10 Класс 21.01.15

Тема: Строительные материалы: стекло, цемент, бетон, их использование

Цель: сформировать понятия стекло, бетон, цемент. Рассмотреть их состав, строение, физико – химические показатели. Ознакомить с историей открытия данных строительных материалов. Обосновать необходимость их использования в нашей жизни.

Ход урока

Проверка д/з

Актуализация опорных знаний

- какие виды стройматериалов вам известны?

- что вы знаете о производстве каждого из них?

Изучение нового материала

Бето́н (от фр. béton) — искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотнённой смеси, состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей, воды. В ряде случаев может иметь в составе специальные добавки, а также не содержать воды (например, асфальтобетон).

Известен более 6000 лет (Древняя Месопотамия), широко использовался в Древнем Риме. После падения Римской империи рецепт изготовления бетона был забыт на тысячу лет. Современный бетон на цементном вяжущем веществе известен с 1844 года (И. Джонсон). Патент на портландцемент получил в 1824 году Джозеф Аспдин; патент на «римский цемент» получил в 1796 году Джеймс Паркер.

Мировыми лидерами в производстве бетона являются Китай (430 млн м³ в 2006 г.) и США (345 млн м³ в 2005 г. и 270 млн м³ в 2008 г.). В России в 2008 г. было произведено 52 млн м³.

Изготовление .Цементо -бетон производится смешиванием цемента, песка, щебня и воды (соотношение их зависит от марки цемента, фракции и влажности песка и щебня), а также небольших количеств добавок (пластификаторы, гидрофобизаторы, и т. д.). Цемент и вода являются главными связующими компонентами при производстве бетона. Например, при применении цемента марки 400 для производства бетона марки 200 используется соотношение 1:3:5:0,5. Если же применяется цемент марки 500, то при этом условном соотношении получается бетон марки 350. Соотношение воды и цемента («водоцементное соотношение», «водоцементный модуль»; обозначается «В/Ц») — важная характеристика бетона. От этого соотношения напрямую зависит прочность бетона: чем меньше В/Ц, тем прочнее бетон. Теоретически для гидратации цемента достаточно В/Ц = 0,2, однако у такого бетона слишком низкая пластичность, поэтому на практике используются В/Ц = 0,3—0,5.

Распространенной ошибкой при кустарном производстве бетона является чрезмерное добавление воды, которое увеличивает подвижность бетона, но в несколько раз снижает его прочность, потому очень важно точно соблюсти водоцементное соотношение, которое рассчитывается по таблицам в зависимости от используемой марки цемента.

Виды бетона

По назначению различают бетоны обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

По виду вяжущего вещества различают цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых или специальных заполнителях.

По структуре различают бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие в естественных условиях; в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

По объёмной массе бетоны подразделяют на:

особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³) — баритовый, магнетитовый, лимонитовый;

тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м³);

облегченные (плотность 1800—2200 кг/м³);

легкий (плотность 500—1800 кг/м³) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон, пемзобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый;

особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³).

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на:

тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя);

жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя);

товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

Одной из важнейших составляющих бетонной смеси является песок. Для приготовления бетона можно использовать практически любой природный песок. Важнейшим ограничением при использовании природного песка является ограничение на наличие в составе песка глины или глинистых частиц. На прочность бетона мелкие (глинистые) частицы влияют очень сильно. Даже незначительное их количество приводит к существенному снижению прочности бетона. Поэтому при отсутствии природного песка без глинистых частиц имеющийся в наличии песок улучшается (обогащается) с помощью следующих процедур: промывки песка; разделения песка на фракции в потоке воды; выделения из песка нужной фракции; смешивания песка, имеющегося в зоне выполнения работ, с привозным высококачественным песком.

После обогащения и подготовки песок должен удовлетворять условиям, определяемым так называемой стандартной областью просеивания. Зерновой состав, определяемый просеиванием песка через сита с разными отверстиями, должен укладываться в область, показанную на рисунке штрихами. Можно использовать песок с размерами частиц с учетом и не заштрихованной области, но только для бетонов марки 150 и ниже .

Стекло — универсальный материал, обладающий специфическими свойствами. Стеклообразное состояние может быть реализовано в различных природных и синтетических материалах. Физически стекло обладает многими свойствами твёрдых тел, хотя неорганические стёкла могут рассматриваться, как переохлаждённая жидкость с очень высокой вязкостью. Близки к стёклам материалы с мелкокристаллической структурой (например, фотоситаллы) или органические высокомолекулярные полимеры. Стёкла обычно аморфны, в разной степени прозрачны, изотропны. Как оптические материалы, стёкла характеризуются определённой дисперсией света и светопропусканием

Стекло́ - продукт одной из древнейших в материальной культуре технологии. Cтекловидные минералы существует и в природной форме, например, тектиты, обсидиан — вулканическое стекло, а также в виде включений в горных породах. Структурно — аморфное вещество, агрегатно относящееся к разряду — твёрдое тело. В настоящее время существует множество модификаций, с массой разнообразных утилитарных возможностей, определяющихся составом, структурой и свойствами. Разработаны стекломатериалы с чрезвычайно широким диапазоном применения и специальными свойствми которыми ранее стекла не обладали (например, повышенная прозрачность в определённой области спектра, пластичность, противоударная стойкость, отражательная способность и др., а также высокие эстетические свойства - красота окраски и структуры). Такие качества, как жаростойкость, прочность, биоактивность и др. позволяют всё шире использовать стекломатериалы в разных областях науки и техники. Все виды стёкол и стекловидных материалов, неорганические, металлические стёкла, органическое стекло и др. активно используются в современной технике.

Стёкла и стекловидное состояние изучаются методами физики и физической химией. Слово стекло используют очень часто; но во многих случаях подразумевают достаточно различные материалы: В общем обиходе под стеклом понимают твёрдый, ломкий, прозрачный аморфный материал, используемый для окон, бутылок, очков и т. д. (силикатное стекло).

В техническом смысле слово cтекло применяется для обозначения материалов, относящихся чаще всего к неорганическим веществам (неорганическое стекло) — изотропное аморфное вещество. Как материал, используемый с древнейших времён как продукт охлаждения силикатного расплава до твёрдого, аморфного, с высокой вязкостью состояния без кристаллизации.

В научном смысле понятие «стекло» можно рассматривать в историческом плане, как все вещества с характеристиками аморфных, твёрдые тела, полученные при определённых условиях из расплавленных материалов, охлажденных с определённой скоростью затвердевания без кристаллизации (то есть с обратимостью процессов образования), включая пластмассы, смолы, или другие аморфные твёрдые вещества органического происхождения (не минералы). Также, помимо традиционных методов получения расплавов, могут быть использованы другие методы — внедрение ионов, метод высаливания гелей. Однако, в науке стекло пока принято рассматривать только в разделе неорганических аморфных твёрдых частиц как (неорганическое стекло), в то время как некоторые органические материалы незаслуженно выделяют из класса стекол в отдельный класс полимерных материалов (полиметилметакрилат — ПММА) и рассматривают под общим названием органические стёкла. Органическое стекло исследуют в лабораториях по синтезу полимеров, пластмасс, на специализированных предприятиях, в биологии, медицине и др.

Термин стекло также употребляется в названиях оптических материалов как оптическое стекло, имеющих свойства стекла — светопропускание, то есть прозрачность, светопреломление — дисперсия, изотропность и др.