- •Строительные материалы
- •Содержание
- •Глава 1. Стандартизация и основные свойства строительных материалов 110
- •Структурно-логическая модель
- •Организации дидактического процесса
- •Учебный модуль м-0.
- •Введение в курс «Строительные материалы»
- •Учебный модуль № 1: «Основные свойства строительных материалов. Органические материалы и изделия» Учебный элемент уэ-0.
- •Учебный элемент № 1-1.
- •Учебный элемент № 1-2.
- •Учебный элемент № 1-3.
- •Учебный элемент уэ-r.
- •Учебный элемент уэ-к.
- •Учебный модуль № 2: «Неорганические материалы и изделия» Учебный элемент уэ-0
- •Учебный элемент № 2-1.
- •Учебный элемент № 2-2.
- •Учебный элемент № 2-3.
- •Учебный элемент № 2-4.
- •Учебный элемент уэ-r.
- •Учебный элемент уэ-к.
- •Учебный модуль № 3: «Искусственные каменные материалы» Учебный элемент уэ-о.
- •Учебный элемент № 3-1.
- •Учебный элемент 3-2.
- •Учебный элемент 3-3.
- •Учебный элемент уэ-r.
- •Учебный элемент уэ-к.
- •Учебный модуль № 4. «Строительные материалы различного назначения» Учебный элемент уэ-0.
- •Учебный элемент № 4-1.
- •Учебный элемент № 4-2.
- •Учебный элемент № 4-3.
- •Учебный элемент № 4-4.
- •Учебный элемент № 4-5.
- •Учебный элемент № 4-6.
- •Учебный элемент уэ-r.
- •Учебный элемент уэ-к.
- •Адаптированные тексты
- •Глава 1. Стандартизация и основные свойства строительных материалов
- •1.1. Классификация строительных материалов, контроль качества
- •1.2. Основные свойства строительных материалов
- •Основные свойства строительных материалов
- •Глава 2. Органические строительные материалы
- •2.1. Древесные материалы и изделия
- •Применение материалов и изделий из древесины
- •2.2. Органические битумные вяжущие и материалы на их основе
- •Применение материалов на основе битумов
- •2.3. Полимерные материалы и изделия
- •Применение полимерных материалов
- •Глава 3. Неорганические строительные материалы
- •3.1. Природные каменные материалы
- •Применение природных каменных материалов в строительстве
- •3.2. Керамические материалы и изделия
- •Применение керамических материалов в строительстве
- •3.3.Материалы и изделия из минеральных расплавов
- •Применение материалов и изделий из стеклорасплавов в строительстве
- •3.4. Свойства металлов и сплавов, их применение в строительстве
- •Применение металлов в строительстве
- •Глава 4. Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ
- •4.1. Минеральные вяжущие вещества
- •4.1.1. Воздушные минеральные вяжущие вещества
- •Воздушная известь
- •Гипсовые вяжущие
- •Магнезиальные вяжущие вещества
- •Жидкое стекло, кислотостойкий цемент
- •4.1.2. Гидравлические вяжущие вещества
- •Гидравлическая известь и романцемент
- •Портландцемент и его разновидности
- •Специальные виды цементов
- •Виды минеральных вяжущих веществ и их рациональное применение в строительстве
- •4.2. Заполнители, химические добавки, вода
- •4.3. Красочные составы, растворные строительные смеси и асбоцементные тонкостенные изделия на основе
- •4.3.2. Асбестоцементные изделия
- •4.4. Технология производства железобетонных конструкций
- •4.5. Свойства и разновидности бетона
- •4.5.1. Свойства бетона
- •Основные свойства бетона
- •Специальные виды тяжелого бетона
- •Назначение легких бетонов в зависимости от применяемого легкого заполнителя
- •Разновидности легких бетонов
- •Глава 5. Строительные материалы различного назначения
- •5.1. Конструкционные материалы
- •5.1.1. Материалы, применяемые для возведения фундаментов.
- •5.1.4. Современные ограждающие оконные системы.
- •Конструкционные материалы и изделия
- •5.2. Отделочные материалы
- •5.2.1. Материалы для внутренней отделки стен.
- •Материалы и изделия, применяемые для внутренней отделки стен
- •5.2.2. Материалы, используемые для отделки фасадов зданий.
- •Материалы и изделия, применяемые для отделки фасадов
- •Материалы покрытия пола в производственных помещениях
- •Материалы покрытия пола в жилых и общественных помещениях
- •5.2.4. Материалы, используемые при выполнении и отделки потолков.
- •Виды подвесных потолков, материалы используемые для их выполнения
- •5.3. Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы
- •Кровельные материалы, показатели качества
- •Виды гидроизоляции и применяемые материалы
- •Герметизирующие материалы
- •Герметизирующие материалы, применяемые в строительстве
- •5.4. Теплоизоляционные и акустические материалы
- •5.4.1. Теплоизоляционные материалы
- •Основными показателями качествадля этих материалов являются:
- •Применение теплоизоляционных материалов
- •5.4.2. Акустические материалы.
- •Применение акустических материалов
- •5.5. Антикоррозийные и огнезащитные материалы
- •5.5.1. Химическая коррозия
- •Степень агрессивного воздействия и материалы, применяемые для защиты строительных конструкций
- •5.5.3. Физическая коррозия
- •Глава 6. Снижение ресурсопотребления в строительстве
- •Использование шлаковых отходов
Гидравлическая известь и романцемент
Гидравлической известью называют тонкомолотый продукт обжига мергелистых известняков, содержащих до 20 % глинистых примесей при температуре 900 – 1000 0С. При этой температуре известняк (СаСО3) и глина (основные минералы: nAl2O3рSiO2mН2О, nFe2O3k SiO2pH2O) разлагаются с образованием свободных оксидов СаО, Al2O3, SiO2, Fe2O3, которые при такой высокой температуре, обладая химической активностью, вступают в реакции между собой с образованием ряда минералов: силикатов, алюминатов и ферритов кальция (nСаО×pSiO2; kСаО×mAl2O3; nСаО×mFe2O3), которые и обеспечивают в дальнейшем гидравлическое твердение этого вяжущего, а продукты гидратации прочность и водостойкость изделий. Так как глинистый компонент составляет в сырье только 20 %, то часть СаО остается в несвязанном, свободном состоянии. Наличие в гидравлической извести негашеной, воздушной извести – СаО обуславливает необходимость обеспечения вначале воздушно-сухих условий твердения (около 7 суток), для гидратации оксида кальция с образованием гидрооксида, а затем – влажных, для гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция (оставшиеся 21 сутки). Чем больше оксида кальция, тем продолжительнее должно быть начальное твердение в воздушной среде. В этом случае сильнее проявляются в извести свойства воздушного вяжущего и, следовательно, водостойкость образованного камня будет ниже.
Качествогидравлической извести определяют потонкости помола,срокам схватывания(начало 0,5 – 2 часа, конец 8 – 16 часов),равномерности изменения объема и активности. Активность косвенно оценивают погидравлическому(основному)модулю(ГМ) равному отношению процентного содержания по массе оксида кальция к сумме оксидов, входящих в состав минералов
В зависимости от полученного значения различают сильногидравлическую (1,7 – 4,5) и слабогидравлическую (4,5 – 9) известь. При показателе больше 9 известь приобретает свойства воздушного вяжущего. Прочность изделий на гидравлической извести различной активности колеблется от 1,7 до 5 МПа.
Основное применение этого вяжущего – штукатурные и кладочные растворы, низкомарочные легкие и тяжелые бетоны, эксплуатируемые как в сухих, так и во влажных условиях.
С целью усиления гидравлических свойств (ГМ = 1,1 – 1,7) и исключения из состава вяжущего свободного оксида кальция используют мергели с содержанием глинистых примесей не менее 25 %. При помоле спекшегося (температура 1000 – 1100 0С) продукта, для обеспечения заданных сроков схватывания (начало – не ранее 20 мин, конец – не позднее 24 ч.), вводят добавку двуводного гипса в количестве 3 – 5 %. Полученныйроманцементприменяют для изготовления строительных растворов, бетонных стеновых камней и мелких блоков прочностью до 15 МПа, используемых при возведении наземных и подземных конструкций.
Портландцемент и его разновидности
Портландцементомназывают тонкомолотый материал, полученный совместным измельчением клинкера, продукта спекания при температуре 1400 – 15000С известково-глинистой смеси в соотношении по массе 3:1 или мергелистых пород, и гипса (3 – 5 %). В зависимости от влажности исходного сырья применяютмокрыйилисухойспособ производства. При мокром – помол и перемешивание сырья до получения однородного пластичного шлама влажностью до 45 % производят непосредственно в мельницах, затем шлам поступает в шламбассейн, где производят корректировку состава путем введения добавок, и во вращающиеся горизонтальные печи на обжиг. Действие высокой температуры вызывает испарение воды, разложение сырья и образование новых, химически активных по отношению к воде, минералов. После обжига клинкер подают в специальные холодильники для быстрого охлаждения продукта с целью сохранения химически активной стеклофазы. Заключительный процесс – помол клинкера совместно с гипсом или гипсосодержащими отходами и минеральными добавками в мельницах с последующим поступлением продукта на склад, затариванием и отправкой потребителю. При сухом –тонкомолотое сырье подогревают отходящими газами и подают на обжиг в вертикальные шахтные печи. Исключение процесса испарения воды делают эту технологию менее энергозатратной. К достоинствам мокрого способа можно отнести простоту корректировки состава, что позволяет получать разнообразные по свойствам цементы.
Минералогический состав цемента включает четыре основных минерала: 3CaOSiO2 – трехкальциевый силикат (C3S) – алит (45 – 60 %), 2CaOSiO2 – двухкальциевый силикат (C2S) – белит (10 – 30 %), 3CaOAl2O3 – трехкальциевый алюминат (C3A) – целит (5 – 12 %), 4CaOAl2O3Fe2O3 – четырехкальцевый алюмоферрит – C4AF (10 – 20 %). Свойства цемента определяют процентным содержанием входящих минералов, которые по своей химической активности, тепловыделению и скорости твердения располагаются следующим образом в порядке убывания.
При смешивании портландцемента с водой, составляющие его минералы гидратируют с образованием новых кристаллических соединений, обуславливающих твердение цементного теста и прочность искусственного камня. Состав новообразований зависит от минералогического состава цемента, влажности и температуры окружающей среды. Продукт гидратации алита – гидрооксид кальция, растворяясь в воде, образует насыщенный щелочной раствор, обеспечивающий не только стабильность образованных кристаллических гидратных соединений, но и арматуры при эксплуатации железобетонных конструкций.
В результате частичного перехода воды при гидратации в химически связанное состояние (до 20 %) происходит усадка цементного камня, вызывающая появление микротрещин на его поверхности. Испарение воды, неучаствующей в процессе твердения, приводит к образованию открытых капиллярных пор, понижающих не только прочность, но и морозостойкость, водонепроницаемость искусственного материала. Для повышения эксплуатационных свойств необходимо обеспечить влажностные условия твердения (влажность не менее 95 – 98 %), снизить расход воды с одновременным вводом пластифицирующих добавок для обеспечения необходимой пластичности смеси.
К недостаткам цементного камня кроме усадки относится ползучесть, которая проявляется в увеличении деформаций под влиянием длительно действующих, постоянных по величине нагрузок. Снижение ползучести достигается за счет введения жесткого недеформируемого заполнителя и снижения расхода цемента.
В зависимости от природы воздействия в процессе эксплуатации цементный камень может подвергаться физической или химической коррозии. В первом случае разрушение происходит под действием высокой температуры (свыше 300 0С) или циклических температурно-влажностных изменений (воздухостойкость, морозостойкость), во втором – под влиянием агрессивных сред. В зависимости от состава и механизма действия для цементного камня опасны:
фильтрация водыс вымыванием наиболее растворимого гидрооксида кальция, приводящая к снижению щелочности среды и, как следствие, разрушению кристаллических новообразований, уменьшению прочности (первый вид коррозии – выщелачивание);
действие кислот, реакция которых с цементным камнем сопровождается образованием гелеобразных, непрочных или растворимых соединений, вызывающих резкое падение прочности (второй вид коррозии - кислотный);
контакт с солесодержащими растворами (NaCl, Na2CO3), вызывает, при наличии испаряющей поверхности и капиллярного подсоса, кристаллизацию соли в поверхностном слое за счет испарения воды. Это приводит к росту остаточных деформаций, растрескиванию и потере прочности искусственным камнем. В случае сульфатосодержащих сред (сульфатной коррозии) разрушение происходит за счет накопления в порах по всему объему крупнокристаллических продуктов реакции между цементным камнем и агрессивной средой (третий вид коррозии – солевой).
С целью придания портландцементу заданных свойств изменяют состав клинкера, регулируют степень измельчения и вводят в мельницу при помоле органические и минеральные добавки. Цементные заводы выпускают широкую номенклатуру вяжущих. Наибольший объем составляют портландцементы с минеральными гидравлическими добавками: шлаковыми и пуццолановыми. При содержании добавок до 20 % получают рядовой портландцемент (ПЦ), при увеличении доменного шлака с 21 до 60 % –шлакопортландцемент (ШПЦ), пуццолановых (диатомит, золы, вулканический пепел) с 21 до 40 % –пуццолановый портландцемент(ППЦ). В связи с уменьшением содержания химически активного составляющего – клинкера, эти цементы обладают замедленным твердением, низким тепловыделением и морозостойкостью, а в случае пуццоланового и воздухостойкостью. К положительным свойствам вяжущих можно отнести повышенные водо- и солестойкость, а также термостойкость (до 7000С) шлакопортландцемента. Рациональное применение этих цементов: подводное и подземное бетонирование, жаростойкие бетоны (ШПЦ). Оптимальный режим твердения – термовлажностная обработка (ТВО).
При введении в качестве добавок кремнезема, известняка, доломита (до 30 %) получают безусадочный наполненный цементнизких марок, который применяют для штукатурных растворов.
Следующие по объему выпуска и значимости – портландцементы с органическими поверхностно-активными добавками.Механизм действия добавок заключается в их способности адсорбироваться на поверхности цементных зерен. В результате при использовании гидрофобных добавок поверхность приобретает свойство водоотталкивания – получаютгидрофобный портландцемент (ГФ), если характер добавки гидрофильный -пластифицированный портландцемент (ПЛ).
Преимущества ГФ портландцемента в длительном хранении без снижения технических показателей и повышенная водостойкость, поэтому его используют при возведении гидротехнических сооружений, дорожных покрытий.
Пластифицированный портландцемент применяют с целью повышения пластичности смеси без увеличения расхода воды или для увеличения прочности, морозостойкости, водонепроницаемости при снижении расхода воды и сохранении заданной пластичности.
Для усиления пластифицирующего эффекта в мельницу при помоле клинкера вводят добавки суперпластификаторы и получают вяжущее низкой водопотребности (ВНВ), позволяющее сократить расход воды до 20 %.
Декоративные растворы и бетоны получают с использованием белого и цветного (белый с пигментами) портландцементов. Необходимая степень белизны обеспечивается жесткими требованиями, предъявляемыми к сырью по содержанию красящих примесей (соединений марганца и железа).
При возведении конструкций, эксплуатация которых связана с действием сульфатосодержащих сред (фундаменты, дамбы, плотины и т. д.), во избежание солевой коррозии, применяют специальный сульфатостойкий портландцемент (СПЦ). Его получают путем тщательной корректировки минералогического состава, в котором ограничено содержание С3А до 5 %, С3Sдо 50 % и сумма С3А + С4AFдо 22 %.
Получение монолитных конструкций, особенно при низких положительных температурах, а также высокая энергоемкость технологии производства сборного железобетона с использованием термовлажностной обработки требуют применения высокоэффективного быстротвердеющего портландцемента (БПЦ). Это, как правило, цементы высоких марок (500 – 700) за счет увеличения содержания наиболее активных по отношению к воде минералов С3Sи С3А и увеличения тонкости помола с 3000 до 5000 см2/г, что позволяет обеспечивать до 70 % марочной прочности в трехсуточном возрасте естественного твердения.
Тампонажный портландцемент применяют для цементирования холодных (2220С) и горячих (7530С) нефтяных и газовых скважин. Для придания специфических свойств (замедленное схватывание, солестойкость, повышенная плотность цементного камня) в их состав вводят от 10 до 70 % минеральных добавок (шлак, кварцевый песок, известняк).