Богатина А.Ю. Материаловедение и технология конструкц. матер. Для самостоят. раб. 2017

Гидравлические вяжущие вещества. Классификация гидравлических вяжущих.

Портландцемент. Химический состав портландцемента, схема его производства по мокрому и сухому способам. Минералогический состав портландцемента. Строение цементного камня, основные структурные составляющие. Строительно-технические свойства портландцемента. Плотность, насыпная объемная масса и удельная поверхность цементного порошка.

Нормальная густота и сроки схватывания цементного теста. Тепловыделение (экзотермия) и равномерность изменения объема при твердении. Активность и марки портландцемента.

Влияние химико-минералогического состава клинкера портландцемента и тонкости его помола на физические и механические свойства цемента.

Коррозия портландцементного камня под воздействием природных вод. Основные виды коррозии. Специальные портландцементы. Быстротвер-

деющий портландцемент. Состав, свойства и применение.

Сульфатостойкий портландцемент и портландцемент с умеренной экзотермией. Состав, свойства и применение. Белый и цветные портландцементы. Пуццолановый портландцемент. Состав пуццоланового портландцемента. Активные минеральные добавки и их классификация. Методы оценки активности минеральной добавки.

Схема получения пуццоланового портландцемента.

Достоинства и недостатки пуццоланового портландцемента в сравнении с обычным портландцементом и области его рационального применения в строительстве.

Шлакопортландцемент. Состав шлакопортландцемента. Доменные гранулированные шлаки.

Строительно-технические свойства шлакопортландцемента и области его рационального применения в строительстве.

Глиноземистый цемент. Химико-минералогический состав. Отечественный способ получения глиноземистого цемента. Строительно-технические свойства и области его рационального применения в строительстве.

Высокоглиноземистые цементы, их химико-минералогический состав и назначение.

Расширяющиеся и безусадочные цементы. Состав, свойства и применение в строительстве гипсоглиноземистого цемента, безусадочных и расширяющихся цементов на базе портландцементного клинкера.

Напрягающие цементы. Состав, свойства и применение в строительстве. Минеральные вяжущие вещества делятся: на воздушные, гидравлические

ивяжущие автоклавного твердения.

Квоздушным вяжущим относятся воздушная известь, гипсовые вяжущие, магнезиальные вяжущие и жидкое стекло.

Кгидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности.

11

К вяжущим автоклавного твердения относятся известковокремнеземистые, известково-зольный, известково-шлаковый цементы.

Гашение воздушной извести сопровождается химической реакцией. Под действием воды на комовую известь происходит гидратация окиси кальция по реакции:

Атомные веса элементов, входящих в состав строительных материалов:

–кальций Ca – 40,07;

–кислород O – 16,00;

–сера S – 32.06;

–углерод C – 12,00;

–водород H – 1,00.

Блок В

2.3 Бетоны и растворы. Железобетон

Основные сведения о бетонах. Классификация бетонов. Значение бетонов в современном индустриальном строительстве.

Материалы, применяемые для приготовления бетона. Требования к мелкому и крупному заполнителям по ГОСТ. Добыча, дробление, сортировка и обогащение щебня, гравия и песка для бетона. Транспортирование и складирование заполнителей. Требования к цементу и воде для затворения и поливки бетона. Добавки к бетону.

Бетон тяжелый. Подбор состава бетона. Принятые способы его обозначения. Свойства бетонной смеси. Свойства тяжелого бетона. Прочность бетона, его марки. Факторы, влияющие на прочность бетона. Рост прочности бетона во времени. Влияние производственных факторов на его прочность и однородность (времени перемещения бетонной смеси и степени ее уплотнения).

Особые свойства тяжелого бетона: плотность, пористость, водопроницаемость, водо- и морозостойкость – и факторы, их определяющие. Влияние добавок к бетону на его свойства и долговечность. Усадка и набухание бетона. Основные виды усадочных деформаций и факторы, их определяющие. Температурные напряжения в бетоне и пути их снижения. Особенности бетонирова-

12

ния в зимнее время. Определение марки бетона при осевом растяжении, деформативных свойствах, модуля упругости и деформации.

Специальные виды тяжелых бетонов: гидротехнический, дорожный, жаростойкий, напрягающий, кислотоупорный, бетон для защиты от радиоактивного воздействия.

Легкие бетоны на пористых заполнителях. Классификация. Заполнители и требования к ним. Особенности подбора состава бетона. Приготовление и укладка. Свойства керамзито- и аглопористобетона: прочность, плотность, теплопроводность, морозостойкость.

Ячеистые бетоны. Теплоизоляционные пенобетоны и газобетоны: их свойства и состав, понятие об их изготовлении и применении в строительстве.

Крупнопористые (бес песчаные) и мелкозернистые бетоны. Бетоны для транспортного строительства.

Бетоны занимают ведущие место среди материалов, применяемых в современном строительстве.

Изучение данного раздела надо начинать с определения и классификации бетонов. Это достигается различными методами – подбором состава, выбором вяжущих, применением добавок, специальными методами механической и фи- зико-химической обработки и др. Следует усвоить понятия «бетонная смесь» и «бетон» и разобраться в требованиях к материалам для приготовления бетона: цементу, заполнителям, воде, а также к способам определения свойств бетонной смеси и бетона.

Важно знать, что бетоны классифицируются: по виду вяжущего материала, плотности, прочности, по качеству заполнителей, назначению в строительстве и по другим признакам. Здесь нужно обратить особое внимание на тот факт, что в настоящее время наши заводы недостаточно снабжаются высококачественными заполнителями, это приводит к перерасходу цемента на 1 м3 бетона. Особое внимание необходимо уделить зависимости свойств бетона от свойств бетонной смеси (удобоукладываемости и связанности).

На лабораторных работах студенты занимаются самостоятельным расчетом состава бетона, но принципы расчета усваиваются при теоретической проработке темы. Необходимо усвоить специфику подбора состава легких бетонов. Студент должен обратить внимание на возможные пути сокращения расхода цемента на 1 м3 бетона. Здесь студент должен особое внимание уделить добавкам, повышающим пластичность бетона, что приводит к существенному снижению водоцементного фактора, повышению прочности и плотности затвердевшего бетона.

В процессе изучения следует познакомиться с технологией приготовления бетона и изделий из него, температурными и влажностными условиями ускоренного твердения бетона. После этого можно переходить к изучению усадочных явлений в бетоне, его структуре, плотности, водопроницаемости, морозостойкости, температуростойкости, коррозионной стойкости. При изучении свойств бетона следует помнить, что свойства вяжущего играют первостепенную роль в коррозионной стойкости, температуростойкости и усадочных явле-

13

ниях в бетоне. Необходимо хорошо уяснить влияние воздействия внешней среды как при твердении бетонной смеси, так и при эксплуатации уже затвердевшего бетона, разбираться в вопросах коррозии бетона и уметь правильно назначать необходимые меры защиты.

К изучению данного раздела, посвященного бетонам, следует приступать после усвоения разделов «Природные каменные материалы» и «Минеральные вяжущие вещества», а при изучении специальных видов бетонов следует более тщательно проработать их виды, которые применяются в конструкциях транспортного строительства: мостах, тоннелях, тюбингах метро, шпалолежнях и др.

2.3.1 Подбор состава тяжелого бетона

Подбор состава тяжелого (обычного) бетона заключается в установлении наиболее рационального соотношения между составляющими бетон материалами (цементом, водой, песком, щебнем или гравием).

Состав бетона выражают расходом всех составляющих материалов по массе на 1 м3 уложенной и уплотненной бетонной смеси или же отношением массы составляющих материалов смеси к массе цемента, принимаемой за единицу, т.е. 1:х:у (цемент : песок : щебень или гравий) при В/Ц = z.

Различают два состава бетона: номинальный (лабораторный), рассчитанный для материалов в сухом состоянии, и производственный (полевой) – для материалов в естественно-влажном состоянии.

Для расчета состава тяжелого бетона необходимо иметь следующие данные: заданную марку бетона Rб; требуемую удобоукладываемость бетонной смеси, определяемую осадкой конуса ОК, см; вид и активность цемента Rц; объемную насыпную массу составляющих ρн.ц., ρн.п, ρн.щ(г); и их плотность ρц, ρп, ρщ(г); пустотность щебня или гравия Vп.щ(г); наибольшую крупность зерен щебня (гравия); влажность заполнителей Wп, Wщ(г).

Состав бетона рассчитывается в следующей последовательности:

1 Водоцементное отношение В/Ц вычисляют, исходя из требуемой марки бетона, активности цемента и с учетом вида и качества составляющих по следующим формулам:

– для бетонов с водоцементным отношением В/Ц 0,4:

Ц

Rб = ARц ( В – 0,5); (2.16)

– для бетонов с водоцементным отношением В/Ц < 0,4:

Ц

Rб = ARц ( В + 0,5); (2.17)

где Rб – марка бетона, кгс/cм2;

Rц – активность цемента, кгс /см2;

A – коэффициент, учитывающий качество материалов, А = 0,55 0,65. После преобразования относительно В/Ц приведенные выше формулы

имеют следующий вид:

14

2 Расход воды (водопотребность в л/м3) ориентировочно определяют, исходя из заданной удобоукладываемости бетонной смеси по табл. 2.1, которая составлена с учетом вида и крупности зерен заполнителя.

Таблица 2.1

Водопотребность бетонной смеси

Примечание. Данные таблицы справедливы для бетонной смеси на портландцементе и песке средней крупности. При применении пуццоланового портландцемента расход воды увеличивают на 20 кг/м3; при использовании мелкого песка взамен среднего расход воды также увеличивают на 10 кг, а при использовании крупного песка – уменьшают на 10 кг.

3 Расход цемента на 1 м3 бетона вычисляют по формуле:

4 Расход заполнителей (песка, щебня или гравия) в кг на 1 м3 бетона вычисляют, исходя из двух условий:

– во-первых, сумма абсолютных объемов всех компонентов бетона равна 1 м3 уплотненной бетонной смеси, т. е.

где Ц, В, П, Щ(Г) – расход цемента, воды , песка и щебня (гравия), кг/м3;Ц , В , Щ ( Г ) – плотность этих материалов, кг/м3;

15

– во-вторых, цементно-песчаный раствор заполнит пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен, т. е.

где Vп.щ(г) – пустотность щебня (гравия) в рыхлом состоянии;

н.щ(г) – объемная масса щебня (гравия), кг/м3;

– коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия); для подвижной смеси принимают (ОК = 4–15 см) в пределах 1,25–1,6 в зависимости от расхода цемента, для малоподвижных (ОК = 1–3 см) 1,2–1,5, для жестких 1,05–1,1.

Решая совместно эти два уравнения, находят формулы для определения расхода щебня (гравия) в кг на 1 м3 бетона:

После определения расхода щебня (гравия) рассчитывают расход песка в кг/м3 по формуле:

5 Определив расход компонентов Ц, В, П, Щ(Г) на 1 м3 бетонной смеси, вычисляют ее расчетную объемную массу:

А также коэффициент выхода бетона на 1 м3 бетонной смеси в уплотненном состоянии на сумму объемов сухих составляющих, затраченных на ее приготовление, по формуле:

где Vц, Vп, Vщ(г) – объем сухих составляющих, затраченных на приготовление 1 м3 бетонной смеси , м3;

Ц, П, Щ(Г) – расход сухих материалов на 1 м3 бетона, кг; ρН.Ц , ρН.П , ρН.Щ(Г) – объемная насыпная масса сухих материалов, кг/м3.

Значение коэффициента выхода бетона обычно находится в пределах

0,55–0,75.

6 Определяют производственный (полевой) состав бетона, принимая во внимание влажность заполнителей (песка и щебня), в связи с чем необходимое количество воды уменьшают:

16

чению железобетона. Необходимо уяснить понятия «монолитный» и «сборный» железобетоны.

Следует знать, что бурное развитие сборного железобетона в строительной промышленности страны началось с 1954 г., когда вышло постановление партии и правительства «О развитии производства железобетонных конструкций и деталей для строительства». Сборный железобетон – это такие детали и конструкции, которые в готовом виде поступают на строительную площадку, где из них монтируется здание или сооружение. Применение таких изделий и конструкций существенно сокращает сроки строительства, механизирует строительные процессы, улучшает качество изделий и экономит цемент.

Сборный железобетон широко применяется в гражданском и промышленном строительстве, в мостостроении и в железнодорожных сооружениях (шпалолежни, тюбинги, опоры мостов, пролетные строения мостов и др.).

Студент должен познакомиться с различными схемами производства железобетонных изделий:

1)стендовым производством в стационарных формах;

2)агрегатно-поточным производством;

3)конвейерным способом.

Необходимо знать основные виды сборных железобетонных конструкций и деталей, применяемых в строительстве, особое внимание обратив на изделия для железных дорог, мостов и путепроводов, тоннелей и метрополитенов. Студенту необходимо разобраться с понятиями обычное армирование и предварительно напряженное армирование железобетонных изделий.

Следует различать натяжение арматуры до бетонирования с передачей силы натяжения на форму (опалубку) или на упоры стенда и «после затвердения бетона» с передачей силы натяжения на готовые бетонные конструкции. Изучение способов натяжения арматуры (механический, электромеханический с непрерывным натяжением, химический) позволит усвоить основные способы производства современных железобетонных изделий и технологию их изготовления.

Далее необходимо остановиться на обычном армировании изделий. В зависимости от формы и назначения изделия применяется тот или иной способ армирования. Изделия и конструкции из обычного железобетона армируются (заранее изготовленными из отдельных элементов стальных стержней) арматурными сетками, плоскими и пространственными каркасами. Вспомогательной арматурой служат петли и крюки для монтажа и транспортирования, фиксаторы и закладные части.

Изделия из предварительно напряженного железобетона требуют специальных форм и приспособлений для растяжения и закрепления растянутой арматуры, отдельных стержней или пучков проволоки.

Обратите внимание, что сварка стержней и проволочных прутков арматуры в местах пересечений осуществляется точечной контактной электросваркой, при помощи сварочных машин автоматического и полуавтоматического действия.

18

Нужно уяснить, что одной из важнейших операций при изготовлении деталей и конструкций из железобетона является формирование изделий. Наиболее широко применяется вибрационный метод часто с силовой статической нагрузкой (виброштампование, вибропрокат, вибропрессование) или с отсосом специальными вакуум-насосами воздуха и воды из бетона с целью его уплотнения (вибровакуумирование); реже центробежный способ, торкет-набрызг под давлением и др. Нужно знать, что виброобработка позволяет применять жесткие бетонные смеси, полнее механизировать процесс формирования и повысить производительность труда.

Далее следует остановиться на изучении методов ускоренного твердения бетонных и железобетонных изделий. С целью ускорения твердения применяются такие меры, как повышение температуры в сочетании с обработкой паром, электрообогрев, химические ускорители твердения и др.

Заканчивать изучение раздела следует вопросами приемки, хранения и испытания готовых изделий, обратив внимание на методы испытаний изделий без разрушения их структуры, а также на методику испытания готовых, отобранных по определенному стандарту изделий на прочность, жесткость и трещиностойкость. Помимо контроля прочности самого материала, производится контроль качества армирования, толщины защитного слоя, а также формы, размеров и внешнего вида изделия. Изделия, выдерживающие все эти испытания, маркируются, и на каждую партию составляется паспорт, который завод выдает потребителю.

Блок Г

2.4 Керамические материалы. Материалы из древесины

Классификация керамических изделий. Сырьевые материалы. Глина, их состав и свойства. Схема производства керамических изделий.

Стеновые керамические материалы. Кирпич глиняный обыкновенный – технология производства, свойства и применение. Кирпич пустотелый, пористопустотелый, легкие и пустотелые керамические камни и их подразделение на классы по объемной массе. Марки стеновых керамических материалов. Кирпич и камни специального назначения, кирпич глиняный и лекальный, камни для канализационных сооружений и кирпич для дорожных одежд. Пустотелые керамические изделия для перекрытий. Керамические изделия для облицовки фасадов зданий: облицовочный кирпич и лицевые керамические камни, ковровая керамика, плитки фасадные малогабаритные, плиты керамические фасадные.

Керамические изделия для внутренней облицовки. Кровельные керамические материалы. Требования, предъявляемые к черепице действующими ГОСТами. Керамические трубы. Огнеупорные керамические материалы. Санитарнотехнические изделия, изготавливаемые из фарфора, полуфарфора и фаянса.

19

Пути повышения эффективности производства применения в строительстве стеновых и облицовочных материалов и керамических канализационных труб.

Легкие пористые заполнители для бетона – керамзит, аглопорит – изготовление, свойства, применение.

Значение древесины в современном строительстве. Древесные породы и их применение. Комплексное использование древесного сырья.

Строение дерева. Микро- и макроструктура древесины. Физические свойства древесины: гигроскопичность, усушка и набухание, плотность и объемная масса, теплопроводность, коррозионная стойкость. Механические свойства древесины: прочность при сжатии, растяжении и изгибе, сопротивление скалыванию. Пороки древесины.

Виды влаги в древесине и способы сушки. Влияние влажности на свойства древесины. Виды грибков-разрушителей древесины и способы защиты от гниения и поражения насекомыми. Защита древесины от возгорания. Антисептики и основные способы антисептической обработки деревянных конструкций и изделий.

Материалы, изделия и конструкции из древесины. Лесоматериалы круглые, пиломатериалы, изделия и полуфабрикаты. Конструкции и детали из древесины. Понятия о заготовке и обработке древесины. Заготовки из древесины хвойных и лиственных пород. Фанера и материалы для кровель временных зданий. Столярные изделия и конструкции из древесины. Новые эффективные материалы и изделия из древесины, облагораживаемые полимерами. Приемка, транспортирование и хранение материалов, изделий и конструкций из древесины.

Блок Д

2.5 Органические вяжущие и материалы на их основе. Полимеры и материалы из пластмасс. Лакокрасочные материалы

Определение и классификация органических вяжущих веществ. Битумы, их виды, свойства, способы получения и области применения. Дегти, их виды, свойства, способы получения и области применения. Материалы на основе битумов и дегтей. Асфальторастворы и асфальтобетоны: состав, свойства, области применения.

Кровельные, гидроизоляционные и пароизоляционные материалы: классификация, свойства. Битумные и дегтевые эмульсии и пасты. Их получение, свойства и области применения. Рулонные и листовые материалы. Битумные кровельные материалы: пергамин, рубероид (подкладочный и покровный с чешуйчатой, крупнозернистой и декоративной посыпкой), стеклорубероид. Их свойства, изготовление и область применения. Гидроизоляционные материалы:

20