ХИМИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Синтетические волокна Пластмассы СМОЛЫ

ХИМИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Синтетические волокна Пластмассы СМОЛЫ ХИМИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Каучуки Вяжущие вещества ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Отделочные вещества

ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ В основу классификации вяжущих веществ положен главный для практического применения критерий – особенность физикохимических процессов твердения каждого вида вяжущего вещества

I группа ГИДРАТАЦИОННЫЕ Воздушные Гидравлические ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗВЕСТЬ РОМАНЦЕМЕНТ ВОЗДУШНАЯ ИЗВЕСТЬ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ПУЦЦОЛАНОВЫЙ ЦЕМЕНТ МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ РАСШИРЯЮЩИЙ ЦЕМЕНТ АВТОКЛАВНЫЕ ВЯЖУЩИЕ

1 группа ГИДРАТАЦИОННЫЕ ВЯЖУЩИЕ: А. Воздушные. 1. Гипсовые вяжущие, способны затвердевать и длительное время сохранять свою прочность только на воздухе. Низкообжиговые (до 190 С) Высокообжиговые (до С 900) Сырье гипсовый двуводный гипс: камень - Ca. SO 4 · 2 Н 2 О Состав строительного гипса (после обжига): полуводный гипс Ca. SO 4 · 0, 5 Н 2 О Двуводный гипс Ca. SO 4 · 2 Н 2 О Состав: Ангидрит частичной образуется термической известь Ca. SO 4, при диссоциации – Са. О (активизатор твердения) Прочность 12 МПа 106 Па = 1 мегапаскаль (Мпа 1 Па = 1 кг·м-1·с-2. ) Прочность при сжатии 25 МПа Применяется для изготовления Применение: для бесшовных полов, перегородок, стен, отделочных искусственного мрамора, для изготовления декоративных изделий работ

2. Воздушная известь 3. Магнезиальная известь Получают термообработкой Получена умеренным карбанатов Ca. СО 3, Mg. СО 3 обжигом магнезита Mg. СО 3 при 900 -1200 С(сырье: и доломита: горные породы (известняк и Ca. СО 3, Mg СО 3 мел, их основа Ca. СO 3) Состав продукта обжига: Ca. O, Mg. O, При Продукт обжига затворении водой эти вяжущие твердеют Ca. O (негашеная известь) и очень медленно, п. э. добавляют водный некоторое количество Mg. O, раствор хлористого магния – Мg. Сl 2. реакции: -продукт термической Продукт гидрохлорид магния – диссоциации 3 Мg. O. Mg. Cl 2. 6 H 2 O – доломитизированного высокопрочное соединение известняка.

Предел прочности при через 28 дней твердения сжатии 40 -65 МПа. на воздухе, колеблется от 4 до 25 кг/см 2. ПРИМЕНЕНИЕ: изготовление Применение: для изготовления ксилолитовых полов – силикатного кирпича (для возведения стен преимущественно в монолитных и плиточных. районах с низкой влажностью воздуха). Ксилолит-огнестойкий материал

Процесс гидратационного твердения вяжущих Как уже было отмечено ранее, частично обезвоженный гипс (Ca. SO 4 · 0, 5 Н 2 О) обладает избыточной внутренней энергией и поэтому способен к самопроизвольным дальнейшим взаимодействиям с различными веществами (например, с водой). В результате взаимодействия с водой он превращается в более устойчивое гидратное новообразование с меньшей внутренней энергией. Стадия насыщения (затворения). Ее продолжительность – несколько минут. На этой стадии происходит смешивание порошка вяжущего с водой, образуется пластичная масса (тесто, вследствие образования его насыщенного раствора в воде). Одновременно начинается гидратация:

Стадия схватывания (коллоидации). Так как растворимость двуводного гипса в воде значительно меньше, его раствор будет пересыщенным и выделяются кристаллики гипса (размер не больше 0, 001 мкм), притягивающие молекулы воды к своей поверхности. Частицы новообразований контактируют друг с другом через водные оболочки и происходит переход в коллоидное состояние (укрупнение частиц). Такую структура называется коагуляционной. Схватившееся тесто еще не имеет прочности. Длительность стадии коллоидации – несколько минут.

Стадия твердения (кристаллизации). Дальнейшее выделение Ca. SO 4 · 2 Н 2 О ведет к росту кристаллов, утоньшению гидратных оболочек между и разрушению коллоидного состояния вещества. Возникает новая пространственная кристаллизационная структура, образуется искусственный камень, появляется механическая прочность.

I. Гидратационные вяжущие вещества Б, они твердеют и длительное время сохраняют прочность (или даже повышают ее) не только на воздухе, но и в воде. 1. Гидравлическая известь Обжиг при температуре 900 1100 0 С мергеля это известняково-глинистая порода (наряду с Са. СО 3, содержит глины 6 20% (преимущественно силикат алюминия, железа, магния).

Состав после обжига гидравлической извести: Образуется Са. О и силикаты кальция: 2 Са. О. Si. O 2, алюминаты кальция Са. О. Al 2 O 3, . Fe ферриты кальция Са. О 2 O 3

Предел прочности при сжатии их достигает 5 МПа. Применение: для приготовления водостойких строительных растворов, бетонов низких марок и бетонных камней. Растворные смеси менее пластичны и подвижны, зато твердеют они быстрее, водо- и морозостойкие.

2. Романцемент Получают обжигом не до спекания (в пределах 800 -11000 С) известняковых или магнезиальных мергелей, содержащих в своем составе более 20 % глины. СОСТАВ: Оксид кальция почти полностью связывается в 2 Са. О. Si. O 2, алюмосиликаты 2 Са. О. Al 2 O 3. Si. O 2, ферриты 2 Са. О. Fe 2 O 3 силикаты и алюмоферриты кальция 4 Са. О. Al 2 O 3. Fe 2 O 3

Водопотребность романцемента колеблется в пределах 30— 50 %. Прочность его в жестком растворе может достигать 10 МПа Романцемент можно применять для каменной кладки, а также для изготовления бетона, идущего на неответственные части сооружения. Он пригоден для возведения подземных частей небольших сооружений, подвергающихся действию грунтовых вод, например для фундаментов.

Портландцемент Сырье известняки, мел, глины (каронатных пород 75 - 78 % и глинистых пород 22 -25 %) с добавкой гипса. Обжиг при 1450 0 С Примерный состав портландцементного клинкера: 1. Трехкальциевый силикат (алит) — 3 Са. О × Si. O 2 — 40– 65%; 2. Двухкальциевый силикат (белит) — 2 Са. О × Si. O 2 — 15– 45%; 3.

3. Трехкальциевый алюминат — 3 Са. О × Al 2 O 3 — 4– 12%; 4. Четырехкальциевый алюмоферрит — 4 Са. О × Al 2 O 3 × Fe 2 O 3 — 12– 25%. Портландцемент – это основной вид вяжущего в современном строительстве.

Предел прочности при сжатии образцов в возрасте 28 дней соответственно маркам не менее 400, 550 и 600 кгс/см 2, а предел прочности при изгибе – не менее 55, 60, 62 и 65 кгс/см 2. Для монолитного и сборного бетона и железобетона в самых разнообразных отраслях строительства. Для высокопрочных растворов ( в армоцементных конструкциях).

Портландцемент

Пуццолановый цемент 4. Получают путем совместного помола портландцементного клинкера и 20 -40 % пуццоланы. При помоле добавляют гипс 3, 5%. При твердении при взаимодействии между водой и минералами образуются: гидрат окиси кальция, высокоосновные гидроалюминаты и гидроферриты кальция.

Слабо сцементированные отложения вулканических материалов Аморфный кремнезем пуццоланы, реагируя с образовавшимися Са(ОН)2 и переводит их в малорастворимые низкоосновные гидросиликаты x. Ca. O·Si 02·n. H 20 и гидроалюминаты кальция 3 Ca. O·Al 2 O 3· 6 Н 2 О

Более стойкий к выщелачиванию и сульфатной коррозии. Твердеет медленнее и имеет меньшую прочность, вследствие более высокой водопотребностью. Применяют для подводных и подземных частей бетонных и железобетонных конструкций

Пуццолановый цемент

Глиноземистый цемент Сырье: бокситы (52% Аl 2 Оз, 27, 6% Fе 203 и 20, 4 % Н 2 О) и известняки. Его получают путем тонкого помола клинкера, полученного обжигом сырьевой смеси из бокситов и известняков, до плавления (при t=1400°C) или спекания (при t— 1300 С). Высокая прочность, когда он твердеет при температурах не выше 250 С. Нельзя применять для бетонирования массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке. Более стоек по сравнению с портландцементом против коррозии выщелачивания, а также в морской воде. Высокая стоимость, применяется при аварийных работ.

Чаще всего глиноземистый цемент используется на промышленных стройках, где зачастую приходится работать с высокими температурами, а также агрессивными газовой и водной средами. Незаменим этот стройматериал и для работ в зимнее время, а также для изготовления безусадочных и расширяющихся видов цемента.

Расширяющийся цемент К числу расширяющихся относятся напрягающий цемент, состоящий из 65 -75% портландцемента, 12 -20% глиноземистого цемента и 5 -10 % гипса. Эффект расширения полностью компенсирует усадку и напрягает арматуру в железобетоне. Состав этих вяжущих выбирается таким образом, чтобы наряду с процессами твердения можно было регулировать скорость образования и количество главного расширяющегося компонента – кристаллов трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция - 3 Са. О. Al 2 O 3. 3 Ca. SO 4. 32 H 2 O. Прочность ВРЦ (водонепроницаемый) составляет через 6 ч 7, 5 МПа и через 28 сут — 50 МПа Для надежного уплотнения стыков

Водонепроницаемый расширяющийся цемент

Автоклавные вяжущие Эти вяжущие наиболее эффективно твердеют при гидротермальной обработке под давлением (автоклавирование), которая длится 6 -8 ч при По своим механическим свойствам этот вид давлении насыщенного пара в 9— 13 атм. вяжущих имеет более низкие значения при В эту группу вяжущих входят известковопрочих равных условиях с традиционными, кремнезёмистый, нефелиновый, известковооднако для условий, где применение основных шлаковый, известково-зольный цементы и др. вяжущих приводит к нерациональному их использованию, эти вяжущие успешно заменяют последние с достаточно высокой экономической эффективностью Имеют небольшое распространение в строительстве

БЕТОН Состав и консистенция бетона Любой бетон состоит из трех основных компонентов: -цемента, -наполнителя определенных фракций (песок, гравий и др. ), который не должен содержать загрязнений (частицы грязи серьезно влияют на прочностные свойства бетона), -воды, которая должна быть чистой и пресной. Бетон может иметь разную консистенцию (густоту): - жесткий раствор бетона (напоминает влажную землю) потребует уплотнения с усилием; - пластичный (достаточно густой и в то же время подвижный) требует меньшего уплотнения; - литой — практически не требует уплотнения, подвижен и заполняет форму самотеком.

Наполнитель бетона По строительным нормам общий объем воздушных пустот при песчаном наполнителе не должен быть более 37% от общего объема бетона, при гравийном наполнителе — не более 45%, а при щебневом — не более 50%. Роль компонентов бетона – содержания воды Воды в создании бетонной смеси: на одну часть цемента от 25 до 30% воды: - вступает в химическую реакцию с цементом, приводящую к схватыванию и отвердению бетона; - играет роль смазки для компонентов бетона (цемента, песка и гравия). - Следует точностью рассчитывать содержание воды в бетонной смеси, добиваясь ее минимального содержания.

Щебень в качестве наполнителя для бетона Щебень и гравий Полимерный наполнитель для легких бетонов, На базе местных наполнителейи: шлак, кирпичного боя, опилок, камыша

Соотношения цемент/наполнитель Расчет производится по соотношению наполнителя к единице веса или объема цемента, к примеру: бетонная смесь, содержащая 20 кг цемента, 60 кг песка и 100 кг щебня, будет иметь такой состав по весу — 1: 3: 5. Вода, требуемая для составления бетонной смеси, указывается в долях от единицы веса цемента, т. е. если для приведенного примера бетонного состава понадобится 10 л воды, то ее соотношение к цементу будет равно 0, 5. Точное определение соотношения воды и цемента для бетона возможно только опытным путем

Плотность Пористость Водопоглощение Теплоемкость Прочность. Истинной плотностью, pu называется масса единицы объема материала, тяжелый бетон и пенобетон 2600 кг/м 3, полистиролбетон 2100 Пористостью, П называется отношение объема пор к общему объему материала. Водопоглощением - его способность впитывать и удерживать в своих порах воду (разность весов образца материала в насыщенном водой и сухом состояниях, в % от веса сухого материала (водопоглощение по массе) или от объема образца (водопоглащение по объему). Отношение теплоемкости к массе тела m называют удельной теплоемкостью сm, а отношение теплоемкости к количеству вещества M в молях называют молярной теплоемкостью — с. M: сm = С/m [Дж/кг. К] или [ккал/кг. о. С] — удельная теплоемкость; см = С/М [Дж/моль. К] или [ккал/моль. о. С] - молярная теплоемкость. Прочностью называется свойство материала сопротивляться разрушению и деформации от внутренних напряжений под действием внешних сил или других факторов (неравномерная осадка, нагревание и т. д. ). Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Они определяются испытанием стандартных образцов на испытательных машинах. Средней плотностью, pc называется масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и содержащейся в них влагой: тяжелый бетон и пенобетон 700 кг/м 3, полистиролбетон 400 П=(1 - pc/pu)*100 где pc, pu — средняя и истинная плотности материала. Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах, начиная от 0 (сталь, стекло) до 95% (пенобетон). WM=(mв- mc)/mc и Wo=(mв- mc)/V, где mв — масса образца, насыщенного водой, mc — масса образца, высушенного до постоянной массы, V — объем образца. Обычно различают теплоемкость при постоянном давлении Сp (изобарический процесс) и при постоянном объеме Сv (изохорический процесс). Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой (которые определяют чаще всего в возрасте 28 суток). Пенобетон полистиролбетон тяжелый бетон 10%. Пенобетон полистиролбетон 68%. бетон, цемент, известь - 0, 84 удельная теплоемкости к. Дж/кг°С при t = 25°С Класс представляет собой прочность бетона в МПа с обеспеченностью 0, 95 и имеет следующие значения: Bb 1 — Bb 60, с шагом значений 0, 5. Маркой называется нормируемое значение 85%, 91%, В целях экономии цемента, полученные значения предела прочности не должны превышать предел прочности, соответствующей классу или марке, более чем на 15%. прочности бетона в кгс/см 2 (МПа*10). средней

Цементный камнь. По минеральному составу цементный клинкер на 75 % состоит из силикатов кальция (трехкальциевого 3 Са. О • Si. O 2, сокращенно записываемого С 3 S и именуемого алитом, – 4560 % и двухкальциевого 2 Са. О • Si. O 2, сокращенно записываемого С 2 S и именуемого белитом, – 2030 %); трехкальциевого алюмината 3 Са. О • Al 2 O 3(1012)H 2 O, обозначаемого С 3 А, – 5 -12 %; алюмоферритной фазы 4 Са. О Al 2 O 3 Fe 2 O 3, обозначаемого С 4 АF, – 10 -20 %; стекловидной фазы – 4 -15 %; Са. О свободного до 0, 5 -1 %; Mg. O – 1 -5 %; Na 2 O+ K 2 O – 0, 5 -1 %.

Коррозия строительных материалов, Основными принципами повышения коррозионной стойкости строительных изделий и конструкций являются: - подбор состава композиций с низкой активностью в агрессивных средах; - использование специальных покрытий для химической, тепловой и механической защиты изделий и конструкций от воздействия агрессивных сред.

Жидкостная коррозия. 1 Коррозия выщелачивания – растворение компонентов цементного камня и из структуры бетона выносятся : Ca(OH)2 + СO 2 = Ca. СO 3 + H 2 O, Са. СО 3 образуется в поверхностном слое, при карбонизации (значительная толщина защитного слоя и щелочная среда самого бетона обеспечивают ему наличие защитных свойств сразу после изготовления) постепенно снижаются его защитных свойств по отношению к стальной арматуре. 2. При контакте бетона с водными растворами кислот образуется легкорастворимый бикарбонат кальция, который агрессивен для бетона, а при наличии воды растворяется в ней и постепенно вымывается из структуры бетонного камня. Образование бикарбоната кальция: Ca. CO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3)2. 3. Помимо растворения наблюдается и протекание химической коррозии бетона: Ca(OH)2 + 2 HCl = Ca. Cl 2 + 2 H 2 O, при этом вымываются соли хлористого кальция.

Электрохимическая Сквозь поры в цементном камне к арматуре проникает воздух и влага. Подвод их к поверхности металла осуществляется не равномерно из-за чего на разных участках поверхности наблюдаются разные потенциалы – протекает электрохимическая коррозия. Скорость протекания электрохимической коррозии арматуры зависит от влагопроницаемости, пористости бетонного камня и наличия в нем трещин. Биологическая Кроме вышеописанных коррозионных разрушений бетона при наличии микроорганизмов возможно протекание биокоррозии. Грибки, бактерии и некоторые водоросли могут проникать в поры бетонного камня и там развиваться. В порах откладываются продукты их метаболизма и постепенно разрушают структуру бетонного камня

Первичная защита бетона от коррозии Химические добавки: водоудерживающие пластифицирующие Уплотняющие пропитки Бактерицидные материалы Вторичная защита бетона от коррозии предусматривает нанесение на цементный камень различных лакокрасочных материалов, защитных смесей, покрытий и облицовку различными плитами. Т. е. гидроизоляцию бетона. К вторичной защите также можно отнести карбонизацию (выдержку бетона на воздухе).

Химические пропитки. Роль повысить плотность бетона, в результате чего агрессивные агенты в порах замедляют скорость своего передвижения. Арматура, находясь в плотном бетоне менее подвержена коррозионным разрушениям. • Мылонафт. Это пластифицирующая добавка, состоящая из смеси натриевых солей нерастворимых в воде органических кислот. Повышает однородность бетонной смеси RCOONa • Сульфитнодрожжевая бражка • Кремний. СДБ. Это органическая химическая жидкость добавка пластифицирующ • (этилгидроси локсана) его действия. Это кальциевых солей • Повышает водонепроницаемости лигносульфоновы бетона х кислот. • силан Уменьшают слипание цемента R SO 3 Na

К лакам относятся растворы природных или синтетических пленкообразующих веществ в органических растворителях, способные после испарения растворителя образовывать на отделываемой поверхности прозрачное (бесцветное или цветное) покрытие. НИТРАТЦЕЛЛЮЛОЗЫЕ ЛАКИ на основе лакового коллоксилина, раствора нитрата целлюлозы в смеси активных органических растворителей Алкидные (на основе глифталевых смол), пленки которых отличаются твердостью, прозрачностью, водостойкостью Полиуретановые смолы исключительно высокие механическая прочность и износостойкость(продукты взаимодействия веществс группировками изоцианатной (—N = C = O) и гидроксильными группами.

Полимеры в строительстве Полимерами называют высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа одинаковых группировок, соединенных химическими связями. Они являются составляющей частью полимерного материала (включают наполнитель, пластификатор, антиоксидант, краситель, смазки, антипирены и др). Применяют полимеры. синтетические, искусственные Получают: полимеризацией (соединения мономеров при разрыве двойной связи) и поликонденсацией (соединение исходных веществ при отщеплении низкомолекулярых соединений: воды, спирта, галогенводорода и др. ).

Полимерные материалы и изделия для покрытия полов • Линолеум резиновый многослойныйна (основе синтетического каучука, не содержащего окрашивающих антиоксидантов. В состав смеси вводят наполнители, пластификаторы, серу, ускорители вулканизации, пигменты). • Коллоксилиновый линолеум (нитролинолеум). Этот вид линолеума производится на основе— коллоксилина, содержащего от 10, 7 до 12, 2 % азота • Плиточные изделия поливинилхлоридные • Эмали – суспензии пигментов в различных лаках (на основе перхлорвинило вых, нитроцеллюлоз ных и других смол).

Полимерные материалы и изделия для покрытия полов Линолеум поливинилхлоридный Линолеум резиновый многослойныйна (основе синтетического каучука, не содержащего окрашивающих антиоксидантов. В состав смеси вводят наполнители, пластификаторы, серу, ускорители вулканизации, пигменты). Коллоксилиновый линолеум (нитролинолеум). Этот вид линолеума производится на основе технической нитроцеллюлозы — коллоксилина, содержащего от 10, 7 до 12, 2 % азота. Коллоксилин является продуктом нитрации древесной или хлопковой целлюлозы. Отличается повышенной горючестью. Плиточные изделия для полов. Наиболее широко применяют плиточные изделия поливинилхлоридные, резиновые. Эмали – суспензии пигментов в различных лаках (на основе перхлорвиниловых, нитроцеллюлозных и других смол). Пигменты – окрашенные порошки, например кобальтовые и кобальтхромовые пигменты. Полимерные материалы для отделки стен. Рулонные материалы классифицируются: по виду основного сырья на: поливинилхлоридные, алкидные, резиновые, коллоксилиновые, на основе синтетических волокон; На основе ПВХ. Полиплен — пленка поливинилхлоридная: нанесение на бумажную подоснову нескольких слоев из смеси поливинилхлорида, пластификаторов, стабилизаторов, наполнителей, пигментов и добавок. (Винистен. Изоплен Пеноплен. Относятся к группе горючих материалов). Флизелин Основа обоев — флизелиновое полотно, представляющее собой нетканый материал из композиции целлюлозных и минеральных волокон. Оно прочнее бумаги. Рулонные материалы на основе алкидных смол (получаемые из фталевой кислоты и глицерина представлены линкрустом. Линкруст — материал из пластической массы на основе синтетической смолы с наполнителем и пластификатором, нанесенной на бумажную подоснову. Лаки. Полимерные оконные пленки. К лакам относятся растворы природных или синтетических пленкообразующих веществ в органических растворителях, способные после испарения растворителя образовывать на отделываемой поверхности прозрачное (бесцветное или цветное) покрытие. Алкидные (на основе пентафталевых или глифталевых смол) лаки ПФ и ГФ, пленки которых отличаются твердостью, прозрачностью, водостойкостью, хорошей адгезией к различным основам Нитратцеллюлозные лаки НЦ на основе лакового коллоксилина, представляющие собой раствор нитрата целлюлозы в смеси активных органических растворителей (исключительно высокие механическая прочность и Полиуретановые и алкидноуретановые лаки (УР и АУ), в которых в качестве пленкообразователя используются полимеры, содержащие макромолекулы уретановой группы. Особенностью пленок этой разновидности лаков являются их исключительно высокие механическая прочность и износостойкость, Полиуретановые и алкидноуретановые лаки (УР и АУ). . . Пленкообразующие (связующие) вещества Олифы - этот вид пленкообразователей являющийся основным связующим для масляных красочных составов, рунтов, шпатлевок, лаков и красок, а в некоторых из них и единственной составляющей защитного слоя (пленки). Олифы являются продуктом длительного прогрева при температуре 160 -270° С растительных высыхающих масел (льняного, конопляного, тунгового) с одновременным их окислением продувкой воздуха. Для ускорения высыхания олифы в процессе варки масел в них вводятся катализаторы окисления — сиккативы, представляющие собой соли оксидов свинца, марганца, кобальта или растворы других металлических солей жирных кислот в органических растворителях. Синтетические олифы представляют собой растворы синтетических пленкообразователей (например алкидных смол) в органических растворителях.