Строительные материалы и технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

Барнаулское отделение ФДО по строительным специальностям

Контрольная работа №1

По дисциплине «строительные материалы»

Вариант - 4

Выполнил:

студент группы С-31 Кайсарова Луиза Валерьевна

Проверил:

доцент кафедры «Строительные материалы»

Каракулов Виктор Михайлович

Барнаул 2014

Вопрос 1. Дать понятие теплопроводности, показать на примерах ее зависимость от пористости и влажности материала

строительный материал технология

Теплопроводностью называется способность материала проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.

Теплопроводность материала оценивают количеством тепла, проходящим через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м² за 1 ч при разности температур на противоположных плоскопараллельных поверхностях образца в 1°С.

Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его структуры, степени пористости, характера пор, влажности и средней температуры, при которой происходит передача тепла. Материалы с закрытыми порами менее теплопроводны, нежели материалы с сообщающимися порами. Мелкопористые материалы имеют меньшую теплопроводность, чем крупнопористые. Это объясняется тем, что в крупных и сообщающихся порах возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла. Теплопроводность однородного материала зависит от плотности. Так, с уменьшением плотности материала теплопроводность уменьшается, и наоборот. Общей зависимости между плотностью материала и теплопроводностью не установлено, однако для некоторых материалов, имеющих влажность 1...7% по объему, такая зависимость наблюдается.

На теплопроводность значительное влияние оказывает влажность. Влажные материалы более теплопроводны, нежели сухие. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0,58 Вт/(м•⁰С), а воздуха 0,023 Вт/(м•⁰С), т.е. превышает его в 25 раз. Коэффициенты теплопроводности отдельных материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Теплопроводность характеризует теплофизические свойства материалов, определяя их принадлежность к классу теплоизоляционных (А - до 0,082; Б - 0,082...0,116 и т. д.), конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных (более 0,210).

Теплопроводность материала можно также характеризовать термическим сопротивлением, величиной, обратной теплопроводности.

Теплопроводность имеет очень важное значение для материалов, используемых в качестве стен и перекрытий отапливаемых зданий, для изоляции холодильников и различных тепловых агрегатов (котлов, теплосетей и т. п.). От величины теплопроводности непосредственно зависят затраты на отопление зданий, что особенно важно при оценке экономической эффективности ограждающих конструкций жилых домов и др.

Материалы с малым коэффициентом теплопроводности называются теплоизоляционными материалами (минеральная вата, полистирол, пенобетон, полистиролбетон и др.) Они применяются для утепления стен и покрытий. Наиболее теплопроводными материалами являются металлы.

Вопрос 2. Привести сравнительную оценку кирпича керамического и силикатного по виду сырья, технологии получения и эксплуатационным свойствам

Силикатный кирпич по своей форме, размерам и основному назначению не отличается от керамического кирпича. Материалами для изготовления силикатного кирпича являются воздушная известь и кварцевый песок. Известь применяют в виде молотой негашеной, частично загашенной или гашеной гидратной. Известь должна характеризоваться быстрым гашением и не должна содержать более 5% MgO. Пережог замедляет скорость гашения извести и даже вызывает появление в изделиях трещин, вспучиваний и других дефектов, поэтому для производства автоклавных силикатных изделий известь не должна содержать пережога. Кварцевый песок в производстве силикатных изделий применяют немолотый или в виде смеси немолотого и тонкомолотого, а также грубомолотого с содержанием кремнезема не менее 70%. Наличие примесей в песке отрицательно влияет на качество изделий: слюда понижает прочность, и ее содержание в песке не должно превышать 0,5%; органические примеси вызывают вспучивание и также понижают прочность; содержание в песке сернистых примесей ограничивается до 1% в пересчете на SО₃. Равномерно распределенные глинистые примеси допускаются в количестве не более 10%; они даже несколько повышают удобоукладываемость смеси. Крупные включения глины в песке не допускаются, так как снижают качество изделий. Состав известково-песчаной смеси для изготовления силикатного кирпича следующий: 92...95% чистого кварцевого песка, 5...8% воздушной извести и примерно 7% воды.

Производство силикатного кирпича ведут двумя способами: барабанным и силосным, - отличающимися приготовлением известково-песчаной смеси.

Силикатный кирпич выпускают размером 250х120х65 мм марок 75, 100, 125, 150, 200, 250 и 300, водопоглощением 8...16% теплопроводностью 0,70...0,75 Вт/(м?⁰С), плотностью свыше 1650 кг/м³-несколько выше, чем плотность керамического кирпича; морозостойкостью F15. Теплоизоляционные качества стен из силикатного кирпича и керамического практически равны.

Применяют силикатный кирпич так же, где и керамический, но с некоторыми ограничениями. Нельзя применять силикатный кирпич для кладки фундаментов и цоколей, так как он менее водостоек, а также для кладки печей и дымовый труб, так как при длительном воздействии высокой температуры происходит дегидратация гидросиликата кальция и гидрата оксида кальция, которые связывают зерна песка, и кирпич разрушается.

По технико-экономическим показателям силикатный кирпич превосходит керамический. На его производство требуется в 2 раза меньше топлива, в 3 раза меньше электроэнергии, в 2,5 раза меньше трудоемкости производства; в конечном итоге себестоимость силикатного кирпича оказывается на 25...35% ниже, чем керамического.

Кирпич керамический сплошной и пустотелый пластического и полусухого прессования представляет собой искусственный камень, изготовленный из глины с добавками или без них и обожженный. По внешнему виду кирпич должен иметь форму прямоугольного параллелепипеда с прямыми ребрами и углами и с ровными гранями. Кирпич изготовляют одинарным размером 250х120х65 мм и утолщенный 250х120х88 мм. Модульный кирпич с технологическими пустотами выполняют размером 288х188х63 мм. Кирпич можно изготовлять сплошным или пустотелым.

Кирпич пустотелый с круглыми или прямоугольными пустотами, вертикально расположенный по отношению к постели, выпускают девяти видов с количеством пустот 2...60 и пустотностью 10...33%. Кирпич с горизонтальным расположением пустот производят трех видов с четырьмя или шестью сквозными прямоугольными отверстиями в один или два ряда и пустотностью 41...42%.

Кирпич и камни пустотелые и пористо-пустотелые применяют для наружных и внутренних несущих и самонесущих стен промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий, а также для изготовления крупных стеновых блоков и панелей для индустриального строительства. Не рекомендуется применять указанный кирпич и камни для фундаментов, цоколей и стен мокрых помещений.

В качестве сырья для производства применяют легкоплавкие глины, содержащие 50...75 % кремнезема. Изготовление кирпича производят двумя способами: пластического или полусухого прессования.

Массу для пустотелого кирпича и камней обрабатывают более тщательно, формирование желательно производить на вакуумных прессах со специальным приспособлением (кернами) для образования отверстий (пустот). Пустоты в кирпиче и камнях располагаются перпендикулярно или параллельно постели. По форме они бывают круглыми диаметром не более 16 мм или прямоугольными с шириной щели не более 12 мм. Кирпич пустотелый применяют для несущих наружных и внутренних стен, перегородок и других частей зданий и сооружений. Не рекомендуется применять указанный кирпич для фундаментов, цоколей и стен мокрых помещений.

Кирпич керамический обыкновенный применяют для наружных и внутренних стен, столбов, сводов и других несущих конструкций. Кирпич полусухого прессования использовать для фундаментов и цоколей ниже гидроизоляционного слоя не допускается вследствие пониженной его морозостойкости.

Вместе с тем, и силикатный и рядовой кирпичи обладают общими достоинствами:

* Экологичность. Это свойство роднит силикатный и рядовой кирпичи, ведь все они изготавливаются исключительно из натурального сырья - извести, глины, песка, и воды.

* Звукоизоляция. И силикатный, и рядовой кирпичи обладают хорошей звукоизоляционной способностью. Силикатный кирпич часто применяют для кладки стен в промышленном и гражданском строительстве. Рядовой керамический кирпич приобретают для создания внутренних и внешних рядов в любых жилых строениях и сооружениях.

* Морозостойкость и прочность. И силикатный и рядовой виды кирпичей обладают этими свойствами в достаточной степени. Это подтверждает многолетний опыт использования данных строительных материалов в регионах с разными климатическими условиями.

* Надежность и неприхотливость построек. Стены, выложенные из рядового или силикатного кирпича, выдерживают влияние многих внешних факторов и не столь подвержены воздействию времени, как деревянные.

Вопрос 3. К какому типу и какой группе горных пород относятся: гравий, кварцит, доломит, базальт, песок, известняк и мрамор

Согласно генетической классификации, горные породы подразделяются на три типа: магматические, осадочные и метаморфические.

В зависимости от условий образования выделяют две основные группы магматических пород - интрузивные и эффузивные. Интрузивные - это породы, образовавшиеся при застываний магмы на разной глубине в земной коре. Эффузивные (излившиеся) породы образовались при вулканической деятельности, излиянии магмы из глубин и затвердевании на поверхности. В составе интрузивных пород в зависимости от глубины образования различают глубинные (абиссальные) и полуглубинные (гипабиссальные) породы.

Базальт - магматическая эффузивная горная порода.

По классификации В. И. Лучицкого, осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на следующие три основные группы: 1) обломочные породы, или механические осадки: а) рыхлые (например, гравий, глины, пески), оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой, а также льдом (ледниковые отложения) или ветром (эоловые отложения); б) сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии); 2) химические осадки (например, гипс и известковые туфы), образовавшиеся из продуктов разрушения пород, перенесенных водой в растворенном виде; 3) органогенные породы, образовавшиеся из остатков некоторых водорослей и животных (скелеты губок, кораллов, раковины и панцири ракообразных и др.); к органогенным породам относятся мел, большинство известняков, диатомиты.

Песок и гравий - осадочные породы обломочного происхождения, рыхлые.

Доломит - осадочная порода химического происхождения.

Известняк - осадочная порода органогенного происхождения.

Минералы, слагающие метаморфические породы, можно разделить на следующие группы: 1) минералы, широко распространенные как в метаморфических, так и в магматических породах (полевые шпаты, кварц, слюда, роговая обманка, большинство пироксенов, оливин и др.); 2) типичные для осадочных пород минералы (кальцит, доломит); 3) минералы, которые могут находиться в магматических породах в качестве вторичных, а также слагать типичные метаморфические породы (серпантин и др.); 4) специфические метаморфические минералы, присутствие которых возможно только в глубоко преобразованных метаморфических породах.

Кварцит и мрамор - метаморфические продукты осадочных пород, массивные.

Вопрос 4. Опишите основные процессы при обжиге сырья в производстве портландцемента

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1 400-1 500°C в течение 2-4 часов в длинных вращающихся (рис. 1) или шахтных (рис. 2) цементообжигательных печах различных систем. Вращающиеся печи позволяют обжигать как шлам, так и сырьевую муку; при обжиге в шахтных печах требуется предварительное брикетирование сырьевой смеси, а значит, что ее можно готовить лишь по сухому способу.

Рисунок 1. Вращающаяся печь для обжига цементного клинкера 1 - дымосос; 2 - питатель для подачи шлама; 3 - барабан; 4 - привод; 5 - форсунка подачи топлива; 6 - холодильник

Рисунок 2. Шахтная печь для обжига цементного клинкера: 1- загрузочное устройство; 2 - отвод газов; 3 - фурма; 4 - выносной горн: 5 - окно; 6 - штейновый шпур; 7 - внутренний горн

В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы, сопровождающиеся изменением, как их минералогического состава, так и физических свойств. Характер изменения физических свойств сырьевых смесей, приготовленных различными способами, по мере их нагревания оказывается до определенного интервала температур различным, однако после испарения воды из шлама в обоих видах сырьевых смесей протекают одни и те же химические процессы. Таким образом, нагретые до температуры 1250-1300°C портландцементные сырьевые смеси состоят из ряда минералов, образовавшихся по реакциям в твердом состоянии, и непрореагировавшей свободной извести.

Повышение температуры более 1300°C приводит к появлению в системе расплава, который в последующем облегчает процесс спекания и приводит к существенному сокращению (усадки) объема, образовавшихся путем спекания зерен клинкера. Спекание сырьевых смесей может осуществляться в результате протекания реакций в твердом состоянии (спекание в твердой фазе, или твердофазовое спекание) и в присутствии жидкости (жидкостное спекание). Внешним признаком процесса спекания сырьевых смесей является уменьшение их пористости и увеличение плотности. При длительном обжиге имеющиеся в зернах клинкера поры постепенно заполняются.

При достижение в расплаве определенной величины и устойчивости начинается самопроизвольная (спонтанная) кристаллизация. Лишь при благоприятных условиях становится возможным появление устойчивых кристаллических зародышей. При наличии в расплаве твердой фазы процесс зарождения кристаллов облегчается, так как возникновение зародышей происходит на поверхности уже имеющихся кристалликов. Это и есть благоприятные условия для появления устойчивых кристаллических зародышей. В жидкой же фазе молекулы жидкости, обладая значительной, по сравнению с молекулами кристалла, кинетической энергией, не могут долгое время образовать устойчивую связь, и всякое случайное скопление молекул быстро распадается.

Затем происходит процесс охлаждения клинкера. Он является одной из наиболее ответственных стадий производства цемента. В зависимости от того с какой скоростью происходит процесс охлаждения, минералогический состав клинкера и его кристаллическая структура могут изменяться:

а) в результате медленного охлаждения расплав полностью закристаллизовывается ("клинкерное равновесие");

б) в результате очень быстрого охлаждения расплав полностью затвердевает в виде стекла.

Задача 1. Во сколько раз пористость камня А отличается от пористости камня В, если известно, что истинная плотность обоих камней одинакова и равна 2,72 г/см³, а средняя плотность камня А на 20 % больше, чем камня В, у которого водопоглощение по объему в 1,8 раза больше водопоглощения по массе?

Решение:

Пористость материала характеризует степень заполнения его объема порами и вычисляется по формуле:

,

где П - пористость материала, %

с_т - средняя плотность материала, г/см³

с - истинная плотность материала, г/см³

По условию задачи

и водопоглощение по объему W₀ равно массе поглощенной образцом воды при его насыщении, отнесенной к объему образца

Водопоглощение по массе W_m равно массе поглощенной образцом воды при его насыщении, отнесенной к массе образца

Соотношение между водопоглощением по массе и объему равно средней плотности материала в сухом состоянии

По условию задачи

Что соответственно равно

Задача 2. При стандартном испытании марки портландцемента (ГОСТ 310.4-81) были получены следующие результаты: прочность на изгиб образцов 4040160 мм оказалась равной 4,3 МПа, 4,8 МПа и 5,1 МПа. Разрушающая нагрузка при испытании на сжатие половинок, полученных после испытания на изгиб равнялась 118 кН, 120 кН, 125 кН, 130 кН, 135 кН, 138 кН. Определите, к какой марке относится цемент

Решение:

Марку портландцемента можно определить по ГОСТ 310.4-81. Полученные после испытания на изгиб половинки балочек испытывают на сжатие. Нагрузку передают через металлические пластинки размером 4 х 6,25 см, что соответствует площади поперечного сечения в 25 см². Таким образом, при испытании на изгиб имеем: 4,3, 4,8 и 5,1 МПа или в среднем из двух наибольших 4,95 МПа (согласно ГОСТ 310-81), что соответствует значению 49,5 кгс/см².

При испытании на сжатие берем среднее арифметическое из полученных результатов:

,

,

,

,

,

Что в среднем составит

Полученные результаты соответствуют цементу М 500

Литература

1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1986 - 688 с

2. Примеры и задачи по строительным материалам. Под ред. П.Ф. Шубенкина. Учебное пособие для строительных вузов и факультетов. М., «Высш. школа», 1970-232 с

3. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия: Учебн. Для инж.-экон. Спец. строит, вузов. - 5-е изд. Перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1988.

Размещено на Allbest.ru