Строительные материалы. 10

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

Дисциплина: «Материаловедение»

2013 г.

1. Что такое тяжелый бетон, как его изготавливают и от чего зависит его прочность?

Тяжелый бетон, общее название бетонов с объемной массой от 1800 кг/м³ до 2500 кг/м³, в которых обычно крупным заполнителем служит каменный щебень, а мелким — природные пески. В качестве вяжущего используют портландцемент, а также расширяющийся, глиноземистый цемент и др.

Тяжелый бетон, применяемый  для сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и  деталей промышленных, жилых и  общественных зданий и сооружений, должен приобретать определенную прочность  в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке  и экономичной. При использовании  в незащищенных от внешней среды  конструкциях к бетону предъявляются  требования повышенной плотности, морозостойкости  и коррозиестойкости. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении составляющие его материалы отвечают определенным требованиям.

Материалы, подходящие для приготовления тяжелого бетона:

• Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент, быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (прочности, морозостойкости, химической стойкости, водонепроницаемости и др.), а также технологии изготовления изделий, их назначения и условий эксплуатации. Портландцемент должен быть свежим, не слежавшимся. Если есть комки, цемент просеивают через сито с размерами ячеек 5 мм. Если марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, то надо разбавить высокоактивный цемент тонкомолотой активной добавкой, чтобы избежать перерасхода высокомарочного цемента.

• Вода, применяемая для затворения бетонной смеси и поливки бетона, не должна содержать вредных примесей, препятствующих схватыванию и твердению вяжущего вещества. Для затворения бетонной смеси применяют водопроводную питьевую воду, а также природную воду (рек, естественных водоемов), имеющую водородный показатель рН не менее 4, содержащую не более 5600 мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более 2700 мг/л . He допускается применять болотные, а также сточные бытовые и промышленные воды без их очистки. Морскую и другую воду, содержащую минеральные соли, можно применять, если общее количество солей в ней не превышает 2%.

• Мелким заполнителем в тяжелом бетоне служит природный и дробленый песок, состоящий из зерен размером от 0,14 до 5 мм и имеющий объемную насыпную массу более 1200 кг/м³.Применяют для изготовления бетона крупные пески (с модулем крупности М_к более 2,5) «средние по крупности пески (М_к = 2—2,5). Мелкие пески (М_К=1,5—2) следует обогащать, применяя укрупняющую добавку — крупный природный или дробленый песок. Содержание в песке мелких зерен размером менее 0,14 мм не должно быть больше 10% (по массе), в этом   количестве   самых мелких частиц, определяемых отмучиванием (глина, пыль, ил), допускаеч ся до 3% в природном, и до 5% в дробленом песках.

• Крупный заполнитель состоит из зерен размером от 5 до 70 мм. Щебень, гравий и щебень, получаемый дроблением крупного гравия, должны применяться в виде фракций (в мм): 5—10, 10—20, 20—40, 40—70. При изготовлении бетонной смеси фракции дозируют в соотношениях, необходимых для получения минимальной пустотности заполнителя, что позволяет снижать расход вяжущего при сохранении заданных свойств бетона. Содержание зерен лещадных, игловатых ограничивается 15%. Нельзя применять заполнитель, в котором глина находится и виде пленки, обволакивающей зерна заполнителя, или в виде комьев (в количестве более 0,25%). Заполнитель очищают от примеси глины и пыли промывкой. Кроме того, годятся битый кирпич, куски старого бетона, битое стекло, старые гвозди, обрубки стального прутка. Нельзя применять лом цветных металлов.

К добавкам для бетонов  относятся неорганические и органические вещества или их смеси, за счет введения которых в контролируемых количествах  направленно регулируются свойства бетонных смесей и бетонов либо бетонам  придаются специальные свойства. В основу классификации добавок  для бетонов положен эффект их действия. По этому признаку добавки  для бетонов делят на следующие  группы:

1. Регулирующие реологические свойства бетонных смесей (пластифицирующие, увеличивающие подвижность бетонных смесей; стабилизирующие, предупреждающие расслоение, и водоудерживающие, уменьшающие водоотделение).
2. Регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов (замедляющие схватывание, ускоряющие схватывание и твердение, и противоморозные, т. е. обеспечивающие твердение бетона при отрицательных температурах).
3. Добавки, регулирующие пористость бетонной смеси и бетона (воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие добавки, а также уплотняющие)
4. Добавки, придающие бетону специальные свойства:

- гидро-фобизующие, уменьшающие смачивание,

- повышающие противорадиационную защиту,

- жаростойкость;

- антикоррозионные, т. е. увеличивающие стойкость в агрессивных средах;

- ингибиторы коррозии стали, улучшающие защитные свойства бетона к стали;

- добавки, повышающие бактерицидные и инсектицидные свойства.

5. Добавки полифункционального действия, одновременно регулирующие различные свойства бетонных смесей и бетонов:

- пластифицирующе-воздухововлекающие;

- пластифицирующие, повышающие прочность бетона,

- газообразующе-пластифицирующие.

6. Минеральные порошки — заменители цемента. К этой группе относятся

тонкомолотые материалы, вводимые в бетон в количестве 5...20% (золы, молотые шлаки, отходы камнедробления и др., придающие бетону специальные свойства (жаростойкость, электропроводимость, цвет и др.)).

У тяжелого бетона более  благоприятные показатели поверхностного износа, что важно для цементно-бетонных дорог и полов промышленных зданий. У него хорошие защитные свойства против радиоактивных излучений, поэтому он широко применяется в конструкциях биологической защиты атомных реакторов.

Главный недостаток тяжелого бетона — большая объемная масса и, следовательно, невысокий коэффициент конструктивного качества. Кроме того, он весьма теплопроводен. Его коэффициент теплопроводности около 1,18 Вт/(м-К), т. е. в 2—3 раза выше, чем у легких бетонов, поэтому в наружных стенах и покрытиях зданий его применяют совместно с теплоизоляцией.

Прочность тяжелого бетона зависит от активности цемента, цементно-водного  отношения, срока и условий твердения.

2. В каких сечениях изучается макроструктура древесины? Объясните основные элементы торцевого сечения.

Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое  невооруженным глазом или через  лупу, микроструктурой - видимое под  микроскопом. Обычно изучают три  основных разреза ствола: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через  ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола.

При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным глазом или через  лупу можно различить следующие  основные его части: сердцевину, кору, камбий и древесину.

Сердцевина  состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Сердцевина совместно с древесной  тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. Эта  часть ствола дерева легко загнивает  и имеет малую прочность.

Кора  состоит из кожицы или корки, пробковой  ткани и луба. Корка или кожица и пробковая ткань защищают дерево от вредных влияний среды и  механических повреждений, проводит питательные  вещества, от кроны в ствол и  корни.

Под лубяным слоем у растущего  дерева располагается тонкий кольцевой  слой живых клеток - камбий. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает  в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большем  объеме - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью.

Поэтому древесина ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном разрезе  состоит из ряда концентрических  так называемых годичных колец, располагающихся  вокруг сердцевины. Каждое годичное кольцо состоит из двух слоев: ранней (весенней) древесины, образовавшейся весной или  в начале лета, и поздней (летней) древесины, которая образуется к  концу лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток; поздняя древесина более темного цвета, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из мелко волостных клеток с толстыми стенками.

В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных - дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток, называют у некоторых пород ядром, у других - спелой древесиной. Часть более молодой древесины ствола ближе к коре, в которой еще имеются живые клетки, обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне, называют заболонью. Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко загнивает, малопрочна, обладает большей усушкой и склонностью к короблению.

Породы, у которых ядро отличается от заболони более темной окраской и меньшей  влажностью, называют ядровыми (сосна, лиственница, дуб, кедр и др.). Породы, у которых центральная часть  ствола отличается от заболони только меньшей влажностью, называют спелодревесными: (ель, пихта, бук, липа).

Древесные породы, у которых нельзя заметить значительного различия между центральной и наружной частями древесины ствола, носят название заболонные породы: (береза, клен, ольха, осина).

В древесине  всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения  влаги и питательных веществ  в поперечном направлении и создания запаса этих веществ на зимнее время. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под  микроскопом. Древесина легко раскалывается  по сердцевинным лучам, по ним же она  растрескивается при высыхании.

3. В каком виде находится влага в древесине? Удаление какой влаги связано с разрушением клетчатки?

Влага содержится в древесине  в двух состояниях: в связанном и свободном.

Связанная (гигроскопическая) влага находится в толще клеточных стенок и удерживается физико-химическими связями. Изменение количества содержания связанной влаги сопровождается изменением большинства свойств древесины.

Свободная влага содержится в полостях клеток и межклеточном пространстве. Она удерживается только механическими связями. Свободная влага удаляется из древесины значительно легче и оказывает меньшее влияние на изменение свойств древесины, чем связанная. Например, удаление свободной влаги не сопровождается деформациями и появлением трещин в древесине. Содержание свободной влаги в древесине может колебаться в широких пределах свыше 30%.

Удаление из древесины  связанной влаги способствует разрушению клетчатки.

Изменение влажности древесины  от нуля до предела гигроскопической влажности вызывает изменение ее линейных размеров и объема — усушку или разбухание, величина которых  зависит от количества испарившейся или поглощенной ею влаги и  направления волокон. Вдоль волокон линейная усушка для большинства древесных пород не превышает 0,1 %, в радиальном направлении — 3...6 %, а в тангенциальном — 7...12 %. Разница в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерность высыхания сопровождается возникновением внутренних напряжений в древесине, что может  вызвать  ее коробление и растрескивание. Боковые края досок стремятся выгнуться в сторону выпуклости годовых слоев, а наибольшему короблению подвержены доски, выполненные из древесины, расположенной ближе к поверхности бревна, и широкие доски.

4. Что служит сырьем  для изготовления неорганических ТИМ, и в каком виде эти материалы применяют?

Из неорганических теплоизоляционных  материалов наиболее распростра-нены минеральная вата и изделия из нее, стеклянная вата, ячеистые бето-ны, пеностекло, вспученный перлит. Основные положительные свойства неорганических теплоизоляционных материалов - огнестойкость и биостойкость - сочетаются с высокими теплоизоляционными качествами.

Минеральная вата - это материал, который состоит из тонких стекловидных волокон, получаемых из расплавленных горных пород (базальтов, габбро, диабазов, доломитов и других - каменная вата) или металлургических шлаков - шлаковая вата. Теплоизоляционные свойства минеральной ваты обусловлены высоким содержанием воздуха между волокнами (до 95 %).

Выпускают вату в виде бесформенной волокнистой массы желтовато-серого или зеленовато-серого цвета. По плотности  ее подразделяют на марки 80 и 100. Теплостойкость минеральной ваты в зависимости  от исходного сырья достигает 700... 1000 °С.

Минераловатные изделия получают путем склеивания волокон различными связующими (синтетическими смолами, битумом, крахмалом) или, реже, прошивкой минеральной ваты, покрытой с двух или одной стороны бумагой (сеткой или тканью). Выпускают гибкие, полужесткие, жесткие и твердые минераловатные изделия. К гибким изделиям относят минеральный войлок, прошивные маты и теплоизоляционный шнур.

Минеральный войлок получают путем уплотнения минеральной ваты, смоченной битумной эмульсией или  синтетической смолой. Он бывает марок  от 100 до 200 в виде рулонов или листов толщиной 30.. .60 мм.

Минераловатные прошивные маты - полотнища из минеральной ваты с обкладками с одной или двух сторон, прошитые проволокой или нитью. Выпускаются длиной 1000...2500 мм, шириной 500...2500 мм, толщиной 40... 120 мм, плотностью    З0...130кг/м3.

Минераловатные плиты различной жесткости производят путем пропитки минераловатного ковра синтетическим связующим и уплотнения с последующей термообработкой; плотность плит в зависимости от вида изделий составляет 50...250 кг/м3.

Минеральную вату и изделия  из нее применяют для утепления  наружных конструкций зданий, а также  для устройства звукоизолирующих слоев  в перекрытиях и внутренних стенах зданий. В промышленном строительстве  минеральную вату и изделия из нее, кроме того, применяют для  изоляции холодильных камер, тепловых сетей (трубопроводы горячей воды, пара и т. п.), оборудования теплоэлектростанций, котельных и др.

Стеклянная вата и изделия из нее. Стеклянная вата - материал, состоящий из беспорядочно расположенных стеклянных волокон, полученных из расплавленного сырья. Сырьем для производства стекловаты служат сырьевая шихта для варки стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода и известняк) или стеклянный бой.

Стеклянное волокно значительно  большей длины, чем волокна минеральной  ваты, и отличается большими химической стойкостью и прочностью. Плотность стеклянной ваты -75... 125 кг/м3, теплопроводность - 0,04...0,052 Вт/(м • °С), предельная температура применения стеклянной ваты составляет 450 °С. Из стекловолокна выполняют маты, плиты, полосы и другие изделия, в том числе тканые.

Стекловата используется для теплоизоляции полов, стен, потолков в кирпичных, бетонных и других конструкциях, а также в качестве звукоизоляции  в конструкциях с двойной стеной.

Пеностекло (ячеистое стекло) - легкий и прочный материал ячеистого строения с пористостью 80...90 %. Его получают из стеклянного боя или специально сваренного стеклогранулята с добавлением газообразователей (0,5...3 % мела или угля от массы стекла). Полученную смесь измельчают в мельнице, загружают в формы и нагревают до вспенивания, а затем быстро охлаждают. Газообразователь, разлагаясь или сгорая, выделяет газообразные продукты, вспенивающие размягченные тонкодисперсные частицы стекла, при охлаждении которых образуется пеностекло.

Плотность пеностекла - 200...300 кг/м3; прочность при сжатии - 3...6 МПа, теплопроводность - 0,06...0,12 Вт/(м - °С). Промышленность выпускает пеностекло в виде плит толщиной около 100 мм и размером 500x1000 мм. Применяют пеностекло для тепловой изоляции при возведении гидротехнических сооружений, машинных отделений судов, наружных стен и покрытий гражданских  и промышленных зданий.

Теплоизоляционные плиты из ячеистого бетона выпускаются следующих марок по плотности: 250; 300; 350 и 400; теплопроводность - 0,07...0,11 Вт/(м • °С); прочность при сжатии - от 0,6 до 2 МПа. Плиты имеют размеры (мм): длина от- 500 до 1000, ширина - от 400 до 600 и толщина - от 80 до 240.

Плиты из ячеистого бетона применяют для утепления стен из мелкоштучных материалов, кровли, изготовления перегородок и теплоизоляции оборудования с температурой до 400 °С.

Вспученный перлит получают обжигом природных вулканических стекол - перлита, обсидиана, витрофира. Исходную породу дробят до заданных размеров, подсушивают в сушильном барабане, а затем обжигают в печи при температуре 900... 1200 °С. Вспучивание зерен происходит за счет интенсивного удаления химически связанной воды (в виде пара) в момент перехода перлита в пиропластическое состояние. Перлит является стеклом и при нагреве размягчается.

Песок применяют для устройства теплоизоляционных засыпок, а также  в составе изделий - битумоперлита, цементоперлита, пластоперлита, керамоперлита и других, перлитовый щебень - для изготовления легкого бетона. Температура применения засыпок из вспученного перлита - (-200.. .+800) °С.

5. Полимеры. Классификация и строение полимера.

Полимерами называют высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых построены из многократно повторяющихся структурных звеньев, соединенных ковалентными связями. Макромолекулы полимеров содержат десятки и сотни тысяч единиц.

Например, в молекуле поливинилхлорида:

-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-

повторяющимся звеном является группировка:

-CH₂-CHCl-

Классификация полимеров:

1. по химическому составу:

• органические полимеры (содержат атомы углерода, водорода, азота, кислорода, галогенов)

• неорганические полимеры (не содержат атомов углерода)
• элементорганические полимеры (в составе основной цепи наряду с атомами углерода находятся атомы Si, Al, Ti, Ge, B). В природе их нет. Искусственно полученный представитель — кремний-органические соединения.

2. по форме макромолекул:

• линейные,
• разветвлённые (частный случай — звездообразные),
• ленточные,
• плоские,
• гребнеобразные,
• дендримеры,
• полимерные сетки и так далее.

3. по происхождению:

• природные (существующие в природе): целлюлоза, крахмал, хитин, белки, нуклеиновые кислоты и др.
• синтетические полимеры (не существующие в природе, синтезированные): полиэтилен, полипропилен и др.
• искусственные (модификации природных полимеров, получаемые синтетически): нитроцеллюлоза, бензилцеллюлоза, метилцеллюлоза, ацетатцеллюлоза и др.

4. по областям применения:

• пластические массы и органические стекла
• синтетические каучуки
• синтетические и искусственные волокна
• пленки и многочисленные декоративно-защитные покрытия (лаки, краски, эмали)
• биомедицинские материалы.

5. по полярности (влияющей на растворимость в различных жидкостях):

• гидрофильные или полярные - полимеры, звенья которых обладают значительной полярностью;
• неполярные, гидрофобные  - полимеры с неполярными звеньями;
• амфифильные - полимеры, содержащие как полярные, так и неполярные звенья.

6. по отношению к нагреву:

• на термопластичные  - полиэтилен, полипропилен, полистирол при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим.
• и термореактивные.  Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления.

Отличительные свойства полимеров.

1. особые механические свойства:

• эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
• малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
• способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

2. особенности растворов полимеров:

• высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;
• растворение полимера происходит через стадию набухания.

3. особые химические свойства:

• способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

Особые свойства полимеров  объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы  имеют цепное строение и обладают гибкостью.