30,31,32 Древесина
Древесина, как материал для изготовления изделий имеет ряд достоинств, которыми не обладает ни один из конструкционных материалов. Изучением данных достоинств и недостатков, а так же свойств древесины занимается такая наука как древесиноведение.
Древесина обладает малым объемным весом при сравнительно высокой прочности; древесина сосны, лиственницы, пихты на каждый грамм своего веса выдерживает при растяжении такую же нагрузку, как сталь, в 3 раза большую, чем железное литье, в 4 раза большую, чем литой алюминий и в 7 раз большую, чем чугун.
Теплопроводность древесины в 2—4 раза меньше теплопроводности стекла, в 4—9 раз меньше теплопроводности железобетона и в сотни раз меньше теплопроводности стали.
Древесина легко обрабатывается режущими инструментами, хорошо склеивается различными клеями, скрепляется шурупами и гвоздями, окрашивается, лакируется, полируется. При различных направлениях среза получают красивую разнообразную текстуру древесины.
Древесина обладает высокой упругостью, хорошо поглощает звуки, возникающие при ударе, поэтому она широко применяется в вагоностроении и строительстве.
Высокие резонансовые свойства (особенно мелкослойной ели) делают древесину незаменимым материалом в производстве музыкальных инструментов (роялей, пианино, гитар, мандолин и др.).
Большая стойкость древесины против кислот и щелочей позволяет изготовлять фанерные трубы для агрессивной жидкости. Такие трубы находят большее применение по сравнению с металлическими.
Значительная пластичность древесины дает возможность делать из нее гнутые изделия.
Древесина хорошо прессуется, повышая при этом свои физико-механические свойства. Это позволяет применять ее вместо цветных металлов в ответственных деталях машиностроения (подшипниках и др.).
Обладая низкой электропроводностью, древесина применяется как диэлектрик в таких ответственных установках, как установки с применением токов высокой частоты (ТВЧ). Пороки древесины
Вместе с тем древесина, как конструкционный материал, имеет существенные недостатки - это так называемые пороки древесины. Физико-механические свойства древесины неоднородны. Неоднородность свойств древесины зависит от пороков (сучков, косослоя и др.), от их расположения, направления волокон, влажности и ряда других факторов. Например, при сжатии вдоль волокон прочность древесины в 3—4 раза больше, чем при сжатии поперек волокон. Прочность древесины при растяжении поперек волокон в 30 раз меньше, чем при растяжении вдоль волокон. Сучки значительно снижают прочность древесины. Так, при ширине бруска 100 мм здоровый сучок 50 мм на пласти снижает прочность бруска в 2 раза.
Чем древесина суше, тем она прочнее. Древесина влажностью 30% имеет прочность на изгиб 70% от прочности при влажности 15%.
Значительным недостатком древесины является изменение формы и размеров в зависимости от температуры и влажности воздуха. Древесина усыхает, коробится, разбухает. Изменение влажности воздуха влечет за собой изменение объема древесины: чем выше влажность, тем больше объем древесины. Например, влажность древесины наружных дверей в течение года изменяется от 10 до 26%. При этом следует учесть, что усушка и разбухание древесины в разных направлениях различны. Вдоль волокон усушка практически равна нулю, наибольшую величину она имеет в тангенциальном направлении. В радиальном направлении усушка древесины примерно в 2 раза меньше, чем в тангенциальном. Это обстоятельство должно учитываться при конструировании изделий из древесины.
Для обеспечения формы и размеров узлов и изделий необходимо узлы и изделия делать так, чтобы неизбежные изменения формы и размеров (деформации) отдельных частей происходили свободно, без нарушения прочности самого изделия, и чтобы эти деформации были минимальными. Это обеспечивается склеиванием щитов и деталей, как указывалось раньше, из мелких частей древесины, правильным расположением годичных слоев и изготовлением многослойных щитов.
Направление волокон древесины должно совпадать с направлением сжимающих или растягивающих сил, оно должно быть перпендикулярно направлению изгибающих сил. Исходя из этого, волокна древесины, как правило, следует располагать по длине бруска.
К недостаткам древесины как конструкционного материала относят также легкую возгораемость, загниваемость, особенно в условиях переменных температур и влажности воздуха, изменение цвета под воздействием световых лучей и невысокое сопротивление изнашиванию, особенно вдоль волокон.
Одним из недостатков древесины (набуханием) пользуются при изготовлении бочковой тары для хранения и транспортировки вин, масел и других жидкостей.
Достоинства древесины как материала для конструкций настолько велики, что до сих пор, несмотря на значительный выпуск искусственных материалов и, в частности, пластмасс, заменить полностью древесину каким-либо другим материалом не представляется возможным. Еще долгие годы древесина будет с успехом применяться для производства самых различных изделий.
33,34,35,36 Теплоизоляционные материалы
На практике теплоизоляционные материалы принято делить на три вида (по виду основного исходного сырья):
Органические — получаемые с использованием органических веществ. Это, прежде всего, разнообразные пенопласты (например, пенополистирол). Такие теплоизоляционные материалы изготавливают с объёмной массой от 10 до 100 кг/м3. Главный их недостаток — низкая огнестойкость, поэтому их применяют обычно при температурах не выше 90°C, а также при дополнительной конструктивной защите негорючими материалами (штукатурные фасады, трехслойные панели, стены с облицовкой, облицовки с ГКЛ и т. п.). Также в качестве органических изолирующих материалов используют переработанную неделовую древесину и отходы деревообработки (древесно-волокнистые плиты, ДВП, и древесностружечные плиты, ДСП), сельскохозяйственные отходы (соломит, камышит и др.), торф (торфоплиты) и т. д. Эти теплоизоляционные материалы, как правило, отличаются низкой водо-, биостойкостью, а также подвержены разложению и используются в строительстве реже.
Неорганические — минеральная вата и изделия из неё (например, минераловатные плиты), лёгкий и ячеистый бетон (газобетон и газосиликат), пеностекло, стеклянное волокно, изделия из вспученного перлита, вермикулита, сотопласты и др. Изделия из минеральной ваты получают переработкой расплавов горных пород или металлургических шлаков в стекловидное волокно. Объёмная масса изделий из минеральной ваты 35—350 кг/м3. Характерная особенность — низкие прочностные характеристики и повышенное водопоглощение, поэтому применение данных материалов ограничено и требует специальных методик установки. При производстве современных теплоизоляционных минераловатных изделий (ТИМ) производится гидрофобизация волокна, что позволяет снизить водопоглощение в процессе транспортировки и монтажа ТИМ.
Смешанные — используемые в качестве монтажных, изготовляют на основе асбеста (асбестовый картон, асбестовая бумага, асбестовый войлок), смесей асбеста и минеральных вяжущих веществ (асбестодиатомовые, асбестотрепельные, асбестоизвестковокремнезёмистые, асбестоцементные изделия) и на основе вспученных горных пород (вермикулита, перлита).
В зависимости от вида основного сырья теплоизоляционные материалы делят на неорганические и органические. К неорганическим материалам относят: вату минеральную, ячеистые бетоны, теплоизоляционную керамику и др. Органическими материалами являются: древесноволокнистые и торфяные плиты, камышит и некоторые другие изделия из стеблей растений, а также теплоизоляционные (газонаполненные) пластмассы.
Неорганические материалы более распространены, чем органические. Номенклатура у неорганических теплоизоляционных материалов тоже значительно шире, чем у органических.
Это объясняется тем, что неорганические теплоизоляционные материалы обладают более высокой температуростойкостью, водостойкостью и биостойкостъю, чем органические. Современные теплоизоляционные материалы делят на штучные (формованные) сыпучие (бесформенные).
38. Силикатные материалы: Сырье, принципы получения и виды изделий.
Силикатными называют искусственные каменные материалы и изделия, получаемые в результате формования и последующей тепловлажностной обработки в автоклавах смесей, состоящих из известково-кремнеземистых вяжущих, заполнителей (кварцевого песка, шлака и др.) и воды. Такие композиции, хотя медленно, образуют камень и при твердении на воздухе, но получаемый материал имеет невысокую прочность (1...2 МПа). В этом случае взаимодействие Са(ОН)г извести и SiQ2 песка протекает очень медленно и практически не сказывается на прочности камня. Однако, как было установлено в 1880 г. немецким ученым В. Михаэлисом, твердение уплотненной смеси извести с кварцевым песком резко ускоряется, если эту смесь подвергнуть тепловлажностной обработке в автоклаве, где температура насыщенного пара достигает 170°С и более, а давление — 0,8 МПа и выше. В этих условиях SiO2 песка приобретает химическую активность и между ним и известью происходит энергичное химическое взаимодействие с образованием гидросиликатов кальция, цементирующих зерна песка в прочный монолит.
39.40 Органические вяжущие вещества.
Органические вяжущие вещества представляют собой природные пли искусственные твердые, вязкопластичные или жидкие (при нормальной температуре) продукты, способные изменять свои физико-механические свойства в зависимости от температуры. В зависимости от химического состава, вида сырья и технологии производства органические вяжущие вещества разделяют на битумы и дёгти. На основе битумов и дёгтей изготовляют другие вяжущие вещества (битумно-дёгтевые) и материалы в виде эмульсий и паст (при температуре не ниже 2° С эмульсии имеют жидкую консистенцию, пасты до состояния, текучести разбавляются водой), асфальтовых лаков, асфальтовых растворов и бетонов. Битумы и дегти применяют также для изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов.
Битумы — органические вяжущие вещества черного цвета, состоящие из высокомолекулярных углеводородов, главным образом метанового (CnH2n+2) и нафтенового (СиН2п) рядов и их кислородных и сернистых производных, полностью растворимых в сероуглероде. В зависимости от консистенции (при температуре 18° С) битумы делят на твердые, обладающие упругими, а иногда хрупкими свойствами; полутвердые (вязкопластичные) — с высокой степенью пластичности, и жидкие — легкотекучие, содержащие в своем составе летучие углеводороды. Битумы бывают природные, встречающиеся в природе почти в чистом виде или получаемые путем извлечения из асфальтовых горных пород—асфальтовых известняков, песчаников и т. п.; нефтяные, получающиеся в результате переработки нефти и нефтепродуктов; сланцевые, образующиеся при переработке продуктов перегонки некоторых горючих сланцев.
Дёгти — органические вяжущие вещества черного и темно-бурого цвета полутвердой и жидкой консистенции; в их состав входят в основном смеси углеводородов ароматического ряда (СпН2п-б) и их неметаллических производных — кислорода, азота и серы. Дегти бывают каменноугольные, торфяные и древесные; их получают путем деструктивной перегонки (без доступа воздуха) каменного угля, торфа и древесины. Из перечисленных органических вяжущих материалов, применяемых для устройства дорожных покрытий и тротуаров в городах, особое значение имеют битумы нефтяные дорожные. Сырьем для получения нефтяных битумов является нефть. На нефтеперерабатывающих заводах из нефти получают различные виды топлива, смазочные масла и др. Нефтяные остатки, образующиеся после переработки нефти, гудрон, крекинг остаток и т. д., используют для получения битумов.
Остаточные битумы, получающиеся в результате атмосферно-вакуумной перегонки высокосмолистых нефтей и отбора из них бензина, керосина и части масел, представляют собой твердые или полутвердые продукты. Однако при атмосферно-вакуумной переработке маслосмолистых нефтей остаточные битумы получаются малой вязкости, для повышения вязкости их подвергают окислению. Окисленные битумы изготовляют путем продувки воздухом нефтяных остатков (гудрона и др.) на окислительных установках.
Гудрон, поступающий в кубы окислительной установки, продувается при температуре 350° С воздухом, который подаётся через перфорированные отверстия трубы, расположенной в нижней части куба. В результате взаимодействия кислорода воздуха с гудроном в процессе продувки идет реакция дегидрополиконденсации с образованием высокомолекулярных компонентов и повышением вязкости окисленного битума. После окончания цикла окисления гудрона (4—60 ч в зависимости от заданной вязкости битума) готовый битум перекачивают из кубов в цистерны для транспортировки или в емкости для хранения. Компаундированные битумы получают компаундированием, т. е. смешением остатков, образующихся при различной переработке нефти. За последнее время процесс окисления остатка интенсифицируется путем введения катализаторов или эмульгированием окисляемого продукта
41. Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе органических вяжущих.
Пергамин. Он представляет собой тонкую картонную основу, пропитанную нефтяными битумами. Изготавливается в виде рулонного материала шириной от 650 до 1050 мм. Применяется в качестве подкладочного материала под рубероид.
Рубероид. Представляет собой битумокартон, пропитанный с обеих сторон полотна тугоплавким нефтяным битумом, на который нанесен слой тонкомолотого минерального порошка. Выпускается в виде рулонов шириной 750—1000 мм. Используется как многослойный кровельный материал.
Толь. Его получают путем пропитки строительного картона дегтевыми веществами и посыпки с обеих сторон полотна мелкозернистым песком.
42. Асфальтовые бетоны и растворы.
Асфальтовый бетон (асфальтобетон) — искусственный строительный материал, получаемый в результате отвердевания уплотненной асфальтобетонной массы, состоящей из рационально подобранных по качеству и количеству и тщательно перемешанных компонентов: щебня (гравия), песка, минерального порошка и битума. Асфальтобетон без крупного заполнителя (щебня) называют песчаным асфальтом или асфальтовым раствором.
Асфальтобетоны и растворы являются разновидностями искусственных строительных конгломератов, располагаются в единой классификации ИСК и относятся к группе безобжиговых материалов, получаемых на основе органических вяжущих веществ. Они в современном строительстве занимают одно из ведущих мест, поскольку являются важнейшими материалами для устройства дорожных и аэродромных покрытий, ирригационных каналов, плоских кровель, гидротехнических сооружений, штучных изделий.
К основным классификационным признакам асфальтобетонов относятся разновидность крупного заполнителя, вязкость битумов, размеры зерен щебня или гравия, структурные параметры, производственное назначение. В зависимости от вида крупного заполнителя асфальтобетоны разделяют на щебеночные, состоящие из щебня, песка, минерального порошка и битума; гравийные, в состав которых входят гравий, песок или гравийно-песчаный материал, минеральный порошок и битум; песчаные — асфальтобетоны, в которых отсутствует крупный заполнитель (щебень или гравий).
43. Коррозия бетона и меры защиты от коррозии.
Виды коррозии бетона в жидкой среде.
Коррозия 1-го вида объединяет все процессы коррозии, которые возникают в бетоне при действии мягких вод, когда составные части цементного камня растворяются и уносятся протекающей водой.
К коррозии 2-го вида относятся те процессы коррозии, которые развиваются в бетоне при действии вод, содержащих химические вещества, вступающие в реакцию с составляющими цементного камня. К этой группе относятся процессы, возникающие при действии кислот, магнезиальных солей.
К коррозии 3-го вида относятся те процессы коррозии, при развитии которых в порах и капиллярах бетона происходит накопление малорастворимых солей, кристаллизация которых вызывает возникновение значительных напряжений в стенках пор и капилляров и приводит к разрушению структурных элементов бетона.
Для повышения стойкости бетона при коррозии 1-го вида используют:
бетоны повышенной плотности;
специальные цементы, в частности пуццолановые;
гидроизоляцию бетона;
облицовку или пропитку бетона.
Для защиты бетона от коррозии 2-го вида используют следующие приемы:
правильный выборцемента;
повышение плотности бетона;
защита поверхности бетона специальными красками;
облицовка и др.
Основными мероприятиями по борьбе с коррозией бетона 3-го вида являются:
выбор цемента в зависимости от условий службы конструкций и степени агрессивности среды;
введение воздухововлекающих, пластифицирующих добавок типа СДБ, повышение плотности бетона различными способами, в том числе применением низких ВЦ и уплотняющих добавок.
Если указанные средства не могут обеспечить защиту, то необходимо прекратить доступ воды к поверхности бетона, т.е. применить поверхностную защиту.
Коррозия арматуры в бетоне.
Защитное действие бетона по отношению к арматуре определяется способностью цементного камня пассивировать сталь. Отсутствие коррозии стали в бетоне объясняется ее пассивностью в щелочной среде. Если же поверхность арматуры остается активной или неполностью пассивируется при изготовлении конструкции либо теряет пассивность в процессе эксплуатации конструкции, то происходит коррозия арматуры в бетоне. Для сохранения пассивности стали в бетоне необходим ее постоянный контакт с поровой жидкостью, имеющей высокую щелочность. В обычном плотном бетоне нормального твердения, приготовленном на портландцементе, существует значительный запас гидроксида кальция, обеспечивающего щелочную среду. Если цемент содержит активные гидравлические добавки, то значительная часть гидроксида кальция ими связывается. Это связывание значительно интенсифицируется при тепловой обработке бетона, что приводит к существенному снижению щелочности поровой жидкости. Особенно это заметно в бетонах авто клавного твердения – ячеистых и силикатных. Обеспечить сохранность арматуры в тяжелых и легких бетонах можно повышением плотности самих бетонов, уменьшением их проницаемости, повышением их защитных свойств путем введения ингибирующих и уплотняющих добавок.
Для увеличения хлоридной стойкости требуется иметь непроницаемый бетон, ВЦ 0,40 или меньше. Использование золы, кремнеземистой пыли, суперпластификаторов помогает снизить коррозионную активность.
44. Особые виды бетона.