Свойства глиноземистого цемента и нефтяных битумов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратовский государственный технический университет

Кафедра "Производство строительных изделий и конструкций"

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине “Материаловедение”

Саратов

Содержание

Теплотехнические свойства материалов

Глиноземистый цемент

Свойства нефтяных битумов

Задача

Список использованной литературы

Теплотехнические свойства материалов

Теплопроводность - способность материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство характеризуется удельной теплопроводностью л, которая показывает количество теплоты, проходящее через плоскую стенку толщиной 1м и площадью 1мІ при перепаде температур на противоположных поверхностях в 1єС в течение 1ч. Величина л имеет размерность Вт/(м · єС). Она зависит главным образом от пористости материала: содержащийся в порах воздух, особенно в замкнутых порах, является малопроводной средой. Воздух при атмосферном давлении и температуре +20єС имеет л, равную 0,023 Вт/(м · єС), а при температуре +100єС - 0,0306 Вт/( м · єС), при +1000єС - 0,0788 Вт/(м · єС).

С повышением температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается, что объясняется повышением кинематической энергии молекул, слагающих вещество материала:

лt= ло(1+вt),

где лt и ло - теплопроводность соответственно при температуре t и 0єС; в - температурный коэффициент, который показывает величину приращения коэффициента теплопроводности материала при повышении температуры на 1єС; t - температура материала, єС.

Эта формула справедлива только при температурах не выше 100єС.

С увлажнением теплопроводность материала возрастает, так, теплопроводность воды при температуре 20єС равна 0,590 Вт/(м · єС), а при 100єС - 0,656 Вт/(м · єС). Если в порах вода замерзает, то теплопроводность материала увеличивается, поскольку лед имеет л = 2,1 Вт/(м · єС), т. е. в четыре раза больше, чем вода.

Теплопроводность материалов учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих и холодных поверхностей. Она связана с термическим сопротивлением слоя материала R (мІ · єС/Вт), которое определяется по формуле:

R=д/л,

Где д - толщина слоя, м; л - теплопроводность слоя материала, Вт/(м · єС).

От термического сопротивления зависят толщина наружных стен и расход топлива на отопление зданий.

Теплоемкость характеризует способность материала аккумулировать теплоту при нагревании. Температура в комнате, например, может сохраняться устойчивой более длительный период при повышенной теплоемкости использованных материалов для пола, стен, перегородок и других частей помещения, поглощающих теплоту в период действия отопительной системы. Это свойство материала оценивается с помощью удельной теплоемкости, которая показывает количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг материала на 1єС. Удельную теплоемкость с иначе называют коэффициентом теплоемкости и численно определяют из выражения:

с = Q/m(t2 - t1),

где Q - количество теплоты, затраченное на нагревание материала, Дж; m - масса материала, кг; (t2 - t1) - разность температур материала до и после нагревания, єС; ее размерность - Дж/(кг · єС).

Показатели теплопроводности и теплоемкости позволяют определять величину так называемого коэффициента теплоусвоения, характеризующего способность материала воспринимать теплоту при колебаниях температуры окружающей среды. В формулу для подсчета коэффициента теплоусвоения кроме упомянутых двух теплофизических значений входят также величины средней плотности и периода колебания температуры.

Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала е естественном состоянии (вместе с порами). Эта важная физическая характеристика определяется путем деления массы m образца на его объем vo и выражается:

с=m/vo, [кг/мі]

Для точного измерения объема удобнее принимать образцы правильной геометрической формы, хотя имеются несложные приемы измерения объема образцов и неправильной формы. При влажных образцах отмечается величина влажности, при которой определялась средняя плотность.

Паропроницаемость и газопроницаемость - способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или газы (воздух). Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, численно равным количеству водяного пара, проникающего через слой материала толщиной 1м, площадью 1мІ в течение 1с, и разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па. Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость. Материалы для стен жилых зданий должны обладать определенной проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через наружные стены происходит естественная вентиляция. Наоборот, стены и покрытия влажных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения в них водяного пара, особенно зимой, когда содержание пара внутри помещения значительно больше, чем снаружи, и пар, проникая в холодную зону ограждения, конденсируется, резко повышает влажность в этих местах.

Водопоглащение - способность материала поглощать некоторое количество влаги и удерживать его в своих порах. При насыщении материала влагой повышается его теплопроводность. Водопоглащение характеризуется максимальным количеством воды, поглощаемым образцом материала при выдерживании его в воде в течение заданного времени, отнесенного к массе сухого образца:

Wm = [(m1-m2)/m2] ·100;

Где m1 - масса материала в насыщенном водой состоянии, г; m2 - масса сухого материала, г.

Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент - гидравлическое вяжущее вещество, обеспечивающее получение цементного камня высокой прочности в очень короткие сроки (1…3 сут.). Этот цемент иногда называют алюминатным, так как в его составе преобладают низкоосновные алюминаты кальция (80…85%).

Сырье и производство.

Сырьем для производства глиноземистого цемента служит смесь пород с высоким содержанием глинозема, чаще бокситов (Al2O3 • nH2O) и известняков или извести, а также и более дешевое сырье - алюминиевые шлаки и материалы, получаемые обжигом высокоглиноземистых глин.

Глиноземистый цемент изготовляют плавлением сырьевой смеси в электрических печах, вагранках, конверторах при температуре выше 1500?С. Реже применяют обжиг до спекания при температуре около 1300?С во вращающихся печах или на агломерационной ленте.

Получившийся сплав или клинкер охлаждают и размалывают в порошок, как и при производстве портландцемента отличаются высокой твердостью. Поэтому глиноземистый цемент трудно размалывается, требует высокого расхода электроэнергии, вызывает сравнительно быстрый износ мелющего оборудования. Это является одной из причин его высокой стоимости (он в несколько раз дороже портландцемента).

Состав и особенности твердения.

Основным минералом глиноземистого цемента, как по количественному содержанию, так и по вяжущим свойствам является однокальциевый алюминат СаО • Al2O3(CA). В сравнительно небольших количествах в нем содержатся другие низкоосновные алюминаты кальция (5СаО • 3Al2O3 и CaO • 2Al2O3). Силикаты кальция обычно представлены небольшим количеством белита 2СаО • SiO2.

Процесс твердения глиноземистого цемента протекает по схеме, аналогичной твердению портландцемента. Главный минерал глиноземистого цемента - однокальциевый алюминат, реагируя с водой, вначале образует СаО • Al2O3 • 10H2O(CAH10), который сравнительно быстро (в течение нескольких часов) переходит в гель, не обладающий существенной прочностью. В этот период происходит схватывание глиноземистого цемента приблизительно с такой же скоростью, как и у портландцемента. Получающийся гель десятиводного гидрата (САН10) неустойчив и, кристаллизуясь, быстро переходит в более устойчивый 2СаО • Al2O3 • 8H2O(C2AH8) в кристаллической форме с одновременным выделением гидроксида алюминия в виде гелевидной массы. Переход СА в конечные продукты гидратации можно представить следующей схемой:

2(CaO • Al2O3)+11H2O=2CaO • Al2O3 • 8H2O+2Al(OH)3

Твердение глиноземистого цемента протекает настолько интенсивно, что уже через 5…6 ч прочность глиноземистого цемента может достичь 30% и более от марочной, через сутки достигается около 90% конечной прочности, рост которой к 3 суткам практически завершается.

Глиноземистый цемент образует цементный камень высокой плотности, пористость которого почти в 2 раза меньше, чем портландцементского. Это связано с тем, что при твердении он химически связывает воды примерно в 2 раза больше, чем портландцемент, а промежутки между кристаллами двухкальциевого гидроалюмината заполнены гидроксидом алюминия, который имеет плотное строение.

Глиноземистый цемент приобретает и длительно сохраняет высокую прочность только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах. Если же температура превысит 25…30?С, то происходит перекристаллизация двухкальциевого гидроалюмината (С2АН6) в трехкальциевый гидроалюминат (С3АН6), сопровождающаяся уменьшением объема новообразований примерно на 25…30% и возникновением вредных напряжений в цементном камне, влекущих снижение прочности в 2…3 раза.

Твердение глиноземистого цемента сопровождается интенсивным выделением теплоты, достигающим через 1 сут 70…80% полной экзотермии. Поэтому глиноземистый цемент нельзя применять в условиях жаркого климата и при тепловлажностной обработке изделий. 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.

Свойства и применение.

Глиноземистый цемент должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите №008 не более 10%. Марки глиноземистого цемента, определяемые по ГОСТ 310.4-81, через 3 сут 400, 500, 600. Для определения марки испытывают на сжатие половинки образцов - балочек размером 40х40х160 мм, твердеющие 3 сут в нормальных условиях. Глиноземистый цемент является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом. Сроки схватывания глиноземистого цемента: начало - не ранее 30 мин, конец - не позднее 12 ч.

Бетоны на глиноземистом цементе морозостойки и более стойки по сравнению с портландцементом против выщелачивающей коррозии, а также к растворам сульфата кальция и магния, морской и болотной воде, растворам сахара, животным и растительным маслам. Однако глиноземистый цемент быстро разрушается даже слабыми растворами солей аммония и щелочей. Его нельзя применять в щелочных средах и смешивать с известью или портландцементом.

Учитывая дефицитность сырья (бокситов) и значительную стоимость глиноземистого цемента, его выпускают в сравнительно небольших количествах (менее 1% от общего выпуска цемента), а применяют при возведении бетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин, футеровки шахтных колодцев и туннелей и т.п.

На основе глиноземистого цемента в смеси с жаростойкими заполнителями изготовляют бетоны, которые хорошо сопротивляются действию высоких температур (1000?С и выше). Это позволяет использовать его для изготовления жаростойких бетонов, применяемых в качестве футеровки тепловых аппаратов. Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов.

нефтяной битум глиноземистый цемент

Свойства нефтяных битумов

Важнейшими свойствами нефтяных битумов для их применения в строительстве являются:

1. Способность при нагревании (до 80…170?С) или добавлении растворителей (разжижителей) переходить в вязкожидкое состояние и объединяться с каменными или другими строительными материалами;

2. Способность при понижении температуры (до 20…25?С и ниже) или испарении растворителей вновь загустевать и образовывать единый материал, сцепляться с введенными в них или пропитанными и обмазанными ими другими материалами (асфальтовые бетоны и растворы, кровельные и гидроизоляционные материалы);

3. Способность придавать гидрофобные (водоотталкивающие) свойства другим материалам, обработанным битумом.

Основными свойствами, определяющими качество твердых и полутвердых битумов и деление их на марки, являются вязкость температура размягчения и хрупкости, пластичность; для жидких битумов - вязкость и фрикционный состав (содержание летучих масел).

Вязкость - свойство материала оказывать сопротивление перемещению частиц под воздействием внешних сил. Вязкость битума зависит от температуры. При пониженных температурах вязкость битума велика и он приобретает свойства твердого тела; с увеличением температуры вязкость уменьшается и битум переходит в жидкое состояние. Для характеристики вязкости битумов (вязких и твердых) используются условным показателем твердости - глубиной проникания иглы (пенетрацией). Вязкость жидких битумов определяют на стандартном вискозиметре по времени (с) истечения порции битума при определенной температуре битума и диаметре отверстия прибора. При действии на иглу груза массой 100г в течение 5с при температурах 25 и 0?С глубину проникания определяют на специальном приборе - пенетрометре. Она выражается в градусах (1?=0,1 мм) и обозначается П25 (индекс показывает температуру материала во время испытания).

Пластичность вязких битумов характеризует растяжимость, которую определяют с помощью дуктилометра. Испытаниям подвергают образцы битума в виде восьмерок стандартной формы и размеров. Показателем растяжимости битума служит величина деформации шейки образца в момент разрыва, выраженная в сантиметрах. Это испытание проводят при скорости растяжения 5 см/мин и температурах 25 и 0?С. Так же как и вязкость, пластичность битумов зависит от температуры, группового состава и характера структуры. Пластические свойства наблюдаются у битумов, содержащих значительное количество смол, оптимальное количество асфальтенов и масел и небольшое количество карбенов и карбоидов. Вязкие битумы, содержащие твердые парафины, при низких температурах имеют небольшую тягучесть.

Температура размягчения является важной оценкой свойств битумов и характеризует верхний температурный предел его применения. Определяют ее на приборе «кольцо и шар». Латунное кольцо диаметром 16 мм и массой 3,5г. Температуру размягчения определяют по температуре воды в приборе, когда битум размягчится и шарик опустится на нижнюю полочку этажерки.

Температура хрупкости характеризует нижний температурный предел применения битума. При этой температуре появляется первая трещина в тонком слое битума, нанесенном на стальную пластинку стандартного прибора при ее изгибе и распрямлении. Температурный интервал между температурой хрупкости и температурой размягчения называют температурным рабочим интервалом. Для учета огнеопасности при нагревании битума определяют температуру вспышки паров, выделяемых из битума при нагревании от прикосновения пламени.

Наряду с основными свойствами битумов, определяющими их марку, битумы характеризуются также другими показателями, например устойчивостью битумов в водной среде, которая обусловливается содержанием масел, смол и асфальтенов; когезией, прочностью межмолекулярных связей; прилипанием битума к каменным материалам (адгезия), которая зависит от физико-химических свойств битумов; погодоустойчивостью битумов, т. е. способностью противостоять воздействию атмосферным фактором в элементах сооружений.

Для учета огнеопасности при нагревании битума определяют температуру вспышки паров, выделяемых из битума при нагревании от поднесенного пламени.

Для строительных целей необходимо применять битумы, свойства которых соответствуют условиям их работы в строительных конструкциях. Физико-технические свойства нефтяных битумов приведены в таблице:

Задача

Предел прочности при сжатии образца камня песчаника в сухом состоянии 148 МПа, а после насыщения водой 134 МПа. Определить коэффициент размягчения песчаника и дать заключение о его водостойкости.

Решение.

Коэффициент размягчения Кразм находим по формуле:

Кразм = Rв / Rсух,

Где Rв - прочность при сжатии материала в насыщенном водой состоянии, МПа; Rсух - предел прочности при сжатии в сухом состоянии, МПа.

Кразм = 134МПа/148МПа=0,91

Заключение: Данный образец камня песчаника является водостойким, так как коэффициент размягчения Кразм >0,8

Список использованной литературы

1. И.А.Рыбьев, Е.П.Казеннова и др. «Материаловедение в строительстве» под ред. И.А.Рыбьева. 2-е изд.испр. М.: Издательский центр «Академия», 2007. 528 с.

2. А.Г.Домокеев «Строительные материалы». 2-е изд.перераб. и доп. М.: Высш.шк., 1989. 495 с.

3. А.Г.Комар «Строительные материалы и изделия». 5-е изд.перераб. и доп. М.: Высш.шк., 1988. 527 с.

4. И.А.Рыбьев «Строительное материаловедение».

5. Г.И.Горчаков, Ю.М.Баженов «Строительные материалы».

6. В.Г.Микульский, В.Н.Куприянов и др. «Строительные материалы».

7. П.Ф.Шубенкин «Строительные материалы и изделия. Примеры задач с решениями».

Размещено на Allbest.ru