Строительные материалы

 

 

 

Строительные материалы

 

Контрольная работа 2

Вариант 8.

 

Содержание

 

1. Определение и классификация неорганических

вяжущих веществ…………………………………………………..  3

2. Твердение портландцемента, состав

 и структура  портландцементного  камня……………………….  7

3. Требования стандарта, предъявляемые к

 заполнителям для тяжелого  бетона по

 содержанию вредных примесей…………………………………  11

4. Свойства тяжелого бетона пористость,

 морозостойкость, водонепроницаемость,

 деформация, жаростойкость…………………………………….. 14

5. Теплоизоляционные материалы на основе

 органического сырья, пористые  пластмассы,

 фибролит, древесноволокнистые, 

древесностружечные плиты………………………………………  20

Задача 1 …………………………………………………………… . 25

Задача 2 …………………………………………………………….  27

Литература ………………………………………………………… 28

 

1. Определение  и классификация неорганических  вяжущих веществ.

 

Вяжущие вещества, применяемые для изготовления большого количества искусственных строительных материалов, имеющих в основном конгломератный тип структуры (ИСК), разделяют на следующие разновидности: неорганические, или минеральные; органические; полимерные; комплексные (смешанные, компаундированные и комбинированные).

Неорганическими вяжущими веществами называются порошкообразные вещества, образующие при смешивании с водой пластичную массу, затвердевающую со временем в прочное камневидное тело. Их получают путем термической обработки подготовленных из горных пород сырьевых материалов. Минеральные вяжущие вещества классифицируют по различным признакам, как, например, область применения или скорость твердения.

По области применения неорганические вяжущие  строительные материалы  разделяют:

Воздушные вяжущие материалы –  строительные  материалы, продукты твердения, которых  устойчивы только на воздухе, а в воде, теряя прочность, разрушаются (строительный гипс, гашеная известь).

Гидравлические вяжущие материалы  - строительные материалы,  которые  при  смешивании с водой  и предварительном твердении на  воздухе, способны в последующем твердеть  как в воздушной,  так и в водной среде. Продукты твердения гидравлических вяжущих материалов длительное время сохраняют свою прочность и на воздухе, и в воде (портландцемент,  глиноземистый цемент).

Материалы автоклавного твердения  - строительные  материалы,  которые  получают   при  автоклавной (гидротермальной) обработке при давлении пара 0, 9…1, 3 МПа  и температуре 170…2000С в течение 6-10 часов (силикатный кирпич, песчанистые портландцементы).

Кислотоупорные вяжущие - строительные  материалы, которые состоят из кислотоупорного цемента,  содержащего твердо измельченную  смесь  кварцевого  песка и гексафторсиликата натрия – Na2SiF6 .  Их затворяют   водными  растворами силиката  натрия или  калия.

Фосфатные  вяжущие  материалы  -  строительные  материалы,  которые состоят из  специальных цементов. При действии на них фосфорной кислоты  H3PO4  образуется пластичная  масса, которая постепенно  твердеет  и сохраняет свою  прочность  при  температуре  выше  10000С.

По скорости твердения различают быстротвердеющие вяжущие (например, гипс, твердеющий в течение нескольких десятков минут) и медленнотвердеющие (основной период твердения портландцемента от 1 до 28 суток).

Данная группа вяжущих разделяется на воздушные и гидравлические. Воздушные способны твердеть и длительно сохранять свою прочность только на воздухе, поэтому они применяются в наземных сооружениях, не подвергающихся воздействию воды. К ним относятся строительная воздушная известь, гипсовые, магнезиальные вяжущие вещества и жидкое стекло.

Гидравлические вяжущие вещества способны после предварительного твердения на воздухе продолжать твердеть и в воде, увеличивая со временем свою прочность. Они могут применяться в наземных, подземных, гидротехнических и других сооружениях, подвергающихся воздействию воды.

Среди них портландцемент, глиноземистый цемент, шлаковые и пуццолановые смешанные цементы, ряд специальных цементов, а также гидравлическая известь.

В отдельную группу довольно часто объединяют вяжущие вещества, которые наиболее эффективно твердеют при автоклавной обработке с повышенным давлением пара и при высокой температуре. К таким относят известково-кремнеземистые, известково-шлаковые, известково-нефелиновые, песчанистые портландцементы и некоторые другие.

В основы производства огромный вклад внесли труды Д. И. Менделеева, а также работы И. Г. Малюги,  Н. А. Белелюбского, В. Н. Черномского и других.

Сырьевой базой для производства неорганических вяжущих веществ являются горные породы и побочные продукты промышленности. Среди горных пород для этих целей используют карбонатные — известняк, мел, известковые туфы, ракушечник, мрамор, доломиты, доломитизированные известняки, магнезит; сульфатные — гипс и ангидрит; мергелистые — известковые мергели; алюмосиликатные — нефелины, глины, глинистые сланцы; высокоглиноземистое сырье — бокситы, корунды и др.; кремнеземистые горные породы — кварцевый песок, трассы, вулканический пепел (пуццолана), диатомит, трепел, опока.

Сырье бывает одно- и многокомпонентным, составленным из нескольких исходных веществ. При многокомпонентном сырье для лучшего перемешивания и получения более однородной смеси компоненты предварительно совместно или по отдельности измельчают.

После полного цикла подготовки сырья — дробления, помола, смачивания, корректирования состава — смесь подвергается термической обработке, или обжигу. При обжиге сырье теряет свободную воду, затем дегидратируется, отдавая химически связанную воду, и диссоциирует, распадаясь на отдельные оксиды.

При повышении температуры происходят реакции в твердом состоянии. Сырье изменяет свой химический состав, так как молекулы приходят в состояние с повышенной кинетической энергией — увеличиваются амплитуды и частоты тепловых колебаний: атомы или молекулы одного компонента как бы «отскакивают» со своей кристаллической решетки и присоединяются к атомам и молекулам другого реагирующего компонента при их близком соприкасании.

При повышении температур образуется жидкая фаза, которая ускоряет химические реакции в расплаве. Таким образом, сырьевая смесь превращается в продукт, наделенный новыми качественными характеристиками. Но для проявления вяжущих свойств потребуется еще перемолоть продукт обжига.

Чем выше тонкость помола, чем больше удельная поверхность частиц вяжущего вещества, тем, следовательно, быстрее и полнее пройдут процессы растворения, химического взаимодействия с водой, затворения и образования новых гидратных соединений.

 

2. Твердение  портландцемента, состав и структура  портландцементного камня.

 

Название "портландцемент" происходит от названия английского города Портланд: цвет материала схож по оттенку с цветом скал вокруг этого города.

 Портландцемент, или силикатный цемент, пользуется  высоким спросом. Исходный вид  портландцемента – порошок серо-зеленого  оттенка. Его особенность – тонкий  помол клинкера с гипсом и  возможность примешивания специальных  добавок. Портландцементный клинкер  характеризуется высоким содержанием  силикатов кальция. Применение различных  видов портландцемента зависит  от целей и задач, поставленных  при строительстве.

Твердение портландцемента - сложный физико-химический процесс. При затворении цемента водой основные минералы, растворяясь, гидратируются по уравнениям:

 Образующиеся  новообразования отличаются от  первоначальных меньшей растворимостью  и, выпадая в осадок, выкристаллизовываются, что приводит к потере пластичности (схватыванию) и последующему твердению. Добавка гипса в самом начале  процесса при растворении взаимодействует  с трехкальциевым алюминатом, образуя  гидросульфоалюминаты, которые, обволакивая  цементные зерна, замедляют процесс  растворения и гидратации.

Однако в последующем эти оболочки разрушаются (чем меньше гипса, тем замедление короче по времени) и процесс твердения ускоряется. Но сами выкристаллизовывающиеся новообразования начинают препятствовать гидратации, поэтому значительная часть зерен цемента может гидратироваться при наличии водной среды весьма продолжительный срок, измеряемый даже годами.

 

Цемент твердеет тем быстрее, чем больше в нем алита (алитовые цементы) и трехкальциевого алюмината. С течением времени процесс твердения резко замедляется. Цементы, содержащие много белита (белитовые цементы), в раннем возрасте твердеют медленно; нарастание прочности продолжается длительно и равномерно.

Процессы твердения и особенно схватывания сопровождаются выделением теплоты, которая тем интенсивнее, чем быстрее протекает процесс схватывания. Поэтому в массивных конструкциях, как правило, применяют белитовые цементы.

Использование в таких конструкциях алитовых цементов может привести к интенсивности тепловыделению, разогреву до высокой температуры (70 ... 80 °С), появлению трещин и даже потере воды, что в итоге приведет к утрате цементным камнем своих качеств. В то же время применение алитовых цементов позволяет быстрее получить минимальную прочность, а интенсивное тепловыделение обеспечивает в некоторых случаях необходимую для твердения температуру в зимних условиях.

 При  твердении цемента на воздухе  происходит небольшая усадка, а  в воде - набухание.

Отвердевший портландцементный камень представляет собой микроскопически неоднородную систему, состоящую из кристаллических сростков и гелеобразных масс, имеющих частицы коллоидных размеров. Неоднородность структуры цементного камня усиливается и тем, что в нем содержатся зерна цемента, не полностью прореагировавшие с водой.

Существенно влияют на структуру портландцементного камня гипс и гидравлические добавки, так как в результате их реакции с клинкерными компонентами цементного камня образуются новые продукты.

Подбирая минералогический состав клинкера и получая необходимый состав цемента, дающий при твердении то кристаллические сростки, то гелевую структурную составляющую, можно воздействовать на структуру и физико-механические свойства цементного камня и бетона.

Различие в физико-механических свойствах кристаллического и коллоидного гелеобразного вещества является одной из причин влияния минералогического состава клинкера на некоторые основные строительные свойства цемента: деформативность, стойкость при переменном замораживании и оттаивании, увлажнении и высу­шивании.

Путем рационального подбора минералогического состава клинкера можно регулировать свойства портландцемента и получить цемент, по качеству удовлетворяющий конкретным эксплуатационным условиям.

На структуру бетона оказывает значительное влияние пористость цементного камня, связанная с начальным содержанием воды в бетонной смеси. Для получения удобоукладываемой бетонной смеси в нее вводят в 2...3 раза больше воды, чем требуется на реакцию с цементом.

Таким образом, большая часть воды затворения оказывается в свободном состоянии и образует в затвердевшем камне множество мелких пор. Поэтому для получения плотной структуры цементного камня необходимо применять бетонные смеси с минимальным содержанием воды. В результате повышаются прочность и морозостойкость бетона.

Структура портландцементного камня, а именно наличие в нем пор и гелеобразного вещества, обусловливает склонность его к влажностным деформациям. При увлажнении он разбухает, а при высушивании дает усадку. Знакопеременные сжимающие и растягивающие напряжения, вызываемые изменением влажности окружающей среды, расшатывают структуру цементного камня и понижают прочность бетона.

Степень влажностных деформаций зависит от соотношения гелеобразных и кристаллических фаз в портландцементном камне. С увеличением последней стойкость камня в таких условиях, называемая воздухостойкостью, повышается. В отличие от пуццолановых портландцементов обыкновенный портландцемент отличается высокой воздухостойкостью.

Расширение и растрескивание цементного камня могут вызвать также свободные СаО и MgO, присутствующие в цементе при низком качестве обжига. Гашение их сопровождается значительным увеличением в объеме, и продукты этого гашения разрывают цементный камень. О таком цементе говорят, что он не отвечает требованиям стандарта в отношении равномерности изменения объема при твердении.

Прочность портландцемента. Согласно ГОСТ 10178—85, прочность портландцемента характеризуют пределами прочности при сжатии и изгибе. Марку цемента устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов балочек 40X40X 160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из раствора состава 1:3 (по массе) с нормальным песком при водоцементном отношении 0,4 и испытанных через 28 сут; образцы в течение этого времени хранят во влажных условиях при температуре (20±2)°С.