Строительные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1. Дать общие сведения о железобетоне
• 2. Дать общие сведения о строительной воздушной извести; описать производство, гашение, твердение воздушной извести
• 3. Какие метаморфические горные породы применяются в строительстве, дать им характеристику
• 4. Что такое водопоглощение материала? Виды водопоглощения?
• 5. Описать полимерные мастики и клеи
• Задача
• Литература
• 1. Дать общие сведения о железобетоне
• Железобетон представляет собой строительный материал котором выгодно сочетается совместная работа бетона и стали крайне отличающихся своими механическими свойствами [1]. Бетон, как и всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но он хрупок и слабо противодействует растягивающим напряжениям. Прочность бетона при растяжении примерно в 10... 15 раз меньше прочности при сжатии. В результате этого бетон невыгодно использовать для изготовления конструкций, в которых возникают растягивающие напряжения. Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе.
• Для строительства элементов, подверженных изгибу, целесообразно применять железобетон. При работе таких элементов возникают напряжения двух видов: растягивающие и сжимающие. При этом сталь воспринимает первые напряжения, а бетон -- вторые и железобетонный элемент в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам. Таким образом сочетается работа бетона и стали в одном материале -- железобетоне.
• Возможность совместной работы в железобетоне двух резко различных по своим свойствам материалов определяется следующими важнейшими факторами: прочным сцеплением бетона со стальной арматурой, вследствие этого при возникновении напряжения в железобетонной конструкции оба материала работают совместно; почти одинаковым коэффициентом температурного расширения стали и бетона, чем обеспечивается полная монолитность железобетона; бетон не только не оказывает разрушающего влияния на заключенную в нем сталь, но и предохраняет ее от коррозии.
• В зависимости от способа армирования и состояния арматуры различают железобетонные изделия с обычным армированием и предварительно напряженные. Армирование бетона стальными стержнями, сетками или каркасами не предохраняет изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в растянутой зоне бетона, так как последний обладает незначительной растяжимостью (1...2мм на 1 м), тогда как сталь выдерживает без разрушения в 5...6 раз большие растягивающие напряжения, чем бетон. Появление трещин отрицательно влияет на работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, в трещины проникают влага и газы, отчего создается опасность коррозии стальной арматуры.
• В основу классификации сборных железобетонных изделий положены следующие признаки: вид армирования, плотность, вид бетона, внутреннее строение и назначение.
• По виду армирования железобетонные изделия делят на предварительно напряженные и с обычным армированием.
• По плотности изделия бывают из тяжелых бетонов, облегченного, легкого и из особо легких (теплоизоляционных) бетонов. Для элементов каркаса зданий применяют тяжелый бетон, а для ограждающих конструкций зданий -- легкий.
• По виду бетонов и применяемых в бетоне вяжущих добавок различают изделия: из цементных бетонов -- тяжелых на обычных плотных заполнителях и легких бетонов на пористых заполнителях: силикатных бетонов автоклавного твердения -- плотных (тяжелых) или легких на пористых заполнителях на основе извести или смешанном вяжущем; ячеистых бетонов -- на цементе, извести или смешанном вяжущем; специальных бетонов -- жаростойких, химически стойких, декоративных, гидратных.
• По внутреннему строению изделия могут быть сплошными и пустотелыми, изготовленными из бетона одного вида, однослойные или двухслойные и многослойные, изготовленные из разных видов бетона или с применением различных материалов, например теплоизоляционных.
• Железобетонные изделия одного вида могут отличаться также типоразмерами, например стеновой блок угловой, подоконный и т. д. Изделия одного типоразмера могут подразделяться также по классам. В основу деления на классы положено различное армирование, наличие монтажных отверстий или различие в закладных деталях.
• В зависимости от назначения сборные железобетонные изделия делят на основные группы: для жилых, общественных промышленных зданий, для сооружений сельскохозяйственного и гидротехнического строительства, а также изделий общего назначения.

2. Дать общие сведения о строительной воздушной извести; описать производство, гашение, твердение воздушной извести

Строительной воздушной известью называется продукт, получаемый из известковых и известково-магнезиальных карбонатных пород обжигом их до возможно полного удаления углекислоты и состоящий преимущественно из оксида кальция. ([2] стр 136 ). Содержание примесей глины, кварцевого песка и т. п. в карбонатных породах не должно превышать 6--8 %. При большем количестве этих примесей в результате обжига получают гидравлическую известь.

Воздушная известь относится к классу воздушных вяжущих: при обычных температурах и без добавок пуццолановых веществ она твердеет лишь в воздушной среде.

Различают следующие виды воздушной извести: известь негашеную комовую; известь негашеную молотую; известь гидратную (пушонку); известковое тесто.

Известь негашеная комовая представляет собой смесь кусков различной величины. По химическому составу она почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимущественным содержанием СаО. В небольшом количестве в ней могут присутствовать неразложившийся карбонат кальция, а также силикаты, алюминаты и ферриты кальция и магния, образовавшиеся во время обжига при взаимодействии глины и кварцевого песка с оксидами кальция и магния.

Известь негашеная молотая -- порошковидный продукт тонкого измельчения комовой извести. По химическому составу она подобна комовой извести.

Гидратная известь -- высокодисперсный сухой порошок, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести соответствующим количеством жидкой или парообразной воды, обеспечивающим переход оксидов кальция и магния в их гидраты. Гидратная известь состоит преимущественно из гидроксида кальция Са(ОИ)2, а также гидроксида магния Mg(OH)2 и небольшого количества примесей (как правило, карбоната кальция).

Известковое тесто -- продукт, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести водой в количестве, обеспечивающем переход оксидов кальция и магния в их гидраты Са(ОН)2 и Mg(OH) и образование пластичной тестообразной массы. Выдержанное тесто содержит обычно 50--55 % гидроксидов кальция и магния и 50--45 % механически и адсорбционно связанной воды.

Сырьем для производства воздушной извести служат горные породы, содержащие в основном углекислый кальций -- мел, известняк, известковые туфы и т.д. Разработку залежей известняка ведут открытым способом с помощью взрывных работ с последующей погрузкой породы на транспортные средства одноковшовыми экскаваторами.

Размеры кусков поставляемой с карьера породы достигают 50 -- 60 см и более. Требуемая величина кусков породы, поступающих на обжиг, определяется типом обжигового агрегата. Загружаемый в шахтную печь известняк имеет обычно размеры 60 -- 200 мм.

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема производства строительной воздушной извести

При обжиге во вращающихся печах применяют фракции 5 -- 20 мм или 20 -- 40 мм. Поэтому поступающую с карьера породу необходимо дробить.

Дробленый материал подвергается рассеву на грохотах, что обеспечивает постоянство фракционного состава. Основа получения известковых вяжущих -- обжиг карбонатсодержащих пород. При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь по реакции СаСО3>CaO+ СО2.

Как правило, обжигу подвергают твердые карбонатные породы в виде кусков, но возможна и тепловая обработка меловых шламов.

Температура разложения карбоната кальция зависит от парциального давления углекислоты в окружающем пространстве. Разложение СаСО3 начинается уже при 6000С, и с повышением температуры реакция ускоряется. При 9000С парциальное давление углекислоты достигает атмосферного, поэтому данную температуру иногда называют температурой разложения известняка. Дальнейшее повышение температуры значительно увеличивает скорость разложения, но отрицательно сказывается на качестве извести -- ухудшает ее реакционную способность вследствие роста размеров кристаллов.

При обжиге кусков в первую очередь декарбонизируются поверхностные слои. Образующаяся известь вследствие высокой пористости и малой теплопроводности тормозит передачу теплоты вглубь кусков. Чем толще слой извести, тем выше его сопротивление проникновению теплоты и тем более высокие температуры нужны для передачи теплоты в глубину. Поэтому практически температура обжига всегда выше теоретической. Ее устанавливают на каждом заводе в зависимости типа печи и других факторов -- плотности сырья, наличия примесей, размера частиц (кусков) сырья и т.д. Чем плотнее и чем более крупнокристалличным является сырье, тем выше требуемая температура обжига. Наличие глинистых примесей облегчает удаление СО и снижает температуру обжига. Однако чем больше в извести примесей, тем при более низкой температуре наступает ухудшение ее свойств. Уже при 1000 -- 11000С возникает опасность пережога поверхности кусков извести. В заводских условиях температура обжига карбоната кальция составляет 1050-12000С, причем под температурой обжига понимают не температуру в печи, а температуру обжигаемого материала.

Для завершения процесса обжига необходимо определенное время, в течение которого материал должен находиться в печи. Скорость перемещения зоны диссоциации СаСО3 по куску зависит от температуры обжига: при 9000С она составляет примерно 2 мм/ч, а при 11000С -- 14 мм/ч, т.е. обжиг идет в 7 раз быстрее. Для повышения производительности печей желательно уменьшение размеров кусков в допустимых пределах. При обжиге кусков различной крупности режим процесса определяют исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних размеров. Характер процессов, протекающих при обжиге мела или известняка, зависит также от содержания в них примесей, влияющих на свойства обожженного материала.

Рисунок 2. Шахтная печь: а) распределение зон обжига в шахтной печи: б) температурный режим при обжиге извести: 1 - температура материала; 2 - температура горячих газов; I - зона подогрева; II - зона обжига; III - зона охлаждения;

Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах. В шахтных печах можно обжигать только твердые породы (известняк, мрамор и др.), а во вращающихся -- как твердые породы, так и шламы мягких пород, например мела. Повышение температуры ускоряет реакцию разложения карбоната кальция, но излишне высокая температура обжига негативно сказывается на качестве продукта, так как развивается явление «пережога». Наибольшее распространение для производства извести получили шахтные печи, высота которых достигает 20 м. В шахтной печи различают (считая сверху вниз) три зоны: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева из известняка и топлива (в случае использования твердого топлива -- кокса или антрацита) удаляется влага. Известнякнагревается до температуры начала диссоциации, а топливо -- до температуры воспламенения. В зоне обжига за счет сгорания топлива или поступления продуктов его сгорания из топок (в случае работы печи на жидком или газообразном топливе) достигается максимальная температура материала и активно происходит диссоциация СаСО3 и MgCO3. [3]

В третьей зоне материал охлаждается поступающим в печь снизу воздухом.

Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения -- действием воды на куски комовой извести.

Гашение -- специфический технологический процесс, используемый только в производстве извести. Выделяющаяся теплота вызывает кипение воды, поэтому негашеную известь называют «кипелкой».

Гидратация различных видов извести происходит по следующим уравнениям:

кальциевая известь

СаО + Н2О Са(ОН)2 + Q;

доломитовая известь (при обычном гашении)

СаО + MgO + Н2О Са(ОН)2 + MgO + Q;

доломитовая известь (при автоклавном гашении)

СаО + MgO + 2Н2О Са(ОН)2 + Mg(ОН)2 + Q;

Q - количество теплоты, равное 1160 кДж на 1 кг оксида кальция. [4]

Доломитовая известь вследствие пережога MgO гидратуется при высокой температуре 185 oС и давлении 9 атм. [3]

Теоретически для гашения извести в пушонку, необходимо 32,13% воды от веса СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количество воды берут в два, а иногда и в три раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комовой извести: с повышением температуры ускоряется процесс гашения; особенно быстро он протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.

По окончании гашения жидкое известковое тесто через сетку сливают в известехранилище, где его выдерживают до тех пор, пока полностью не завершится процесс гашения. Известковое тесто с размером непогасившихся зерен менее 0,6 мм можно применять сразу. Крупные непогасившиеся зерна опасны тем, что среди них могут быть пережженные.

Содержание воды в известковом тесте не нормируется. Обычно в хорошо выдержанном тесте соотношение воды и извести около 1:1.

Процесс твердения очень длительный, и полной карбонизации извести практически не происходит, хотя поверхностная карбонизация протекает достаточно быстро. Существует мнение, что при длительном контакте извести с кварцевым песком в присутствии влаги между этими компонентами происходит взаимодействие с образованием контактного слоя из гидросиликатов. Это также повышает прочность и водостойкость бетонов и кирпичной кладки на извести, имеющих возраст более 200…300 лет.

Твердение гашеной извести

Согласно теории твердения известковых растворов, изложенной Ю. М. Буттом, два одновременно протекающих процесса обуславливают твердение: испарение механически перемешанной воды и постепенная кристаллизация гидрата извести из насыщенного раствора. Карбонизация извести идет так же под действием углекислого газа, который в небольшом количестве содержится в воздухе:

Са(ОН)2 + СО2 + nН2O СаСО3 + (n+1)Н2O

Процесс карбонизации имеет при твердении извести второстепенное значение. Гораздо важнее испарение воды, сопровождающееся кристаллизацией гидроксида кальция. Высыхание вызывает уплотнение студнеобразной массы с нарастанием прочности твердеющих известковых растворов. Образующиеся кристаллы срастаются друг с другом, с зернами песка и с кристаллами углекислой извести.

Твердение молотой негашеной извести

Молотую негашеную известь получают путем тонкого размола комовой извести без предварительного гашения.

Гидратационное твердение негашеной молотой извести приводит к быстрому обезвоживанию раствора и его более высокой прочности. При правильно подобранном водоизвестковом отношении (0,9-1,5) кристаллы гидроксида кальция, получившиеся при гидратации окиси кальция непосредственно в материале (CaO.H2O), срастаются между собой и быстро образуют прочный кристаллический сросток.

Отрицательно влияет на гидратное твердение негашеной извести пережог. Замедленная гидратация крупных кристаллов окиси кальция (крупнее 10--20 мкм) в уже затвердевшем известковом камне вызывает дополнительные некомпенсируемые напряжения. Поэтому количество пережога в молотой негашеной извести не должно превышать 3--5%.

3. Какие метаморфические горные породы применяются в строительстве, дать им характеристику

Метаморфические (видоизмененные) породы образуются в природе в результате изменения состава и строения осадочных и изверженных пород. Процессы метаморфизма проходят при повышенных температурах без расплавления или растворения, при воздействии высоких давлений и сдвиговых деформаций. Такие условия возникают тогда, когда исходные породы в результате горообразовательных процессов могут переместиться с поверхности в глубь земной коры. В результате может произойти перекристаллизация минералов, глубоко измениться строение, т. е. образоваться совершенно новые породы, более плотные и в большинстве случаев с ясно выраженной кристаллической структурой. Эти породы могут быть целиком видоизмененными (например, мрамор) или с заметным содержанием исходной породы (мраморовидные известняки) [5].

Минеральный состав метаморфических пород часто идентичен исходным магматическим или осадочным породам.

Текстура метаморфических пород может быть сланцеватой (гнейсы, глинистые сланцы) и массивной (мрамор и кварциты). Сланцеватое строение характерно для видоизмененных пород, образовавшихся в условиях одностороннего давления. Сланцеватость понижает строительные свойства метаморфических пород, в частности морозостойкость и прочность в направлении, параллельном сланцеватости, но придает им способность относительно легко раскалываться по плоскостям сланцеватости на более или менее тонкие слои. Массивная зернистая текстура характерна для пород, образовавшихся при многостороннем давлении, когда исходная осадочная порода в результате перекристаллизации и уплотнения становится монолитной, состоящей из тесно сросшихся кристаллических зерен. Такие породы отличаются очень высокой плотностью по сравнению с осадочными породами, из которых они образовались.

В строительстве из метаморфических пород применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.

Гнейсы по минеральному составу и свойствам сходны с породами гранитного типа, из которых они образовались. Из-за сланцеватого строения менее долговечны. В строительстве их чаще всего используют в виде бутовых плит для кладки фундаментов, устройства тротуаров, облицовки набережных, каналов.

Глинистые сланцы -- типичные сланцевые метаморфические породы, образовавшиеся из глин; цвет черный или темно-серый. Глинистые сланцы не размокают в воде, стойки против выветривания, легко раскалываются на тонкие ровные плитки (3...10 мм), применяемые как кровельный материал (природный шифер).

Мраморы образовались в результате видоизменения известняков (реже доломитов) и состоят из прочно сросшихся кристаллов кальцита, иногда с примесями зерен доломита, марганцевых, железистых и углеродистых соединений, придающих им различную окраску. При неравномерном распределении примесей мраморы имеют пеструю окраску с различными узорами, придающими камню декоративность. Мраморы отличаются высокой плотностью -- до 2900 кг/м3, малым водопоглощением -- до 0,7 %, большой прочностью при сжатии -- до 300 МПа, но обладают небольшой твердостью -- 3. Мрамор хорошо шлифуется и полируется, распиливается на тонкие плиты. Его широко применяют для внутренней облицовки стен, изготовления ступеней, подоконных досок и других изделий. Разновидности мрамора, непригодные для штучных изделий, или отходы при обработке мрамора в виде крошки используют в качестве заполнителя для отделочных растворов и бетонов. Для наружной облицовки зданий большинство мраморов применять не рекомендуется, так как под влиянием атмосферных агентов (воды, сернистого газа, изменений температуры и др.) поверхность мрамора теряет декоративный вид и подвергается заметной коррозии (становится тусклой, шероховатой и более пористой).

Кварциты образовались в результате видоизменения кремнистых песчаников. Они имеют плотную структуру и состоят из перекристаллизованных зерен кварца, сцементированных кварцевым цементом. Окраска -- белая, красная, темно-вишневая. Кварциты обладают высокой плотностью -- около 2700 кг/м3, небольшим водопоглощением-- менее 0,2%, значительной прочностью при сжатии -- до 400 МПа, большой твердостью -- 7 и долговечностью. Кварциты применяют для наружной облицовки повышенной стойкости, подферменных камней в мостах, иногда в виде щебня и бута, а также как сырье для изготовления динасовых огнеупоров.

4. Что такое водопоглощение материала? Виды водопоглощения?

Водопоглощение - свойство материала при непосредственном соприкосновении с водой впитывать и удерживать в своей массе воду. Показателями водопоглощения служат массовое Вм и объемное Bv водопоглощение [6].

Массовое водопоглощение Вм - отношение массы воды, поглощенной материалом mw, к массе материала в абсолютно сухом состоянии md, %;

Объемное водопоглощение ВV поглощенной материалом воды Vv к его объему в водонасыщенном стоянии V1, %,

где: w - истинная плотность воды, г/см3.

Вода, впитываемая материалом, обычно несколько увеличивает его объем, среднюю плотность, теплопроводность и понижает его прочность.

Объемное водопоглощение, численно равное объему пор, доступных для воды, называется видимой (кажущейся) пористостью материала в отличие от действительной (истинной) пористости. Объемное водопоглощение всегда меньше 100%, так как всегда часть объема материала занимает его вещество, а весовое водопоглощение у материалов очень пористых и очень легких (например, у торфяных теплоизоляционных плит) может быть больше 100%.

Водопоглощение различных строительных материалов колеблется в очень широких пределах. Так, весовое водопоглощение глиняного обыкновенного кирпича составляет от 8 до 20, керамических плиток -- не выше 2, тяжелого бетона с объемным весом до 2,5 T/MS -- около 3, гранита-- 0,5--0,7 и гидроизоляционного материала (гидроизола) --2%.

Для насыщения водой образец материала постепенно погружают нее или выдерживают в кипящей воде. Свойства насыщенного .материала существенно изменяются: увеличивается теплопроводность, объемный вес, а у некоторых материалов (например, у дерева) также и объем, уменьшается прочность (вследствие ослабления связей между частицами)

5. Описать полимерные мастики и клеи

Клеи на основе полимеров подразделяются на три группы:

1)водоразбавляемые клеи, например клей ПВА (на основе поливинилацетатной дисперсии), клей «Бустилат» (на основе латекса бутадиенстирольного каучука), клей для обоев (на основе метил целлюлозы);

2)клеи на основе органических растворителей, например нит- роклей (раствор нитроцеллюлозы в ацетоне и амилацетате), резиновый клей (раствор каучука в бензине), перхлорвиниловый клей;

3)клеи на основе отверждающихся жидких олигомеров, например эпоксидные, полиуретановые, мочевиноформальдегидные.

При внутренних работах для наклеивания линкруста, линолеума, облицовочных плиток и обоев применяют в основном водоразбавляемые клеи. Для склеивания элементов несущих конструкций, а также для наружной отделки применяют клеи третьей группы, обладающие наибольшей прочностью и водостойкостью. Качество склеивания зависит от правильности выбора клея, качества подготовки поверхности (сушка, обеспыливание, обезжиривание и т.д.) и соблюдения требуемого режима отверждения клея (время, температура, давление).

Полимерные мастики -- это материалы, получаемые при смешивании органических связующих веществ с тонкодисперсными наполнителями и специальными добавками. В состав мастик может входить растворитель. Могут также добавляться красители или пигменты для придания нужного цвета. Мастики отличаются от клеев повышенной вязкостью и значительным содержанием наполнителей. В полимерных мастиках используют наполнители, применяемые для битумных мастик.

Полимерные мастики применяют для устройства мастичной кровли и гидроизоляции, приклеивания рулонных кровельных, гидро- и теплоизоляционных, облицовочных и других материалов, для шпатлевания (выравнивания) поверхности, заполнения трещин, щелей, раковин и исправления других дефектов, герметизации швов, антикоррозионных покрытий металлических изделий и конструкций.

Мастичную кровлю или гидроизоляцию можно армировать стеклохолстом или стеклосеткой. Армирование повышает прочность, но снижает эластичность покрытия.

Преимуществом мастичной кровли перед рулонной является отсутствие швов в кровельном ковре и меньшая трудоемкость работ, особенно при сложной кровле, имеющей изломы и многочисленные примыкания, когда требуется тщательный раскрой рулонных материалов.

Мастики незаменимы при ремонте практически всех видов кровли и гидроизоляции. Некоторые мастики можно наносить на влажную поверхность. Для нанесения мастик используются профессиональные строительные пистолеты и специальные упаковки (объемом 600 мл). Их можно наносить также шпателем или кистью.

Недостатком мастик является затрудненность контроля толщины покрытия, которая может оказаться либо недостаточной, либо избыточной. Для контроля толщины прибегают к способу, при котором покрытие наносится слоями разного цвета. При достаточной толщине верхнего слоя через него не просвечивается нижний слой.

известь строительство порода мастика

Задача

Вычислите, сколько негашеной извести получится при полном обжиге 250 т чистого известняка влажностью 8%. Относительная атомная масса кальцин (Са) 40, кислорода (0) 16 и углерода (С) 12.

Дано:

m = 250т

СаСО3 = 92%

m - ?

Решение

Так как влага в процессе обжига испарится, то учитываем только количество чистого известняка.

При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь СаСО3>CaO+ СО2.

В соответствии с относительной атомной массой вещества элементов составляем пропорцию:

100 - 56

230 - х

масса негашеной извести:

Ответ: 128.8 т.

Литература

1. Строительные материалы и изделия: Учебник для инж.-экон. спец. строит, вузов. -- 5-е изд., перераб. и доп. Издательство «Высшая школа», 1988, с изменениями

2. Минеральные вяжущие вещества Стройиздат, 1986, с изменениями

3. Куфтов А. Ф. Совершенствование оборудования для производства извести / Куфтов А. Ф., Котельников Ю. В., Глазунов А. В. // Строительные материалы. 2007. № 10. С. 28-31.

4. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. Учебное пособие для строит. спец. вузов / И.А. Рыбьев ? М.: Высшая школв. 2002. ? 701 с.

5. А.Г. Домокеев Строительные материалы Издательство «Высшая школа» 1988 год

6. В.К. Синяков, А.Ю.Никольский, Н.Н.Фролов Строительные материалы и работы -М.: Стройиздат, 1986. - 430 с

Размещено на Allbest.ru