4 вопрос.

К строительным материалам (материал от лат. materia — вещество) относят природные и искусственные вещества, композиции и изделия из них, применяемые для возведения зданий и сооружений. Взаимосвязи параметров технологии, состава и строения материалов с их строительно-техническими свойствами изучает строительное материаловедение, основанное на фундаментальных закономерностях естественных наук.

Свойства материалов — это особенности, характеризующие их состояние или отношение к различным явлениям. Совокупность свойств, определяющих пригодность материалов для использования, характеризует их качество и зависит от вида строительных материалов. Уровень качества оценивается с привлечением системы показателей назначения, надежности, технологичности и др.

Показатели качества материалов определяют экспериментально — с помощью технических измерительных средств. В некоторых случаях оценку качества материалов производят эксперты расчетными методами. Различают входной, технологический и приемочный контроль качества строительных материалов. Входной контроль производится для материалов, поступающих на предприятие или стройку. Технологический или операционный контроль производится по мере выполнения отдельных технологических операций, а приемочный — для готовых изделий.

Основные свойства строительных материалов

Классификация и структура материалов

Классификация материалов. Строительные материалы можно классифицировать по составу, структуре, свойствам, способу получения и области применения.

Состав материалов выражают содержанием химических элементов или оксидов (химический состав) и отдельных частей — фаз, однородных по химическому составу и физическим свойствам, отделенных друг от друга поверхностями раздела (фазовый состав).

По составу разделяют металлические и неметаллические материалы. Из металлических материалов в строительстве широко применяют железистые сплавы — чугун и сталь, а также сплавы алюминия. В группу неметаллических входят органические и неорганические материалы. Среди органических преобладают строительные материалы на основе древесины, битумов и синтетических полимеров. В их состав входят преимущественно высокомолекулярные углеводороды и их неметаллические производные.

Виды строительных материалов разнообразны. Наиболее обширна группа неорганических строительных материалов. Химический состав их выражают в основном содержанием оксидов кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия, водорода. Фазовый состав неорганических материалов, применяемых в строительстве (природных камней, цементов, бетона, стекла и др.), представлен силикатами, алюмосиликатами, алюминатами, ферритами, оксидами и их гидратами.

5 Вопрос.

Для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и железнодорожного полотна применяют разнообразные природные и искусственные дорожно-строительные материалы.

К природным материалам относятся такие материалы, которые добываются в верхних слоях земной коры и используются после несложной механической обработки для придания частицам материала нужных размеров, формы и состояния поверхности (песок, глина, щебень, гравий, природный асфальт и др.). Искусственные материалы изготавливают из природного сырья или отходов промышленности путем их обработки по специальной технологии, способствующей образованию новых материалов с другими, чем у исходных, свойствами (цемент, битум, цементобетон и др.).

6Вопрос

Определение марки (активности) цемента

Марку цемента, или его активность, определяют по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов размером 40х40х х 160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 нормальной консистенции после необходимого срока твердения (для портландцемента, шлакопортландцемента и пуц-цоланового цемента — 28 сут, для быстротвердеющего портландцемента — 3 и 28 сут, для глиноземистого — 3 сут) в стандартных условиях (ГОСТ 310.4-81). Ниже рассмотрена методика определения марки (активности) портландцемента.

При определении марки используют стандартный песок, что позволяет исключить влияние качества песка на прочность испытуемого цемента. Стандартный песок (ГОСТ 6139-91) представляет собой чистый кварцевый песок (содержание Si02 > 98%; потери при прокаливании < 0,05%; влажность <0,2%).

Рис. 4.4. Мешалка для цементного раствора: 1 — чаша; 2 — бегунок; 3, 4 — скребки

Приготовление цементного раствора нормальной консистенции.

Для приготовления необходимого количества цементно-песчаного раствора состава 1:3 (по массе) отвешивают 500 г испытуемого цемента и 1500 г стандартного песка и высыпают их в предварительно протертую мокрой тканью чашу (см. рис. 4.3, а). Цемент с песком перемешивают в течение 1 мин. Затем в центре сухой смеси делают лунку, вливают в нее воду в количестве 200 г (В/Ц = 0,4) и дают ей впитаться в течение 0,5 мин, после чего смесь перемешивают вручную в течение 1 мин.

Подготовленный таким образом раствор переносят в предварительно протертую влажной тканью чашу 1 мешалки (рис. 4.4) и перемешивают в ней в течение 2,5 мин (20 оборотов чаши).

Как исключение смесь можно перемешивать вручную не менее 5 мин круглым шпателем в сферической чаше (см. рис. 4.3).

Рис. 4.5. Встряхивающий столик;

По окончании перемешивания определяют консистенцию раствора. Для этого применяют встряхивающий столик (рис. 4.5), представляющий собой металлический диск, покрытый шлифованным стеклом. При вращении кулачка диск с помощью штока, скользящего в направляющих, поднимается на 10 мм, а затем резко падает. Таким образом имитируется виброуплотнение раствора.

На стекло столика ставят коническую форму 5 с загрузочной воронкой. Внутреннюю поверхность конуса и стекло перед укладкой раствора протирают влажной тканью.

Для определения консистенции раствор укладывают в форму-конус в два приема (слоями равной толщины). Каждый слой уплотняют штыковкой из нержавеющей стали диаметром 20 мм, массой (350 ±20) г. Нижний слой штыкуют 15 раз, верхний — 10 раз. Штыкование ведут от периферии к центру, придерживая форму рукой. Далее снимают загрузочную воронку, излишек раствора срезают ножом и осторожно снимают форму-конус.

Полученный конус цементного раствора встряхивают на столике 30 раз в течение (30 ± 5) с. Затем штангенциркулем или металлической линейкой измеряют диаметр конуса по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.

Консистенция раствора считается нормальной, если расплыв конуса составляет 106…115 мм. Если расплыв конуса менее 106 мм или раствор при встряхивании рассыпается, приготовляют новую порцию раствора, увеличивая количество воды до получения расплыва конуса Ю6…115мм. Если расплыв конуса более 115 мм, то испытание повторяют с меньшим количеством воды, добиваясь расплыва 106…115 мм. Водоцементное отношение, полученное при достижении расплыва конуса 106…115мм, принимают для проведения дальнейших испытаний. Погрешность определения В/Ц не более 0,01.

Рис. 4.6. Форма для образцов-балочек (с) и насадка к ней (б)

Изготовление образцов. Разъемные формы, в которых изготовляют образцы, рассчитаны на три образца (рис. 4.6, а). Детали форм выполнены из стали или чугуна с твердостью по Бри-неллю не менее НВ140. Продольные и поперечные стенки форм, скрепляемые зажимным винтом, отшлифованы и плотно прилегают к отшлифованной поверхности поддона.

Перед заполнением формы растворной смесью ее внутренние поверхности слегка протирают машинным маслом, а стыки наружных стенок с поддоном и одна с другой смазывают техническим вазелином. На форму устанавливают металлическую насадку (рис. 4.6, б), облегчающую укладку раствора. После этого форму жестко закрепляют в центре виброплощадки.

Виброплощадка (рис. 4.7) состоит из станины, к которой пружинами прикреплена рама с установленной на ней площадкой. Колебательные движения площадки создает прикрепленный к ней электродвигатель, на валу которого находится дебаланс (эксцентрично закреплен груз).

Форму заполняют приблизительно на 1 см раствором и включают виброплощадку. Затем в течение 2 мин вибрации все три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполняют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают и снимают с нее форму. Далее смоченным водой ножом срезают излишек раствора, заглаживают поверхность образцов и маркируют их.

Образцы в формах хранят (24 ± 2) ч на столике 3 в ванне с гидравлическим затвором (рис. 4.8). Затем образцы осторожно расформовывают и укладывают в горизонтальном положении в ванну с водой так, чтобы они не соприкасались один с другим. Воду, которая должна покрывать образцы не менее чем на 2 см, меняют через каждые 14 сут. Температура воды весь срок хранения должна быть (20 ± 2) °С.

Рис. 4.7. Лабораторная виброплощадка:

1 – станина; 2 – электродвига тель; 3 – площадка; 4 — рама; 5 -пружины

Рис. 4.8. Ванна с гидравлическим затвором: 1— ванна; 2 — герметичная крышка; 3 — столик

Рис. 4.9. Схема расположения образцов-балочек на опорных элементах

Образцы, прочность которых через 24 ч недостаточна для расформовывания их без повреждений, допускается вынимать из форм через 48 ч с отметкой об этом в рабочем журнале.

По истечении срока хранения образцы извлекают из воды и не позднее чем через 1 ч подвергают испытанию.

Непосредственно перед испытанием образцы-балочки насухо вытирают и испытывают на изгиб, а затем каждую из полученных половинок балочки — на сжатие.

При испытании глиноземистого цемента образцы в форме хранят первые 6 ч в ванне с гидравлическим затвором, а затем в воде комнатной температуры. Через (24 ± 2) ч с момента изготовления образцы вынимают из формы и часть их испытывают, а оставшиеся хранят в воде до последующих испытаний через 3 сут.

Определение предела прочности при изгибе. Это испытание производят на машинах (п. 3.9), обеспечивающих нарастание нагрузки в среднем (50±10)Н в секунду. Образец устанавливают на опорные элементы машины таким образом, чтобы его горизонтальные при изготовлении грани находились в машине в вертикальном положении (рис. 4.9). Испытание образцов и расчет предела прочности при изгибе выполняют в соответствии с инструкцией, прилагаемой к испытательной машине. Предел прочности при изгибе испытуемого цемента вычисляют как среднее арифметическое из двух наибольших значений результатов испытания трех образцов.

Определение предела прочности при сжатии. Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испытанию на сжатие на прессах с предельной нагрузкой 200…500 кН.

Рис. 4.10. Испытание половинок балочек на сжатие:

а — пластинки; б — схема испытания; 1 — пластинки; 2, 4 — плиты пресса; 3 – образец (балочка)

Для того, чтобы результаты испытаний половинок балочек были сопоставимы, несмотря на разный размер, используют металлические пластинки (рис. 4.10, а), через которые нагрузка от плит пресса передается на образец. Пластинки, изготовляемые из нержавеющей стали, имеют плоскую полированную поверхность; площадь поверхности пластинки, соприкасающейся с образцом, равна 25 см2.

Половинку балочки помещают между двумя пластинками (рис. 4.10, б) таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцовой гладкой грани образца. Образец вместе с пластинками центрируют на опорной плите 4 пресса. Средняя скорость нарастания нагрузки на образец при испытании должна составлять (5± 1,25) кН в секунду.

Предел прочности при сжатии цемента вычисляют по результатам шести испытаний как среднее арифметическое четырех наибольших результатов.

Полученное таким образом значение называют активностью цемента.

Определение марки цемента. Марку цемента находят по результатам определения пределов прочности цемента при сжатии и изгибе, сравнивая эти результаты с требованиями ГОСТа на соответствующий цемент.

Определение прочности цемента при пропаривании.

Бетонные и железобетонные изделия изготовляют, ускоряя твердение бетона с помощью его тепловлажностной обработки (пропари-вания). Поэтому ГОСТ 10178-85 предусматривает определение прочности цемента при пропаривании. Образцы для этого испытания готовят так же, как и для стандартных определений, но их твердение протекает по специальному режиму. Формы с образцами для твердения помещают в пропарочную камеру при температуре (20±3)°С при отключенном подогреве на (120 ± +10) мин.

Свойства строительного материала определяются его структурой. Для получения материала заданных свойств следует создать его внутреннюю структуру, обеспечивающую необходимые технические характеристики. В конечном итоге знание свойств материалов необходимо для наиболее эффективного его использования в конкретных условиях эксплуатации.