Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра архитектуры и стройматериалов

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1, 2

По дисциплине « Материаловедение. Новые строительные материалы »

Выполнил:

Песков П.А.

Шифр: ЗСП - 12123

Научный руководитель:

Панова В. Ф.

Новокузнецк - 2014



Задание 1

Кварцит характеризуется следующими показателями: истинная плотность 2, 72 г / , пористость 0, 52 %, водопоглощение по массе 0, 17 %, истираемость по объему 0, 037 / . Определить закрытую пористость этого кварцита и его истираемость по массе.

Истираемость по массе найдем, учтя, что в 1 см³ содержится

1/2, 706 = 0, 370 г кварцита.

Таким образом: истираемость по массе равна:

И_м = 0, 370 • 0, 037 = 0, 137 г/см².

Открытая пористость и водопоглощение изучаемого кварцита:

;, соответственно, где

m₂, m₁ - массы образца в насыщенном водой и сухом состоянии,

V - объем материала в естественном состоянии;

с_вод - плотность воды.



.

Пористость определяется по формуле:

П = П_откр + П_закр, где

П_откр и П_закр ? открытая и закрытая пористости соответственно.

Отсюда закрытая пористость есть разность между пористостью и открытой пористостью:

П_закр. = П - П_О = 0, 52 - 0, 46 = 0, 06%.

Ответ: закрытая пористость равна П_закр.= 0, 06%, истираемость по массе исследуемого кварцита И_м = 0, 137 г/см³.

Примечание: плотности берутся для 20 ^оС.

Задание 2

Активные минеральные добавки в вяжущих веществах.

Минеральные вяжущие вещества - это тонко измельченные порошки, которые при затворении с водой образуют пластичное тесто, а со временем переходят в камневидное состояние.

Вяжущие материалы -- это минеральные и органические вещества, применяемые для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления (омоноличивания) отдельных элементов строительных конструкций, гидроизоляции (создания водонепроницаемых покрытий).

К минеральным вяжущим материалам относятся порошкообразные вещества, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая затвердевая, образует прочное камневидное тело. Различают гидравлические вяжущие -- материалы, которые после смешивания с водой и затвердевания на воздухе сохраняют свою твердость и продолжают «набирать» прочность в воде. Воздушные вяжущие -- это вещества, которые способны твердеть и сохранять прочность только на воздухе. Основные минеральные вяжущие вещества представлены в таблице 1.

Таблица 1 ? Классификация минеральных вяжущих веществ.

Название	Применение
Воздушные ? гипсовые вяжущие вещества, воздушная известь, магнезиальные вяжущие вещества, кислотоупорный цемент.	Строительство домов.
Гидравлические ? силикатный цемент, алюминатный цемент, гидравлическая известь, роман-цемент.	Строительство мостов, тоннелей.
Автоклавного твердения ? известково-кремнеземистые вяжущие вещества, известково-шлаковые вяжущие вещества, нефелиновый цемент.	Производство кирпичей.

Активные минеральные добавки - это естественные или искусственные минеральные вещества, которые в свободном виде не имеют свойств вяжущих веществ. Однако, при смешении в тонкомолотом виде с гидравлическими вяжущими веществами, в частности с портландцементом, могут усиливать их водостойкость, морозостойкость и антикоррозионные свойства, а в смеси с известью (тонкомолотой кипелкой или пушонкой) добавлять ей гидравлические свойства. В зависимости от вида исходного вяжущего компонента и добавки цементы с активными минеральными добавками делят на пуццолановые и шлакопортландцементы.

Минеральная добавка считается активной, если она обеспечивает конец схватывания теста, приготовленного, на основе добавки и извести-пушонки, не позднее 7 суток после затворения и обеспечивает водостойкость образца не позднее 3 суток после конца его схватывания. Активность минеральных добавок характеризуется также количеством СаО, поглощенной из раствора на 1 г добавки в течение ЗО сут. Согласно ГОСТу, активность диатомитов, трепелов и опок должна составлять не менее 150 мг/г; глиежей - 30 мг/г; вулканических пеплов, туфов и пемзы- 50 мг/г и трассов - 60 мг/г.

Относительно активности минеральные добавки бывают трех видов:

У добавки, в составе которых в тонкодисперсном состоянии присутствует аморфный кремнезем (трепелы, диатомиты, опоки и т. д.).

У добавки, насыщенные продуктами обжига глин (глиежи, глиниты, цемянки, горелые породы, а также топливные шлаки и золы).

У добавки в стекловидном состоянии естественного и искусственного происхождения (вулканические пеплы, туфы, пемзы и др.).

Задание 3

Определить среднюю плотность каменного образца неправильной геометрической формы, если на воздухе его масса 160 г. Масса парафинированного образца 164 г., а в воде 88 г., истинная плотность парафина 0, 93 г / .

Данные по плотности воздуха и воды соответствуют 20 ^оС.

Так как авторы задания задали численные значения с двумя значащими цифрами, а там, где с тремя - там первым знаком идет 1, то влиянием плотности воздуха пренебрегаю, проводя вычисления в соответствии с ГОСТ 15139-69:



? 2227 кг/м³.

Ответ: средняя плотность каменного образца неправильной геометрической формы равна с_обр ? 2227 кг/м³.

Задание 4

Определить пористость горной породы, если известно, что ее водопоглощение по объему в 1, 7 раза больше водопоглощения по массе, а истинная плотность твердого вещества равна 2, 6 г / .

Дано:

;

с = 2, 6 г/см³.

Найти: П = ?

Решение:

По определению, водопоглощение по массе:

W_м = m_B / m₁, где

m_B - масса воды в горной породе при полном насыщении;

m₁ - масса горной породы в сухом состоянии.

По определению, водопоглощение по объему:

W_о = m_B / V, где



m_B - масса воды в горной породе при полном насыщении;

V - объем горной породы в естественном состоянии.

Из условия W_м = К• W_о.

Таким образом: m_B / m₁ = К • m_B / V;

Очевидно, составители задачи пренебрегли анализом размерности заданного отношения К, так как из предыдущей формулы:

K • m₁ = V.

[1] • [кг] = [м³] - явная ошибка.

Теперь перед нами выбор, какую действительную размерность имеет коэффициент К: [м³/кг] - из предположения, что задано значение величины К в СИ, или [см³/г] - исходя из размерности плотности в задании [г/].

Я решаю в предположении, что справедлив второй вариант, так как авторы задания забыли о введении СИ в обязательном порядке несколько десятилетий назад.

Принимаю К = 1, 7 см³/г.

m₁ = V / К;

По определению, пористость:

П = (1 - с₀ / с) • 100%, где

с_о = m₁ / V = 1 / К - средняя плотность горной породы;

с = m₁ / V₁ - истинная плотность горной породы.

Подстановка дает искомое значение пористости горной породы:

П = (1 - (1/К) / с) • 100% = (1 - (1/1, 7) / 2, 6) • 100% ? 77, 4%.

Ответ: пористость горной породы равна П ? 77, 4%.

Примечание: если этот ответ не устраивает авторов задания, то в этом виновато пренебрежение размерностями СИ в их задании. Для заводской лаборатории, где определяются характеристики материала, это неважно, так как измеряющий знает размерности величин, но при передаче для обработки результатов «на сторону» пренебрежение к правильной записи размерностей недопустимо!

Задание 5

Описать горные породы, состоящие в основном из карбонатов и сульфатов кальция и магния и привести примеры их использования в производстве строительных материалов.

Карбонатные породы ? это образования, сложенные карбонатами кальция, магния и в меньшей степени железа. Это различные известняки, мергели и мраморы, а также травертины, известковая гажа, жильные карбонатные породы, карбонатиты, карбонатные пески и другие образования. В их составе помимо собственно карбонатов присутствуют глинистые частицы, углистое вещество, кварц, полевые шпаты, сульфиды, сульфаты, хлорит, глауконит и другие образования. Породы характеризуются большим разнообразием структур и текстур; помимо осадочных образований среди них имеются представители метаморфического (мраморы), магматического (карбонатиты), гидротермального (карбонатные жилы выполнения, травертины) и гидротермально-метасоматического (доломиты) генезиса.

По распространенности в стратисфере они занимают второе место и составляют около 20% осадочной оболочки Земли, уступая лишь глинам.

Все карбонатолиты по минералогическому составу разделяют на:

известняки, сложенные кальцитом или арагонитом;

доломиты или доломитолиты, сложенные доломитом;

сидериты или сидеритолиты, состоящие из сидерита;

магнезиты или магнезитолиты, состоящие из магнезита;

анкериты или анкеритолиты (Са (Fe, Mg)[CO3]2);

родохрозитолиты.

Кальцит, или кристаллический известковый шпат CaCO3 - один из самых распространенных минералов земной коры. Он легко раскалывается по плоскостям спайности по трем направлениям имеет плотность 2, 7, твердость 3 и слабо растворим в чистой воде.

Магнезит MgCO3 встречается большей частью в виде землистых или плотных агрегатов со скрытокристаллическим строением, он тяжелее и тверже кальцита. Используют для получения огнеупорных материалов магнезиального вяжущего - каустического магнезита.

Доломит CaCO3MgCO3 более тверд и прочен и еще меньше растворим в воде, чем кальцит.

Благодаря широкому распространению, легкой добыче и обработке обыкновенные известняки, доломитизированные известняки и доломиты применяют в строительстве чаще, чем другие породы. Известняки широко применяют как сырье для получения вяжущих веществ - извести и цемента. Доломиты, благодаря повышенной адгезии, используют для получения вяжущих и огнеупорных материалов в цементной, стекольной, керамической и металлургической промышленности, а так же в качестве строительного камня и щебня для бетона и для получения каустического доломита.

Нередко доломитовый наполнитель встречается в составе герметиков, мастик, резинотехнических изделий, линолеума, лаков, красок и т.д.

Сульфатные породы состоят из сульфатных соединений, выпадающих в осадок в случае увеличения их концентрации в природных водах.

Ангидрит CaSO₄ и гипс CaSO₄^.2H₂O - широко распространенные сульфаты, образующие кристаллические агрегаты и в результате гидратации и дегидратации могут переходить друг в друга. Более редкими разновидностями гипса являются тонкозернистый агрегат - алебастр и тонковолокнистый агрегат - селенит. Оба минерала белые и светло-серые; по сравнению с гипсом ангидрит имеет более высокую твердость (3-3, 5) и больший удельный вес (2, 93 по сравнению с 2, 3 г/см³ у гипса).

Основная масса этих минералов входит в состав одноименных мономинеральных горных пород, содержащих также примеси карбонатов, галита, кварца, глинистых и других минералов. Гипс совместно с песчаным, алевритистым, глинистым и известковым материалом образует своеобразные породы (гажу), содержащие большое количество гальки и гравия.

При нагревании до температуры 120-180 ⁰ С гипс теряет часть своей воды и переходит в полуводный гипс CaSO₄^.0, 5H₂O. Этот продукт, называемый строительным гипсом, при смешивании с водой образует высокопрочное вяжущее вещество, быстро схватывающееся и твердеющее. Его широко используют для штукатурных и отделочных работ, изготовления всевозможных строительных конструкций, а также в качестве формовочного материала и медицинского гипса.

Обжиг ангидрита и гипса при температурах 800-1000 ⁰ С приводит к диссоциации CaSO4 с образованием свободной жженой извести СаО. кальцинированный или эстрих-гипс; он медленно соединяется с водой, превращаясь в вяжущую массу, широко используемую в строительстве для производства плиточных и бесшовных полов, лестничных ступеней, искусственного мрамора.

В цементной промышленности при производстве портландцемента гипс добавляется (до 3%) в естественном виде для регулирования сроков схватывания бетона. Он используется также для получения гидравлического гипсошлакового цемента; этот цемент весьма эффективен при подземном и подводном строительстве в агрессивных сульфатных средах. Наконец, существует ангидритовый цемент, получаемый обжигом природного гипса при температурах 600-700 ⁰ С с последующим тонким помолом вместе с различными активизирующими добавками.

Около 90% добываемых гипса и ангидрита используется в качестве сырья для производства гипсовых вяжущих веществ и цемента. Еще эти минералы применяется при производстве серной кислоты, азотных удобрений, гипсования засоленных почв, в качестве облицовочного материала (алебастр) и поделочного камня (селенит и алебастр).

Задание 6

Что такое прочность каменных материалов, как ее определяют? Какую форму и размеры имеют естественные и искусственные каменные материалы при испытании их на сжатие?

Прочность ? свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Под воздействием различных нагрузок материалы в зданиях испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, изгиб, срез и др.). Прочность является основным свойством большинства строительных материалов, от ее значения зависит величина нагрузки, которую может воспринимать данный элемент при заданном сечении.

Прочность некоторых строительных материалов приведены в таблице 2.

Таблица 2 ? Прочность некоторых строительных материалов

Материалы	Предел прочности, при сжатии, МПа
Гранит	150 ? 250
Тяжелый бетон	10 ? 50
Керамический кирпич	7, 5 ? 30
Сталь	210 ? 600
Древесина (вдоль волокон)	30 ? 65
Стеклопластик	90 ? 150



Строительные материалы в зависимости от происхождения и структуры по-разному противостоят различным напряжениям. Так, материалы минерального происхождения (природные камни, кирпич, бетон и др.) хорошо сопротивляются сжатию, но хуже срезу и еще хуже растяжению, поэтому их используют главным образом в конструкциях, работающих на сжатие. Другие строительные материалы (металл, древесина) хорошо работают на сжатие, изгиб и растяжение, поэтому их с успехом применяют в различных конструкциях (балки, фермы и т. п.), работающих на изгиб.

Прочность материала характеризуется пределом прочности (при сжатии, изгибе и растяжении).

Пределом прочности называют напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение образца материала.

Предел прочности материала определяют опытным путем, испытывая в лаборатории на гидравлических прессах или разрывных машинах специально изготовленные образцы. Для испытания материалов на сжатие образцы изготовляют в виде куба или цилиндра, на растяжение ? в виде круглых стержней или полос, а на изгиб ? в виде балочек. Форма и размеры образцов должны строго соответствовать требованиям ГОСТа или технических условий на каждый вид материала

Также прочность каменных материалов определяют стальной иглой, которой чертят (царапают) породу. Твердость такой иглы принимают около 5 по шкале Мооса. На минералах твердостью выше 5 игла не оставляет следа, при твердости ниже 4 она оставляет рваную черту с зазубренными краями, а на минералах твердостью ниже 3 игла оставляет ровную глубокую черту.

О прочности каменной породы можно судить по ее раскалыванию под ударом молотка или кувалды. Для пробы на прочность образец камня около 200 см³ (приблизительно 6x6x6 см) одним-двумя ударами молотка или кувалды раскалывают в щебенку. Прочный камень расколется на 2-3 куска, а непрочный или выветренный - на много мелких кусочков. При расколе песчаников замечают связь зерен с цементирующим веществом: если связь прочная, раскол происходит по зернам и цементу, а если нет - то разрушается цемент, в то время как зерна остаются целыми.

Прочность каменной породы при ударе молотком можно определить и по звуку. Для этого кусок породы кладут на ладонь и по нему наносят не очень сильный удар молотком. Плотный и прочный камень дает ощущение упругого удара и издает звонкий звук, причем после удара молоток от камня отскакивает. Неплотный и непрочный камень при ударе издает глухой звук.

Водопоглощение также может характеризовать прочность камня. Если образец каменной породы имеет большое водопоглощение и это поглощение происходит быстро, это значит, что структура образца нарушена и порода имеет повышенную пористость (трещиноватость). Существует определенная связь между водопоглощением и прочностью природных каменных материалов. Для гранитов и известняков она дана в таблице 3.

Таблица 3 ? Связь между водопоглощением и прочностью природных каменных материалов

Водопоглощение, %	Прочность на сжатие, МПа	Водопоглощение, %	Прочность на сжатие, МПа
Граниты
0, 2	Не менее 120	0, 8	60-70
0, 4	90-110	1	50-60
0, 6	70-90	1	Не более 50
Известняки и доломиты
0, 5	Около 200	4	70-100
1	170-200	5	50-70
2	130-170	6	Менее 50
3	100-130	7-8	Менее 15

Наиболее достоверно определяют прочность каменных материалов по сумме испытаний: пробами иглой, каплей воды или чернил и по удару молотком в сочетании с внешним осмотром. Полученные данные сверяют с данными ГОСТа и производят таким образом оценку горной породы.



Задание 7

Сырье и основы производства портландцемента.

Портландцемент и его разновидности являются основным вяжущим материалом в современном строительстве. Портландцемент представляет собой порошкообразное гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, состоящее главным образом из силикатов кальция. Получают портландцемент тонким измельчением клинкера с гипсом (3...7 %), допускается введение в смесь активных минеральных добавок (10...15 %).

Клинкер ? продукт обжига (до полного спекания) искусственной сырьевой смеси, состоящей приблизительно из 75 % карбоната кальция (обычно известняка) и 25 % глины. Основные свойства портландцемента обусловливаются составом клинкера.

Сырьевые материалы и топливо

При производстве портландцемента применяют разнообразные материалы, одни из которых идут на изготовление клинкера, другие же в виде добавок используются при его помоле (гипс и минеральные добавки).

Сырьевыми материалами для производства клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция и глинистые породы, содержащие кремнезем, глинозем и оксид железа. В среднем на изготовление 1 т цемента требуется до 1, 6 т исходного сырья.

Наряду с материалами природного происхождения цементная промышленность использует побочные продукты (отходы) разных отраслей промышленности, например доменные шлаки, золы, нефелиновый шлам и др. Имеется также опыт комплексного производства портландцемента и сернистого газа из смесей гипса или ангидрита с глиной.

В производстве портландцемента широко используют известняки и мел, а также мергели. Известняки и мел содержат до 90 % и более углекислого кальция и небольшие количества кварцевого песка, глинистых минералов и др. Химический состав этих материалов характеризуется содержанием оксида кальция (до 50 % и более) и ССЬ (до 40 % и более). Они содержат также небольшие количества кремнезема, глинозема и др. Содержание MgO более 3? 3, 5 % и серного ангидрида более 1?1, 3 % недопустимо.

Производство портландцемента

Производство портландцемента состоит из следующих процессов: добычи сырья и доставки его на завод; подготовки сырья и смеси; обжига смеси ? получения клинкера; измельчения клинкера с добавками - получения цемента.

По характеру подготовки сырья и приготовления смеси различают мокрый и сухой способы изготовления цемента. При мокром способе сырье дробят и размалывают без дополнительной подсушки. Часто помол осуществляют с добавлением воды, глину размешивают в специальных емкостях ? болтушках. Смесь готовят перемешиванием жидких молотых смесей в шламбассейнах. В этом случае подготовленная смесь ? цементный шлам ? содержит до 40 % и более воды. На рисунке 1 показана технологическая схема производства портландцемента мокрым способом изготовления.



Рисунок 1 ? Технологическая схема производства портландцемента

При сухом способе тонкое измельчение исходного сырья ? помол ? осуществляют в сухом состоянии. Смешивание производят в специальных смесителях. В строительстве наиболее распространен мокрый способ, при котором удается достичь хорошей гомогенности сырьевой смеси, что ведет к получению цемента с более высокими качествами. В настоящее время в связи с созданием оборудования, обеспечивающего хорошую гомогенизацию в смеси тонкомолотых порошков, сухой способ как более экономичный (не требующий теплоты на испарение воды) и, следовательно, перспективный находит все большее применение.

Обжиг смеси производится во вращающихся печах, представляющих собой металлические цилиндры, обложенные внутри огнеупорной футеровкой. Печь укладывают на специальные катки с небольшим уклоном к поверхности земли, за счет чего по мере вращения сырьевая смесь продвигается по печи от приподнятого конца к опущенному.

По мере продвижения смесь подсушивается, скатывается в шарики и под действием высокой температуры (1450... 1500 °С) спекается в гранулы размером 5...20 мм и более'. Затем гранулы охлаждаются сначала в печи, в зоне охлаждения, а затем ? в специальных устройствах ? холодильниках.

Остывший клинкер подвергают размолу чаще всего в шаровых мельницах, которые выложены изнутри бронированными плитами. Мельницы имеют 2...3 камеры, отделенные друг от друга металлическими перегородками с отверстиями для прохождения размалываемого материала.

Размол клинкера и постепенное продвижение размалываемого материала обеспечиваются при вращении за счет наклона мельницы. По выходе из ельницы портландцемент подают на склад в силосы, где он остывает и выдерживается некоторое время, достаточное для стабилизации. Необходимость выдержки связана с тем, что при помоле, особенно если осуществляется помол еще не совсем остывшего клинкера, происходит дегидратация вводимого гипса, получаемый при этом цемент будет обладать нестандартными сроками схватывания (ложное схватывание).

Задание 8

Способы снижения средней плотности стеновых керамических изделий.

В жилищном и промышленном строительстве широко используются как плотные, так и пористые материалы. Например, наряду с плотными бетонами разработаны и применяются ячеистые бетоны, наряду с плотными гипсовыми изделиями - пеногипсовые. В производстве же стеновых керамических материалов производится только изделия плотной структуры с тем или иным количеством крупных пустот. Имеется лишь небольшой опыт производства пористо-пустотелых изделий путем введения выгорающих добавок.

Учитывая вышесказанное, уменьшение плотности стеновой керамики именно за счет создания пористой структуры материала является актуальной проблемой, решение которой позволит значительно снизить материалоемкость производства и увеличить теплозащитные свойства стеновых ограждений.

Известны шесть основных способов поризации структуры строительных материалов:

вспучивание,

удаление порообразователя,

неплотная упаковка,

контактное омоноличивание,

объемное омоноличивание,

создание комбинированных структур.

При разработке технологии поризованной стеновой керамики находят применение все названные способы. Однако на практике для снижения плотности керамических изделий используют совместно два из них: способ пустотообразования и способ удаления порообразователя.

Применение в промышленности строительной керамики способа выжигания порообразователя, вводимого в состав исходной керамической массы, позволило частично решить как вышеобозначеные проблемы, так и проблемы, связанные с экономией топлива и утилизацией топливосодержащих отходов. В настоящее время в качестве выгорающих добавок часто используют древесные опилки, уголь, лигнин, отходы картонно-рубероидного производства и др.

Некоторые изделия получают методом пластического формования, используя в качестве выгорающей добавки вспененный полистирол. В результате выгорания полистирола формируется закрытая ячеистая структура, что благоприятно сказывается на физико-механических показателях изделий. Однако добавка полистирола пригодна не для всех глин. Как правило, используются высокопластичные или пластифицированные, тщательно подготовленные глины.

Некоторые заводы используют в качестве выгорающих добавок уголь, углеотходы и золы. Их вводят в количестве, соответствующем 60-80% расхода топлива. Реализованы в производстве технологии пористо-пустотелых изделий на основе 100% углеотходов. Но высокая продолжительность обжига таких изделий, неравномерность выгорания угля требуют все же введения корректирующих добавок.

Технология с использованием выгорающих добавок не требует разработки нового оборудования и реализуется в условиях действующих заводов по выпуску обыкновенного кирпича. Но следует признать, что при получении изделий со средней плотностью возникает множество проблем (необходимость использования средне- или высокопластичного глинистого сырья, тонкого измельчения выгорающей добавки, увеличения продолжительности обжига, снижение прочности и т.д.).

Важным переделом технологий пористокерамических изделий методами низкотемпературного газообразования, пенообразования и аэрирования является довольно сложная и энергетически затратная шликерная подготовка сырья. Однако и она имеет весьма значительные преимущества:

способствует полному разрушению природной структуры и усреднению керамической массы, что позволяет использовать возможности глинистого сырья для образования пористой структуры изделий. При этом исключается энергоемкий сухой помол компонентов;

позволяет удалить каменистые включения, присутствующие в глинах;

позволяет вводить и равномерно распределять как твердые, так и жидкие корректирующие добавки, даже в небольшом количестве.

Необходимо отметить, что отличительной особенностью процесса обжига газо - и пенокерамики по сравнению с керамическими материалами пластического формования или полусухого прессования является возможность его интенсификации в связи с высокопористой структурой, поры которой препятствуют развитию трещин.

К недостаткам методов низкотемпературного газообразования, пенообразования, аэрирования и сухой минерализации пены следует отнести многокомпонентный состав сырьевых материалов; высокую воздушную усадку сырца, которая достигает 15-20%; большой парк форм; использование обмазки и промывки форм.

В настоящее время разработана технология производства пенокерамических стеновых и теплоизоляционных изделий средней плотностью на основе легкоплавких глин методом пенообразования.

Отличительной особенностью разработанной технологии является формирование устойчивой сырцовой структуры за счет регулирования процессов коагуляции глинистой составляющей в поризованной керамической массе, что позволяет:

отказаться от применения гипса в качестве стабилизатора пеномассы;

повысить прочность сырца в начальный период сушки;

осуществить распалубку изделий через2~3 часа после формования и интенсифицировать процесс сушки;

повысить трещиностойкость изделий;

Задание 9

Процессы, протекающие при обжиге глинистых пород.

Обжиг - конечная и важная стадия любого керамического производства. При обжиге керамических изделий происходят сложнейшие физико-химические процессы, в результате которых керамическая масса - механическая смесь минеральных частиц - становится камнеподобным материалом - прочным, твердым и химически стойким.

Периоды обжига:

Ш подъем температуры, нагревание (наиболее ответственный);

Ш выдержка при постоянной температуре;

Ш снижение температуры, охлаждение.

Составляющие режима обжига:

« скорость нагрева и охлаждения,

« время выдержки при постоянной температуре,

« температура обжига,

« среда обжига (окислительная, восстановительная и нейтральная).

Физико-химические процессы, происходящие при обжиге:

I. Удаление свободной (гигроскопической) влаги - 100-250⁰С.

После сушки изделия имеют остаточную влажность около 2-4 %, и эта влага удаляется в начальный период обжига при температуре 100-250⁰С.Подъем температуры в этом периоде следует вести со скоростью 30-50⁰С в час.

II. Окисление (выгорание) органических примесей - 300-800⁰С.

При быстром подъеме температуры и недостаточном притоке кислорода воздуха часть этих примесей может не выгореть, что обнаруживается по темной сердцевине черепка.

III. Дегидратация глинистых материалов - удаление химически связанной воды - 450-850⁰С.

Особенно активно этот процесс происходит в интервале температур 580-600⁰С. Удаление химически связанной воды в составе основного глинообразующего минерала - каолинита - сопровождается разложением молекулы этого минерала и переходом его в метакаолинит Al₂О₃, 2SiO₂, имеющий скрытокристаллическое строение. В интервале температур 550-830⁰С метакаолинит распадается на первичные оксиды Al₂О₃, 2SiO₂ > Al₂О₃+2SiO₂, а при температуре свыше 920⁰С начинает образовываться муллит 3Al₂О₃? 2SiO₂, содержание которого определяет высокую механическую прочность, термостойкость и химическую стойкость керамических изделий. С повышением температуры кристаллизация муллита ускоряется и достигает своего максимума при 1200-1300⁰С.

IV. Полиморфные превращения кварца - 575⁰С.

Данный процесс сопровождается увеличением объема кварца почти на 2%, однако большая пористость керамики при этой температуре не препятствует росту кварцевых зерен и в черепке не возникает значительных напряжений. При охлаждении печи при той же температуре происходит обратный процесс, сопровождаемый сокращением объема черепка на 5 %.

V. Выделение оксидов железа - от 500⁰С.

В составе керамических масс железо может находиться в виде оксидов, карбонатов, сульфатов и силикатов. При температуре обжига выше 500⁰С оксид железа Fe₂O₃, частично замещающий Al₂О₃ в глинистых минералах, выделяется в свободном виде и окрашивает керамику в красный цвет, интенсивность которого зависит от содержания Fe₂O₃ в керамической массе. Углекислое железо - сидерит - Fe₂СO₃ разлагается в интервале температур 400-500⁰С. Разложение сульфата железа FeSO₄ происходит при температуре 560-780⁰С.

VI. Декарбонизация - 500-1000⁰С.

Данный процесс происходит в фаянсовых и майоликовых массах, в состав которых входят карбонатные породы: мел, известняк, доломит: СаСО₃>СаО+СО₂. Выделяющийся СО₂ не дает дефектов на изделиях, если керамические массы в этот период еще не отфлюсовались, иначе на поверхности изделий могут появиться характерные вздутия - «пузыри».

VII. Образование стеклофазы - от 1000⁰С.

Глинистые минералы при нагреве до 1000?С не плавятся, но ввод в состав керамических масс силикатов с высоким содержанием щелочных металлов способствует образованию смесей с температурой плавления от 950⁰С. Жидкая фаза играет важную роль в повышении спекания черепка, как бы «склеивая» минеральные частицы керамической массы в единое целое.

VIII. Восстановительный обжиг (для фарфора - 1000-1250⁰С; для гончарной керамики и майолики - 500-950⁰С).

Восстановительная среда создается путем увеличения концентрации окиси углерода в печных газах и способствует изменению цвета керамических масс и декоративных покрытий за счет стремления СО «отнять» кислород у химических элементов, входящих в состав керамических изделий. Цель создания восстановительной среды при производстве фарфора - перевод оксида железа, содержащегося в фарфоровой массе и придающего нежелательную желтую окраску фарфору, в силикат-фаялит FeO, SiO₂ - в результате чего повышается белизна фарфора. Если в топку печи будет подано избыточное количество топлива по отношению к подаваемому кислороду, то реакция горения будет происходить не до конца и в результате неполного сгорания будет образовываться не углекислый газ (СО₂), а угарный газ (СО) и оставаться не прореагировавшее с кислородом топливо (С) в виде копоти и дыма. Угарный газ будет реагировать с окисью железа (Fe₂O₃) в составе керамической массы, восстанавливая ее в закись железа (FeO), присоединяя к себе кислород и образуя за счет присоединенного кислорода углекислый газ СО₂. Превращение в результате обжига окиси железа в его закись придает черепку оттенок от зеленовато-голубого до иссиня-черного. Реагируя с оксидами в составе глазурей, угарный газ восстанавливает оксиды до металлов, в результате чего на поверхности глазурей появляется металлический блеск.

IX. Расплавление полевошпатных материалов - 1100-1360?С.

В расплавленном полевошпатном стекле растворяются метакаолинит Al₂О₃, 2SiO₂ и мелкие зерна кварца. В этом температурном интервале происходит образование муллита 3Al₂О₃, 2SiO₂, который вместе с частицами кварца образует каркас керамического черепка.

Продолжительность обжига колеблется в больших пределах и зависит от конструкции и размеров обжигательных печей, вида топлива, конечной температуры обжига, химического и гранулометрического состава керамических масс, размеров и формы изделий и др.

Задание 10

Дать характеристику и особенности свойств и применения сульфатостойкого и быстротвердеющего цементов.

Сульфатостойкие цементы - цементы, образующие камень, устойчивый к действию воды, содержащей сульфатные анионы.

Эти цементы предназначены для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, обладающих коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию в них сульфатов.

Сульфатостойкий цемент является разновидностью обычного портландцемента и отличается от последнего тем, что обнаруживает повышенную стойкость к сульфатной агрессии в условиях систематического попеременного замораживания и оттаивания или увлажнения и высыхания. Получают этот цемент путем совместного помола клинкера нормированного состава и гипса.

По вещественному составу сульфатостойкие цементы подразделяют (ГОСТ 22266-94) на виды:

· СС ПЦ ДО ? сульфатостойкий портландцемент

Характерные особенности: М400: средний темп твердения; высокая атмосферостойкость; высокая морозостойкость; высокая сульфатостойкость; низкие деформации усадки

Рациональная область применения: производство бетонных и железобетонных монолитных и сборных конструкций и изделий, работающих в условиях высокоагрессивной среды по содержанию ионов SO²₄; Cl; Mg²; CO²₂. Для бетонов, работающих при систематическом многократном попеременном замораживании и оттаивании либо увлажнении и высыхании.

· СС ПЦ Д20 ? сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками

Характерные особенности: М400, М500: средний темп твердения; высокая атмосферостойкость; средняя морозостойкость; высокая сульфатостойкость; средние деформации усадки

Рациональная область применения: производство бетонных и железобетонных монолитных и сборных конструкций и изделий, работающих в условиях высокоагрессивной среды по содержанию ионов SO²₄; Cl; Mg²; CO²₂, а так же в массивных элементах гидротехнических сооружений, где требуется пониженная экзотермия;

· СС ШПЦ Д60 ? сульфатостойкий шлакопортландцемент

Характерные особенности: М300, М400: низкий темп твердения; средняя атмосферостойкость; низкая морозостойкость; высокая сульфатостойкость; высокие деформации усадки

Рациональная область применения: более рационально и экономично применять для подземных и подводных конструкций в сильноагрессивных средах.

По прочностным показателям этот цемент подразделяют на три марки: 400, 500 и 600. В таблицах 4 и 5 приведены основные свойства сульфатостойкого цемента и его коррозионная стойкость.

Таблица 4 ? Свойства сульфатостойкого цемента

Свойства	Тонкость помола	Сроки схватывания, ч: мин	Прочность при сжатии, МПа	Содержан ие SO3, %
	прошло через сито 008, %	начало	конец	28 суток
Требования ДСТУ	не менее 85%	не ранее 0:45	не позднее 10:00	не менее 39, 2 (49, 0)*	не более 3, 0 (4, 0)**
СС ПЦ 400 ДО	91, 0	3:35	4:45	44, 1	2, 20
СС ПЦ 500 Д20	91, 9	3:50	5:00	50, 7	2, 08
СС ПЦ 400 Д20	90, 9	3:50	5:05	42, 8	2, 04
СС ШПЦ 400 Д60	91, 0	3:30	5:20	39, 7	1, 74

Таблица 5 ? Коррозионная стойкость сульфатостойких цементов

Вид цемента	Предел прочности при изгибе и сжатии в 28 сут, МПа	Среда хранения образцов	Предел прочности при изгибе, МПа	Коэффициент СТОЙКОСТИ	Предел прочности при сжатии, МПа	Коэффициент СТОЙКОСТИ
			90 сут	180 сут	КС3	КС6	90 сут	180 сут	КС3	КС6
СС ПЦ ДО	8, 2	49, 5	Н2О	8, 1	8, 0	0, 94	1, 05	58, 3	57, 1	0, 93	0, 94
			Na2SO4	7, 6	8, 4			54, 4	53, 4
СС ПЦ Д20	7, 0	41, 9	Н2О	8, 0	8, 2	1, 06	0, 98	50, 9	53, 3	1, 03	0, 95
			Na2SO4	8, 5	8, 0			52, 2	50, 4
СС ШПЦ III/A-400	6, 8	42, 3	Н2О	8, 7	8, 2	1, 07	1, 16	57, 7	59, 5	1, 03	1, 03
			Na2SO4	9, 3	9, 5			59, 4	61, 4

Присущие сульфатостойкому цементу свойства обусловливают и возможности его практического использования. Наиболее целесообразно применять этот цемент для бетонных и железобетонных конструкций, в том числе и предварительно напряженных, гидротехнических сооружений, подвергающихся сульфатной агрессии на переменном уровне горизонта воды, а также для изготовления свай, сооружения опор мостов, молов, предназначенных для службы в минерализованных водах.

Допускается применение сульфатостойкого цемента для подводных частей морских и океанских сооружений, однако для этих целей более экономичным является использование сульфатостойкого пуццоланового цемента, поскольку в сульфатостойком цементе активные тепловыделяющие минералы (C3S и С3А) содержатся в меньшем количестве.

Быстротвердеющие цементы

? группа цементов различной природы и состава, характеризующаяся способностью обеспечить в нормальных условиях твердения формирование искусственного камня заданной прочности за короткий период (за короткие сроки твердения).

Применяется для изготовления конструкций из бетона и железобетона (в т.ч. преднапряженного) без тепловой обработки, возведения конструкций и сооружений из монолитного бетона с применением скользящей или переставной опалубки.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) получается совместным тонким измельчением специального портландцементного клинкера и гипса.

Основным отличием быстротвердеющего цемента является высокий показатель индекса затвердевания. Отличие заключается и в том, уже в начальном периоде смешивания цемента с водой наступает затвердение бетонной смеси, в связи с чем он значительно быстрее других марок цемента может набрать прочность, соответствующей марочной.

Портландцемент является быстротвердеющим, если содержание C3A и C3S (трехкальциевый алюминат и трехкальциевый силикат) более 59%. Быстрому твердению цемента в раннем периоде, также, способствует уменьшение концентрации активных добавок. Содержание доменных шлаков быстротвердеющем цементе может быть менее 15%.

В соответствие с ГОСТ 31108-2003 и EC EN 197-1, быстротвердеющий портландцемент уже на третьи сутки твердения в растворе один к трем и в обычных условиях при изгибе от 40 и более обязаны обладать пределом прочности при изгибе более 40кгс/см². При 28-ми суточной прочности быстротвердеющего цемента его показатели не регламентированы и имеют характеристики обычного цемента М 400 или цемента M 500. Тонкость помола быстротвердеющего цемента больше, чем у нормально твердеющего цемента. Она составляет от 3500 до 4000см/г², против 2500-3000 см/г² у нормального цемента. В основном, цементными заводами России выпускается быстротвердеющий цемент М400 Д20Б и М500 Д20Б.

Быстротвердеющий цемент применяется в монолитных строительных работах, включающих в себя изготовление бетона или специального цементного раствора. Когда в изготовлении раствора используется этот вид цемента, то такие смеси отличаются интенсивными показателями сроков схватывания, - это особенно ценно в ходе кладочных работ.

Когда в изготовлении кладочного раствора используется быстротвердеющий портландцемент, исключаются остановки в работе, которые бывают неизбежными, когда на нижеукладываемые ряды кирпича "наползают" следующие кирпичные ряды, давящие на нижние ряды своим весом.

Быстротвердеющие цементы применяются и при изготовлении высокопрочных, обычных и преднапряженных железобетонных изделий и конструкций. Это дает возможность значительно сократить потребность в металлических формах, а в отдельных случаях отказаться и от тепловой обработки изделий. Применение быстротвердеющих цементов для возведения сооружений из монолитного бетона позволяет резко сократить сроки выдержки конструкций в опалубке.

Быстрый темп схватывания добавочного цемента - весомый аргумент в пользу цемента этого типа. Увеличивается скорость бетонирования изделий и конструкций, уменьшаются сроки оборачиваемости опалубки, а также что существенно экономится затрачиваемое на строительство объектов время.

Задание 11

Определить минимально необходимую емкость бетоносмесителя и плотность бетонной смеси, если при одном замесе получается 2 т. бетонной смеси состава 1:2:4 по массе при В/Ц = 0, 6 и коэффициент выхода в = 0, 7. Насыпная плотность использованных материалов: песка ? 1, 6 т / , щебня ? 1, 5 т / и цемента ? 1, 3 т / .

m_Щ1 = m_ц1• Щ/Ц = 1 • 4 = 4 т (по третьей цифре пропорции).

Общая масса замеса:

m₁ = m_Ц + m_В + m_П + m_Щ = 1 + 0, 6 + 2 + 4 = 7, 6 т.

Объемы компонентов бетона для этого случая:

V_Ц1 = m_ц1 / с_н.ц. = 1 / 1, 3 ?0, 769 м³;

V_П1 = m_П1 / с_н.п. = 2 / 1, 6 ? 1, 250 м³;

V_Щ1 = m_Щ1 / с_н.щ. = 4 / 1, 5 ? 2, 667 м³.

В соответствии с заданным коэффициентом выхода получается объем бетона массой 7, 6 т заданного состава:



V₁ = в • (V_Ц1 +V_П1 +V_Щ1) = 0, 7 • (0, 769 + 1, 250 + 2, 667) = 3, 28 м³;

Находим искомую плотность бетона:

с_бет = m₁ / V₁ = 7, 6 / 3, 28 = 2, 32 т/м³;

В итоге определяем минимально необходимую емкость бетоносмесителя

V = m / с_бет = 2 / 2, 32 = 0, 863 м³.

Ответ: искомая плотность бетона: с_бет = 2, 32 т / м³; минимально необходимая емкость бетоносмесителя V= 0, 863 м³.

Задание 12

кварцит пористость горный каменный

Изложите существующие способы формования железобетонных изделий.

Основа производства сборного железобетона - стабильность качественных характеристик, высокая степень уплотнения, заданная точность геометрических размеров, надежность и высокая заводская готовность элементов. Эти требования достигаются внедрением на предприятиях надежного и высокоэффективного технологического и формовочного оборудования, обеспечивающего получение изделий из бетонов с высокими технико-экономическими показателями.

Процесс формования включает следующие операции: подготовка форм к бетонированию (очистка, сборка, смазка), установка и раскрепление арматурного каркаса в форме, натяжение арматуры на упоры при изготовлении сборных железобетонных конструкций, непосредственно формование - укладка бетонной смеси, ее распределение в форме и уплотнение, а также заглаживание верхней открытой поверхности изделия, извлечение из формы готового изделия после тепловой обработки и декоративной отделкой лицевой поверхности изделий. Панели наружных стен в зависимости от конструкций могут подвергаться дополнительной операции -- укладке в панель теплоизоляционного материала при сборке отдельных скорлуп или формовании изделий.

В зависимости от применяемых средств и режимов уплотнения бетонной смеси различают следующие способы формования железобетонных изделий:

Способы вибрационного формирования.

По характеру передачи колебаний на бетонную смесь способы виброформования подразделяются на:

объемное, при котором бетонная смесь во всем объеме изделия вибрирует совместно с формой. Основное достоинство способа - универсальность и конструктивная простота формовочного оборудования.

поверхностное ? характеризуется передачей колебаний на бетонную смесь со стороны открытой поверхности изделия.

вибропротяжка ? способ, в котором формовочный агрегат и форма в процессе формования перемещаются относительно друг друга.

глубинное ? вибровозбудитель размещается внутри бетонной смеси и извлекается из нее после завершения процесса уплотнения.

контактное виброформование осуществляется за счет изгибных колебаний формы за счет применения прикрепляемых вибраторов.

вибровакуумирование - способ, при котором вибрация бетонной смеси, осуществляемая одним из выше перечисленных способов, сочетается с удалением из нее воздуха и избыточной воды.

комбинированные способы - вибрирование смеси сочетается с другими способами формования: прессованием, прокатом и т.п.

По признаку распределения бетонной смеси в форме способы виброформования подразделяются на способы с принудительно-механическим распределением и способы с естественно-вибрационном растечением смеси.

По совместимости процесса укладки, уплотнения смеси и формообразования изделия и отделки способы виброформования подразделяются на последовательно-операционный и совмещенный.

По возможности переналадки технологии на изготовление различных изделий способы формования подразделяются на конвейерный, переналаживаемый и гибкий.

По периодичности процесса способы формования подразделяются на непрерывный, цикличный и прерывистый.

Способы безвибрационного формования

К способам безвибрационного формования относятся:

прессование применяют с целью достижения прочности и плотности бетона в затвердевшем состоянии, превышающих аналогичные показатели вибрированного бетона. Уплотнение может производиться статическим прессованием и прессованием с циклическим режимом наложения давления.

для удаления избыточной воды из бетонной смеси применяют вакуумирование. Часто вакуумирование совмещают с прессованием.

методом роликового формования рекомендуется изготовлять различные бетонные изделия, имеющие открытую плоскую поверхность и толщину от 1, 5 до 20 см, например, плиты покрытия дорог, аэродромов, каналов, тротуаров и полов, бортовой камень, рельефные экраны лоджий.

центрифугирование применяется для формования трубчатых и кольцевых изделий. Этим способом изготовляют трубы, кольца, колонны.

центробежным прокатом формуют изделия кольцевого сечения с немедленной распалубкой, увеличивая использование оборудования.

напорное формование бетононасосами и пневмонагнетательными установками позволяет совместить в одном непрерывном процессе укладку, распределение и уплотнение бетонной смеси.

Комбинированное формование.

Щ вибровакуумирование ? комплексный способ формования изделий, включающим снижение исходного водосодержания бетонной смеси путем ее вакуумирования и повторно-кратковременного вибрирования.

Щ виброгидропрессование применяют при изготовлении напорных труб. Способ заключается в том, что после виброформования выполняют гидродопрессовку изделия через сердечник, имеющий резиновую оболочку. Сердечник помещается внутрь формы до начала формования.

Задание 13

Материалы для изготовления арболита, их свойства.

Арболимт -- лёгкий бетон на основе цементного вяжущего, органических заполнителей (до 80-90% объёма) и химических добавок. Также известен как древобетон.

Содержание в своем составе до 90% древесной щепы 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.

Важнейшей характеристикой арболита, как и любого стройматериала, является предел прочности на сжатие, который варьируется от М5-М10 для теплоизоляционного до М25-М50 и даже до М100 - для конструкционного.

Он имеет высокий коэффициент теплоемкости, то есть при нагревании он поглощает тепло, а при охлаждении - отдает. Его теплопроводность составляет 0, 07-0, 17 Вт/(м·К). Высокая теплоемкость способствует созданию ровного климата в помещении, поэтому дневные и ночные колебания температуры не будут заметны.

В домах, построенных из арболитовых блоков, 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 источник вентиляции. Несмотря на то, что в состав арболита входит большое содержание древесной щепы, он не является пожароопасным и не поддерживает горение. Огнестойкость арболита составляет 0, 75-1, 5 часа.

Несмотря на то, что арболит является материалом легким, он обладает повышенной сопротивляемостью к ударным нагрузкам и высоким пределом прочности при изгибе. Этот строительный материал является единственным материалом среди легких бетонов, который работает на изгиб и может восстанавливать свою форму после временного превышения предельных нагрузок.

Арболит является материалом морозостойким ((F25-F50), он не подвержен воздействию бактерий, гнили и грызунов. 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.

Материалы, применяемые при изготовлении арболита

В качестве вяжущих материалов для изготовления арболитовой смеси применяется портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий цемент (кроме пуццоланового), соответствующие требованиям ГОСТ 10178-85 и ГОСТ 22266-76 марок не ниже: 300 - для теплоизоляционного арболита; 400 - для конструкционного арболита. Для минерализации наполнителя используют хлорид кальция (пищевая добавка E509), нитрат кальция, жидкое стекло или иные вещества, блокирующие негативное действие органических веществ на затвердевание цемента

...