Характеристики строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Что такое морозостойкость и каковы методы ее определения? Какие требования по морозостойкости предъявляют к керамическим стеновым и облицовочным материалам

Морозостойкость - свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по морозостойкости. За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15%; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений - трещин, выкрашивания (потеря массы не более 5%).

От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды. Марка по морозостойкости устанавливается проектом с учетом вида конструкции, условий ее эксплуатации и климата. Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца и числом циклов попеременного замораживания и оттаивания по данным многолетних метеорологических наблюдений. Легкие бетоны, кирпич, керамические камни для наружных стен обычно имеют морозостойкость 15, 25, 35. Однако бетон, применяемый в строительстве мостов и дорог, должен иметь марку 50, 100 и 200, а гидротехнический бетон - до 500.Воздействие на бетон попеременного замораживания и оттаивания подобно многократному воздействию повторной растягивающей нагрузки, вызывающей усталость материала.

Испытание морозостойкости материала в лаборатории проводят на образцах установленной формы и размеров (бетонные кубы, кирпич и т.п.) перед испытанием образцы насыщают водой. После этого их замораживают в холодильной камере от -15 до -20С, чтобы вода замерзла в тонких порах. Извлеченные из холодильной камеры образцы оттаивают в воде с температурой 15-20С, которая обеспечивает водонасыщенное состояние образцов. Базовые - первый (для всех видов бетонов, кроме бетонов дорожных и аэродромных покрытий) и второй (для бетонов дорожных и аэродромных покрытий); ускоренные при многократном замораживании и оттаивании - второй и третий;ускоренные при однократном замораживании - четвертый (дилатометрический) и пятый (структурно-механический).

Для оценки морозостойкости материала применяют физические методы контроля и прежде всего импульсный ультразвуковой метод. С его помощью можно проследить изменение прочности или модуля упругости бетона в процессе циклического замораживания и определить марку бетона по морозостойкости в циклах замораживания и оттаивания, число которых соответствует допустимому снижению прочности или модуля упругости.

По морозостойкости насыщенный водой глиняный обыкновенный кирпич должен выдерживать без каких-либо внешних признаков разрушения (расслоение граней, выкрашивание ребер и углов, растрескивание) не менее 15 повторных циклов попеременного замораживания при температуре -75°С и ниже с последующим оттаиванием в воде при температуре 15±5°С.

Легковесный кирпич должен выдерживать без каких-либо временных признаков разрушения не менее 10 повторных циклов попеременного замораживания при температуре -15°С и ниже с последующим оттаиванием при температуре 15 ±5°С.

Лицевой кирпич должен выдерживать без каких-либо признаков видимых повреждений не менее 25 повторных циклов попеременного замораживания с последующим оттаиванием в воде.

2. Перечислить основные свойства гранита, мрамора, известняка и вулканического туфа и указать, для каких целей применяют эти материалы в строительстве

Гранит не только красивый, но и крепкий камень. Он имеет большую прочность при сжатии. Прочность при растяжении его составляет только от 1/60 до 1/40 предела прочности при сжатии. По размерам зерен различают граниты мелко, средне- и крупнозернистые. Лучше всего механическим воздействиям сопротивляются мелкозернистые граниты. Они более равномерно изнашиваются при истирании, устойчивее против выветривания и меньше растрескиваются при нагревании, чем средне- и крупнозернистые. Крупнозернистые граниты недостаточно огнестойки. При нагревании они увеличиваются в объеме и растрескиваются. Поэтому в жилых домах, капитальных зданиях гранитные ступени лестниц и плиты после пожара часто растрескиваются.

Граниты хорошо обрабатываются: шлифуются, обтесываются и полируются. Благодаря замечательным свойствам гранита, таким, как высокая прочность при сжатии (от 120 до 300 МПа), сравнительно небольшая прочность при растяжении, большая плотность, малое водопоглощение (менее 0,5 - 0,8% по объему), высокая морозостойкость, очень значительная теплопроводность, очень хорошее сопротивление истиранию, его широко применяют в качестве строительного и облицовочного материала.

На фундаментах из гранита покоятся монументальные сооружения; он идет на строительство мостов, набережных и цоколей крупных зданий; гранитная щебенка лежит в основании автострад; брусчаткой из гранита выложены улицы многих городов.

Мрамором в строительной практике называют метаморфические породы средней твердости, принимающие полировку. В мраморе почти всегда содержатся примеси других минералов, а также органические соединения. Примеси различно влияют на качество мрамора, снижая или повышая его декоративность. Наибольшей прочностью и наилучшей полируемостью отличаются мелкокристаллический мрамор с зубчатой связью зерен. Структурно однородные мраморы морозостойки. В подавляющем большинстве случаев мрамор хорошо поддается обработке любыми инструментами. Окраска мрамора зависит от примесей. По декоративным свойствам возможностям обработки и широте применения мрамор делят на белый, серый и цветной. Белый мрамор легко поддается обработке. Его технические характеристики позволяют пережить лютые морозы и механические повреждения, однако через некоторое время он может потерять свою красоту и блеск, потускнеть и покрыться желтыми пятнами. Именно из-за этого его следует с осторожностью применять при облицовке фасада. Серый мрамор хорошо обрабатывается и полируется. Его используют для наружной и внутренней облицовки.

Мрамор реагирует на кислоты, в том числе на пищевые, а также разрушаются от действия соляной кислоты.Мрамор применяется с античности как конструкционный и облицовочный архитектурный материал. Теплостойкие качества мрамора позволяют применять этот камень для наружной облицовки каминов или помещений с повышенной температурой. Коэффициент водопоглощения мрамора, также как и гранита, довольно низкий, поэтому его можно использовать при строительстве бассейнов и фонтанов.

Свойства вулканического туфа. Физико-механические характеристики варьируются в зависимости от вида камня. Например, степень спекания, в зависимости от которой выделяют спёкшиеся и сцементированные разновидности, определяет параметр прочности. Плотность породы составляет 2400-2610 кг/м3; объёмный вес варьируется от 1370 до 2050 кг/м3. Степень водопоглощения по весу может достигать 23,3 %. Морозостойкость данного материала невелика - около 25 циклов замерзания-оттаивания. Коэффициент водонасыщения варьируется в пределах 0,57-0,86, коэффициент размягчения - 0,72-0,89. Предел прочности вулканической породы при сжатии составляет 13,3-56,4 МПа. Для строительных целей большое значение имеет такая характеристика этого камня, как низкая теплопроводность (0,21 - 0,33 Вт/°С). По результатам исследований в местах с холодным климатом установлено, что сооружение, построенное из вулканического туфа или облицованное плиткой из него, долго сохраняет большое количество тепла, что экономит немало средств на отопление. Теплоотдачу благодаря его применению можно снизить на 35-40 %.

Область применения вулканического туфа. Минерал обладает характеристиками, благодаря которым он широко приводится в использование в строительных и архитектурных целях. Камень имеет приятную текстуру и широкую цветовую палитру, обладает тепло- и звукоизоляционными качествами, прочностью, долговечностью. Простота его добычи и лёгкость в обработке позволили ещё древним народам использовать его в качестве строительного материала, из которого были возведены такие известные культовые объекты, как монастырь Лмбатаванк (VII в.), церкви Аствацацин (VI в.), Ереруйк (V в.) и другие сооружения, которые дошли до наших дней в полной сохранности. Сейчас в цельном виде вулканический туф выходит на рынок в виде крупных стеновых блоков или облицовочных плит. Ему можно найти применение и в наружной облицовке здания, и в дизайне внутреннего интерьера. Благодаря гидравлическим качествам туф используют в виде песка или щебня для различных растворов, добавки к цементу, воздушной извести, к другим строительным и штукатурным смесям. Из него производят стойкие краски, включают его в состав шлакобетонных блоков. Также его используют для изготовления художественных поделок и предметов домашнего обихода.

Самыми популярными продуктами, изготавливающимися из вулканического туфа, являются туфовый щебень, песок их смеси. Они позволяют значительно облегчить конструкцию, не теряя при этом в прочности и долговечности строения. Туфовый песок выпускается фракциями в 0,3-0,5 мм. Он может служить минеральной добавкой в цементы, наполнителем пеноблоков, пенобетона, его используют для лёгких выравнивающих стяжек, а также монтажных, кладочных, штукатурных и других растворов. Туфовый щебень производится фракциями 5-10, 5-15, 10-20, 20-40 мм. Он находит применение для конструктивных легких бетонов классов до В35, В40, тепло- и звукоизоляционных засыпок, монолитных облегченных конструкций, мелкозернистых лёгких бетонов, лёгких бетонов на зольных гравиях, керамзитовых и шунгизитовых заполнителях и др. Туфовая смесь используется для легкобетонных стеновых камней (в качестве альтернативы для шлакоблоков, керамзитоблоков), фундаментно-стеновых блоков и для других строительных целей.

Известняк. Физико-механические свойства известняков чрезвычайно неоднородны, но имеют прямую зависимость от их структуры и текстуры. Плотность известняков 2700-2900 кг/м3, колеблется в зависимости от содержания примесей доломита, кварца и других минералов. Объёмная масса известняков изменяется от 800 кг/м3 (у ракушечников и травертина) до 2800 кг/м3 (у кристаллических известняков). Предел прочности при сжатии известняков колеблется от 0,4 МПа (для ракушечника) до 300 МПа (для кристаллического и афанитового известняка). Во влажном состоянии прочность известняков часто снижается. Для большей части месторождений характерно наличие известняков, не однородных по прочности. Потери на износ, истирание и дробимость увеличиваются, как правило, с уменьшением объёмной массы известняков. Морозостойкость для кристаллических известняков достигает 300-400 циклов, но резко изменяется у известняков иной структуры и зависит от формы и связи пор и трещин в нём. Обрабатываемость известняков имеет прямую связь с их структурой и текстурой. Ракушечник и пористые известняки легко распиливаются и обтёсываются; кристаллические известняки хорошо полируются.

Известняк - важнейший строительный материал, из него изготовляются облицовочные плиты, стеновые блоки, скульптурные и архитектурно-строительные изделия, щебень для производства бетона и асфальтобетона, железнодорожного балласта, оснований и покрытий автодорог, фильтров гидросооружений, как бутовый камень для фундаментов, мощения откосов, бортов и пр. Слаботрещиноватый мягкий известняк часто распиливается на блоки непосредственно из массива с помощью различных камнерезных машин. Такие известняки (пильные известняки) особенно ценны как строительный материал.

3. Сущность работ по флюатированию камня. Способы уплотнения поверхности камня кремнийорганическими соединениями

Процесс постепенного разрушения каменных материалов в конструкциях зданий и сооружений можно предотвратить или затормозить с помощью различных конструктивных и химических методов защиты, способствующих снижению воздействия увлажнения, нагревания, замерзания, солнечной радиации и т. п.

Конструктивные методы выражаются в устройстве гладких или полированных поверхностей материалов, не способных задерживать дождевые и талые воды и пропускать агрессивные среды внутрь каменного материала.

Химические меры защиты заключаются в флюатировании камня, т. е. обработке его водными растворами солей кремнефтористо-водородной кислоты. Эти соли (флюаты) вступают в химические соединения с растворимыми компонентами камня с образованием фтористых солей Са и Mg и кремнезема, нерастворимых в воде, которые уплотняют поверхность камня и делают ее недоступной для агрессивных сред.

Химические меры обработки особенно эффективны для карбонатных пород. Кислые породы перед флюатированием пропитывают раствором известковой соли, которая впоследствии образует с флюатом защитный слой из нерастворимых в воде соединений. Кроме флюатирования поверхность камня может обрабатываться добавками оксида свинца или железистых соединений, увеличивающих погодоустойчивость поверхности. Для аналогичных целей могут использоваться водные растворы и эмульсии, полимерные вещества и водополимерные дисперсии.

Так, например, для получения поверхностного уплотнения камня и гидрофобизации его поверхности и пор применяют кремнийорганические соединения: метилсиликонат натрия, этилсиликонат натрия и др., а также водный раствор мочевиноформальдегидной смолы. Известны и другие способы защиты камня от выветривания и разрушения, которые продлевают эксплуатационный срок службы каменных материалов и изделий без заметных выцветов и потускнения поверхности или других следов химического выветривания.

Возникающие аморфные или кристаллические новообразования оказываются практически нерастворимыми в воде. Отлагаясь в порах камня, они уменьшают пористость и смачиваемость его поверхности, скорость капиллярного подсоса воды или грязи. Конструктивные и химические мероприятия, применяемые в совокупности, приводят к увеличению долговечности природного камня в конструкциях зданий и сооружений.

4. Что представляют собой пустотелые стеклянные блоки и где их применяют

Блоки стеклянные пустотелые распространяется на стеклянные пустотелые сварные блоки, предназначенные для заполнения вертикальных световых проемов, а также для устройства самонесущих .наружных и внутренних светопропускающих ограждений в зданиях и сооружениях различного назначения. Блоки всех типов могут изготовляться бесцветными или цветными. При изготовлении бесцветных блоков допускаются оттенки желтоватого, голубоватого или зеленоватого тона. Блоки должны быть термостойкими и выдерживать перепад температур не менее 30° С без каких-либо признаков разрушения. По механической прочности блоки должны соответствовать следующим требованиям: предел прочности при сжатии -- не менее 15кгс/см²; сопротивление ударному воздействию -- не менее 8 кГ см. Для изготовления панелей иногда применяют стеклянные блоки.

5. Основные сведения о ситаллах

В последние десятилетия создан и используется новый класс материалов - ситаллы (стеклокристаллические материалы), отличающиеся высокими показателями физико-механических свойств.

Ситаллы (стеклокристаллические материалы) - неорганические материалы, получаемые направленной кристаллизацией различных стекол при их термической обработке. Состоят из одной или нескольких кристаллических фаз. В ситаллах мелкодисперсные кристаллы (до 2000 нм) равномерно распределены в стекловидной матрице. Количество кристаллических фаз в ситаллах может составлять. 20-95% (по объему). Изменяя состав стекла, тип инициатора кристаллизации (катализатора) и режим термической обработки, получают ситаллы с различными кристаллическими фазами и заданными свойствами. Впервые ситаллы были изготовлены в 50-х гг 20 века. Материалы, подобные ситаллам, за рубежом называются пирокерамом, девитрокерамом, стеклокерамом.

Ситаллы обладают высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, малым термическим расширением, химической и термической устойчивостью, газо- и влагонепроницаемостью. По своему назначению могут быть разделены на технические и строительные. Технические ситаллы получают на основе систем: Li2O-Al2O3-SiO2, MO-Al203-SiO2, Li2O-МО-А12О3--SiO2, где M-Mg, Ca, Zn, Ba, Sr и др.; MgO-Al2O3--SiO2-K2O-F; МО-В2О3-А12О3 (где M-Ca, Sr, Pb, Zn); PbO-ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2 и др. По основному свойству и назначению подразделяются на высокопрочные, радиопрозрачные химически стойкие, прозрачные термостойкие, износостойкие и химически стойкие, фотоситаллы, слюдоситаллы, биоситаллы, ситаллоцементы, ситаллоэмали, ситаллы со специальными электрическими свойствами.

Высокопрочные ситаллы получают главным образом на основе стекол систем MgO-Al2O3-SiO2 (кордиеритовые составы) и Na2O-Al2O3-SiO2(нефелиновые составы). Для первых инициатором кристаллизации служит ТiO2; уизг для них 240-350 МПа. Ситаллы нефелиновых составов после упрочнения ионообменной обработкой в расплавленных солях калия имеют уизг 1370 МПа. Области применения высокопрочных Ситаллов - ракето- и авиастроение (обтекатели антенн), радиоэлектроника.

Оптически прозрачные термостойкие и радиопрозрачные химически стойкие ситаллы получают на основе стекол системы Li2O-Al2 O3-SiO2(сподумено-эвкриптитовые составы); инициатор кристаллизации-TiO2. В оптически прозрачных ситаллах размер кристаллов не превышает длины полуволны видимого света. Ситаллы, содержащие в качестве основных кристаллических фаз эвкриптит (Li2 О * А12 О3 * 2SiO2) или сподумен (Li2 О * А12 О4 * 4SiO2), имеют, кроме того, температурные коэффициенты расширения близкие к нулю, и иногда даже отрицательные - до - 5·10-6 К-1. Области применения -космическая и лазерная техника, астрооптика. Введение в состав таких ситаллов активаторов люминесценции и специальных добавок позволяет применять их в солнечных батареях.

Износостойкие и химически стойкие ситаллы получают на основе стекол CaO-MgO-SiO, (пироксеновые составы); инициаторы кристаллизации - фторид или оксид хрома. Отличаются высокой износостойкостью (истираемость 0,001 г/см2) и стойкостью в различных химических средах. Применяются в текстильной, химической, автомобильной промышленности, буровой и горнодобывающей технике.

6. Что такое прочность материала? Как ее определяют? Привести значение предела прочности при сжатии для известняков, гранита, бетона, кирпича и стали

Свойство материалов сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих в результате внешней нагрузки, называют прочностью. В конструкциях материал испытывает различные внутренние напряжения от сжатия, растяжения, изгиба, среза, кручения. Поэтому прочность материалов характеризуется обычно пределом прочности при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании и др.

Предел прочности численно равен напряжению в материале соответствующему нагрузке, вызвавшей разрушение образца. Прочность материалов, выявляемая при испытании отдельных образцов, является условной. Она зависит от формы и размеров образца, скорости нарастания нагрузки и состояния нагружаемой поверхности. Для некоторых материалов прочность зависит от температуры (асфальтобетон), влажности и др.

Для испытания материала на прочность при сжатии обычно отбирают не менее трех образцов для одного определения. Формы и размеры образцов должны соответствовать требованиям ГОСТа или технических условий для каждого вида материала. Числовое значение предела прочности при сжатии для большинства строительных материалов определяет его марку. Отношение предела прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии к пределу прочности в сухом состоянии называют коэффициентом размягчения.

Для определения предела прочности при растяжении из испытываемого материала изготовляют образцы определенной формы и размера. Испытание на разрыв проводят на разрывных машинах и приборах, снабженных захватами, в которые закладывают образец. Предел прочности при растяжении определяют как частное от деления разрушающей силы на площадь образца до разрыва. В некоторых случаях прочность оценивается разрушающей силой, приложенной к стандартному образцу (испытание прочности рулонного материала).

На скалывание испытывают главным образом образцы древесины. В зависимости от направления действующих сил различают скалывание вдоль и поперек волокон. Каменные материалы (природные и искусственные), применяемые для устройства дорог, полов, тротуаров, фундаментов под молоты и т. д., подвергаются ударным нагрузкам. Испытание на удар каменных материалов производят на специальном копре. Образцы для испытания применяют в виде цилиндриков диаметром и высотой 25 мм.

Сопротивление каменного материала удару определяется количеством работы, затраченной на разрушение принятого стандартного образца, или удельной работой, отнесенной к единице его объема или площади.

Предел прочности при сжатии известняка 10- 200 кг/см2

Предел прочности при сжатии гранита колеблется 1000 - 2500 кг/см2 и выше.

Марку кирпича по прочности устанавливают по значениям пределов прочности при сжатии и изгибе, камня - по значению предела прочности при сжатии.

керамический камень морозостойкость строительство

7. Задачи

1. Масса образца камня в сухом состоянии 100 г. Определить массу образца после насыщения его водой, а также истинную плотность твердого вещества камня, если известно, что водонасыщение по объему равно 18%, пористость камня 25% и средняя плотность 800 кг/м³.

Решение:

1) Найдём объём камня

= см³

2) Найдём водонасыщение по массе

г.

3) Найдём массу образца после насыщения его водой

100 + 22,5 = 122,5 г.

4) Найдём истинную плотность

г/см³

Ответ: масса образца после насыщения его водой 122,5 г.

2. Рассчитать расход глины (по массе и объему), необходимый для изготовления 40 000 шт. кирпичей, при следующих данных: средняя плотность кирпича 1760 кг/м³; средняя плотность сырой глины в карьере 1640 кг/м³; влажность ее 16%; при обжиге сырца в печи потеря при прокаливании составляет 8% от массы сухой глины.

Решение:

1) Найдём плотность сухой глины

1640 - 16% = 1377,6 кг/м³

2) Найдём плотность после обжига

1377,6 - 8 % = 1267,392 кг/м³

3) Найдём объём сырой глины, необходимый для для получения 1м³ кирпича

1760 / 1267,392 = 1,38 м³

4) Найдём объём стандартного кирпича

250*120*65=0,00195 м³

5) 0,00195*40 000 = 78 м³

6) Найдём расход глины по объему

78 * 1,38 = 107,64 м³

7) Найдём расход глины по массе

107,64 * 1640 = 176 529,6 кг

Ответ: расход глины по объему равен 107,64 м³, расход глины по массе равен 176 529,6 кг

Размещено на Allbest.ru