1 Билет

1в: Материя – основа всего реально существующего объективного мира начиная с элементарных частиц, полей, атомов, молекул, макроскопических тел и кончая системами галактик. Знание обо всем этом и составляет основу общего материаловедения.

Строительное материаловедение является фундаментальной наукой прикладного характера, которая представляет собой непрерывно развивающуюся систему знаний о строительных материалах и изделиях, их свойств, закономерностях их образования и управления этими процессами. Без достаточных знаний о многочисленных разновидностях СМ, способах их производства и качественных показателях, методах правильного их хранения и использования невозможно проектировать и строить здания и сооружени, реконструировать и ремонтировать их, активно участвовать в деятельности научно-технических и конструкторских организаций строительного профиля.

Наука о материалах имеет глубочайшую историю развития. Истоком ее служат первые истинные познания в древности. Условно можно выделить три основных по своей продолжительности не равных этапа в ее истории.

Первый этап охватывает наиболее длительный период. Исходным моментом для становления науки о материалах явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге.

Для древнего периода науки весьма характерна нерасчлененность ее по отдельным видам СМ. В значительной степени в ней прослеживается общая взаимосвязь между качеством материалов и их атомистическим составом, хотя, естественно до подлинных научных химических знаний было еще весьма далеко. Теория строилась в основном на догадках, интуициях, хотя были и удивительные решения. Например в III веке до н.э. уже умели придавать строительным растворам гидравлические свойства, т.е. способность к их твердению в водной среде с помощью природных добавок. Этим же специалисты занимаются до сих пор.

Второй этап строительного материаловедения условно начался со второй половины XIX в. и закончился в первой половине ХХ в. Важнейшим показателем этого этапа явилось массовое производство различных СМиИ, непосредственно связанное с интенсификацией строительства промышленных и жилых зданий, общим прогрессом строительных отраслей, электрификацией, введением новых гидротехнических сооружений и т.п. Характерным является также конкретное изучение составов и качества производимых материалов, изыскание наилучших видов сырья и технологических способов его переработки, методов оценки свойств СМ со стандартизацией необходимых критериев совершенствования практики изготовления продукции на всех стадиях технологии.

Второй этап отличается сравнительно быстрым ростом производства новых материалов, ранее отсутствовавших в номенклатуре. Третий этап охватывает период со второй половины ХХ в. до настоящего времени. Он характеризуется: 1 – процессом дальнейшего расширения производства СМ и углублением соответствующих им специализированных наук; 2 – интеграцией научных знаний о СМиИ в их сложной совокупности.

Строительство было переведено на индустриальные способы, в частности, путем заводского изготовления изделий из железобетона. Соответственно быстро возрастала мощность цементной промышленности. Количество разновидностей цемента составило 30. Керамическое производство стало высоко механизированной и автоматизированной отраслью в промышленности СМ. В стекольной промышленности выпуск листового стекла также быстро увеличивался. Ежегодно нарастал объем выпуска полимерных материалов повышенной термостойкости, прочности и негорючести, долговечности и стабильности, многих др.

Третий этап строительного материаловедения охарактеризовался не только развитием практики, но и теории, систематизацией теоретических знаний о материалах в их сложной совокупности и взаимосвязи.

2в: Гидравлические вяжущие материалы (цементы) способны при затворении водой после предварительного затвердевания на воз­духе продолжать твердеть в воде, сохраняя и увеличивая свою прочность. К ним относят портландцемент и его разновидности – главные вяжущие современного строительства; глиноземистые цементы;гидравлическая известь и романцемент.

Это наиболее обширная группа ВВ (цементы). По хим. составу они представляют собой в основном сложную систему, состоящую из оксидов: СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂. Свойства указанных вяжущих зависят от гидравлического модуля и температуры обжига. Гидравлический модуль m выражает содержание основного оксида СаО по отношению к суммарному количеству кислотных оксидов: m=CaO/SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃ (%)

Гидравлические вяжущие или цементы классифицируют:

По назначению: общестроительные и специальные

По виду клин­кера и вещественному составу различают цементы:

на основе 1) портландцементного клинкера (портландцемент, портландцемент с ми­неральными добавками, шлакопортландцемент, пуццолановый пор­тландцемент) и на основе 2) глиноземистого клинкера (глиноземис­тый, высокоглиноземистый и гипсоглиноземистый).

По прочности различают цементы: высокопрочные (М500 и более), рядовые (М400 и М300), низкомарочные (ниже М300). Классы 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

По скорости твердения раз­личают цементы: нормально- и медленнотвердеющие (с нормирова­нием прочности в возрасте 28 сут); быстротвердеющие (с нормиро­ванием прочности в возрасте 3 сут); особобыстротвердеющие (с нормированием прочности в возрасте 1 сут и менее).

По срокам схватывания цементы классифици-ют на медленносхватывающиеся (с началом схватывания более 2 ч); нормальносхватывающиеся (с началом схватывания от 45 мин до 2 ч); быстросхватывающиеся (с началом схватывания менее 45 мин).

Выпускают также специаль­ные цементы, к которым предъявляют дополнительные требования по сульфатостойкости, объемной деформации при твердении, теп­ловыделению, декоративным свойствам. Для каждого вида цемента регламентированы основное назначение и допустимые области при­менения.

3в: Модифицирование структуры и свойств стали

Свойство железоуглеродистых сплавов испытывать фазовые превращения при кристаллизации и повторном нагревании-охлаждении, изменять структуру и свойства под влиянием термомеханических и химических воздействий и примесей-модификаторов широко используются в металлургии для получения металлов с заданными свойствами.

Основными способами модифицирования структуры и свойств стали, применяемыми в металлургии, являются:

- введение в расплавленный металл веществ, образующих тугоплавкие соединения (карбиды - ZrC, VC, NbC, TiC; нитриды – AlN; оксиды - (Cr,Fe)₂O₃, (Al,Fe)₂O₃), являющиеся центрами кристаллизации;

- введение легирующих элементов, повышающих прочность кристаллических решеток феррита и аустенита, замедляющих диффузионные процессы выделения углерода, карбидов и движение дислокаций;

- термическая и термомеханическая обработка стали.

Термическая обработка стали

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры. В основе этого лежит то, что при одном и том же составе при разных температурах устойчивыми оказываются различные кристаллические модификации и, меняя режим нагрева, можно фиксировать ту или иную структуру стали.

Любую термическую обработку можно выразить в виде графика в координатах температура нагрева – время. Время обработки можно разделить на: время нагрева, время выдержки, время охлаждения, температура нагрева при термической обработке.

Виды термической обработки:

1 – собственно термическая – только тепловое воздействие;

2 – химико-термическая – тепловое и химическое воздействие (ХТО);

3 – термомеханическая – тепловое и деформационное воздействие (ТМО).