Е) методом Бринелля 54. Мелким заполнителем называется песок с размерами зерен от А) 0,14 до 5,0 мм В) 0 до 0,14 мм С) 5,0 до 10,0 мм D) 0,5 до 40 мм Е) 0,14 до 40 мм 55. Жесткие смеси уплотняются А) вибрированием В) штыкованием С) встряхиванием D) давлением Е) центрифугированием 56. Ускорение твердения бетонов обеспечивается А) введением химических добавок, тепловлажностной обработкой В) уплотнением, высушиванием С) вибрированием, обжигом D) введением гидрофобизаторов, защитой теплоизоляционными материалами Е) введением пластификаторов, гидроизоляцией 57. Железобетон – это А) материал, изготовленный из бетона и стальной арматуры В) изделие, получаемое из цемента, песка, щебня, воды С) металлический каркас, заполненный раствором D) бетон с заполнителем из железа Е) бетон с прослойками из металла 58. Сборный железобетон - это А) номенклатура заводских изделий, позволяющих возводить на стройплощадках законченный объект В) возведенное из арматуры и бетона сооружение С) изделие, сформированное из цемента, песка, щебня и воды D) оконченный объект, возводимый на строй площадке, начиная с нулевого цикла и «под ключ» Е) комплект однотипных деталей сооружения, изготовляемых на заводе 59. Армирование бетонных изделий производят с целью А) получения материала с повышенной прочностью на растяжение и на сжатие В) получения материала с повышенной прочностью на растяжение С) получения материала с повышенной прочностью на сжатие D) получения материала с повышенной долговечностью Е) снижения усадки бетона 60. Способы формования железобетонных изделий А) агрегатно-поточный, стендовый, конвейерный В) стендовый, литьевой, вибрационный С) вибрационный, прессование, штампование D) центрифугирование, трамбование, вибрационный Е) штыкование, встряхивание, конвейерный 61. Монолитными называют железобетонные конструкции А) изготавливаемые непосредственно на строительной площадке В) характеризующиеся монолитностью соединения бетона и арматуры С) отличающиеся арматурой, замоноличенной в бетон D) изготавливаемые непрерывным армированием и укладкой бетона Е) введением особых химических добавок, повышающих монолитность 62. В каком возрасте определяют марку гидротехнического бетона А) 180 суток В) 1 сутки С) 3 суток D) 28 суток Е) 90 суток 63. Строительным раствором - это каменный материал, полученный в результате затвердевания А) правильно подобранной смеси вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя и добавок В) правильно подобранной смеси вяжущего вещества, воды, крупного заполнителя и добавок С) правильно подобранной смеси полимера, воды, крупного заполнителя и добавок D) кварцевый песок + воздушная известь + вода Е) кварцевый песок + жидкое (силикатное стекло) 64. Растворы по назначению различают А) кладочные, отделочные, специальные В) специальные и конструкционные С) кладочные и для заполнения швов D) обыкновенные и гидроизоляционные Е) для полов и стен 65. Удобоукладываемость растворной смеси характеризуют А) подвижность и водоудерживающая способность В) прочность С) морозостойкость D) твердость Е) другое свойство 66. Марки строительного раствора А) 4…300 В) 400…600 С) 600…800 D) 450…600 Е) 200…500 67. Асбест – это А) тонковолокнистый минерал, образующийся в земной коре В) искусственные волокна из минеральных расплавов С) тип полимерных волокон D) вид металлической фибры Е) стеклокристаллические волокна 68. Свойства асбестоцемента А) высокая прочность при небольшой плотности и толщине слоя, водонепроницаемость, хрупкость В) высокие прочность, плотность, низкая морозостойкость С) водостойкость, низкая прочность, высокая плотность, морозостойкость D) низкая ударная вязкость, высокая теплопроводность, твердость Е) высокие прочность, плотность, низкая теплопроводность 69 Проблема производства и применения асбестоцементных изделий А) спорная экологическая безопасность применения асбеста В) спорная эффективность применения с точки зрения физикомеханических свойств С) малые запасы асбестового сырья D) сложность технологии производства изделий Е) высокая стоимость сырьевых материалов 70. Асбест используется при изготовлении А) кровельных материалов, ограждающих конструкций, теплоизоляционных мастик В) стеновых конструкций, отделочных материалов С) растворных смесей, несущих элементов зданий; D) фундаментных блоков, штукатурок, заполнителей Е) тротуарных плиток, перемычек, теплоизоляционных засыпок 71. Состав силикатного кирпича А) кварцевый песок + воздушная известь + вода В) кварцевый песок + цемент + известняк + вода С) кварцевый песок + глина + вода D) кварцевый песок + жидкое (силикатное стекло) Е) кварцевый песок + зола ТЭС + вода 72. Силикатный кирпич формуют методом А) полусухого прессования при Р = 30 МПа В) шликерного литья С) пластического формования при Р = 3 – 5 МПа D) самоуплотнением гранул при Р = 1 – 3 МПа Е) оплавления при Т = 1100 – 12000 С 73. Автоклав – это аппарат для А) ускорения химических реакций В) обжига изделий С) определения прочности D) высушивания изделий Е) уплотнения изделий 74. Отличительные свойства древесины А) низкая теплопроводность, высокая прочность на растяжение В) анизотропность, высокая звукоизолирующая способность С) биологическая стойкость, высокая плотность D) низкий коэффициент конструктивного качества, твердость Е) гигроскопичность, высокая теплопроводность 75. Способы повышения огнестойкости изделий из древесины А) пропитка антипиренами В) сушка С) антисептирование D) ацетилирование Е) фосфатирование 76. Для защиты от гниения древесину подвергают А) пропитке антисептиками В) пропитке раствором щелочи С) сушке D) обработке антипиренами Е) увлажнению 77. Прочность древесины при увеличении влажности до 30% А) уменьшается В) увеличивается С) не изменяется D) изменяется в зависимости от породы Е) изменяется в зависимости от температуры 78. В основном в строительстве применяются породы древесины А) хвойные В) лиственные С) с красивой текстурой D) отличающиеся отсутствием пороков Е) ель, дуб 79. Фанера – это А) многослойный листовой материал из шпона на фенолформальдегидных, карбамидных, белковых клеях В) древесные плиты с пропиткой из фенол-формальдегидных клеев С) слои прессованных опилок, скрепленных полимерными клеями D) древесно-волокнистые слои, склеенные специальными полимерными лаками Е) тонкослойные плиты из древесины, скрепленные клее-лаковыми композициями 80. Какой кровельный материал изготовлен на основе дегтя А) толь В) гидроизол С) рубероид D) стеклорубероид Е) МБК-Г-55 81. Минеральную вату получают из А) силикатных расплавов В) мергелистых расплавов С) пористой пластмассы D) специальных растворов Е) мастики 82. Какое из ниже перечисленных свойств относится к физическим свойствам битума А) растяжимость В) растворимость С) коррозионная стойкость D) твердость Е) плотность 83. Продуктами перегонки нефти, применяемыми в строительстве, являются А) битумы В) олифы С) нафтеновые масла D) дегти Е) полимер 84. Недостатки изделий из пластмасс А) старение, токсичность В) нет недостатков С) хрупкость, выцветание D) низкая прочность, высокая истираемость Е) низкая термостойкость, плотность 85. Акустические материалы служат для изоляции и поглощения А) звука В) тепла С) холода D) влаги Е) пара 86. Недостатки теплоизоляционных материалов из пенопластов А) токсичность, невысокая долговечность В) высокие водопоглощение, гигроскопичность С) низкая прочность, повышенный радиационный фон D) сминаемость, низкая адгезия к поверхности Е) малоэффективные теплоизолирующие свойства 87. Эмульсионные краски – это А) пигментированная дисперсия полимера в воде В) дисперсия мела в растворимом стекле С) смесь лака с олифой D) неорганическое связующее, разбавленное водой Е) смесь разбавителя с наполнителем 88. Лак – это А) раствор смолы в летучем растворителе В) суспензия, состоящая из воды и олифы С) эмульсия, состоящая из воды и льняного масла D) раствор олифы в бензине-растворителе Е) смесь олифы, сиккатива и органического красителя 89. Недостаток лаков и эмалей А) токсичность, пожароопасность В) недостаточная адгезия С) низкая прочность слоя D) недостаточная долговечность Е) высокая стоимость 90. Какие красочные составы готовят на олифе из растительных масел А) масляные В) акриловые С) латексные D) эмалевые Е) силикатные