Конспект лекций по предмету Строительные материалы специальности Мосты и транспортные тоннели

Низкообжиговые.

Обыкновенный строительный гипс (алебастр), формовочный гипс, медицинский

гипс, высокопрочный гипс.

Сырье- гипсовый камень.

130-180 oC

CaSO4*2H2O-----------------> CaSO4*0.5H2O + 1.5H2O

Вяжущее вещество

Высокообжиговые.

Ангидритовое вяжущее вещество, экстрих-гипс.

800 oC

CaSO4*2H2O-----------------> CaSO4 + 2H2O

Ангидритовое вяжущее вещество.

Начало схватывания не ранее 30 минут, конец схватывания не позднее 24

часов.

Марки: М-50, М-100, М-150, М-200.

Ангидритовое вяжущее вещество затворяют не водой, а растворами сульфатных

солей, в частности раствором MgSO4.

Экстрих-гипс.

>1000 oC

CaSO4-----------------> CaO + SO3

Экстрих-гипс можно затворить водой, т.к. CaO- катализатор твердения.

Гипсовые вяжущие вещества применяют для приготовления растворов и бетонов,

сухих шпаклевочных смесей, гипсокартонных и гипсоволоконных листов,

акустических плиток и т.д.

Воздушная известь.

Воздушная известь- это продукт, получаемый обжигом ниже температуры

спекания известково-карбонатной пород, мела, кальцита, известняка-

ракушечника и т.д.

Классификация воздушной извести:

1. По внешнему виду:

. Комовая негашеная

. Молотая негашеная

. Известь-пушенка

. Известковое тесто (известь-пушенка с водой)

. Известковое молоко

2. В зависимости от содержания CaO известь делится на сорта:

1 сорт- >90%

2 сорт-> 80%

3 сорт- >70%

3. В зависимости от температуры гашения различают высокоэкзотермическую

(температура гашения более 70 оС) и низкоэкзотермическую (температура

гашения менее 70 оС) воздушные извести.

4. В зависимости от скорости гашения различают извести:

. Быстрогасящуюся (время гашения менее 6 минут)

. Среднегасящуюся (время гашения от 6 минут до 20 минут)

. Медленногасящуюся (время гашения более 20 минут)

Процесс гашения извести:

1) CaO + H2O ------> Ca(OH)2 + Q^

2) Ca(OH)2 + CO2 -----> CaCO3 + H2O

Производство извести.

Состоит из стадий:

1. Добыча сырья

2. Подготовка сырья (дробление, рассев по фракциям)

3. Обжиг

Применение извести.

1. Изготовление известковых растворов и бетонов

2. Изготовление силикатного кирпича и силикатных бетонов

3. Окрасочный материал (побелка стен, потолков)

Магнезиальные вяжущие вещества.

Сырье- MgCO3 (магнезит), MgCO3*CaCO3

800 oC

1) MgCO3 ----------> MgO + CO2

2) MgCO3*CaCO3 -------> MgO + CO2 + CaCO3

в виде балласта

Магнезиальные вяжущие вещества затворяют не водой, а растворами

магнезиальных солей.

Применение:

1. Наливные полы

2. Стеновые каменные блоки

Кислотоупорный цемент.

Состоит из трех компонентов:

1. кислотоупорный наполнитель (тонкоизмолотый кварц, гранит)

2. жидкое стекло (натриевое Na2O*nSiO2 или калиевое K2O*mSiO2, где n=2-3,

m=1.5-2)

3. интенсификатор твердения (кремнефтористый натрий, 6-8% от массы

жидкого стекла)

Гидравлические вяжущие вещества.

Портланд-цемент.

Изобретен в 1824 году английским каменщиком.

Портланд-цемент- это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким

помолом портланд-цементного клинкера с небольшим количеством гипса.

Портланд-цементный клинкер- это зерна серого или зеленого цвета, диаметром

от 5 до 30 мм, получаемые обжигом сырьевой смеси, состоящей из известняков

и глины (75% CaCO3, 25% глины)

Гипс в количестве до 5% добавляют к клинкеру для регулирования сроков

схватывания.

Химический и минералогический состав портланд-цемента:

CaO – 57-63% известняк

SiO2 – 25-30% составная глины

Al2O3 – 4-10% составная глины

Fe2O3 – 4-8% составная глины

Минералы:

3CaO*SiO2 или C3S – алит (45-60%)

2CaO*SiO2 или C2S – двукальциевый силикат (белит, 20-30%)

3CaO*Al2O3 или C3A – трехкальциевый силикат (4-10%)

4CaO*Al2O3*Fe2O3 или C4AF – 10-20%

[pic]

,где R- прочность, t- время.

Процесс производства портланд-цемента:

1. Добыча известняка и глины

2. Приготовление сырьевой смеси (дробление, помол, корректировка состава

сырья)

3. Обжиг

4. Помол клинкера совместно с гипсом

5. Магазинирование

В зависимости от способа подготовки сырья существует три способа

производства цемента:

1. Сухой

2. Мокрый

3. Комбинированный

Сухой способ производства портланд-цемента.

Известняк и глина измельчаются при влажности 2-4%. Измельчение проводится в

шаровых дробилках (шаровых мельницах).

[pic]

Мокрый способ.

Известняк и глину измельчают в мокром состоянии при влажности 50-60%

Комбинированный способ.

Сырьевые компоненты измельчаются в мокром состоянии, а перед обжигом

высушиваются.

Обжиг сырьевой смеси.

Осуществляется во вращающихся печах длиной 70-240 метров и диаметром 3-4

метра.

[pic]

Стадии твердения.

1. Растворение компонентов цемента в воде

2. Образование пересыщенного раствора или геля

3. Кристаллизация

При твердении цемента образуются:

. Гидросиликаты

. Гидроаллюминаты

. Гидроферриты кальция

. Гидроксид кальция

Разновидности портланд-цемента.

1. Быстротвердеющий пртланд-цемент (БТЦ, ОБТЦ)

Отличия от обыкновенного цемента:

. Повышенное содержание C3S (>60%)

. Повышенная тонкость помола

. Повышенная удельная поверхность S=3500 см2/г (у обыкновенного

S=2500 см2/г)

Имеет нормированную прочность на третьи сутки.

2. Пластифицированный портланд-цемент.

Обладает пониженной водопотребностью за счет введения небольшого

количества (до 3%) пластифицирующих добавок.

Добавки:

. ССБ- сульфитно-спиртовая барда

. АДБ- сульфитно-дрожжевая бражка

. ЛСТ- лигно-сульфанат технический

. Продукты переработки древесины на ЦБК

3. Гидрофобный портланд-цемент

Гидрофобные добавки:

. Асидол

. Мылонавт

. Олеиновые кислоты

4. Томпонажный портланд-цемент

Для гидроизоляции нефтяных и газовых скважин.

5. Белый и цветные портланд-цементы.

Белый цемент получают путем обжига беложгущихся глин.

Делится на три сорта по белизне:

. Белый

. Менее белый

. Еще менее белый

На основе белых цементов можно получить цветные путем введения

щелочестойких пигментов.

Цветные цементы используются для изготовления полов.

6. Пуццолановый портланд-цемент.

Содержит до 60% активных минеральных добавок (АМД).

Активные минеральные добавки связывают гидрат окиси кальция в

нерастворимые соединения.

Такой цемент лучше работает под водой, нежели на воздухе.

7. Шлако-портланд-цемент.

Содержит до 40% тонкомолотого доменного гранулированного шлака.

8. Расширяющийся портланд-цемент.

9. Напрягаемый портланд-цемент.

10. Безусадочный портланд-цемент

Коррозия цемента.

В процессе эксплуатации цементный камень может достаточно быстро

разрушаться под воздействием растворов кислот, солей, агрессивных газов и

других активно-влияющих химичесих соединений.

Виды коррозии:

1. Разрушение происходит за счет вымывания составляющих цемента, в

основном гидроксида кальция, мягкими водами.

2. Разрушение цемента под воздействием растворов кислот и солей с

образованием легко растворимых соединений.

3. Образуются соединения, конечный объем которых в несколько раз

превышает суммарный объем исходных компонентов.

При коррозии третьего вида надо использовать сульфатостойкий портланд-

цемент.

Органические вяжущие вещества.

Органические вяжущие вещества- это смеси высокомолекулярных углеводородов и

их неметаллических производных.

К органическим вяжущим веществам относятся битумы и дегти.

Битумы бывают природные и искусственные.

Дегти- только искусственные.

Органические вяжущие вещества при нагревании размягчаются, при охлаждении

затвердевают.

Для них характерны следующие свойства:

. Нерастворимость в воде и водонепроницаемость

. Атмосферная стойкость.

. Хорошее сцепление с поверхностью каменных материалов

. Кислото- и щелочестойкость

. Растворимость в бензоле, хлорофилле, четырехфтористом углероде.

Химический состав органических вяжущих веществ:

. Углерод 80%

. Водород 10%

. Кислород 5%

. Азот 3%

. Сера 2%

Битумы состоят из следующих групп углеводородов:

1. Масла- это жидкости с высокомолекулярной массой (300-500)

2. Смолы- это вязкие вещества с молекулярной массой 500-1000

3. Асфальтены- это твердые вещества с молекулярной массой 1000-5000

Структурный состав битумов:

[pic]

Масла придают битумам текучесть, смолы- вязкость, а асфальтены- твердость и

температурную стойкость.

Дегти содержат кроме вышеперечисленных веществ еще фенолы и свободный

углерод.

Искусственные битумы получают путем переработки нефти. В зависимости от

способа получения искуссвенные битумы бывают:

. Остаточные

. Окисленные

. Крекинговые

. Компаундированные

Дегти получают путем деструктивной переработки твердого топлива, напр.,

каменного угля, торфа, древесины.

Битумы и дегти подразделяются на марки, которые определяются по следующим

свойствам:

. Пенетрация

. Дуктильность

. Температура размягчения

. Температура хрупкости (определяется по прибору Фрааса)

Применение битумов:

. Примерно 80% органических вяжущих веществ используется в дорожном

строительстве (асфальтовые бетоны, асфальтовые раствор)

. Кровельные материалы (в виде рулонных, листовых материалов и в виде

мастик)

. Стеклорубероид (основой рубероида является стеклоткань, а не картон)

. Фольгаизол (на фольгу с одной стороны наносят слой битума)

. Изол, бризол (наполнитель автопокрышки)

Гидроизоляционные материалы.

Служат для изоляции стен, фундаментов, труб.

Выделяют:

. Лакокрасочные материалы (черные лаки, краски)

. Гидроизоляционные материалы для наклейки линолеума, плиток ПВХ.

Бетоны.

Бетон- это искусственный каменный материал, получаемый в результате

твердения рационально подобранной смеси вяжущего вещества, крупного (щебня

или гравия), мелкого (песка) наполнителей и воды.

Классификация бетонов.

1. По средней плотности (?):

. Особо тяжелые ?>2500 кг/м3

. Тяжелые ?=2200-2500 кг/м3

. Облегченные ?=1800-2200 кг/м3

. Легкие ?=500-1800 кг/м3

. Особо легкие ?4). Нельзя

применять для бетона: болотные и сточные воды, воды горных рек

(содержание солей в воде должно быть не более 2500 мг/л, содержание

сульфатных солей не более 2200 мг/л).

Вода для бетона не должна содержать в себе масел, сахара, органических

примесей, ила и т.д. все это снижает прочность бетона.

3. Песок- рыхлая смесь зерен размерами от 0,14 до 5 мм.

Для бетона допускается применение речных, морских, овражных, дюнных,

барханных песков. Содержание пылевидных и глинистых примесей в песке

должно быть не более 1%.

Важное значение для бетона имеет зерновой состав песка.

Зерновой состав песка определяется путем просеивания через набор сит.

|5 |100 |

|2,5 |100 |

|1,25 |100 |

|0,63 |100 |

|0,316|100 |

|0,16 |50 |

Просеивают вначале определенный частный остаток на сите А.

mi

A=----------------*100%

mобщ

100

А2,5=------------*100%=10%

1000

Полный остаток на сите А=Аi+(А(вышестоящие сита)

А0,63=10%+40%=50%

Модуль крупности песка Мк

А2,5+А1,25+А0,63+А0,316+А0,16

Мк=-------------------------------------------

100

|Мк | |

|Мк>2.5 |Крупный песок |

|2<Мк<2.5 |Песок средней |

| |крупности |

|1.5<Мк<2 |Мелкий песок |

|Мк<1.5 |Очень мелкий песок|

Для бетона высокой прочности допускается применение только крупных и

средних песков.

Кривая просеивания песка

[pic]

4. Крупный заполнительный элемент- это рыхлая смесь зерен размерами от 5

до 70 мм (гравий, щебень)

Гравий имеет окатанную форму зерна, щебень же- угловатую.

Определение зернового состава для щебня.

|70 |

|40 |

|20 |

|10 |

|5 |

[pic]

Содержание пыли и глины в щебне или гравии должно быть не более 2%.

Содержание пластинчатых и игольчатых зерен в крупном заполнителе не

должно превышать 30%.

Прочность щебня должна быть в 2-4 раза выше прочности бетона.

Прочность щебня оценивают по показателям дробления. Через сито

определяют, сколько раздробилось и определяют плотность по показателям

дробления.

Свойства бетонной смеси.

. Смесь компонентов до начала процесса твердения и схватывания

Бетонная смесь- вязко-упруго-пластичное тело.

. Бетонная смесь обладает тиксотропией- это способность материала

разжижаться при приложении нагрузки и отвердевать при ее снятии.

. Бетонная смесь должна обладать удобоукладываемостью и водоудерживающей

способностью. Удобоукладываемость характеризуется подвижностью и

жесткостью. Подвижность определяется с помощью стандартного конуса.

Если осадка конуса более 10-12 см, то смесь литая, от 7 до 10 см-

подвижная смесь, от до 6 см- малоподвижная смесь, 0 см- жесткая смесь.

В строительства применяют жесткие смеси.

. Водоудерживающая способность- это способность бетонной смеси не

расслаиваться.

Свойства бетона.

. Прочность- характеризуется маркой бетона или классом.

Марка бетона- это прочность стандартных образцов размерами 15Х15Х15 см,

хранящихся при нормальной температуре (20о) и влажности (90-100%).

Определение в возрасте 28 суток.

Класс бетона- определяется на тех же образцах по пределу прочности.

Прочность бетона зависит от 5 факторов.

Факторы, влияющие на прочность бетона.

1. Качество применяемых материалов

2. Активность цемента Rц

3. Водоцементное отношение В/Ц

4. Степень уплотнения (прессование, вибрирование)

5. Условия твердения (температура и влажность), при понижении температуры

в минус твердение не происходит.

Формула Паламея-Семортаева.

Rб28=ARц(Ц/В(0,5)

Rб28- марочная прочность бетона

А- коэффициент качества заполнения

Rц- активность, марка цемента

Ц/В- цементно-водное отношение

0,5-эмпирический коэффициент

-----------------------

l

b

h

P

C3S

C2S

C4AF

C3A

R

t

Страницы: 1, 2