Материаловедение и технология конструкционных строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Пермский национальный политехнический исследовательский университет

Контрольное задание №1

Материаловедение и технология конструкционных материалов

Вариант 7

Пермь 2012

Задача №1

Известняк-ракушечник имеет среднюю плотность 1400 кг/м³, коэффициент морозостойкости его 0,6. Определить водопоглощение по массе, если истинная плотность его 2700 кг/м³.

Решение.

Водопоглощение по массе:

W_m=(m_в-m_c)/m_c,

где m_в - масса влажного материала;

m_с - масса сухого материала.

Водопоглощение по объёму:

W_о=(m_в-m_c)/V,

где V - объём материала.

W_m=W_o*V/m_c=W_o*с_ср.

Пористость ракушечника:

П=(1-с_ср/с_ист)*100%=(1-1400/2700)*100%=48,15%

Водопоглощение по объёму для ракушечника вдвое меньше пористости, т.е:

W_o=48,15*0,5=24,08%

Таким образом, водопоглощение по массе составит:

W_m=24,08*1,4=33,7%.

Задача №2

Определить среднюю плотность и пористость гипсового камня с влажностью 8%. При твердении происходит увеличение объема камня на 1%. Плотность вяжущего вещества 2,6 г/см³, плотность камня 2,2 г/см³, водогипсовое отношение 0,5.

Решение.

Процесс твердения гипса сопровождается реакцией:

CaSO₄•0,5H₂O+1,5H₂O=CaSO₄•2H₂O

145+27=172

По отношению к полуводному гипсу количество воды составляет 27/145=0,186.

Абсолютный объём гипсового теста:

Абсолютный объём гипсового камня:

Плотность гипсового камня:

Пористость гипсового камня: 1-0,604=0,396

Средняя плотность гипсового камня составляет:

г/см³

Вопросы

1. Водостойкость материалов и её значение. Примеры водостойких материалов

Под водостойкостью подразумевают способность материала сохранять свою прочность при временном или постоянном увлажнении водой или водяным паром. Некоторые материалы (кирпич-сырец) при увлажнении теряют прочность и деформируются, другие (цементный бетон) - сохраняют и даже повышают свою прочность. Водостойкость материала характеризуется его коэффициентом размягчения.

Свойство некоторых материалов увеличиваться в объеме при насыщении их водой (глина, древесина) называют набуханием. Набухание обычно сопровождается изменением размеров, которые после высыхания материала, как правило, восстанавливаются. Свойство некоторых материалов уменьшаться в объеме при высыхании называется усадкой.

Как правило, водостойкость характеризуют коэффициентом разупрочнения К_р (отношение величины прочности при растяжении, сжатии или изгибе насыщенного водой материала к соответствующему показателю его в сухом состоянии).

Водостойкими считают материалы, у которых К_р больше 0,8. К ним относят многие металлы. спеченную керамику, стекло, фторопласты. полиолефины.

2. Классификация материалов по их теплотехническим характеристикам

Строительные материалы, используемые для ограждающих конструкций, должны быть не только прочными и долговечными, но и обладать надлежащими теплотехническими свойствами, например теплопроводностью, теплоемкостью, огнестойкостью, огнеупорностью, термической стойкостью.

В зависимости от степени огнестойкости материалы разделяют на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию. Трудносгораемые под воздействием высоких температур тлеют и обугливаются, но при удалении огня процессы горения, тления или обугливания полностью прекращаются. Сгораемые материалы воспламеняются и горят или тлеют под воздействием огня или высокой t, причем горение или тление продолжается также после удаления источника огня. Если источник высокой температуры действует на материал в течение длительного периода времени, а материал сохраняет необходимые технические свойства и не размягчается, то его относят к огнеупорным. Материалы способные длительное время выдерживать воздействие высоких t (до 1000 градусов) без потери или только частичной потерей прочности, относят к жаростойким.

Теплопроводностью называют способность материала проводить тепловую энергию через свой объем. Высокой теплопроводностью обладают металлы и сплавы; теплоизоляторы (кирпич, пенопласт и т. п.) наоборот, очень плохо проводят тепло.

3. Способы изготовления и свойства керамических облицовочных плиток

Производство керамической плитки мало чем отличается от технологии изготовления прочих изделий из керамики. Независимо от типа керамической плитки, процесс изготовления состоит из следующих этапов:

1. приготовления смеси (порошка или тестообразной массы);

2. формовки;

3. сушки;

4. обжига;

5. сортировки.

Производство глазурованной плитки предполагает ещё один этап, предшествующий обжигу, - нанесение глазури.

В зависимости от метода формовки керамические плитки делятся на:

- прессованные;

- экструдированные.

Прессованные керамические плитки изготавливают из глиняной порошкообразной смеси с низким содержанием влаги (4-7 %), которая под высоким давлением порядка 200-400 кг/кв.см. сдавливается одновременно в двух направлениях. При этом используется специальный штамп, позволяющий получать плитки с одинаковой плотностью. Под давлением происходит частичная деформация гранул исходного сырья, благодаря которой керамическая плитка приобретает заданные свойства. В настоящий момент 95% керамической плитки формируется именно способом прессования. Прессованная плитка имеет низкопористую структуру и используется в основном для настилки полов. При работе с прессованной плиткой можно выполнять достаточно узкие разбежки.

Экструдированные керамические плитки получают из тестообразной массы (с содержанием воды 15-20%), которая принимает необходимую форму при прохождении через отверстия экструдера - агрегата, устроенного по принципу мясорубки. Экструдер вытягивает глиняную в ленту, которую потом нарезают на плитки требуемой толщины. Часто экструдированная плитка имеет простоватый, несколько деревенский внешний вид, что только добавляет ей обаяния. При этом по точности размеров и сложности формы такая плитка многократно превосходит прессованную, так как форма отверстий экструдера может быть самой причудливой. Плитки, полученные данным способом, по внешнему виду мало отличаются друг от друга и требуемых стандартов. Сегодня экструдирование - наиболее прогрессивная технология изготовления керамической плитки, за которой многие специалисты признают большое будущее.

Существуют ещё литые керамические плитки. Для их производства используют глиняную массу сметанообразной консистенции, которую разливают по формам и высушивают. При таком способе формировании плитки получаются неодинаковыми по размеру и толщине.

Свойства керамических облицовочных плиток.

Прочность. При условии правильной укладки керамической плитки, предел ее прочности при "сосредоточенной нагрузке" в 10-20 раз превосходит возможности цемента или железобетона и может достигать 30 тысяч тонн на квадратный метр.

Жесткость. Высокий показатель жесткости позволяет керамической плитке не гнуться и не деформироваться даже при очень высоких нагрузках на разрыв.

Огнеупорность и огнестойкость. Керамическая плитка не горит и, более того, защищает от огня облицованную поверхность, а при нагревании не выделяет ядовитых веществ.

Устойчивость цвета. Керамическая плитка (в отличие от многих других материалов) не изменяет своего цвета при воздействии солнечных лучей.

Химическая стойкость. Керамическая плитка не подвергается разрушению при соприкосновении с большинством химических веществ.

Антистатичность. При соприкосновении с керамической плиткой не возникает разряда статического электричества, как это бывает с синтетическими поверхностями (линолеум, ковролин).

Электроизоляция. Керамическая плитка обладает чрезвычайно низкой электропроводностью, что дополняет ее противопожарные свойства.

Гигиеничность. На поверхности керамической плитки не могут долго существовать бактерии и микробы, кроме того, ей свойственны удобство и легкость в уборке.

Декоративность. Большое разнообразие и высокие эстетические качества керамической плитки позволяют использовать ее при создании практически любых интерьеров.

Экологичность. Керамическая плитка изготовлена из натуральных природныхкомпонентов и безопасна для окружающей среды, а благодаря высокотемпературной обработке уменьшается риск выделения вредных веществ.

Теплоемкость и теплопроводность. Керамическая плитка быстро вбирает и хорошо проводит тепло.

4. Методы защиты природных каменных материалов от разрушения

Разрушение каменных материалов может происходить под действием воды как растворителя. Особенно активно действует на карбонатные породы вода, содержащая углекислоту, сернистые и другие кислотные соединения. Каменные материалы разрушаются также при переменном действии воды и мороза. Если горная порода состоит из нескольких минералов, то разрушение ее может происходить от изменения температуры вследствие того, что коэффициент линейного расширения разных минералов не одинаков.

Горные породы разрушаются также от воздействия органических кислот. Частицы пыли неорганического и органического происхождения, являющиеся бытовыми или промышленными отходами города, оседают на поверхности и в порах камня; при смачивании их водой возникают бактериологические процессы с зарождением микроорганизмов, которые разрушают камень за счет образования органических кислот. Скорость разрушения горной породы зависит также от качества и структуры ее, выражающихся в наличии микротрещин, микрослоистости и размокающих и растворимых веществ.

Для защиты каменных материалов от разрушения необходимо прежде всего предотвратить проникновение воды и ее растворов в глубину материала, для этого применяют так называемое флюатирование. При обработке известняка флюатами (например, кремнефтористым магнием) образуются нерастворимые в воде соли, которые закрывают поры в камне и тем самым повышают его водонепроницаемость и атмосферостойкость.

От воздействия углекислоты и образования сульфатов облицовочные камни предохраняют путем пропитки их на глубину до 1 см горячим льняным маслом. Для предохранения от проникновения воды поверхность камня покрывают слоем раствора воска в скипидаре, парафина в легком нефтяном дистилляте или каменноугольном дегте. Защищают каменные материалы от разрушения также конструктивными мерами, например путем образования хорошего стока воды с поверхности камня, придания камню гладкой поверхности и т. д.

5. Глиноземистый цемент

гипсовый камень материал керамический

Глиноземистым цементом называют быстротвердеющее (но нормально схватывающееся) гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при тонком измельчении обожженной до плавления (или спекания) сырьевой смеси бокситов и извести с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Для интенсификации процесса помола клинкера допускается введение технологических добавок до 2%, которые не ухудшают качество цемента и снижают его стоимость. Глиноземистый цемент производят трех марок: 400, 500 и 600.

В состав клинкера цемента входят низкоосновные алюминаты, при этом главной составной частью является однокальциевый алюминат СаО-Аl₂О₃. При затворении порошка глиноземистого цемента водой образование пластичного теста, последующее его уплотнение и твердение протекают аналогично обыкновенному портландцементу. Однокальциевый алюминат при взаимодействии с водой гидратируется, образуя в конечном итоге двухкальциевый восьмиводный гидроалюминат и гидрат оксида алюминия.

В дальнейшем происходят уплотнение геля двухкальциевого гидроалюмината и кристаллизация продуктов гидратации. Уплотнение и кристаллизация геля глиноземистого цемента протекают очень интенсивно, что обеспечивает быстрое нарастание прочности. Примерно через 5...6 ч прочность глиноземистого цемента может достичь 30% и более от марочной, через сутки твердения -- выше 90%, а в 3-суточном возрасте -- марочной прочности.

По величине предела прочности при сжатии глиноземистый цемент делят на три марки: 400, 500 и 600. Для определения марки испытывают на сжатие половинки образцов-балочек размером 40X40X160 мм, твердеющие 3 сут в нормальных условиях. Глиноземистый цемент является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом. Начало схватывания его должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч.

Наиболее благоприятными для твердения глиноземистого цемента являются влажные условия и нормальная температура (20±5)°С. Нарастание прочности цемента в условиях температуры выше 25°С уменьшается. Возможны даже падение достигнутой прочности и разрушение бетона в результате перекристаллизации двухкальциевого гидроалюмината в трехкальциевый. Это называют болезнью глиноземистого цемента. Поэтому пропаривание изделий на глиноземистом цементе не допускается. При температуре ниже нормальной и близкой к нулю твердение глиноземистого цемента происходит удовлетворительно, что объясняется его высокой экзотермией. В течение 1...3 сут твердения глиноземистый цемент выделяет в 1,5...2 раза больше тепла, чем портландцемент. Большое тепловыделение ограничивает применение глиноземистого цемента в массивных конструкциях, так как разогрев бетона внутри массива и охлаждение его снаружи вызывают растягивающие напряжения в наружных слоях и образование трещин.

Бетоны на глиноземистом цементе водо-, воздухо- и морозостойки, а также стойки в условиях пресных и сульфатных вод, однако разрушаются в щелочных водах. Высокая воздухостойкость глиноземистого цемента объясняется уплотнением и кристаллизацией продуктов гидратации цемента и их незначительной деформативной способностью при изменении влажности воздуха. Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плотностью, что и определяет их высокую морозостойкость. Повышению плотности способствует гель гидрата оксида алюминия, образующийся при гидратации однокальциевого алюмината, который имеет плотное строение.

Применение глиноземистого цемента существенно ограничивается его стоимостью (он в 3...4 раза дороже портландцемента), хотя по своим физико-химическим свойствам (скорости твердения, стойкости в различных средах) он превосходит все другие вяжущие вещества, в том числе и портландцемент. Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда наиболее рационально используются его специфические свойства, например при срочных восстановительных работах (ремонт плотин, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов). Химическая стойкость глиноземистого цемента делает целесообразным его использование для тампонирования нефтяных и газовых скважин, на предприятиях пищевой промышленности, на травильных и красильных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей. Глиноземистый цемент по сравнению с другими вяжущими обладает стойкостью против действия высоких температур (1200... 1400°С и выше), что позволяет использовать его для изготовления жаростойких бетонов, применяемых в качестве футеровки тепловых аппаратов.

Размещено на Allbest.ru