Материалы в строительстве

Содержание 

     Теоретические вопросы:

1. Свойства и применение осадочных пород – песчаник, известняк и диатомит………………………………………………………………………….......3
2. Виды влаги в древесине. Влияние влажности древесины на ее физико-механические свойства……………………………………………………………...5
3. Что служит сырьем для производства оконного листового стекла? Основы его производства и свойства………………………………………………7
4. Какие разновидности гипсовых вяжущих веществ применяют в строительстве и каковы их особенности…………………………………………...8
5. Органические пластифицирующие добавки, вводимые в состав строительных растворов. Объясните на чем основано их действие……………..9
6. Что такое предварительно напряженный железобетон?...........................10
7. Что служит сырьем для изготовления неорганических теплоизоляционных материалов, особенности их свойств……………………...12
8. Технико-экономическая оценка применения лакокрасочных материалов…………………………………………………………………………..14

Задачи:

Задача 1……………………………………………………………………………...17

Задача 2……………………………………………………………………………...17

Список  использованной литературы……………………………………………...19 
 
 
 
 
 
 
 
 

Теоретические вопросы:

1. Свойства и применение осадочных пород – песчаник, известняк и диатомит.

   Песчаник  — осадочная порода, состоящая  из сцементированного песка. К наиболее прочным относятся кремнистые песчаники. Песчаники бывают серого, зеленого, красного, желтого, коричневого и бурого цветов. Декоративными считаются мелкозернистые красные, шоколадно-коричневые и зеленые разновидности песчаника.

   Песчаник  — довольно пористый материал, поэтому  использовать его для отделки элементов, соприкасающихся с водой, нежелательно. Песчаники не поддаются полировке. Поэтому самые популярные фактуры песчаника — фактура скалывания, пиленая, иногда шлифованная.

   По  минеральному составу, физико-механическим свойствам песчаник не уступает граниту, кварцу и др. В его состав входит кварцит, он средней твердости, имеет предел прочности при сжатии - 300-1000 кг/кв.см, невысокое водопоглощение по весу 0.5-3.0%, низкую пористость.

   Плотность песчаника 1600-2700 кг/м3, отсутствует радиационный фон. Он не впитывает влагу и имеет большую морозостойкость. Предел прочности при сжатии 122,2 мПа. Испытания подтверждают способность камня выдержать 50 циклов полного замораживания и размораживания (F50). Этот показатель делает неоспоримым применение песчаника в наших переменчивых погодных условиях.

   По  преобладающему размеру зёрен песчаник, как и пески, разделяются на мелкозернистые (от 0,1-0,25 мм), среднезернистые (0,25-0,5 мм), крупнозернистые (0,5 мм), а по минералогическому  составу - на моно и полиминеральные кварцевые, аркозовые песчаники и граувакки. Песчаники еще называют псаммитами. Наиболее высокие физико-механические свойства имеет песчаник с кремнистым и карбонатным цементирующим веществом, худшие - с глинистым. Огнеупорность песчаника также различна, наивысшая (до1700 °С) характерна для чистых кварцевых песчаников, с кремнистым цементом.

   Применение: облицовка фасадов и цоколей зданий, заборов, мощение дорожек и площадок, бутового камня, щебня различного назначения (для дорожного строительства и как заполнитель в бетоне), ландшафтного дизайна. В интерьере используется, в основном в виде плитки для облицовки ступеней, каминов, а также пола и стен.

   Известняк - осадочная горная порода, состоящая  преимущественно из кальцита СаСО3. Осадочные горные породы образовались в результате разрушения изверженных пород или из продуктов жизнедеятельности растений и животных организмов. Большинство известняков формировалось в мелководных морских бассейнах путём накопления органических остатков, при одновременном химическом осаждении кальцита, реже - в водоёмах суши. Известняки залегают в виде пластов и встречаются среди отложений всех геологических систем.

   Наиболее  частыми примесями в известняках  являются доломит, кварц, глинистые  минералы, окислы и гидроокислы железа и марганца, а также пирит, марказит, фосфаты, гипс и органические вещества. Известняки нередко содержат остатки известковых скелетов ископаемых организмов.

   Физико-механические свойства известняка характеризуются  следующими показателями: объемная масса  по лабораторным определениям изменяется от 2,49 до 2,69 г/см3, в полевых условиях составляет – 2,51 г/см3. Плотность известняка составляет 2,63 – 2,73 г/см3, водопоглощение – 0,1-2,1%, в среднем 0,060 %. Предел прочности известняка при сжатии в сухом состоянии колеблется от 529 до 1730 кгс/см2.

   Особым  свойством известняка является его  способность растворяться в воде и разлагаться на углекислый газ. Растворение известняка в воде приводит к образованию карстовых пещер. Разложение известняка на больших глубинах под действием земного тепла и образование в результате углекислого газа является источником газа для минеральных вод.

   Известняк используют для производства щебня, облицовочных плит и архитектурных  деталей, а также для производства извести и портландцемента.

   Диатомиты – слабо сцементированная, очень  пористая кремнеземистая порода, состоящая  из панцирей диатомовых водорослей и  частично из скелетов животных организмов.

   Цвет  от белого до желтовато-серого. Темные тона диатомитам придают органические соединения. Часто диатомиты перемешаны с глинами, карбонатными породами или песком. Средняя плотность диатомитов в сухом состоянии колеблется в пределах от 0,15 до 0,6 г/см3. Истинная плотность диатомитов - 1,8-2,0 г/см3, а пористость 60…70%. Диатомит обладает большой пористостью, способностью к адсорбции, слабой тепло- и звукопроводностью, тугоплавкостью и кислоcтостойкостью.

   Применяют диатомиты для изготовления теплоизоляционных  материалов, легкого кирпича, а также  в производстве гидравлических вяжущих  в качестве активных минеральных добавок. 

2. Виды  влаги в древесине. Влияние влажности  древесины на ее физико-механические свойства

   Живые клетки древесины наполнены влагой, в полостях клеток находится свободная  влага, в толще клеточных оболочек, в мельчайших порах между их волоконцами - гигроскопическая влага. Гигроскопическая вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая только механическим связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. При высыхании влага удаляется, оставляя в древесине многочисленные пустоты.

     Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель - влажность. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины.

     Измерение влажности осуществляется прямыми  или косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или  иным способом воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но имеют недостаток - довольно продолжительную процедуру. Этого недостатка лишены косвенные методы, основанные на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине.

     На  практике по степени влажности различают  древесину:

мокрую, W > 100%, длительное время находившуюся в воде;

свежесрубленную, W = 50-100%, сохранившую влажность растущего  дерева;

воздушно-сухую, W = 15-20%, выдержанную на открытом воздухе;

комнатно-сухую, W = 8-12%, долгое время находившуюся в  отапливаемом помещении;

абсолютно-сухую, W = 0, высушенную при температуре t=103±2°C.

     Влияние влажности на свойства древесины значительно. При высыхании показатели механических свойств древесины улучшаются, а при увлажнении - ухудшаются. Поэтому для сравнения результатов испытания деревянных элементов полученные показатели необходимо приводить к стандартному состоянию древесины при 15% влажности. Для перехода от полученного при испытании показателя прочности к показателю, соответствующему стандартной влажности образца, существует формула приведения действительная в пределах влажности от 7 до 22%.

R15 = Rw[1+a(W - 15)]

Коэффициент a отражает влияние влажности на данное свойство и равняется 0,04 - 0,05 для сжатия вдоль волокон, 0,04 для изгиба и 0,03 для скалывания вдоль волокон. Влияние влажности на прочность древесины при растяжении очень мало и практически может не учитываться.

     Способность древесины поглощать воду, а также  другие жидкости имеет значение в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке её растворами антисептиков и антипиринов, при сплаве лесоматериалов и в других случаях.

3. Что служит сырьем для производства оконного листового стекла? Основы его производства и свойства

   Стекло  — это переохлажденный расплав  сложного состава, состоящий из

смеси силикатов и других веществ, с  постепенно повышающейся вязкостью, затвердевающий при охлаждении. Оно аморфно, однородно и изотропно. Процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное является обратимым.

Химический  состав наиболее распространенного  оконного стекла следующий:

Si0₂ - 71-72%; CaO - 7,5-8,5%; MgO - 3-3,5%; Na₂О - 15-15,5%;  
Al₂O₃ - 1,5—1,6%; Fe₂O₃ до 0,2%.

   Основным  сырьем для изготовления стекла служат: чистый мало-железистый кварцевый песок, известняк и сода или сульфат натрия.

   Варка стекла производится главным образом  в ванных печах при температуре  до 1500°. В процессе стекловарения  образуются силикаты, стекломасса осветляется, ей придается однородность, она частично охлаждается для приобретения вязкости, необходимой для формования изделий. Отформованные стеклянные изделия подвергаются специальной термической обработке — отжигу для удаления напряжений или закалке.

   Производство  оконного и других видов стекла механизировано.

Обычный способ изготовления оконного стекла на машинах вертикального вытягивания состоит в том, что в расплавленную стеклянную массу, охлажденную примерно до 1000°, опускают огнеупорный поплавок (лодочку), имеющий вид длинного прямоугольного бруса со сквозным продольным вырезом, переходящим в верхней части в узкую щель. Стекло-масса выдавливается через щель, формуется в ленту определенной толщины и охлаждается, когда лента проходит между холодильниками. Лента проходит между несколькими парами транспортирующих валиков, а затем разрезается на листы. Кроме этого обычного способа производства листового стекла применяться другой способ вытягивания стекла безлодочный, при котором получается стекло более высокого качества.

Стекло  обладает следующими свойствами: предел прочности при изгибе обычного (отожженного) стекла не менее 450 кг/см², полузакаленного — не менее 1000 кгсм², закаленного стекла «сталинит»—2500 кг/см²; твердость (по шкале твердости) — 5 и выше; объемный вес — 2500 кг/м³; при нагревании стекло размягчается. 

4. Какие разновидности гипсовых вяжущих веществ  применяют в строительстве  и каковы их особенности

   Гипсовые  вяжущие  – воздушные  вяжущие, получаемые  термической обработкой  (при температуре  150 – 200ºС) гипсового  сырья.

   Исходным  гипсовым сырьем служит природный гипсовый камень, который  состоит из двуводного сульфата  кальция и различных механических примесей (глины, песка). При нагревании выше 150ºС гипсовый камень разлагается и теряет часть химически связанной с ним  воды, превращаясь в полуводный гипс. Твердеет гипс за счет обратного присоединения воды к полуводному гипсу.

   Характерные свойства гипсовых вяжущих – быстрое  схватывание и твердение. В зависимости от сроков схватывания гипсовые вяжущие делят на три группы:

    - А – быстросхватывающиеся (начало схватывания  не ранее 2 мин., конец не позднее 15 мин.);

- Б – нормальносхватывающиеся (начало схватывания не ранее 6  мин., конец не позднее 30 мин.);

- В – медленносхватывающиеся (начало схватывания не ранее 20 мин., ко- нец схватывания не нормируется).

Замедляют схватывание гипсовых вяжущих добавкой в гипсовое тесто растворов столярного клея,  сульфатно-спиртовой барды (ССБ) и других органических клееподобных веществ.

     Гипсовые  вяжущие добавляют в известково-песчаные растворы для ускорения схватывания и увеличения прочности. На основе  гипсовых вяжущих изготавливают листы гипсокартонные, искусственный мрамор и другие строительные  гипсовые изделия.

   Строительный  гипс — порошок белого цвета плотностью 2,2—2,5 г/см 3 . Его  средняя плотность в рыхлом состоянии 800—1100 и в уплотненном — 1250—1450 кг/м 3 .  Он  обладает  высокой  водопотребностью:  для  получения  теста  нормальной  густоты  необходимо  50—70%  воды  по  массе,  а  удобоукладываемое  тесто  в  производственных  условиях требует до 60—80% воды от массы вяжущего вещества. Эта разновидность гипса имеет низкую водостойкость, при увлажнении он склонен  к  ползучести. 

   При  более  тонком  помоле  продукта  получают гипс формовочный, при использовании сырья повышенной чистоты - медицинский гипс. 

   Строительный  и  формовочный  гипс  с  успехом  используют  при  производстве  перегородочных  панелей,  сухой  штукатурки,  гипсо-литных  деталей,  вентиляционных  коробов, огнезащитных и звукопоглощающих изделий и др. 

     Гипс  высокообжиговый  (экстрих-гипс)  получают  при  обжиге  гипсового  сырья  до  температур 800—950°С, когда продукт обжига вновь  приобретает свойства схватываться  и  твердеть  без каких-либо  добавочных  веществ. Эта «добавка»  возникает  в  обжигаемом  сырье  вследствие  термической  диссоциации сернокислого  кальция в  виде  свободного  оксида  кальция.  Его применяют  для  изготовления  декоративных  и  отделочных  материалов,  например,  искусственного  мрамора, штукатурных растворов,  устройства бесшовных  полов и  подготовки оснований  под линолеум и др.  

5. Органические  пластифицирующие добавки, вводимые в состав строительных растворов. Объясните на чем  основано их действие

Строительным  раствором  называют материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной смеси вяжущего вещества (цемента, извести), мелкого заполнителя (песка) и воды, а в необходимых случаях и специальных добавок.

   Например, для раствора марки 100 и выше рационально  применять органические поверхностно-активные пластифицирующие добавки – линго-сульфаты технические (ЛСТ), сульфито-дрожжевую  бражку (СДБ) и др., вводимые в очень  малых количествах (0,25…0,5% от массы  цемента).

   Добавление  таких добавок основано на вовлечении мельчайших пузырьков воздуха в  растворную смесь (микропенообразование) и дополнительном диспергировании  частиц цемента, что как бы увеличивает  количество вяжущего в растворной смеси. Воздушные пузырьки придают пластичной растворной смеси, уменьшают водопоглощение и, образуя замкнутые поры, увеличивают морозостойкость раствора.

   В настоящее время для пластификации  растворных смесей начинают применять  суперспастификаторы – высокомолекулярные поверхностно-активные вещества, вводимые в растворную смесь в количестве до 1% от массы цемента. Преимущество суперпластификаторов – сильная диспергация цемента в растворе6 мелкие комочки цемента, которые трудно разбить механическим перемешиванием, распадаются на мельчайшие частицы под действием пластификатора, в результате чего увеличиваются поверхность вяжущего, удобоукладываемость и водоудерживающая способность растворной смеси.

   Огранические  пластифицирующие добавки эффективны лишь для растворов с относительно большим расходом цемента (марок 100 и выше). Передозировка органических пластификаторов может привести к замедлению твердения раствора и снижению его прочности.

   Органические  пластификаторы, так же, как и  неорганические, позволяют существенно  сократить расход цемента. В некоторых случаях применяют совместно органические и неорганические пластификаторы. 

6. Что такое предварительно напряженный железобетон?

   Предварительно  напряжённый железобетон (преднапряжённый железобетон) - это строительный материал, предназначенный для преодоления неспособности бетона сопротивляться значительным растягивающим напряжениям.

   При изготовлении железобетона прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, затем сталь натягивается специальным устройством и заливается бетонной смесью. После схватывания сила предварительного натяжения освобождённой стальной проволоки или троса передаётся окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от нагрузки.

   Способы натяжения арматуры:

Механический  способ — натяжение, как правило, с использованием гидравлических или винтовых домкратов;

Электротермический  способ натяжения — натяжение  с использованием электротока для  разогрева арматуры, при котором арматура удлиняется до определенных значений;

Электротермомеханический  — способ, комбинирующий механический и электротермический.

     Предварительное напряжение может производиться  не только до, но и после схватывания  бетонной смеси. Чаще этот метод применяется при строительстве мостов с большими пролётами, где один пролёт изготавливается в несколько этапов (захваток). Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определённой степени. После чего в чехол с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Таким образом обеспечивается прочное соединение сегментов пролёта моста.

     Предварительно  напряжённый железобетон является главным материалом междуэтажных перекрытий высотных зданий и защитных гермооболочек  ядерных реакторов, а также колонн и стен зданий повышенной сейсмо-и взрывоопасности. 

7. Что служит сырьем для  изготовления неорганических теплоизоляционных  материалов, особенности  их свойств

   Теплоизоляционными  называют материалы, предназначенные  для тепловой изоляции ограждающих  конструкций зданий различного назначения, а также для промышленного и энергетического оборудования  и трубопроводов с целью уменьшения  тепловых  потерь. Эти материалы имеют высокую пористость, небольшую среднюю  плотность и  низкий коэффициент теплопроводности.

   Из  неорганических  теплоизоляционных  материалов  наибольшее распространение  получили:  минеральная вата, стеклянная вата, ячеистое стекло, материалы на основе асбеста, вермикулит, перлит, керамзит  и др.

   Минеральная вата состоит из отдельных волокон, которые получают раздувом струй расплавов горных пород или металлургических шлаков. В зависимости от средней плотности минеральную вату подразделяют на марки: 75, 100, 125, 150. Теплостойкость минеральной ваты достигает 700 °С. Минеральная вата  трудоемка в применении и склонна к слеживанию, поэтому в настоящее время из нее главным образом выпускают готовые изделия. Минераловатные изделия получают путем склеивания волокон различными связующими (синтетическими смолами, битумом, крахмалом) или реже прошивкой минеральной ваты, покрытой с двух сторон бумагой. Выпускают гибкие, жесткие и полужесткие минераловатные изделия. К гибким  изделиям относят минеральный войлок, прошивные маты и теплоизоляционный шнур.  Жесткие и полужесткие теплоизоляционные минераловатные плиты получают на синтетическом связующем. Они предназначены для тепловой  изоляции  строительных конструкций,  промышленного оборудования и трубопроводов.  Минеральную вату и изделия из нее применяют для утепления наружных конструкций зданий, устройства звукоизолирующих слоев в перекрытиях и внутренних стенах зданий, изоляции холодильных камер,  тепловых сетей  (трубопроводы горячей воды, пара и т.п.),  оборудования теплоэлектростанций,  котельных и т. п.  При транспортировании и укладке минеральной ваты и изделий из нее необходимо принимать меры  предосторожности. Не допускать попадания минерального волокна на кожу и в дыхательные пути, так как  волокно минеральной ваты отличается жесткостью и легко ломается, образуя короткие, острые частицы,  вызывающие зуд и воспаление кожи и дыхательных путей. 

   Стеклянная  вата получается из сплава сырья, используемого  для изготовления стекла (кварцевого  песка, мела, соды и др.). По сравнению  с волокном из минеральной ваты стеклянное волокно толще, длиннее, более гибкое. Благодаря этому стеклянную вату и изделия из нее применяют не только для теплоизоляции, но и для изоляции от ударных и вибрационных шумов. Теплостойкость стеклянной ваты ниже минеральной и не превышает 450 °С. 

   Пеностекло (ячеистое стекло) - легкий и прочный  материал ячеистого строения с пористостью 80-90  %. Пеностекло получают из стеклянного боя с добавлением газообразователей (мела, угля). Поры в пеностекле  замкнутые,  поэтому  оно практически не поглощает влагу и, следовательно, морозостойко. Пеностекло хорошо пилится, сверлится. Промышленность выпускает пеностекло в виде плит толщиной около  100 мм и размером 500х1000 мм. Применяют пеностекло для тепловой  изоляции промышленных холодильников, трубопроводов, укладываемых в грунт, и металлических конструкций зданий. 

   В строительстве используются также вспученные теплоизоляционные материалы — перлит и вермикулит. Вспученный перлит используют в качестве теплоизоляционной засыпки и как материал для получения перлитобетонных изделий (плит, полуцилиндров). Особенно эффективны перлитовые бетоны с плотностью  менее 500 кг/м 3  на полимерных связующих.  Вспученный  вермикулит  — сыпучий материал, получаемый путем  кратковременного  обжига и  измельчения  природного  вермикулита.  Вспученные перлит и  вермикулит применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций, трубопроводов (скорлупами), кот- лов, технологического оборудования и т.д. 

   К неорганическим относятся и материалы  на основе асбеста. Из чистого асбеста изготовляют асбестовую бумагу, картон, ткань и  шнуры. Но чаще асбест применяют в смеси с вяжущими материалами и другими добавками в виде обмазок. После нанесения на изолируемую поверхность такая обмазка, высыхая,  твердеет и приобретает пористую структуру.  Примером такого материала может служить совелит — смесь асбеста с порошкообразными углекислыми солями магния и кальция. Выпускают его в виде порошка, затворяемого водой, или в виде готовых  изделий (плит, скорлупы и т.п.). Совелит можно использовать до температуры 500 °С.

8. Технико-экономическая оценка применения лакокрасочных материалов

   Лакокрасочными  называют материалы, наносимые в  жидком виде на отделываемую поверхность, которые при высыхании образуют пленку, хорошо сцепляющуюся с окрашиваемой поверхностью. К лакокрасочным материалам относят пигменты, связующие вещества, растворители и окрасочные составы - масляные, клеевые, эмалевые, известковые, силикатные, синтетические и цементные краски, лаки и политуры.

   Лакокрасочные материалы призваны выполнять двоякую функцию. Они обеспечивают удовлетворение эстетических требований, выполняют защитные функции, или и те и другие одновременно.

   Лакокрасочный материал – продукт обладающий способностью при нанесении тонким слоем на изделие образовывать на поверхности  защитную или декоративную пленку.

   Лакокрасочное покрытие - покрытие, сформировавшееся на поверхности изделия после нанесения одного или нескольких слоев ЛКМ и обладающее достаточной адгезией к подложке.

   Все лакокрасочные материалы состоят  из:

• пленкообразующих веществ, которые обеспечивают образование сплошной пленки, которая изолирует и защищает окрашенную поверхность. Варьируются по химическому составу в зависимости от области применения покрытия.
• пигментов.
• наполнителей, практически нерастворимы в применяемой среде. Имеют многочисленные функции, включая повышение укрывистости в дополнение к основному пигменту, улучшают отдельные технологические свойства и увеличивают объем (степень наполнения) покровного материала.
• целевых добавок.
• растворителей.

   К основным свойствам жидких лакокрасочных  систем (прозрачных и непрозрачных) относятся:

• химические (массовая доля нелетучих и летучих веществ, содержание отдельных компонентов, кислотное число, рН и др.);
• физико-химические (плотность, вязкость, продолжительность высыхания, укрывистость и т.д.);
• малярно-технологические (сорность, степень перетира, наносимость, розлив, растекаемость, и т.д.).

   К основным свойствам лакокрасочных  покрытий (пленок) относятся:

• декоративные (цвет, блеск, внешний вид);

   физико-механические (адгезия, твердость, эластичность пленки, прочность при растяжении и изгибе, ударная прочность, износостойкость );

• защитные (устойчивость к атмосферным воздействиям, светостойкость, стойкость к перепаду температур, термостойкость, морозо-, тропико-стойкость и др.);
• малярно-технические (способность шлифоваться, полироваться);
• электроизоляционные (электрическая прочность, удельное электрическое сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь);
• химические (влаго-, водостойкость, масло-, бензостойкость, стойкость к действию кислот, щелочей, растворов солей, агрессивных газов и других химических реагентов).