Основные виды гидравлических вяжущих веществ, кратко опишите основные свойства и технологию их получения, область применения в с
- Назовите основные виды гидравлических вяжущих веществ, кратко опишите основные свойства и технологию их получения, область применения в строительстве.
ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗВЕСТЬ
Для возведения конструкций,
которые находятся во влажных
эксплуатационных условиях, цоколей
и фундаментов больших зданий
и оросительных каналов, при изготовлении
растворов для кладки и штукатурки
в сухих и влажных условиях,
а также при изготовлении известково-зольных
и известково-шлаковых вяжущих веществ используется гидравлич
Гидравлическая известь помимо глинистых примесей, также содержит включения углекислого магния и прочие примеси. Поскольку строительную известь изготавливают из природного сырья безо всяких дополнительных переработок в искусственные смеси однородного состава, для ее получения необходимо мергелистые известняки с возможно равномерным распределением в них глинистых и прочих включений. Качество продукции зависит от того, в виде каких соединений находятся в известняке те или иные примеси. Гидравлическую известь, как правило, характеризуют основным или гидравлическим модулем, который представляет собой отношение процентного содержания по массе окиси кальция к процентному содержанию Строительную известь используют наряду с воздушной, но при этом получают водостойкие строительные растворы.
Гидравлическая известь получила широкое применение и используется в качестве вяжущего с целью приготовления строительных растворов. Строительный раствор это смесь вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (чаще всего песок).
РОМАНЦЕМЕНТ
Продукт тонкого помола обожженных не до спекания чистых и доломитизированиых мергелей, которые содержат около 25 % глинистых примесей называется романцемент. В этот цемент, для того чтобы было возможно регулировать его свойства (замедление схватывания), допускается до 5 % гипса различных модификаций и до 15 % активных минеральных добавок. Основным сырьем в производстве этого вида цемента являются мергели (природная смесь углекислого кальция и глин). Качество продукции определяет не только химический состав мергелей, но и их структура. Весь оксид кальция в романцементе должен быть связан в силикаты, алюминаты и ферриты кальция, что и обуславливает гидравлический характер твердения. Добыча мергеля, дробление его на куски необходимого размера, обжиг и последующий помол обожженного материала - вот основные этапы в производстве данного строительного материла. Температура обжига определяется в зависимости от состава сырья.
Самый лучший романцемент получают из мергелей, которые содержат минимальное количество магнезиальных пород.
Согласно ГОСТу 2542-44 по прочности данное вяжущее вещество принято подразделять на три марки: 25, 50, 100.
Данный строительный материал согласно установленным стандартам должен обладать равномерностью изменения объема при испытании кипячением и в парах воды. Для испытания равномерности на изменение объема в виде лепешки, для испытания на механическую прочность в виде кубов и восьмерок образцы цемента выдерживают до испытания в течение 7 суток во влажной среде. Романцемент обладает более слабыми свойствами в сравнении с цементами, а связанно это с тем, что в нем может быть существенное количество окиси магния и свободной извести.
Не рекомендуется хранить этот
материал в течение длительного
времени максимум 2 месяца, поскольку
его качество при этом существенно
понижается. Данный вид строительного
материала в настоящее время
выпускают в небольших
ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ (англ. Portland cement) — гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах.
Название получил по имени острова Портленд (
Основой портландцемента являются силикаты кальция (алит и белит).
Процесс производства
Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO2 и 2СаО∙SiO2 70-80 %).
Самые распространённые методы производства портландцемента так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит от того, каким способом смешивается сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей.
При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO4∙2H2O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO3) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.
Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22…25 % глин (глинистых сланцев, суглинков), либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.
При мокром способе производства уменьшается расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов, облегчается транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку составляет на 30-40 % больше чем при сухом способе.
Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1 470°C в течение 2…4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:
- сушки (температура материала 100…200 °C — здесь происходит частичное испарение воды);
- подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3∙2SiO2∙2H2O → Al2O3∙2SiO2 + 2H2O; далее при температурах 600…1 000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
- декарбонизации (900…1 200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
- экзотермических реакций (1 200…1 350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
- спекания (1 300→1 470→1 300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С3S);
- охлаждения (1 300…1 000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.
Узнать данный вид цемента можно по внешнему виду — это зеленовато-серый порошок. Как и все цементы, если к нему добавить воду, он при высыхании принимает камнеобразное состояние и не имеет существенных отличий по своему составу и физико-химическим свойствам от обычного цемента.
Существуют следующие виды портландцемента:
- быстротвердеющий;
- нормальнотвердеющий;
- пластифицированный;
- гидрофобный;
- сульфатостойкий;
- дорожный;
- белый и цветной;
- с умеренной экзотермией;
- с поверхностноактивными органическими добавками.
ЦЕМЕНТ (лат. caementum — «щебень, битый камень») —
искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из основныхстроительных
материалов. При затворении водой, водными растворами солей
и другими жидкостями образует пластичную
массу, которая затем затвердевает и превращается
в камневидное тело. В основном используется
для изготовления бетона и строител
Цемент для строительных растворов — малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов. Изготовляют совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей.
Виды цемента
По наличию основного минерала цементы подразделяются:[1]
- романцемент - преобладание белита, в настоящее время не производится;
- портландцемент - преобладание алита, наиболее широко распространен в строительстве;
- глинозёмистый цемент - преобладание алюминатной фазы;
- магнезиальный цемент (Цемент Сореля) - на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
- смешанные цементы - цементы, получаемые путем смешения вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.
- кислотоупорный цемент - на основе гидросиликата натрия (Na2O·mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.
В подавляющем большинстве
По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40*40*160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1 к 3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М100 — М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100—600 кг/см2 (10—60 МПа). В настоящее время цемент марки М300 и менее не выпускается. Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и т.д.
Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95% обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30—60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).
Производство
Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.
При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4∙2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.
Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470°C в течение 2-4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь условно можно поделить на зоны:
- подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3∙2SiO2∙2H2O → Al2O3∙2SiO2 + 2H2O; далее при температурах 600…1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
- декарбонизации (900…1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
- экзотермических реакций (1200…1350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
- спекания (1300→1470→1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С3S);
- охлаждения (1300…1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.
- Что представляет собой органические и неорганические теплоизоляционные и звукоизоля
ционные материалы? Перечислите эти материалы, опишите их свойства, достоинства и недостатки, а так же области применения в строительстве.
Теплоизоляционные и акустические материалы
Развитие современного жилищного и промышленного строительства неразрывно связано с созданием и повышением качества теплоизоляционных и акустических материалов.
Благодаря этому свойству их применяют
для тепловой изоляции зданий и сооружений,
а также промышленного
Наиболее эффективными теплоизоляционным материалом является минеральная вата и изделия из нее. К теплоизоляционным материалам относят также поро- и пенопласты (газонаполненные полимер- пые материалы). Они паряду с хорошими теплоизоляционными свойствами и легкостью обладают высокой прочностью, что дает возможность использовать их при создании конструктивных элементов зданий и тем самым наиболее рационально решить вопросы ограждений. Для высокотемпературной теплоизоляции эффективными являются материалы и изделия на основе вспученного перлита и вермикулита, а также известково-кремпеземистые теплоизоляционные изделия.
Акустические материалы. Многие теплоизоляционные
материалы могут одновременно служить
для теплозащитных и
Звукоизоляционные прокладочные материалы
на основе минеральной ваты, стеклянного
волокна и газонаполненных
Теплоизоляционные и акустические материалы и изделия делят: по характеру строения — на жесткие (плиты, кирпич, скорлупы, сегменты, сборные щиты), гибкие (маты, полужесткие плиты, шнуры, жгуты, матрацы, листы, рулоны), рыхлые (волокнистые, зернистые, порошкообразные); по виду основного сырья — на неорганические и органические; по показателям объемной массы (в кг/м3) в сухом состоянии – на марки 15, 25, 35, 50, 75, 100, 150, 175, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600 и 700.
Технические условия: теплоизоляционные
и акустические материалы и изделия
должны иметь объемную массу в
сухом состоянии не более 700 кг/м3,
не выделять веществ, снижающих прочность
соприкасающихся элементов
Главная особенность этих материалов
— высокая пористость (до 98%). Строение
их бывает ячеистое, зернистое, волокнистое,
пластинчатое или смешанное. Величина
пор колеблется в широких пределах
п обычно не превышает 3—5 мм. Пористость
можно регулировать в определенных
пределах, изменяя влияние
Теплоизоляционными называют материалы,
которые благодаря своим
По виду исходного сырья все
теплоизоляционные материалы
Одно из главных требований к ограждающим конструкциям зданий (стенам, перекрытиям)—сохранение постоянной температуры внутри здания при минимальных энергетических затратах. Для этого ограждающие конструкции должны в минимальной степени проводить теплоту. Самый простой, но не эффективный способ для этого— увеличение толщины конструкций. Например, для создания необходимой тепловой защиты помещений толщина кирпичной стены даже у одноэтажных зданий 2…2,5 кирпича (510…640 мм), в то время как по соображениям прочности и устойчивости достаточна толщина стены 250 мм.
Для создания эффективной тепловой изоляции используют специальные теплоизоляционные материалы. Кроме утепления зданий, такие материалы необходимы для устройства тепловой изоляции высокотемпературных промышленных установок (котлы, печи и т.п.), горячих трубопроводов‘и холодильных камер. Применение теплоизоляционных материалов позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций, снизить массу здания (табл. 15), уменьшить расход основных строительных материалов (цемента, стали и др.) в 1,5…2 раза и сократить расходы энергии на отопление.
К теплоизоляционным материалам относятся материалы с теплопроводностью не более 0,175 Вт/(м • К) и плотностью не более 600 кг/м3. Известно, что чем выше пористость материала, тем в меньшей степени он проводит теплоту. Наиболее эффективные теплоизоляционные материалы как бы построены из воздуха. Так, в пенопластах поры занимают 90…95 % общего объема материала. Чтобы в материале содержалось как можно больше воздуха, ему придают либо ячеистое, как у пенопластов, либо волокнистое строение, как у минеральной ваты и асбеста.
Косвенной характеристикой пористости
и соответственно теплопроводности
служит плотность материала. Поэтому
в строительстве для
По плотности
Прочность теплоизоляционных материалов невысока: обычно 0,2…2,5 МПа, лишь у отдельных материалов она достигает 10 МПа.
В зависимости от жесткости (относительной
деформации сжатия) под удельной нагрузкой
2 кПа теплоизоляционные
По внешнему виду и форме теплоизоляционные
материалы могут быть рыхлые и
сыпучие, штучные, рулонные и шнуровые.
Сыпучие материалы — это
В зависимости от вида исходного
сырья теплоизоляционные
Теплоизоляционные качества строительных материалов существенно снижаются при увлажнении и насыщении их водой, так как теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха. Поэтому теплоизоляционные материалы необходимо предохранять от увлажнения.
Органические
Теплоизоляционные материалы этой группы вырабатываются из различного растительного сырья и отходов: горбылей, древесных стружек, рейки, опилок, камыша, торфа, очесов льна, конопли, костры, а также из шерсти животных (войлок).
Древесно-волокнистые плиты получили значительное распространение. Для их производства используются древесные отходы (горбыль, рейка, опилки) с добавлением бумажной макулатуры, льняной и конопляной костры, стеблей кукурузы, подсолнечника и т. п. Плиты представляют собой листовой материал, обладающий большой упругостью, полученный формированием с последующим высушиванием древесно-волокнистой массы, пропитанной синтетическими полимерами. Размеры плит, мм: длина — 3000, 2700, 2500, 1800, ширина— 1600, 1200, толщина — 25, 16, 12, 5.
В соответствии с ГОСТ 8904—66 вырабатываются изоляцион-но-отделочные твердые древесно-волокнистые плиты с окрашенной или оклеенной поверхностью. Применение их снижает трудоемкость строительства, так как отпадает необходимость отделочных работ по лицевым поверхностям.
(Древесно-волокнистые плиты легко поддаются механической обработке: их можно пилить, резать, сверлить. Помимо тепловой изоляции плиты используют также и для звуковой изоляции в междуэтажных перекрытиях. К утепляемым поверхностям плиты крепятся гвоздями или приклеиваются битумными мастиками. Плиты толщиной 9—10 мм, применяемые для внутренней отделки, называют сухой органической штукатуркой. Использование их взамен обычной (мокрой) штукатурки удешевляет и ускоряет наиболее трудоемкие отделочные работы. Сухую штукатурку крепят к стенам и потолкам гвоздями (по планкам) или приклеивают.
Древесно-стружечные плиты изготавливают из древесины путем горячего прессования древесных стружек, пропитанных полимерным связующим. При этом жидкий полимер отвердевает, склеивая стружку в монолитную массу. Древесно-стружечные плиты выпускаются толщиной от 13 до 25 мм, длиной 250—360 и шириной 120—180 мм. Предел прочности при изгибе должен быть не менее 8,0 МПа, а коэффициент теплопроводности 0,05 Вт/м • град.
В качестве теплоизоляционного материала используют легкие плиты с объемной массой 250—400 кг/м3.
Фибролит представляет собой теплоизоляционный материал, получаемый в виде плит из затвердевшей смеси древесных стружек, минерального связующего и воды. Фибролитовые плиты выпускают марок 300, 350, 400, 500. Размеры плит: длина — 2000 (2400) мм; ширина — 500 (750) мм; толщина — 25 (100) мм. Фибролит удобен в работе, хорошо пилится, режется и сверлится, широко используется в жилищном и специальном строительстве для устройства перегородок, теплоизоляции потолков, стен и других элементов зданий и сооружений, а также как теплозаполни-тель в сборно-разборных щитовых воинских зданиях.
Войлок строительный получают из .грубой шерсти животных и отходов мехового производства. Его изготовляют в виде отдельных полотнищ и листов толщиной до 12 мм. Войлок используют для устройства теплоизоляции конструкций с нагревом до 100 °С.
Теплоизоляционные материалы на основе синтетических смол относятся к группе газонаполненных полимеров. Они производятся толстыми (пенопласты), пористыми (поропласты) и сотовыми (сотопласты). По виду применяемых для их получения синтетических смол они могут быть полистирольными, поливинилхлоридны-ми, фенольными и др. Пенополистирольные замкнуто-пористые материалы получают из бисерного или эмульсионного полистирола. Гранулированный пористый материал используют для устройства защитных засыпок. Полистирольные поропласты используются в строительстве для тепло- и звукоизоляции холодильных камер и других установок, для устройства теплозащитных оснований под искусственные покрытия дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов в районах вечной мерзлоты, а также для энерго-поглощающих устройств оснований сооружений от сейсмических и иных воздействий.
Пенополивинилхлорид получают аналогично пенополистиролу. Его выпускают в виде жестких и эластичных пластиков в форме плит или отдельных блоков. Объемная масса жесткого пенополи-винилхлорида составляет 60—100 кг/м3. Область применения пе-нополивинилхлорида несколько шире, чем у пенополистирола вследствие плохого его горения.
Фенолоформальдегидные пенопласты получают из новолачных фенолоформальдегидных смол путем введения газообразователей. Вырабатывают пенопласт в виде отдельных плит или изделий нужной формы с объемной массой от 50 до 500 кг/м3. Применяется он для устройства тепло- и звукоизоляций и агрегатов технических систем с нагревом до 250 °С, а при контакте с воздухом — до 150 °С.