I л 35 гост 4001-84

Бортовые камни – бывают прямо и криволинейными. В зависимости от назначения подразделяются на следующие марки:

1ГП - отделяют проезжую часть дороги от тротуаров, газонов, внутриквартальных проездов.

2ГП - отделяют проезжую часть дороги от тротуаров на съездах, в тоннелях и распредели- тельных полос

3ГП - отделяют проезжую часть дороги от тротуаров на мостах и путепроводах

4ГП и 5ГП - отделяют переходные дорожки и тротуары от газонов

ГПВ – предназначены для устройства въездов с проезжей части улиц на тротуары

ГК5 и ГК8 - отделяют проезжую часть улиц внутри квартальных проездов от тротуаров на закруглениях

В условном обозначении марки камней буквы означают:

Г  - материал, из которого изготовлен бортовой камень - горная порода;

П  - прямоугольный бортовой камень;

В  - прямоугольный въездной бортовой камень;

К  - криволинейный бортовой камень.

Цифры  в маркировке криволинейных камней означают радиус кривизны в метрах.

Бортовые камни изготавливают из плотных изверженных пород (гранита, диабаза и т.п.).

Брусчатка – предназначена для мощения дорог. Изготавливают механизированным способом из однородных мелко- и среднезернистых пород (диабаз и др.).

Тротуарные плиты – изготавливают из гнейсов и подобных ему слоистых пород.

Лекция 3

Минеральные вяжущие вещества

1. Основные определения и классификация.

2. Основы теории твердения вяжущих веществ.

3. Основные общие технические свойства вяжущих веществ.

4. Воздушные вяжущие вещества:

5. Гидравлические вяжущие вещества

Основные определения и классификация.

Минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные вещества, которые при смешиванием с водой (водными растворами солей или некоторыми жидкостями) образуют тестообразные или вязко-текучие массы, способные с течением времени затвердевать и переходить в камневидное или стеклообразное состояние.

МВВ подразделяют на 4 основные группы:

1. Воздушные вяжущие вещества. Твердеют и сохраняют прочность только на воздухе. К ним относятся: гипсовые, известняковые, магнезиальные.

2. Гидравлические вяжущие вещества. Твердеют в воздушно-влажностных условиях или в воде. Хорошо сохраняют прочность в воде и на воздухе. К ним относятся все разновидности портландцементов, шлаковые цементы, шлакощелочные цементы, фосфатные вяжущие, глиноземистый цемент.

3. Автоклавные вещества. Твердеют и набирают прочность в среде насыщенного пара при повышенном давлении и температурах (до 190ºС). Сюда относят известково-кремнеземистые, цементно-песчаные вяжущие и др. аналогичные.

4. Кислотостойкие вяжущие. Твердеют на воздухе или в воде. Сохраняют длительную прочность в кислых средах. К ним относят: кислотоупорный цемент или вяжущие на основе жидкого стекла и тонкомолотого кремнезема.

Основы твердения.

Минеральные вяжущие вещества твердеют по следующей общей схеме:

1 этап. Происходит растворение, диспергирование (гидролиз), конденсация и образование первых коллоидных новообразований. Со временем образуются пересыщенные растворы, которые конденсируются (осаждаются). Образуются гелеобразные массы. Начало схватывания

2 этап. Увеличение концентрации коллоидных частиц, гелеобразная масса уплотняется, образуются коагуляционные структуры. Конец схватывания.

3 этап. На фоне нарастания предыдущих процессов происходит, также, кристаллизация и уплотнение структуры. Приобретается механическая прочность и необратимость свойств. Твердение.

Основные общие технические свойства.

Для МВВ есть общие свойства, которые определяются по разработанным стандартным методикам.

Нормальная густота – консистенция характеризуется количеством воды, от массы вяжущего в % или в долях. Нормальное количество воды для цемента подбирается на приборе Вика (погружение в цементное тесто пестика в течение 30 сек, при этом пестик не должен достигать нижней части прибора 5-7 мм), а для гипсовых вяжущих на приборе Суттарда (тесто размешивают и заливают в цилиндр, через определенное время убирают – цилиндр тесто растекается, диаметр лепешки должен составлять – d 18 + 0,5 см).

Нормальная густота определяется также и с целью определения ряда других важных характеристик вяжущего: определение сроков схватывания, марки гипса и для характеристики водопотребности вяжущих.

Сроки схватывания – определяются на приборе Вика, измеряются временем от момента затворения, до момента, когда игла прибора Вика не дойдет до дна на 1-2 мм (начало схватывания), и когда погрузится не более чем на 1 мм (конец схватывания).

Активность вяжущего характеризуют:

• тонкостью помола, определяемой по остатку в % на стандартном сите: для цемента номер сита № 008, гипсов №02;

• пределом прочности при сжатии и изгибе, определяемые на образцах балочках (4х4х16 см), изготовленных из раствора (цемент) или теста нормальной консистенции (гипс).

Цемент испытывается через 28 суток после твердения во влажных условиях, гипс через 1,5 часа твердения на воздухе.

По этим показателям обычно вяжущие маркируются.

ПЦ М400 (Rсж = 400 кг с/см²)

Гипсовые вяжущие Г – 5А2, Rсж = 5 Мпа.

А2 - индексы тонкости помола (А) и сроков схватывания (2). АБВ – сроки схватывания, быстро, средне, медленное твердение. 1, 2, 3 тонкого, среднего, грубого помола.

У извести прочность низкая, поэтому активность ее измеряется по содержанию основного компонента: CaO (CaO+MgO). По этому показателю они подразделяются на три сорта 1, 2, 3.

Воздушные вяжущие вещества.

Гипсовые вяжущие вещества.

Их получают на основе природного гипсового камня (CaSO₄·2H₂O – кристаллогидрат). В зависимости от температуры при которой получают вяжущие, их подразделяют на низкообжиговые, получаемые путем варки при t° = 140-180 °C, или путем обработки в автоклавах. В первом случае получается строительный гипс, во втором высокопрочный гипс.

При варке в варочном котле измельченный гипсовый камень дегидратируется с образованием полуводного гипса:

CaSO₄·2H₂O→CaSO₄·0,5H₂O+1,5H₂O

CaSO₄·0,5H₂O - полуводный гипс.

В автоклавах в отличии от варочных котлов получается не β-CaSO₄·0,5H₂O, a α-CaSO₄·0,5H₂O – α модификация, получается при повышенном давлении пара.

Высокообжиговые или ангидритовые вяжущие получают при t = 700-900 ºC этот процесс ведут в печах, где происходит полная дегидратация:

CaSO₄·2H₂O→CaSO₄+2H₂O

и частичное разложение

CaSO₄→CaO+SO₃

СaO в последствии является катализатором процесса гидратации этого вяжущего.

Основные свойства гипсовых вяжущих.

Строительный гипс – или алебастр при затворении водой за счет процессов гидратации и кристаллизации происходит твердении этого вяжущего

CaSO₄·0,5H₂O+1,5H₂O→CaSO₄·2H₂O

Получаемые вяжущие очень быстро схватываются (5-10 мин) и твердеют набирая прочность от 2-12 мПа, высокопрочный гипс до 40 мПа.

Ангидритовые вяжущего могут набрать прочность до 50-60 мПа, но твердеют медленно.

Известковые вяжущие.

Известь строительная воздушная. В строительстве используют, в основном, известь негашеную молотую и известь гашеную, которая может быть представлена в виде:

1. пушенка – это гашеная водой (до 50%)известь,

2. известковое тесто – воды в 1,5 раза больше,

3. известковое молоко,

4. известковый раствор.

Известь получают из карбонатных пород, известняков, доломита, мела, путем обжига в шахтных, вращающихся и других печах при Т = 900-1200 С. В печи происходит термическая диссоциация:

CaCO₃→CaO+CO₂↑

Чем больше СаО в извести, тем выше ее качество. При затворении водой происходит гидратация извести:

СаО+Н₂О → Са(ОН)₂,

которая при высыхании кристаллизуется, образуя камень небольшой прочности.

Отвердевание известкового вяжущего происходит под влиянием двух процессов: высыхания раствора и сближения кристаллов гидроокиси кальция и их срастания, карбонизации извести под действие углекислого газа воздуха с образование карбоната кальция СаСО₃. Процесс идет во влажной среде.

Са(ОН)₂ + СО₂ = CaCO₃ + Н₂О

Гидросиликатное твердение – когда известь взаимодействует с кремнеземом, например, тонкомолотым песком, образуя гидросиликат кальция. Соединение дает прочный и относительно водостойкий – камень.

Са(ОН)₂ + SiO₂→CaOSiO₂·nH₂O

Этот процесс идет активно в автоклавах при Т = 180С и давлении пара до 10 Атм.

Свойства известковых вяжущих:

Медленно твердеют и схватываются, набирают низкую прочность, известково – песчаный (1:3) раствор к 28 суткам твердения на воздухе имеет прочность не более 10 кг/см².

Магнезиальные вяжущие вещества.

Их получают из природного магнезита или доломита. Обжиг ведут в печах, аналогичных по принципу действия с печами применяемыми для обжига извести, но при температурах 700-800С

MgCO₃→MgO+CO₂↑

В отличии от извести для твердения вяжущего его необходимо затворять водными растворами солей, например, MgCl₂ (бишофит).

При взаимодействии образуется сложная комплексная соль и идет процесс гидратации.

Прочность набирается при высыхании.

Свойства магнезиальных вяжущих веществ:

Эти вяжущие хорошо сцепляются с древесиной могут набирать прочность до 40-50 МПа. Применяется для приготовления композиционных древесностружечных, древесноволокнистых материалов, например, фибролита.

Растворимое или жидкое стекло.

Коллоидный водный раствор кремнезема в едких щелочах:R₂O·nSiO₂. Выпускают в основном натриевое, реже калиевое стекло. n-модуль стекла. При его изменении меняются свойства.

Растворимое стекло получают, распаривая в автоклавах специально полученное стекло щелочного состава (сырье называется: силикат-глыба). Силикат – глыбу получают при резком охлаждении расплава стекла, который варят в стекловаренных печах из кварцевого песка и соды. Растворимое стекло применяют для получения кислотостойких бетонов, а также для огнестойких обмазок, используют как добавку для повышения водонепроницаемости.

Лекция 4

Гидравлические вяжущие вещества.

1. Известково-пуццолановые вяжущие.

2. Гидравлическая известь.

3. Роман-цемент.

4. Портландцемент.

1. Известково-пуццолановые вяжущие.

При добавлении в известь добавок, содержащих в своем составе активный кремнезем (SiO₂ – в аморфной форме) он способен взаимодействовать с СаО или с Са(ОН)₂, с образованием низкоосновных гидросиликатов:

CaO+nH₂O→CaOSiO₂·nH₂O

Гидросиликат Са, который в отличие от Са(ОН)₂, водостойкий кристаллический сросток (камень). Эти вяжущие получают, когда добавляют в известь до 20-30% активных минеральных добавок (горные породы, диатомит, топливные шлаки, золы).

Для достижения активности, их тонко измельчают, обычно, совместно с известью.

Начав твердеть на воздухе, эти вяжущие продолжают набирать прочность и твердеть в воде, но имеют невысокую прочность. При пропаривании и обработки в автоклавах, вяжущее быстро твердеет и набирает прочность порядка 20 МПа и более.

2. Гидравлическая известь.

Получена в Англии – Джоном Смитом – путем обжига мергилистых известняков, при Т = 1000ºС с последующем тонким измельчением.

Это вяжущее после затворения водой образует пластичное тесто, которое медленно гасится. Начав твердеть на воздухе, продолжает твердеть и в воде и проявляет гидравлические свойства за счет твердения содержащихся в ее составе минералов, называемых силикаты кальция.

Мергилистые известняки – породы, содержащие известняк и до 20% глинистых примесей.

При обжиге получается ряд минералов:

2CaO+2SiO₂→2CaO·SiO₂ (двукальциевый силикат)

2CаO+2Fe₂O₃→2CaOFe₂O₃ (двукальциевый феррит)

CaO+Al₂O₃→CaOAl₂O₃ (алюминат кальция)

При взаимодействии этих минералов соответственно образуется гидросиликаты – ферриты и алюминаты кальция, обладающие повышенной водостойкостью, что обуславливает их гидравлические свойства.

Для характеристики проявления гидравлических свойств используется гидравлический модуль.

ГМ= (СаО +MgO)% / (SiO₂+Fe₂O₃+Al₂O₃)%

1. слабогидравлическая известь ГМ > 4,5

2. сильногидравлическая известь ТМ = 1,7 ÷ 4,5

3. роман – цемент ГМ < 1,7.

3) Роман-цемент

Гидравлические вяжущие вещества получаемое из известняковых и магнезиальных пород, соединяющих больше 20 % глинистых примесей и получаемых путем обжига при температуре 900ºС, с последующим помолом. От гидравлической извести роман – цемент отличается тем, что почти не содержит в составе свободного СаО. СаО почти полностью связан в минералах. Это вяжущее медленно твердеет и через 28 суток может набирать 25÷100 кг/см². Применяют эти вяжущие для кладочных, штукатурных растворов и в приготовлении низкопрочных бетонов.

4. Портландцемент.

Определение и состав

Это основной вид современного гидравлического известняка. Впервые его получили в Англии в 1824 году, в России в 1825 году.

Это вяжущее получают путем тонкого помола, портландцементного клинкера с добавкой природного гипса (5-7%), для регулирования сроков схватывания.

Портландцементный клинкер получают путем обжига до белого каления при температуре до 1450ºС, сырьевой смеси, состоящей из карбоната кальция (различных видов известняков) до 75% и алюмосиликатов (глины определенного состава, мергелей, доменного шлама и др.) до 25%.

При необходимости добавляют корректирующие добавки, как правило, это побочные продукты промышленности (шлаки, золы) или кремнезем содержащие горные породы. Сырьевую смесь до обжига называют шлам, а после обжига - клинкер.

Качество клинкера определяет все свойства портландцемента, а добавки регулируют их. Качество клинкера зависит от химического и минерального состава, а также от технологии изготовления.

Химический состав:

СаО – 60-67%

SiО₂ - 19-24%

Al₂O₃ - 4-8%

Fe₂O₃ - 2-6%

MgO < 5% и др. окислы, остальное.

Минеральный состав:

Клинкер портландцемента содержит около 75 % минералов-силикатов (алит и белит). Остальные 25 % являются промежуточным веществом, заполняющим объем между кристаллами алита и белита. Промежуточное вещество состоит из кристаллов С₃А, С₄АF и др.

Алит – 3СаО SiO₂ (С₃S). Определяет быстроту твердения и прочность в раннем возрасте. Содержание до 45-60 %. Может содержать до 2-4 % примесей. В интервале температур от 1100ºС до 20ºС твердения существует шесть кристаллических полиморфных форм С₃S. Размер кристаллов от 3 до 20 мкм.

Белит – 2СаО SiO₂ (С₂S). Определяет прочность в более поздние сроки. В интервале температур от 1500ºС до 20ºС твердения существует пять кристаллических форм С₂S. По мере охлаждения клинкера, при температуре 525ºС, образуется полиморфная форма С₂S не способная связываться с водой в обычных условиях. Поэтому для предотвращения этого перехода и стабилизации предыдущей модификации охлаждение клинкера производят в холодильных устройствах, располагаемых при выходе его из печи. Кроме того, стабилизации способствуют такие примеси, как Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO и др. Размер кристаллов белита 20-50мкм.

Трехкальциевый алюминат – 3СаО Al₂O₃ (С₃А). Содержится в клинкере в количестве 4-12 %. Быстро гидратируется и твердеет, но имеет низкую прочность. Является причиной сульфатной коррозии бетона. Размер кристаллов 10-15 мкм.

Четырехкальциевый алюмоферрит – 4СаО Al₂O₃ Fe₂O₃ (С₄АF). Содержание С₄АF составляет около 10-20 %.

Кроме того, в составе клинкера могут присутствовать и другие компоненты, которые иногда существенно влияют на свойства портландцемента.

Оксид магния MgO. Гидратация протекает в течение нескольких лет с образованием Mg(OН)₂. При этом объема твердой фазы увеличивается, что может явиться причиной растрескивания и даже разрушения бетона.

Свободный оксид кальция СаО. При гидратции СаО, также наблюдается увеличение объема твердой фазы.

Щелочи (Nа₂О, К₂О). Присутствуют в виде сульфатов или входят в алюмофирритную фазу клинкера. При наличии аморфного кремнезема в составе заполнителя образуют соединения, которые приводят к растрескиванию бетона в конструкции.

Лекция 5