10. Механические свойства строительных материалов (деформативность, прочность, твёрдость, истираемость).

1) Деформативность – характеризует способность материала к изменению формы и размеров без отклонения от величины его массы.

Главнейшие виды деформаций – растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб.

Обратимые деформации, исчезающие мгновенно и полностью, называются упругими, исчезающие в течение некоторого времени – эластическими.

Необратимые деформации, или остаточные, называемые также пластическими, накапливаются в период действия вызвавших их факторов; после их снятия деформации сохраняются.

2) а) Прочность – отражает способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных какими-либо внешними воздействиями (механическая нагрузка, стеснённая усадка). (МПа).

б) Динамическая прочность – отражает способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникших при динамических воздействиях (сейсмические, взрывные, звуковые). (МПа).

в) Теоретическая прочность – определяется усилием, необходимым для разъединения двух смежных слоёв атомов. (МПа).Rтеор=(ЭЕ/а)1/2 Э – поверхностная энергия Е – модуль упругости а – межатомное расстояние

г) Удельная прочность – равна отношению показателя прочности R к относительной плотности. (МПа). Rу=R/d

3) Твёрдость – отражает способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твёрдого материала.

4) Истираемость – характеризует способность материала сопротивляться воздействию внешней нагрузки, вызывающей его постепенное разрушение с поверхности из-за отрывания мелких частиц. (г/см2).

11. Сырье для производства керамических материалов и изделий

Сырьевую массу для изготовления керамических изделий обычно составляют из пластичных материалов (глины, каолины) и непластичных материалов (отощающих и выгорающих добавок/плавней). Глины и каолины объединяют общим названием — глинистые материалы. В производстве некоторых искусственных обжиговых материалов используют диатомиты, трепелы, а также шлаки, золы, сланцы в чистом виде или с добавкой глин, порообразующих и других добавок.

 Глинистые материалы и их керамические свойства.  Глины представляют собой осадочные горные породы тонкоземлистого' строения, которые независимо от их минерального и химического состава способны при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное камневидное тело. Образовавшись в результате выветривания главным образом полевошпатовых пород, глины состоят из плотной смеси различных глинистых минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты со слоистой кристаллической структурой. Наиболее распространенными из них являются каолинитовые (каолинит Al2Cv2SiO2-2H2O и галлуазит Al2O3-2SiCv4H2O), монтмориллонитовые (монтмориллонит Al2Cv4SiC>2* • fiH2O, бейделлит A]2O3-3SiO2-rtH2O) и гидрослюдистые (в основном продукты разной степени гидратации слюд).

Наряду с глинообразующими минералами в глинах встречаются: кварцы, полевой шпат, серный колчедан, гидроксиды железа, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия, органические примеси.

Керамические изделия вследствие их разнообразия изготовляют разными технологическими приемами, но основные этапы их производства примерно одинаковы и состоят из добычи глины, подготовки массы для формования, формования сырца, сушки и обжига   изделий.

12.

13.

14.

Полусухой способ применяют, если шихта содержит большое количество отощающих материалов, а пластичное сырье трудно поддается размоканию, переработке и смешиванию с непластичными материалами. Формовочную массу приготовляют в виде пресс-горошка влажностью 8—12%, формуют изделия в гидравлических или механических прессах под давлением штампа до 14,5 МПа (при производстве кирпича) или 19,5 — 29,5 МПа (при производстве плиток для полов). Получение изделий обеспечивается сближением частиц, увеличением поверхности их контакта, проявлением межмолекулярных сил. Изделия имеют более точные размеры, дают меньшую усадку

Сухой способ отличается от полусухого тем, что пресс-порошок имеет влажность 2 — 6%, полностью исключается сушка сырца. Этим способом изготовляют плотные изделия — клинкерный кирпич, применяемый в дорожном строительстве, плитки для пола, фаянсовые изделия и др.

Разновидность пластического формования — жесткий способ — предполагает использование мощных вакуумных или гидравлических прессов. При этом могут использоваться менее пластичные керамические массы с влажностью от 13 до 18 %. После такого формования изделие обладает большей структурной прочностью, а при последующей сушке экономятся энергетические ресурсы. Способ пластического формования распространен при производстве кирпича и черепицы.

15.

Способ пластического формования предусматривает в процессе переработки исходных материалов получение пластичной глиняной массы обычно с влажностью 18 - 23 % с последующим формованием сырца на ленточных прессах путем продав-ливания массы через мундштук или механическим штампованием при низких давлениях заготовок, полученных на ленточном прессе. 

Способ пластического формования кирпича наиболее распространен. Для получения пустотелого кирпича пластического прессования в мундштуки прессов устанавливают специальные приспособления - керны, позволяющие получать в сырце сквозные отверстия различной конфигурации, которые уменьшают массу и теплопроводность стен. 

16

Способ литья предусматривает предварительное измельчение исходных материалов и тщательное смешение с большим количеством воды (влажность смеси 40 ... 60 %) до получения однородной массы - шликера, которые заливают в специальные формы, чаще гипсовые. Избыточная вода впитывается в пористые стенки формы, а на стенках осаждается керамический черепок, который создает стенки формуемого изделия. Избыток шликера сливают из формы, затем извлекают из нее изделие и направляют в сушилку. Этот способ применяют для получения тонкостенных изделий сложной формы, например санитарно-технических изделий (смывных бачков, унитазов, моек и др.). Литьевой способ применяют также при изготовлении ковровой мозаики - мелкоразмерных тонкостенных цветных плиток для облицовки панелей, стен вестибюлей, лестничных клеток и т.д. Изготовление плиток способом литья позволяет значительно повысить производительность, сократить рабочие площади, снизить расход материалов за счет уменьшения толщины плиток.

17.

К эффективным стеновым керамическим изделиям относят керамические кирпичи и камни с плотностью не более 1400-1450 кг/м3 . Применение пустотелых керамических изделий позволяет сэкономить на сырье и топливе, т.к. ускоряются сушка и обжиг тонкостенных изделий, уменьшить толщину и массу наружных стен, транспортные расходы.

Их изготовляют из легкоплавких глин или глино-трепельных смесей с выгорающими добавками, которые повышают П изделия, снижают ρm и, соответственно, повышают теплопроводность (древесные опилки, зола ТЭС, отходы углеобогатительных производств, торфяная пыль), или без них. Пустоты располагают перпендикулярно или параллельно постели, они могут быть круглыми или прямоугольными.

Кирпич и камни из диатомитов, состоящие из аморфного кремнезема, выпускают сплошными и пустотелыми, их разделяют на 3 класса: А(ρ 700-1000кг/м3), Б(ρ 1001-1300кг/м3), В (выше 1300). Размеры таких камней больше чем кирпича, следовательно, повышается производительность труда при кладке стен, уменьшается количество швов.

18.

Неорганические вяжущие вещества – порошкообразные материалы, которые после смешивания с водой и иногда с водными растворами некоторых солей образуют пластичное вязкое тесто, способное постепенно затвердевать и переходить в камневидное состояние.

1. Воздушные вяжущие вещества: гипсовые (СаSO4), магнезиальные (каустический магнезит MgO), известковые (СаО), жидкое стекло (силикат Na или К в виде водного раствора). Твердеют и сохраняют прочность лишь на воздухе. Поэтому их используют в условиях, не подвергающихся воздействию водной среды.

2. Гидравлические вяжущие вещества: силикатные цементы (П), алюминатные цементы (глиноземистый цемент), гидравлическая известь, роман-цемент, безусадочный, расширяющийся и напрягающийся цемент. Твердеют и сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде. Поэтому они применяются в наземных, подземных, гидротехнических и других сооружениях, подверженных воздействию водной среды.

3. Вяжущие вещества автоклавного твердения (давление насыщенного пара 1,5МПа): известково-зольные, известково-кремнеземистые, известково-шлаковые ВВ. Применяют для изготовления разнообразных материалов: пористые (пена-газосиликат) – для теплоизоляции элементов наружных стен и покрытий зданий; плотные – для конструкционных элементов. Свойства вяжущих веществ зависят от гидравлического модуля и температуры обжига сырья. Гидравлический модуль m выражает содержание основного оксида СаО по отношению к суммарному количеству кислых оксидов. Для каждого характерен свой гидравлический модуль.

19.

Гипс строительный - белый или сероватый порошок тонкого помола, получаемый из гипсового камня (природного гипса) путём обжига при температуре 140- 190 С; быстросхватывающееся и быстро-твердеющее вяжущее вещество. Гипс строительный применяется для штукатурных работ, изготовления гипсобетона, гипсовых строительных изделий, отливок, форм, а также в качестве добавки к др. вяжущим (например, извести, цементам). 

Тонкость помола – характеристика дисперстности вяжущих, пигментов, наполнителей. Тонкость помола определяется остатком на стандартном сите в процентах по отношению к начальной навеске материала.

Нормальная густота — кол-во воды, выраж. в процентах к массе минер, вяжущего, необходимой для получения теста определ. пластичности: пестик в приборе Вика не должен доходить на 5— 7 мм до пластинки, на к-рой установлено кольцо, заполн. тестом. Вместо погружения пестика иногда пользуются др. способами оценки пластичности, напр., гипсового теста, по расплыву лепешки после подъема стандартного металлич. цилиндра без дна — в вискозиметре Суттарда, заполн. испытуемым тестом. Величина Н.г. характеризует водопотребность вяжущего в-ва, но метод ее определения условен, поскольку зависит от конструкции прибора и режима испытания.

Сроки схватывания определяются промежутком времени от начала запустевания (начало схватывания) до превращения геста в твердое тело с небольшой прочностью (конец схватывания) и пи величине погружения иглы специального прибора в тесто.

В зависимости от помола гипс определяется по прочности гипса - 12 марками на сжатие. Марки гипса следующие: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25.  При изготовлении лепнины используют гипс марки Г-7 и выше. Особенность гипса заключается в том, что при высыхании прочность изделий из гипса повышается через 2 часа после затвердения в 1,5 - 2 раза.

20.

Воздушная известь – продукт, получаемый из кальциево-магниевых карбонатных горных пород с содержанием глины ≤6-8 %путем обжига до мaксимального удаления углекислого газа.

Сырье: мел, известняк, доломит, доломитизированный известняк.

Состав: СаСО3, MgCO3.

Разновидности: известь негашёная комовая, известь негашёная молотая, известь гидратная, известковое тесто.

Получают обжигом при t=900-1200 при протекании химических реакций:

СаСО3→СаО+ СаСО2

MgCO3→ MO+ CO2

Удаление CO2, доля которого в СаСО3, достигает 44% приводит к получению пористых кусков, способных активно взаимодействовать с водой. Эти куски называют комовой негашеной известью (тонкий помол→молотая негашёная известь). Комовая негашёная известь является полупродуктом, который перед употреблением подвергают гашению СаО+Н2О→Са(ОН)2+Q

Теоретически для гашения необходимо затратить 32%воды от массы СаО, но практически в 2-3р больше, т.к. часть воды испаряется. Для гашения комовой и гашёной извести в гидратную известь – 60-80%.

Твердение: 1. кристаллизация Са(ОН)2 из насыщенного водного раствора.

2. образ карбоната Са в присутствии СО2 из воздуха:

Са(ОН)2 +СО2+nH2O→СаСО3+(n+1)Н2О

Кристаллики образующегося СаСО3 срастаются друг с другом и с Са(ОН)2 , чем обуславливается твердение.

Применение: для наземной кладки частей здания и штукатурок, работающих в воздушно-сухих условиях, изготавливают силикатные изделия, известковые красочные составы, используются в смешенных вяжущих.

Воздушная известь отличается от других вяжущих тем, что превращается в тонкий порошок при помоле, а также путем гашения водой. Огромная удельная поверхность частиц Са(ОН)2 обуславливает большую водоудерживающую способность и пластичность известкового теста.

В зависимости от содержания MgО воды известь разделяют на кальциевую (MgО≤5%), магнезиальную (MgО=5-20%) и высокомагнезиальную или доломитовую (MgО=20-40%) В зависимости от времени: быстрогасящаяся (до 8 мин), среднегасящаяся (8-25мин), медленногасящаяся (более 25мин). Чем меньше глинистых и других примесей, тем быстрее происходит гашение.

21.

Портландцемент – это ГВВ, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками.

Клинкер – зернистый материал, получаемый обжигом до спекания тонкодисперсной сырьевой смеси при t=1450, состоящей из CaCO3 , глиносодержащих пород и продуктов, содержащих ≥70-80% высокоосновных силикатов Са.

Химический состав: CaO=63-66%, SiO2=21-24%, Al2O3=4-8%, Fe2O3=2-4%

Минеральный состав:

1) Алит (3CaOSiO2) трехкальциевый силикат 45-60%.

2) Белит (2CaOSiO2) двухкальциевый силикат 15-30%.

3) Алюминатная фаза (3CaOAl2O3) трехкальциевый алюминат 4-12%.

4) Алюмоферритная фаза(4CaOAl2O3Fe2O3) представляет собой твердый раствор алюмоферритов Са различного состава..

5) Клинкерное стекло состоит из CaO, MgO, Al2O3, Fe2O3, Na2О, К2О 5-15%

Сырьем при производстве клинкера является карбонатные горные породы с высоким содержанием СаСО3, глинистые породы, содержащие SiO2, Al2O3, Fe2O3 (известняки, мел, мергель, глины, глинистые сланцы, лессы), а также побочные продукты и отходы промышленности (доменные шлаки, топливные шлаки, зола ТЭС).

Производство портландцемента:

1) изготовление клинкера (добыча и подготовка смеси, обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи)

2) получение портландцемента помолом клинкера совместно с гипсом и другими добавками.

Обжиг сырьевой смеси производится во вращающихся печах

1. Зона испарения (сушки) – высушивание сырьевой меси

2. зона подогрева – сгорание органических примесей, удаление кристаллохимической воды с образованием безводного каолинита Al2O3 2SiO2

3. Зона декарбонизации – окончательная диссоциация CaCO3 и MgCO3, в результате которой появляется значительное количество свободного СаО

4. Зона экзотермических реакций – образуются 3CaOAl2O3, 4CaOAl2O3Fe2O3 и белит 2CaOSiO2

5. Зона спекания – частичное плавление материала и образование главного минерала алита

6. Зона охлаждения – полностью формируется структура и состав клинкера.

22.

Портландцемент – это ГВВ, получаемое тонким помолом портландцементного клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками.

Клинкер – зернистый материал, получаемый обжигом до спекания тонкодисперсной сырьевой смеси при t=1450, состоящей из CaCO3 , глиносодержащих пород и продуктов, содержащих ≥70-80% высокоосновных силикатов Са.

Химический состав: CaO=63-66%, SiO2=21-24%, Al2O3=4-8%, Fe2O3=2-4%

Минеральный состав:

1) Алит (3CaOSiO2) трехкальциевый силикат 45-60%.

2) Белит (2CaOSiO2) двухкальциевый силикат 15-30%.

3) Алюминатная фаза (3CaOAl2O3) трехкальциевый алюминат 4-12%.

4) Алюмоферритная фаза(4CaOAl2O3Fe2O3) представляет собой твердый раствор алюмоферритов Са различного состава..

5) Клинкерное стекло состоит из CaO, MgO, Al2O3, Fe2O3, Na2О, К2О 5-15%

Сырьем при производстве клинкера является карбонатные горные породы с высоким содержанием СаСО3, глинистые породы, содержащие SiO2, Al2O3, Fe2O3 (известняки, мел, мергель, глины, глинистые сланцы, лессы), а также побочные продукты и отходы промышленности (доменные шлаки, топливные шлаки, зола ТЭС).

Взаимодействие минералов клинкера с водой:

2(3CaOSiO2)+6Н2О= 3CaO2SiO23Н2О+3Са(ОН)2

2(3CaOSiO2)+4Н2О=3CaO2SiO23Н2О+Са(ОН)2

3CaOAl2O3+6Н2О =3CaOAl2O36Н2О

23.

Шлако-П – ГВВ, твердеющее в воде и на воздухе, является сульфатостойким П. Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака с небольшим количеством гипса. Допускается раздельный помол компонентов и их послед смешивание. Количество доменного шлака 21-80% от массы цемента. Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной минеральной добавкой. Процесс твердения ШП значит, ускоряется при тепло-влажностной обработке, поэтому его эффективно применять в сборных изделиях, изготовленных с пропариванием.

ШП обладает умеренной водопотребностью, высокой воздухостойкостью и МРЗ, ШП медленно набирает прочность в первое время твердения.

Применение: его используют в массивных конструкциях, применяется для надземных, подземных и подводных частей сооружениях.

24.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ)

Особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ)

Сверхбыстротвердеющий цемент (СБТЦ) 

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ)

Пластифицированный портландцемент

Гидрофобный портландцемент

А. А. Банков в 1923 г. выдвинул теорию твердения вяжущих веществ, в большой мере обобщающую взгляды Ле Шателье и В. Михаэлиса. Твердение цемента А. А. Байков объясняет совокупностью кристаллизационных и коллоидных процессов. Им было высказано положение о том, что всякое гидратационно твердеющее вещество обязательно проходит стадию коллоидного состояния, даже если оно в конечном результате дает явно кристаллический сросток (например, двуводный гипс). Напомним, что, по А. А. Байкову, твердение портландцемента включает три периода. В первый период вяжущее растворяется в воде до образования насыщенного раствора; второй период— коллоидации или схватывания — характеризуется прямым присоединением воды к твердой фазе вяжущего и возникновением гидратных соединений высокой коллоидной дисперсности без промежуточного растворения исходного материала; одновременно происходит схватывание массы; третий период — период кристаллизации и твердения, когда гелеобразные новообразования перекристаллнзовываются и превращаются в кристаллический сросток, что сопровождается твердением системы и нарастанием ее прочности.

Превращение цементного теста в камневидное тело обусловлено сложными химическими и физико-химическими процессами взаимодействия клинкерных минералов с водой, в результате которых образуются новые гидратные соединения, практически нерастворимые в воде.

Процесс гидролиза и гидратации трехкальциевого силиката выражается уравнением:

2 (ЗСаО- SiO2) + 6НаО = 3CaO.2SiO2.3HX> + ЗСа(ОН)2

В результате образуется практически нерастворимый в воде гидросиликат кальция и гидроксид кальция, который частично растворим в воде.

Двухкальциевый силикат гидратируется медленнее C3S и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Са(ОН)2, что видно из уравнения реакции:

2 (2СаО -SiO2) + 4Н2О = ЗСаО -2SiO2 -ЗН2О + Са(ОН)2

Молярное соотношение СаО: SiO2 в гидросилнкатах, образующихся в цементном тесте, может изменяться в зависимости от состава материала, условий твердения и других обстоятельств. Поэто • му применяется термин C-S-H для всех полукристаллических и аморфных гидратов кальциевых силикатов. Гидросиликаты кальция низкой основности, имеющие состав (0,8...1,5)CaO-SiO2'(1... ...2,5)Н2О, обозначаются (по Тейлору) формулой C-S-H(I), гидроси-. ликаты высокой основности (l,5...2)CaO'SiO2-«H2O — формулой C-S-H(II). Образование низкоосновных гидросиликатов кальция повышает прочность цементного камня; при возникновении высокоог-новных гидросилнкатов его прочность меньше. При определенных условиях, например при автоклавной обработке, образуется тобермо-рит 5CaO-6SiO-5H2O, характеризующийся хорошо оформленными кристаллами, которые упрочняют цементный камень.

Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция:

ЗСаО-А!,О3 + 6Н2О = ЗСаО.А1гО3.6Н2О

Реакция протекает с большой скоростью. Образующийся шестиводный трехкальциевый алюминат создает непрочную рыхлую кристаллизационную структуру и вызывает быстрое снижение пластических свойств цементного теста.

Замедления сроков схватывания портландцемента достигают введением при помоле небольшой добавки дву-водного гипса. В результате химического взаимодействия    трехкальциевого    гидроалюмината    с    введенным гипсом и водой   образуется   труднорастворимый  гидро-сульфоалюминат кальция   (эттрингит)  по схеме:

ЗСаО • А12О3 -6Н2О + 3 (CaSO4 -2НаО) + (19...20) Н2О = = ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • (31... 32) НаО

25.

К группе сульфатостойких П относят: сульфатостойкий П, сульфатостойкий П с минеральными добавками, сульфатостойкий шлако-П, пуццолановый П.

Высокая стойкость этих цементов в растворах сульфатов обусловлена тем, что в цементном камне содержится пониженное количество высокоосновных гидроалюминатов Са. Вследствие чего образуется малое количество эттрингита, вызывающего коррозию цементного камня. Также ограничено в клинкере содержание алита.

Сульфатостойкий П предназначен для изготовления бетонов, подвергающихся действию сульфатной коррозии, и бетонов повышенной морозостойкости. Их применяют для подземных и подводных частей сооружений.

26.

Активные минеральные добавки к цементам (природные и искусственные). Особенности твердения и свойств портландцементов с минеральными добавками.

Активными минеральными добавками (АМД) называют природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой. В качестве активных природных добавок используют горные породы (диатомит, трепел, опока), а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемза). Искусственные представляют собой побочные продукты и отходы промышленности.

АМД химически связывает растворимый в воде Са(OH)_2, выделяющийся при твердении П, повышая плотность цементного камня, и, повышая его сопротивление коррозии. Поэтому их применяют для повышения плотности, водостойкости и солестойкости бетонов и растворов. Некоторые из них используются для приготовления жароупорных бетонов и растворов на П.

27.

Пуццолановый портландцемент. Состав, свойства, области применения.

Пуццолановый портландцемент получают совместным измельчением П-ого клинкера, кислой активной минеральной добавки и двуводного гипса. Активные минеральные добавки вводят в следующих количествах: добавки осадочного происхождения (диатомит, трепел, опока) 21-30%; добавки вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемза), а также топливные золы 25-40%. Активная минеральная добавка содержит (активный кремнезем) SiO₂ в аморфном состоянии. Она способна взаимодействовать с Са(OH)₂ с образованием гидросиликатов кальция:

SiO₂ +mСа(OH)₂ +nH₂O→mСаOSiO₂ рH₂O

Пуццолановый П обладает повышенной сульфатостойкостью, т.к. образование эттрингита ограничивается при пониженных содержаниях Са(OH)₂. Бетоны на пуццолановом П обладают пониженной воздухостойкостью и МРЗ, т.к. водопотребность вяжущего повышена. На воздухе такой бетон дает большую усадку и в сухости частично теряет прочность. Кроме того, бетон на этом цементе имеет низкую МРЗ и не годится для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. Пуццолановый П твердеет медленнее, чем П, в особенности при низких t, поэтому его не стоит применять при зимних бетонных работах. Он обладает сравнительно небольшим тепловыделением, поэтому его часто используют для бетонирования массивных сооружений, плотин, шлюзов.

28.

Стандартные методы испытания. 1) тонкость помола. Сито №008 (80 мкм). Остаток ≤15%. Sуд=2500 – 3000 см²/г. Быстротвердеющий цемент 4000 – 5000 см²/г. особо быстротвердеющий цемент 600 см²/г. 2) водопотребность – воличество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты. Водопотребность 24 – 28%. Чем больше водопотребность, тем менее прочным получится цементный камень. 3) сроки схватывания. Начало схватывания не ранее 45 мин. Конец схватывания – не позднее 10 часов. 4) марки. Марка 300 – шлакопортландцемент, цемент с минеральными добавками. Стандартные марки портландцемента 400, 500, 550, 600. По требованию заказчика выпускается цемент и более высокой марки. Марка цемента оценивается пределом прочности при сжатии стандартных образцов балочек в возрасте 28 суток (после хранения в стандартных условиях). Активность цемента – фактическая прочность цемента в возрасте 28 суток. Rсж=518 кгс/см²→М500. 4) тепловыделения при твердении. С₃А больше всех выделяет тепла при твердении, затем C₃S, C₄AF, C₂S. При зимнем бетонировании, чем выше тонкость помола, тем выше тепловыделение. 5) роль добавки гипса. Если гипс не добавлять, то размолотый клинкер будет очень быстро схватываться. С таким цементом не возможно будет работать. Все способы, которые подавляют гидролиз алита вызывают замедление твердения. Все способы, которые активизируют гидролиз алита приводят к ускорению схватывания и твердения. Периоды твердения: 1) растворение клинкерных минералов с поверхности. Возникновение зародышей новых фаз. 2) гидротация клинкерных минералов в насыщенном растворе. Выделение геливидных новообразований на поверхности цементных частиц. Рост этих оболочек. В какой то момент начинают контактировать между собой. 3) кристаллизация новообразований. Рост, срастание кристаллов. Возникновение кристаллизационной структуры цементного камня.

Испытание на изгиб балки на приборе МИИ – 100; b=4см; h=4см; l=10см;

Rизгиба =M/W=3Pl/2bh² ; Rсжатия =Pразруш./F; Fсжатия=25см²

29.

Портландцемент с органическими добавками (пластифицированный и гидрофобный). Состав, свойство и область применения.

Пластифицированный П отличается от обычного П способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность за счет введения при помоле клинкера около 0,25% сульфитно-дрожжевой бражки (гидрофилизуюшая добавка), повышающей пластичность цементного теста. Пластифицирующий эффект используется для уменьшения водоцементного отношения и повышения плотности, МРЗ и водонепроницаемости бетона.

Гидрофобный П изготовляют, вводя при помоле клинкера 0,1-0,2% мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот и др. гидрофобизующих добавок. Эти вещества, адсорбирующие на частицах цемента, понижают его гигроскопичность, поэтому гидрофобный цемент, в отличие от обычного, при хранении даже в очень влажных условиях не портится, т.е. не комкается и сохраняет свою активность. В связи с этим гидрофобный П рекомендуется использовать в районах с высокой влажность воздуха. Гидрофобизующие вещества сохраняются в отвердевших материалах, существенно повышая их водонепроницаемость и МРЗ и увеличивая сопротивляемость агрессивным воздействиям среды.

30.

Бетон – искуственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания тщательно подобранной перемешанной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок. Цемента и воды около 15%. Песка и крупного заполнителя около 85%. Бетон – основной строительный материал, универсальный. Можно придать любую форму, изменять свойства. Классификация бетонов по средней плотности: а) ρ_m>2600 кг/м³ – особо тяжелый бетон (заполнители – железные руды, стальные опилки, магнетит, гематит, лиманит, стальные зерна, чугунная дробь); б) ρ_m=2100 - 2600 кг/м³ – тяжелый бетон (в качестве заполнителей используются плотные, тяжелые, магматические, метаморфические и осадочные породы); в)ρ_m=1800 - 2100 кг/м³ – облегченные бетоны (в качестве заполнителей – ГП с ρ_m=1600-1900 кг/м³, песчаники, известняки, искуственные крупные заполнители – кирпичный бой, старый бетон); г)ρ_m=500 - 1800 кг/м³ – легкие бетоны. Пористые заполнители: а) природные (пористые ГП – вулканического происхождения: туф, пенза, лава); б) искусственные: специально сделанные (керамзит) и отходы промышленности (поризованные шлаки – шлаковая пенза); д) ρ_m500 кг/м³ – особооблегченный бетон. Ячеистые бетоны, теплоизоляционные, крупнопористый бетон на пористом заполнителе. Классификация по виду конструкции: сборные и монолитные (на небольших стройках готовят смесь в передвижной бетономешалке. Широко используются сухие смеси. Классификация бетонов по назначению: гидротехнический, декаротивный, кислотоупорный, жаростойкие, дорожные, бетоны для защиты от радиации.

Тяжелый бетон используют для защиты стальной арматуры от коррозии, для цементно-бетонных дорог и полов промышленных зданий. Бетоны высокой морозостойкости применяют для тех частей сооружений, которые подвергаются многократному замораживанию и оттаиванию во влажном состоянии (гидротехнические сооружения, конструкции железобетонных градирен, цементно-бетонные покрытия дорог и аэродромов…). Крупнопористый бетон используется как теплоизоляционный материал. Гипсобетон широко применяют для изготовления сплошных и пустотелых плит перегородок. Ячеистые бетоны для ограждающих конструкций, железобетона и др.

31.

Мелкий заполнитель. В качестве мелкого заполнителя применяют природный или искусственный песок. Размер зёрен от 0,14 до 5 мм истинная плотность более ρ>1800кг/м³. Искусственный песок получают путём дробления плотных, тяжёлых горных пород. При оценке качества песка определяют его истинную плотность, среднюю насыпную плотность, межзерновую пустотность, влажность, зерновой состав и модуль крупности. Кроме того, следует исследовать дополнительные качественные показатели песка – форму зёрен (остроугольность, окатаимость… ), шероховатость и др. Зерновой или гранулометрический состав песка должен отвечать требованиям ГОСТ 8736-77. Его определяют путём просеивания просушенного песка через набор сит с отверстиями размером 5,0; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм. В результате просеивания навески песка через этот набор сит на каждом из них остаётся остаток, называемый частным a_i. Его находят как отношение массы остатка на данном сите m_i к массе всей навески песка m:

Кроме частных остатков находят полные остатки А, которые определяют как сумму всех частных остатков в % на вышележащих ситах + частный остаток на данном сите:

По результатам просеивания песка определяют его модуль крупности:

где А – полные остатки на ситах, %.

По модулю крупности различают песок крупный (М_к>2,5), средний (М_к=2,5…2,0), мелкий (М_к=2,0…1,5), очень мелкий (М_к=1,5…1,0) .

П утём нанесения кривой просеивания песка на график допускаемого зернового состава определяют пригодность песка для изготовления бетонной смеси.

1- кривая лабораторного просеивания соответственно для песка и крупного заполнителя.

Большое значения в подборе песка для бетонной смеси имеет его межзерновая пустотность V_п(%), которую определяют по формуле:

ρ_н.п – насыпная плотность песка, г/см³;

ρ – истинная плотность песка, г/см³;

В хороших песках межзерновая пустотность составляет 30…38%, в разнозернистых – 40…42%.

32.

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя бетонной смеси применяют природный или искусственный щебень либо гравий с крупностью зёрен от 5 до 70мм.

Чтобы обеспечить оптимальный зерновой состав крупный заполнитель делят на фракции в зависимости от наибольшей крупности зёрен Д_наиб.; При Д_наиб=20мм крупный заполнитель имеет две фракции: от 5 до 10 мм и от 10 до 20 мм;

При Д_наиб=40мм – три фракции: от 5 до 10 мм; от 10 до 20 мм и от 20 до 40 мм;

При Д_наиб=70мм – четыре фракции: от 5 до 10 мм; от 10 до 20 мм; от 20 до 40 мм; от 40 до 70 мм. Большое влияние на расход цемента при приготовлении бетонной смеси имеет показатель межзерновой пустотности крупного заполнителя V_п.кр(%), которую определяют с точностью до 0,01% по формуле:

ρ_н.кр – средняя насыпная плотность крупного заполнителя.

ρ_к.кус – средняя плотность крупного заполнителя в куске.

Показатель межзерновой пустотности должен быть минимальным. Меньшим его значение можно получить путём подбора оптимального зернового состава крупного заполнителя.

Зерновой состав крупного заполнителя устанавливают в результате просеивания просушенного крупного заполнителя набором сит с отверстиями размером 70; 40; 20; 10; 5 мм с учётом его максимальной Д_наиб и минимальной Д_наим крупности.

Щебень – обычно искусственный рыхлый материал с неокатанными шероховатыми зёрнами, получаемый путём дробления горных пород, крупного природного гравия или искусственных камней. Для определения пригодности щебня необходимо знать: истинную плотность горной породы, среднюю плотность щебня, среднюю насыпную плотность щебня, относительную межзерновую пустотность и влажность щебня

Гравий – рыхлый природный материал с окатанными, гладкими зёрнами, образовавшийся в процессе физического выветривания горных пород. К гравию предъявляют те же требования что и к щебню.

33.

Бетонная смесь представляет собой сложную систему, состоящую из новообразований, образовавшихся при взаимодействии вяжущего с водой, непрореагированных частиц клинкера, заполнителя, воды вводимых сп. добавок и вовлеченного воздуха. Наиболее важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость, то есть способность деформироваться без нарушения целостности. Для описания поведения бетонной смеси в различных условиях используют ее реологические характеристики: предельное напряжение сдвига, вязкость и период релаксации. Для определения этих свойств применяют вискоземетры. Для полной оценки бетоносмеси и правильной организации производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций необходимо знать и другие свойства смеси: ее уплотняемость, однородность, расслаиваемость, изменение объема в процессе затвердения, воздухововлечение, первоначальную прочность. Особенность бетоносмеси состоит в постоянном изменении ее свойств от начала приготовления до затвердивания. Удобоукладоваемость – способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя ее однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:

1 - подвижность бетоносмеси, которая является характеристикой структурной прочности смеси;

2 – жесткость, которая является показателем динамической вязкости бетоносмеси;

3 – связанность, которая характеризует водоотделение бетоносмеси после ее отстаивания.

Факторы: 1(основной) – количество воды затворения;

2 – объем цементного теста;

3 – объем цементного раствора

34.

Основной закон прочности бетона. Формулы и графики, выражающие зависимость прочности бетона от главных факторов. Марки, классы прочности. Физический смысл закона прочности бетона. Закон прочности бетона устанавливает зависимость прочности от качества применяемых материалов и пористости бетона. Прочность вяжущего характеризуется его маркой (Rц), качество заполнителя коэффициентом А, а пористость косвенно определяется величиной водо-цементного отношения В/Ц. Зависимость прочности от В/Ц является в сущности зависимостью прочности от объема пор, образованных водой, не вступающей в химическое взаимодействие с цементом. Кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (при постоянном расходе цемента и способе уплотнения), приведенная на рис.4, характеризует физический смысл закона прочности. Левая ветвь кривой принадлежит недоуплотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды затворения, т. е. В/Ц, эти смеси укладываются плотнее, и прочность бетона повышается. Наконец, при оптимальном (для данного способа уплотнения) количества воды бетон имеет наибольшую плотность и прочность, что соответствует максимуму на кривой прочности.

Для тяжелых бетонов применяется заполнитель с прочностью в 1,5-2 раза больше заданной марки бетона. При большом содержании цементного теста зерна заполнителя раздвинуты на значительные расстояния, они почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому решающее значение будет иметь прочность цементного камня и прочность сцепления его с заполнителем. На практике часто используют зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения по формуле И. Боломея - Б.Г. Скрамтаева (рис. 5).

Для обычных бетонов с Ц/В=1,4-2,5 формула прочности имеет вид: R_б=AR_ц(Ц/B-0,5). При высококачественных заполнителях (щебень из плотных изверженных пород, крупный песок с минимальным содержанием вредных примесей) А=0,65; для рядовых заполнителей А=0,6; при применение заполнителей пониженного качества А=0,55. Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц/В>2,5, применяется формула: R_б=AR_ц(Ц/B+0,5). В этой формуле для высококачественных заполнителей А=0,43, для рядовых А=0,4. Основной закон прочности является общим для материалов с конгломератной структурой, он распространяется на тяжелые и легкие бетоны, мелкозернистые бетоны и строительные растворы. Только параметры А, входящие в формулу прочности, будут иметь различные численные значения, зависящие от вида материала и заполнителя.

35.

Марки и классы бетона. При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости. За проектную марку бетона по прочности на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см²) эталонных образцов-кубов. За проектную марку бетона по прочности на осевое растяжение принимают сопротивление осевому растяжению (кгс/см²) контрольных образцов. Эта марка назначается тогда, когда она имеет главенствующее значение. Проектную марку бетона по прочности на сжатие контролируют путем испытания стандартных бетонных образцов: для монолитных конструкций – в возрасте 28 сут, для сборных конструкций – в сроки, установленные для данного вида изделий стандартом или техническими условиями. Прочность бетона определяют путем испытания образцов, которые изготовляют сериями; серия, как правило, состоит из трех образцов. Предел прочности при растяжении возрастает при повышении марки бетона по прочности при сжатии, однако увеличение сопротивления растяжению замедляется в области высокопрочных бетонов. Поэтому прочность бетона при растяжении составляет 1/10–1/17 предела прочности при сжатии, а предел прочности при изгибе – 1/6–1/10. Класс бетона – это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным. Бетоны подразделяются на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60. Соотношение между классом и марками бетона по прочности при нормативном коэффициенте вариации =13,5% следует принять R=В/0,778, например, для класса В5 средняя прочность будет R=6,43 Мпа.

Пористость. Как это ни покажется странным, такой плотный материал, как бетон  имеет заметную пористость. Причина ее возникновения,  как, это уже не раз говорилось, кроетсяв избыточном количестве воды затворения. Бетонная смесь после правильной укладки представляет собой плотное те­ло. При твердении часть воды химически связывается минералами цементного клинкера (для портландцемента около 0,2 от массы цемента), а оставшаяся часть постепенно испаряется, оставляя после себя поры. В этом случае пори­стость бетона можно определить по фор­муле

П = [(В - ω•Ц)/1000]100,

где В и Ц - расходы воды и цемента на 1м³ (1000дм³ );

ω — количество химиче­ски связанной воды в долях от массы цемента.

Пример. В возрасте 28 суток цемент связывает 17 % воды от своей массы; расход воды в этом бетоне - 180 кг, а цемента — 320 кг. Тогда пори­стость этого бетона будет:

П = [(180 - 0,17•320)/1000]100 = 12,6 %.

Это общая пористость, включающая микропоры геля и капилляр­ные поры (объем вовлеченного воздуха мы не рассматриваем). С точки зрения влияния на проницаемость и морозостойкость бетона важно количество капиллярных пор. Относительный объем таких пор можно вычислить по формуле, %:

П_к = [(В-2ωЦ)/1000]100.

Для нашего случая количество капиллярных пор будет — 7,1 %.

Водопоглощение и проницаемость. Благодаря капиллярно-пористо­му строению бетон может поглощать влагу как при контакте с ней, так и непосредственно из воздуха. Гигроскопическое влагопоглощение у тяжелого бетона незначительно, но у легких бетонов (а в особенности у ячеистых) может достигать соответственно 7...8 и 20...25 %.

Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу в капельно-жидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение, как мы уже знаем, тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водо­поглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4...8 % по массе (10...20 % по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше.

Большое водопоглощение отрицательно сказывается на морозо­стойкости бетона и его теплозащитных свойствах. Для уменьшения водопоглощения прибегают к гцдрофобизации бетона, а также к устройству паро- и гидроизоляции конструкций.

Водопроницаемость бетона определяется в основном проницаемо­стью цементного камня и контактной зоны «цементный камень — заполнитель»; кроме того, путями фильтрации жидкости через бетон могут быть микротрещины в цементном камне и дефекты сцепленияарматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона может при­вести его к быстрому разрушению из-за коррозии цементного камня.

Для снижения водопроницаемости необходимо применять запол­нители надлежащего качества (с чистой поверхностью), а также ис­пользовать специальные уплотняющие добавки (жидкое стекло, хлорное железо) или расширяющиеся цементы. Последние использу­ются для устройства бетонной гидроизоляции.

По водонепроницаемости бетон делят на марки W0,2; W0,4; W0,6; W0,8 и Wl,2. Марка обозначает давление воды (МПА), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду при стандартных испытаниях.

Морозостойкость — главный показатель, определяющий долговеч­ность бетонных конструкций в нашем климате. Морозостойкость бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус (18 ± 2)° С и оттаивания в воде при (18 ± 2)° С предварительно насы­щенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность од­ного цикла - 5... 10 ч в зависимости от размера образцов.

За марку по морозостойкости принимают наибольшее число цик­лов «замораживания - оттаивания», которое образцы выдерживают без снижения прочности на сжатие более 5% по сравнению с прочно­стью контрольных образцов в начале испытаний. Установлены следу­ющие марки бетона по морозостойкости: F25; F35; F50; F75; F100...F1000. Стандартом разрешается применять ускоренные методы испы­таний в растворе соли или глубоким замораживанием до минус (50 ± 5)° С.

Мы уже знаем, что причиной разрушения бетона в рассматриваемых условиях явля­ется капиллярная пористость. Вода по капиллярам попадает внутрь бетона и, замерзая там, постепенно разрушает его структуру. Установлена зависимость марки по морозостойкости бетона от величины капиллярной пористости. Так, согласно этой зависимости бетон, пористость которого мы рассчитывали выше, должен иметь морозостойкость F150...F200.

Для получения бетонов высокой морозостойкости необходимо добиваться минимальной капиллярной пористости (не выше 6,5...6 %). Это возможно путем снижения содержания воды в бетонной смеси, что, в свою очередь, возможно путем использования:

• жестких бетонных смесей, интенсивно-уплотняемых при укладке;

• пластифицирующих добавок, по­вышающих удобоукладываемость бетон-ных смесей без добавления воды. Есть еще один путь повышения морозостойкости бетона - гидрофобизация (объемная или поверхност­ная); в этом случае снижается водопоглощение бетона и соответственно повышается его морозостойкость.

Теплофизические свойства. Из них важнейшими являются теплопровод­ность, теплоемкость и температурные деформации.

Теплопроводность тяжелого бетона даже в воздушно-сухом состоянии ве­лика — около 1,2... 1,5 Вт/(м • К), т. е. в 1,5...2 раза выше, чем у кирпича. Поэтому использовать тяжелый бетон в ограждающих конструкциях можно только совместно с эффективной теп­лоизоляцией. Легкие бетоны, в особенности ячеистые, имеют невы­сокую теплопроводность 0,1...0,5 Вт/(м • К), и их применение в ограж­дающих конструкциях предпочтительнее.

Теплоемкость тяжелого бетона, как и других каменных материалов, находится в пределах 0,75...0,92Дж/(кг • К); в среднем — 0,84 Дж/(кг • К).

Температурные деформации. Температурный коэффициент линей­ного расширения тяжелого бетона (10...12)•10^-6К^-1. Это значит, что при увеличении температуры бетона на 50°С расширение составит при­мерно 0,5 мм/м. Поэтому во избежание растрескивания сооружениябольшой протяженности разрезают температурными швами.

Большие колебания температуры могут вызвать внутреннее растре­скивание бетона из-за различного теплового расширения крупного заполнителя и цементного камня.

36.

Определение состава тяжелого бетона по методу абсолютных объемов (основные положения). Надо найти оптимальное соотношение цемента, песка, воды и заполнителей.Марку цемента выбирают в зависимости от проектной марки бетона по прочности. Чтобы получить бетон с минимальным расходом вяжущего, необходимо выяснить, какое должно быть при этом соотношение R_б/R_ц. Расход цемента Ц (кг/м³) найдем, пользуясь формулой прочности бетона:Ц=(1/А*R_б/R_ц+0,5)*В. Существует следующая зависимость расхода цемента от соотношения R_б/R_ц. Для бетонов низких и средних марок минимальные расходы вяжущего соответствуют: R_б/R_ц = 0,4–0,6 или R_ц  2R_б. Соотношение R_б/R_ц, близкое к 1, допустимо по необходимости для бетонов высоких марок (М500, М600-М800), когда R_б R_ц. Правильное определение состава бетона имеет большое технико–экономическое значение. Для расчета состава бетона устанавливают стандартные характеристики применяемых материалов. Определение состава бетона производят обычно расчетно–экспериментальным методом, который предусматривает предварительный расчет состава по формулам и последующую экспериментальную проверку и уточнение состава с помощью пробного замеса. Расчет сводится к установлению количества цемента, воды затворения, мелкого и крупного заполнителей в кг на 1м уплотненной бетонной смеси исходя из заданных свойств смеси и прочности бетона. 1) Ц/В Количество воды затворения находят в зависимости от заданной жесткости или подвижности бетонной смеси. Вычисляют цементно–водное отношение по формулам: R_б=А* R_ц (Ц/В – 0,5) для обычных бетонов с Ц/В = 1,4–2,5 и R_б=А* R_ц (Ц/В + 0,5) для высокопрочных бетонов с Ц/В>2,5. Далее находят водо-цементное отношение В/Ц=1/(Ц/В). 2) В Расход цемента находят, зная количество воды затворения и водо-цементное отношение: Ц=В/(В/Ц). Если расход цемента на 1м³ бетона окажется меньше допускаемого по нормам, то количество его следует увеличить до требуемой нормы, сохранив прежнее В/Ц. Расход воды при этом пересчитывают, исходя из увеличенного расхода цемента. Минимальный расход вяжущего для бетонных конструкций – 200 кг/ м³, для железобетонных – 220 кг/ м³ и конструкций, работающих в агрессивных средах – 250 кг/ м³. 3) Расход крупного и мелкого заполнителей определяют из следующих положений: а) объем плотно уложенного бетона (принимают в расчете равным 1м³ или 1000л) без учета воздушных пустот слагается из объема зерен мелкого и крупного заполнителей и объема цементного теста, заполняющего пустоты между зернами заполнителей. Уравнение, выражающее это положение и называемое уравнением абсолютных объемов, может быть представлено в следующем виде:Ц/_ц+В*П/_п+К/_к=1000. Б) пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены растворной частью с учетом некоторой раздвижки зерен, величина которой определяется коэффициентом раздвижки К_разд: Ц/_ц +П/_п +В=К/_н.к*V_пуст.к*К_разд, где Ц, В, П, К_разд – расходы соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг/м³; _ц , _п , _к – плотности этих материалов; _н.к – насыпная плотность крупного заполнителя; V_пуст.к – относительный объем пустот (пустотность) крупного заполнителя, определяемый по формуле V_пуст.к =1-(_н.к/_к); К_разд – коэффициент раздвижки для жестких бетонных смесей, К_разд =1,05–1,15, в среднем 1,1, для подвижных смесей – по соответствующему графику в зависимости от расхода цемента и В/Ц. Формулы для определения расходов (кг/м³): К=1000/( V_пуст* К_разд/_н.к+1/_к) и песка П=[1000 – Ц/_ц – В – К/_к]* _п. Таким образом получен расчетный состав бетона в виде расхода (кг/м³) компонентов: Ц, В, П, К. Он может быть выражен в относительных единицах (по отношению к массе цемента): 1: В/Ц: П/Ц: К/Ц. Состав бетона проверяют и уточняют путем пробного замеса бетонной смеси, приготовляемой из производственных материалов.

37.

Тяжелый бетон, применяемый для изготовления фундаментов, колонн, балок, пролетных строений мостов и других несущих эле­ментов и конструкций промышленных и жилых зданий и инже­нерных сооружений, должен приобретать определенную проч­ность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке и экономичной. При использовании в не защи­щенных от внешней среды конструкциях бетон должен иметь повышенные плотность, морозостойкость и коррозиестойкость. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении предъявляются соответствующие требования к со­ставляющим его материалам, которые предопределяют его со­став и свойства, оказывают влияние на технологию производ­ства изделий, их долговечность и экономичность.

38.

Бетонные смеси приготавливают на стационарных бетонных заводах или в передвижных бетоносмесительных установках. На качество бетонной смеси (однородность) влияет качество её перемешивания в процессе приготовления. Продолжительность перемешивания составляет несколько минут. Допускается повторное перемешивание бетонной смеси в пределах 3…5 часов от момента её приготовления. Важнейшее условие приготовления бетонной смеси – тщательное дозирование составляющих материалов. Отклонение в дозировке допускается не более ±1% по массе для цемента и воды, и не более ±2% для заполнителей. Приготовленную бетонную смесь доставляют к месту укладки специальными транспортными средствами. Продолжительность транспортировки готовой бетонной смеси к месту укладки не должна превышать 1 час. В настоящее время бетонную смесь укладывают механизировано с помощью бетоноукладчиков, бетонораздатчиков. Уплотнение бетонной смеси во время укладки обеспечивает качественное заполнение смесью всех промежутков. Наиболее распространённый способ уплотнения бетонной смеси – вибрирование. При вибрировании бетонной смеси уменьшается трение между её составляющими, увеличивается текучесть, смесь переходит в состояние тяжёлой вязкой жидкости и под действием собственного веса уплотняется. В процессе уплотнения из бетонной смеси удаляется воздух и бетон приобретает хорошую плотность. Чтобы улучшить структурообразовывающие бетона, повысить его прочность, морозостойкость, водонепроницаемость применяют повторное вибрирование бетонной смеси через 1,5-2ч. с момента первого вибрирования.

Для получения высококачественного бетона необходим соответствующий уход за свежеуложенным бетоном. Отсутствие ухода за свежеуложенным бетоном может привести к получению низкокачественного бетона. Основные мероприятия по уходу за бетоном – укрытие хорошо увлажненной мешковиной, песком, опилкой, покрытие плёнкообразующим составом. Укрывать следует не позднее чем через 30 минут после уплотнения бетонной смеси.

В зимнее время существуют следующие способы ухода: безобогревные и с искусственным прогревом. К безобогревным относят способы термоса с противоморозными добавками. Искусственный прогрев бетона осуществляется электропрогревом, паропрогревом, воздухопрогревом.

39.

Железобетон – это искусственный материал, представляющий бетон, внутри которого расположена стальная арматура. Стальная арматура хорошо воспринимает, не только сжимающие, но и растягивающие усилия, возникающие в конструкции при внецентральном сжатии, растяжении, изгибе. Железобетонные конструкции могут быть монолитными, когда бетонирование выполняют непосредственно на месте строительства, и сборными, когда конструкции изготавливают на заводах.

Арматуру предварительно растягивают (напрягают). Натяжение арматуры осуществляют до бетонирования с помощью различных анкеров и зажимов. После укладки, затвердевания бетонной смеси и приобретения бетоном прочности концы арматуры освобождают (отрезают) и она, стремясь возвратиться в первоначальное состояние, напрягает (обжимает) бетон. При монтаже напряжённых конструкций арматуру помещают в специальные каналы, после чего растягивают таким образом, чтобы в процессе растяжения происходило обжатие этих элементов в конструкции. После достижения необходимого обжатия конструкции и растяжения арматуры концы её заанкеривают, а каналы в которых проходит арматура, омоноличивают высокопрочным цементным раствором. Когда раствор приобретает необходимую прочность, концы арматуры обрезают, в результате чего конструкция приобретает напряжение, которое позволяет увеличить её несущую способность.

40.

Сборные железобетонные изделия классифицируют по виду бетона: цементные, силикатные; внутреннему строению: сплошные и пустотелые; по назначению: для жилых, общественных, промышленных, водохозяйственных и др. зданий и сооружений.

Железобетонные сооружения, конструкции и изделия изготовляют из обычного бетона марки не ниже 200, лёгкого бетона марки не ниже 50 и плотного силикатного бетона марки не ниже 100. Бетон марки 200 используют для изготовления слабонагруженных бетонных и железобетонных изделий, работающих в основном на сжатие. Бетоны марок 300, 400, 500, 600 используют при изготовлении железобетонных изделий с большой несущей способностью.

41. Железобетонные сооружения, конструкции и изделия изготовляют из обычного бетона марки не ниже 200, лёгкого бетона марки не ниже 50 и плотного силикатного бетона марки не ниже 100. Бетон марки 200 используют для изготовления слабонагруженных бетонных и железобетонных изделий, работающих в основном на сжатие. Бетоны марок 300, 400, 500, 600 используют при изготовлении железобетонных изделий с большой несущей способностью.

Технология  использования монолитного бетона для возведения стен упрощенно выглядит следующим образом – уже на самой строительной   площадке монтируются опалубки – специальные формы - которые  повторяют контуры строящегося конструктивного элемента, например, стены или колонны,  в которые по разработанному проекту устанавливается арматура и затем заливается конструкционный бетон.

Готовый конструктивный элемент здания получается после затвердевания бетона.  При применении сборно-разборной опалубки – опалубочные элементы демонтируются, а при  использовании несъемной опалубки они становятся частью стены.

Основными преимуществами монолитного домостроения является возможность создания свободных планировок с требуемой высотой потолка и большими пролетами, а также прекрасная возможность для  создания разнообразных криволинейных форм, что, в свою очередь, помогает архитекторам при создании уникальных образов зданий расширить свою палитру.

Выполненные по монолитной технологии стены, практически не имеют швов, следовательно,  проблем со стыками и с их герметизацией не возникает.

Значительно уменьшает нагрузку на фундамент, и следовательно затраты на его возведение возможность возведения меньшей толщины монолитных стен и перекрытий.

Монолитное домостроение в связи с тем, что  несущий каркас из монолитного железобетона может выдерживать большие нагрузки позволяет возводить здания различной этажности и разного назначения.

Вместе с достоинствами монолитного домостроения существует и ряд недостатков  использования данной технологии. Одним из таких недостатков является, то что в связи переносом цикла производства на строительную площадку находящуюся под открытым небом холод и жара, снег, дождь и ветер создают производству монолитных конструктивных элементов дополнительные трудности. В холодное время года возникают особые сложности и именно  поэтому возникает необходимость ускорить процесс твердения бетона при температурах ниже нуля.

Одним из важных этапов возведения монолитных элементов зданий является выдерживание бетона до достижения им требуемой прочности.

Гидратационная вода на начальном этапе твердения содержащаяся в бетоне в основном находится в свободном виде. Когда температура повышается увеличивается химическая активность воды, что, в свою очередь, приводит к ускорению твердения. А при снижении температуры химическая активность воды тоже снижается, а при температуре 0 градусов происходит процесс перехода в твердую фазу -  образуется лед.  Происходит нарушение структуры бетона из-за того, что замерзшая вода увеличивается в объеме. Также это приводит к снижению  физико-технических характеристик  бетона, его прочности.  Таким образом водонепроницаемость и морозостойкость монолитного изделия может снизиться в несколько раз.

42.

Строительные растворы представляют собой тщательно отдозированные мелкозернистые смеси, состоящие из неорганического вяжущего вещества (цемент, известь, гипс, глина), мелкого заполнителя (песка, дроблёного шлака), воды и в необходимых случаях добавок (неорганических или органических). В свежеприготовленном состоянии их можно укладывать на основание тонким слоем, заполняя все его неровности. Они не расслаиваются, схватываются, твердеют и набирают прочность, превращаясь в камневидный материал. Строительные растворы используют при каменных кладках, отделочных, ремонтных и др. работах. Их классифицируют по средней плотности: тяжёлые с средней ρ=1500кг/м³, лёгкие со средней ρ<1500кг/м³. По назначению: гидроизоляционные, талтопогенные, инъекционные, кладочные, отделочные и др.

Растворы приготовленные на одном виде вяжущего вещества, называют простыми, из нескольких вяжущих веществ смешанными (цементно-известковый). Строительные растворы приготовленные на воздушных вяжущих, называют воздушными (глиняные, известковые, гипсовые). Состав растворов выражают двумя (простые 1:4) или тремя (смешанные 1:0,5:4) числами, показывающие объёмное соотношение количества вяжущего и мелкого заполнителя. В смешанных растворах первое число выражает объёмную часть основного вяжущего вещества, второе – объёмную часть дополнительного вяжущего вещества по отношению к основному. В зависимости от количества вяжущего вещества и мелкого заполнителя растворные смеси подразделяют на жирные – с содержанием большого количества вяжущего вещества. Нормальные – с обычным содержанием вяжущего вещества. Тощие – содержащие относительно небольшое количество вяжущего вещества (малопластичные).

Для приготовления строительных растворов лучше использовать песок с зёрнами, имеющими шероховатую поверхность. Песок предохраняет раствор от растрескивания при твердении, снижает его стоимость.

Гидроизоляционные растворы (водонепроницаемые) – цементные растворы состава 1:1 – 1:3,5 (обычно жирные), в которые добавляют церезит, амоминат натрия, нитрат кальция, хлористое железо, битумную эмульсию.

Церезит – представляет массу белого или жёлтого цвета, получаемую из анилиновой кислоты, извести, аммиака. Церезит заполняет мелкие поры, увеличивает плотность раствора, делая его водонепроницаемым.

Для изготовления гидроизоляционных растворов используют портландцемент, сульфатостойкий портландцемент. В качестве мелкого заполнителя в гидроизоляционных растворах используют песок.

Кладочные строительные растворы – используют при кладке каменных стен, подземных сооружений. Они бывают цементно-известковые, цементно-глиняные, известковые и цементные.

Отделочные (штукатурные) растворы - подразделяют по назначению на наружные и внутренние, по расположению в штукатурке на подготовительные и отделочные.

Акустические растворы – лёгкие растворы, обладающие хорошей звукоизоляцией. Приготовляют эти растворы из портландцемента, шлакопортландцемента, извести, гипса и др. вяжущих веществ с использованием в качестве заполнителя лёгких пористых материалов (пемзы, перлита, керамзита, шлака).

43.

Пластическими массами называют ма-лы, содержащие в качестве важнейшей составной части высокомолекуляр. соединения – полимеры и обладающие пластичностью на определённом этапе произ-ва,которая полностью или частично теряется после отверждения полимера. Связующим ве-вом в П. являются полимеры –синтетические смолы и каучуки, производные целлюлозы.Связ. ве-во обычно самый дорогой компонент пластмассы.Для получения полимеров исход. матери-ми являются природный газ , «попутный газ»,сопровождающий выходы нефти.Сырьём для П. –каменноугольный дёготь,получаемый при коксовании угля и содержащий фенол и другие компоненты. В произ-ве синтетич. мате-лов – азот, кислород, получаемые из воздуха, вода и др.

Наполнители представл. разнообразные неорганические и органич. порошки и волокна.В виде наполнителей слоистых пластмасс широко применяют также бумагу,ткани,древесный шпон и др. листовые материалы. Н. значительно уменьшают потребность в дорогом полимере и тем самым намного удешевляют изделия из пластмасс. Улучшают ряд св-в изделий – повышают теплостойкость,а волокна ткани и листовой мат-лы сильно повышают сопротивление растяжению и изгибу,действуя подобно арматуре в железобетоне.

Пластификаторы –ве-ва,добавляемые к полимеру для повышения его высокоэластичности и уменьшения хрупкости.В виде пластифик. могут использоваться некоторые низкомолекулярные высококипящие жидкости. Вводят и другие добавки :1.твердители – ве-ва, являющиеся инициаторами реакции полимеризации,ускоряют процесс отверждения пластмасс. 2.стабилизаторы –способствуют сохранению структуры и свойств пластмасс во времени.

Синтетические полимеры делят в зависимости от метода получения на полимеризационные и поликонденсационные. Полимеризационные по-ры (полиэтилен,полиизобутилен,полистирол, полиметилметакрилат и т.п.) получают преимущественно методами полимеризации. Полимеризации могут подвергаться только такие мономеры, в молекулах которых содержатся кратные связи (или циклические группировки).За счёт этих связей (или за счёт раскрытия цикла) у молекул исходного вещества образуются свободные валентности, которыми они соединяются между собой в макромолекулы. Поскольку в процессе полимеризации не отщепляются атомы и атомные группы, химический состав полимера и мономера одинаков.

Поликонденсационные полимеры (фенолоальдегидные,мочевиноальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиамидные и т.п.) получают методами поликонденсации.При поликонденсации макромолекулы образуются в результате химического взаимодействия между функциональными группами,находящимися в молекулах исходных веществ.

 прежде всего следует отнести современные, максимально готовые к применению отделочные материалы  (моющиеся обои, декоративные самоклеящиеся пленки, листовые облицовочные пластики, погонажные изделия и т. п.); отделочные материалы дляпокрытия  полов (линолеум, полимерные плитки, мастичные составы для бесшовных полов); высокоэффективные теплоизоляционные материалы, особенно на основе вспученных пластмасс; долговечные гидроизоляционные и герметизирующие материалы (пленки, профильные прокладки, мастики); трубы и санитарно-технические изделия (сифоны, сливные бачки); встроенная мебель , дверные блоки и, наконец, высококачественные клеи, краски и специальные виды строительных растворов и бетонов 

44.

- Термопластичными (термопластами) называют полимеры, способные обратимо размягчаться при нагреве и отвердевать при охлаждении, сохраняя основные свойства. Линейное строение молекул. СН₂=СН_{2 .}

Из термопластичных пластмасс широкое применение находят полистирол, полиэтилен, фторопласт, органическое стекло, полиамиды (капрон, нейлон), винипласт и др. Все они в основном состоят из чистых смол и обладают высокой пластичностью при повышенных температурах.

Термопластичные пластмассы часто называют литьевыми, так как они перерабатываются в детали (изделия) преимущественно методом литья под давлением или экструзией.

Термопластичные пластмассы применяют для изготовления деталей различных приборов общего назначения, в электро- и радиотехнике и т. д. Для большинства термопластичных пластмасс характерен низкий температурный предел (60—80° С), при котором деталь (изделие), находясь под нагрузкой, сохраняет свою форму. Наряду с этим термопластичные пластмассы отличаются значительной ползучестью (хладотекучестью) под влиянием постоянно действующей нагрузки. Ползучесть повышается с увеличением нагрузки и повышением температуры

45.

Термореактивными (или реактопластами) называют полимеры, которые,будучи отверждены, не переходят при нагреве в пластичное состояние. Следовательно,термореактивные полимеры при повышении температуры ведут себя подобно древесине :при высокотемпературном нагреве они претерпевают деструкцию и загораются. Свойства пластмасс : малая плотность от 20 до 2200 кг/м3, прочностные характеристики,  теплопроводность, химическая стойкость,высокая устойчивость к коррозионным воздействиям, способность окрашиваться в различные цвета, малая истираемость некоторых пластмасс, прозрачность пластмасс, технологическая лёгкость обработки (пиление, сверление,фрезерование, строгание, обточка и др.),наличие в стране обширной сырьевой базы для производства полимеров (природные газы,газы нефтепереработки). К «-« свойствам – низкая теплостойкость, высокий коэффициент термического расширения.

. Свойства пластмасс : малая плотность от 20 до 2200 кг/м3, прочностные характеристики,  теплопроводность, химическая стойкость,высокая устойчивость к коррозионным воздействиям, способность окрашиваться в различные цвета, малая истираемость некоторых пластмасс, прозрачность пластмасс, технологическая лёгкость обработки (пиление, сверление,фрезерование, строгание, обточка и др.),наличие в стране обширной сырьевой базы для производства полимеров (природные газы,газы нефтепереработки). К «-« свойствам – низкая теплостойкость, высокий коэффициент термического расширения.

46.

Битумы –органические вяжущие чёрного цвета;представляют собой высокомолекулярные органические веще-ва. Б. бывают : 1.природные Б.- вязкие жидкости или твердообразные ве-ва,состоящие из смеси углеводов и их неметаллических производных.Встречаются в местах нефтяных месторождений ,образуя линзы, а иногда и асфальтные озёра. 2. Асфальтовые породы – пористые г.п. (известняки,доломиты,песчаники, глины,пески), пропитанные битумом. 3. Нефтяные (искусственные Б.) –получают переработкой нефтяного сырья, в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные,получаемые из гудрона путём дальнейшего глубокого отбора из него масел ; окисленные,получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом) ; крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти. 4. Гудрон –остаток после отгонки из мазута масляных фракций.

Элементарный состав Б.:углерод 70-80%, водород 10-15%,сера 2-9%,кислород1-5%, азот 0-2%.

Групповой состав: а)«асфальтены» –твёрдые высокомолекулярные углеводороды (М=1000-5000,М-молекуляр. масса) ;б) смолы- М=500-1000; в) масла М<500 – жидкие углеводороды. Св-ва битума, как дисперсной системы, определяются соотношением входящих в него составных частей: масел,смол, асфальтенов. Повыш. содерж. Асфальтенов и смол влечёт за собой возрастание твёрдости,температуры размягчения и хрупкости битума.

Св-ва Б. : гидрофобность(отталкивание воды), атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях,повышенная деформативность. к неживой органике Б. –размягчение при нагревании,иногда вплоть до полного растворения. Физ-ие св-ва: плотность =1 г/см3. =0,5-0,6 Вт/м С , устойчив. по отнош. к нагреванию ,водостойкость -% водорастворимых соед. <=0,2-0,3%.Физико-хим. св-ва: поверхност. нат 25-35 эрг/см2 при t=20-25 C. Старение –процесс медленного изменения состава и свойств битума,сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Химич. св-ва: химич. стойки, выдерживают действие концентрированных щелочей, дейст-е кислот HCL до 25% , уксус. СН3ОН до 10%. Физико-механ. Св-ва :марку битума определяют твёрдостью ,температурой размягчения и растяжимостью. Твердость опред. По глубине проникания в битум иглы прибора –пенетромтра. Температуру размягчения - на приборе “ кольцо и шар”, помещаемом в сосуд с водой.Растяжимость- характериз. Абсолютным удлинением (см) образца Б. (“восьмёрки”) при t=25 C, определяемым на приборе –дуктилометре.

Применение битумов : 1. Рулонные кровельные ма-лы (рубероид, толь) 2. Лаки и краски.3. мастики,асфальт. бетон, герметики.

47.

Гидроизоляционными называют строительные материалы, которые обладают водонепроницаемостью и соответсвуют определенным эксплуатационным требованиям по прочности, деформативности, теплостойкости, биостойкости и др. Применение гидроизоляционных материалов известно с древнейших времен. Природный битум и в наше время наравне с нефтяным битумом и каменноугольным дегтем являются основными материалами для развития рулонных материалов, мастичных, лакокрасочных покрытий и других видов гидроизоляционных материалов. К гидроизоляционным материалам практически относятся и кровельные. Кровля это тоже разновидность гидроизоляционного покрытия, причем самой ответственной части здания. Рулонные материалы. Кровлю из рулонных материалов делают из нескольких слоев, составляющих кровельный ковер. Вниз ковра укладывают подкладочные материалы (беспокровные), а верхний слой устраивают из покровных материалов, имеющих покровный слой из тугоплавкого битума (дегтя) и посыпку: крупнозернистую (К), мелкозернистую (М) или пылевидную (П). Допускается выпуск кровельного рубероида с чешуйчатой посыпкой (РКЧ). Выпускают основные и безосновные рулонные материалы. Рубероид изготовляют, пропитывая кровельный картон легкоплавким битумом с последующим покрытием с одной или с обеих сторон тугоплавким нефтяным битумом с наполнителем и посыпкой. Кровельный картон получают из тряпья, бумажной макулатуры и древесной целлюлозы. На нижнюю поверхность кровельного рубероида, образующего верхний слой кровельного ковра, и на обе стороны подкладочного рубероида наносят мелкозернистую или пылевидную посыпку, предотвращающую слипание материала в рулонах. Рубероид подвержен гниению - в этом его большой недостаток, поэтому освоено производство антисептированного рубероида. Наплавляемый рубероид является новым кровельным материа лом. Его главное преимущество в том, что при устройстве кровли наклейка осуществляется без применения кровельной мастики - расплавленном утолщенного нижнего покрывного слоя (пламенем горелки или другим способом). Пергамин - рулонный беспокровный материал, получаемый пропиткой кровельного картона расплавлением нефтяным битумом с температурой размягчения не ниже 40°С. Стеклорубероид и стекловойлок - рулонные материалы, получаемые путем двустороннего нанесения битумного (битуморезинового или битумополимерного) вяжущего на стекловолокнистый холст или на стекловойлок и покрытия с одной или двух сторон сплошным слоем посыпки. Применяют стеклорубероид для верхнего и нижних слоев кровельного ковра и для оклеечной гидроизоляции. Сочетание биостойкой основы и пропитки с повышенными физико-механическими свойствами позволило получить стеклорубероид долговечностью около 30 лет. Асфальтовые армированные маты получают путем покрытия предварительно пропитанной стеклоткани с обеих сторон гидроизоляционной битумной мастикой, используют для оклеечной гидроизоляции и уплотнения деформационных швов. Толь - рулонный материал, изготовляемый пропиткой и покрытием кровельного картона дегтями с посыпкой песком или минеральной крошкой. Толь с крупнозернистой посыпкой применяют для верхнего слоя плоских кровель, а толь с песочной посыпкой для кровель временных сооружений, гидроизоляционных фундаментов и других частей сооружений. Гидроизол - рулонный бескровный гидроизоляционный материал, полученный путем пропитки асбестового картона нефтяным битумом. Фольгоизол - рулонный двухслойный материал, состоящий из тонкой рифленой или гладкой алюминиевой фольги, покрытой с нижней стороны защитным битумно-резиновым составом. Он предназначен для устройства кровель и парогидроизоляции зданий и сооружений, герметизации стыков. Рулон имеет длину 10 м, ширину 1 м. Внешняя поверхность гидроизола может быть окрашена в различные цвета атмосферостойкими лаками. Фольгоизол - долговечный материал, не требующий ухода в течение всего периода его эксплуатации. Металлоизол - гидроизоляционный материал из алюминиевой фольги, покрытой с обеих сторон битумной мастикой. Металлоизол выпускают двух марок, отличающихся толщиной алюминиевой фольги. Он имеет высокую прочность на разрыв и долговечность. Применяют металлоизол для гидроизоляции подземных и гидротехнических сооружений. Мастика представляет собой смесь нефтяного битума или дегтя (отогнанного и составленного) с минеральным наполнителем. Мастики подразделяют: по вицу связующего - на битумные, битумно-резиновые, битумно-полимерные; по способу применения - на горячие; по назначению - на приклеивающие, кровельно-изоляционные, гидроизоляционные асфальтовые и антикоррозионные.

48.

Теплоизоляционные материалы характеризуются малой теплопроводностью и небольшой средней плотностью из-за их пористой структуры. Их классифицируют по характеру строения: жёсткие (плиты, кирпич), гибкие (жгуты, полужёсткие плиты), рыхлые (волокнистые и порошкообразные); в виду основного сырья: органические и неорганические.