Строительные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия

имени академика Д.Н. Прянишникова»

Факультет заочного обучения

Кафедра строительного производства и материаловедения

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине материаловедение

Выполнил: студентка 2 курса

факультета заочного обучения

по направлению подготовки

«Землеустройство и кадастры»

Костарева Надежда Викторовна

Проверил: доцент

Махнева Валентина Никитична

Пермь 2015

Вопрос №1

Приведите классификацию горных пород по происхождению. Опишите основные виды естественных каменных материалов, их физико-механические свойства и область применения в строительстве.

Ответ

На протяжении своего существования Земля прошла длинный ряд непрерывных изменений. Они вызываются процессами различными по скорости, по масштабности и по источникам энергии. Эти процессы перемещения вещества, видоизменяющие земную кору и поверхность Земли, называются геологическими или геодинамическими.

Эндогенными процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико-химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору, за счет которых они преобразуют ее. Эндогенные процессы коренным образом меняют характер земной коры и, в частности, ее поверхности; они приводят к созданию основных форм рельефа поверхности Земли - горных стран и отдельных возвышенностей, огромных впадин - вместилищ океанической и морской воды и др. Основными внутренними источниками энергии Земли являются: гравитационная дифференциация, ротационные (вращательные) силы, радиоактивный распад, химические и фазовые превращения, происходящие в недрах. Процессы, вызванные этими источниками энергии, называются эндогенными или процессами внутренней динамики. К ним относят:

1. тектонические движения (колебательные и горообразовательные);

2. магматизм;

3. метаморфизм;

4. землетрясения;

Вторая группа процессов вызвана внешними источниками энергии и проявляется на поверхности Земли и их называют экзогенными. Это солнечная энергия и гравитация, перемещения водных и воздушных масс, влияние различных растительных и животных организмов, их воздействие на горные породы и минералы. Такие процессы называются экзогенными или процессами внешней динамики. К ним относят:

1. выветривание;

2. влияние текучих поверхностных и подземных вод;

3. влияние ледников и водно-ледниковых потоков;

4. процессы в мерзлой зоне литосферы;

5. влияние морей и океанов, озер и болот;

6. гравитационные процессы;

7. деятельность человека (техногенез).

Эндогенные и экзогенные процессы действуют одновременно и тесно связаны друг с другом (рис.)

Горные породы - природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре

Горные породы формируются при различных процессах, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности, образуя сплавы, механические смеси, состоящие из одного (мрамор) или нескольких минералов (гранит) (рис.).

опилкобетон арболит фибролит вяжущий



Рис. Происхождение горных пород

Горные породы классифицируют по происхождению (по генезису) и химическому составу. По происхождению выделяют магматические, осадочные и метаморфические породы (рис.).



Рисунок Классификация горных пород по типу образования

Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90 % объёма земной коры, однако, на поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. Остальные 10 % приходятся на долю осадочных пород, занимающих 75 % площади земной поверхности.

Магматические горные породы подразделяют на интрузивные - глубинные и эффузивные - излившиеся.

Интрузивные горные породы образуются в недрах Земли в условиях высоких давлений и очень медленного остывания. Магма на глубине нескольких десятков километров от поверхности Земли находится под очень большим всесторонним гидростатическим давлением, достигающим нескольких тысяч атмосфер, и обладает высокой температурой. При внедрении магмы в вышележащие слои Земли физическая обстановка изменяется: магма встречается с твердыми и относительно холодными породами и начинает застывать и кристаллизоваться. Однако отдача тепла магмой в окружающую среду происходит очень медленно, так как теплопроводность горных пород низка. Температура магмы падает постепенно в течение миллионов лет. Примером может служить следующее наблюдение: на Северном Кавказе в районе Пятигорска интрузия магмы произошла в конце палеогенового периода (~30 млн. лет назад). Однако и в настоящее время разогретые массы магмы существуют на сравнительно небольшой глубине, на что указывают выходящие на поверхность земли горячие источники.

При медленном остывании магмы происходит постепенная и последовательная раздельная кристаллизация входящих в ее состав химических соединений, каждое из которых превращается в кристалл какого-либо минерала. Благодаря медленному росту кристаллы могут достигать относительно больших размеров, поэтому для многих интрузивных пород характерна крупно кристаллическая структура. В результате медленного остывания магмы происходит полная кристаллизация всего ее вещества, и в возникшей породе не остается аморфных участков.

Образующиеся в ходе кристаллизации минералы выпадают из расплава в определенной временной последовательности. Эту последовательность определяет степень тугоплавкости минералов, а также химический состав магмы. Большую роль в процессе кристаллизации играют летучие парообразные и газообразные вещества, способствующие и часто определяющие порядок и скорость кристаллизации минералов.

Поясним это на примере магмы гранитного состава, в результате кристаллизации которой на глубине образуется порода - гранит. В состав гранита входят такие породообразующие минералы, как полевые шпаты, кварц, из темноцветных силикатов - и реже роговая обманка (табл. 2.4). Температура плавления биотита и роговой обманки очень высокая (при 600 МПа 620-270 оС), поэтому их кристаллы образуются еще в жидкой магме.

Во вторую фазу кристаллизации возникают кристаллы полевых шпатов, температура плавления которых ниже, чем у темных силикатов (при 105 Па 1120 - 1250 оС). В отличие от условий первой фазы при кристаллизации полевых шпатов в жидкой массе магмы уже существуют твердые кристаллы темноцветных силикатов. Вследствие этого кристаллы полевых шпатов могут «обрастать» кристаллы биотита или роговой обманки и включать их в себя.

После кристаллизации темных и светлых силикатов порода окажется сформированной на 75--80% объема. Кремнезем, содержащийся в гранитной магме в избытке, начнет переходить в твердое кристаллическое состояние в последнюю очередь, превращаясь в кварц. Его кристаллы занимают свободное пространство между ранее образовавшимися кристаллами биотита, роговой обманки и полевого шпата и приобретать вид зерен неправильной формы, хотя внутреннее строение их кристаллической решетки вполне правильно. В итоге произойдет полная кристаллизация магмы, все ее вещество примет кристаллическое строение. Возникшая таким путем структура породы получила название полнокристаллической. Полнокристаллическая структура дает информацию о глубинных, или абиссальных, условия застывания магмы.

На больших глубинах в условиях всестороннего давления ориентировка осей и плоскостей растущих кристаллов ничем не контролируется, и расположение их в породе случайно. Подобную текстуру породы называют массивной, неориентированной; она характерна в основном для глубинных пород.

В ходе магматической интрузии возможно течение вязкой массы магмы, хотя и в ограниченных пределах. При этом кристаллы с удлиненными формами, например столбики роговых обманок и листочки слюды, ориентируются длинными осями параллельно направлению потоков в магме. Образуется так называемая флюидальная текстура. Встречаясь в интрузивных породах, она, однако, более типична для пород эффузивных.

Эффузивные горные породы образуются при излиянии на поверхность земли расплавленной магмы. При эффузии почти мгновенно, меняются температура окружающей среды и давление, снижающееся от нескольких тысяч атм. до 1 атм. В результате этого вначале начинается бурное выделение газов, растворенных в магме, сопровождающееся взрывами. Лава, выходящая из жерла вулкана, расплескивается, выбрасываясь вверх брызгами. Выделяющиеся из лавы газы могут ее вспенивать, образуя многочисленные пузыри, сохраняющиеся и при затвердевании вещества. Так образуется пузырчатая текстура. Порода подобного сложения получила название пемзы. Ее плотность настолько низка, что пемза плавает в воде.

Резко снижающаяся температура создает условия, при которых одновременно кристаллизуются многие минералы. Однако очень быстрое затвердевание вещества приводит к образованию мелких зачаточных форм кристаллов, которые можно обнаружить только под микроскопом. Значительная часть породы превращается в аморфную или стекловатую массу. Такая структура пород называетсяскрытокристаллической. При очень быстром остывании лавы процесс кристаллизации может и вовсе не начаться, в этом случае порода целиком будет состоять из вулканического стекла. Такая порода названа обсидианом. Это черная, темно-серая или темно-бурая порода с раковистым изломом, похожая на глыбу стекла. Полости газовых пузырей часто заполняются минералами, которые образуются вторично - в результате их кристаллизации из растворов горячих вод, проникших в застывшую лаву. При этом на фоне темно-серой породы, имеющей скрытокристаллическую структуру, выделяются округлые светлые пятна таких включений. Обычно они представлены такими минералами как кальцит и аморфный кремнезем - опал и халцедон.

С процессом извержения вулканов связано также образование группы пород, которые принято называть пиропластическими. Выделяющиеся из магмы газы часто скапливаются внутри жерла вулкана в таких больших количествах и под столь большим давлением, что возникают мощные взрывы, выбрасывающие высоко в атмосферу огромные массы лавы, состоящей из частиц самых разных размеров. Они остывают в воздухе и падают на землю в виде твердых пылинок, горошин и более крупных обломков. Их называют вулканическим пеплом. Массы этого вулканического материала покрывают окрестности извергающегося вулкана толстым рыхлым слоем. Дожди смачивают его, и он приходит в движение, образуя потоки вулканической грязи. Высыхая, грязь превращается в легкую пористую и твердую породу, называемую туфом. Подобная порода, образованная на дне моря или озера называется туффитом.

Классификация интрузивных и эффузивных пород строят на основе указанных выше особенностей структуры и текстуры, а также их химического и минералогического состава. По химическому составу магматические горные породы делят в зависимости от содержания в них окиси кремния SiO2 (табл.). Кислые породы чаще бывают светлыми, иногда белыми. С уменьшением содержания кремнезема окраска породы изменяется от серой до темно-серой. Для ультраосновных пород характерна черная или темно-зеленая окраска, зависящая от увеличения содержания темноцветных минералов, богатых окислами железа и магния.

Таблица

Классификация магматических пород по содержанию окиси кремния

Название группы	Содержание SiO2, % масс.	Горные породы (примеры)
Низко и некремнеземнистые	< 30%	окатыши
Ультраосновные	30- 45%	дунит, перидотит, пироксенит, кимберлит, оливинит
Основные	45- 53%	габбро, лабродарит, базальт, диабаз, трахит
Средние	53- 64%	сиенит, диорит, трахит, андезит, полевой шпат, порфирит
Кислые (кислотные)	64- 78%	гранит, липарит, кварцевый порфир
Ультракислые	> 78 %	пегматит, аляскит, пемзы, вулканическое стекло

В табл. приведена краткая характеристика основных магматических горных пород.

Таблица Характеристика основных магматических горных пород

Горная порода	Минералогический состав	Структура
Интрузивные породы
Гранит красный, розовый, светло-серый	Кварц, полевые шпаты (ортоклаз, микроклин), роговая обманка, слюды	Полнокристаллическая, равномернозернистая и порфировидная
Сиенит	Ортоклаз, микроклин, роговая обманка, биотит	Полнокристаллическая, равномернозернистая и порфировидная
Габбро	Плагиоклазы (от лабрадора до анортита), оливин	Полнокристаллическая, равномернозернистая и порфировидная
Эффузивные породы
Пемза	Из различных минералов, обогащенных кремнием	Пенистая, сильнопузырчатая
Вулканический туф	Из различных минералов, обогащенных кремнием	Пузырчатая
Вулканическое стекло (обсидиан)	Кварц	Стекловатая
Липарит (эффузивный аналог гранита)	Кварц, полевые шпаты (ортоклаз, микроклин)	Порфировая
Трахит (эффузивный аналог сиенита)	Ортоклаз, микроклин, роговая обманка, биотит	Порфировая, тонкопузырчатая
Базальт (эффузивный аналог габбро)	Плагиоклазы, оливин, авгит	Плотная, мелко-кристаллическая, скрытокристаллическая
Андезит	Плагиоклазы, полевые шпаты, роговая обманка, биотит	Неполнокристаллическая порфировая, мелкозернистая

Наибольшее распространение в земной коре имеют граниты (интрузивные породы), андезиты и базальты (эффузивные породы).

Граниты составляют ~30% массы земной коры. Граниты состоят в основном из трех минералов: кварца, полевого шпата и слюды (или роговой обманки).

Андезиты - породы с вкраплениями из полевых шпатов (альбита, анортита), роговой обманки, слюд и пироксена - составляют ~25% массы земной коры.

Базальты составляют ~ 20% массы земной коры, в их состав входят преимущественно полевые шпаты, пироксен, оливин. Остальное приходится на долю всех остальных горных пород.

Осадочные горные породы образуются при механическом и химическом разрушении магматических пород под действием воды, воздуха и органического вещества.

По признаку происхождения их делят на три группы: обломочные, химические и органические.

Обломочные горные породы образуются в процессах разрушения, переноса и отложения обломков горных пород. Это чаще всего каменистые осыпи, галечники, пески, суглинки, глины и лёссы. Обломочные породы разделяют по крупности:

· грубообломочные (> 2 мм); остроугольные обломки - дресва, щебень, сцементированные глинистыми сланцами, образуют брекчии, а окатанные - гравий, галька - конгломераты );

· среднеобломочные (от 2 до 0,5 мм) - образуют пески;

· мелкообломочные, или пылеватые - образуют лёссы;

· тонкообломочные, или глинистые (< 0,001 мм) - при уплотнении превращаются в глинистые сланцы.

Осадочные породы химического происхождения - соли и отложения, образующиеся из насыщенных водных растворов. Они имеют слоистое строение, состоят из галоидных, сернокислых и карбонатных минералов. К ним относятся каменная соль, гипс, карналлит, опоки, мергель, фосфориты, железо-марганцевые конкреции и т.д. (табл. 2.4). Они могут образовываться в смеси с обломочными и органическими отложениями.

Мергель образуется при вымывании из известняков карбоната кальция, содержит глинистые частицы, плотный, светлый.

Железо-марганцевые конкреции образуются из коллоидных растворов и под действием микроорганизмов и создают шариковидные залежи железных руд. Фосфориты образуются в форме шишковидных конкреций неправильной формы, при слиянии которых возникают фосфоритные плиты залежи фосфоритовых руд серого и буроватого цветов.

Горные породы органического происхождения широко распространены в природе - это останки животных и растений: кораллы, известняки, ракушечники, радиоляриевые, диатомовые и различные черные органические илы, торф, каменные и бурые угли, нефть.

Осадочная толща земной коры формируется под воздействием климата, ледников, стока, почвообразования, жизнедеятельности организмов, и ей присуща зональность: зональные донные илы в Мировом океане и континентальные отложения на суше (ледниковые и водно-ледниковые в полярных областях, торф в тайге, соли в пустыне и т. д.). Осадочные толщи накапливались в течение многих миллионов лет. За это время картина зональности многократно менялась в связи с переменами в положении оси вращения Земли и другими астрономическими причинами. Для каждой конкретной геологической эпохи можно восстановить систему зон с соответствующей ей дифференциацией процессов осадконакопления. Строение современной осадочной оболочки - это результаты перекрытия множества разновременных зональных систем.

На большей части территории земного шара почвообразование идет на осадочных горных породах. В северной части Азии, Европы и Америки обширные пространства заняты породами, отложенными ледниками четвертичного периода (мореной) и продуктами размывания их талыми ледниковыми водами.

Моренные суглинки и супеси. Эти породы отличаются неоднородностью состава: они представляют сочетание глины, песка и валунов различного размера. Супесчаные почвы содержат больше Si02 и меньше других окислов. Окраска большей частью красно-бурая, иногда палевая или светло-бурая; сложение плотное. Более благоприятную среду для растений представляют моренные отложения, содержащие валуны известковых пород.

Покровные глины и суглинки - безвалунные, мелкоземистые породы. Состоят преимущественно из частиц меньше 0,05 мм в диаметре. Окраска буровато-желтая, большей частью обладают мелкой пористостью. Содержат больше элементов питания, чем описанные выше пески.

Лессовидные суглинки и лессы - безвалунные, мелкоземистые, карбонатные, палевые и желто-палевые, мелкопористые породы. Для типичных лессов характерно преобладание частиц диаметром 0,05-0,01 мм. Встречаются также разновидности с преобладанием частиц диаметром меньше 0,01 мм. Содержание углекислого кальция колеблется от 10 до 50%. Верхние слои лессовидных суглинков нередко бывают освобождены от углекислого кальция. В бескарбонатной части преобладают кварц, полевые шпаты, глинистые минералы.

Красноцветная кора выветривания. В странах с тропическим и субтропическим климатом широко распространены мелкоземистые отложения третичного возраста. Они отличаются красноватой окраской, сильно обогащены алюминием и железом и обеднены другими элементами.

Коренные породы. На значительных территориях на поверхность выходят морские и континентальные породы дочетвертичного возраста, объединяемые под названием «коренные породы». Названные породы особенно распространены в Поволжье, а также в предгорьях и горных странах. Среди коренных пород широко распространены карбонатные и мергелистые суглинки и глины, известняки, а также песчаные отложения. Следует отметить обогащенность многих песчаных коренных пород элементами питания. Кроме кварца эти пески содержат значительные количества других минералов: слюд, полевых шпатов, некоторых силикатов и т. д. В качестве материнской горной породы они резко отличаются от древнеаллювиальных кварцевых песков. Состав коренных пород очень разнообразен и недостаточно изучен.

Метаморфические горные породы - это магматические и осадочные горные породы, измененные температурой, давлением и химически активными веществами. Метаморфоза горных пород происходит под влиянием следующих факторов:

- давления, возникающего при горообразовательных процессах;

- повышения температуры, вызванного внедряющейся в литосферу магмой, горячих водных растворов и газов, несущих новые химически активные соединения;

- давления вышележащих горных пород.

Одна из последних классификаций метаморфизма приведена в табл.

Таблица Классификация метаморфизма горных пород

Тип метаморфизма	Факторы метаморфизма
Метаморфизм погружения	Увеличение давления, циркуляция водных растворов
Метаморфизм нагревания	Рост температуры
Метаморфизм гидратации	Взаимодействие горных пород с водными растворами
Дислокационный метаморфизм	Тектонические деформации
Импактный (ударный) метаморфизм	Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы

Например, при накоплении осадочных горных пород мощностью 10 - 14 км нижние их слои испытывают огромное давление, сопровождающееся повышением температуры и перекристаллизацией всего материала. В результате этого процесса из глин образуются сначала сланцы, а затем гнейсы, напоминающие по составу гранит. Состав гнейсов различен. Из песков в присутствии соединений железа сначала образуются песчаники, очень легко рассыпающиеся при приложении небольших усилий, а затем кварциты, т.е. кристаллическая горная порода. Кварциты и гнейсы сохраняют слоистое строение, характерное для осадочных пород. Известняки при перекристаллизации образуют мрамор.

Таким образом, процессы метаморфизма как бы заключают цикл изменений, происходящих с горными породами.

Классификация и основные виды горных пород

В качестве природных каменных материалов в строительстве используют горные породы, которые обладают необходимыми строительными свойствами.

По геологической классификации горные породы подразделяют на три типа:

магматические (первичные);

осадочные (вторичные);

метаморфические (видоизменённые).

1) Изверженные (первичные) горные породы образовались при остывании поднявшейся из глубин земли расплавленной магмы. Строения и свойства изверженных горных пород в значительной степени зависят от условия остывания магмы, в связи с чем эти породы подразделяют на глубинные и излившиеся.

Глубинные горные породы образовались при медленном остывании магмы в глубине земной коры при больших давлениях вышележащих слоёв земли, что способствовало формированию пород с плотной зернисто-кристаллической структурой, большой и средней плотностью, высоким пределом прочности при сжатии. Эти породы обладают малым водопоглощением и высокой морозостойкостью. К этим породам относят гранит, сиенит, диорит, габбро и др.

Излившиеся породы образовались в процессе выхода магмы на земную поверхность при сравнительно быстром и неравномерном охлаждении. Наиболее распространёнными излившимися породами являются порфир, диабаз, базальт, вулканические рыхлые породы.

2) Осадочные (вторичные) горные породы образовались из первичных (изверженных) горных пород под воздействием температурных перепадов, солнечной радиации, действия воды, атмосферных газов и др. В связи с этим осадочные горные породы подразделяют на обломочные (рыхлые), химические и органогенные.

К обломочным рыхлым горным породам относят гравий, щебень, песок, глину.

Химические осадочные породы: известняк, доломит, гипс.

Органогенные горные породы: известняк-ракушечник, диатомит, мел.

3) Метаморфические (видоизменённые) горные породы образовались из изверженных и осадочных горных пород под влиянием высоких температур и давлений в процессе поднятия и опускания земной коры. К ним относят глинистый сланец, мрамор, кварцит.

Классификация и основные виды природных каменных материалов

Природные каменные материалы и изделия получают путём обработки горных пород.

По способу получения каменные материалы подразделяют на:

рваный камень (бут) -- добывают взрывным способом;

грубоколотый камень -- получают раскалыванием без обработки;

дроблёный -- получают дроблением (щебень, искусственный песок);

сортированный камень (булыжник, гравий).

Каменные материалы по форме делят на камни неправильной формы (щебень, гравий);

штучные изделия, имеющие правильную форму (плиты, блоки).

Щебень -- остроугольные куски горных пород размером от 5 до 70 мм, получаемые при механическом или природном дроблении бута (рваный камень) или естественных камней. Его используют в качестве крупного заполнителя для приготовления бетонных смесей, устройства оснований.

Гравий -- окатанные куски горных пород размером от 5 до 120 мм, также используется для приготовления искусственных гравийно-щебёночных смесей.

Песок-- рыхлая смесь зёрен горных пород размером от 0,14 до 5 мм. Он образуется обычно в результате выветривания горных пород, но может быть получен и искусственным путём -- дроблением гравия, щебня, и кусков горных пород.

Вопрос №2

Что называют арболитом? Опишите его свойства и получение. Укажите области применения арболита, фибролита, ксилолита и опилкобетонна в строительстве.

Ответ

Арболит (древоблок)- ГОСТ 19 222-84 - это строительный материал, разновидность легкого бетона, основными составляющими которого являются органический заполнитель - древесная щепа, его минеральное связующее - высокосортный цемент и отвердитель -экологически безопасная химическая добавка, применяемая также для очистки воды .

Способ изготовления арболита.

При изготовлении арболита нужно учесть одну особенность. В органических наполнителях имеется определенное количество сахаристых веществ, значительно снижающих прочность бетона. Их надо нейтрализовать. Делают это так. На 1 куб.м. опилок (или других наполнителей) берут 2,5 кг извести-пушонки. Известь растворяют в 200 литрах воды и этим раствором поливают опилки, тщательно их перемешивая.

Прочность арболита определяется двумя факторами: маркой цемента и специальными минеральными добавками.

В качестве добавок применяют следующие соли металлов:

- сернокислый алюминий,

- хлористый магний,

- хлористый алюминий,

- хлористый калий,

- хлористый кальций,

- сернокислый натрий,

- аммиачная селитра.

Любую из этих солей добавляют в арболит в количестве 3% от объема наполнителя. Кроме этого, добавляют столько же извести-пушонки.

1. Свойства и характеристики арболита

Арболитовый блок или древоблок (ГОСТ 19222-84), в зависимости от марки, может содержать в своем составе до 90% древесной щепы, что делает его экологически чистым продуктом. В арболите сочетаются лучшие качества камня и дерева. Благодаря высокой пористости арболит обладает хорошими теплозвукоизоляционными свойствами. Теплозащитные качества арболита в 2-3 раза превосходят керамзитобетон, а кирпич - в 4-5 раз.

Арболит имеет высокий коэффициент теплоемкости, то есть при нагревании он способен поглощать тепло, а при охлаждении - отдавать. Высокая теплоемкость способствует созданию ровного климата в помещении, поэтому дневные и ночные колебания температуры не будут особо заметны. Для простоты понимания приведем доступный пример: если вы приехали зимой на дачу и начали ее отапливать, то в доме из пенобетона или кирпича сначала будут прогреваться стены, и только после этого все внутреннее помещение. Это обусловлено тем, что теплоемкость воздуха (1,005 кДж/кгК) выше, чем теплоемкость пенобетона и кирпича.

Если стены дома вашей дачи будут построены из арболита, то сначала в помещении прогреется воздух, а уже потом начнут прогреваться стены, так как теплоемкость арболита (2,3кДж/кгК) выше теплоемкости воздуха. Эта характеристика арболита имеет огромное значение в холодных регионах (особенно при нерегулярных системах отопления) для поддержания устойчивого температурного режима в помещении.

В домах, построенных из арболитовых блоков, как правило, никогда не бывает сырости, в связи с тем, что арболит хорошо впитывает и отдает влагу. Стены из арболита способны «дышать», поэтому в помещении происходит естественный воздухообмен, что можно рассматривать как дополнительный, а в некоторых случаях и единственный, источник вентиляции. Не смотря на то, что в состав арболита входит большое содержание древесной щепы, он не является пожароопасным и, в отличие от дерева, не поддерживает горение. Огнестойкость арболита составляет 0,75-1,5 часа.

Вес одного арболитного блока, имеющего размеры 500х250х300 мм, будет составлять около 24 кг. Вес 1 м? стены при толщине 300 мм не превысит 200 кг, следовательно, конструкция получится достаточно легкой для того, чтобы сделать облегченный тип фундамента. Но, не смотря на то, что арболит является материалом легким, он обладает повышенной сопротивляемостью к ударным нагрузкам и высоким пределом прочности при изгибе. Также нельзя не отметить, что арболит является единственным материалом среди легких бетонов, который работает на изгиб.

Арболит является материалом морозостойким ((F25-F50), он не подвержен воздействию бактерий, гнили и грызунов (5 группа биостойкости). Однако арболит имеет и свои недостатки, главными из которых являются его неустойчивость к действию агрессивных газов и высокий уровень водопоглощения - 40-85%, что несколько ограничивает его применение в условиях высокой влажности.

Средняя стоимость арболитовых блоков составляет 3800-4000 руб/м?. Арболитовые блоки можно купить и поштучно, цена одного блока зависит от его размера и наличия облицовки. Так, арболитовый блок без облицовки размером 500х250х150 мм стоит порядка 80 руб. за 1 шт., размером 300х200х500 мм - порядка 140 руб. за 1 шт. Арболитовый блок с облицовкой размером 510?188?300 мм будет стоить около 200 руб. за 1 шт.

2. Применение арболита в строительстве

Арболит имеет следующие марки: 50, 35, 25, 15, 10, 5. В зависимости от того, какую среднюю плотность в высушенном состоянии имеет арболит, он подразделяется на теплоизоляционный (средняя плотность составляет до 500 кг/м?) и конструкционный (средняя плотность - 500-850 кг/м?).

Из арболита изготавливают стеновые панели и блоки. Блоки, имеющие размеры 300х200х500 мм, предназначаются для возведения наружных стен, а блоки с размерами 200х200х500 мм - для устройства внутренних перегородок. Арболитовые панели чаще всего имеют размеры 2300х1200 мм при толщине 200 или 280 мм. Обычно их применяют в качестве теплоизоляционного материала.

Все выше приведенные размеры не являются единственно возможными, так как производители изготавливают блоки из арболита и других размеров. Кроме того, арболитовые изделия, согласно ГОСТ 19222-84, могут иметь цементно-песчаное или цементно-песчано-известковое внутреннее покрытие. арболит строительство изделие

Арболит широко применяется в гражданском и промышленном малоэтажном строительстве. В зависимости от марки арболита его можно использовать для строительства 2-3-х этажных жилых зданий, сельскохозяйственных и складских помещений.

Также арболит хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для строительства гаражей, подсобных помещений, заборов и других ограждающих конструкций. Однако Дом советов отмечает, что здесь необходимо знать, что наружная поверхность ограждающих конструкций, выполненных из арболита, подлежит дополнительной отделке материалом, имеющим с арболитом надежное сцепление (например, декоративный бетон) для защиты от влажности. С той же целью при строительстве домов из арболита, цоколь выполняют из кирпича или бетона, а карниз выносят не менее чем на 50 см.

Кстати, за границей, в таких странах, как, например, Швейцария и Германия, для термоизоляции жилых домов в основном используют плиты из арболита. Специалистами было подсчитано, что стоимость стен из арболита приблизительно в два раза ниже, чем из керамзитобетона, и более чем в два раза меньше, чем из кирпича и панелей, утепленных минераловатой. Более того, уменьшается и стоимость фундамента, так как арболитовые плиты имеют более низкий объемный вес.

Для изготовления арболита и изделий из него применяют следующие материалы:

· минеральное вяжущее (портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий цемент - кроме пуццоланового - по ГОСТ 10178 и ГОСТ 22266 марок не ниже 300 - для теплоизоляционного арболита и 400 - для конструкционного арболита);

· органические заполнители (измельченная древесина из отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки хвойных (ель, сосна, пихта) и лиственных (береза, осина, бук, тополь) пород, костра конопли и льна, измельченные стебли хлопчатника и измельченная рисовая солома);

· добавочные вещества (ускорители твердения, парообразователь, пластификаторы, ингибиторы коррозии стали и др.) по ГОСТ 24211-08[2];

· вода по ГОСТ 23723.

Органические заполнители должны удовлетворять требованиям:

1) измельченная древесина: размеры древесных частиц не должны превышать по длине 40, по ширине 10, а по толщине 5 мм, примесь коры не более 10%, хвои и листьев - более 5%.

2) костра конопли и льна, измельченные стебли хлопчатника и измельченная рисовая солома: длина частиц - не более 40 мм, содержание очеса и пакли - не более 5%.

Древесный заполнитель, как и другие органические заполнители, обладает высокой химической активностью по отношению к минеральным вяжущем веществам. Это вызвано наличием в них легкорастворимых, химически активных веществ. Поэтому при проектировании состава арболита следует внимательно подходить к подбору химических добавок, используемых в качестве минерализаторов. Согласно нормативам рекомендуются три вида "минирализатора": хлорид кальция, жидкое стекло и комплексная добавка из сернокислого алюминия и извести-пушенки.

Фибролит в отличие от арболита в качестве заполнителя и одновременно армирующего компонента включает древесную шерсть - стружку длинной от 200 до 500 мм., шириной 4…7 мм. и толщиной 0,25…0,5 мм. Древесную шерсть получают из неделовой древесины хвойных, реже лиственных пород. Фибролит отличается высокой звукопоглащаемостью, легкой обрабатываемостью, гвоздимостью, хорошим сцеплением со штукатурным слоем и бетоном. Технология производства фибролита включает приготовление древесной шерсти, обработки ее минерализатором, смешиванием с цементом, прессование плит и их термическую обработку.

Опилкобетоны - это материал на основе минеральных вяжущих и древесных опилок. К ним относятся ксилолит, ксилобетон и некоторые другие материалы, близкие к ним по составу и технологии.

Ксилолитом называется искусственный строительный материал, полученный в результате твердения смеси магнезиального вяжущего и древесных опилок, затворенной раствором хлорида или сульфата магния. В основном ксилолит применяется для устройства монолитных или сборных покрытий пола. Преимущества ксилолитовых полов - относительно небольшой коэффициент теплоусвоения, гигиеничность, достаточная твердость, низкая истираемость, возможность разнообразной цветной окраски.

Ксилобетоны - разновидность легкого бетона, заполнителем которого служат опилки, а вяжущим - цемент или известь и гипс, ксилобетон при объемной массе 300…700 кг/мі и прочности на сжатии 0,4…3 МПа применяют как теплоизоляционный, а при объемной массе 700…1200 кг/мі и прочности на сжатие до 10 МПА - как конструктивно-теплоизоляционный материал.

Клееная древесина относится к наиболее эффективным строительным материалам. Она может быть слоистой или полученной из шпона (фанера, древеснослоистые пластики); массивной из кусковых отходов лесопиления и деревообработке (панели, шиты, брусья, доски) и комбинированной (столярные плиты). Преимущества клееной древесины - низкая объемная масса, водостойкость, возможность получения из маломерного материала изделий сложной формы, крупных конструктивных элементов. В клееных конструкциях ослабляется влияние анизотропности древесины и его пороков, они характеризируется повышенной глиностойкостью и низкой возгораемостью, не подвержены усушке и короблении. Клееные деревянные конструкции по срокам и трудозатратам при возведении зданий, стойкости при возведении агрессивной воздушной среды часто успешно конкурируют со стальными и железобетонными конструкциями. Их применение эффективно при возведении сельскохозяйственных и промышленных предприятий, выставочных и торговых павильонов, спортивных комплексов, зданий и сооружений сборно-разборного типа.

Древесно-стружечные плиты - это материал, полученный горячим прессованием измельченной древесины, смешанной со связующими веществами - синтетическими полимерами. Преимуществами этого материала являются однородность физико-механических свойств в различных направлениях, сравнительно небольшие линейные изменения при переменной влажности, возможность высокой механизации и автоматизации производства.

Строительные материалы на основе некоторых отходов древесины могут изготавливаться без применения специальных вяжущих. Частицы древесины в таких материалах связываются в результате сближения и переплетения волокон, их когезионной способности и физико-химических связей, возникающих в процессе обработки пресс-массы при высоких давлении и температуры.

Чтобы получить достаточно полное представление об использовании древесины в строительстве, ниже рассмотрены еще строительные материалы, получаемые из древесных отходов. Строго говоря, эта группа материалов в большей мере относится к искусственным материалам (ИСК), так как при их получении происходит частичное или полное изменение химического состава древесины под влиянием химической технологии. Вместе с тем эти материалы можно рассматривать как пример отсутствия четкой границы между природными и искусственными материалами, применяемыми в строительстве. Такие примеры с не вполне четкой границей раздела между этими типами материалов встречаются и при рассмотрении каменных и других материалов.

В нашей стране ежегодно заготовляется огромный объем древесины, которая направляется главным образом на нужды строительства. Однако чем больше вырабатывается деловой древесины, тем больший отход получается при лесозаготовках и переработке стволовой древесины. Технический прогресс коснулся главным образом механизированного производства столярных и древесно-волокнистых плит, деревобетона (арболита), древесностружечных плит, щитов и др., из отходов практически любых размеров. Такие плиты и многие другие изделия анизотропны по свойствам, не коробятся, не усыхают и как полуфабрикат используются при производстве красивых фанерованных дверей, встроенной мебели, облицовочных панелей, перегородок, теплоизоляционных изделий и деталей, стеновых блоков и панелей (из арболита), паркета и кровли и т. п. И, тем не менее, на многих лесосеках и заводах продолжает скапливаться огромное количество отходов.

Из кусковых отходов лесопиления и деревообработки могут быть изготовлены клееные панели, щиты и плиты, щитовый паркет, дверные коробки, кровельная и штукатурная дрань, кровельная плитка и гонт, заготовки для столярного производства, арболит и стеновые блоки и панели из него, древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты и др. Они с успехом заменяют деловую древесину. Среди них особой известностью в строительстве пользуются древесно-волокнистые плиты, которые являются современным строительным и отделочным материалом. Для их получения разработаны специальные технологические линии на заводах и комбинатах строительных материалов. Особо ценные сорта плит используют для отделки стен, перегородок, дверных проемов, встроенной мебели, для облицовки кухонной мебели и других элементов в жилых, общественных и промышленных зданиях. Плиты для декоративных целей обрабатывают с получением необходимой окраски их поверхности, тиснения и пр. Большим спросом у строителей пользуются также плиты древесно-стружечные плоского прессования, применяемые в качестве конструкционного и отделочного материала. Широкое применение имеет арболит как стеновой материал. Особенно часто изделия из древесных отходов используют как теплоизоляционный материал. Значительное количество древесных кусковых отходов щепы и стружки, в частности хвойных пород, может быть использовано при производстве кровельного картона. В нем содержание древесного волокна возможно увеличить до 40% и более взамен тряпья, качество которого снизилось в связи с избытком в нем синтетических волокон, непригодных для кровельного картона.

Опилкобетон

Из опилок и стружек материалы и изделия изготавливают либо на основе вяжущих веществ (опилкобетон, ксилолит, термиз, термопорит, гипсопилочные блоки и др.), либо без применения специальных вяжущих (лигноуглеводные пластики, вибролит и др.).

При изготовлении опилочных конгломератов с введением в них вяжущих веществ, кроме опилок вносятся в смесь песок, гравий, минерализаторы (жидкое стекло, известковое молоко, раствор фтористого натрия и др.). Опилки используются не только свежие, но и лежалые. В качестве вяжущих -- цемент, известь, гипс, каустический магнезит и др. Так, например, для приготовления ксилолитовой смеси при производстве плит (для устройства полов) используют каустический магнезит, затворяемый на водном растворе хлористого магния. В полуторном или двойном количестве (по общему) по отношению к магнезиту добавляются в смесь опилки влажностью не более 8%, а при необходимости получения жесткого покрытия (а не пластичного) вносится еще небольшая часть кварцевого песка. В так называемые твердые опилочные плиты в качестве связующего вносятся аммиак, смолы или смесь смолы с аммиаком, а при производстве листового тырсолита толщиной от 1,5 до 8 мм используют карбамидную смолу с примесью отвердителя (контакта Петрова).

При изготовлении опилочных конгломератов без введения в их состав каких-либо специальных вяжущих веществ учитывается способность древесины к выделению собственных клеящих веществ в процессе гидролитического расщепления лигноуглеводных комплексов клеточных оболочек и полисахаридов. Технологический период характеризуется сушкой и дозированием древесных частиц, формованием и подпрессовкой на поддоне ковра необходимой толщины, горячим прессованием и охлаждением под давлением пресса. Именно по такой схеме изготовляют лигноуглеводные древесные пластики. На прочность такого пластика оказывает влияние размер древесных частиц: с их измельчением возрастает прочность пластика.

Наиболее ответственный режим на стадии горячего прессования ведется при давлении 1 ... 5 МПа и температуре 160 ... 170С с последующим охлаждением плит пресса до 20°С. Имеет значение порода исходной древесной смеси. Для этих пластиков пригодны ель, лиственница, сосна, береза и осина. Готовые изделия (пластики) используют в качестве конструкционно-отделочного материала; они покрываются в технологический период облицовочным шпоном. Сходными в производстве являются пьезотермопластики -- плитный или плиточный материал, изготовляемый при высоких давлениях и температуре из древесных отходов, особенно опилок, без добавления связующих веществ.

Существуют две технологические схемы их производства: без предварительной обработки древесных отходов и с обработкой отходов (гидролизом) древесных опилок -- горячей водой (или паром), иногда с химикатами. Пьезотермопластики используют для полов взамен паркета и дверей, в качестве отделочного материала и т. д. Из опилок и мелкой стружки после обработки в молотковой дробилке и вибромельнице, формования и горячего прессования получают плиты вибролита. После сушки плиты показывают достаточно высокие показатели качества. Вибролит используют для настила черного пола, устройства перегородок, щитовых дверей, изготовления встроенной мебели и пр.

Фибролит

Из коры и сучьев получают материалы и изделия на основе вводимых вяжущих или без их применения. Так, например, с применением гипсового вяжущего предложено получать королит. С этой целью подсушенная, измельченная и просеянная кора загружается в смеситель, заливается растворами антисептика (например, оксидифенил натрия) и ингибитора (например, казеина, буры, мездрового клея). Смесь объединяется с гипсовым вяжущим веществом, перемешивается до однородного состояния и в формах уплотняется при давлени. Королит применяют как утеплитель полов и стен. Вместо гипса используют портландцемент и цементно-песчаный раствор. Среди других изделий с применением коры и сучков с добавлением или без добавления связующих следует отметить изоляционные плиты, плиты из цельной коры, сучкоблоки и др. В изоляционных плитах пресс-масса из измельченной коры ели, гидрофобизатора и антипирена обрабатывается связующим в виде сульфитной барды (отхода производства целлюлозы по сульфитному способу) с последующим формованием и горячим прессованием плит.

В плитах из цельной коры ели, пихты или лиственницы отсутствует какое-либо дополнительно введенное вяжущее или клеящее вещество. Для их получения снимают кору специальным образом со ствола и ее обрабатывают и склеивают в листы путем прессования. Эти плиты размером по длине до 3 м, ширине 0,4... 1,2 м и толщине до 25 мм используют для обшивки стен, перегородок, устройства кровли (иногда с покрытием известковым раствором). При изготовлении сучкоблоков используют отходы от лесозаготовок -- свежесрубленные ветви сосны, ели, ивы, пихты, кедра и др.

Спрессованный готовый блок из ветвей стягивается в двух местах проволокой диаметром 3 мм, а неровности в виде боковых сучков удаляются циркулярной пилой. Блоки, прошедшие антисептирование, подвергают атмосферной сушке до влажности 20... 30%, используют в бескаркасном одноэтажном строительстве, а также для изоляции. При увеличении высоты зданий применяют в сочетании с металлической арматурой диаметром 4 ... 8 мм, укладываемой на уровне перемычек, подоконников и др.

Вопрос №3

Приведите классификацию минеральных вяжущих веществ. Опишите способы получения воздушных вяжущих веществ, их свойства и область применения в строительстве.

Ответ

Минеральные вяжущие вещества -- это тонкоизмельченные порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой пластичное тесто, которое самопроизвольно или в определенных условиях постепенно затвердевает и переходит в камневидное состояние. Таким образом, вяжущие вещества могут скреплять между собой камни (например, кирпич) или зерна песка, гравия и щебня. Это свойство вяжущих веществ используют для приготовления на их основе растворов, бетонов, безобжиговых искусственных каменных материалов и изделий.

Минеральные (неорганические) вяжущие вещества получают путем обжига в печах природных каменных материалов (известняков, гипса, ангидрита, доломита, магнезита) или их смесей с глиной. Куски, полученные после обжига, с помощью помола превращают в тонкий порошок. Чем меньше размер зерен после помола, тем выше активность (качество) вяжущего.

В зависимости от условий твердения минеральные вяжущие подразделяют на воздушные, гидравлические, кислотостойкие и вяжущие автоклавного твердения.

Воздушные вяжущие твердеют и длительное время сохраняют свою прочность только на воздухе. К ним относят воздушную известь, гипсовые, магнезиальные вяжущие и жидкое стекло. Во влажных условиях они теряют свою прочность, поэтому их применяют только в сухих условиях эксплуатации.

Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность как на воздухе, так и в воде. Для эффективного твердения гидравлических вяжущих необходимо, чтобы в твердеющем материале постоянно была вода; в сухих условиях процесс твердения приостанавливается. В сухих условиях вяжущее теряет большую часть воды затворения, и химические реакции, благодаря которым формируется прочность материала, замедляются. В благоприятных условиях, когда влажность окружающей среды достаточна, или в воде гидравлические вяжущие со временем повышают прочность. К ним относят: гидравлическую известь, портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент и др.

Кислотостойкие вяжущие после затворения их водным раствором силиката натрия (жидкого стекла) затвердевают на воздухе. Затем они длительное время сохраняют прочность при воздействии некоторых кислот. Эти материалы теряют прочность в воде, а в среде едкой щелочи разрушаются.

Вяжущие автоклавного твердения -- разновидность гидравлических вяжущих. Прочность их формируется только при повышенной температуре (175…180°С) и обязательно в среде насыщенного водяного пара, т. е. в условиях автоклавной обработки (при давлении 0,8…1,5 МПа). В группу этих вяжущих входят нефелиновый цемент, известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые вяжущие и др.

По химическому составу минеральные вяжущие вещества подразделяют на следующие основные группы: строительная известь, гипсовые вяжущие, цементы, смешанные вяжущие, магнезиальные вяжущие, жидкое (растворимое) стекло.

Минеральные вяжущие вещества представляют собой порошкообразные материалы, способные при смешивании их с водой образовывать пластическое тесто, которое в результате физико-химических процессов постепенно затвердевает в каменновидное тело.

Из минеральных вяжущих веществ производят растворы для кладки стен, фундаментов, печей, труб, а также изготавливают искусственные безобжиговые изделия, бетон, железобетон, детали и конструкции из них.

Минеральные вяжущие вещества делятся на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие затвердевают и длительно сохраняют прочность только на воздухе. Гидравлические вяжущие затвердевают и длительно сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде.

Воздушные вяжущие вещества. К воздушным вяжущим веществам относятся: воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие.

Воздушная известь является местным вяжущим веществом. Ее получают обжигом при температуре 1000--1200 °С кальциево-карбонатных пород (известняка, мела и др.), содержащих не более 8 % глинистых примесей. Воздушная известь может выпускаться в виде кусков белого или серого цвета и называется комовой; или, если комовую известь измельчить, получается молотая известь. В порошкообразное состояние воздушная известь может превращаться гашением. Гашение извести протекает бурно, с выделением тепла и образованием гидроксида кальция по реакции:

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 15,5 ккал.

Если для гашения взять 40--70 % воды от веса извести, то получается тонкий порошок, который называется гидратной известью.

В зависимости от содержания активных оксидов Са и Mg и непогасившихся зерен воздушная и гидратная известь делится на два сорта: I и II. Для воздушной извести содержание оксидов должно быть не менее 70 % для I сорта и 52% -- для второго сорта, а для гидратной извести соответственно 55% и 40%.

Применяется известь для приготовления растворов для кладки и штукатурки, получения силикатного кирпича и смешанных цементов.

Гипсовые вяжущие вещества получают в результате обжига природного двухводного гипсового камня (CaSО4-2H2О). Из гипсовых вяжущих веществ основными являются строительный, формовочный и ангидритовый цемент.

Строительный гипс (устаревшее название -- алебастр) получают при обжиге двухводного гипсового камня при температуре 120-- 170 °С. В результате обжига происходит гидратация и двуводный гипсовый камень переходит в полуводное состояние по реакции:

2(CaSО4*2H2О) = 2(CaSО4*0,5H2О) + 3H2О

Строительный гипс относится к быстротвердеющим вяжущим -- начало схватывания 4-6 минут, а конец -- 30 минут. Строительный гипс делится на три сорта: I, II и III. Для I сорта тонкость помола должна быть не более 15 %, для II сорта -- 20 % и для III сорта -- 30%. Предел прочности при сжатии соответственно 5,5 МПа, 4,5 МПа и 3,5 МПа.

Применяют строительный гипс при оштукатуривании помещений и получения сухой гипсовой штукатурки, перегородочных плит.

Формовочный гипс от строительного отличается более тонким помолом и более высокой прочностью. Время схватывания формовочного гипса должно быть не менее 30 мин. Применяется формовочный гипс для скульптурных и лепных работ, изготовления форм для керамической промышленности.

Ангидритовый цемент получают при обжиге двуводного гипсового камня при температуре 600-700 °С и последующим помолом с добавлением извести и шлака и других активизаторов твердения. По пределу прочности на сжатие (МПа) он делится на четыре маркий, 10, 15, 20. Применяется для кладки и оштукатуривания внутренних стен и изготовления художественных изделий.

...