Лекция по «Материаловедение»

Лекции по дисциплине «Материаловедение»

Лекция 1

СТРОИТЕЛЬНЫЕ  РАСТВОРЫ

 

7.1 КЛАССИФИКАЦИЯ РАСТВОРОВ

Строительный  раствор – это искусственный камень, полученный при затвердевании рационально подобранной смеси из минерального вяжущего, песка, воды, специальных добавок. Это, по существу, мелкозернистый бетон, поэтому на него распространяются основные закономерности твердения, набора прочности бетонов. Классифицируются растворы по следующим признакам:

по назначению:

• кладочные, используемые для кладки кирпича, камней, блоков;
• отделочные, используемые для оштукатуривания наружных и внутренний поверхностей;
• монтажные, применяемые для омоноличивания стыков железобетонных конструкций;
• специальные,   к которым относят декоративные, кислотостойкие, гидроизоляционные, рентгенозащитные, акустические и другие виды растворов;

по средней  плотности:

• тяжелые растворы, ρ₀>1500 кг/м³, изготавливают на кварцевом песке;
• легкие растворы, ρ₀<1500 кг/м³, изготавливают на пористом песке;

по виду вяжущего:

• цементные, известковые, гипсовые, смешанные (например, цементно-известковые, известкого-гипсовые, известкого-шлаковые);

по условиям затвердевания:

• воздушные;
• гидравлические (в зависимости от применяемого вяжущего);

по прочности  на сжатие, кгс/см³, растворы делят на марки 4; 10; 25; 50; 75; 100; 200. Растворы низких марок (до 25) изготавливают на извести, местных вяжущих, растворы высоких марок – на цементе, смешанных вяжущих.

по морозостойкости, цикл, растворы делят на марки F10; F15; F25; F35; F50. Для влажных условий работ марки повышаются: F100; F150; F200; F300.

Основные свойства растворной смеси: удобоукладываемость, водоудерживающая способность. Для повышения удобоукладываемости и водоудерживающей способности применяют минеральные и органические пластификаторы. В качестве минеральных пластификаторов применяют известь, золы ТЭС, молотые шлаки, молотые горные породы. Неорганические пластификаторы повышают удобоукладываемость, нераслаиваемость смесей, увеличивают прочность при небольшом расходе цемента. Количество неорганических добавок может составлять 70…200% от массы цемента. Наша промышленность выпускает кладочный цемент, в состав которого входит 20…30% клинкера и 70…80% тонкомолотых минеральных добавок.

Органические поверхностно-активные пластификаторы (ПАВ), лигносульфонаты (ЛСТ), сульфитно-дорожная бражка (СДБ), суперпластификаторы (СП), их вводят в смесь в малых дозах (0,25…0,5%, СП-до 1%), т.к. увеличенное содержание органических пластификаторов ведет к замедлению процессов твердения раствора и снижению прочности. Органические пластификаторы рекомендуются для высоких марок растворов (>100).

Состав раствора выражается количеством исходных компонентов  на 1 м³ растворной смеси или соотношением сухих компонентов по массе или объему. Например, простой раствор 1:3 – на 1 часть цемента приходится 3 части песка; сложный раствор 1:1:5 – на 1 часть цемента приходится 1 часть добавки (извести) и 5 частей песка.

Затвердевший  раствор должен иметь требуемые прочность и морозостойкость.

 

7.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДВИЖНОСТИ РАСТВОРНОЙ СМЕСИ

Удобоукладываемость – это способность растворной смеси распределятся по поверхности сплошным тонким слоем, хорошо сцепляясь с основанием. Удобоукладываемость зависит от подвижности и водоудерживающей способности.

Подвижность раствора оценивают по глубине погружения в него эталонного конуса массой 300 г, и высотой 150 мм и углом при вершине 30^о. Конус выполнен из жести, внутри него помещена в качестве балласта свинцовая дробь (рис. 7.1 «б»).

Рис. 7.1. Конус для определения подвижности растворной смеси в условиях строительной площадки (а) и в  лаборатории (б):     1-сосуд;   2-конус; 3-стопорный винт; 4-шкала; 5-стержень; 6- штатив

Сосуд наполняют раствором до уровня на 1 см ниже краев, уплотняют штыкованием (25 раз) стержнем Д=10…12 мм, а затем легким постукиванием (5..6 раз) сосуда о стол острие конуса приводят в соприкосновение с поверхностью раствора в сосуде. Освободив стопорный винт, дают конусу свободно погружаться в растворную смесь в течение 10 сек. и по шкале фиксируют глубину погружения конуса с точностью до 2 мм. Подвижность вычисляют как среднее арифметическое результатов двух испытаний. На строительной площадке используют конус с делениями, подвешенный на цепочке (рис. 7.1. «а»)

В зависимости от назначения применяют растворы различной подвижности, см:

• бутовая кладка ………………………………………….4…6
• омоноличивания швов………………………………….5…7
• кладка из пустотелого кирпича и камня ………………7…8
• кладка из обыкновенного керамического кирпича……9…13
• штукатурные растворы………………………………….7…12

 

 

7.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ РАСТВОРНОЙ СМЕСИ

 

Среднюю плотность определяют в  цилиндрическом сосуде емкостью 1л. Предварительно взвешенный сосуд с насадкой наполняют  растворной смесью  с некоторым  избытком, уплотняют смесь штыкованием и легким постукиванием (см. п. 9.2). Затем насадку снимают, срезают избыток смеси вровень с краями сосуда и взвешивают с точностью до 5г. Среднюю плотность определяют по формуле:

 

 

где m₁ – масса сосуда с раствором, г;

      m – масса пустого сосуда, г;

      V – объем сосуда, см³.

За окончательный результат  принимают среднее арифметическое двух испытаний.

 

 

7.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ЗАТВЕРДЕВШЕГО РАСТВОРА

 

Прочность затвердевшего раствора характеризуется маркой, определяемой по пределу прочности при сжатии образцов – кубов размером 70,7х70,7х70,7 мм, изготовленных из рабочей смеси, твердеющих в течение 28 суток на воздухе при Т=20±5^оС.

Изготовление образцов из растворной смеси подвижностью менее 5 см производят в формах с поддоном, а из смесей подвижностью более 5 см – в формах без поддона на пористом основании – кирпиче. Распалубку производят через 24±2 часа после укладки. Условия хранения образцов зависят от вида вяжущего:

• растворы на воздушных вяжущих хранят при относительной влажности 65±10%;
• растворы на гидравлических вяжущих: 96 ч. при относительной влажности 90%, а остальное – время в воде.

 

 

Определение прочности при изгибе и сжатии  образцов – балочек

 

Для испытания изготавливают 3 образца – балочки размерами 40х40х160 мм, которые испытывают в возрасте 28 суток. Собранную и смазанную форму с поддоном и насадкой закрепляют на горизонтальной площадке встряхивающего столика, заполняют формы растворной смесью на половину их высоты, разравнивают, уплотняют десятью легкими нажимами шпателя и встряхивают 30 раз. После этого укладывают второй слой на всю высоту (с избытком), уплотняют и встряхивают. Избыток смеси срезают и заглаживают поверхность.

При изготовлении образцов в формах без поддона формы  с насадкой, предварительно смазанные, устанавливают на два кирпича одинаковой высоты, покрытых смоченной водой газетой. Используют обыкновенный керамический кирпич с влажностью ≤ 2%, водопоглощением по массе ≥ 10%. Формы заполняют в один прием, уплотняют штыкованием (25 раз) стальным стержнем Д=10…12 мм и снимают насадку. Когда поверхность смеси станет матовой вследствие отсоса из нее воды, избыток смеси срезают влажным ножом и заглаживают поверхность. Распалубку производят через сутки. Условия хранения образцов, как было сказано ранее, зависит от вида вяжущего. Через 28 суток образцы подготавливают к испытанию следующим образом: образцы воздушного хранения очищают от пыли, хранившиеся в воде - протирают влажной тряпкой. Затем образцы измеряют, определяют объем с точностью до 1 см³, взвешивают с точностью до 0,5 % и вычисляют среднюю плотность (см. гл. 1). Предел прочности образцов – балочек на изгиб определяют на приборе МИИ-100, а на сжатие - испытанием половинок балочек на гидравлическом прессе. Методика проведения испытания такая же, как при определении прочности цемента (см.гл.4). 

 

 

Определение предела прочности образцов – кубов

 

Для определения прочности  изготавливают несколько серий  образцов кубов (на каждый срок), в каждой серии  - 3 образца. Используют формы  с поддонами или без поддонов. Собранную и смазанную форму заполняют растворной смесью в два приема слоями по 4 см. Уплотнение производят 12 нажимами шпателя. Избыток смеси срезают влажным ножом и заглаживают поверхность. Хранение образцов-кубов и подготовку их к испытанию проводят аналогично образцам балочкам. Предел прочности при сжатии  R_сж, кгс/см² определяют по формуле (см. гл. 1).

При проведении со студентами лабораторных работ по данной теме производят приготовление растворной смеси, определение ее подвижности, а затем – марки раствора по прочности. Результаты заносят в журнал для лабораторных работ.

 

 

 

 

Контрольные вопросы.

 

1. Что такое строительный раствор?
2. Назовите основные виды растворов.
3. Как определить подвижность растворной смеси?
4. Что такое марка раствора и как ее определяют.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 2

ИСПЫТАНИЕ БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ И МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ.

 

А. ИСПЫТАНИЕ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ.

 

10.1. КЛАССИФИКАЦИЯ БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИИХ.

 

Битумы (Bitumen от лат.- смола) - это органические вяжущие, представляющие собой сложную смесь высоко молекулярных углеводородов и их соединений с серой, кислородом, азотом.

Битумы классифицируют по нескольким признакам.

 

По происхождению:

• природные битумы, встречаются в виде битуминозных горных пород (известняков, песчанников), содержащих от 5 до 20 % битума, или битумных озер;
• искусственные (нефтяные) битумы, получают переработкой нефтяного сырья;

По способу  получения нефтяные битумы подразделяются на следующие            виды  

• остаточные битумы, получаемые перегонкой нефтяных тяжелых остатков (мазутов, гудронов) при  Т=300…350 ^оС;
• окисленные, получаемые путем продувки нефтяных гудронов воздухом при Т=260…280 ^оС в специальных реакторах;
• крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти;
• компаундированные, полученные смешением окисленных битумов с неокисленными нефтепродуктами;

 

По консистенции при Т=18^оС: твердые, полутвердые, жидкие.

 

По назначению: дорожные, строительные, кровельные.

Битумы - сложные коллоидно-дисперсные системы, включающие следующие фазы:

• асфальтены (карбены и карбоиды) – твердые высокомолекулярные вещества, обуславливающие твердость битумов;
• смолы, обуславливающие вяжущие свойства и эластичность битумов;
• масла- разжижающая среда для смол и асфальтенов;

Смолы и масла являются дисперсной средой для асфальтенов. Свойства битумов как дисперсной системы определяются соотношением входящих в него составных частей. Повышение содержания асфальтенов и смол ведет к возрастанию твердости, температуры размягчения, хрупкости битума. Масла, частично растворяющие смолы, делают битум пластичным и легкоплавким.

Марки нефтяных битумов  определяют по комплексу показателей                   (табл. 10.1). 

Таблица 10.1.

Марки нефтяных битумов

 

Марка битума	Температура размягчения, 0С, не ниже	Растяжимость при 250С, см, не ниже	Глубина проникания иглы при 250С, 10-1 мм	Температура вспышки 0С, не ниже
Строительные битумы
БН-50/50 БН-70/30 БН-90/10	50 70 90	40 3 1	41…60 21…40 5…20	220 230 240
Кровельные битумы
БНК-45/180 БНК-45/190 БНК-90/40 БНК-90/30	40…50 40…50 85…95 85…95	не нормир. не нормир. не нормир. не нормир.	140…220 160…220 33…45 25…35	240 240 240 240
Дорожные битумы
БНД-200/300 БНД-130/200 БНД-90/130 БНД-60/90 БНД-40/60	35 39 43 47 51	не нормир. 65 60 50 40	201…300 131…200 91…130 61…90 40…60	200 220 220 220 220