1. Приведите классификацию строительных материалов и изделий. Объясните, чем обусловлено наличие связи состава (химического, минерального, фазового) и свойств строительных материалов

По назначению строительные материалы делят на следующие группы:

- конструкционные, воспринимающие и передающие нагрузки;

- теплоизоляционные, обеспечивающие тепловой режим здания;

- акустические для звукопоглощения и звукоизоляции;

- гидроизоляционные и кровельные для создания водонепроницаемых слоев на кровлях и других конструкциях зданий;

- герметизирующие для заделки стыков в сборных конструкциях;

- отделочные для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты их от внешних воздействий;

- специального назначения для специальных сооружений (огнеупорные, кислотоупорные);

- общего назначения, служащие разным целям (цемент, известь, бетон, древесина).

По технологическому признаку: с учетом вида сырья, из которого они сделаны, способа изготовления, свойства материала и области применения.

По способу изготовления: природные (древесина, природный камень), подвергаемые механической обработке; получаемые обжигом (керамика, минеральные вяжущие вещества), плавлением (стекло, металлы), путем переработки органического сырья (синтетические полимеры, растворители, битум, деготь) и органических вяжущих веществ (строительные пластмассы, органические кровельные и гидроизоляционные материалы).

Природные, или естественные, получают непосредственно из недр земли или путем переработки лесных массивов в «деловой лес», не изменяют их внутреннего строения, состава, например химического. В готовом виде или при простой обработке можно получить битум и асфальт, озокерит, казеин, кир, некоторые продукты растительного происхождения, например солому, камыш, костру, торф, лузгу и др., или животного мира, например шерсть, коллаген, боннскую кровь и др.

Искусственные производят из природных сырьевых материалов, реже — из побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства или сырья, получаемого искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу.

Связь состава, стр-ры и св-в строит. материалов.

Стр-ру строит. материала изучают на трех уровнях: макроструктура — строение материала, видимое невооруженным глазом; микроструктура — строение, видимое через микроскоп; внутреннее строение вещества, изучаемое на молекулярно-ион-ном   уровне.

Макроструктура твердых строит.  материалов   (исключая горные породы): конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая и рыхлозернистая (порошкообразная). Искусств. конгломераты: бетоны, керамические и др. материалы. Ячеистая стр-ра отличается наличием макропор; свойственна газо- и пенобетонам, газосиликатам и др. Мелкопористая стр-ра характерна,для керамических материалов. Волокнистая стр-ра присуща древесине, изделиям из минеральной ваты и др. Слоистая стр-ра характерна для листовых, плитных и рулонных материалов. Рыхлозернистые материалы — это заполнители для  бетонов,  растворов,   различного   вида  засыпка  для  тепло-звукоизоляции и др.

 Микроструктура: кристаллическая (устойчива) и аморфная (м.переходить в кристаллическую).

Полиморфизм (для каменных материалов) - одно и то же вещество способно существовать в различных кристаллических формах, называемых модификациями, сопровождается изменением объема. Для кристаллического вещества характерны определенная температура плавления и геометрическая форма кристаллов каждой модификации. Св-ва монокристаллов в разных направлениях неодинаковы. Теплопроводность, прочность, электропроводность, скорость растворения и явления анизотропии являются следствием особенностей внутреннего строения кристаллов. В строительстве применяют поликристаллические каменные материалы, в которых разные кристаллы ориентированы хаотично. Эти материалы по своим свойствам относятся к изотропным, исключение составляют слоистые каменные материалы (гнейсы, сланцы и др.).

Внутренняя стр-ра определяет механическую прочность, твердость, теплопроводность и другие важные свойства.

Кристаллическая решетка может быть образована: нейтральными атомами (одного и того же элемента, как в алмазе, или разных элементов, как в Si02); ионами (разноименно заряженными, как в кальците СаСОз, или одноименными, как в металлах); целыми молекулами (кристаллы льда). Ковалентная связь, обычно осуществляемая электронной парой, образуется в кристаллах простых веществ (алмазе, графите) или в кристаллах, состоящих из двух элементов (кварце, карборунде). Такие материалы отличаются высокой прочностью и твердостью, они весьма тугоплавки.

Ионные связи образуются в кристаллах материалов, где связь имеет в основном ионный характер, например гипс, ангидрид. Они имеют невысокую прочность, не водостойки.

В относительно сложных кристаллах (кальците, полевых шпатах) имеют место и ковалентная и ионная связи. Например, в кальците внутри сложного иона СО|" связь ковалентная, но с ионами Са2+ — ионная. Кальцит СаС03 обладает высокой прочностью,, но малой твердостью, полевые шпаты имеют высокие прочность и твердость.

Молекулярные связи образуются в кристаллах тех веществ, в молекулах которых связи являются ковалентными. Кристалл этих веществ построен из целых молекул, которые удерживаются друг около друга относительно слабыми ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного притяжения (кристаллы льда), имеющими низкую температуру плавления.

Силикаты имеют сложную стр-ру. В них д-ют ионные силы, кот. слабее ковалентных связей внутри каждой цепи, поэтому механические силы, недостаточные для разрыва цепей, расчленяют такой материал на волокна.

Пластинчатые минералы (слюда, каолинит) состоят из силикатных групп, связанных в плоские сетки.

Хим. состав строит. материалов позволяет судить о ряде -свойств материала — механических, огнестойкости, биостойкости, а также других технических характеристиках. Хим. состав неорганических вяжущих материалов (извести, цемента и др.) и естественных каменных материалов удобно выражать содержанием в них оксидов (%). Основные и кислотные оксиды химически связаны и образуют минералы, которые характеризуют многие свойства материала. Минеральный состав показывает, каких минералов и в каком количестве содержится в данном материале, например в портландцементе содержание трехкальциевого силиката (ЗСаО-SiO2) составляет 45...60 %, причем при большем содержании этого минерала ускоряется процесс твердения и повышается прочность. Фазовый состав и фазовые переходы воды, находящейся в его порах, оказывают большое влияние на свойства материала. В материале выделяют твердые в-ва, образующие стенки пор, т. е. каркас и поры, наполненные воздухом или водой. Изменение содержания воды и ее состояния меняет свойства материала.

2. Перечислите основные параметры физического состояния материалов строительного назначения. Приведите их характеристику

Физические свойства

Физич. св-ва характ-ют его строение или отношение к физическим процессам окр. среды. К физическим св-вам относят:

Масса —совокупность материальных частиц, содержащихся в данном теле. Масса обладает опред. объемом. Она постоянна для данного в-ва и не зависит от скорости его движения и положения в пространстве.

Истинная плотность — отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот.

Средн. плотность – масса единицы объема материала в естеств. состоянии. На величину средн. плотности влияет влажность материала: чем выше влажность, тем больше средняя плотность.

Пористость - степень заполнения его объема порами. Пористость определяется по формуле Vп=(p-p₀/p)*100%. p-ист. плотн., p₀-сух. сост-я. (для кирпича 25—35 %, тяжелого бетона 5—10, газобетона 55 — 85 пенопласта 95 %, пористость стекла и металла равна нулю).

Плотность и пористость опред-ют водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

Теплоемкость—св-во материала поглощать при нагревании опред. кол-во теплоты и выделять ее при охлаждении. Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты (Дж), необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 °С. Удельн. теплоемкость, кДж(кг-°С), искусств. каменных материалов 0,75—0,92, древесины — 2,4—2,7,воды—4.187.

Огнестойкость— спос-ть материала противостоять д-ю высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости материалы: несгораемые (не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (кирпич, бетон, сталь)), трудно сгораемые (под д-ем огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение прекращаются (древесно-цементный материал фибролит и асфальтовый бетон)) и сгораемые (под возд-ем огня или высок. темп-ры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (дерево, войлок, толь и рубероид)).

Огнеупорность - св-во материала выдерживать длит. воздействие высок. тем-ры, не расплавляясь и не деформируясь. По степ. огнеупорности материалы: огнеупорные (способны выдерживать продолжительное воздействие темп-ры свыше 1580°С), тугоплавкие (выдерживают темп-ру от 1350 до 1580°С (гжельский кирпич для кладки печей)) и легкоплавкие (размягчаются при темп-ре ниже 1350 °С (обыкновенный глиняный кирпич)).

Теплопроводность — св-во материала передавать через толщу теплоту при наличии разности темп-р на поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность материала оценивается кол-ом теплоты, проходящей через стену из испытуемого материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 за 1 ч при разности температур противоположных поверхностей стены 1 °С, Вт/(м(К) или Вт/(м(°С).

Теплопроводность зависит от: природы материала, его строения, пористости, влажности, а также от средней темп-ры, при которой происходит передача теплоты. На теплопроводность материала влияют величина пористости, размер и характер пор. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова.

Теплопроводность однородного материала зависит от величины его средней плотности. С уменьшением плотности материала теплопроводность уменьшается и наоборот.

3. Сформулируйте определения понятия «гидрофизические свойства строительных материалов» и приведите их характеристику. Какие показатели используют для оценки гидрофизических свойств строительных материалов?

Гидрофизические свойства.

Гигроскопичность – св-во пористо-капиллярного материала поглощать влагу из воздуха. Степ. поглощения зависит от темп-ры и относит. влажности воздуха. С увелич. относит. влажности воздуха и снижением тем-ры воздуха гигроскопичность повыш-ся. Гигроскопичность хар-ся отношением массы поглощенной материалом влаги при отн. влажности воздуха 100% и температуре +20 С к массе сухого материала.

Гигроскопичность отрицат сказывается на качестве строит. материалов. Цемент при хранении под влиянием влаги воздуха комкуется и снижает свою прочность. Древесина от влаги воздуха разбухает, коробится. Капиллярное всасывание – св-во пористо-капиллярных матер-ов поднимать воду по капиллярам. Оно вызывается силами поверхностного натяжения, возникающими на границе раздела твердой и жидких фаз. Капиллярн. всасывание хар-ют высотой поднятия уровня воды в капиллярных матер-ах и кол-ом поглощенной воды и интенсивность всасывания. С увелич. капиллярного всасывания снижается прочность, стойкость к хим. коррозии и морозостойкость строит. материалов.

Водопоглощение – св-во матер-ла при непосредств. соприкосновении с водой впитывать и удерживать ее в своих порах. Водопоглощ. выражают степ. заполнения объема матер-ла водой (водопоглощение по объему Wo ) или отн-ем кол-ва поглощенной воды к массе сухого материала (водопоглощение по массе Wm). Вычисляют водопоглощение по фор-ле (%):

Wm=((m2-m1)/m1)*100; Wo=((m2-m1)/V)*100,

где m1 и m2 - масса материала соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии, г; V- объем материала в сухом состоянии, см3. Разделив Wo на Wm, получим зависимость:

Wo =Wm pm.

У высокопористых матер-лов водопоглощение по массе может превышать пористость, но водопоглощение по объему всегда меньше пористости, так как вода не проникает в очень мелкие поры, а в очень крупных не удерживается. Водопоглощение плотных матер-ов = нулю (стекло, сталь, битум) Водопоглощение понижает прочность и морозостойкость, материал набухает, возрастает его теплопроводность и увеличивает плотность.

Влажность – отн-ие массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объему) материала в сухом сост-ии. Вычисляется по тем же фор-лам, что и водопоглощ., и выражается в процентах. При этом массу материала берут в естеств. влажном, а не в насыщенном водой состоянии.

Водостойкость – св-во материала сохр. прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения Кр= RB/RC - отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой RB, к прочности сухого материала RC. Он изменяется от 0 (для глины) до 1 (стекло, металлы). Материалы, с коэффициентом размягчения более 0,75, называют водостойкими.

Влагоотдача – св-во материала терять находящуюся в его порах воду. Это кол-во воды (в %), испарившейся из образца в течении 1 суток при температуре 20 С и отн. влажности воздуха 60 %.

Водопроницаемость – св-во материала пропускать через себя воду под давлением. Зависит от строения пористости материала. Чем больше открытых пор и пустот, тем больше водопроницаемость. Водопроницаемость хар-тся коэфф. фильтрации (м/ч) – кол-ом воды (в м3), проходящей через материал площадью 1 м2, толщиной 1м за 1 ч при разности гидростатического давления на границах стенки 9,81 Па. Чем ниже коэфф. фильтрации, тем выше марка материала по водонепроницаемости.

Воздухо-, газо- и паропроницаемость – св-ва материала пропускать через свою толщу соответственно воздух, газ и пар. Они зависят главным образом от строения материалов, дефектов его структуры и влажности. Количественно воздухо - и газопроницаемость хар-ся коэффициентом воздухо- и газопроницаемости. Воздухо- и газопроницаемость выше, если в материале больше сообщающихся пор; наличие воды в порах понижает эти свойства материала. Паропроницаемость хар-ся коэфф. паропроницаемости.

Морозостойкость – св-во материалов в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораж. и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значит. снижения прочности и массы. Морозостойкость - одно из основных св-в, хар-щих долговечность строит. Высокой морозостойкостью обладают плотные материалы, которые имеют малую пористость и закрытые поры. По морозостойкости, т.е по числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания, материалы подр-ся на марки: F10;15;25;35;50;100;150;200;300;400 и 500. Критерий морозостойкости материала – коэфф. морозостойкости. Для морозостойких материалов Кмрз более 0,75.

4. Сформулируйте определения понятий «теплофизические», «радиационная стойкость», «защитные свойства» строительных материалов. Приведите примеры

Св-ва материалов, связанные с изменением темп-ры, относят к теплофизическим. Теплоемкость – св-во материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты. Теплоемкость - мера энергии, необходимой для повышения темп-ры материала.

Удельная теплоемкость равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 С. У органических материалов она обычно выше, чем у неорганических (кДж/(кг*С)): древесина - 2,38….2,72; сталь - 0,46, вода - 4,187.

Теплопроводность – св-во материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности темп-р на противоположных поверхностях. Зависит от строения, хим. состава, пористости и характера пор, от влажности и температуры, при которой происходит передача теплоты.

Теплопроводность характеризируется коэфф. теплопроводности, показывающим, какое количество теплоты (Дж) способен пропустить материал через 1 м2 поверхности при толщине материала 1 м и разности температур на противоположных поверхностях 1 С в течении 1 ч . Коэфф. теплопроводности (Вт/м*С): воздуха - 0,023, древесины вдоль волокон - 0,35 и поперек волокон - 0,175, воды - 0,59, керамического кирпича -0,82, льда - 2,3. Воздушные поры в материале резко снижаются его теплопроводность, а увлажнение - сильно увеличивает, так как коэффициент теплопроводности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

При повышение температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и лишь у немногих (особенно у металлов) уменьшается.

Тепловое расширение – св-во материалов расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении, оно характеризуется линейным изменением размеров, и объема материалов важен температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), показывающий, на какую долю первоначальной длины расширяется материал при повышении температуры на 1 С. Так, для стали ТКЛР составляет (11…11,9)*10-6, для бетона - (10…14)*10-6, для древесины вдоль волокон - (3..5)*10-6..

Огнестойкость – св-во материалов выдерживать без разрушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара. Материалы в этих условиях либо сгорают, либо растрескиваются, сильно деформируются, либо разрушаются от потери прочности. По огнестойкости различают несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Для повышения огнестойкости материалов применяют различные огнезащитные покрытия, в том числе краски. Силикатные и другие огнезащитные краски одновременно защищают материалы от огня и выполняют функции отделочного покрытия.

Огнеупорность - свойство материла выдерживать длит. воздействие высокой температуры (от 1580 С и выше), не деформируясь и размягчаясь. Огнеупорные материалы, применяемые для внутренней футеровки промышленных печей, - динас, шамот, ромомагнезит, корунд - не деформируются и не размягчаются при температуре 1580 С и выше. Тугоплавкие материалы (тугоплавкий печной кирпич) выдерживают без расплавления температуру 1350…1580 С, а легкоплавкие (кирпич керамический строительный) - до 1350С.

5. Перечислите основные механические свойства строительных материалов

Прочность — способность мат-лов сопротивляться разрушению и деформациям от внутр. напряжений, возникающих в результате воздействияя внешн. сил или др. факторов, таких как неравномерная осадка, нагревание и т. п. Оценивается пределом прочности.

Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. (определяются испытанием стандартных образцов на испытательных машинах). Предел прочности при сжатии и растяжении R_СЖ(Р), МПа, вычисляется как отношение нагрузки, разрушающей материал Р, Н, к площади поперечного сечения F, мм²: R_СЖ(Р)= R_СЖ(Р) /F. Предел прочности при изгибе R_И, МПа, вычисляют как отношение изгибающего момента M, Н^хмм, к моменту сопротивления образца W, мм³: R_И=M/W.

Каменные материалы хорошо работают на сжатие и значительно хуже (в 5-50 раз) на растяжение и изгиб. Другие материалы — металл, древесина, многие пластмассы — хорошо работают как на сжатие, так и на растяжение и изгиб.

Коэфф. конструктивного качества - условная величина, которая равна отношению предела прочности материала R, МПа, к его относительной плотности:

к.к.к. = R/d

Упругость — спос-ть материалов под воздействием нагрузок изменять форму и размеры и восстанавливать их после прекращения действия нагрузок.

Упругость оценивается пределом упругости б_уп, МПа, который равен отношению наибольшей нагрузки, не вызывающей остаточных деформаций материала, P_УП, Н, к площади первоначального поперечного сечения F₀, мм²:

б_УП=Р_УП/F₀

Пластичность — спос-ть материалов изменять свою форму и размеры под воздействием нагрузок и сохранять их после снятия нагрузок. Пластичность хар-ся относит/ удлинением или сужением.

Разрушение материалов может быть хрупким или пластичным. При хрупком разрушении пластические деформации незначительны.

Релаксация — спос-ть материалов к самопроизвольному снижению напряжений при постоянном воздействии внешн. сил. Это происходит в результате межмолекулярных перемещений в материале. Релаксация оценивается периодом релаксации — временем, за которое напряжение в материале снижается в е = 2,718 раза.

Твердость — спос-ть материала оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала.

При испытании природных каменных материалов пользуются шкалой Мооса (10 минералов, расположенных в ряд, с условным показателем твердости от 1 до 10, когда более твердый материал, имеющий более высокий порядковый номер, царапает предыдущий. Минералы расположены в следующем порядке: тальк или мел, гипс или каменная соль, кальцит или ангидрит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварцит, топаз, корунд, алмаз).

Твердость металлов, бетона, древесины, пластмасс оценивают вдавливанием в них стального шарика, алмазного конуса или пирамиды.

Истираемость — способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий. Истираемость И в г/см² вычисляется как отношение потери массы образцом m₁-m₂ в г от воздействия истирающих усилий к площади истирания F в см²;

И = (m₁ - m₂) / Р.

Определяется путем испытания образцов на круге истирания или в полочном барабане.

Износ — св-во материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости. Износ определяют на пробах материалов, которые испытывают во вращающемся барабане со стальными шарами или без них. Чем больше потеря массы пробы испытанного материала (в процентах к первоначальной массе пробы), тем меньше его сопротивление износу.

Хрупкость — св-во материала внезапно разрушаться под воздействием нагрузки, без предварительного заметного изменения формы и размеров. Хрупкому материалу, в отличие от пластичного, нельзя придать при прессовании желаемую форму, так как такой материал под нагрузкой дробится на части, рассыпается. Хрупки камни, стекло, чугун и др.

6. Перечислите основные физико-химические свойства строительных материалов

Физико-химические свойства строительных материалов – способность материалов проявлять (изменять) свои химические свойства в зависимости от своего физического состояния.

Дисперсность — характеристика размеров твердых частиц и капель жидкостей. Многие строительные материалы (цемент, гипсовое вяжущее, пигменты и т. п.) находятся в тонкоизмельченном (дисперсном) состоянии. Такое состояние вещества характеризуется большой суммарной поверхностью частиц.

Если кубик какого-либо материала со стороной 1 см и соответственно общей поверхностью 6 см2 раздробить до частиц размером 0,1 мм (условно тоже кубической формы), то суммарная поверхность материала возрастает в 100 раз и будет составлять 600 см2. Величина, характеризующая степень раздробленности материала и развитости его поверхности, называется удельной поверхностью SyK— поверхность единицы объема (см2/см3 — см“1) или массы (см2/г) материала.

Гидрофильными материалами называют материалы, хорошо смачиваемые водой. Капля воды, попавшая на поверхность такого материала, растекается по нему, т.к. сила взаимодействия молекул гидрофильного вещества с водой больше, чем между молекулами воды. Характерна для материалов, имеющих полярное строение молекул (каменные материалы, древесина, металлы и др.).

Гидрофобными материалами называют материалы, не смачивающиеся водой. Вода на их поверхности собирается в виде капель. Сила взаимодействия молекул таких материалов с молекулами воды меньше, чем между молекулами воды. Характерна для многих органических веществ, имеющих неполярные молекулы или большие неполярные участки в молекулах (масла, парафин, битум, многие полимерные материалы, кремнийорганические вещества). Для придания гидрофобности гидрофильным материалам их поверхность обрабатывают гидрофобными веществами.

Пластичность различных смесей порошкообразных материалов с водой во многом определяет их удобообрабатываемость (формуемость, способность распределяться по поверхности). Это объясняется особыми свойствами воды, находящейся на поверхности твердых частиц. Тонкие слои ЕОДЫ, окружающие твердые частицы, резко отличаются по строению и свойствам от воды «в массе». Молекулы воды в этих слоях связаны силами электростатического взаимодействия с поверхностью твердой частицы. Толщина слоя связанной воды — десятые доли микрона. Связанная вода по свойствам приближается к свойствам твердого тела, например она обладает упругостью формы. Граница между общей массой воды и водной оболочкой размытая.

При большой дисперсности твердых частиц (например, в цементном тесте или во влажной глине), вода играет двоякую роль: придает такой смеси структурную прочность и устойчивость (масса не расслаивается и не течет), и одновременно служит как бы смазкой, препятствуя прямому контакту твердых частиц и облегчая деформацию массы под действием внешних сил.

Пластичность смесей зависит от: дисперсности (удельной поверхности) твердых частиц и возможности образования на их поверхности оболочек связанной воды. Последнее определяется степенью гидрофильности поверхности частиц. Эти же факторы определяют пластичность и неводных смесей, например полимерных мастик.

Повысить пластичность смесей можно, увеличив в ней содержание тонкодисперсных частиц или улучшив смачиваемость их поверхности. Последнее достигается с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Коррозия — самопроизвольное разрушение материалов, которое вызывается химическим и электрохимическим процессами, протекающими в них при взаимодействии с внешней средой. Коррозионному разрушению подвергаются не только металлы, но и каменные материалы, бетон, пластмассы.

Основными агрессивными веществами, вызывающими коррозию, являются пресная и соленая вода, минерализованные почвенные воды, растворенные в дождевой воде газы (S02, S03, N02) — отходы промышленных предприятий, выхлопные газы автомашин.

Биокоррозия — разрушение материалов под действием живых организмов (грибков, бактерий и т. п.).

Старение - изменение структуры и химического состава пластмасс год влиянием внешней среды (солнечное облучение, кислород воздуха и повышенные температуры).

Коррозия строительных материалов опасна не из-за химических изменений в материале, а связанными с ними изменениями физико-механических свойств материалов.

Химическая активность таких строительных материалов, как вяжущие вещества и активные минеральные добавки, зависит не только от состава и строения вещества (т. е. от активности составляющих его молекул), но и от тонкости его помола — дисперсности.

Отношение прочности насыщенного водой материала к прочности его в сухом состоянии называется коэффициентом размягчения материала.

7. Назовите основные показатели оценки надежности строительных материалов и приведите их характеристику

Долговечность - способность материала или конструкции из этого материала сохранять эксплуатационную пригодность в течение определенного (заданного в проекте) срока службы. Понятие относительное, зависящее от условий эксплуатации.

Надежность предопределяется возможностью успешной эксплуатации в течение заданного срока, в то время как долговечность связана с предполагаемым сроком существования в запроектированных условиях.

Надежность численно оценивается вероятностью безотказной работы, а долговечность определяется как свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания (численно оценивается сроком службы в годах).

Долговечность материалов определяется взаимодействием и взаимовлиянием различных факторов (условиями эксплуатации; особенностями конструктивных решений сооружений; выщелачиванием; внутренней коррозией; несовместимостью материалов бетона; стойкостью к попеременному замораживанию и оттаиванию, истиранию и износу; влиянием напряженного состояния конструкции на ее стойкость).

Долговечность - способность материалов сопротивляться износу и физико-химическим изменениям во времени в заданных условиях эксплуатации.

При проектировании железобетонных конструкций их долговечность обеспечивается (с учетом оценки степени агрессивности внешней среды) в соответствии с требованиями, изложенными в нормативных документах. Так, морозостойкость бетона назначается исходя из особенностей увлажнения конструкций и в зависимости от температуры, характеризующей суровость климата, или в соответствии с требованиями ГОСТов на отдельные виды конструкций.

Химическое воздействие оценивают, принимая во внимание состав и условия контакта агрессивной среды и бетона, вид цемента и проницаемость бетона.

На основании оценки степени агрессивности (слабая, средняя, сильная) предусматривают способы первичной защиты — для придания длительной стойкости (долговечности) бетону или указывают на необходимость вторичной защиты конструкций (изоляции бетона от соприкосновения с агрессивной средой).

Использование физико-химических закономерностей кинетики коррозии позволяет рассчитать количество агрессивного компонента, проникающего в бетон, и после экспериментального определения технических характеристик бетона установить предельные параметры коррозионного процесса, при которых свойства бетона в течение срока службы изменяются в допустимых пределах.

8. Сформулируйте определение понятия «неорганические вяжущие вещества» и приведите их классификацию. Перечислите области их применения

Неорганические вяжущие вещества представляют собой искусственные тонкоизмельченные порошки, способные при смешивании с водой (в отдельных случаях с растворами некоторых солей) образовывать пластично-вязкую и легкоформуемую массу (вяжущее тесто), которая в результате физико-химических процессов постепенно затвердевает и переходит в камневидное тело.

Вяжущие вещества, способные твердеть и длительно сохранять или повышать прочность не только на воздухе, но еще лучше в воде, называют вяжущими водного твердения или 1,гидравлическими вяжущими (гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности, глиноземистый и расширяющийся цементы, гипсоцементно-пуццолановые и некоторые местные вяжущие вещества)

В отдельную группу выделяют вяжущие вещества 2, автоклавного твердения (известково-кремнеземистые, известково-нефелиновые, бесклинкерные шлаковые и зольные вяжущие материалы), хотя по существу они тоже относятся к гидравлическим вяжущим. Такие вяжущие эффективно твердеют только в среде нагретого насыщенного пара в автоклавах, где температура 175 °С и более и давление 0,9...1,6 МПа.

В самостоятельную группу 3,кислотостойких вяжущих входит кислотоупорный цемент

4,воздушные вяжущие- после смешивания с водой они твердеют и сохраняют свои свойства только на воздухе, при условиях эксплуатации 60% - 70% влажности

По химическому составу они делятся на четыре группы:

1) известковые вяжущие, состоящие, главным образом, из оксида кальция СаО; 2) магнезиальные вяжущие, содержащие каустический магнезит MgO; 3) гипсовые вяжущие, основой которых является сульфат кальция;

4) жидкое стекло—силикат натрия или калия (в виде водного раствора).

9. Перечислите основные физико-химические свойства минеральных вяжущих веществ и приведите их характеристику

Минеральные вяжущие материалы – порошкообразные материалы, образующие при смешении с водой или с водными растворами некоторых солей пластичную тестообразную массу, которая со временем затвердевает и превращается в камневидное тело.

В зависимости от способности твердеть и сохранять прочность, долговечность и другие свойства на воздухе или в воде минеральные вяжущие материалы подразделяют на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущиеспособны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. Можно выделить следующие группы воздушных вяжущих:известковые,состоящие из гидрооксида кальция Са (ОН)₂;гипсовые, состоящие из сульфата кальция (СаSО₄·0,5Н₂О или СаSО₄);магнезиальные, главным компонентом которых служит оксид магния МgO;жидкое стекло– раствор силиката натрия или калия, из-за способности сохранять прочность в кислых средах его называют кислотоупорным вяжущим.

Гидравлические вяжущиеспособны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. Причем, находясь в воде, они могут повышать свою прочность. К этой группе вяжущих относятся: гидравлическая известь и романцемент; портландцемент и его разновидности, отличающиеся специальными свойствами (быстротвердеющий, особо быстротвердеющий, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, дорожный, тампонажный, белый и цветной); пуццолановый портландцемент; шлакопортландцемент, глиноземистый.

Сырьем для производства минеральных вяжущих веществ служат природные материалы: горные породы и некоторые промышленные отходы. Эти материалы используются как в отдельности, так и в виде смеси нескольких сырьевых компонентов.

Для экономии и регулирования свойств вяжущих материалов в их состав вводят добавки, которые можно разделить на следующие группы:

• активные минеральные гидравлические добавки, повышающие плотность и стойкость цементного камня, растворов и бетонов в пресных и сульфатных водах;

• инертные микронаполнители, обеспечивающие экономию цемента;

• добавки, регулирующие сроки схватывания и твердения;

 поверхностно-активные добавки, которые делятся на пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие.

Главнейшие показатели качества вяжущих как воздушных, так и гидравлических, – прочность и скорость твердения.

Прочность вяжущих изменяется во времени, поэтому ее оценивают по прочности (обычно на сжатие и изгиб) стандартных образцов, твердеющих определенное время в условиях, установленных стандартом. По этим показателям устанавливают марку вяжущего. Например марка гипсовых вяжущих определяется по прочности образцов из гипсового теста спустя 2 ч после их изготовления, а портландцемента – по прочности образцов из цементо-песчаного раствора – через 28 суток твердения во влажных условиях при температуре (20±2)⁰С.

Скорость твердения. Очень высокой скоростью твердения обладают гипсовые вяжущие: они полностью затвердевают за несколько часов; очень медленно твердеет воздушная известь: процесс ее твердения длится сотни лет.

В процессе твердения строители различают две стадии: схватывание и набор прочности (собственно твердение). Такое разделение процесса удобно для практических целей.

Схватывание – потеря тестом вяжущего пластично-вязких свойств. Момент, когда появляются признаки загустевания теста, то есть оно начинает терять пластичность, говорит о начале схватывания. Момент, когда тесто превращается в твердое тело, окончательно теряя пластичность, но еще не приобретая значимой прочности, называют концом схватывания. Сроки схватывания гипса 4–30 мин, портландцемента 1,5–10 ч.

Сроки схватывания необходимо знать, так как все работы со смесями на основе вяжущих должны заканчиваться до начала их схватывания, пока они не потеряли пластичности.

Повторное перемешивание после схватывания, особенно с добавлением воды, может привести к существенному снижению прочности материалов на этом вяжущем.

10. Перечислите основные технологические и механические свойства минеральных вяжущих веществ и приведите их характеристику

11. Сформулируйте определение понятия «воздушная известь». Перечислите основные стадии получения, гашения и твердения извести. Ответ мотивируйте приведением химических реакций соответствующих процессов. Укажите виды извести и области их применения. Перечислите нормативные требования к техническим свойствам извести, укажите по каким показателям выбирают сорт извести

Сырье — карбонатные породы (известняки, мел, доломиты), содержащие не более 6…8% глинистых примесей, обжигают в шахтных или вращающихся печах при температуре 1000… 1200 “С. В процессе обжига СаС03 и MgC03, содержащиеся в исходной породе, разлагаются на оксиды кальция СаО и магния MgO и углекислый газ. Неравномерность обжига может привести к образованию в извести недожога и пережога.

Недожог (неразложившийся СаС03), остающийся в извести при слишком низкой температуре обжига, снижает качество извести, так как не гасится и не обладает вяжущими свойствами.

Пережог образуется при слишком высокой температуре обжига в Результате сплавления СаО с примесями кремнезема и глинозема. Зерна пережога медленно гасятся и могут вызвать растрескивание и Разрушение уже затвердевшего материала.

Куски обожженной извести — комовая известь — обычно подвергают гашению водой:

СаО + Н20 -» Са(ОН)2 + 1160 кДж/кг

Выделяющаяся при гашении теплота резко повышает температуру извести и воды, которая может даже закипеть (поэтому негашеную известь называют кипелкой). Теплоты, выделяющейся при гашении 1 кг извести (1160 кДж), достаточно, чтобы нагреть до кипения 3,5. ..4 л воды. При гашении куски комовой извести увеличиваются в объеме и распадаются на мельчайшие (до 0,001 мм) частицы. В зависимости от количества взятой для гашения воды получают: гидратную известь — пушонку (50…70% воды от массы извести, т. е. в количестве, необходимом для протекания реакции гидратации — процесса гашения); известковое тесто (воды в 3…4 раза больше, чем извести); известковое молоко (количество воды превышает теоретически необходимое в 8… 10 раз).

Виды воздушной извести. По содержанию оксидов кальция и магния воздушная известь может быть: – кальциевая — MgO не более 5%; – магнезиальная — MgO 5…20%; – доломитовая — MgO 20…40%. По виду поставляемого на строительство продукта воздушную известь подразделяют на негашеную комовую (кипелку), негашеную порошкообразную (молотую кипелку) и гашеную гидратную (или пушонку).

Негашеная комовая известь представляет собой мелкопористые куски размером 5… 10 см, получаемые обжигом известняка. В зависимости от содержания активных СаО + MgO и количества негасящих-ся зерен комовую известь разделяют на три сорта.

По скорости гашения комовая известь бывает:

Негашеную порошкообразную известь получают помолом комовой в шаровых мельницах в тонкий порошок. Часто в известь во время помола вводят активные добавки (гранулированные доменные шлаки, золы ТЭС и т. п.) в количестве 10…20% от массы извести. Порошкообразная известь, как и комовая, делится на три сорта.

При использовании порошкообразной извести воды берут 100… 150% от массы извести в зависимости от ее качества и наличия активных добавок. Определяют количество воды опытным путем.

Преимущество порошкообразной извести перед комовой состоит в том, что при затворении водой она ведет себя подобно гипсовым вяжущим: сначала образует пластичное тесто, а через 20…40 мин схватывается. Это объясняется тем, что вода затворения, образующая тесто, частично расходуется на гашение извести. При этом известковое тесто густеет и теряет пластичность. Благодаря меньшему количеству свободной воды материалы на основе порошкообразной извести менее пористые и более прочные. Кроме того, известь при гашении разогревается, что облегчает работу с ней в холодное время.

Гидратная известь (пушонка) — тончайший белый порошок, получаемый гашением извести, обычно в заводских условиях, небольшим количеством воды (несколько выше теоретически необходимого). При гашении в пушонку известь увеличивается в объеме в 2…2,5 раза. Насыпная плотность пушонки — 400…450 кг/м ; влажность — не более 5%.

Гашение извести можно производить как на строительном объекте, так и централизованно. В последнем случае гашение совмещается с мокрым помолом непогасившихся частиц, что увеличивает выход извести и улучшает ее качество.

На строительстве известь гасят в гасильных ящиках (творилах). В ящик загружают комовую известь не более чем на /3 его высоты (толщина слоя обычно около 100 мм), поскольку при гашении известь увеличивается в объеме в 2,5…3,5 раза. Быстрогасящуюся известь заливают сразу большим количеством воды, чтобы не допустить перегрева и кипения воды; медленногасящуюся — небольшими порциями, следя за тем, чтобы известь не охладилась. Из 1 кг извести в зависимости от ее качества получается 2…2,5 л известкового теста. Этот показатель называют выходом теста.

Воздушная известь — единственное вяжущее, которое превращается в тонкий порошок не только размолом, но и самопроизвольно путем гашения водой.

Колоссальная удельная поверхность частиц Са(ОН)2 и их гид-рофильность обусловливает большую водоудерживающую способность и пластичность известкового теста. После отстаивания известковое тесто содержит около 50% твердых частиц и 50% воды. Каждая частица окружена тонким слоем адсорбированной воды, играющей роль своеобразной смазки, что обеспечивает высокую пластичность известкового теста и смесей с использованием извести.

По окончании гашения жидкое известковое тесто через сетку сливают в известехранилище, где его выдерживают до тех пор, пока полностью не завершится процесс гашения (обычно не менее двух недель). Известковое тесто с размером непогасившихся зерен менее 0,6 мм можно применять сразу. Крупные непогасившиеся зерна опасны тем, что среди них могут быть пережженные — пережог.

Содержание воды в известковом тесте не нормируется. Обычно в хорошо выдержанном тесте соотношение воды и извести около 1:1.

Твердение гашеной извести

Известковое тесто состоит из насыщенного водного раствора Са(ОН)2 и мельчайших нерастворившихся частиц извести. По мере испарения из него воды образуется пересыщенный раствор Са(ОН)2, из которого выпадают кристаллы, скрепляющие отдельные частицы в единый монолит. При этом происходит усадка твердеющей системы, которая в определенных условиях (например, при твердении известковой смеси на жестком основании — штукатурный слой) может вызвать растрескивание материала. Поэтому известь всегда применяют с заполнителями (например, известково-песчаные растворы) или в смеси с другими вяжущими в роли пластификатора.

Известковое тесто, защищенное от высыхания, неограниченно долго сохраняет пластичность, т. е. у извести отсутствует процесс схватывания. Затвердевшее известковое тесто при увлажнении вновь переходит в пластичное состояние (известь — неводостойкий материал). Однако при длительном твердении (десятилетия) известь приобретает довольно высокую прочность и относительную водостойкость (например, в кладке старых зданий). Это объясняется тем, что на воздухе известь реагирует с углекислым газом, образуя нерастворимый в воде и довольно прочный карбонат кальция, т. е. как бы обратно переходит в известняк:

Са(ОН)2 + С02 -» СаС03 + Н20

Процесс этот очень длительный, и полной карбонизации извести практически не происходит, хотя поверхностная карбонизация протекает достаточно быстро. Существует мнение, что при длительном контакте извести с кварцевым песком в присутствии влаги между этими компонентами происходит взаимодействие с образованием контактного слоя из гидросиликатов. Это также повышает прочность и водостойкость бетонов и кирпичной кладки на извести, имеющих возраст более 200…300 лет.

12. Сформулируйте определение понятия «магнезиальные вяжущие вещества. Какие группы природных и техногенных минеральных ресурсов используют в качестве сырья для получения магнезиальных вяжущих веществ? Перечислите основные свойства магнезиальных вяжущих веществ, стадии их технологии и области применения

Магнезиальными вяжущими называют порошкообразные материалы, в состав которых входит оксид магния. Сырьё магнезит(MgCO₃) и доломит(CaCO3•MgCO3).

Каустический магнезит - порошкообразное вяжущее вещество состоящее из MgO и примесей. Производство: дробление магнезита, обжиг щебня при температуре 700 ... 800°С во вращающихся или шахтных печах и помола в шаровых мельницах. При обжиге происходит разложение магнезита: МgСО₃ →МgO+СО₂. При затворении водой каустический магнезит практически не твердеет, поэтому его затворяют водными растворами хлористого магния или сернокислого магния. Схватывание и твердение обусловлено гидратацией MgO: МgO + Н₂О →Мg(ОН)₂. В растворах процессы схватывания и твердения ускоряются. Начало схватывания наступает не позднее 20 мин, а конец - не позднее 6 ч. При испытании образцов из раствора состава 1:3 через 28 сут твердения на воздухе прочность при сжатии составляет 40-60 МПа.

Каустический доломит - вяжущее вещество, состоящее в основном из MgО и СаСО₃. Производство: обжиг доломита 650 - 750^оС с последующим помолом продукта обжига. CaCO3•MgCO3→ МgO+ СаСO₃+СО_2.

Вяжущее затворяется растворами тех же солей, что и каустический магнезит. Каустический доломит содержит обычно менее 25% МgO, поэтому прочность образцов при сжатии, изготовленных из растворной смеси состава 1:3 жесткой консистенции, в возрасте 28 сут (10-30 МПа) ниже прочности образцов на основе каустического магнезита.

Применение: На основе каустического магнезита и доломита можно получать высококачественные строительные материалы с органическими заполнителями (стружкой, опилками) – ксилолит и фибролит. Фибролит изготавливают из смеси магнезиального вяжущего и древесной стружки длиной не более 500 мм, шириной 1-5 мм и толщиной 0,2-0,7 мм. Из фибролита производят теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и акустические плиты. Ксилолит на магнезиальном вяжущем содержит древесные опилки размером не более 5 мм. Используется при устройстве наливных теплых полов, для изготовления плит и подоконных досок.

13. Сформулируйте определение понятия «жидкое стекло». Перечислите основные стадии получения «жидкого стекла». Ответ мотивируйте приведением химических реакций соответствующих процессов. Укажите основные области применения «жидкого стекла»

Жидкое стекло получают путем обработки водяным паром технического продукта, называемого растворимым стеклом. Растворимое стекло– это прозрачный сплав, состоящий из силикатов натрия или калия: R₂O·nSiO₂,где R₂O – оксиды Na₂O или К₂O. Состав растворимого стекла может изменяться в широких пределах.

Одной из качественных характеристик вяжущего является кремнеземистый модуль – отношение числа молей кремнезема к числу молей оксида щелочного металла R₂O:n = SiO₂/R₂O .

Кремнеземистый модуль растворимого стекла изменяется в пределах от 2,5 до 3,5. С увеличением модуля несколько повышается качество растворимого стекла как вяжущего вещества.

Сырьем для производства растворимого стекла являются кварцевый песок, сода (Nа₂СO₃), поташ (К₂СO₃), сульфат натрия (Nа₂SO₄). Шихта требуемого состава, состоящая из кварцевого песка и щелочного ком понента, расплавляется в ванных печах непрерывного или периодического действия. При температуре 1400°С ко мпоненты взаимодействуют по реакции:

R₂СO₃ + nSiO₂ →R₂O·nSiO₂ + СO₂ .

Силикатный расплав выгружают из печи, охлаждают и дробят. Куски силикат-глыбы размером 5-10 см (растворимое стекло) отправляют в автоклав и обрабатывают водяным паром под давлением не ниже 0,6 МПа. Процессы растворения заканчиваются через 4-5 ч и раствор поступает в резервуар для отстаивания в течение 3-4 ч. Полученный продукт называется жидким стеклом.

Применение: Жидкое стекло применяется в строительстве для изготовления кислотоупорных бетонов. Для регулирования скорости твердения, повышения прочности и водостойкости к жидкому стеклу добавляют катализатор– кремнефторид натрия Nа₂SiF₆ и наполнитель – молотый кварцевый песок. В качестве наполнителя можно использовать любую измельченную кислотоупорную горную породу.

Жидкое стекло применяют также для уплотнения пористых естественных и искусственных камней и повышения их устойчивости против выветривания. При обработке поверхности бетонов на основе портландцемента жидким стеклом повышается их водонепроницаемость и прочность за счет взаимодействия жидкого стекла с известью и гидроалюминатом кальция. Образующиеся при этом гидросиликаты кальция заполняют поры бетона в поверхностном слое.

14. Сформулируйте определение понятия «гипсовые вяжущие вещества» и приведите их классификацию. Перечислите основные виды сырья для производства гипсовых и ангидритовых вяжущих и приведите их характеристику

Гипсовые вяжущие —воздушные вяжущие вещества, состоящие из полуводного гипса (CaSO₄·0,5H₂O) или ангидрита(CaSO₄), которые получаются путем тепловой обработки гипсовой породы.

Классификация. Низкообжиговые : Гипс строительный является продуктом обжига тонкоизмельченного двуводного гипса (невысокая прочность). Гипс формовочный отличается от гипса строительного большей тонкостью помола. Гипс высокопрочный является продуктом тонкого помола а-полугидрата, получаемого в результате тепловой обработки в условиях, в которых вода из гипса выделяется в капельно-жидком состоянии.

Гипс высокообжиговый (эстрихгипс, α-полугидрат). Процесс обжига идёт в жидкой среде или в среде насыщенного пара. Его применяют для изготовления декоративных и отделочных материалов, например искусственного «мрамора», штукатурных растворов, устройства бесшовных полов и подготовки под линолеум.

По срокам схватывания (низкий срок схватывания, это неудобно при работах) они разделяются на быстро-, нормально- и медленнотвердеющие. Для продления сроков схватывания в гипсовое тесто нередко вводят добавки-замедлители ( кератиновый клей).

Сырьё: Природный двуводный гипс (гипсовый камень) представляет собой горную породу осадочного происхождения, состоящую в основном из крупных или мелких кристаллов двуводного сернокислого кальция CaSO₄·2Н₂0. По внешнему виду и строению различают крупнокристаллический природный гипс (гипсовый шпат), тонковолокнистый гипс с шелковистым отливом (селенит) и зернистый гипс (алебастр). Гипсовые породы обычно содержат примеси песка, глины, известняка, битуминозных веществ и др.

Гипсовый ангидрит - горная порода (прочнее гипса) осадочного происхождения, состоящая преимущественно из минерала - безводного сернокислого кальция CaSO4.

Глиногипс - землистая порода, которая состоит из гипса с песчано-глинистыми и известково-глинистыми примесями.

Отходы химической промышленности (50 видов). При производстве суперфосфатов из отходов получают фосфогипс, из отходов при производстве борной кислоты - борогипс, из отходов при производстве цинковых белил - цинкогипс и т.п.