Аккредитация специальности 1 -70 03 01 «Автомобильные дороги»
25. Состав и структура битумов. Классификация. Битумами называются сложные смеси углеводородов и их производных, т. е. соединения высокомолекулярных углеводородов с кислородом, азотом, серой. Они бывают природные и искусственные. Искусственные, в свою очередь, подразделяются на: Ø нефтяные; Ø сланцевые; Ø угольные; Ø торфяные. В строительстве применяются в основном нефтяные битумы. По способу получения нефтяные битумы подразделяют на: § остаточные; § крекинговые; § окисленные. В зависимости от физико механических свойств нефтяные битумы подразделяются на: ü твердые; ü вязкие; ü жидкие. Твердые битумы подразделяются на: q строительные; q кровельные; q изоляционные. Жидкие битумы подразделяются на два класса: v среднегустеющие (СГ); v медленногустеющие (МГ).
Состав Нефтяные битумы содержат: v от 84 до 87 % углерода; v до 15 % водорода; v до 2 % кислорода; v до 1, 5 % серы; v доли процента азота; v следы металлов. Групповой их состав следующий: § масла; § смолы; § асфальтены; § карбены и карбоиды; § асфальтогеновые кислоты и их ангидриды; § парафины.
1. Содержание масел составляет 35– 60 % по массе. Истинная плотность их менее 1 г/см 3. Они являются растворителями для твердых частей и определяют консистенцию битумов. 2. Содержание смол составляет 20– 40 %. Истинная плотность их около 1 г/см 3. Это твердые и полутвердые вещества, растворимые в бензине, бензоле. Они придают битуму эластичность, водоустойчивость. 3. Содержание асфальтенов составляет 4– 35 %. Это твердые кристаллические вещества с истинной плотностью более 1 г/см 3. Они повышают теплоустойчивость, вязкость и твердость битумов. Под действием солнечного света стареют, могут образовывать хрупкие вещества, что приводит к разрушению битумов. 4. Содержание карбенов и карбоидов составляют до 3 %. Это твердые вещества. Карбены по составу близки к асфальтенам. Они не растворимы в бензоле и растворимы в сероуглероде. Карбоиды не растворяются в известных растворителях. Карбены и карбоиды повышает вязкость и хрупкость битумов. 5. Содержание асфальтогеновых кислот и их ангидридов составляет в битумах до 3 %. Они обладают поверхностно активными свойствами. Повышают адгезию битумов к каменным материалам. 6. Содержание парафинов составляет 6– 8 %. Они относятся к твердым метановым углеводородам. Снижают пластичность и увеличивают хрупкость битумов.
Строение Обладая аморфным строением, битумы в отличие от кристаллических материалов не имеют определенной температуры плавления. Постепенный переход из твердого состояния в вязкотекучее обратим, и происходит без изменения основных свойств, следовательно, битумы относятся к термопластичным органическим материалам. Битум представляет собой коллоидную систему, в которой раствор смол в маслах является дисперсной средой, а дисперсной фазой – асфальтены, карбены и карбоиды. На поверхности макромолекул асфальтенов адсорбированы асфальтогеновые кислоты. Солнечная радиация, высокие температуры, кислород воздуха в процессе эксплуатации изменяют групповой состав битумов. Масла переходят в смолы, смолы в асфальтены, что влияет на структуру и свойства битумов.
26. Основные свойства битумов. Основными свойствами битума являются: ü адгезия; ü вязкость; ü растяжимость; ü твердость; ü хрупкость; ü старение.
Адгезия (прилипание) – прочность сцепления битума с каменными материалами. Она зависит от природы битума и минерального материала. Степень прилипания оценивают способностью битума удерживаться на поверхности минерального материала при воздействии кипящей воды. Вязкость битума является основной характеристикой его структурно механических свойств. Она оценивается условным показателем твердости или вязкости. С повышением температуры вязкость уменьшается, с понижением – увеличивается. При низких температурах битум приобретает свойство твердого тела. Твердость вязких и твердых битумов определяется по глубине погружения иглы под нагрузкой 100 г в течение 5 с при температуре 25 0 С или под нагрузкой 200 г в течение 60 с при 0 0 С. Она должна быть в интервале от 5 до 300 (0, 1 мм). Условная вязкость жидких битумов характеризуется временем истечения в секундах 50 мл вяжущего при температуре 60 0 С через калибровочное отверстие диаметром 5 мм. Она должна находиться в интервале от 25 до 200 с. Растяжимость характеризуется способностью битума вытягиваться в тонкие нити. Определяется испытанием битумных образцов при температуре 25 0 С и скорости растяжения 5 см/мин. Растяжимость вязких и твердых битумов находится в интервале от 1 до 65 см.
Температура размягчения характеризуется способностью битума переходить из вязкопластичного состояния в жидкое при определенной температуре. Определяют ее на специальном приборе «кольцо и шар» . Она соответствует температуре, при которой стальной шар массой 9, 5 г проходит через заполненное битумом кольцо диаметром 15, 7 мм. Она должна быть в интервале от 33 до 105 0 С. Твердость, вязкость и температура размягчения битума зависит от содержания в нем асфальтенов и смол. Хрупкостью называется способность битума при определенной температуре переходить из упруго пластичного в твердое или жидкое состояние. Определяют ее по температуре, при которой в изгибаемом слое битума на металлической пластинке при охлаждении с одной стороны не появятся трещины. Температура хрупкости для дорожных битумов должна быть в интервале от 20 до 6 0 С. Старение битумов характеризуется изменением их свойств. В результате воздействия на битум кислорода воздуха, ультрафиолетовых лучей, испарения легколетучих углеводородов масла переходят в смолы, смолы в асфальтены. Накопление асфальтенов уменьшает пластичность и повышает хрупкость битумов.
27. Дегти. Основные свойства, приготовление и применение. Дегтями называют органические вяжущие вещества, состоящие из смеси углеводородов и их неметаллических производных кислорода, азота и серы. Их получают при нагревании твердых видов топлива без доступа воздуха. В зависимости от исходного сырья они подразделяются на: Ø каменноугольные; Ø торфяные; Ø сланцевые. Сланцевые дегти чаще называют битумами. Дегти обладают: § хорошей адгезией; § высокой биостойкостью; § низкой атмосферостойкостью; § быстро стареют в связи испарения летучих веществ. Для улучшения свойств дегтей в их состав вводят серу или серосодержащие материалы. Улучшают их качество введением молотого известняка, доломита, каменноугольной и цементной пыли.
В строительстве в основном применяют каменноугольные дегти, получаемые при коксовании и газификации каменного угля. Они имеют более высокие строительные свойства по сравнению с другими видами. Изготавливают их следующим образом: Вначале получают сырой каменноугольный деготь. Коксовую печь загружают шихтой из обогащенных каменных углей и нагревают без доступа воздуха до 1100 – 1200 0 С, удаляя из угля летучие вещества. В холодильниках происходит конденсация сырой каменноугольной смолы и аммиачной воды и затем в отстойниках сырая смола частично отделяется от аммиачной воды. В газовых печах при 1250– 1300 0 С образуется сырая смола. Сырой деготь быстро стареет, поэтому его перегоняют. При нагревании до 100 0 С испаряется вода, при 170 0 С – легкое масло, при 270 0 С – среднее масло, при 270– 300 0 С – тяжелое шпалопропиточное масло и при 360 0 С самое тяжелое антраценовое масло. После окончания перегонки остается пек – твердое или вязкое аморфное вещество черного цвета, из которого после разжижения антраценовым маслом получают дорожные дегти. Применяют его также при изготовлении кровельных материалов и пекового лака для защиты металлических конструкций от коррозии.
Основной характеристикой дегтей является вязкость, по которой они подразделяются на шесть марок: Д 1, Д 2, Д 3, Д 4, Д 5, Д 6. Применение: Ø деготь марки Д 1 применяют для укрепления грунтов и обеспыливания дорог; Ø марок Д 2, Д 3 и Д 4 – для получения органоминеральных смесей, которые применяют при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог; Ø Д 5 и Д 6 – для приготовления горячего дегтебетона. Каменноугольные дегти применяют также для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов, мастик, эмульсий, в качестве антисептика для защиты древесины от гниения.
28. Состав мастик. Классификация. Технологии применения. Мастиками называются материалы, состоящие из смеси Мастиками битумов или дегтей с минеральными наполнителями и добавками. Они подразделяются: Ø по виду связующего – на битумные, битумно резиновые, битумно полимерные, дегтевые, дегтеполимерные; Ø по назначению – на приклеивающие, для устройства мастичных кровель, мастичной гидроизоляции и пароизоляции, изоляции подземных стальных трубопроводов; Ø по способу применения – на горячие и холодные. Горячие битумные мастики перед применением разогреваются Горячие до 160 0 С, дегтевые – до 130 0 С, холодные мастики при холодные 0 С используются без подогрева, температуре воздуха не ниже 5 при более низкой – разогреваются до 60 70 0 С (с целью облегчения нанесения состава на защищаемую поверхность в мастику вводят органический растворитель).
К недостаткам горячих мастик относится нестабильность свойств, большой расход энергии на производство, возможность получения ожогов рабочими при их применении, тяжелые условия труда, относительно низкие эксплуатационные свойства при атмосферных воздействиях. При работе с холодными мастиками испаряется вредный для здоровья человека растворитель. Для повышения температуроустойчивости, механических свойств и снижения расходов вяжущего в мастики вводят наполнители Они бывают: ü пылевидными (известняковые, меловые, шлаковые порошки, а также гипс, цемент); ü волокнистыми (асбест, торфяную крошку, шлаковатную или стекловатную сечку); ü комбинированными (состоят из смеси волокнистых и пылевидных материалов).
29. Битумные и дегтевые эмульсии. Приготовление и применение. Битумные и дегтевые эмульсии – дисперсные системы, в эмульсии которых вода является средой, и в ней битум или деготь диспергированы в виде частиц размером около 1 мкм. Для их приготовления применяют битумы марок БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 или дегти марок Д 3 и Д 4.
Устойчивость эмульсии достигается введением в нее эмульгаторов. Эмульгаторами служат: Ø водорастворимые поверхностно активные вещества (лигносульфонаты, казеин, желатин, асидол, мылонафт); Ø твердые высокодисперсные минеральные порошки (глина, известь, цемент и др. ). Поверхностно активные вещества уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раздела битум (деготь) – вода. По вида ПАВ, используемых в качестве эмульгатора, битумные дорожные эмульсии подразделяют на анионные и катионные. Твердые эмульгаторы, как и водорастворимые, адсорбируются на поверхности частиц (глобул) битума или дегтя, образуя защитный слой, препятствующий слипанию частиц, диспергированных в воде.
Эмульсии изготавливают в специальных машинах: q диспергаторах; q гомогенизаторах; q установках с использованием ультразвуковых колебаний. Приготовление эмульсии включает: 1. разогрев битума (дегтя) до 50 120 0 С; 2. приготовление эмульгатора; 3. диспергирование вяжущего в воде с добавлением водного раствора эмульгатора. Количество водорастворимых эмульгаторов в эмульсии составляет до 3 %, твердых порошков – 6 12 % в зависимости от вида эмульгатора и дисперсности битумной (дегтевой) фазы. Обычные эмульсии содержат 40 60 % битума или дегтя с эмульгатором, остальное – вода, в пастах 60 70 %.
Эмульсии приготавливают в основном в механических диспергаторах. В диспергатор заливают воду с температурой 90 0 С и добавляют эмульгатор. Затем тонкой струей вливают разогретый деготь или битум. При вращении дисков со скоростью 3000 об/мин битум или деготь распыляется в воде. Битумные и дегтевые эмульсии применяются для: ü холодной обработки дорожных покрытий; ü окраски кровель; ü устройства гидро и пароизоляции; ü для гидрофобизации поверхности, ü подгрунтовки под асфальтобетонные слои, ü пленки по свежепроложенному бетону – для защиты от испарения воды.
30. Минеральные материалы для приготовления асфальтобетона. Выбор материалов и технические требования к ним обусловлены их ролью в асфальтобетоне, типом асфальтобетона и его назначением в дорожной одежде. Ø Ø Ø В состав асфальтобетона входят: битум; щебень (гравий); песок; минеральный порошок; поверхностно активные вещества (ПАВ).
Битум Вид и марка битума принимается в зависимости от: ü температуры приготовления; ü укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей; ü климатических условий; ü назначения асфальтобетона. Для горячих асфальтобетонов применяют вязкие битумы марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90, БН 90/130, БМА 50/70, БМА 70/100, БМА 100/130. Теплые асфальтобетоны приготавливают на вязких битумах марок БНД 130/200, БНД 200/300, БН 130/200, БН 200/300 или жидкого битума марки СГ 130/200. Холодные – на жидких битумах марок СГ 70/130 и МГ 70/130.
Щебень (гравий) Щебень и гравий для асфальтобетона изготавливают из плотных, прочных и морозостойких горных пород – гранитов, базальтов, диабазов, плотных известняков, доломитов, а также из металлургических шлаков. Не допускается применение глинистых (мергелистых) известняков, песчаников, глинистых сланцев. Не следует применять кварцит. Он имеет слабое сцепление с битумом, в асфальтобетон требуется добавлять известь, цемент и другие активизаторы. Предел прочности изверженных и метаморфических горных пород не должен быть ниже 100 120 МПа, осадочных карбонатных пород не ниже 80 МПа. Для нижнего слоя дорожных покрытий допускается снижение прочности на 20 25 %. Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, не допускается содержание глинистых и пылевидных частиц свыше 2 %. Форма зерен щебня должна быть приближена к тетраэдальной и кубовидной, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание лещадных и игловатых зерен ограничивается 15 25 %. Щебень для асфальтобетонных смесей должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, а для нижнего слоя покрытия – не менее 25 циклов. Гравий в качестве крупного заполнителя в асфальтобетонах применять не рекомендуется. Как правило, он не однороден по минералогическому составу, имеет гладкую поверхность и более низкое сцепление с асфальтовым вяжущим веществом. Его следует дробить. Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют дробленный гравий с количеством дробленых зерен не менее 80 %. К нему предъявляют те же требования, что и к щебню из скальных горных пород.
Песок В качестве мелкого заполнителя для асфальтобетона применяют природные и дробленые из отсевов дробления пески. Лучшими являются крупные и средней крупности пески. Мелкие и очень мелкие применять не следует. Их необходимо обогащать добавкой крупного или песка из отсевов дробления. Песок должен быть чистым и содержать пылевато глинистых частиц не более 3 % по массе. Для асфальтобетонных смесей лучше использовать пески оптимального зернового состава с неровной поверхностью. Качество песка повышают физико химической активацией. Песок перемешивают с 2, 5 5 % извести. Активизированный песок целесообразно применять для мелкозернистого асфальтового бетона.
Минеральный порошок в асфальтобетоне выполняет роль структурной составляющей. Совместно с битумом он образует асфальтовое вяжущее, которое соединяет щебень и песок в монолит. Получают его помолом исходных материалов: известняков, доломитов (прочность не менее 20 МПа) битуминозных известняков и других карбонатных пород. Тонкость помола порошка должна быть такой, чтобы при мокром рассеве сквозь сито с отверстиями 1, 25 мм проходило 100%, 0, 315 мм – не менее 90 % и 0, 071 мм – не менее 70 % порошка. При этом пустотность их при уплотнении в специальной форме нагрузкой 40 МПа должна быть не более 35 %. Порошок адсорбирует большую часть битума на своей поверхности и существенно влияет на свойства асфальтобетона. Лучшими являются порошки из карбонатных горных пород доломита и известняка. Они имеют высокий положительный потенциал и большое количество адсорбционных центров в виде катионов Са 2+ или Мg 2+, интенсивно переводят битум из объемного состояния в пленочное. Порошки из кислых пород кварца, гранита и др. с высоким потенциалом отрицательного знака в виде ионов кислорода О 2 вызывают отрицательную адсорбцию. Пленки битума слабо удерживаются на их поверхности. Их роль заключается в заполнении мелких пустот. Качество асфальтобетона хуже. При отсутствии карбонатных пород применяют вторичные материалы промышленности: пыль цементных заводов, золу уноса ТЭЦ, отработанные формовочные смеси металлургических литейных заводов и другие. Их следует применять после проведения исследований.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) Применяемые в асфальтобетоне и органоминеральных материалах ПАВ разделяются на: § анионактивные (АПАВ); § катионактивные (КПАВ); § неионогенные (НПАВ). АПАВ улучшают сцепление битума с поверхностью минеральных материалов основного характера(известняки, доломиты и др. ), в то время как КПАВ – с поверхностью кислых пород (граниты, песчаники, кварциты и др. ) и НПАВ – с поверхностью минеральных материалов как основных, так и кислых горных пород.
31. Структура асфальтобетона. Взаимосвязь структур. Структура определяется качеством и количеством составляющих, их сочетанием, размещением и связями между ними. Структура определяет его главные свойства: Ø прочность и деформативность; Ø плотность и атмосферостойкость; Ø старение и долговечность. Структура асфальтобетона весьма сложна, так как минеральные компоненты полидисперсны. Размеры минеральных зерен изменяются в пределах от 10 3 до 40 мм. Полидисперсность предопределяет полиструктуру асфальтобетона, выражающуюся в расположении одной структуры в другой.
Микроструктура, состоящая из битума и наполнителя (минерального порошка), выполняет роль связующего (асфальтовяжущего) и соединяет в монолит мелкий и крупный заполнитель. Мезоструктура, состоящая из песка и связующего, заполняет пустоты в щебне и обеспечивает требуемую плотность материала. Макроструктура, формирующаяся из крупного и мелкого заполнителей, обеспечивает прочность материала и предопределяет структуру и текстуру асфальтобетона.
Полидисперсность минеральной части асфальтобетона определяет также особенности взаимодействия частиц различного размера с вяжущим. Чем меньше частицы, тем в большей степени проявляются их химические свойства, тем выше их структурирующее действие на битум, и наоборот, чем крупнее частицы, тем в большей степени играют роль их механические свойства. Исходя из этого принято: ü частицы размером 0, 14 . . . 0, 001 мм относить к наполнителя; ü частицы размером 0, 14 . . . 5 мм относить к мелким заполнителям; ü частицы размером 5 . . . 40 мм относить к крупным заполнителям.
Взаимосвязь структур в асфальтобетоне Получение асфальтобетона с заданной структурой и свойствами достигается путем установления количественных соотношений между микро , мезо и макроструктурами. При этом необходимо помнить, что данной макроструктуре соответствуют только определенные мезо и микроструктуры.
32. Основные свойства асфальтобетонов. Асфальтобетон в конструкции в зависимости от температуры и условий деформирования может находиться в следующих структурных состояниях: ü упругохрупком; ü упругопластичном; ü вязкопластином.
Упругохрупкое состояние Минеральный остов строго фиксирован застеклованными прослойками битума. В этом случае асфальтобетон по свойствам приближается к бетону и другим искусственным материалам с кристаллизационными связями. Упругопластичное состояние Зерна минерального остова соединены прослойками битума, которые проявляют при напряжениях, не превышающих предел текучести, упругие и эластические свойства, а при больших напряжениях – упруговязкие свойства. Вязкопластичное состояние Зерна минерального остова соединены полужидкими прослойками битума и небольшое напряжение приводит к деформированию материала.
Асфальтобетон в дорожном покрытии, кроме воздействия автомобилей, подвергается воздействию атмосферных и талых вод. Вода проникает в поры асфальтобетона и ослабляет взаимную связь минеральных материалов с пленкой вяжущего. Поэтому оценку прочности асфальтобетона дают при следующих условиях: 1. Максимальной для данной местности температуре асфальтобетонного покрытия, когда когезия вяжущего минимальна. 2. Минимальной температуре, когда прочность достаточна, так когезия вяжущего достигает наибольших значений, но при нарушении однородности структуры, особенно при повторных замораживаниях, минимальные удлинения способствуют образованию трещин, а в отдельных случаях и выкрашиванию покрытия. 3. Некоторых средних температурах, когда наиболее вероятно водонасыщение асфальтобетона и снижение прилипания вяжущего к минеральным материалам, которые могут привести к быстрому износу и хрупкому разрушению покрытия.
Свойства асфальтобетона нормируется по следующим показателям: Ø пористость минерального остова; Ø остаточная пористость; Ø водонасыщение; Ø набухание; Ø предел прочности при сжатии; Ø модуль остаточной деформации; Ø предел прочности при растяжении; Ø коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении; Ø износостойкость. Они зависят от назначения, типа и марки асфальтобетона.
Для асфальтобетона нормируются пористость минерального остова и остаточная пористость. От них зависит долговечность асфальтобетона. Пористость минеральной части определяют по установленным средней и истинной плотности минеральной части. Водонасыщение является косвенной характеристикой пористости асфальтобетона. Оценивается она количеством воды в процентах, поглощенной образцами асфальтобетона в вакууме с остаточным давлением в 2000 Па. Водонасыщение влияет на морозостойкость асфальтобетона. Набухание – показатель качества асфальтобетона, по которому косвенно судят о гидрофильности минерального порошка и сцеплении битума с поверхностью минеральных зерен. Оно определяется как приращение объема образцов из асфальтобетона после насыщения их водой. Набухание происходит в результате взаимодействия глинистых, илистых и органических примесей в асфальтобетоне, что нарушает структуру и прочность.
Важнейшими свойствами асфальтобетона является предел прочности при сжатии и растяжении. Они определяются испытанием образцов цилиндров диаметром 101; 71, 4 или 50, 5 мм соответственно на сжатие и растяжение по образующей. Образцы изготавливают уплотнением смеси в стальных формах. Для определения предела прочности асфальтобетона из покрытия или основания испытывают не переформованные образцы вырубки или переформованные из вырубок или кернов. Предел прочности при сжатии плотных асфальтобетонов из горячих смесей, испытанных при температуре 50 0 С, должен составлять не менее 0, 9 МПа и для холодных не менее 0, 7 МПа. Предел прочности при растяжении при температуре 0 0 С не менее 1, 0 МПа. Коэффициент водостойкости характеризует падение прочности асфальтобетона после насыщения его водой в условиях вакуума. Износостойкость характеризуется потерей массы при воздействии истирающих условий на образец. Горячий асфальтобетон при его эксплуатации в городских условиях изнашивается на 0, 2– 1, 5 мм в год.
33. Поверхностно-активные вещества в составе асфальтобетона. Виды и назначение. В состав асфальтобетона входят: Ø битум; Ø щебень (гравий); Ø песок; Ø минеральный порошок; Ø поверхностно активные вещества (ПАВ). Применяемые в асфальтобетоне и органоминеральных материалах ПАВ разделяются на: § анионактивные (АПАВ); § катионактивные (КПАВ); § неионогенные (НПАВ). АПАВ улучшают сцепление битума с поверхностью минеральных материалов основного характера(известняки, доломиты и др. ), в то время как КПАВ – с поверхностью кислых пород (граниты, песчаники, кварциты и др. ) и НПАВ – с поверхностью минеральных материалов как основных, так и кислых горных пород.
Анионные ПАВ типа железных солей карбоновых кислот, нафтената кальция, полимеризата оказывают структурирующее действие на битум. Они требуют повышение температуры нагрева асфальтобетонной смеси приготовлении и более высокой температуры при укладке и уплотнении. Рекомендуемый предел концентрации АПАВ при введении в битум 3 – 6 %. Катионные ПАВ типа БП 3, камида, и амидазолинов оказывают деструктурирующее действие на битум, уменьшает расход битума, значительно улучшают смачивание минерального материала вяжущим, снижают температуру приготовления смеси, замораживают структурообразование асфальтобетона и других органоминеральных материалов. Рекомендуемый предел концентрации КПАВ при введении в битум 0, 25 – 1, 5 %. Неионные ПАВ типа торфяного и каменноугольного дегтя, госсиполовой смолы, низкотемпературной каменноугольной смолы оказывают на битум пластифицирующее действие, что приводит к некоторому уменьшению расхода вяжущего, снижению температуры приготовления смесей и снижению энергетических затрат при перемешивании и уплотнении битумоминеральных материалов. Рекомендуемый предел концентрации НПАВ при введении в битум 5 – 8 %.
34. Классификация асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов. Применение. Асфальтобетоном называется искусственный Асфальтобетоном материал, получаемый в результате уплотнения специально подобранной смеси, состоящей из щебня или гравия, песка, минерального порошка и битума. Рыхлый неуплотненный материал называют асфальтобетонной смесью
Дорожные асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны классифицируются следующим образом. 1. В зависимости от температуры приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетоны подразделяются на: ü горячие, с температурой приготовления 140 160 0 С и температурой укладки и уплотнения не ниже 120 0 С; ü теплые, с температурой приготовления 90 130 0 С и температурой укладки и уплотнения не ниже 70 100 0 С; ü холодные, с температурой приготовления до 120 0 С и укладкой с температурой не ниже 5 0 С. Горячие и теплые асфальтобетоны приготавливают на вязких битумах, теплые – на вязких и жидких битумах, холодные – на жидких. 2. В зависимости от вида применяемого каменного материала асфальтобетонные смеси подразделяются на: Ø щебеночные; Ø гравийные; Ø песчаные.
Горячие и теплые асфальтобетонные смеси, в зависимости от наибольшей крупности зерен заполнителей, подразделяются на: v крупнозернистые с зернами размером до 40 мм; v мелкозернистые – с зернами до 20 мм; v песчаные – с зернами до 5 мм. Холодные смеси подразделяются на: ü мелкозернистые; ü песчаные. В зависимости от величины остаточной пористости асфальтобетоны из горячих и теплых смесей подразделяются на: • плотные (с пористостью от 1 до 5 %); • пористые (с пористостью от 5 до 12 %); • высокопористые (с пористостью от12 до 18 %).
По назначению асфальтобетоны подразделяются на: Ø дорожные, применяемые для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог, городских улиц и площадей, дорог промышленных предприятий; Ø аэродромные – для устройства взлетно посадочных полос и площадок на аэродромах; Ø гидротехнические, применяемые для гидроизоляций при строительстве плотин, шлюзов и т. п. ; Ø промышленного назначения – для полов, плоских кровель зданий; Ø декоративные (цветные) – для устройства покрытий на городских площадях, парковых дорожек и др. В строительстве наибольшее применение находят дорожные асфальтобетоны.
По удобоукладываемости асфальтобетоны подразделяются на: Ø жесткие (уплотняемые тяжелыми катками); Ø пластичные (уплотняемые гладковальцевыми катками массой 5 8 т); Ø литые (уплотняемые ручными катками).
35. Основные характеристики асфальтобетонного покрытия. Для безопасного и комфортабельного движения автомобилей большое значение имеют следующие характеристики асфальтобетонного покрытия: Ø Ровность; Ø Шероховатость (сопротивление скольжению и дренирование поверхностной воды); Ø Шум при движении; Ø Оптические свойства; Ø Чувствительность к пластическим деформациям (колеи и волны); Ø Водонепроницаемость (предотвращение проникания поверхностной воды в покрытие).
Недостаточная ровность покрытия снижает скорость автомобилей и ухудшает комфортность движения. Шероховатость асфальтобетонного покрытия обеспечивает достаточное сцепление шин автомобиля с поверхностью покрытия. При этом шероховатость поверхности не оказывает существенного влияния на сопротивление скольжению шин. На покрытиях с увлажненной поверхностью степень сопротивления скольжению шин значительно снижается из за наличия воды в зоне контакта шин с покрытием. Светоотражательные (рефлекторные) свойства асфальтобетонного покрытия главным образом зависят от свойств исходных минеральных материалов и текстуры поверхности асфальтобетона. Для хорошей видимости проезжей части, покрытия и маркировок на ней в ночное время необходимо подбирать материалы с различными светоотражательными свойствами. Шум при движении автомобилей происходит главным образом от взаимодействия покрышки колеса с поверхностью покрытия, а также от двигателя и трансмиссии. Шум при движении возрастает пропорционально увеличению скорости автомобиля. Уровень шума взаимосвязан с текстурой поверхности асфальтобетонного покрытия. Гладкая поверхность дает наименьший шум при движении транспортных средств, а макрошероховатая – наибольший, увеличивающийся с ростом скорости автомобиля.
1. Основные свойства дорожно-строительных материалов. Важнейшими свойствами, характерными для всех материалов, являются: Ø физические; Ø химические; Ø механические; Ø технологические; Ø эксплуатационные; Ø экологические.
Физические свойства акустические общие физические гидрофизические теплофизические
Общефизические свойства Свойства, характеризующие структуру материала. К ним относятся: истинная плотность; средняя плотность; пористость материала. Истинная плотность ( ) — масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии, без пор, пустот и трещин. Средняя плотность ( ср) — масса единицы объема материала (изделия) в естественном состоянии с пустотами и порами. Для сыпучих материалов (песок, цемент, щебень, гравий) определяют насыпную плотность. Насыпная плотность ( н) — масса единицы объема сыпучих материалов в свободном (без уплотнения) насыпном состоянии. В единицу объема таких материалов входят не только зерна самого материала, но и пустоты между ними. Количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отношению ко всему занимаемому объему, называют пустотностью. По величине истинной и средней плотности рассчитывают общую пористость (Пп) материала, в %. Поры в материале могут иметь различную форму и размеры. Они могут быть открытыми, сообщающимися с окружающей средой, и замкнутыми, заполненными воздухом. При погружении материала (изделия) в воду открытые поры полностью или частично, что зависит от размера пор, заполняются водой. В замкнутые поры вода проникнуть не может. Открытую или капиллярную пористость (Wо) определяют по водонасыщению материала под вакуумом или кипячением его в воде.
Гидрофизические свойства Проявляют материалы и изделия при контакте с водой. Наиболее важные из них: гигроскопичность; водопоглощение; водостойкость; водопроницаемость; морозостойкость; воздухостойкость и т. д. Гигроскопичность — свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Одни материалы притягивают к своей поверхности молекулы воды (острый угол смачивания) и называются гидрофильными — бетон, древесина, стекло, кирпич; другие, отталкивающие воду (тупой угол смачивания), — гидрофобными: битум, полимерные материалы. Характеристикой гигроскопичности служит отношение массы влаги, поглощенной материалом из воздуха, к массе сухого материала, выраженное в %. Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать воду. Влагоотдача — способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Водопроницаемость — свойство материала пропускать воду под давлением. Морозостойкость — способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде. Воздухостойкость — способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности.
Теплофизические свойства Свойства, оценивающие отношение материала к тепловым воздействиям. К ним относятся: теплопроводность; теплоемкость; термостойкость; жаростойкость; огнеупорность; огнестойкость. Теплопроводность — способность материала пропускать тепловой поток при условии разных температур поверхности. Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании определенное количество тепла. Термостойкость — способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры. Жаростойкость — способность материала выдерживать температуру эксплуатации до 1000°С без нарушения сплошности и потери прочности. Огнеупорность — способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур без деформаций и разрушения. Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. По возгораемости строительные материалы подразделяют на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. К несгораемым относят бетон, кирпич, сталь, природные каменные материалы. Трудносгораемые — материалы, которые под действием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (фибролит, состоящий из древесных стружек и цементного камня, асфальтобетон, некоторые полимерные материалы). Сгораемые — материалы, которые при контакте с огнем загораются и горят открытым пламенем, даже в случае ликвидации источника огня (древесина, битум, полимерные материалы).
Акустические свойства При действии звука на материал проявляются его акустические свойства. По назначению акустические материалы делят на четыре группы: звукопоглощающие; звукоизолирующие; вибропоглощающие. Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы предназначены для устранения передачи вибрации от машин и механизмов на строительные конструкции зданий.
Химические свойства К химическим свойствам относят способность материалов к химическим превращениям при воздействии окружающей среды. К ним относятся: Ø коррозионная стойкость, Ø адгезия, Ø старение. Коррозионная стойкость – способность материалов не разрушаться под воздействием агрессивных сред: кислот, щелочей, солей или газов. Адгезия – свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Она характеризуется прочностью сцепления между материалами. Зависит от их природы, состояния поверхностей. Старение – свойство материала переходить из одного состояния в другое, изменяя свои свойства – уменьшать прочность, способность сопротивляться внешней агрессивной среде.
Механические свойства К основным механическим свойствам материалов относят: ü прочность, ü упругость, ü пластичность, ü релаксацию, ü хрупкость, ü твердость, ü истираемость и др. Прочность – способность материалов сопротивляться разрушению и деформации от внутренних напряжений, возникающих в результате воздействия внешних сил или других факторов, таких как неравномерная осадка, нагревание и т. п. Оценивается она пределом прочности. Им называют напряжение, возникающее в материале от действия нагрузок, вызывающих его разрушение. Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Они определяются испытанием стандартных образцов на испытательных машинах. Упругость – способность материалов под воздействием нагрузок изменять форму и размеры и восстанавливать их после прекращения действия нагрузок. Упругость оценивается пределом упругости σуп, МПа. Пластичность – способность материалов изменять свои форму и размеры под воздействием нагрузок и сохранять их после снятия нагрузок. Пластичность характеризуется относительным удлинением или сужением. Релаксация – способность материалов к самопроизвольному снижению напряжений при постоянном воздействии внешних сил. Хрупкость – свойство материала под влиянием внешних сил разрушаться, не давая остаточных пластических деформаций. Хрупкость противоположна пластичности. Твердость – способность материалов оказывать сопротивление проникновению в них более твердого материала. Истираемость – способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий. Эта характеристика учитывается при назначении материалов для пола, лестничных ступеней и площадок, дорог. Материалы с малой истираемостью имеют высокую износостойкость.
Технологические свойства К технологическим свойствам относится способность материалов подвергаться обработке. Эксплуатационные свойства характеризуют работу материала в сооружениях за расчетный срок эксплуатации. Долговечность – способность материала или изделия сохранять свои свойства в конструкции в течение запроектированного срока эксплуатации в определенных условиях. Физический износ зданий и сооружений характеризуется частичной или полной потерей элементами здания и сооружения своих первоначальных технических и эксплуатационных свойств. Экологические свойства Необходимо учитывать экологические свойства материалов, которые могут отрицательно влиять на жизнедеятельность человека. Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра, сопровождающиеся испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.
12. Воздушные вяжущие материалы. По условию твердения и эксплуатации изделий из искусственного камня минеральные вяжущие подразделяют на: ü воздушные; ü гидравлические. К вяжущим воздушного твердения относят такие простые по составу вещества как: v известковые; v низко и высокообжиговые гипсовые; v магнезиальные; v жидкое (растворимое) стекло. Воздушные вяжущие характеризуются сравнительно высокой растворимостью как исходных веществ, так и соединений, которые образуются в результате реакции гидратации. Поэтому изделия из этих вяжущих при контакте с водой теряют свою прочность, а при действии проточной воды размываются – коэффициент размягчения менее 0, 5. Следовательно их можно использовать только для производства изделий, эксплуатируемых в воздушно сухих условиях внутри помещения.
Воздушная известь Строительной воздушной известью называют продукт разложения при температуре 900 1200°С кальциево магниевых карбонатных горных пород (известняка Са. СОз, доломита Са. СОз×Мg. СОз), содержащих не более 6% глинистых и песчаных примесей. Продуктом обжига является комовая негашеная известь-оксид кальция (Са. О). Полученную комовую известь впоследствии мелят или гасят, добавляя воду, в специальных аппаратах. Процесс гашения гидратации протекает с большим выделением тепла, поэтому негашеную известь называют известью кипелкой. По скорости гашения известь подразделяют на: Ø быстро гасящуюся до 8 мин. ; Ø среднегасящуюся до 25 мин; Ø медленногасящуюся более 25 мин. По температуре гашения на: • низкоэкзотермичную (до 75°С); • высокоэкзотермичную (более 75°С). В результате реакции образуются мельчайшие, размером до 0, 01 мм, кристаллы гидратной извести – пушонки Са(ОН)2.
В соответствии с нормативными документами воздушную известь в зависимости от содержания примеси классифицируют на: v кальциевую, которая обладает наибольшей активностью (не должно превышать 5 %); v магнезиальную (5 20 %); v доломитовую (20 – 40 %). Качество извести оценивают по: o тонкости помола, определяемой по остаткам на ситах 02 и 008 соответственно не более 1, 5 и 15 %; o температуре и времени гашения; o содержанию активных окислов Са. О + Мg. О (50 90%); o наличию непогасившихся примесей, составляющих в зависимости от вида и сорта до 20%. По совокупности свойств известь делят на сорта. Воздушную известь используют: § для приготовления смешанных строительных растворов (известково цементных, известково глинистых). Растворы применяют для каменной кладки и штукатурки, приготовления сухих строительных смесей. § в качестве связующего вещества для малярных красочных составов; § в производстве силикатных изделий.
Гипсовые вяжущие Гипсовыми вяжущими веществами называют тонкомолотые материалы, состоящие из полуводного гипса (Са. S 04× 0, 5 Н 2 О) или ангидрита (Са. S 04). В качестве сырья используют природный каменный материал – гипс (Са. S 04× 2 Н 2 О), представляющий собой осадочную породу, образовавшуюся примерно 100 200 млн. лет назад в результате испарения участков Мирового океана. Кроме этого в качестве дополнительного источника дешевого сырья служат такие отходы химической промышленности как фосфогипс, борогипс. По условию тепловой обработки, от которой в дальнейшем зависят свойства полученных веществ, гипсовые вяжущие подразделяют на: Ø низкообжиговые (строительный и высокопрочный гипс); Ø высокообжиговые (ангидритовый цемент и эстрихгипс). Качество гипса контролируют в лаборатории по следующим показателям: ü тонкость помола остаток на сите 02: не более 23% грубый помол (I); 14% средний помол (II); 2% тонкий помол (III). ü нормальная густота (НГ); ü сроки схватывания; ü предел прочности на изгиб и сжатие.
Применение низкообжиговых гипсовых вяжущих 1. 2. 3. 4. 5. отливка художественных изделий сложной конфигурации; огнезащитные средства; сухие штукатурки; гипсокартонные листы; звукопоглощающие плиты. Применение высокообжиговых гипсовых вяжущих выполнение монолитных полов или в сочетании с плитами из горных пород мозаичных полов; изготовление путем введения пигментов полированных плит искусственного мрамора, применяемых для отделки пола и стен в зданиях общественного назначения; для получения штукатурных, кладочных растворов и легких бетонов.
Магнезиальные вяжущие вещества К магнезиальным вяжущим относятся: каустический магнезит (оксид магния Мg. О). Первый получают обжигом при температуре 700 800°С природного магнезита, представляющего собой карбонат магния (Мg. СОз). каустический доломит (Мg. О + Са. СОз). Получают обжигом при температуре 700 800°С доломита (Са. СОз × Мg. СОз ). Магнезиальные вяжущие затворяют не водой, так как в этих условиях процесс набора прочности проходил бы крайне медленно, а растворами хлористого или сернокислого магния. Магнезиальные вяжущие в сочетании с древесными отходами применяют для устройства теплых, бесшовных, так называемых ксилолитовых, полов. Из смеси вяжущего с водой и органическими волокнистыми отходами (стружки, костра и др. ), путем формования и воздушно сухого твердения получают фибролитовые и ксилолитовые плиты, которые используют для теплоизоляции строительных конструкций или выполнения внутренних перегородок
Жидкое (растворимое) стекло. Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия или калия – Si. O 2 × K(Na)2 O. Качество этого вяжущего оценивают по: плотности; вязкости раствора; модулю стекла (2, 6 4, 0). Технология получения включает: Ø Сплавление смеси кварцевого песка с карбонатом натрия (калия) или сульфатом натрия (калия) при 1300 1400°С; Ø Охлаждение расплава; Ø Растворение расплава паром под давлением 0, 6 0, 8 МПа в автоклаве. На основе жидкого стекла получают многокомпонентный кислотостойкий цемент. Применение: 1. При использовании кислотостойких заполнителей и стеклопластиковой арматуры, в сочетании с кислотостойким цементом получают кислотостойкие бетоны. 2. Кислотостойкий цемент используют также при производстве жаростойких бетонных конструкций, а также огнезащитных обмазок. 3. Жидкое стекло является основой для силикатных красок и кислотостойких мастик. 4. Применяется жидкое стекло для укрепления, уплотнения (силикатизации) слабых грунтов на строительных площадках.
13. Гидравлические вяжущие материалы. По условию твердения и эксплуатации изделий из искусственного камня минеральные вяжущие подразделяют на: ü воздушные; ü гидравлические. Гидравлические вяжущие представляют собой тонкомолотые порошки, состоящие в основном из силикатов (к. Са. Ор. Si. O 2) и алюминатов кальция (n. Са. Оm. Al 2 O 3), взаимодействующих с водой с образованием прочного водостойкого искусственного камня. К гидравлическим вяжущим относятся: § гидравлическая известь (занимает промежуточное положение между воздушными и гидравлическими вяжущими); § романцемент; § разновидности портландцемента; § специальные виды цементов.
Гидравлическая известь и романцемент Гидравлической известью называют тонкомолотый продукт обжига при температуре 900 1000°С мергелистых известняков, содержащих до 20% глинистых примесей. Активность извести оценивают по гидравлическому или основному модулю (ОМ). Основной модуль равен отношению процентного содержания по массе оксида кальция к сумме оксидов, входящих в состав минералов. Для гидравлической извести численное значение основного модуля колеблется в пределах 1, 7 9. В зависимости от величины ОМ различают: Ø сильногидравлическая известь (ОМ равен 1, 7 4, 5); Ø слабогидравлическая известь (ОМ равен 4, 5 9). При показателе больше 9 получают воздушную известь, если он меньше 1, 7 – романцемент. Гидравлическая известь используются для: v изготовления штукатурных и кладочных растворов, эксплуатируемых как в сухих, так и во влажных условиях; v получения низкомарочных легких и тяжелых бетонов.
В качестве сырья при производстве романцемента (с целью повышения гидравлических свойств и исключения из состава свободного оксида кальция) используют мергели (известково глинистые породы) с содержанием глинистых примесей не менее 25%. При помоле спекшегося продукта для обеспечения заданных сроков схватывания (начало – не ранее 20 мин. , конце – не позднее 24 час) вводят добавку двуводного гипса в количестве 3 5%. Строительные растворы и бетоны на романцементе отличаются от полученных на гидравлической извести более высокой стойкостью при эксплуатации во влажных условиях и при попеременном увлажнении и высушивании. Применяют романцемент для изготовления бетонов низких марок и растворов, используемых при возведении наземных и подземных частей зданий, а также в производстве стеновых камней и мелких блоков, особенно методом пропаривания.
Портландцемент. Портландцементом называют порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера (продукта спекания смеси известняка и глины при температуре 1400 – 1500 °С), гипса и минеральных добавок. В качестве сырья при производстве портландцемента используют чистые известняки и глину в соотношении 3: 1, а также мергели с корректировкой состава до заданного. Разновидности портландцемента. С целью придания бездобавочному портландцементу специальных свойств, расширив тем самым его применение в строительстве, изменяют степень измельчения, корректируют используемое сырье, вводят специальные добавки. 1. Наибольший объем производства приходится на портландцементы с активными минеральными добавками. К ним относятся: рядовой портландцемент; шлакопортландцемент (ШПЦ); пуццолановый портландцемент (ППЦ).
2. Кладочные (наполненные) цементы; 3. Портландцементы с поверхностно активными органическими добавками; 4. Бездобавочный и быстротвердеющие портландцементы; 5. Сульфатостойкий портландцемент; 6. Белые и цветные портландцементы; 7. Безусадочный портландцемент; 8. Тампонажные портландцементы. Применение: Рациональной областью ППЦ применения является подводное и подземное бетонирование с относительно постоянным температурно влажностным режимом эксплуатации. Область применения ШПЦ: бетонные, железобетонные сооружения и конструкции, к которым не предъявляют повышенных требований по морозостойкости. Кладочные цементы используются при производстве строительных растворов, низкомарочных бетонов (марок М 150 и ниже) к которым не предъявляют требований по морозостойкости. Применяют декоративные виды портландцементов для отделки стеновых панелей, при изготовлении лестничных ступеней и мозаичных бетонных полов, плит, имитирующих горные породы. Безусадочный цемент используют для гидроизоляционных работ, изготовления воднепроницаемых бетонов и растворов. Применяют тампонажный цемент для цементирования холодных и горячих нефтяных и газовых скважин.
Специальные виды цементов отличаются от портландцемента используемым сырьем, технологией их изготовления и, как следствие, наличием специфических свойств. К этому классу цементов относят: Ø глиноземистый; Ø расширяющийся; Ø напрягающий; Ø безусадочный; Ø шлакощелочной.
14. Сырье и минералогический состав портландцемента. Технология получения и показатели качества портландцемента. Портландцементом называют порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера (продукта спекания смеси известняка и глины при температуре 1400 – 1500 °С), гипса и минеральных добавок. В качестве сырья при производстве портландцемента используют чистые известняки и глину в соотношении 3: 1, а также мергели с корректировкой состава до заданного. В настоящее время применяют два способа подготовки сырьевой смеси: 1. мокрый – помол и перемешивание сырья производят в воде до получения однородного шлама, содержащего до 45 % воды; 2. сухой – исходные материалы измельчают, подсушивают и смешивают в сухом состоянии.
Обжиг до спекания подготовленного сырья сопровождается сложными физическими (испарение свободной и кристаллизационной воды) и химическими процессами (разложение минералов на окислы, образование новых соединений), в результате которых из исходных компонентов получается спекшийся материал – клинкер, состоящий в основном из следующих четырех минералов: q 3 Са. О Si. О 2 (С 3 S) – трехкальциевого силиката – алит (45 60%); q 2 Са. О Si. О 2 (С 2 S) – двухкальциевого силиката – белит (10 30%); q 3 Са. О Al 2 О 3 (С 3 А) – трехкальциевого алюмината – целит (5 12%); q 4 Са. О Al 2 О 3 Fe 2 О 3 (С 4 АF) – четырехкальциевого алюмоферрита (10 20%) ; q стекловидной застывшей массы. Обжиг клинкера Быстрое охлаждение материала в специальных холодильниках Помол охлажденного клинкера в шаровых мельницах
С увеличением степени размола клинкера повышается активность получаемого цемента, однако надо учитывать тот факт, что в этом случае в значительной степени увеличивается расход электроэнергии. Поэтому определен оптимальный размер цементных зерен от 5 до 40 мкм. Согласно стандарту этот показатель оценивают по тонкости помола (остаток на сите 008 не должен превышать 15%. Обязательными определяемыми значениями для общестроительных цементов являются также: § активность цемента; § сроки схватывания цементного теста нормальной густоты (начало – не ранее 45 мин. , конце – не позднее 10 час); § равномерность изменения объема, зависящая от содержания свободной Са. О (не более 1%) и дозировки гипса. На основании полученных результатов цементу присваивают марку. Зная минералогический состав цемента можно сделать предварительные, ориентировочные выводы по его применению.
Качество цементов оценивают по основным и рекомендуемым показателям. К основным относятся следующие: • химический вещественный и минералогический состав; • предел прочности на сжатие и изгиб; • равномерность изменения объема в процессе гидратации; • удельная эффективная активность естественных радионуклидов; • активность цемента при пропаривании для портландцементов с добавками; • нормальная густота цементного теста (НГ), представляющая водоцементное отношение, выраженное в процентах, при котором достигается заданная (нормируемая) пластичность цементного теста. К рекомендуемым относятся: § показатели общего характера: сроки схватывания, тонкость помола; § показатели специального назначения: коррозионная стойкость, содержание свободной Са. О, огнеупорность, гидрофобность и т. д.
15. Физико-химические процессы разрушения цементного камня в различных водных агрессивных средах. Три основных вида коррозии. В связи с расширением промышленного производства и особенно предприятий химического профиля вопрос этот очень важен. В Беларуси особенно остро эта проблема стоит при возведении фундаментов, т. к. подъем минерализованных грунтовых вод в большинстве районах высок. Действие агрессивных сред усиливается, если конструкции находятся под нагрузкой. Отсюда вытекает сложность и актуальность рассматриваемого свойства. По механизму действия и характеру разрушения определены три вида коррозии цементного камня.
Первый вид – выщелачивание. Разрушение происходит в результате растворения и вымывания гидрооксида кальция из цементного камня при фильтрации воды под давлением. Так как все образованные в результате реакции гидратации портландцемента кристаллогидраты химически устойчивы только при определенной концентрации гидрооксида кальция, то ее снижение вызывает их частичное разрушение и, как следствие падение прочности. Степень разрушения зависит в первую очередь от объема открытых, капиллярных пор и количественного содержания в них раствора свободного гидрооксида кальция определенной концентрации. Следовательно, повысив плотность цементного камня можно значительно увеличить стойкость изделий на основе портландцемента к этому виду разрушения.
Второй вид – кислотная коррозия Кислотную коррозию можно наблюдать при действии на цементный камень кислот и солей с кислой реакцией, образованных сильной кислотой и слабым основанием, например, хлорид или нитрат аммония. Кислоты вступают в реакцию с кристаллическими продуктами гидратации цемента, образуя или легко растворимые соединения или гелеобразные, необладающие прочностью. Эти агрессивные среды вызывают самые сильные разрушения, интенсивность которых зависит от концентрации агрессивного раствора, его температуры и скорости движения потока по отношению к разрушаемой поверхности. Так как действие растворов связано с химической реакцией между цементным камнем и агрессивной средой, то наиболее надежный способ защиты – изменение состава самого вяжущего, т. е. применение специального цементо кислотостойкого.
Третий вид – солевая коррозия Она имеет место при действии солей на цементный камень. Накапливая в порах кристаллы самой агрессивной среды, при условии наличия испаряющей поверхности и отсутствия взаимодействия с цементным камнем (хлорид и карбонат натрия), или кристаллические продукты реакции цементного камня с сульфатосодержащими средами вызывают начальное уплотнение и упрочнение структуры. В дальнейшем, при заполнении порового пространства, этот процесс сопровождается ростом остаточных деформаций, приводящих к разрушению материала. Повысить стойкость можно в первом случае увеличив плотность цементного камня, во втором – подобрав специальный сульфатостойкий состав портландцемента.
Все газообразные продукты, находясь в атмосфере, представляют собой кислые окислы, которые проявляют свою активность только при повышенной влажности воздуха, растворяясь в тончайшей пленке воды, покрывающей поверхность материалов и образуя концентрированные растворы кислот, которые разрушают цементный камень по механизму второго вида коррозии. Что касается органических веществ, то можно отметить интенсивное разрушение цементного камня под действием органических кислот, среднеагрессивна сырая нефть и слабоагрессивны продукты ее перегонки: масла, бензин и т. д.
16. Специальные виды портландцемента. Специальные виды цементов отличаются от портландцемента используемым сырьем, технологией их изготовления и, как следствие, наличием специфических свойств. К этому классу цементов относят: Ø глиноземистый; Ø расширяющийся; Ø напрягающий; Ø безусадочный; Ø шлакощелочной.
Глиноземистый цемент Получают обжигом до плавления смеси бокситов (высокоалюминатные шлаки, полученные при выплавке ферросплавов) с высоким содержанием гидрооксида алюминия и известняка при температуре 1500 1600 °С. Процесс гидратации сопровождается интенсивным выделением тепла, поэтому этот вид цемента, во избежание растрескивания изделий, нельзя применять при бетонировании в условиях жаркого климата, термовлажностной обработки изделий и возведения массивных монолитных конструкций. Используя высокую морозостойкость и коррозионную стойкость (за исключением действия щелочей), глиноземистый цемент используют при изготовлении конструкций, работающих в жестких условиях эксплуатации, а также для выполнения аварийных работ, тампонирования нефтяных и газовых скважин. Так как этот вид вяжущего обладает высокой термостойкостью (до 1400 °С), то в сочетании с жаростойкими заполнителями на его основе получают бетоны, эксплуатируемые при температуре до 1200 °С.
Безусадочный цемент Получают совместным помолом или тщательным смешиванием, например, глиноземистого цемента, полуводного гипса и гидроалюминатов кальция. Используют этот цемент в тех случаях, когда хотят исключить усадочные деформации — замоноличивание стыков. Напрягающие цементы Этот вид цемента относится к быстросхватывающимся и быстротвердеющим минеральным вяжущим, состоящим в основном из тонкомолотой смеси портландцементного клинкера, высокоглиноземистого шлака и гипса. Применяют эти цементы при получении пред напряженных железобетонных конструкций без пред варительного натяжения арматуры.
Расширяющиеся цементы имеют большое количество разнообразных составов (портландцементный клинкер, высокоглиноземистый доменный шлак и двуводный гипс, а также глиноземистый шлак в сочетании с двуводным гипсом), обеспечивающих в процессе твердения объемное и линейное расширение цементного камня до 0, 25%. Механизм расширения этих систем связан с целенаправленным образованием крупнокристаллических продуктов гидратации, приводящих к расширению всей, еще достаточно пластичной, системы до набора прочности. Основное применение — изготовление напорных железобетонных труб и емкостей для хранения воды и нефтепродуктов.
Шлакощелочные цементы представляют собой гидравлические вяжущие вещества, состоящие из тонкомолотого гранулированного шлака и соединений щелочных металлов. Шлакощелочные цементы получают путем совместного измельчения сырья или затворением молотого гранулированного шлака концентрированным щелочесодержащим раствором. При получении шлакощелочных цементов при помоле вводят до 40% стеклобоя или до 25% глинистых материалов в естественном или обожженном состоянии. Наиболее эффективно использовать в гидротехническом и дорожном строительстве.
17. Классификация и назначение химических добавок для бетонов и растворов. С целью целенаправленного регулирования свойств смесей и затвердевшего искусственного камня в процессе их изготовления вводят химические добавки на основе неорганических и органических веществ. По агрегатному состоянию добавки подразделяют на: Ø жидкие – Ж; Ø пастообразные – П; Ø Твердые – Т. В зависимости от количества, входящих в состав веществ: • однокомпонентные (ДО); • комплексные (ДК)
Вид добавки Назначение Ускорители твердения (Nа. Сl, Nа 2 SО 4) Ускорение набора прочности при естественном твердении и ТВО. Замедлители твердения(СДБ) Замедление твердения при длительной перевозке бетонной смеси и >>t воздуха. Пластификаторы и суперпластификаторы (СП)-СДБ, С-3 Повышение подвижности бетонной смеси, при<расхода воды и сохранении подвижности, >>R, F, W бетона. Пено- и газообразующие (мыльный корень, Al-пудра) Снижение средней плотности бетона за счет создания ячеистой структуры. Воздухововлекающие (СНВ) Повышение морозостойкости бетона за счет >объема замкнутых пор. Гидрофобные (асидол, мылонафт) Повышение водостойкости и водонепроницаемости бетона.
Ингибиторы коррозии стальной арматуры (Nа. NО 2, К 2 Cr 2 О 7) Повышение стойкости арматуры при эксплуатации ЖБ конструкций в условиях действия кислотосодержащих и хлорсодержащих сред. Уплотняющие (Fе. Сl 3, Al 2(SО 4)3) Повышение плотности и водонепроницаемости бетона за счет заполнения пор нерастворимыми продуктами реакции цемент + добавка. Противоморозные (Са. Сl 2, Nа. Сl, К 2 СО 3, Nа. NO 2, ННК, ННХК) Обеспечение твердения бетона при –tо. С воздуха за счет понижения t замерзания воды затворения и > растворимости минерального вяжущего. Биоцидные добавки (соединения меди) Исключение развития микроорганизмов на поверхности конструкций и разрушения их продуктами жизнедеятельности
18. Виды строительных растворов и область их применения. На основе минеральных вяжущих веществ получают: Ø красочные составы; Ø общестроительные (кладочные, отделочные) и специальные растворы; Ø тонкостенные асбоцементные изделия; Ø легкие и тяжелые бетоны различного назначения. Строительный раствор объединяет понятия растворная смесь, сухая растворная смесь, раствор. Растворная смесь — это тщательно перемешанная и готовая к употреблению пластичная смесь, включающая вяжущее, мелкий заполнитель, воду и необходимые добавки. Сухая растворная смесь сухих компонентов, приготовленная на заводе, затворяемая водой перед употреблением на строительной площадке. Раствор искусственный камневидный материал, полученный в результате твердения растворной смеси. Вяжущее и заполнитель для приготовления строительного раствора выбирают в зависимости от его назначения и условий эксплуатации. Строительные растворы применяют для различных видов кладки, штукатурных и облицовочных работ.
Классификация растворных смесей Классификация строительных растворов по Кладочные, монтажные Штукатурные Готовые к применению, РСГП Предварительного изготовления, РСПИ назначению Облицовочные Специальные применяемым вяжущим Сухие, РСС средней плотности Простые: цементные, гипсовые Сложные: известково - цементные Тяжелые >1500 кг/м 3 Легкие <1500 кг/м 3
Технологические особенности: q растворные смеси наносят на готовую поверхность относительно тонким слоем (1 – 2 см); q равномерное распределение растворов по поверхности достигается не за счет приложения механических воздействий, а в результате их высокой пластичности; q растворные смеси наносят на пористую, водоотсасывающую поверхность материалов; q так как скорость выработки растворных смесей небольшая (штукатурные, кладочные работы) и привозят их, как правило, при большом объеме работ на строительные площадки с завода в готовом виде (товарный раствор), следовательно, они должны обладать медленными сроками схватывания и загустевания; q в связи с тем, что строительные растворы в процессе эксплуатации не испытывают высоких нагрузок, прочность их небольшая; q для достижения заданной марки раствора рационально использовать низкомарочные вяжущие (известь, гипс, наполненный цемент); q твердение растворных смесей происходит только в естественных условиях.
Качество растворной смеси оценивают по: • пластичности, определяемой по глубине погружения металлического конуса определенного размера; • водоудерживающей способности, обеспечивающей получение нерасслаиваемых, однородных смесей; • срокам схватывания; • потери подвижности.
Прочность на сжатие М 4 - М 200 Прочность на растяжение > 4 МПа (стяжки) Усадка при твердении, мм/м Коэффициент паропроницаемости, м 2 ч Па/мг Показатели качества строительных растворов Прочность сцепления с основанием (адгезия) 0, 2 – 1, 6 МПа Средняя плотность >1500<кг/м 3 Морозостойкость F 10 – F 200 Удельная эффективная активность ест. радионуклидов, Бк/кг
Кладочные растворы применяют для скрепления мелкоштучных изделий при возведении фундаментов, стен, столбов, сводов из кирпича, природного и искусственного камня, а также при изготовлении и монтаже крупноблочных и крупнопанельных элементов. Отделочные растворы: • штукатурные; • декоративные. Штукатурные растворы. По виду вяжущих: Ø цементные; Ø цементно известковые; Ø известково гипсовые; Ø известково глиняные; Ø глиняные. По назначению: v для наружных штукатурок; v внутренних штукатурок. По расположению слоев: ü подготовительные; ü отделочные.
При оштукатуривании стен в помещениях с воздушно сухим режимом эксплуатации (менее 60 %) применяют следующие виды штукатурных растворов: для внутренних поверхностей наружных каменных и бетонных стен – известковые и цементно известковые; для поверхностей внутренних каменных или бетонных стен и перегородок – известковые; для гипсовых перегородок – известково гипсовые и гипсовые с добавлением наполнителя; для оштукатуривания и затирки мест сопряжения конструкций, применяемых в крупнопанельном и крупноблочном строительстве, – сухие смеси, затворяемые водой на рабочем месте. Декоративные растворы должны обладать светостойкостью и иметь хорошее сцепление с отделываемой поверхностью.
Специальные виды растворов: гидроизоляционные; теплоизоляционные; акустические; кислотостойкие и др. Гидроизоляционные растворы. Применяют для оштукатуривания внутренних поверхностей отстойников, хранилищ, тоннелей, а также для устройства водонепроницаемых цементных стяжек в санузлах. Для обеспечения водонепроницаемости в них добавляют растворимое стекло, алюминат натрия, хлорид железа, битумную эмульсию. Растворы с алюминатом натрия применяют для заделки трещин в бетоне, через которые просачивается вода, для устройства водонепроницаемых штукатурок по сырым, невысыхающим поверхностям бетона и каменной кладки. С этой же целью используют инъекционные (нагнетаемые) растворы, которые подают на поверхность под давлением. • •
Теплоизоляционные штукатурки Получают из смеси гипсового вяжущего и опилок, пропитанных жидким стеклом, или введением таких легких заполнителей, как перлит, керамзит, шлак. Для усиления акустических свойств за счет создания шероховатой поверхности теплоизоляционные штукатурки наносят без затирки и окраски. В огнезащитные штукатурки, которые могут быть как на основе гипса, так и жидкого стекла в сочетании с огнеупорной глиной, вводят минераловатные гранулы или асбест. Кислотостойкие растворы. Представляют собой смесь кислотостойкого тонкомолотого кварцевого наполнителя с кремнефтористым натрием и кислотостойким заполнителем, затворенную жидким натриевым или калиевым стеклом. Эти растворы применяют в качестве кислотостойких штукатурок для антикоррозионного покрытия различных аппаратов и емкостей, а также при облицовке строительных конструкций штучными кислотостойкими материалами. Рентгенозащитные штукатурки Выполняют с использованием в качестве заполнителя баритового песка, содержащего сернокислого бария не менее 85 %. Этот вид штукатурок применяют взамен дефицитной свинцовой изоляции рентгеновских кабинетов.
19. Асбестоцементные материалы: получение, применение. Асбестоцементом называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания смеси цемента, асбеста и воды. Цементный камень хорошо сопротивляется сжимающим и плохо растягивающим нагрузкам. Введение в цемент небольшого количества (10 – 20 %) тонковолокнистого минерального асбеста, обладающего высокой прочностью при растяжении и изгибе, улучшает физико механические свойства цементного камня. Такой материал обладает достаточно высокой прочностью, огнестойкостью, малыми водопроницаемостью, тепло и электропроводностью, но относительно хрупок и подвержен короблению при изменении влажности.
Сырьевая смесь (в расчете на массу сухих веществ) содержит в среднем 85 % цемента и 15 % асбеста. Асбест получают механической обработкой горной породы хризотиласбест, которая сравнительно легко расщепляется при механической обработке на тонкие волокна (диаметром до 0, 0005 мм), обладающие гибкостью, высокой механической прочностью (600 – 1000 МПа), огнестойкостью и водостойкостью. При смешивании асбеста с портландцементом и водой волокна равномерно распределяются в массе цементного теста, адсорбируя на своей поверхности продукты гидратации цемента. В результате этого схватывание и твердение цемента ускоряются, прочность связи волокон асбеста с цементным камнем увеличивается. В качестве вяжущего при производстве асбестоцементных изделий используют специальный бездобавочный портландцемент для асбестоцементных изделий СТБ 1239 -2000.
Способы получения строительных материалов Получение асбестоцементных строительных материалов мокрым способом обычно слагается из распушки асбестового волокна; смешивания его с водой и цементом (содержание сухих компонентов в зависимости от вида изделий составляет от 3 до 14 %); формования изделий на круглосетчатых листо или трубоформовочных машинах с использованием вакуумирования, ускоряющего процесс обезвоживания; раскроя отформованных изделий и их твердения. В процесс изготовления могут быть включены дополнительные операции: прессование для повышения плотности плоских листов, волнировка для получения волнистых листов и различные виды отделки. Способ сухого формования, применяемый при производстве облицовочных плиток для стен и пола, предусматривает распушку асбеста, смешение его с цементом и молотым песком в сухом состоянии. Эту смесь, увлажненную до 16 – 18 %, уплотняют на конвейерной ленте катками или под прессом. Крупноразмерные изделия длиной до 6 м, используемые при изготовлении кровельных, стеновых и перегородочных панелей, получают способом экструзии, при котором повышенная однородность, связанность и пластичность формовочной массы обеспечиваются добавкой метилцеллюлозы.
Подготовка однородной смеси Мокрый способ 15%асбеста 85% цемента (3 -14% сух. ком. +97 -86% вода) Формовка изделий на трубо- или листоформовочных машинах Сухой способ Цемент, молотый песок, асбест (82 -84% сух. ком. +16 -18% вода) Прессование облицовочных плиток Резка по размерам, твердение Распушка асбестового волокна механической переработкой минерала хризотил-асбест. Твердение, ТВО Технология получения
Свойства асбестоцементных изделий Прочность на сжатие 60 -80 МПа, изгиб 15 -40 МПа Низкая электропроводность Коробление при + вода Листы и штукатурные составы -огнезащитные Низкая теплопроводность Хрупкость Огнестойкость Плитка облицовочная Низкая водопроницаемость Применение асбестоцементных изделий Листы плоские 3 -х слойные плиты покрытий, стеновые панели Отделка стен (внутренняя и наружная) Трубы (водопроводные, канализационные) Профильные кровельные листы (шифер)
20. Классификация и показатели качества заполнителей для растворов и бетонов. В зависимости от назначения в смесь, состоящую из воды, минерального вяжущего и, в ряду случаев, химических добавок вводят: q тонкомолотый наполнитель (красочные составы, грунтовки, шпатлевки); q мелкий заполнитель (строительные растворы); q мелкий заполнитель в сочетании с крупным (получение бетонов).
Назначение заполнителей в цементных системах 1. Снижение расхода вяжущего. 2. Уменьшение ползучести и усадочных деформаций. 3. Повышение плотности и прочности бетона(плотный заполнитель). 4. Снижение плотности, улучшение теплоизоляционных и акустических свойств(пористый заполнитель). 5. Обеспечение бетонам специальных свойств (кислото , жаро и радиационную стойкость).
Классификация заполнителей по: размерам Мелкий О<5 мм Крупный О >5 мм структуре Плотный П<10% средней плотности Легкий к. з. <1000 кг/м 3 м. з. <1200 кг/м 3 Пористый П>10% способу получения Промышленные отходы Тяжелый к. з. >1000 кг/м 3 м. з. >1200 кг/м 3 форме Природный Искусственный Попутные продукты Дробленыйщебень Округлыйгравий Волокнистый
Показатели качества заполнителей: Крупный и мелкий заполнители Зерновой состав Пустотность, % Средняя (насыпная) плотность, кг/м 3 Влажность, % Содержание вредных примесей (глина, пыль, лещадные, игловатые), % Крупный заполнитель Водостойкость. Кразмягчения. =Rсжв /Rсж. с. . Морозостойкость, количество циклов при<m на 10% Прочность Rз>2 Rбпри Rб>45 МПа Rз>1, 5 Rбпри Rб<45 МПа
21. Свойства бетонной смеси и бетона. Виды и классификация бетонов. Бетон искусственный каменный материал, полученный в результате твердения пластичной бетонной смеси, рассчитанного состава. Основные этапы производства. Ø Входной контроль качества всех поступающих материалов(вяжущих, заполнителей, воды, добавок, арматуры и т. д. ) Ø Расчет состава бетонной смеси на основе заданной пластичности бетонной смеси и проектного класса бетона. Лабораторная проверка состава. Ø Получение бетонной смеси отработанного состава на заводе или строительной площадке. Ø Транспортировка бетонной смеси к месту укладки. Ø Заполнение бетонной смесью формы(опалубки), уплотнение. Ø Набор прочности бетоном в естественных условиях( to C, +to C) на строительной площадке и на заводе в пропарочной камере(пар, +to C) или автоклаве(пар, + to C, + р, МПа). Ø Распалубка конструкции, раскрытие формы и транспортировка изделия на строительную площадку.
Расчет состава бетонной смеси Проводят с использованием графиков и таблиц на основании следующих данных: условий эксплуатации будущей конструкции, с учетом которых подбирают необходимые исходные материалы; показателей их качества; проектируемой марки бетона; пластичности бетонной смеси, которую выбирают в зависимости от размеров бетонируемой конструкции; густоты армирования; способа уплотнения бетонной смеси. Правильность расчетов проверяют в лабораторных условиях путем изготовления опытных образцов из рассчитанного состава и контроля их прочности.
Приготовление бетонной смеси включает: Ø подготовку материалов; Ø их дозирование; Ø перемешивание. Подготовленные материалы взвешивают на специальном оборудовании – дозаторах (весовых и объемных): цемент, воду, добавки – с точностью до 1 %; заполнители – до 2 % и подают в бетоносмеситель. Принцип действия этого агрегата зависит от свойств бетонной смеси. Для получения пластичных смесей на плотных заполнителях применяют смесители свободного падения, в которых перемешивание происходит за счет вращения барабана и многократного подъема и сбрасывания материалов с некоторой высоты. Смеси жесткие и на пористых заполнителях получают в смесителях принудительного действия. Более энергичное перемешивание в течение 2 – 5 минут достигается путем использования вращающихся лопастей.
Пластическая прочность Однородность Свойства бетонной смеси Связность Жизнеспособность Удобоукладываемость (формуемость) Набор прочности в результате физикохимических процессов с образованием искусственного камня
Cвойства бетона Морозостой кость(марка) F 35 - 500 Коррозионная стойкость Предел прочности на сжатие, растяжение, изгиб(класс) Первый вид коррозиивыщелачивание Второй вид коррозиикислотный Деформации под нагрузкой Щелочной вид коррозии (внутренняя и внешняя) Третий вид коррозии – солевой Усадочные при твердении Водонепроницаемость(марка) W 2 – W 12 Деформативность Деформации собственные Деформации температурные Влажностные
Виды и классификация бетонов. Классификация бетона по: основному назначению Конструкционный Крупнопористый плотности Специальный: декоративный, жаростойкий и т. д. Ячеистый структуре Поризованный Плотный виду заполнителя на плотном специальном Тяжелый >2000 кг/м 3 пористом Легкий <2000 кг/м 3 виду вяжущего Цементный Шлаковый Известковый Гипсовый Специальный (полимерный, на жидком стекле и т. д. )
22. Монолитные и сборные бетонные и железобетонные конструкции. Технологии получения. Бетон искусственный каменный материал, полученный в результате твердения пластичной бетонной смеси, рассчитанного состава. По способу изготовления: Ø монолитные; Ø сборные. При бетонировании монолитных конструкций – фундаментов, гидротехнических сооружений, покрытий дорог бетонную смесь приготавливают в заводских условиях и транспортируют на строительную площадку, где производятся остальные технологические операции. Сборные конструкции получают на специализированных заводах (ЖБИ, ЖБК, КСМ). В зависимости от формы и размеров они могут быть: v линейными– колонны, ригели, сваи; v плоскостными – плиты покрытия, панели стен, перегородок; v блочными – фундаменты, стены подвалов; v пространственными – санитарные кабины, элементы шахт лифтов, силосов, колодцев
При изготовлении монолитных конструкций вначале устанавливают опалубку и арматуру. Опалубка может быть из досок, фанеры или металлических листов. Для повышения стойкости деревянную опалубку защищают слоем из полиэтилена или армированного стекловолокном пластика. Иногда в качестве опалубки используют железобетонные плиты, которые являются частью будущей сборно монолитной конструкции. Арматуру устанавливают в соответствии с проектом в виде арматурных стержней или каркасов. Для особо ответственных конструкций используют так называемую жесткую арматуру в виде двутавров, швеллеров и проката специальных профилей. Бетонирование больших монолитных сооружений или конструкций ведут отдельными блоками, устраивая между ними рабочие швы. Блок бетонируют непрерывно, поэтому каждая последующая порция бетонной смеси должна быть уложена и уплотнена глубинными и поверхностными вибраторами до схватывания предыдущей.
Общая технология получения монолитных железобетонных (ЖБ) конструкций на строительной площадке Подбор материалов, контроль их качества Расчет и лабораторная проверка бетонной смеси на строительной площадке на заводе (РБУ, РБЦ) Дозировка компонентов, приготовление бетонной смеси Бетоноукладчик Транспортирование бетонной смеси к месту укладки Бетоновозы Трубопроводы Самосвалы Укладка бетонной смеси в опалубку, уплотнение Естественные условия, +tо. С, >W% Твердение бетона При отрицательной tо С Распалубка В жарком климате, >tо. С, <W%
Общая технология получения сборных ЖБ конструкций на заводе Подбор компонентов бетона, контроль их качества Расчет состава и лабораторная проверка бетонной смеси Укладка бетонной смеси в форму, уплотнение Вибрационный Дозирование компонентов, приготовление бетонной смеси Тепловая обработка(ТВО->t, W; автоклавная>>t, W, Р). Вибровакуумирование Центробежный Извлечение из формы готовых изделий Способы уплотнения бет. смеси Наливной Транспортирование бетонной смеси к месту укладки Транспортирование изделий на строительную площадку или склад Набивной Вибропрессование, вибропрокат Ударный
23. Способы производства сборных железобетонных конструкций. Наиболее широкое распространение следующие способы производства: Ø поточно агрегатный; Ø конвейерный; Ø стационарный. Стационарный способ: v стендовый; v кассетный; v блочный. получили
Технологические схемы производства железобетонных конструкций. 1. Агрегатно – поточная (многослойные стеновые панели). Подготовка формы, армирование Укладка слоев бетонной смеси, ТИ слоя и стержней гибкой связи в форму, уплотнение Загрузка форм в пропарочную камеру, ТВО Распалубка форм, транспортировка изделий на склад или монтаж 2. Поточно – конвейерная (плиты перекрытия, перегородки). Пропарочная камера Подготовка Укладка Термовлажност- Распалуб- Транспор- формы, арми- бетонной ная обработка. ка формы тировка рование смеси, уп- (ТВО) готовых лотнение изделий
3. Стационарная: кассетная ( перегородки), блочная (сан. тех. кабины, шахты лифтов), стендовая (фермы, крупноразмерные балки). Арматура Бетонная смесь Пар Распалубка, на монтаж Форма
Поточно-агрегатный способ предусматривает изготовление изделий в формах, перемещаемых по отдельным технологическим постам с помощью подъемного крана. Этот способ предпочтителен при мелкосерийном производстве конструкций длиной до 12 м, шириной до 3 м и высотой до 1 м, сложных по технологии выполнения – многослойных стеновых панелей, плит покрытия. Конвейерный способ обеспечивает высокую механизацию и производительность труда, так как изделия изготавливают методом непрерывного формования. Сама технологическая линия представляет собой движущуюся металлическую ленту, на которой от одного технологического поста к другому перемещается форма с бетонной смесью. Скорость движения ленты определяется самым длительным процессом – тепловой обработкой и составляет около 25 м/ч. Рациональная область применения этой технологической линии – изготовление простейших плоских изделий одного вида: панелей перекрытий, покрытий и внутренних перегородок, аэродромных и дорожных плит. При стендовом способе изделия формуют и оставляют твердеть в стационарных неперемещаемых формах. Его целесообразно использовать для изготовления таких крупноразмерных конструкций, как фермы, преднапряженные длинноразмерные балки.
По кассетной технологии изготавливают плиты перекрытий, панели внутренних стен и перегородок. В качестве стационарных форм используют вертикальные кассеты, состоящие из нескольких заполняемых бетонной смесью отсеков, ограниченных стальными стенками с расположенными на них навесными вибраторами для равномерного уплотнения бетонной смеси и паровыми рубашками, обеспечивающими прогрев бетонных изделий. Основным преимуществом этого метода является резкое сокращение производственных площадей. Следующий способ предусматривает производство сложных объемных элементов. При формовании объемных блоков (санитарно технических кабин, шахт лифтов) на установке типа «колпак» вначале монтируют арматурный каркас, затем закрепляют щиты формы и бетонируют стены и потолок блока. Прогрев изделий осуществляют на месте с помощью нагрева сердечника. Для съема готового изделия сердечник опускают вниз.
24. Специальные виды бетона. Классификация бетона по основному назначению: конструкционный; специальный (декоративный, жаростойкий и т. д. ).
Специальные виды тяжелого бетона Самонапряженный Жаростойкий Tэкс. >200 о. С Декоративный Химически стойкий Гидротехнический Радиационно защитный Полимербетон Дорожный
Жаростойкий бетон Используемые материалы, обеспечивающие заданные свойства: В зависимости от максимальной температуры применения от 50 до 300 о. С вяжущее – портландцемент. От 300 до 700 о. С шлакопортландцемент в сочетании с термостойкими наполнителями и заполнителями (базальт, шлак, бой керамического кирпича). От 700 до 1000 о. С жидкое стекло с КФН, термостойкие наполнители и заполнители (шлак, шамот, базальт, керамзит, вермикулит). От 1000 до 1400 о. С глиноземистый цемент с термостойкими наполнителями и заполнителями. Специальные свойства и показатели: Специальными показателями качества бетонов являются: предельно допустимая температура применения и термическая стойкость в водных или воздушных теплосменах (в зависимости от условий эксплуатации). Применение: Возведение дымовых труб, резервуаров, тепловых агрегатов (фундаментов, сводов), выполнение покрытий пола в горячих цехах.
Химически стойкий бетон Бетонополимер Используемые материалы, обеспечивающие заданные свойства: Бетонные и железобетонные конструкции и изделия, пропитанные мономерами или полимерами. Полимербетон Используемые материалы, обеспечивающие заданные свойства: Химически стойкие полимерные связующие (эпоксидные, фенольные), минеральные заполнители, наполнители, отвердители и модифицирующие добавки. Специальные свойства и показатели: Высокая коррозионная стойкость по отношению к щелочам, солям, кислотам. Повышенная трещиностойкость, прочность на удар и истирание. Применение: Несущие конструкции, полы на химических предприятиях, к которым предъявляют требования по коррозионной стойкости, трубы с диаметром от 300 до 1200 мм
Радиационнозащитный бетон Используемые материалы, обеспечивающие заданные свойства: Цементные бетоны с особоплотными заполнителями: железосодержащие и баритовые руды с добавлением чугунного скраба и введением специальных химических добавок. Специальные свойства и показатели: Сверхтяжелый бетон, плотностью от 2600 до 6000 кг/м 3, обладающий свойством поглощения радиационных излучений. Применение: Защита сооружений ядерных реакторов и атомных электростанций. Самонапряженный бетон Используемые материалы, обеспечивающие заданные свойства: В качестве вяжущего используют специальный напрягающий цемент, создающий самонапряжение в конструкции за счет расширения бетона при твердении. Специальные свойства и показатели: Марка по самонапряжению Sр 0, 6 – Sр 4, водонепроницаемость не ниже W 12, повышенная трещиностойкость. Предел прочности на сжатие от 25 (В 20) до 80 (В 60) МПа. Применение: Возведение железобетонных гидротехнических сооружений, мостов, тоннелей, изготовление труб, свай, балок, ферм, резервуаров, плит покрытий и перекрытий, покрытие автомобильных дорог.
Дорожный бетон Используемые материалы, обеспечивающие заданные свойства: Марка цемента должна быть не менее 400, а для оснований – не ниже 300. Песок используется преимущественно природный крупно , средне , мелкозернистый с содержанием пылевато глинистых примесей не более 3%. К мелкозернистому песку необходимо добавлять высевки в количестве 35%. Щебень и гравий рекомендуется применять оптимального гранулометрического состава с примесями не более 1%. Предельная крупность зерен щебня для однослойного и нижнего слоя двухслойного покрытия – 40 мм, а для верхнего слоя двухслойного покрытия – 20 мм. Специальные свойства и показатели: Бетон в дорожном покрытии подвергается воздействию различных погодно климатических факторов (атмосферные осадки, колебания температуры, замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т. д. ), поэтому к нему предъявляют повышенные требования по прочности, морозоустойчивости, износостойкости. Марка дорожного бетона по морозостойкости должна быть не ниже F 150. Для устройства оснований – F 50. Водоцементное отношение рекомендуется принимать не более 0, 5 для верхних слоев дорожных покрытий, 0, 6 – для нижних и не более 0, 75 – для оснований. Применение: Применяется при строительстве дорожных и аэродромных покрытий.
Гидротехнический бетон подобно дорожному является разновидностью плотных тяжелых цементных бетонов, применяются для возведения сооружений, которые периодически или постоянно омываются водой. Для морских условий работы сооружения изготовляют из бетона на основе сульфатостойкого портландцемента, а в подводных частях бетон должен надежно противостоять выщелачиванию гидроксида кальция путем химического связывания его активным кремнеземом с образованием малорастворимых гидросиликатов кальция. Для особо ответственных гидротехнических сооружений используют цементы, удовлетворяющие специальным техническим условиям. Вода для затворения бетонной смеси используется в гидротехнических сооружениях с р. Н не менее 4 и не более 12, 5. В ней ограничивается содержание солей, взвешенных пылевато глипистых примесей, а также ионов.
Декоративный бетон Используемые материалы, обеспечивающие заданные свойства: В качестве вяжущего применяют белые и цветные портландцементы, заполнителей – отходы переработки горных пород (гранит, мрамор и т. д. ) Специальные свойства и показатели: Повышенная декоративность, истираемость не боле 0, 8 г/см 2 Применение: Дорожные, тротуарные и фасадные плиты, лестничные марши, монолитные мозаичные и цветные полы, армированные стальными волокнами
2. Строение и свойства древесины. Пороки древесины. Сушка древесины. Защита древесины от гниения, возгорания и разрушения насекомыми. Дерево состоит из корней, ствола и кроны. Корни служат для всасывания воды и растворенных в ней питательных веществ. Они же удерживают дерево в вертикальном положении. Ствол проводит питательные вещества от корней к листьям и от листьев к корням. Крона состоит из ветвей и листьев или хвои. В листьях образуются органические вещества. Главное промышленное значение имеет ствол, который дает от 50 до 90 % древесины. При изучении строения ствола и древесины рассматривают ее макроструктуру – видимое невооруженным глазом или через лупу и микроструктуру – видимое под микроскопом.
Макроскопическое строение древесины. Изучение ведут по трем разрезам ствола: Ø поперечному (торцевому), Ø радиальному, Ø Тангенциальному. Различают следующие основные части ствола: кору, камбий, древесину и сердцевину. Кора состоит из наружного слоя (кожицы, или корки) и внутреннего (луба). Кожица, или корка, предохраняет древесину от внешних воздействий. Луб проводит питательные вещества, вырабатываемые листьями, вниз по стволу. Камбий – тонкий слой клеток, способный к делению и росту. В результате образуются клетки луба и древесины. Древесина слагается из годичных слоев в виде концентрических колец, видных у большинства пород невооруженным глазом. Древесина включает заболонь и ядро, отличающиеся по цвету. Заболонь состоит из живых клеток, ядро – из мертвых. У таких пород, как береза, клен, ольха, ядро отсутствует, и их называют заболонными. Сердцевина расположена в центре ствола. Она имеет небольшую прочность и подвержена загниванию. Микроскопическое строение древесины. Древесина состоит из клеток. Из них мертвые клетки составляют 98 %.
Различают два вида основных клеток: Ø прозенхимные; Ø паренхимные. Основная масса древесины состоит из прозенхимных клеток, которые разделяются на: ü проводящие служат для проведения из почвы в крону воды с растворами минеральных солей; ü опорные (механические) придают механическую прочность древесине. На поперечном сечении у хвойных пород имеются годовые кольца. Каждое кольцо состоит в свою очередь из светлого кольца ранней древесины и более темного — поздней. Ранняя древесина образовалась весной или в начале лета, она состоит из крупных тонкостенных клеток, склонна к загниванию, имеет большую пористость и низкую прочность. Древесина, образовавшаяся летом и в начале осени (поздняя), имеет темный цвет, вследствие насыщения смолянистыми веществами, большую плотность и прочность. Следовательно, чем больше образовалось поздней древесины, тем выше ее общая прочность и стойкость по отношению к воде. Вследствие волокнистого строения древесина относится к анизотропным материалам, то есть все ее физические и механические свойства в разных направлениях различны.
СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ Физические свойства К физическим свойствам относятся: внешний вид, запах, влажность, плотность, электро , звуко и теплопроводность, показатели макроструктуры. Внешний вид древесины определяется цветом, блеском, текстурой и макроструктурой. Блеск – свойство древесины отражать световой поток, зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Текстура – рисунок, получаемый на разрезах древесины. Запах древесины определяет находившиеся в ней смолы, эфирные масла, дубильные и др. вещества. Влажность. На свойства древесины существенное влияние оказывает ее влажность. Вода в древесине может находиться в трех видах – в свободном состоянии, гигроскопическом и химически связанном. Влажность повышает теплопроводность. По степени влажности древесина подразделяется на мокрую, свежесрубленную, воздушно сухую, комнатно сухую и абсолютно сухую. За стандартную влажность условно принята влажность, равная 12 %. Содержание воды в древесине изменяется вследствие ее гигроскопичности и влагоотдачи. Гигроскопичностью называют способность древесины поглощать из воздуха парообразную воду. Противоположная характеристика гигроскопичности – влагоотдача – способность древесины отдавать воду в окружающую среду. Гигроскопичность и влагоотдача зависит от температуры и относительной влажности воздуха.
Находясь длительное время в воздухе с постоянной относительной влажностью и температурой, древесина приобретает определенную влажность, которая называется равновесной. В результате изменения влажности происходит усушка или разбухание древесины. Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка не происходит при испарении свободной и начинается только при удалении гигроскопической воды. Усушка древесины в различных направлениях неодинакова. Усушка приводит к появлению щелей между деревянными элементами, образованию трещин. Набуханием называется способность древесины увеличивать свои размеры при поглощении воды. Свойства древесины по разному изменять свои размеры при усушке и набухании приводит к короблению. Механические свойства древесины. К механическим свойствам древесины относят прочность, твердость, деформативность, ударную вязкость. Они зависят от средней плотности, влажности, наличия пороков, приложения нагрузки с учетом строения древесины. Важнейшей характеристикой древесины является прочность. В деревянных конструкциях древесина работает на сжатие вдоль и поперек волокон, скалывание, изгиб, растяжение. Ударная вязкость – свойство древесины сопротивляться воздействию ударных нагрузок. Твердость – способность древесины сопротивляться проникновению в нее других более твердых тел.
Технологические свойства К технологическим свойствам относят: способность древесины удерживать металлические крепления, износостойкость и др. Износостойкость – способность древесины не разрушаться при воздействии истирающих усилий. Эксплуатационные свойства Сроки службы деревянных конструкций и деталей зависят от условий их эксплуатации и породы деревьев. ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ Пороками называют отклонения от нормы отдельных участков древесины. Они оказывают влияние на технические свойства древесины, понижают качество и ограничивают область ее применения. Пороки подразделяются на следующие группы: ü сучки, ü трещины, ü пороки формы ствола, ü пороки строения древесины, ü химические окраски, ü грибные, ü биологические повреждения, ü механические повреждения.
Сучки являются основанием ветвей, заключенных в древесине ствола. Трещины являются разрывами древесины вдоль волокон. Пороки формы ствола и строения древесины К порокам формы ствола относят сбежистость, закомелистость и кривизну. Сбежистость представляет собой резкое уменьшение толщины ствола от комля к вершине, превышающее величину нормального сбега, равного один сантиметр на один метр длины. Закомелистость – резкое увеличение диаметра комлевой части ствола. Кривизна – искривление сортимента по продольной оси. Она бывает простой и сложной. К порокам строения древесины относят наклон волокон, свиливатость, завиток, крень, пасынок, двойную сердцевину, сухобокость, засмолок, водослой и др. Наклон волокон (косослой) – характерен расположением волокон по спирали. Крень – представляет собой резкое утолщение ширины годичных слоев поздней древесины. Завиток – представляет собой местное искривление годичных слоев сучками или проростями. Двойная сердцевина. Этот порок характеризуется наличием в круглых лесоматериалах двух сердцевин, окруженных сплошными годичными кольцами. Сухобокость представляет собой омертвевший участок поверхности ствола в растущем дереве. Засмолок – участок древесины хвойных деревьев, обильно пропитанный смолой. Водослой представляет собой участок ядра или спелой древесины с темной окраской, который появляется из за повышения его влажности.
Химические окраски представляют собой окраски, возникшие в срубленной древесине, которые отличаются от ее обычного цвета. К химическим окраскам относятся желтизна, продубина, светлая и темная химические окраски. Древесина растущего леса и срубленная (мертвая) может разрушаться при развитии в ней грибов. При нарушении технологии хранения свежесрубленных лесоматериалов древесина подвергается биологическим повреждениям в виде червоточин – ходов и отверстий, проделанных в древесине насекомыми и их личинками. Механические повреждения и пороки механической обработки могут иметь различный характер и различное происхождение. Сушка древесины Различают следующие виды сушки: § конвективную, § кондуктивную, § диэлектрическую. При конвективной сушке передача тепла происходит от газообразной или жидкой среды путем конвекции. Это атмосферная, газопаровая, индукционная, жидкостная, вакуумная, ротационная виды сушки. Кондуктивным способом сушат листы шпона. Их закладывают между горячими плитами дыхательного пресса, которые периодически смыкаются и размыкаются, что обеспечивает интенсивную сушку материала. Диэлектрическая сушка происходит при воздействии на древесину электрического высокочастотного поля, образуемого колебательным контуром. Древесина помещается между пластинами конденсатора.
ЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ ОТ РАЗРУШЕНИЯ Ограничивают срок службы древесины способность ее гнить, гореть, повреждаться насекомыми. Защита древесины от гниения Гниение происходит при благоприятных условиях – влажности древесины 20– 60 % и температуре воздуха от +2 до +40 °С. При более низкой и высокой влажности и температуре древесина не гниет. Предохраняет древесину от гниения сушка, различные конструктивные приемы, защищающие от увлажнения, антисептирование. Защита древесины от насекомых Поражают древесину насекомые – короеды, жуки точильщики, жуки усачи и их личинки. Основной способ борьбы с насекомыми при хранении древесины на складах – соблюдение санитарных норм и своевременная окорка круглого леса. При обнаружении насекомых на складах и при ремонтных работах древесину обрабатывают инсектицидами – хлорофосом, хлороданом, хлорпикрином и др. путем пропитки, опрыскивания, опыления или окуривания. В качестве профилактических мер в жилых помещениях древесину протирают 2– 3 раза в год 3% ным раствором фторида или кремнефторида натрия. Для защиты древесины, находящейся в грунте, вновь строящихся зданий и сооружений, применяют каменноугольные и сланцевое масла, пентахлорфенол в органических растворителях. •
Защита древесины от возгорания Древесина начинает гореть при температуре 260– 290 °С в результате воздействия открытого пламени и при нагревании свыше 330 °С при его отсутствии. При нагреве в течение 20 часов температура возгорания понижается до 166 ° С. Защищают древесину от возгорания конструктивными мерами или различными огнезащитными покрытиями или пропитками. К конструктивным мерам относят: удаление деревянных элементов от источника нагревания, возведение несгораемых стен и перегородок через определенное расстояние. В качестве огнезащитных покрытий применяется штукатурка, облицовка малотеплопроводными и несгораемыми материалами, например асбестовыми, окрашивание огнезащитными красками, нанесение обмазок. Пропитка выполняется антипиренами.
3. Теплоизоляционные материалы. Классификация материалов и показатели качества. Теплоизоляционными называют материалы, применяемые в строительстве жилых и промышленных зданий, тепловых агрегатов и трубопроводов с целью уменьшить тепловые потери в окружающую среду. Теплоизоляционные материалы классифицируют: по виду основного сырья; по форме и внешнему виду; по структуре; по плотности; по жесткости; по теплопроводности.
Теплоизоляционные материалы по виду основного сырья подразделяются на: § неорганические, изготовляемые на основе различных видов минерального сырья (горных пород, шлаков, стекла, асбеста); § органические, сырьем для производства которых служат природные органические материалы (торфяные, древесноволокнистые) и материалы из пластических масс. По форме и внешнему виду различают: • штучные (плиты, блоки, кирпичи); • рулонные (маты, полосы); • рыхлые и сыпучие (вата, перлитовый песок, вермикулит); • шнуровые (жгуты, шнуры); • фасонные (цилиндры, сегменты). По структуре теплоизоляционные материалы классифицируют: ü на волокнистые ( минераловатные, стекло – волокнистые); ü зернистые (перлитовые, вермикулитовые); ü ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло). По плотности теплоизоляционные материалы делят на группы: особо низкой плотности (ОНП) с маркой по плотности 15, 25, 35, 50, 75; низкой плотности (НП) – 100, 125, 150, 175; средней плотности (СП) – 200, 225, 250, 300, 350; плотные (Пл) – 400, 500, 600.
В зависимости от жесткости выделяют материалы: мягкие (М) минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и базальтового волокна; полужесткие (П) – плиты из шпательного стекловолокна на синтетическом связующем; жесткие (Ж) плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем; повышенной жесткости (ПЖ); твердые (Т). По теплопроводности теплоизоляционные материалы разделяются на классы: • А низкой теплопроводности до 0, 06 Вт/(м·°С); • Б средней теплопроводности от 0, 06 до 0, 115 Вт/(м·°С); • В повышенной теплопроводности от 0, 115 до 0, 175 Вт/(м·°С). Основными показателями качества для этих материалов являются: • интервал температуры применения от минус о. С до плюс о. С ( Т); • средняя плотность, кг/м 3 ( ); • отклонение от средней плотности, кг/м 3 ( ); • теплопроводность, Вт/(м. К), ( ); • группа горючести; • предельно допустимая концентрация вредных веществ и пыли, выделяемых из изделия при хранении и эксплуатации – ПДК (мг/м 3 ); • удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг. Наиболее эффективными теплоизоляционными материалами являются те, которые обладают замкнутой мелкопористой структурой, исключающей конвекцию воздуха.
4. Акустические материалы. Способы поризации материалов. Акустические материалы — материалы, предназначенные для улучшения акустических свойств помещений. Акустические материалы делятся на: Ø отделочные; Ø прокладочные. Отделочные акустические материалы применяются или для поглощения звука внутри помещений и технических устройств, требующих снижения уровня шумов (промышленные цехи, операционные залы, машинописные бюро, вентиляционные воздуховоды и др. устройства), или для создания в общественных помещениях оптимальных условий слышимости (зрительные залы, радиовещательные студии, лекционные аудитории и пр. ). Прокладочные акустические материалы используются при устройстве упругих оснований под полами междуэтажных перекрытий для изоляции помещений от ударных шумов. По назначению акустические материалы делят на четыре группы: звукопоглощающие; звукоизолирующие; вибропоглощающие.
Звукопоглощающие материалы Звуковая энергия, попадая на перегородку, и частично отражается от нее, частично поглощается и частично проходит через нее. Материалы, обладающие способностью в основном поглощать звуковую энергию, называются звукопоглощающими Звукопоглощающие материалы, снижая энергию отраженных звуковых волн, благоприятно изменяют характеристику звукового поля. Эти материалы должны быть высокопористыми. В звукоизоляционных лучше иметь поры, сообщающиеся и возможно меньшие по размеру. Такие требования к строению звукопоглощающих материалов вызваны тем, что при прохождении звуковой волны через материал она приводит воздух, заключенный в его порах, в колебательное движение, и мелкие поры создают большее сопротивление, чем крупные. Движение воздуха в них тормозится, и в результате трения часть механической энергии превращается в тепловую. Звукопоглощающие материалы по характеру поглощения звука делятся на: ü панельные материалы и конструкции, в которых звукопоглощение обусловлено активным сопротивлением системы, совершающей вынужденные колебания под действием попадающей звуковой волны (тонкие панели из фанеры, жесткие древесноволокнистые плиты и звуконепроницаемые ткани); ü пористые с твердым скелетом, в которых звук поглощается в результате вязкого трения в порах (пенобетон, газостекло); ü пористые с гибким скелетом, в которых, кроме резкого трения в порах, возникают релаксационные потери, связанные с деформацией нежесткого скелета (минеральная, базальтовая, хлопковая вата).
На звукопоглощающие свойства материалов оказывает влияние и их упругость. В изделиях с гибким деформирующимся каркасом имеют место дополнительные потери звуковой энергии вследствие активного сопротивления материала вынужденным колебаниям под действием падающих звуковых волн. В ряде случаев облицовка поверхности строительных конструкций осуществляется перфорированными листами из сравнительно плотных материалов (гипсокартон, асбестоцемент, металлические, пластмассовые листы), которые обеспечивают конструкциям, наряду со звукопоглощением, повышенную механическую прочность и декоративность. Звукопоглощающее свойство материала характеризуется коэффициентом поглощения, который представляет собой отношение поглощенной звуковой энергии ко всей энергии, падающей на материал. Звукоизоляционные (звукоизолирующие) материалы Звукоизоляционная способность ограждений пропорциональна логарифму массы конструкции. Поэтому массивные конструкции обладают большей звукоизоляционной способностью от воздушного шума, чем легкие. Звукоизоляционные материалы, предназначенные для защиты от ударного шума, представляют собой пористые прокладочные материалы с малым модулем упругости. Их звукоизоляционная способность от ударного шума обусловлена тем, что скорость распространения звука в них значительно меньше, чем в плотных материалах с высоким модулем упругости. Звукоизоляционные материалы предназначены для снижения нежелательного вредного шума, отрицательно воздействующего на состояние человека.
Звукоизоляционные материалы по структурным показателям подразделяются на: пористо ячеистые (ячеистый бетон, перлит); пористо губчатые (резина, пенопласт, вспененный полиэтилен); пористо волокнистые (вата). По величине относительного сжатия эти материалы могут иметь скелет: • мягкий, • полужесткий, • твердый. В полужестком и особенно в мягком скелете происходит усиление звукопоглощения падающих звуковых волн за счет упругих деформаций скелета материала. Мягким скелетом обладают поливинилхлорид, полиуретановый поропласт и другие виды ячеистых пластмасс. Полужесткий скелет имеют стекловолокнистые, древесноволокнистые, минераловатные и содержащие асбест материалы. Фибролит, а также различные виды легких бетонов относятся к материалам с жестким скелетом.
Повысить звукоизолирующую способность материала возможно, применив слоистую систему с прослойкой, в которой динамический модуль упругости материала должен быть несоизмеримо меньше упругости жестких слоев акустически однородной конструкции. Звукоизоляционные материалы применяются: • в перекрытиях в виде сплошных нагруженных или ненагруженных (несущих лишь собственную массу) прокладок, штучных нагруженных и полосовых нагруженных прокладок; • в перегородках и стенах в виде сплошной ненагруженной прокладки в стыках конструкций. По строению и виду пористости звукоизоляции подразделяются на три группы: • звукоизоляционные материалы с волокнистым каркасом (минераловатные, асбестовые, фибролит, древесноволокнистые, древесностружечные, войлок); • ячеистые звукоизоляционные материалы, полученные методом вспучивания или пеновым способом (ячеистые бетоны, пеностекло); • звукоизоляционные материалы смешанной структуры, например акустические штукатурки, изготавливаемые с применением пористых заполнителей (вспученный перлит, вермикулит). По внешнему виду (форме) они бывают: • сыпучие звукоизоляционные материалы; • штучные звукоизоляционные материалы (плиточные, рулонные, маты).
К звукопоглощающим материалам обычно предъявляют повышенные, по сравнению с теплоизоляционными материалами, требования по механической прочности и декоративности, поскольку их применяют для облицовки стен внутри помещения. Так же, как и теплоизоляционные, они должны обладать низким водопоглощением, малой гигроскопичностью, быть огне и биостойкими.
v v ü ü ü ü Применение акустических материалов Звукопоглощающие Плиты гипсовые, минераловатные, асбестоцементные, двухслойные из ДВП с перфорированной декоративной поверхностью. Плиты гипсовые, минераловатные на клеевом и полимерном связующем с декоративной рельефной поверхностью. Плиты минерало и стекловатные на полимерном связующем с облицовкой из металлических и пластиковых перфорированных листовых материалов. Акустические панели на основе минеральных волокон с рулонным декоративным покрытием. Монолитные покрытия из акустических бетонов и растворов на пористых заполнителях и декоративных цементах. Звукоизоляционные Плиты мягкие ДВП, картон асбестовый. Полосы из минеральных волокон. Рулонные с использованием натуральной пробки. Листовые и рулонные пенополиэтиленовые и пенополистирольные. Маты и прокладки пенополиуретановые, полиэстерные. Рулонные и прокладочные материалы из синтепона. Прокладки из поризованной синтетической резины. Линолеум на звукопоглощающей основе.
Вибропоглощающие и виброизолирующие материалы Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы и конструкции предназначены для восприятия и устранения передачи вибрации от машин и механизмов на строительные конструкции. Для этого применяют такие упругие элементы как прокладки, маты, втулки. По структуре их подразделяют на: ü пористо волокнистые (на основе минерального, стеклянного, асбестового волокна); ü пористо губчатые (из поропластов, природных и искусственных каучуков). Вибропоглощающие материалы (свинец, магний, стек лопластики) позволяют уменьшить резонансные колебания различных конструкций за счет нанесения их на вибрирующие поверхности в виде покрытия.
Способы поризации материалов • Способ газообразования основан на введении в сырьевую смесь компонентов, которые способны вызвать химические реакции с выделением в больших количествах газовой фазы. Газы, стремясь выйти из твердеющей пластической массы, образуют пористую структуру материала — газобетона, газосиликата, пеностекла, ячеистого стекла, газонаполненной пластмассы. • Способ пенообразования основан на введении в воду затворения вяжущих пенообразующих веществ. Стабилизированные пузырьки пены представляют собой воздушные поры пенобетона, пеносиликата, пенокерамики и др. • Способ повышенного водозатворения состоит в применении большого количества воды приготовлении формовочных масс (например, из трепела, диатомита) и последующего ее испарения с сохранением пор при высушивании. Этот способ применяется при производстве древесноволокнистых плит, торфяных и других материалов. • Способ вспучивания некоторых горных пород и шлаков при нагревании до высоких температур. Из сырья выделяются газы или водяные пары главным образом в связи с отделением химически связанной воды или цеолитной воды. При способе вспучивания сырьем служат перлит и обсидиан, вермикулит, некоторые разновидности глин, в особенности содержащие легкоплавкую закись железа. • Способ распушения заключается в изготовлении из сравнительно плотного минерального сырья волокнистого материала в виде бесформенной массы с возможным последующим приданием ей формы изделий. Наибольшее распространение получило производство минеральной ваты, стеклянной ваты и изделий из них. Сырьем для минеральной ваты служат пегматиты, туфы и другие горные породы и металлургические шлаки, а для изготовления стеклянной ваты используются стеклянный бой и отходы стекла на стекольных заводах.
5. Кровельные и гидроизоляционные материалы по форме и внешнему виду подразделяются на: Ø рулонные; Ø штучные; Ø мастики. В зависимости от применяемого вяжущего они классифицируются на: ü битумные; ü дегтевые; ü полимерные; ü дегтебитумные; ü резинобитумные; ü битумно полимерные и др. Эти материалы являются наиболее экономичными при выполнении кровельных и гидроизоляционных работ.
Рулонные материалы выпускают в виде свертков цилиндрической формы. Они подразделяются на: v основные; v безосновные. Основные получают обработкой органическим вяжущим основы – кровельного картона, асбестовой бумаги, стеклохолста, стеклоткани, полиэфирной ткани и др. Безосновные получают в виде полотнищ, прокатанных на каландрах смесей, состоящих из вяжущего, наполнителей и добавок.
Основные рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы– получают путем нанесения битумного и битумно полимерного вяжущего на стекло или полиэфирную основу. По назначению они подразделяются на: § кровельные (К); § гидроизоляционные (Г); § гидроизоляционные для гидроизоляции мостового полотна (Гм). По виду основы материала – на стеклохолсте (СХ), стеклоткани (СТ), на полиэфирном холсте (ПХ), на полиэфирной ткани (ПТ). По виду вяжущего материала – на битумные (Б), битумноэластомерные (БЭ), битумнопластомерные (БП). По виду защитного слоя – с крупнозернистой (цветной) посыпкой (К(Ц)), с мелкозернистой посыпкой (М), с пылевидной посыпкой (П), с металлической фольгой (МФ), с полимерной пленкой (ПП). Масса покровного состава вяжущего св. 2000 до 6000 г включительно.
Они подразделяются на марки: Ø К-СХ (СТ; ПХ; ПТ) – Б(БЭ; БП) – К(Ц; МФ)/ ПП(М; П) – для верхнего слоя кровельного ковра с крупнозернистой или крупнозернистой цветной посыпкой, или металлической фольгой с лицевой стороны, полимерной пленкой или мелкозернистой или пылевидной посыпкой с нижней стороны с массой 1 м 2 св. 3000 до 3500 г; Ø К-СХ (СТ; ПХ; ПТ) – Б(БЭ; БП) – М(П; ПП)/М(П; ПП) для нижнего слоя кровельного ковра, гидроизоляционных слоев в сооружениях без гидростатического давления (полы, вертикальные стены) с мелкозернистой или пылевидной посыпкой или полимерной пленкой с лицевой стороны, с мелкозернистой или пылевидной посыпкой или полимерной пленкой с нижней стороны; Ø Г(Гм)–СХ (СТ; ПХ; ПТ) – БЭ(БП) – М(П; ПП)/М(П; ПП) для гидроизоляционных слоев с мелкозернистой или пылевидной посыпкой или полимерной пленкой с лицевой стороны, с мелкозернистой или пылевидной посыпкой или полимерной пленкой с нижней стороны. К безосновным рулонным материалам относятся изол, бризол, гидробутил, армогидробутил и др.
Качество рулонных материалов оценивают по: v гибкости на брусе определенного радиуса при нулевой или отрицательной температурах; v теплостойкости; v разрывной силе при растяжении; v водопоглощению.
Штучные изделия К штучным изделиям относят кровельные битумные листы, армированные маты и асфальтовые гидроизоляционные плиты. Кровельные битумные листы представляют собой картонную основу, пропитанную битумом с последующим нанесением покровного слоя. Применяют для устройства кровель с уклоном не менее 30 0. Битумные армированные маты представляют собой полотнища стеклянной или брезентовой ткани, пропитанные битумом с нанесением покровного слоя из тугоплавкого битума или асфальтовой мастики. Применяют их для оклеечных гидроизоляций. Разновидностью матов являются гибкие тюфяки, применяемые для устройства экранов грунтовых плотин, дамб и др. гидротехнических сооружений. Изготавливают их из вяжущего, состоящего из битума модифицированного синтетическим каучуком. Армируют арматурной сеткой с ячейками 10 х10 мм из проволоки диаметром 3 мм. Тюфяки наматываются на барабан и поставляют к месту укладки. Гидроизоляционные асфальтовые плиты разделяют на армированные и неармированные. Армированные получают путем покрытия металлической сетки или стеклосетки слоем горячей песчаной асфальтобетонной смесью. Неармированные – путем прессования в формах. Предназначены для устройства оклеечной гидроизоляции.
Мастиками называются материалы, состоящие из смеси битумов или Мастиками дегтей с минеральными наполнителями и добавками. Они подразделяются: Ø по виду связующего – на битумные, битумно резиновые, битумно полимерные, дегтевые, дегтеполимерные; Ø по назначению – на приклеивающие, для устройства мастичных кровель, мастичной гидроизоляции и пароизоляции, изоляции подземных стальных трубопроводов; Ø по способу применения – на горячие и холодные.
В зависимости от условий работы строительной конструкции применяют различные виды гидроизоляции, а, следовательно, и материалы, используемые для ее выполнения. q Так для защиты от разрушения кровли, подземных конструкций, фундаментов под оборудование, железобетонных причалов и свай применяют окрасочную гидроизоляцию. Ее выполняют в несколько слоев с использованием битумных, дегтевых и битумно полимерных мастик. q Для защиты кровли, трубопроводов, сборных и монолитных железобетонных фундаментов применяют оклеечную гидроизоляцию. Для выполнения этого вида гидроизоляции используют рулонные основные и безосновные битумные и битумнополимерные материалы. q Из асфальтовых штукатурок выполняют обмазочную гидроизоляцию. Рекомендуется она для жестких, недеформируемых горизонтальных и вертикальных бетонных поверхностей. В состав асфальтовых штукатурок, которые могут быть холодными и горячими, входят соответственно: битумная эмульсионная паста или разогретый битум, наполнитель и кварцевый песок. Битумная паста представляет собой густую сметанообразную массу, получаемую интенсивным механическим измельчением битума в воде в присутствии неорганического эмульгатора (извести), повышающего ее однородность и стабильность.
q Для заполнения различных по конструкции и назначению швов с целью придания монолитности конструкции, защиты от промокания и промерзания применяют эластичные герметизирующие битумные и битумно полимерные мастики (герметики) с добавлением резиновой крошки. Примером герметизирующих мастик могут служить битумно резиновая — резопласт (марки РК и РГ), состоящая из резиновой крошки, битума, полимерного компонента, пластификатора, и битумно бутилкаучуковая, включающая битум в сочетании с бутилкаучуком, тальком и пластификатором — МББП 65. Герметизирующие битумные материалы должны удовлетворять следующим требованиям: 1. быть гибкими и упругими; 2. влаго и газонепроницаемыми; 3. обладать атмосферостойкостью и антикоррозионными свойствами; 4. сохранять физико химические и физико механические свойства в процессе эксплуатации; 5. иметь прочное сцепление с материалом конструкции; 6. не выделять токсичных веществ.
6. Характеристика пластмасс. Полимерные материалы, их строение. Термопластичные и термореактивные смолы. Пластическими массами называются композиционные материалы, в которых в качестве связующего применяются полимеры – органические вещества с высокой молекулярной массой. Полимерные материалы являются эффективными строительными материалами и по ряду свойств превосходят традиционные. В настоящее время высокомолекулярные смолы, основу всех полимерных материалов, получают химическим путем в результате полимеризации простых молекул или поликонденсацией разных органических соединений. Процесс полимеризации осуществляется без выделения побочных продуктов. Путем разрыва двойных, тройных химических связей и соединения молекул в длинные линейные или разветвленные структуры. В результате реакции поликонденсации, в которой участвуют несколько веществ, образуются сложные по составу полимеры с линейным (полиамиды, поликарбонаты) или пространственным строением (фенолоформальдегидные, эпоксидные). При поликонденсации наряду с образующимся полимером выделяются такие побочные продукты, как газ или вода.
В зависимости от применяемого исходного сырья полимерные материалы подразделяют на искусственные и синтетические. Искусственные получают путем химической модификации природных высокомолекулярных соединений (целлюлозы), синтетические — из различных мономеров. Сырьем для получения строительных материалов служат сложные пластические массы, которые состоят из смеси нескольких компонентов: связующего полимера, предназначенного для обеспечения пластичности смеси в нагретом состоянии и твердости в охлажденном (синтетические смолы, каучуки, целлюлоза); наполнителя (тонкомолотый асбест, песок, отходы резины) для снижения стоимости, повышения трещиностойкости, теплостойкости, твердости; пластификатора — повышения эластичности готового изделия; отвердителя — ускорения набора прочности; пигмента — для придания цвета.
Свойства полимерных материалов и изделий зависят, как и любых других, от их состава и структуры. Микроструктура определяется в большей степени самим веществом, а макроструктура — способом получения. Изделия из пластических масс получают несколькими методами: прямого прессования пропитанной горячими смолами основы (ткани, древесного шпона, бумаги) в несколько слоев (листовые пластики) или полимерного пресс порошка (плитки для облицовки полов); литьевого прессования вязкотекучей расплавленной смеси (плиточный и листовой материал с объемным рисунком для отделки стен и потолка); экструзии или продавливания пластичной массы через насадку определенного размера и формы (плинтусы, поручни для лестниц, рейки, герметизирующие и уплотняющие прокладки для окон и дверей, рулонное полотно для отделки полов и стен); промазки верхней поверхности полотна основы (бумаги, ткани, стеклоткани) пастообразной полимерной массой с последующим глубоким нанесением рельефного рисунка; вальцево-каландровым, который состоит из тщательного перемешивания компонентов на вальцах, последующей прокатки пластичной массы между двумя вращающимися в разные стороны валками с зазором, определяющим толщину будущего рулонного изделия, и нанесения объемного или плоского рисунка на поверхность. Последними двумя получают рулонные материалы для отделки вертикальных и горизонтальных поверхностей в помещениях различного назначения.
Теплоизоляционные полимерные материалы получают следующими способами. Первый — путем предварительного вспенивания пластичной полимерной массы за счет интенсивного механического перемешивания в сочетании с действием перегретого пара (110 °С) или введения пенообразующих добавок, последующей заливки смеси в форму, быстрого охлаждения ее для фиксации пористой структуры и резки по размерам (пенопласты). Второй метод предусматривает использование в составе полимерной массы газообразующих компонентов, заполнение формы, подогрев для улучшения газообразования, быстрое охлаждение для фиксации структуры и, при необходимости, резка по размерам (поропласты). Третий — за счет склеивания по контактам гофрированных листов бумаги, ткани или древесного шпона, пропитанных горячей смолой (сотопласты). Четвертый — снижение средней плотности за счет введения в поли мерную массу высокопористых заполнителей (перлита) или волокнистых компонентов.
Широкое распространение полимерных материалов (пластмасс) в строительстве основано на их положительных свойствах: низкая истинная плотность; высокая водостойкость; гидрофобность; успешно работают в условиях действия истирающих нагрузок; механическая прочность хорошо сочетается в них с пластичностью и упругостью; высокая коррозионная стойкость ; неисчерпаемая цветовая палитра; хорошая технологическая обрабатываемость. Пластмассы имеют также ряд недостатков: высокий коэффициент термического расширения; повышенная ползучесть; пластмассы неогнестойки; полимеры стареют (под воздействием атмосферных факторов и особенно солнечных лучей); процесс старения сопровождается снижением прочности и эластичности; полимеры имеют сравнительно невысокую твердость и теплостойкость. Если химические процессы при изготовлении полимеров незавершены, пластмассы могут быть токсичными. Применение их необходимо согласовывать с санитарным надзором.
По отношению к нагреванию полимеры подразделяют на : § термопластичные (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид); § термореактивные (на основе эпоксидных и полиэфирных смол). Для термопластичных переход из пластичного состояния (при нагревании) в твердое (при охлаждении) не сопровождается изменением состава и структуры изделия и, как следствие, физико механических свойств. Нагрев же термореактивных полимеров приводит к структурным изменениям на микроуровне, что оказывает значительное влияние на их свойства, они становятся жесткими и хрупкими.
Применение полимерных материалов и изделий Анализ всех свойств полимерных материалов показал, что в строительстве экономически целесообразно использовать их при изготовлении несущих конструкций высокой коррозионной стойкости, покрытии полов, отделки стен, теплоизоляции ограждающих конструкций и технологического оборудования, герметизации стыков и швов в крупнопанельных зданиях, гидроизоляции кровель и фундаментов, изготовлении санитарно технического оборудования и труб, а также для антикоррозионных работ. К несущим конструкциям можно отнести стены, оболочки и плиты покрытий, колонны, балки, дорожные плиты, покрытия пола промышленных зданий.
При строительстве цехов химической, пищевой, целлюлоз но бумажной промышленности встает вопрос обеспечения коррозионной стойкости несущих и самонесущих конструкций. Единственный материал, который отвечает комплексу заданных свойств полимербетон. Его получают путем интенсивного перемешивания в бетоносмесителе подогретых заполнителей (песка, щебня), полимерной смолы и добавок. Полученную массу помещают в форму, уплотняют и выдерживают при температуре до 100 °С. В зависимости от вида полимерного связующего полимербетоны могут быть: фурановые, полиэфирные, эпоксидные, содержащие арматуру называют армополимербетонами. В зависимости от материала арматуры различают сталеполимербетон (стальная арматура) и стеклополимербетон (стеклопластиковая арматура). Стеклопластиковую арматуру получают путем скручивания пропитанных смолами стеклонитей в жгут и нанесения на по верхность полученных стержней специального защитного полимерного пленочного покрытия. Повысить стойкость готовых железобетонных конструкций можно за счет их пропитки мономером, который, полимеризуясь в порах бетона, обеспечивает высокую плотность и коррозионную стойкость конструкций. Пропитка проводится в специальных герметичных камерах под давлением на глубину до 3 см. Такой материал называют бетонополимером, а конструкции и изделия — бетонополимерными.
Для покрытия полов в строительстве используют полимерные растворы, рулонные (линолеумы), плиточные материалы и ворсовые ковровые изделия, которые используют как вторичное покрытие. Бесшовные монолитные покрытия из полимерных мастик, растворов и бетонов применяют в промышленных зданиях, где необходима коррозионная стойкость или где имеются повышенные требования к полам по гигиеничности и беспыльности покрытий. Покрытие выполняют в два слоя: нижний из полимербетона, верхний — полимерраствора. Выравнивание и уплотнение проводят специальными вибраторами или катками. Самым распространенным материалом для покрытия полов является рулонный линолеум. Полы из линолеума удобны, так как упруги, заглушают шум шагов, малотеплопроводны, декоративны, легко моются, хорошо сопротивляются износу, долговечны.
7. Классификация горных пород по условию образования. Их применение. Горными породами называются минеральные массы, образующие геологические тела. Они состоят из минералов. В зависимости от условий образования горные породы подразделяются на три вида: Ø первичные – изверженные (магматические), Ø вторичные – осадочные, Ø видоизмененные – метаморфические. Горные породы служат сырьевой базой для промышленности строительных материалов. Применяются для изготовления минеральных вяжущих веществ, керамических материалов, строительного стекла, щебня, гравия, песка для дорожного строительства, бетонов и растворов, облицовки зданий, сооружений и многих других целей.
Изверженные горные породы образовались из расплавленной магмы, поднявшейся из глубины земной коры и отвердевшей при остывании. В зависимости от скорости и места охлаждения магмы они в свою очередь могут быть глубинными или излившимися. Глубинные породы остывали медленно, под значительным давлением толщи земной коры. Эти условия обеспечили полную кристаллизацию составляющих минералов. Поэтому глубинные горные породы имеют: крупнокристаллическую структуру; высокую плотность 2600… 3300 кг/м 3; прочность на сжатие 100… 500 МПа; морозостойкость более F 200; низкое водопоглощение 0, 1… 1, 5%; большую теплопроводность. К ним относятся граниты, габбро, диорит и др. Излившиеся горные породы образовались при быстром остывании магмы. В случае отверждения у поверхности земли, породы близки по своим свойствам к глубинным, но в отличие от них имеет мелкокристаллическую, скрытокристаллическую или частично стекловатую аморфную структуру. К плотным породам относят андезиты, диабазы и базальты, отличающиеся высокой кислотостойкостью. При быстром охлаждении лавы, выброшенной под давлением газов на поверхность земли или высоко в воздух, образуются соответственно высокопористая вулканическая пемза или рыхлый вулканический пепел, который с течением времени спрессовывается и образует вулканический туф.
Осадочные породы имеют вторичное происхождение, так как образуются в результате физического и химического разрушения изверженных пород (гранит разрушается с образованием природного щебня, кварцевого песка и глины). Общими свойствами осадочных пород являются одинаковые формы залегания в виде пластов, поэтому их называют еще пластовыми. Основными причинами разрушения являются следующие: Физическое (нагревание солнцем, резкие перепады температур, ветер и замерзание влаги в порах); Химическое (воздействие различных кислот и солей, находящихся в воде и воздухе (углекислота, серный и сернистый ангидрид); Органическое (влияние продуктов жизнедеятельности мхов, лишайников и других простейших растений и микроорганизмом. В зависимости от условий образования осадочные породы делят на три основные группы: § обломочные; § химические осадки; § органогенные. Обломочные породы (механические отложения) образовались в результате физического разрушения изверженных пород. Их в свою очередь подразделяют на рыхлые (гравий, щебень, песок, глина), оставшиеся на месте разрушения или перенесенные водой, льдом или ветром, и сцементиро ванные (песчаники, брекчии, конгломераты). Химические осадки образовались в результате выпадения из пересыщенных водных растворов, вследствие изменения температуры, различным кристаллических веществ. Основными представителями этой группы материалов, нашедшими широкое применение в строительстве, являются карбонатные (известняк, магнезит, доломит) и сульфатные породы (гипс, ангидрит). Органогенные отложения образовались в результате скопления отмирающий водорослей, раковин, малюсков и их спрессования толщей воды. Для строительных целей наибольшее применение нашел мел, известняк ракушечник, диатомиты и трепелы.
Метаморфические горные породы Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в глубине земной коры из изверженных и осадочных пород под действием температуры и давления. Особенно большое значение имеет направление давления. При одностороннем давлении видоизмененные породы приобретают слоистое, сланцевое строение (гнейсы, глинистые сланцы). Эти материалы легко раскалываются по плоскостям, в связи с чем их применяют как плитный отделочный и кровельный материал (природный шифер). При многостороннем давлении осадочные породы приобретают монолитную структуру. Так из известняков образуется мрамор, из песчаников кварцит.
Материалы и изделия из горных пород Добыча природного камня в зависимости от его прочности осуществляется в карьерах при помощи экскаваторов, если породы слабые (осадочные), или буровзрывным способом для разработки массивных плотных, прочных магматических и метаморфических пород. В зависимости от места и глубины залегания добыча может вестись: открытым; подводным; подземным способами. Природный камень, доставляемый из карьеров, подвергают в зависимости от назначения дальнейшей обработке: дроблению, распиловке, скалыванию, шлифовке и полировке. В связи с большим разнообразием свойств, обусловленных их составом и структурой, горные породы применяют в качестве: ü нерудных строительных материалов; ü конструкционных; ü отделочных; ü специального назначения (кислотостойкие, теплоизоляционные и акустические).
Нерудные строительные материалы К ним относятся такие неорганические зернистые, сыпучие материалы, как щебень, гравий, песчано гравийная смесь, песок. Их применяют в качестве заполнителей для бетонов и растворов в качестве уплотняющего подслоя при выполнении дорожных покрытий, балластного слоя железнодорожного пути, сооружения плотин, дамб, насыпей, засыпок при благоустройстве территорий. Конструкционные материалы К ним относятся: бутовый камень, камни и блоки стеновые, изделия для дорожного строительства. Для дорожного строительства применяют пиленные или колотые в виде бруса бортовые камни, отделяющие проезжую часть улиц от тротуаров, колотые и тесаные бруски брусчатки, применяемые для устройства мостовых, и колотый булыжный камень используемый для укрепления откосов. Так как все эти изделия должны обладать достаточной прочностью и морозостойкостью, то их получают из плотных изверженных и осадочных горных пород (габбро, известняк). Отделочные материалы Облицовочные пиленные материалы в виде шлифованных и полированных плит из гранита, лабрадорита, мрамора применяют для наружной и внутренней облицовки стен, покрытия полов, изготовления ступеней в общественных и уникальных зданиях. Материалы специального назначения К ним относятся кислотоупорные, теплоизоляционные и акустические. К теплоизоляционным и акустическим относятся изделия, полученные на основе минеральной ваты. Минеральные теплоизоляционные материалы можно также получить путем вспучивания такого природного сырья как перлит и вермикулит.
8. Керамические материалы и изделия. Искусственные заполнители из легких бетонов. Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, получаемые из глиняного сырья в результате обжига при высоких температурах. Основным сырьем для производства керамических материалов служат глинистые минералы, представляющие собой осадочные, пластовые породы, состоящие из водных алюмосиликатов с различными примесями. Технология производства керамических материалов основана на следующих свойствах глин: § высокодисперсность частиц с размерами от 0, 01 мкм до 1 мм способных образовывать формовочные смеси различные по степени пластичности; § высокая гидрофильность, обеспечивающая получение высокоподвижных (литых), однородных, нерасслаивающихся смесей; § высокая водоотдача при сушке, сопровождаемая повышением прочности и незначительными деформациями; § способность спекаться при температуре 1000 13000 С с образованием прочного, водостойкого материала. Глинистое сырье для получения строительной керамики классифицируют по: пластичности и связующей способности; спекаемости; огнеупорности.
Пластичность характеризует свойство смеси, состоящей из глины и воды, под воздействием внешних нагрузок принимать определенную форму и сохранять ее после снятия нагрузки без трещин, разрушения. Связующая способность определяет сохранение пластичных свойств водоглинистой смеси при дополнительном введении в нее непластичного тонкоизмельченного материала, например, песка. По этим показателям глину разделяют на: высокопластичную; среднепластичную; умереннопластичную; малопластичную; непластичную. Спекаемость глин оценивает их способность при определенной температуре обжига уплотняться с образованием прочного искусственного камня (черепка). В зависимости от температуры спекания глины классифицируют: • на низкотемпературные ( до 11000 С); • на среднетемпературные (до 1100 13000 С); • на высокотемпературные (свыше 13000 С). Показателем свойств огнеупорности служит температура, при которой начинается процесс плавления глины. При температуре свыше 15800 С глины называют огнеупорными, 1350 15800 С – тугоплавкими и до 13500 С – легкоплавкими
С целью регулирования свойств формовочной массы и готовых изделий, в глину вводят добавки: ü отощающие; ü порообразующие; ü пластифицирующие; ü плавни. Отощающие добавки: шамот (измельченная обожженная глина), бой кирпича, кварцевый песок, зола ТЭЦ, шлак вводят в смесь в тонкоизмельченном состоянии при использовании высокопластичных глин, дающих усадку в изделиях при сушке и обжиге. Таким образом они предотвращают появление в процессе тепловой обработки трещин и деформаций. Порообразующие добавки обеспечивают повышенную пористость, снижение средней плотности и коэффициента теплопроводности изделий. К ним относятся выгорающие (древесные опилки, отходы угля, торф), газообразующие, разлагающиеся при высокой температуре с выделением газообразных продуктов (известняк) и термостойкие легкие заполнители (вспученный перлит).
Пластифицирующие добавки применяют при использовании малопластичных (тощих) глин для улучшения формовочных свойств смесей. В качестве добавок используют высокопластичные бентонитовые глины и органические поверхностно активные вещества (ПАВ) в количестве 0, 1 1 %. Эффект пластифицирующего действия последних, основан на способности этих веществ, в частности водорастворимых отходов деревообрабатывающей промышленности – ССБ, СДБ, образовывать на поверхности глины адсорбционные гидрофильные пленки, улучшающие смачиваемость частиц и облегчающих их перемещение по отношению друг к другу. Добавки плавни вводят в состав смеси с целью снижения температуры спекания глинистой массы. Для этого применяют полевые шпаты, стеклобой, перлит материалы, которые способны образовывать стеклообразные расплавы при более низких температурах, обеспечивая при остывании большую плотность и прочность изделий.
Для повышения декоративности и стойкости лицевой поверхности используют глазури и ангобы. Глазури представляют собой сложные смеси, включающие легкоплавкие соединения, пигменты и другие компоненты, которые наносят на поверхность облицовочных плиток, лицевых кирпичей, канализационных труб, санитарно технических изделий до процесса обжига. После высокотемпературной обработки состав расплавляясь образует плотное, прочное, блестящее, стекловидное покрытие, обеспечивающее декоративность и защиту поверхности изделий. Ангоб декоративный состав, включающий беложгущиеся глины и пигмент, который наносят на лицевую поверхность изделий. В процессе обжига происходит совместное спекание покрытия и изделия, что обеспечивает их надежную совместную работу при эксплуатации.
Технология получения керамических изделий обычно складывается из следующих основных этапов: 1. Добыча глины; 2. Очистка глины; 3. Тонкое многостадийное измельчение; 4. Подготовка формовочной массы; 5. Получение изделий; 6. Сушка; 7. Обжиг. Способ подготовки формовочной массы зависит от: Ø вида получаемого изделия; Ø качества глин; Ø технической оснащенности производства. Различают: § полусухой; § пластический; § шликерный (литьевой).
Подготовка сырьевой смеси при полусухом способе может проводиться по двум различным технологическим схемам. По первой, используемой для получения облицовочных кирпича и камней, грубо измельченное исходное сырье подсушивают в сушилках и подают на совместный тонкий помол с добавками в мельницы. Полученный пресс порошок с влажностью 10 12% поступает в пресс формы. По второй схеме, применяемой при производстве отделочных плиток для полов и фасадов, тонкий совместный помол всех компонентов производят в шаровых мельницах мокрого помола. Полученную суспензию (шликер) влажностью 30 60% подают в специальные бассейны для корректировки состава и затем насосами перекачивают в башенные распылительные сушилки для обезвоживания. Из сушилок тонкодисперсный пресс порошок с направляют в формовочное, прессовое отделение. Применение различных технологических схем в подготовке формовочной массы обусловлено прежде всего требованиями, предъявляемыми к качеству готовых изделий.
Пластический способ применяют при наличии пластичных глин, хорошо размокающих при увлажнении. Глину многократно измельчают до тонкомолотого состояния, перетирают для получения однородной массы и подают совместно с отощающими и другими добавками в специальные глиномешалки, где производят ее дополнительное увлажнение паром до влажности 18 20%. Пластический способ целесообразен для производства черепицы, стеновой и облицовочной керамики, дренажных и канализационных труб. Шликерный способ подготовки массы применяют в случае наличия глин с высокой карьерной влажностью. Шликер представляет собой глинистую суспензию влажностью 30 33%, которая должна легко заполнять гипсовую форму, не расслаиваться и отдавать (фильтровать) воду при контакте с пористой поверхностью формы. Такой способ подготовки сырья используют при производстве сложного по форме санитарно технического оборудования (ванн, раковин и др. ) или облицовочных коврово мозаичных плиток.
На качество готовых керамических изделий большое влияние оказывает режим сушки и обжига. Основное назначение сушки изделия сырца – снижение его влажности, приобретение прочности, достаточной для транспортирования в печь и последующего бездефектного обжига при минимальных энергозатратах. В процессе сушки наблюдается воздушная усадка изделий, которая может привести к появлению деформационных трещин на их поверхности. Повышают трещиностойкость введением опилок, отощающих добавок и подбором температурного режима. Процесс обжига, завершающий при изготовлении керамических изделий, разделяют на три периода: 1. нагрев до максимальной температуры 950 1300 о. С (зависит от состава сырья и заданных свойств получаемых изделий); 2. выдержку; 3. постепенное охлаждением до температуры окружающего воздуха.
Керамические материалы и изделия С использованием глинистого сырья и высокотемпературной обработки получают: ü конструкционные; ü облицовочные; ü материалы специального назначения. • • Материалы специального назначения подразделяют на: санитарно технические; кислотостойкие; теплоизоляционные; огнеупорные.
К конструкционным керамическим материалам относятся кирпичи и камни, применяемые для возведения стен зданий, кровельная черепица, водопроводные, канализационные и дренажные трубы. Наибольший объем выпуска принадлежит стеновым материалам: кирпич разной модификации и камень керамические. Облицовочные материалы и изделия применяют для вертикальной и горизонтальной отделки поверхностей с целью защиты их от увлажнения, механического повреждения, воздействия огня, химических веществ, обеспечения требуемых гигиенических норм, удобства уборки, придания облицовочным поверхностям декоративности. Различают наружную облицовку и внутреннюю. Для облицовки фасадов применяют кирпич лицевой (сплошной и пустотелый), камни лицевые (пустотелые), керамические плитки, фасонные детали для устройства сливов, карнизов. К материалам и изделиям специального назначения относятся санитарно технические: умывальники, раковины лабораторные, мойки, ванны и т. д. Кислотоупорные изделия применяют для футеровки башен и резервуаров на химических предприятиях, для устройства полов и защиты стен в цехах с агрессивными средами. Огнеупорные материалы в виде кирпича, фасонных изделий используют для футеровки печей, топок и других аппаратов, работающих при высоких температурах. К теплоизоляционным керамическим материалам относятся диатомитовые, пенодиатомитовые, перлито диатомитовые изделия, а также такие рыхлые, сыпучие материалы, как керамзитовый щебень, гравий, песок и аглопоритовый песок и щебень).
Искусственные заполнители для легких бетонов. К легким заполнителям относят керамзитовый гравий и песок, аглопоритовый щебень и песок. Керамзитовый гравий представляет собой искусственный пористый материал, получаемый обжигом вспучивающихся силикатных горных пород. Он имеет окатанную шаровидную или эллипсоидную форму. Сырьем для керамзитового гравия служат легкоплавкие глинистые породы, способные при обжиге вспучиваться. Это глины, суглинки, глинистые сланцы, трепелы, диатомиты и др. Для повышения качества керамзита вводят различные добавки: лигносульфонаты технические, древесные опилки, уголь, торф и др. Переработка сырья и формование гранул выполняется пластическим и полусухим способами. По пластическому, наиболее распространенному способу, переработанная и увлажненная до 18– 26 % глина поступает в ленточный пресс, снабженный перфорированной плитой. Выдавленные через отверстия жгуты разрезаются на брикеты, равные их диаметру. Формование гранул может также выполняться на дырчатых вальцах, где глиняная масса захватывается и продавливается через отверстия внутрь цилиндра. Обжигают керамзитовый гравий во вращающихся печах.
Керамзитовый песок имеет размер зерен от 0, 16 до 5 мм. Изготавливают его дроблением керамзитового гравия. На изготовление 1 м 3 песка расходуется 1, 8– 2 м 3 гравия. Эта технология неэкономична: стоимость песка в два раза превышает стоимость гравия. Наиболее совершенной является технология обжига песка в печах кипящего слоя, когда теплоноситель продувается через слой гранул, в результате чего они выходят из спокойного состояния и переходят в состояние непрерывного движения. Щебень и песок аглопоритовый представляют собой искусственный пористый материал, получаемый из легкоплавких глин на агломерационных установках с последующим дроблением. По крупности зерен аглопорит подразделяется на щебень и песок. Сырьем для изготовления аглопорита служат малопластичные слабовспучивающиеся глины, суглинки и др. , в качестве добавок – уголь, шлак, опилки, лигносульфонаты технические. Гранулы формуются из подготовленной сырьевой массы продавливанием через перфорированную решетку ленточного пресса или же при помощи дырчатых вальцев, затем они поступают на агломерационную машину, где происходит спекание гранул в крупные пористые конгломераты на решетке за счет принудительного просасывания воздуха через шихту. Максимальная температура обжига составляет 1400– 1600 °С. Затем производится дробление и рассеивание на фракции. Керамзитовые и аглопоритовые щебень и песок применяют для изготовления легких бетонов, могут использоваться в качестве теплоизоляционных материалов.
9. Материалы и изделия из стеклянных расплавов. Стекло, получение, свойства. Ситаллы и шлакоситаллы. Стеклом называют твердый аморфный материал, получаемый из переохлажденных жидких минеральных расплавов. Основным сырьем для изготовления стекла, является чистый кварцевый песок (72 75%), известняк (Са. СО 3), доломит (Са. СО 3; Mg. СО 3), кальцинированная сода (Na 2 CO 3), сульфат натрия и полевой шпат. Для придания специальных свойств: повышенной термостойкости, прочности, химической стойкости, светорассеивания, цвета в состав вводят добавки. Производство стекла включает следующие технологические процессы: подготовка сырьевых материалов, включающая их очистку, дробление, помол до определенного размера и сушку; дозирование компонентов и приготовление рабочей увлажненной, для исключения пылеотделения, смеси – шихты; подача шихты в стекловаренные печи, где происходит ее расплавление сначала с образованием непрозрачного расплава, а затем при подъеме температуры до максимальной 1400 1500 о. С, перемешивания и удаления газообразных продуктов, прозрачной стекломассы; охлаждение стеклорасплава на 200 300 о. С для повышения вязкости; формовка изделий и их охлаждение по определенному режиму.
Одна из основных особенностей стекла – способность стекломассы поддаваться разнообразным способам формования. Стекломассу можно: заливать в форму; штамповать; прокатывать между вальцами; прессовать; выдувать изделия сложной конфигурации; вытягивать в листы, трубки и нити. Отформованные изделия охлаждают в специальных печах и камерах. Если охлаждать медленно (отжиг), то возникающие при формовке остаточные напряжения ослабевают до нормы, что обеспечивает длительную и надежную эксплуатацию стеклянных изделий. Если повторно нагреть полученное изделие, а затем резко охладить, то можно получить равномерно распределенные остаточные напряжения сжатия во внешних слоях и растяжения во внутренних. Такой режим охлаждения называют закалкой. Если в исходную шихту ввести некоторые добавки: оксиды металлов или соединения фтора, то при повторном нагревании полученных изделий в стекле начинается процесс кристаллизации. Добавки, представляющие собой кристаллические вещества, играют роль катализаторов. В результате образуется сложная структура, содержащая 90 95% беспорядочно ориентированных микрокристаллов (размером менее 1 мк) и остальное стекловидную фазу.
По свойствам стеклокристаллические материалы (ситаллы) занимают промежуточное положение между стеклом и керамикой. Они прочнее стекла, тверже высокоуглеродистой стали, легче алюминия, химически и термически устойчивы, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, по коэффициенту расширения некоторые из ситаллов близки к кварцевому стеклу. Если в качестве исходного сырья используют шлаки черной металлургии, то получают шлакоситаллы с аналогичными свойствами. Строительное стекло представляет собой биостойкий, невозгораемый, жесткий материал, обладающий высокой стойкостью к действию влаги, солнечной радиации и отрицательных температур. Свойства стекол зависят от химического состава: плотность изменяется в пределах от 2200 до 8000 кг/м 3; прочность при сжатии составляет 100 700 МПа; прочность при растяжении 30 80 МПа. Стекло обладает низкой термической устойчивостью (перепад температуры составляет не более 80 о. С) и прочностью на удар. С увеличением толщины изделия сопротивление удару тепло и звукозащитные свойства возрастают. По электрическим свойствам стекла относятся к диэлектрикам. Силикатные строительные стекла отличаются высокой химической стойкостью за исключением действия плавиковой и фосфорной кислот. Этот материал обладает уникальными оптическими свойствами: светопропусканием, которое достигает 92%, светопреломлением, отражением и рассеиванием света.
Материалы и изделия из стеклорасплавов Наибольший объем выпускаемой продукции составляют листовые стекла, представляющие собой плоские листы у которых длина и ширина во много раз больше толщины изделия. Эти материалы получают из стекломассы: • вертикальным вытягиванием; • горизонтальным прокатом между двумя вращающимися валиками; • флоат–способом. Сущность флоат способа в том, что струя стекломассы (1000 о. С), непрерывно подается на поверхность расплавленного олова (232 о. С), растекается по ней слоем определенной толщины и, в результате охлаждения, превращается в ленту стекла с полированной поверхностью. В строительстве применяют следующие виды листовых стекол: § оконное; § витринное полированное и неполированное; § светорассеивающее узорчатое; § цветное; § армированное; § солнцезащитное, § многослойное (триплекс); § увиолевое.
Оконным называют бесцветное прозрачное листовое стекло толщиной 2 6 мм, которое применяют для остекления окон, дверей жилых (2, 5 3 мм), общественных, производственных зданий и сооружений (3 6 мм). Витринным называют крупногабаритные листы бесцветного прозрачного неполированного и полированного стекла толщиной 6, 5 10 мм. Основное назначение – остекление витрин и витражей зданий аэропортов, автовокзалов, торговых и спортивных зданий с использованием стальных и алюминиевых переплетов. Цветное листовое стекло вырабатывают или из окрашенной стекломассы или путем плотного соединения при формовании бесцветного и тонкого цветного слоев. Этот вид стекла толщиной до 4, 5 мм используют для декоративного остекления световых проемов, оформления фасадов, внутренней облицовки, а также для изготовления витражей. Армированное стекло получают путем проката стекломассы с закатанной внутрь металлической сеткой. Это придает ему повышенную безопасность и огнестойкость. Стекло может быть цветным, а поверхность узорчатой. Применяют армированное стекло для остекления окон, дверей, выполнения светопрозрачных кровель и перегородок. Узорчатое стекло имеет на одной или обеих поверхностях четкий рельефный рисунок. Оно обеспечивает рассеивание света и обладает высокими декоративными свойствами. Этот вид стекол используют для остекления оконных и дверных проемов, устройства перегородок.
Солнцезащитными или теплопоглощающими называют стекла с низким пропусканием инфракрасных солнечных лучей. Такой вид стекол может быть получен или за счет введения в исходное сырье окислов металлов (кобальта, никеля) или путем покрытия поверхности листового стекла прозрачным солнцезащитным составов из окислов металлов. Солнцезащитные стекла целесообразно использовать для остекления зданий административно общественного и производственного назначения. При поглощении инфракрасных лучей происходит нагревание стекол на несколько градусов, поэтому целесообразно выполнять двойное остекление с наружным расположением теплопоглощающего. Увиолевое стекло получают из шихты определенного химического состава. Оно обладает способностью пропускать до 75% ультрофиолетовых лучей, поэтому его применяют для остекления оранжерей, соляриев, зимних садов. Многослойное стекло состоит из нескольких листов обычного стекла, склеенных между собой прозрачной, эластичной полимерной прокладкой. Наибольшее распространение получило трехслойное стекло – триплекс, которое обладает высокой прочностью и безопасностью. В строительстве многослойное стекло используют в качестве дверных полотен, специальных ударопрочных перегородок и ограждений. С этой же целью используют листовое закаленное стекло, которое может быть прозрачным, матовым и тонированным.
К конструкционным материалам относятся: стеклоблоки; стеклопрофилит; стеклопакеты; стекложелезобетон; стеклянные трубы.
Стеклянные блоки представляют собой пустотелые стеклоизделия с герметичной воздушной полостью, неокрашенные и цветные, получаемые сваркой по периметру двух отпрессованных полублоков, внутренняя поверхность которых может быть гладкой или рифленой для обеспечения светорассеивания. Профильное стекло (стеклопрофилит) является погонажным изделием с сечением определенного профиля (швеллерное, ребристое, коробчатое, овальное, треугольное), которое применяют для устройства наружных светопрозрачных ограждающих конструкций, перегородок, ограждений балконов. Его производят непрерывным прокатом ленты листового стекла неокрашенного или цветного и изгибанием ее при прохождении через формующее устройство. После остывания изделие разрезают по длине на заданные размеры. Профильное стекло может быть неармированным и армированным стальной проволокой или сеткой. Стекложелезобетонные крупноразмерные изделия в зависимости от назначения подразделяют на стеновые, конструкции покрытий, сводов и куполов. В этих конструкциях, толщина которых равна высоте стеклоблока, нагрузку воспринимает железобетон, а заформованные в процессе изготовления стеклянные изделия обеспечивают равномерное освещение помещения. Многолетний опыт показал, что для транспортировки особо чистых веществ в пищевой и химико фармацевтической промышленности наиболее эффективны стеклянные трубы, полученные методом экструзии из стекломассы с толщиной стенок 2, 5 12 мм и диаметром 50 300 мм. Основными достоинствами таких труб являются высокая коррозионная стойкость, чистота поверхности, газо и водонепроницаемость, прозрачность, стойкость при температуре от – 50°С до +100°С и давлении до 0, 6 МПа.
Стеклопакетами называют изделия высотой (длиной) от 400 до 2550 мм шириной от 400 до 2950 мм и толщиной до 46 мм состоящие из двух или более листов светопропускающего стекла, соединенных между собой по контуру таким образом, что между ними образуются герметически замкнутые прослойки толщиной 6 18 мм, заполненные сухим воздухом или газом. По способу изготовления стеклопакеты подразделяют на клееные, паяны и сварные, по числу слоев стекла – двух , трех и четырехслойные. Они предназначены для остекления окон, витрин, балконных дверей общественных, производственных и промышленных зданий. В зависимости от того, какие виды листового стекла использованы для их получения, стеклопакеты могут быть обычными и специального назначения. Свойства применяемых стекол можно регулировать в широких пределах за счет применения специальных оконных пленок, которые располагают на внутренней или внешней поверхностях. С их помощью обеспечивают ударопрочность, безосколочность, термоизоляционность, защиту от ультрафиолетового излучения, пожаростойкость.
Отделочные материалы производят из цветного глушенного (непрозрачного) стекла, обычного стекла с окрашенной поверхностью, а также из ситаллов и шлакоситаллов. Они предназначены для внутренней и наружной облицовки стен (стемалит, марблит, стеклянные и коврово мозаичные плитки и др. ), а те материалы, которые обладают высокой прочностью на истирание и удар (плиты стекломрамора, ситаллов, шлакоситаллов и др. ), применяют для покрытия пола. С целью утилизации больших объемов заводского стеклобоя разработаны технологии получения облицовочных материалов с использованием стеклоотходов. К ним относятся стекломрамор, стеклокремнезит, стеклокерамит, стеклокристаллит. К материалам специального назначения: теплоизоляционным и акустическим относятся изделия из ячеистого стекла и стеклянных волокон. К рыхлым, зернистым пористым материалам, полученным дроблением резко охлажденного шлакового стеклорасплава, относится шлаковая пемза (термозит).
10. Структура и свойства металлов. Производство черных металлов. Металлы – это вещества, обладающие высокой прочностью, пластичностью, тепло и электропроводностью, характерным блеском. Металлы подразделяются на две группы: § черные; § цветные. К черным относят металлы и сплавы, в которых основным компонентом является железо. К цветным относят металлы и сплавы, в которых основным компонентом является не железо, а другие элементы: алюминий, медь, цинк, магний и пр. В строительстве чаще всего применяются черные металлы: чугун и сталь. Чугун – это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 2, 14 %. Сталь – это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода не более 2, 14 %. При наличии углерода до 0, 25 % сталь называется низкоуглеродистой, при содержании его от 0, 25 до 0, 6 % – среднеуглеродистой и при содержании углерода более 0, 6 % – высокоуглеродистой. С повышением содержания углерода уменьшается пластичность стали, повышается хрупкость.
В строительстве для конструкций, подвергающихся динамическим нагрузкам, чаще всего применяют низкоуглеродистые стали. Из них строят мосты, фермы, резервуары, трубопроводы. Для улучшения свойств чугунов и сталей в их состав вводят легирую щие обавки: д марганец, хром, никель, молибден, алюминий, медь и др. При содержании легирующих добавок до 2, 5 % стали называют низколегированными, при 2, 5– 10 % – среднелегированными и более 10 % – высоколегированными. Легирующие вещества повышают коррозионную стойкость, ковкость, упругость черных металлов. В строительстве применяются в основном низколегированные стали. Цветные металлы разделяют на легкие и тяжелые. Легкие имеют плотность менее 3, 5 г/см 3. Основными компонентами легких металлов являются алюминий и магний. СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В твердом состоянии атомы металлов и сплавов образуют правильную пространственную кристаллическую решетку. Наибольшее распростране ние имеют кубическая объемно центрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная решетки. Пространственные кристаллические решетки образуются при переходе металла из жидкого состояния в твердое, т. е. кристаллизации. Каждый металл кристаллизуется при строго индивидуальной температуре. При совместной кристаллиза ции ескольких элементов образуются сплавы в виде н механических смесей, твердых растворов, химических соединений.
СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ К механическим свойствам металлов относят прочность, твердость, ударную вязкость, усталость, ползучесть. Они определяются стандартными способами и учитываются при проектировании конструкций и изделий из металлов. Прочность – это способность металла сопротивляться действию внешних сил. Различают прочность при растяжении, сжатии, изгибе, кручении. Под твердостью понимают свойство металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела. Твердость определяют следующими способами: по Бринеллю, по Роквеллу, по Виккерсу. Получение чугуна. Исходными материалами для получения чугуна служат железные руды, топливо и флюсы. В железных рудах основной составляющей частью являются оксиды железа. Кроме них руды содержат пустую породу, состоящую из других оксидов металлов, а также неметаллических включений – глинозема, известняка, песка. Для выплавки чугуна применяют магнитный железняк с содержанием железа до 70 %, красный железняк с содержанием железа 50– 60 %, бурый железняк c содержанием железа около 30 % и шпатовый железняк с содержанием железа до 30– 40 %. Топливом служит кокс, получаемый сухой перегонкой (без доступа воздуха) отдельных видов каменных углей. Он же является восстановителем железа. В качестве флюсов (плавней) применяются известняк, доломит, кварцевый песок. Их назначение – понизить температуру плавления пустой поро ды для перевода ее и и золы топлива в шлак. Восстановление железа из оксидов и отделение руды от пустой породы
Руду, флюс и топливо загружают сверху чередующимися слоями. Снизу через фурмы подается нагретый до 600– 900 °С воздух. Топливо горит в верхней части горна. Образующийся оксид углерода восстанавливает железо. После восстановления железа образуется карбид железа (цементит). При температуре выше 900 °С происходит науглероживание железа, выше 1147 °С образуется жидкий чугун и плавится пустая порода с флюсом, а затем и с золой кокса, и образуется шлак. Они собираются в нижней части горна, чугун – внизу, шлак, как более легкий, над чугуном. Периодически чугун и шлак выпускаются через летки. На 1 т чугуна получается 0, 6 т шлака. Он используется при изготовлении портландцементов, шлакощелочных вяжущих, щебня и пр. Чугуны подразделяются на литейные, применяемые для труб, санитарных деталей; передельные, используемые для производства стали; специальные – сплавы железа с марганцем (ферромарганец), с кремнием (ферросилиций) и другими, которые служат раскислителями или легирующими добавками при получении стали. Получение стали Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода (до 2, 14 %) и других примесей. Она имеет более высокую пластичность, лучше обрабатывается. Получение стали из чугуна заключается в уменьшении примесей до допускаемого количества. Основными примесями в стали являются сера, фосфор, марганец, кремний. Основными способами производства стали являются: Ø конверторный; Ø мартеновский; Ø электроплавка.
Конверторный способ получения стали заключается в продувке воздухе или кислорода через расплавленный чугун. Процесс осуществляется в специальных печах – конверторах. Различают кислый (бессемеровский), основной (томасовский) и кислородно конверторный способы. Первые два имеют ограниченное применение из за низкого качества стали. Основным способом является кислородно конверторный, при котором окисление чугуна осуществляется технически чистым кислородом. Материалами для получения стали служат расплавленный чугун, лом, окислители. Мартеновский способ выплавки стали осуществляется на поду мартеновской печи. Мартеновская печь является пламенной печью, в рабочем пространстве которой сжигается газообразное или жидкое топливо. Высокая температура создается за счет регенерации тепла отходящих газов. Сырьем служат стальной лом, флюсы и чугун, которые последовательно загружают в печь. Мартеновским способом получают высококачественные стали необходимого состава. Их применяют для изготовления мостов, ферм, рельсов. Электроплавка осуществляется в дуговых и индукционных печах. Наиболее распространены электродуговые печи вместимостью от 0, 5 до 360 т. Тепло образуется электрической дугой, возбуждаемой графитовыми электродами и металлической шихтой. В электропечах получают стали заданного химического состава. Это высококачественные конструкционные, инструментальные, коррозионностойкие, жаростойкие и другие специальные стали. Однако стоимость их выше конверторной и мартеновской.
11. Виды коррозии металлов. Методы защиты. Коррозией называется процесс химического и электрохимического разрушения металлов под воздействием окружающей среды. Химическая коррозия происходит при воздействии на металл сухих газов и растворов неэлектролитов – бензина, масел, мазута, спиртов и др. На поверхности металла образуется пленка из продуктов коррозии. Электрохимическая коррозия происходит при воздействии на металл растворов электролитов: воды, водных растворов солей, кислот, щелочей, расплавов солей и щелочей. В этих условиях коррозию можно рассматривать, как работу множества микрогальванических элементов, возникающих на поверхности металла вследствие неоднородности металла или окружающей среды. Коррозия металлов в атмосфере, почве и других агрессивных средах арматурной стали и бетона, имеет свои особенности.
Атмосферная коррозия. В сухой атмосфере окисление металла происходит медленно и существенного его разрушения не происходит. При воздействии дождя, снега, водяного пара, при эксплуатации конструкций в воздухе с повышенной влажностью скорость коррозии становится высокой. Степень агрессивности атмосферы может повыситься в десятки и сотни раз при воздействии загрязненного воздуха. Способ защиты металла выбирается в каждом отдельном случае. Повышенную коррозионную стойкость имеют легированные стали с добавкой хрома, никеля, меди. Углеродистые стали защищаются лакокрасочными и металлическими покрытиями, смазками. Почвенная коррозия. Почвенной коррозии подвергаются трубопроводы, шпунты, различные опоры. Она определяется составом почвы, грунтовых вод, температурой и пр. Усиливают коррозию бактериальные процессы. Коррозионная стойкость конструкций повышается применении сталей, легированных хромом и никелем. Защищают от почвенной коррозии конструкции из углеродистой стали металлическими, силикатными, лакокрасочными покрытиями, обрабатывают почву замедлителями коррозии. Защита от блуждающих токов осуществляется дренажной защитой, заключающейся отводом их в источник, соз дающий эти токи. При наличии агрессивных микроорганизмов применяют изолирующие покрытия, добавляют в почву яды. Коррозия арматурной стали в железобетоне. Одним из существенных недостатков железобетона является коррозия арматурной стали. Она носит преимущественно электрохимический характер и протекает на границе металл раствор электролита. Для защиты арматуры в железобетоне следует ограничить поступление к ней, в первую очередь, кислорода воздуха и воды. Эту функцию выполняет защитный слой бетона толщиною 10– 20 мм и более
Коррозия арматурной стали в бетоне. Коррозия возможна при наличии деполяризации металла. Участок металла, который растворяется, называется анодом, а на котором происходит разряд избыточных электронов, – катодом. Предотвратить коррозию можно способами, обеспечивающими р. Н поровой жидкости бетона выше 11, 8. Плотность бетона должна быть такой, чтобы в течение всего срока эксплуатации конструкций защитный слой не был нейтрализован кислыми газами и жидкостями. Коррозия и защита стальных мостов. Нормативный срок службы металлических железнодорожных мостов 100 лет. Они эксплуатируются в тяжелых условиях. Способствуют разрушению атмосферные воздействия, агрессивность перевозимых грузов. Особенно сильно корродируют верхние пояса продольных балок (ферм) в местах опирания мостовых брусьев с ездой поверху. В пролетных строениях с ездой понизу интенсивно корродируют элементы ниже уровня мостового полотна. Способы защиты стальных конструкций мостов делят на две группы. Первая – на стадии изготовления, вторая – защитные мероприятия в процессе эксплуатации. На первой стадии применяют специальные мостовые низколегированные стали, имеющие повышенную стойкость. Цементация, азотирование, диффузионная металлизация стали позволяет применять ее на открытом воздухе без защитных покрытий. На второй стадии стальные конструкции защищают лакокрасочным и металлизационно лакокрасочным покрытиями. Они наносятся согласно Технологическим правилам окраски железнодорожных мостов. Учитывая значимость этого способа, остановимся на нем более подробно.
Скачать презентацию Аккредитация специальности 1 -70 03 01 Автомобильные дороги
Аккредитация специальности.ppt