Применение вяжущих веществ в производстве строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра технологии строительных материалов и изделий

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Строительные материалы»

Караганда 2012



Содержание

Введение

1. Теория твердения портландцемента

2. Гипсовые вяжущие вещества

3. Изделия из стекла

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Примерно в 1990-1992 годах при изучении проблемы твердения вяжущих веществ главное внимание уделялось химическим и физико-химическим процессам и, в частности, механизму взаимодействия с водой. При этом недостаточно учитывалось их влияние на микроструктуру гидратных новообразований и всей системы в целом, которая, в свою очередь, предопределяет физико-механические свойства (прочность, деформативность и др.), а также долговечность последней, Недооценивался и ряд явлений чисто физического характера, важных для синтеза прочности и регулирования деформативности структур.

Следует выделить, что интенсивность твердения смеси вяжущего вещества с водой и достигаемая при этом прочность системы в начальный и последующие периоды времени зависят от многих факторов -- свойств исходных материалов, содержания их в смеси, добавок и температурно-влажностных условий протекания физических и физико-химических процессов и др.

Рассмотрим наглядно процесс твердения. При смешивании с водой частицы портландцемента начинают растворяться, причем одновременно может происходить гидролиз (разложение водой) и гидратация (присоединение воды) продуктов растворения с образованием гидратных соединений.

Трехкальциевый силикат С₃S взаимодействует с водой намного активнее, чем С₂S; при взаимодействии силикатов кальция с водой выделяется растворимый в воде компонент Са(ОН)₂ -создающий щелочную реакцию в твердеющем цементе; С₃S выделяет Са(ОН)₂ в 3 раза больше, чем С₂S; общее количество Са(ОН)₂ достигает 15% от массы цементного камня.

Алюминат кальция С₃А подвергается только гидратации. Этот процесс идет очень быстро с образованием крупных кристаллов.

Добавка гипса, вводимая при помоле клинкера, замедляет схватывание цемента на несколько часов из-за образования эттрингита, обладающего развернутой поверхностью и экранирования частиц минерала С₃А.

Основной продукт твердения портландцемента - гидросиликаты кальция - практически нерастворимы в воде. Они выпадают из раствора сначала в виде геля. Гель гидросиликатов кальция со временем кристаллизуется. Остальные продукты взаимодействия клинкера с водой также участвуют в формировании структуры цементного камня и, также влияют на его свойства. Процесс гидратации зерен портландцемента из-за малой их растворимости растягивается на длительное время. Процесс может протекать при наличие воды в твердеющем материале. Качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им через 28 суток твердения.

Измельченные вещества, порошки, образующие при контакте с водой пластичную массу, со временем переходящую в камневидное состояние, называют минеральными вяжущими.

Они делятся на 2 большие группы - воздушные и гидравлические.

Процесс твердения воздушных вяжущих происходит на воздухе (гипс, воздушная известь). У второй категории минеральных вяжущих - гидравлических - процесс твердения может происходить как на воздухе, так и под водой (цементы).

Рассмотрим один из наиболее широко применяющихся минеральных вяжущих материалов - гипс.

Гипсы получают из природного гипса светло-серого или светло-желтого цветов. Производство гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах.

Наиболее распространена схема производства гипсового вяжущего с применением варочных котлов.

Применяется гипсовое вяжущее для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий (перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, приготовления гипсовых и смешанных растворов, производства декоративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора), а также для производства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих.

В зависимости от степени помола различают вяжущие грубого, среднего и тонкого помола с максимальным остатком на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм не более 23, 14 и 2% (обозначаемые соответственно индексами I, II и III).

Гипсовые вяжущие применяют при производстве гипсовой штукатурки, перегородочных стеновых плит и панелей, вентиляционных коробов и других деталей в зданиях и сооружениях, работающих при относительной влажности воздуха не выше 65%. Изделия из них обладают небольшой плотностью, несгораемостью и рядом других ценных свойств, но при увлажнении прочность их снижается.

Стекло - твердый, аморфный материал, получаемый в результате охлаждения минеральных расплавов.

Из стекла изготовляют несущие, ограждающие и отделочные конструкции.

Стекло имеет следующие свойства:

- Светопрозрачность.

- Солнцезащитность.

Высокую прочность (несмотря на хрупкость).

Сырье: кварц, песок, сода, мел, доломит, известняк. Для получения стекла с определенными свойствами в него вводят осветлители, обесцвечиватели, красители.

Технология изготовления стекла.

Подготовка сырья: дробление, дозировка, перемешивание.

Варка стекла.

Методы обработки стекла:

1) Механическая обработка - резка стекла (механическая резка, лазерная, ультразвуковая, огневая), шлифовка, гравирование и т.д.

2) Химическая обработка - травление, химическая полировка, выщелачивание, покраска.

Номенклатура стекла:

- Оконное стекло - бесцветное, гладкое.

- Витринное стекло - от 5,5 до 10 мм толщиной.

- Узорчатое стекло - получают из оконного, методом прессования.

- Закаленное стекло

- Солнцезащитные стекла - имеют низкую способность пропускать инфракрасные и другие солнечные лучи.

Изделия из стекла:

- Стеклоблоки;

- Стеклопакеты;

- Многослойное стекло (триплекс);

- Смальта;

- Стемалит;

- Стеклянная облицовочная плитка;

- Растворимое стекло.



1. Теория твердения портландцемента

Интенсивность твердения смеси вяжущего вещества с водой и достигаемая при этом прочность системы в начальный и последующие периоды времени зависят от многих факторов -- свойств исходных материалов, содержания их в смеси, добавок и температурно-влажностных условий протекания физических и физико-химических процессов и др.

Следует отметить, что еще 15--20 лет назад при изучении проблемы твердения вяжущих веществ главное внимание уделялось химическим и физико-химическим процессам и, в частности, механизму взаимодействия с водой. При этом недостаточно учитывалось их влияние на микроструктуру гидратных новообразований и всей системы в целом, которая, в свою очередь, предопределяет физико-механические свойства (прочность, деформативность и др.), а также долговечность последней, Недооценивался и ряд явлений чисто физического характера, важных для синтеза прочности и регулирования деформативности структур.

Можно полагать, что постепенно будет разработана общая теория твердения вяжущих веществ, комплексно учитывающая влияние протекающих при этом физических и физико-химических процессов на все основные свойства затвердевших систем и обеспечивающая прогнозирование их в оптимальных показателях на основе учета свойств исходных материалов и направленного регулирования процессов твердения.

Существующие в настоящее время теории твердения вяжущих веществ (А. Ле Шателье, В. Михаэлиса, А.А. Байкова и др.) развивают преимущественно физико-химические представления о механизме образования гидратных соединений и твердения смесей вяжущих веществ с водой при их взаимодействии друг с другом.

А. Ле Шателье предложил кристаллизационную теорию твердения (1887 г.), по которой вяжущее вещество, смешанное с водой, вначале растворяется и далее взаимодействует с ней, образуя гидратные соединения. Будучи менее растворимыми в воде, чем исходное вещество, они образуют пересыщенный раствор, из которого и выпадают в виде тонкодисперсных частичек--кристаллитов. Последние, срастаясь и переплетаясь друг с другом, вызывают схватывание и твердение всей системы. Известно, что А. Ле Шателье разработал свою теорию с учетом преимущественно тех процессов, которые наблюдаются при твердении полу водного гипса.

Твердение. При смешивании с водой частицы портландцемента начинают растворяться, причем одновременно может происходить гидролиз (разложение водой) и гидратация (присоединение воды) продуктов растворения с образованием гидратных соединений. По этой схеме взаимодействуют с водой главные компоненты клинкера алит С₃S и белит С₂S:

2(3СаО ? SiO₂) + 6Н₂O > ЗCаО ? SiO₂ ? 3Н₂О + 3Са(ОН)₂

2(2СаО? SiO₂) + 4Н₂О > 3СаО ? SiO₂ ? 3Н₂О + Са(ОН)₂

Трехкальциевый силикат С₃S взаимодействует с водой намного активнее, чем С₂S; при взаимодействии силикатов кальция с водой выделяется растворимый в воде компонент Са(ОН)₂ -создающий щелочную реакцию в твердеющем цементе; С₃S выделяет Са(ОН)₂ в 3 раза больше, чем С₂S; общее количество Са(ОН)₂ достигает 15 % от массы цементного камня.

Алюминат кальция С₃А подвергается только гидратации. Этот процесс идет очень быстро с образованием крупных кристаллов 3СаО ? А1₂О₃ + 6Н₂О > 3СаО ? А1₂О₃ ? 6Н₂О

Добавка гипса, вводимая при помоле клинкера, замедляет схватывание цемента на несколько часов из-за образования эттрингита 3СаО?А1₂О₃?3СаSО₄ ? (31-33)Н₂О, обладающего развернутой поверхностью и экранирования частиц минерала С₃А.

Четырехкальциевый алюмоферрит С₄АF взаимодействует с водой медленнее, чем С₃А, образуя гидроалюминат и гидроферрит кальция.

4CaO ? Al₂O₃ ? Fe₂O₃ + 12 H₂O > 3CaO ? Al₂O₃ ? 6H₂O + CaO ? Fe₂O₃ ?

6H₂O

Основной продукт твердения портландцемента - гидросиликаты кальция - практически нерастворимы в воде. Они выпадают из раствора сначала в виде геля Гель гидросиликатов кальция со временем кристаллизуется. Остальные продукты взаимодействия клинкера с водой также участвуют в формировании структуры цементного камня и, также влияют на его свойства. Процесс гидратации зерен портландцемента из-за малой их растворимости растягивается на длительное время. Процесс может протекать при наличие воды в твердеющем материале. Качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им через 28 суток твердения.

2. Гипсовые вяжущие вещества

Измельченные вещества, порошки, образующие при контакте с водой пластичную массу, со временем переходящую в камневидное состояние, называют минеральными вяжущими.

Их применение обусловлено такими факторами, как:

Наличие значительных запасов дешевого сырья.

Эти материалы имеют высокие экологические показатели.

Легко используются в жилищном, гражданском и промышленном строительстве.

Возможность придавать конструкциям разнообразную форму, сохраняя качество самой конструкции.

Хорошо совмещаются с другими материалами.

Просты в изготовлении, не энергоемки.

Такие материалы делятся на 2 большие группы - воздушные и гидравлические.

Процесс твердения воздушных вяжущих происходит на воздухе (гипс, воздушная известь). У второй категории минеральных вяжущих - гидравлических - процесс твердения может происходить как на воздухе, так и под водой (цементы). вяжущий смесь твердение стройматериал

Рассмотрим один из наиболее широко применяющихся минеральных вяжущих материалов - гипс.

Гипсы получают из природного гипса светло-серого или светло-желтого цветов. Производство гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах.

Наиболее распространена схема производства гипсового вяжущего с применением варочных котлов. Гипсовый камень, поступающий на завод в крупных кусках, сначала дробят, затем измельчают в мельнице, одновременно подсушивая его. В порошкообразном виде камень направляют в варочный котел периодического или в установку непрерывного действия. При варке в котле гипс не соприкасается с топочными газами, что позволяет получать чистую продукцию, не загрязненную золой топлива.

Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев его использование и вызывает необходимость применения замедлителей схватывания (кератинового, известково - кератинового клея, сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1.0,3% от массы гипса).

Применяется гипсовое вяжущее для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий (перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, приготовления гипсовых и смешанных растворов, производства декоративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора), а также для производства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих. Основными характеристиками гипсовых вяжущих являются сроки схватывания, тонкость помола, прочность при сжатии и растяжении, водопотребность и др. Гипсовое вяжущее является быстросхватывающим и быстротвердеющим вяжущим веществом. По срокам схватывания ГОСТ 125-79 предусматривает выпуск вяжущих: быстротвердеющего (индекс А) с началом схватывания не ранее 2 мин, концом - не позднее 15 мин; нормальнотвердеющего (индекс Б) с началом схватывания не ранее 6 мин, концом - не позднее 30 мин; медленнотвердеющего (индекс Б) с началом схватывания не ранее 20 мин, конец схватывания не нормируется.

В зависимости от степени помола различают вяжущие грубого, среднего и тонкого помола с максимальным остатком на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм не более 23, 14 и 2% (обозначаемые соответственно индексами I, II и III). Марку гипсовых вяжущих характеризуют по прочности при сжатии образцов - балочек 40X40X160 мм в возрасте 2 ч после затворения водой. Минимальный предел прочности каждой марки должен соответствовать значениям, приведенным в табл. 1 Четкое индексирование различных сортов гипсовых вяжущих позволяет давать большой объем информации в сокращенной форме. Например, гипсовое вяжущее с прочностью при сжатии 5,2 МПа, началом схватывания 5 мин, концом схватывания 9 мин и остатком на сите 0,2 мм 9%, т.е. вяжущее марки Г-5 быстротвердеющее, среднего помола, может быть записано в виде сокращенного обозначения Г-5АП.

Гипсовые вяжущие применяют при производстве гипсовой штукатурки, перегородочных стеновых плит и панелей, вентиляционных коробов и других деталей в зданиях и сооружениях, работающих при относительной влажности воздуха не выше 65%. Изделия из них обладают небольшой плотностью, несгораемостью и рядом других ценных свойств, но при увлажнении прочность их снижается. Для гипсовых строительных изделий всех видов рекомендуются марки Г-2. Г-7 всех сроков твердения и степеней помола; для тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей может использоваться гипс тех же марок, но только тонкого и среднего помола, быстрого и нормального твердения. При штукатурных работах и заделке швов применяют марки Г-2. Г-25 нормального и медленного твердения. Гипс марок Г-5. Г-25 нормального и медленного твердения. Гипс марок Г-5. Г-25 тонкого помола с нормальными сроками твердения служит для изготовления форм и моделей в керамической, машиностроительной промышленности, а также в медицине.

3. Изделия из стекла

Стекло - твердый, аморфный материал, получаемый в результате охлаждения минеральных расплавов.

Из стекла изготовляют несущие, ограждающие и отделочные конструкции.

Стекло имеет следующие свойства:

Светопрозрачность.

Солнцезащитность.

Высокую прочность (несмотря на хрупкость).

Сырье: кварц, песок, сода, мел, доломит, известняк. Для получения стекла с определенными свойствами в него вводят осветлители, обесцвечиватели, красители. Осветлители попадая в стекломассу при нагревании превращаются в газ и в виде пузырьков выводят из стекломассы примеси. Обесцвечиватели вводят для устранения сине-зеленого или желто-коричневого оттенка у стекла. Красители - как правило, используют окислы металлов или металлы в виде порошка. Красители делятся на молекулярные и коллоидные. Молекулярные - растворены в стекломассе, при повторном нагревании стекла его цвет не меняется. Например - сурик, охра. Коллоидные растворы - частицы металла распределены по стекломассе. В основном применяют золото, серебро и медь.

Технология изготовления стекла.

Подготовка сырья: дробление, дозировка, перемешивание.

Варка стекла:

А) силикатообразование-800-900С - образуется вязкое, непрозрачное вещество.

Б) Стеклообразование-1100-1200С-ввод осветлителей, удаление примесей, образование стекломассы.

В) Осветление-1400-1600С - ввод обесцвечивателей, стекло становится прозрачным и бесцветным.

Г) Гомогенизация. Происходит при той же температуре.

Д) Остывание - медленное снижение температуры до 1100-1200С.

Е) Формование - методом литья, прокатки, вытяжки, флоат - способом, прессованием, дутьем, центробежным способом.

Методы обработки стекла:

Механическая обработка - резка стекла (механическая резка, лазерная, ультразвуковая, огневая), шлифовка, гравирование и т.д.

Химическая обработка - травление, химическая полировка, выщелачивание, покраска.

Физико-механические свойства стекла:

R сжатия=100-700 мПа.

Плотность = 2500 мІ.

Светопрозрачность = 85-90%.

Номенклатура стекла:

Оконное стекло - бесцветное, гладкое. Толщина - 2-6 мм. Размеры от 250/250 до 1600/2200.

Витринное стекло - от 5,5 до 10 мм толщиной. Габариты от 1700/1250 до 3500/6000.

Узорчатое стекло - получают из оконного, методом прессования. Глубина узора 0,5-1,5мм. Бывает 2 видов - матовое и армированное. Матовое - однослойное, двухслойное, применяется для перегородок, остеклений и витражей. Армированное стекло - имеет в середине арматурную стальную сетку - вязанную или сварную. Увеличивается не прочность стекла, а его безопасность. Применяется для дверных перегородок, произв. Зданий.

Закаленное стекло - получают путем повторного нагрева уже готового стекла до 600®-900®С и резко охлаждают.5-6 циклов закаливания увеличивают прочность стекла в 2 раза.

Солнцезащитные стекла - имеют низкую способность пропускать инфракрасные и другие солнечные лучи.

Изделия из стекла:

Стеклоблоки - получают путем сварки по контуру 2х полублоков, применяют в качестве декоративного элемента интерьера, для изготовления перегородок и т.д.).

Стеклопакеты - получают путем соединения по контуру 2х и более стекол. Расстояние между ними 8-20 мм. Стеклопакеты бывают клееные и сварные.

Многослойное стекло (триплекс) - представляют собой 2-3 стекла, склеенных между собой с помощью синтетической прозрачной пленки.

Смальта - кусок цветного стекла неправильной формы, используется для изготовления мозаик на стенах.

Стемалит - листы плоского стекла, внутренняя сторона которых окрашена керамическими краскам.

Стеклянная облицовочная плитка - изготовляется из отходов стекольной промышленности, имеет высокую кислото - и химическую стойкость. Как правило, используется для облицовки в химической промышленности.

Растворимое стекло - твердый стекловидный сплав, состоящий из кремнезема и окислов щелочных металлов. Образует с водой клейкую жидкость - жидкое стекло. Его клеящая способность в 3-5 раз выше, чем силикатных цементов и других вяжущих.



Заключение

Изучение такой немаленькой проблемы как твердение твердых вяжущих веществ берет свое начало еще в 90-х годах нашей эры. Такие великие ученные как: А. Ле Шателье, В. Михаэлиса, А.А. Байков и другие, выдвигали огромное количество теорий и внесли огромнейший вклад в процесс твердения вяжущих веществ. Мы с вами на наглядно рассмотрели химические соединения веществ для получения того или иного твердого вещества. В мировой практике одним из самых наиболее применяемых минеральных вяжущих веществ, соединившегося в химическом процессе является - гипс. Все минеральные вяжущие в процессе соединения с водой образуют пластичную массу. Материалы образованные таким путем делятся на две большие группы - воздушные и гидравлические. И каждой группе соответствует свой способ твердения. Так же мы с вами рассмотрели понятие «стекло» и все изделия из стекла. Из стекла изготавливают несущие, ограждающие и отделочные конструкции.

Стекло имеет следующие свойства:

1) светопрозрачность;

2) солнцезащитность;

3) высокую прочность (несмотря на хрупкость).

Обычными словами невозможно описать весь трудоемким и продолжительный процесс сначала образования всех вяжущих веществ а затем все процессы которые с ними могут происходить при соединении с каким либо веществом. На это требовались годы и возможно еще столько интересного и неизученного в данном процессе еще предстоит узнать нашим и заграничным ученным.



Список использованной литературы

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 «?ылым», 2004.

Размещено на Allbest.ru

...