Связь строения и свойств строительных материалов (на примерах).

Строение (структура) материала изучается на трех уровнях. 1) макроструктура (видна невооруженным глазом); 2) микроструктура (изучается в оптический микроскоп); 3) внутреннее строение вещества (на молекулярно-ионном уровне) определяет прочность, твердость, тугоплавкость…

Виды макроструктуры: 1) волокнистая (древесина); 2) конгломератная (бетон); 3) мелко-пористая (кирпич керамический); 4) ячеистая (пено-, газобетон); 5) слоистая (бумажно-слоистый пластик); 6) рыхло-зернистая (заполнители, засыпки).

Микроструктура: кристаллическая и аморфная (нестабильное, неустойчивое, стремится кристаллизоваться. Пр. кристаллизация стекол). С точки зрения внутреннего состояния аморфное состояние характеризуется хаотичным расположением ионов, атомов, молекул. От сюда изотропия свойств. Кристаллический материал характеризуется наличием кристаллической решетки, т.е. упорядоченным расположением атомов и молекул, которое повторяется в трех измерениях.

Внутреннее строение вещества определяет прочность, твердость, тугоплавкость… Бывает ковалентная связь (алмаз) - высокая прочность, твердость, тугоплавкость; ионная (гипс) не прочны и не водостойки; молекулярные – мол. решетки, низкая t плавления; силикаты (асбест) имеют сложную структуру.

10. Связь состава и свойств строительных материалов. Способы выражения состава:

1) Элементный состав (какие химические элементы и в каком количестве в материале). Пр. битум (C – 70-80%; H – 10-15%; S – 2-9%; O – 1-5%; N – 0-2%). По составу можно узнать о классе материала, а следовательно о его свойствах (о горючести, о биостойкости).

2) Химический состав – в процентном содержании оксидов. Пр. цементный клинкер (CaO – 63-66%; SiO₂ – 21-24%; Al₂O₃ – 4-8%; Fe₂O₃ – 2-4%). По химическому составу можно судить не только о классе вещества, но и о принадлежности его к той или иной группе, а следовательно о свойствах.

3) Минеральный состав – какие минералы и в каком количестве входят в материал. Пр. в горную породу гранита входят: кварц, полевые шпаты, слюды. В цементный клинкер входят искусственные минералы: алит 3CaO*SiO₂, белит 2CaO*SiO₂.

4) Фазовый состав – какие фазы и в каком количестве входят в материал. Твердые, воздух, вода, лед. Все это влияет на свойство материала.

5) Вещественный состав – какие вещества и в каком количестве входят в материал. ШПЦ – шлако-портланд цемент (портланд-цементный клинкер; гранулированный доменный шлак – 21-80%; гипс – 3-5%).

11. Основные элементы технологического процесса. Понятия " сырья", " полуфабриката". Сырье, энергия, оборудование – тесно связаны между собой и взаимно обуславливают друг друга, а также они зависят от состояния экономики и научно-технического прогресса в данной отрасли. Сырье – исходные вещества или смеси из нескольких компонентов, которые поступают в переработку для получения продукции. Сырые мат. – предметы труда подвергшиеся ранние воздействиям труда и подлежащие далее переработке. Полуфабрикат – продукт труда, который должен пройти еще одну или несколько стадий обработки, прежде чем стать годным для употребления. Готовая продукция одного предприятия может служить сырьем для другого предприятия, полуфабрикатом. Пр.: доменный чугун – полуфабрикат для стали; Клинкер полуфабрикат для цемента.

12. Сырьевая база промышленности строительных материалов. Природные материалы. Сырье промышленно строительных материалов: неорганическое природное сырье – горные породы (металлические, неметаллические); органическое природное сырье (с углеродом и т.г. – нефть, газ, уголь); отходы и побочные продукты промышленности (техногенные месторождения). Горные породы – это значительные объемы скопления минералов образующий в земной коре самостоятельные тела. Минералы – продукты природных реакций в земной коре, обладающие составом и физическими свойствами (всего 2000). Горные породы могут состоять из одного минерала – мономинеральные (гипс). Если несколько минералов – полиминеральные (гранит). Карта минералов создалась в 1925 г. Россия по запасам и разнообразию природных материалов нету равных.

13. Классификация природных каменных мат. по условию образования. Основные области применения нерудных материалов в строительстве. В зависимости от условий формирования делят на группы: - Магматические (1) – образуются в процессе кристаллизации(остывания) магмы, всего около 70%.- Осадочные (вторичные) - возникают из продуктов разрушения других пород. - Метаморфические приспособление пород к изменившемся в пределах земной коры физико-химическим условиям. Широко используют ПКМ и изделия, получаемые мех. обработкой горных пород(раскалыванием, распиливанием, шлифованием, полированием, дроблением, …)

14. Магматические горные породы, применяемые в строительстве: состав, строение, свойства, применение. Магматические породы образовались в результате остывания и затвердевания магмы (большая часть земной коры). Магма – силикатный расплав, поступающий из недр земли. 1) Глубинные породы образовались при остывании магмы в глубине земной коры под давлением вышележащих слоев. Остывание было медленным и равномерным. Поэтому строение равномерно-зернистое и полнокристаллическое. В зависимости от размеров: крупнозернистые (> 5мм); среднезернистые (1 – 5 мм); мелкозернистые (0, 5 – 1 мм). Свойства у магматических глубинных пород: высокая плотность ρ _m=2900 – 3300 кг/м³; П< 1%; Rсж до 300 МПа; высокая теплопроводность λ =3 Вт/мС⁰ ; низкое водопоглащение; высокая морозостойкость; декоративность; долговечность. Представители: гранит, сиениты, гарнодиориты, габброиды. Применение щебень для бетона, плиты для полов, облицовка, монументы.

1) Излившиеся плотные породы образовались при остывании магмы с выходом в поверхностные слои земной коры. Остывание было более быстрым, и менее равномерным. Строение: однородное мелкокристаллическое (диабаз, базальт) используют как глубинные; неоднородное (порфиры). Структура: стекловидная, аморфная, скрытокристаллическая, порфировая. Свойства: меньше морозостойкость; ниже термическая стойкость; выше хрупкость (т.к. меньше однородность); водопоглащение и пористость @ глубинным; прочность несколько ниже. Условия образования определяют строение, а строение определяет ее свойства. Используют как внутреннею отделку.

2) Излившиеся пористые породы образовались при вулканических извержениях, когда магма большим давлением вместе с парами и газами вырывалась на поверхность земли. Ввиду быстрого охлаждения образуется аморфная, стекловидная структура. При резком сбросе давления магма застывала пары и газы и строение получалось высокопористое (сферические и замкнутые поры). Рыхлые обломочные породы (пепел, песок вулканический) – сырье для теплоизоляционных материалов. Сцементированные (туфолава, туф) Свойства: ρ _m=750 – 1400 кг/м³; П=40 – 70%; λ =0, 34 Вт/мС⁰; Rсж=5 – 30 МПа; высокая декоративность, долговечность; низкая теплопроводность, легко распиливаются, шлифуются. Используют для устройства перегородок, перекрестий огнеупорных, также в качестве декоративного камня т.к. туфы бывают разных цветов.

15. Осадочные горные породы, применяемые в строительстве: состав, строение, свойства. применение. Осадочные горные породы образовались в результате природных процессов выветривания первичных пород, химического и механического выпадения в осадка из воды, жизнедеятельности растений. Осадочных пород около 5%.Залегают на поверхности. Строение: слоистое, более пористое. Некоторые растворимы в воде(гипс), распадаются в воде на мелкие частицы (глина). Если отсутствует слоистость текстура называется беспорядочной. Выветривание горных пород бывает под действием:

- физических факторов (перемена t, воздух, ветер, радиация, вода…)

- химических фаторов (разрушением отдельных минералов, под воздействием воды, углекислого газа …)

Классификация горных пород по условиям образования:

1) механические отложения – продукты выветревания

- рыхлые (глина, гравий, песок)

- сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии).

2) Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок химических соединений содержащихся в воде (бакситы).

3) Органогенные породы образовались из крупных скоплений отмерших растительных и животных организмов (водоросли, скелеты). Это известняки, мел, известняк ракушечник, диатомиты.

Применение: сырье для вяжущих веществ.

16. Метаморфические горные породы, применяемые в строительстве. Метамотфические горные породы образуются из осадочных пород под влиянием высокого давления, высокой температуры и химических реагентов.Бывают видоизменные магматические (Гнейнс) и видоизменные осадочные (мрамор).

Строение: под влиянием давления деформация кристаллов, сланцеватое строение, разные свойства по разным направлениям. Основные разновидности метаморфических горных пород.

Кристаллические сланцы имеют мелкозернистое строение с полностью утраченными первичными текстурами и структурами. Цвет их от темно- до светло-серого. Основная часть породы состоит из зерен кварца, биотита и мусковита. Некоторые разновидности глинистых, кремнистых, слюдистых и иных сланцев являются естественными кровельными материалами - кровельными сланцами. Они должны отвечать определенным требованиям: иметь достаточную плотность и вязкость, твердость, малое водопоглощение, высокую водостойкость, стойкость против выветривания. Плотность кровельных сланцев - около 2, 7-2, 8 г/см³, пористость - 0, 3-3%, предел прочности при сжатии - 50-240 МПа. Кровельные сланцы используют в производстве кровельных плиток для лестничных ступеней, плит для пола, подоконных досок и т.п.).

Гнейсы - породы метаморфического генезиса, образовавшиеся при температуре 600-800°С и высоком давлении. Исходными являются глинистые и кварцево-полевошпатовые породы. В состав гнейсов входят следующие минералы: кварц, биотит, роговая обманка, полевые шпаты. Текстура - массивная, полосчатая, структура - разнозернистая. Применяют гнейсы для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог.

Кварцитами называют мелкозернистые кварцевые или кремнистые песчаники, их образование связано с перекристаллизацией песчаников. Кварциты содержат 95-99% SiO2. Важным свойством их является высокая огнеупорность - до 1710-1770°С и прочность на сжатие - 100-455 МПа. В строительстве кварциты используют в качестве стенового камня, щебня и брусчатки.

Мрамор - мелко-, средне - и крупнозернистая плотная карбонатная порода, состоящая главным образом из кальцита и представляющая собой перекристаллизованный известняк. Хорошо полируется. Мрамор широко применяется для внутренней отделки стен зданий, ступеней лестниц и т.п.

18. Виды многотоннажных отходов, применяемых для производства строительных материалов. Эффективность их использования.

1) шлаки черной металлургии (чугун, сталь – доменные, мартеновские). 1 тонна чугуна – получаем 0, 4 шлака.

2) шлаки цветной металлургии. 1 т. меди – 10-30 т. шлаков; 1 т. никеля – до 150 т. шлака. Переработка цветной металлургии (3 этапа): извлечение редких и цветных металлов; извлечение железа; переработка силикатного минерального остатка на строительные материалы (щебень, вяжущие вещества).

3) золы и шлаки тепловых электростанций (остатки от сжигания твердых видов топлива). 1 ТЭС – 1 - 5 млн. т. золы и шлаков. Зола применяется как добавка к цементам, бетону, производству заполнителей, строительной керамики.

4) вскрышные породы (отходы при добычи полезных ископаемых – 3 млрд. т.). Применение в зависимости от своего состава. Осадочные горные породы: глина – керамика, известняк, мел и т.д.

5) отходы угледобычи и углеобогащения. ≈ 50 млн. т. Применение: выгорающие добавки в производстве керамики, для производства искусственных пористых заполнителей, для устройства нижнего слоя дорожного полотна и т.д.

6) гипсовые отходы химической промышленности. CaSO₄*2H₂O; CaSO₄*1/2H₂O; CaSO₄. Замена природного гипса.

7) отходы деревообработки и лесохимии (ДСП, ДВП, гипсоопилочные плиты, лигнин).

8) пиритные огарки (пирит FeS)→ делают серную кислоту H₂SO₄ выделяется мышьяк, Fe – до 40%.

9) электро-термо-фосфорные шлаки. Получается H₃PO₄, SiO2 – до 40%. Эти шлаки не токсичны. Используется в производстве шлака портландцемента, как щебень для бетона, вяжущие вещества.

10) отходы промышленных материалов:

- цементная пыль – 30% от объема. Применяют в вяжущих веществах, для раскисления почвы т.д.;

- бракованный кирпич, бетон (делают щебень для бетона низких и средних марок);

- каменная пыль, крошка (добавка к бетонам и растворам);

- прочие отходы (стекольный бой, макулатура, изношенная резина).

Эффективность использования отходов: замена природного сырья; снижение расхода природного сырья; снижение емкости материала; снижение себестоимости материала; снижение материалом затрат на добычу и транспортировку.

Выгоды:

1) вторжение современной добывающей техники.

2) сокращение затрат топлива и энергии. некоторые отходы уже прошли высокотемпературную обработку, а некоторые содержат топливо в своем составе (применение топливо содержащих в керамике сокращает расход обжига на 50%).

3) улучшение экономических показателей предприятий, отходы которых используются.

4) улучшение экологической ситуации в регионе (засечет ликвидации отвалов и недопущения новых).

5) расширение сырьевой базы в промышленности строительных материалов и увеличение выпуска новых эффективных материалов.

6) высвобождение ценных земельных площадей и использование их по назначению.

23. Строение и свойства древесины. Зависимость свойств древесины от влажности. Виды материалов и изделий из древесины. Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом, микроструктурой – видимое под микроскопом. Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный, радиальный и тангенциальный. Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка защищает дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни. Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток – камбий. Свойства древесины. +: легкое (ρ =400 – 500 кг/м³); пористое (П=50 – 75%); λ (теплопроводность поперек)=0, 17 Вт/м*С⁰; λ (теплопроводность вдоль волокон)=0, 35 Вт/м*С⁰; Rсж=50 – 60 МПа; Rизг=80 – 120 МПа; очень технологична, декоративна, долговечна при правильных условиях эксплуатации. −: горит; склонна к загниванию; склонна к короблению. Зависимость свойств древесины от влажности. В древесине содержится влага: 1) гигроскопическая – связанная в стенках древесных клеток; 2) капиллярная влага – заполняет межклеточное пространство и полости клеток; 3)химически связанная влага. Предел гигроскопичности – 23-35% (в среднем берется 30%). Предел гигроскопичности – влажность, соответствующая полному насыщению стенок древесных клеток гигроскопической влагой при полном отсутствии свободной влаги. Влажность комнатно-сухой древесины – 10-12%. Влажность воздушно-сухой древесины – 15-18%. Равновесная влажность – влажность, которую приобретает древесина, находясь долгое время при определенной температуре и влажности окружающего воздуха. Стандартная влажность – это условное значение влажности, к которому следует приводить все показатели свойств древесины. Строганные и шпунтовые доски и бруски применя­ют для заделки углов между стенами и полом; поручни и на­личники для обшивки дверных и оконных коробок. Паркет бывает обыкновенный и щитовой. Пар­кетные планки (дощечки) изготовляют из твердых пород - дуба, бука, ясеня и др. Щитовой паркет имеет основание из досок или брусьев, на которые наклеен паркет, набранный из отдельных планок. Столярные изделия - оконные и дверные блоки с вмонтиро­ванными в них оконными переплетами и дверными полотнами, столярные перегородки и панели для жилых и гражданских зда­ний. Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущенного шпона. Декоративную клееную фанеру изготовляют из бере­зового, ольхового или липового шпона и облицовывают с одной или двух сторон строганным шпоном из ценных пород дерева (дуба, груши и т.п.) с красивой текстурой либо полимерными пленками. Декоративную фанеру применяют для внутренней отделки стен, перегородок, дверных полотен, встроенной мебели и т.п. Кровельные материалы для временных зданий выпускают сле­дующих видов: стружку, дрань, плитки деревянные и гонт. Древесностружечные плиты изготовляют путем горячего прессования специально приготовленных древесных стружек с термо­реактивными жидкими полимерами. Твердые плиты применяют для устройства перегородок, под­шивки потолков, настилки полов, для изготовления дверных полотен и встроенной мебели. Отделочные плиты облицовывают синтетической пленкой с прокладкой текстурной бумаги под цвет и текстуру древесины ценных пород. Столярные плиты - это реечные щиты, оклеенные с обеих сто­рон березовым или другим шпоном. Их применяют для дверей, перегородок и встроенной мебели. Древесно-слоистые пластики - это листы или плиты.

24. Пороки древесины. Защита древесины от гниения и возгорания. Пороки: сучки – части ветвей, заключенные в древесине, нарушают однородность строения древесины; трещины – разрывы древесины вдоль волокон; сбежистость – это уменьшение диаметра круглых лесоматериалов от толстого к тонкому концу, превышающие нормальный сбег; закомелистость – резкое увеличение нижней части ствола дерева; кривизна – искривление продольной оси бревен, обусловленное кривизной ствола дерева; крен – ненормальное утолщение поздней древесины в годовых слоях; завиток – местное резкое искривление годовых слоев под влиянием сучков и проростей; пасынок – отмерший толстый сук, пронизывающие ствол под острым углом к его продольной оси; прорость – обросший древесный участок поверхности ствола с омертвевшими тканями и отходящая от него радиальная трещина; рак – рана, возникающая на поверхности ствола растущего дерева вследствие жизнедеятельности грибков и бактерий. Защита древесины от гниения: 1) применять сухую древесину; 2) использовать лаки, краски для предотвращения водопоглащения в период эксплуатации; 3) применение антисептиков. Защита древесины от возгорания: 1) отдаление деревянных частей сооружений от источников нагревания; 2) наносят огнезащитные составы.

34. Коррозия цементного камня и меры борьбы с ней. Коррозия – процесс разрушения материала, вызываемый физико-химическим взаимодействием его с окружающей средой. Три вида коррозии по Млсквину: 1) физическая (выщелачивание) – растворение и вымывание мягкими водами Ca(OH)₂ – приводит к потере прочности. Если уменьшается Ca(OH)₂ на 15-20%, то снижается прочность на 30-40%. Вслед за вымывание Ca(OH)₂ начинается разложение гидросиликатов кальция. Меры борьбы: а) снижение количества C₃S; б) введение активных минeральных добавок SiO2+ Ca(OH)₂=CaO*SiO2*H2O; в) изготовление плотного бетона; г) естественная корбанизация Ca(OH)₂+CO2=CaCO3+H2O. 2) Разрушение цементного камня в результате обменных реакций кислот и солей, содержащихся в минерализованной воде с гидратными составляющими цементного камня с выносом растворимых продуктов реакции водой или с выделением их в виде аморфной массы (углекислотная, магнезиальная коррозии). а) общекислотная Ca(OH)₂+2HCl=CaCl₂+H₂O. Применяется также специальный кислотоупорный цемент; б) углекислотная коррозия CaCO₃+CO₂+H₂O=Ca(HCO₃)₂; в) магнезиальная коррозия Ca(OH)₂+MgCl₂=CaCl₂+Mg(OH)₂; г) коррозия под действием органических кислот (молочная, уксусная кислота). 3) а)Сульфо-аллюминатная – связана с образованием новых соединений, занимающих больший объем, чем исходные продукты, откуда происходит растрескивание. 3CaO*Al₂O₃*6H₂O+3CaSO₄+25H₂O=3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*31H₂O; б) Щелочная коррозия.

35. Глиноземистый цемент: сырье, производство, состав, свойства, применение. Глиноземистый цемент – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельченного клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Однокальциевый алюминат CaO*Al₂O₃ определяет быстрое твердение и другие свойства глиноземистого цемента. Влияние на качество цемента оказывает алюмосиликат кальция – геленит CaO*Al₂O₃*SiO₂. Для получения клинкера глиноземистого цемента в качестве главных компонентов сырьевой массы берут известняк СаСОз и породы, содержащие глинозем (Аl₂Оз*nH₂О), например, бокситы. В России разработан способ производства глиноземистого цемента путем плавки в доменной печи бокситовой железной руды с добавкой известняка и железного лома. При этом доменная печь одновременно выдает чугун и шлак, представляющий клинкер глиноземистого цемента. Глиноземистый цемент обладает высокой прочностью только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах, не свы­ше 25°С. Поэтому глиноземистый цемент нельзя применять для бетонирования массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке. Замечательным свойством глиноземистого цемента является его необычно быстрое твердение. Тепловыделение глиноземистого цемента при твердении примерно в 1, 5 раза больше, чем у портландцемента. В продуктах гидратации глиноземистого цемента не содержится гидроксида кальция и трехкальциевого шестиводного гидроалюмината (если температура не превышает 25°С), поэтому бетон на глиноземистом цементе более стоек по сравнению с портландцементом против выщелачивания Са(ОН)з, а также в растворах сульфата кальция и магния (в частности, в морской воде). Однако затвердевший глиноземистый цемент разрушается в растворах кислот и щелочей. С учетом специфических свойств и высокой стоимости глиноземистый цемент предназначается для получения быстротвердеющих, а также жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, глиноземистый цемент используется для получения расширяющихся цементов.

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

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

37. Материалы для тяжелого бетона и требования, предъявляемые к ним. Цемент выбирают в зависимости от условий эксплуатации бетона, от вида бетонной конструкции, от заданной марки бетона. Если речь идет о производстве железобетона на заводе, то берется быстро твердеющий цемент. Мелкий заполнитель – песок (природный и искусственный 0, 16 – 5 мм. По происхождению пески: горные, овражные, речные, морские. От происхождения зависит форма зерен (окатанные или угловатые). Крупные заполнители: щебень (дробление горных пород и крупного гравия. Щебень чище, чем гравий); гравий (осадочная горная порода, те же примеси, что и в песках).благодаря гладкой поверхности гравия бетоны на гравии более экономичны с точки зрения расхода цемента. У гравия сцепление с цементным камнем. Щебень из искусственного камня (из шлака, кирпичного боя, из дробленого бетона). Вода – чистая, водопроводная. Содержание солей ≤ 5000 мг/л. SO₃ ≤ 2750 мг/л. добавки в бетонах: 1) химические вещества (0, 1 – 2)% Ц (вводится с водой затворения). 2) тонкомолотые минеральные вещества (5 – 20)%Ц (для разбавления высокомарочных цементов). Химические добавки: 1) добавки, регулирующие свойства бетонной смеси (а) добавки стабилизаторы (препятствуют расслоению бетонной смеси), б) водоудерживающие добавки); 2) добавки, регулирующие схватывание и твердение бетона (ускорители и замедлители твердения); 3) добавки, регулирующие плотность и пористость бетона (газообразователи, пенообрахователи); 4) добавки, придающие бетонам специальные свойства (гидрофортность, стойкость к коррозии).

42. Легкие бетоны на пористых заполнителях: виды заполнителей, структура, свойства, эффективность применения. Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители, приготовленные из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистирола и др. Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их разделяют на природные и искусственные. Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева горных пород (пемзы, вулканического туфа и др.). Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности. Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250–800 кг/м³. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия, а также по методу кипящего слоя, обжигом глиняных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия. Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаждения расплава металлургических шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают. Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 5-7 мм, иногда до 10мм. Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов). При температуре 950-1200°С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме 10-20 раз. Вспученный вермикулит – пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Топливные отходы образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. Топливные шлаки – пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивания неорганических примесей, содержащихся в угле. Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья на решетках агломерационных машин. Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых сланцевых пород. Пористые заполнители, так же как и плотные, делят на крупные (пористый гравий или щебень) с размером кусков 5-40мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5мм. Структура: Гранула заполнителя обволакиваютсяраствором. К легким бетонам могут попасть ячеистые бетоныс ρ _m=500–900кг/м³. Это конструкционно-теплоизоляционные бетоны. В ячеистых бетонах нет заполнителей, а структурирующую роль заполнителей играют равномерно распределенные сферические воздушные поры (0, 5 – 2 мм).

Свойства легкого бетона. Качество легкого бетона оценивают двумя важнейшими показателями: классом по прочно сти и маркой по средней плотности. Наиболее важной наряду с прочностью характеристикой легкого бетона является плотность. В зависимости от назначения легкие бетоны делят на следующие группы: теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные, конструкционные. Мелкие и равномерно распределенные поры в цементном камне незначительно понижают прочность, но зато существенно уменьшают плотность и теплопроводность легкого бетона. Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности. В зависимости от теплопроводности легкого бетона толщина наружной стены может изменяться от 20 до 40 см. Наружные ограждающие конструкции из легких бетонов подвергаются воздействию попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания. Поэтому легкие бетоны, применяемые для наружных стен, покрытий здании, а также для конструкций мостов, гидротехнических сооружений, должны обладать определенной морозостой­костью. По морозостойкости легкие бетоны делят на марки: F25... F500; по водонепроницаемости WO, 2...W1, 2. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве. Водонепроницаемость плотных конструкционных легких бетонов может быть высокой. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов подтверждается долголетней эксплуатацией возведенных из них гидротехнических сооружений. Эффективность применения: конструкции из легких бетонов отличаются высокими технико-экономическими показателями. Стены из легкого бетона в 1, 3 – 2 раза легче стен из железобетонных слоистых и керамзитобетонных панелей, стоимость их также меньше. Удельные капиталовложения в строительство заводов легкого бетона на 30 – 40% меньше, чем в строительство предприятий, выпускающих аналогичные конструкции из тяжелого и легкого бетона с пористым заполнителем.

43. Ячеистые бетоны: виды, сырьевые материалы, общие сведения о производстве, эффективность применения. Ячеистый бетон является разновидностью легкого бетона, его получают в результате затвердевания вспученной при помощи порообразователя смеси вяжущего, кремнеземистого компонента и воды. При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеистая» структура бетона с равномерно распределенными по объему воздушными порами. Благодаря этому ячеистый бетон имеет небольшую объемную массу и малую теплопроводность. Ячеистые бетоны делят на три группы теплоизоляционные объемной массой в высушенном состоянии не более 500 кг/м³; конструкционно-теплоизоляционные (для ограждающих конструкций) объемной массой 500 – 900 кг/м³; конструкционные (для железобетона) объемной массой 900 – 1200 кг/м³. Материалы для ячеистого бетона. Вяжущимдля цементных ячеистых бетонов обычно служит портландцемент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо- и пеносиликаты) автоклавного твердения изготовляют, применяя молотую негашеную известь. Вяжущее применяют совместно с кремнеземистым компонентом, содержащим двуокись кремния. Кремнеземистый компонент (молотый кварцевый песок и молотый гранулированный доменный шлак) уменьшает расход вяжущего, усадку бетона и повышает качество ячеистого бетона. Вспучивание теста вяжущего может осуществляться двумя способами: 1) химическим, когда в тесто вяжущего вводят газообразующую добавку и в смеси происходят химические реакции, сопровождающиеся выделением газа; 2) механическим, заключающимся в том, что тесто вяжущего смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пеной. В зависимости от способа изготовления ячеистые бетоны делят на газобетон и пенобетон. Разновидности ячеистого бетона. Газобетон и газосиликат.Газобетон приготовляют из смеси портландцемента (часто с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя. По типу химических реакций газообразователи делят на следующие виды: вступающие в химическое взаимодействие с вяжущим или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра); разлагающиеся с выделением газа (пергидроль Н₂О₂). Пенобетон и пеносиликат. Пенобетон приготовляют, смешивая раздельно приготовленные растворную смесь и пену, образующую воздушные ячейки. Растворную смесь получают из вяжущего (цемента или воздушной извести) кремнеземистого компонента и воды, как и в технологии газобетона. Основы технологии: 1) Литьевая технология предусматривает отливку изделий, как правило, в отдельных формах из текучих смесей, содержащих до 50 – 60% воды от массы сухих компонентов. При изготовлении газобетона применяемые материалы – вяжущее, песчаный шлам и вода, дозируют и подают в самоходный газобетоносмеситель, в котором их перемешивают 4 – 5 мин; затем в приготовленную смесь вливают водную суспензию алюминиевой пудры и после последующего перемешивания теста с алюминиевой пудрой газобетонную смесь заливают в металлические формы на определенную высоту с таким расчетом, чтобы после вспучивания формы были заполнены доверху. 2) Вибрационная технология газобетона заключается в том, что во время перемешивания в смесителе и вспучивания в форме смесь подвергают вибрации. В смеси, подвергающейся вибрированию, ускоряется газовыделение – вспучивание заканчивается в течение 5 – 7 мин вместо 15 – 20 мин при литьевой технологии. 3) Резательная технология изготовления изделий из ячеистого бетона предусматривает формование вначале большого массива (объемом 10 – 12 м³, высотой до 2 м). Таким путем получают большие стеновые панели разметом на одну или две комнаты и высотой на этаж. Эффективность применения: конструкции из ячеистых бетонов отличаются высокими технико-экономическими показателями. Стены из ячеистого бетона в 1, 3 – 2 раза легче стен из железобетонных слоистых и керамзитобетонных панелей, стоимость их также меньше. Удельные капиталовложения в строительство заводов ячеистого бетона на 30 – 40% меньше, чем в строительство предприятий, выпускающих аналогичные конструкции из тяжелого и легкого бетона с пористым заполнителем.

46. Асфальтовые бетоны: состав, приготовление, укладка, свойства, применение. Для приготовления асфальтовых растворов применяютасфальтовое вяжущее, представляющее смесь нефтяного битума с тонкомолотыми минеральными порошками (известняка, доломита, мела, асбеста, шлака). Минеральный наполнитель не только уменьшает расход битума, но и повышает температуру размягчения бетона. Мелким заполнителем в растворе и бетоне служат чистые природные и искусственные пески с содержанием пылевато-глинистых частиц не более 3% по массе. Щебень изготовляют из прочных и морозостойких изверженных, осадочных и метаморфических горных пород, хорошо сцепляющиеся с битумом. Асфальтовые бетоны подразделяют по назначению на гидро-технические, дорожные и аэродромные, для устройства полов в промышленных цехах и складских помещениях, плоской кровли, стяжек. Асфальтовые бетоны использую при строительстве каналов, шлюзов. Основные свойства асфальтового бетона зависят от примененного асфальтового вяжущего, состава и пористости. Пористость асфальтного бетона обычно колеблется от 5 до 7%. Плотные бетоны (с пористостью не более 5%) практически водо­непроницаемы. Для повышения биостойкости в состав битумного вяжущего вводят антисептики. Состав асфальтового раствора должен быть такой, чтобы пустоты в песке были полностью заполнены асфальтовым вяжущим с избытком (10-15%) для обволакивания песчинок. Асфальтовый бетон можно представить как смесь асфальтного раствора и крупного заполнителя - щебня. В отличие от цементного бетона на показатели прочности асфальтового бетона сильно влияет температура. Например, если предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20°С - 2, 2- 2, 4 МПа, то при 50°С - только 0, 8-1, 2 Мпа. Зато асфальтовые бетоны и растворы лучше, чем цементные, противостоят коррозии. Асфальтовые бетоны укладывают в горячем или холодном состоянии. Наиболее распространены горячие асфальтобетонные смеси, имеющие при укладке температуру 140-170°С. Для их приготовления предварительно высушенные и подогретые до 180-200°С минеральные составляющие бетона (тонкомолотый наполнитель, песок и щебень) загружают в смеситель, в котором их перемешивают с расплавленным битумом (температурой 150-170°С). Готовые горячие смеси привозят на специальных машинах и после укладки уплотняют катками. После остывания через 1-2 ч, асфальтобетон отвердевает, приобретая плотность и прочность. Асфальтовые бетоны, укладываемые в холодном состоянии, приготовляют на жидких битумах и битумной эмульсии. Жидкий битум подогревают до 110-120°С и смешивают с высушенными и подогретыми до той же температуры заполнителями. Асфальтобетонную смесь охлаждают до 60°С, развозят на места и укладывают при температуре окружающей среды не ниже 5°С. Бетон готовят и на битумной эмульсии, смешивая вяжущие и заполнители без подогрева. В дегтебетон в качестве вяжущего вещества входит деготь (или пек). Водостойкость, износ и долговечность дегтебетона ниже, чем асфальтового бетона.