Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Генетическая классификация горных пород.
Горные породы представляют собой скопления одного или нескольких минералов. Минералами называют однородные по химическому составу и физическим свойствам составные части горной породы. Большинство минералов – твердые тела, иногда встречаются жидкие(самородная ртуть). В зависимости от условий формирования горные породы делят на три генетические группы: 1) магматические породы, образовавшиеся в результате охлаждения и затвердевания магмы; 2) осадочные породы, возникшие в поверхностных слоях земной коры из продуктов выветривания и разрушения различных горных пород; 3) метаморфические породы, являющиеся продуктом перекристаллизации и приспособления горных пород к изменившимся в земной коре физико-химическим условиям.
2.Влияние условий образования на структуру и свойства горных пород
1)магматические: основные породообразующие минералы магматических пород:кварц и его разновидности; полевые щпаты(самые распр.-ортоклаз,плагиоклазы);железисто-магнезиальные силикаты(самые распр.-авгит,роговая обманка);слюды(самые распр.-мусковит и биотит).
а)глубинные: гранит, сиенит, диорит,габбро.
б)излившиеся: порфиры, базальт,
диабаз, трахит, андезит,пемза, вулканический пепел, вулканические туфы, туфолавы
2)осадочные: Главные породообразующие минералы: кремнеземистые минералы: опал, халцедон, кварц ;
Карбонаты: кальцит, доломит, магнезит;
Глинистые минералы : каолонит ,гидрослюды;
Сульфаты: гипс,ангидрит.
Осадочные делят на: 1)обломочные породы:
а)рыхлые: гравий, глинистые породы, каолиновые глины, полимиктовые глины;(породы,оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой,льдом или ветром)б)сцементированные : песчаник,конгломераты,брекчии.
2)химические осадки:известняковые туфы,магнезит,гипс ,ангидрит
(породы,образовавшиеся из продуктов разрушения пород,перенесенных водой в растворенном виде)
3)органогенные породы:скелеты губок,кораллов,раковин,панири ракообразных, известняк-ракушечник,диатомит,трепел.
3)метаморфические:
Главные породообразующие минералы: полевые шпаты, кварц,слюда, роговая обманка, большинство пироксенов,кальцит ,доломит.
К метаморфическим относятся: гнейс,кварцит,мрамор.
По плотности:тяжелые-более 1800 кг/м3,легкие менее 1800 кг/м3.По пределу прочности при сжатии(МПа) на марки:для тяжелых-от 10 до 100,для легких-от 0,4 до 20. По морозостойкости :F15-500(тяжелые), F10-25(легкие).По степени обработки различают грубообработанные(бутовый камень,щебень ,графий,песок),профилированные (камни.плиты,профильные изделия для облицовки зданий и сооружений)
3.Применение природных каменных материалов в строительстве:
По способу изготовления природные камен.материалы и изделия можно разделить на пиленые(стеновые камин и блоки,облицовочные плиты и плиты для поля)и колотые(бортовые камни,камни тесаные,брусчатка и шашка для мощения и др)
По виду обработки природные камен.материалы можно разделить на след.основные виды:
1)грубообработанные камен.материалы(бутовый и валунный камни,гравий и песок)
2)штучный камень и блоки правильной формы(для кладки стен и др.)
3)плиты с различно обработанной поверхностью(облицовочные для стен,чистого пола и др.)
4)профилированные детали(ступени,подоконники,пояски,наличники,капители колонн и.т.д)
5)изделия для дорожного строительства(бортовой камень,брусчатка и шашка для мощения)
4.Магматические горные породы: механизмы образования, особенности строения. +
5.Минеральный состав магматических горных пород, свойства, применение в строительстве
Главной составляющей изверженых пород является кремнезем SiO2 ). Образование магматических пород связано с проблемами происхождения земли и строения Земли. Магматические горные породы в зависимости от условий происхождения делятся на:
1)Глубинные- это породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре(гранит, сиенит,габбро ,диорит)
2)Излившиеся-породы,которые образовались при излиянии магмы из глубин и затвердении на поверхности(профиры,трахит,андезит,диабаз,базальт,пемза,вулканический пепел и др.)
Глубинные породы и их свойства:малая пористость,большая плотность
(2600-3000 кг /м3 ), высокая прочность (при сжатии100 -300 МПа),низкое водопоглощение (менее 1 % по объему),морозостойкость. Обработка таких пород из-за высокой прочности затруднительна, но благодаря высокой плотности хорошо полируются и шлифуются.
Граниты обладают благоприятным для строительного камня минеральным составом, отличающимся высоким содержанием кварца(25-30%),натриево-калиевых шпатов(35-40%) и плагиоклаза(25-30%). Прочность при сжатии (120-250МПа),малая пористость(меньше 1,5 %). Благодаря высокой кислостойкости, граниты применяют в качестве кислотоупорной облицовки. Из всех изверженных пород граниты наиболее широко используются в строительстве,так как они явл. Самыми распространенными.
Излившиеся горные породы:
Порфиры по своему минеральному составу близки к гранитам,а также сходны по прочности, пористости, водопоглощению.
В строительстве применяют кварцевые и бекварцевые профиры.
Трахиты по своему минеральному составу схожи с сиенитами,но более пористы, предел прочности при(60-70 МПа),легко обрабатываются,но не полируются.Трахиты используют в качестве строительного камня.
Андезиты желтовато-серового цвета, содержит плагиоклазы,роговую обманку,пористая структура,плотность(2700-3100кг /м3),предел прочности при сжатии (140-250МПа).
Диабазы- порода мелкозернистая, имеют черный цвет,отличаются высокой твердостью,прочностью(300-400 МПа) и ударной вязкостью.Дибаз применяют в виде брусчатки для мощения дорог;щебень из него используют для изготовления морозостойких высокопрочных бетонов
Базальт-порода темного цвета,очень плотная,скрытокристаллическая или тонкозернистая,иногда порфировая. Базальт состоит из плагиоклаза,авгита. Плотность базальта 2,9-3,3 г /см3, предел прочности при сжатии 110-500 МПа.Базальт вижу большой твеордости и хрупкости трудно обрабатывается,но хорошо полируется. Применяют в качестве бутового камня и щебня для бетонов.Также применяют в дорожном строительстве в виде брусчатки и шашки(для мощения дорог);равномерно –зернистые разновидности используют для облицовок.Базальт является сырьевым материалом для литых каменных изделий и базальтового волокна.
6.Породообразующие минералы магматических горных пород: химический состав, свойства.
основные породообразующие минералы магматических пород:кварц и его разновидности; полевые щпаты(самые распр.-ортоклаз,плагиоклазы);железисто-магнезиальные силикаты(самые распр.-авгит,роговая обманка);слюды(самые распр.-мусковит и биотит).
Кварц состоит из кремнезема( диоксида кремния SiO2 ) обычно прозрачен, белого молочного цвета, блеск жирный, спайность отсутствует, излом раковистый твердость 7, плотность 2,6 г/см3, выветривается слабо, прочность при сжатии 2000 МПа, химически устойчив,плавится при температуре около 1700 С.
Полевые шпаты - распространенные минералы в магматических породах.Главными разновидностями полевых шпатов являются ортоклаз и Ортоклазы-K2 O*Al 2O 3*6SiO 2 прямораскалывающийся
.твердость-6-6,5;плотность 2,57 г/см3.Плавится при 1170 С,полное расплавление при 1450 градусах С. Плагиоклазы-косораскалывающиеся,например альбит: Na 2O*Al 2O3 *6SiO. У полевых шпатов плотность 2,5-2,7; температура плавления 1200-1600 град., предел прочности при сжатии= 120-170 МПа,при выветривании из полевых шпатов получается группа алюмосиликатов(глина)Группа алюмосиликатов(слюда,полевые шпаты).
Слюды- минералы с совершенной спайностью в одном направлении , способны расщепляться на тончайшие упругие пластинки. По химическому составу они представляют собой водные алюмосиликаты сложного состава. Наиболее распространенные-мусковит(светлая алюминиевая слюда) и биотит((железисто -магнезиальная слюда темного цвета). Плотность слюд 2760-3200 кг/м3,твердост 2-3,стойкость биотита меньше, чем мусковита. Присутствие слюд в горных породах снижает прочность и стойкость породы, затрудняет ее шлифовку и полировку.
Группа железисто-магнезиальных пород(пироксены.амфиболы,роговая обманка)
Амфиболы- группа минералов подкласса ленточных силикатов.
Общая формула: R7[Si4O11]2(OH)2, где R=Ca,Mg, Fe. Амфиболы имеют вытянутый облик кристаллов, совершенную спайность.
Роговая обманка- Ca 2(Mg,Fe,Al)5 (Al,Si)8 O22 (OH)2 сложный алюмосиликат кальция, цвет чёрный или темно-зеленый, имеет плотность 3000-3400 кг/ м3 и твердость 5-6. Группы: пироксены, амфиболы, роговая обманка, прочность при сжатии 300 -400,высокая стойкость к выветриванию.
7.Осадочные горные породы: условия образования:
Осадочная порода образуется в рез-те переотложения выветривания и разрушения различных пород,химического и механического выпадения осадки из воды,жизнедеятельности растений.
В зависимости от условий образования осадочные породы делят на три основыне группы: 1)обломочные породы:
а)рыхлые: гравий, глинистые породы, каолиновые глины, полимиктовые глины;(породы,оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой,льдом или ветром)б)сцементированные : песчаник,конгломераты,брекчии.
2)химические осадки:известняковые туфы,магнезит,гипс ,ангидрит
(породы,образовавшиеся из продуктов разрушения пород,перенесенных водой в растворенном виде)
3)органогенные породы:скелеты губок,кораллов,раковин,панири ракообразных, известняк-ракушечник,диатомит,трепел.
8.Минеральный состав осадочных горных пород, свойства, применение в строительстве.
1)обломочные
Гравий-крупнообломная рыхлая порода,состоящая из окатнных зерен(от 5 до 150мм).Песок и гравий применяют в качестве заполнителей для бетона в дорожном строительстве. Пески служат компонентом сырьевой смеси в производстве стекла, керамических изделий и др.
Глинистые породы-
Слагаются более чем из 50% частиц мельче 0,01 мм,причем многие из них имеют размеры меньше 0,001мм.
Полимиктовые глины характерны наличием двух или нескольких минералов,причем ни один из не является преобладающим.Глины являются также компонентом сырьевой смеси в производстве цемента. Их используют как строительный материал при возведении земляных платин(экранов)
Доломит- плотный ивестняк.Применение:
Производство огнеупоров.Также используют в виде бутового камня для фундаментов,стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теплым климатом,а наиболее плотные породы применяют в виде плит и фасонных деталей для наружной облицовки зданий.
Органногенные: в результате отложения и цементирования продуктов жизнедеятельности и останков животных и растений.
Мел-для приготовления побелки,шпаклевки,замазок,вяжущих веществ,производства стекла,раковин
Ракушечник-раковины,природный цемент.Плотность 0,6-1,5 г /см3.Повышенная пористость,водопоглощение, воздухопроницаемость.Применение: устройство стен, но требуется оштукатуривание,фундаменты,цолколи этажей.
Диатомит- состоит из морских водорослей белого цвета, реже серый,желтоватый 0,3-1 г/см3,пористость 70-80%
Трепел-изоляционный материал,активная минеральная добавка.
9.Породообразующие минералы осадочных горных пород: химический состав, свойства.
Группа кремнезема.
Наиболее распространенные минералы этой группы-кварц,опал,халцедон.
Кварц-диоксид кремния SiO2,в кристаллической форме.Плотность-около 2650 кг/м3,твердость-7, прочность при сжатии 2000 МПа. Кварц имеет различную окраску(бесцетную,желтую,молочную),стеклянный блеск.В осадочных породах присутствует кварц магматического происхождения и кварц осадочный. Осадочный кварц отлагается из растворов ,а также образуется в результате перекристаллизации опала и халцедона.
Опал-(SiO2*mH2O)-аморфный минерал ,содержание воды в нем колеблется от 2 до 4 % и достигает иногда 34%.,менее плотен ,чем кварц( 1900-2500 кг /м3 ).Обладает повышенной микропористостью и высокодисперсной структурой,твердость 5-6,хрупкий,цвет зависит от наличия примесей.
Халцедон- (SiO2)-волокнистая или скрытокристаллическая разновидность кварца. Цвет белый,серый ,светло-желтый,бурый.зеленый. Плотность 2,6 г /см3,твердость 6. Халцедон является продуктом кристаллизации опала,а также выпадает непосредственно из растворов,отлагаясь совместно с опалом и кварцем.
Группа карбонатов:
(кальцит,доломит,магнезит)
Кальцит (СаСО3) имеет плотность 2700 кг/м3, твердость 3. Кальцит растворяется в кислотах,в обычно воде-мало. Это распространенный минерал, слагающий различные виды известняков.Окраска белая,серая иногда он прозрачен. Магнезит(MgCO3) имеет плотность 2900-3100 кг /м3, твердость 3,5-4.5.Бесцветный,белый ,желтый ,коричневый,серый минерал.Расвторяется в соляной кислоте при нагревании.Имеет высокую огнеупорность и вяжущие свойства.
Доломит- CaCO3-MgCO3) по физическим свойствам близок к кальциту,но более тверд 3,5-4.Плотность 2900 кг/ м3.Бесцветный или белый,часто с желтоватым или буроватым оттенком минерал.
Группа глинистых минералов:
каолинит, гидрослюды, монтмориллонит). Глинистые минералы играют важную роль в составе осадочных пород. Они слагают глины, и могут находится в качестве примеси,изменяя физико-химические свойства. Каолинит( Al2О3 *2SiO2 *2H 2О) водный силикат алюминия, образуется при выветривании полевых шпатов и слюд. Цвет каолинита без примесей- белый, плотность 2600 кг /м3
твердость -1. Каолинит и другие водные алюмосиликаты являются основными в глинах, они часто встречаются в виде
примесей в известняках, песчаниках, гипсовых и других осадочных породах. Наличие этих примесей понижает водо - и морозостойкость пород. Гидрослюды
образуются при разложении слюд и других силикатов,
используют в строительстве как пористые заполнители. Монтмориллонит образуется в условиях щелочной среды и выветривании, слагает различные виды глин, служит цементирующим материалом в песчаниках.Примеси глинистых минералов
резко понижает водостойкость и морозостокойсть.
Группа сульфатов:
(гипс,ангидрит)
Гипс(CaSO4-2H2O) минерал кристаллического строения, его кристаллы имеют зернистое, пластинчатое,игольчатое,волокнистое строение.Он белого цвета.Плотность 2300 кг/ м3.,твердость 2,сравнительно легко растворяется в воде,используется в производстве вяжущих веществ.
Ангидрит (CaSO4) - безводная разновидность гипса.
Плотность ангидрита 2900-3000 кг /м3,твердость 3-3,5.Иногда применяют как облицовочный материал для внутренних отделок зданий и сооружений.
10.Метаморфические горные породы: условия образования, особенности строения, минеральный состав, свойства, применение в строительстве
Видоизмененные горные породы образовались превращением горных пород в земной коре под действием высоких температур, давления и подвижки земной коры. Главные породообразующие минералы:полевые шпаты, кварц,слюда, роговая обманка, кальцит,доломит. Основные разновидности метаморфических г.пород:
Гнейс- состав как у гранита(кварц 20%,ортоклаз 40-70%, слюда 5-15%)Структура-зернисто-кристаллическая.Сланцевость понижает морозостойкостьи прочность. Применение:при бутовой кладке, для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог.
Кварцит- мелкозернистые кварцевые песчинки, песчинки не видны.
Кварциты содержат 95-99% SiO2,высокая огнеупорность(до 1710-1770 град.С) и высокая прочность на сжатие(100-455МПа).
Применение:используют в качестве подферменных камней в мостах,в виде бута.щебня и брусчатки для мощения дорог,а кварциты с красивой и неизменяющейся окраской идут на облицовку зданий,сырье для изготовления огнеупоров.
Мрамор- крупнозернистая плотная карбонатная порода, состоит из плотного известняка, в основе кальцит (карбонат кальция), отсутствует цемент (спайка из-за температуры и давления).Горная порода, так как однороден.Прочность при сжатие 100-300 МПа,но легко подается обработке.Плотность 2,9 г/ см3,хорошо пилится,полируется,но истираем,низкая атмосферостойкость хим.устойчивость,не переносит резких перпадов температур.
Применение:для внутренней отделки стен зданий,ступеней,лестниц,в виде неска или мелкого щебня (крошки)используют для цветных штукатурок при изготовлении облицовочного декоративного бетона.
Сланцы имеют мелкозернистое строение. Полнокристаллическая структура. Хорошо колется.Состав:кварц,полевые шпаты,слюда,глина.
Плотность 2700-2800 кг/ м3,пористость до 3 %,прочность 50-240 МПа.Применение:
Кровельный материал.
11.Выветривание природных каменных материалов. Защита природного камня от разрушения
Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатационной среды, химико-минералогического состава и структуры материала. Однако даже самые прочные породы, из которых выполнен материал, под непрерывным механическим и химическим воздействием атмосферных факторов и различных микроорганизмов разрушаются. Этот процесс по аналогии с разрушением горных пород на земной поверхности называют выветриванием.
Основные причины выветривания природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутреннее напряжение; частое изменение температуры и влажности, вызывающее появление микротрещин; растворяющее действие воды и понижение прочности при водонасыщении; химическая коррозия под действием газов (О2, СО2 и др.), содержащихся в атмосфере, и веществ, растворенных в грунтовой или морской воде. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайники), поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.
Стойкость материалов против выветривания тем выше, чем меньше их пористость и растворимость. Поэтому все мероприятия по защите каменных материалов от - выветривания направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение поверхностной плотности. Эти меры могут быть конструктивными и химическими.
Конструктивно защиту конструкций от увлажнения осуществляют путем устройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, не задерживается и не проникает внутрь материала.
К химическим мероприятиям относят создание на лицевой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя или ее гидрофобизацию. Одним из способов повышения поверхностной плотности является флюатирование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористододородной кислоты, например флюатом магния. В результате происходящей реакции:
2CaCO3 + MgSiF6 = 2CaF2 +MgF2 + SiO2 + 2CO2. в поверхностных порах камня выделяются практически нерастворимые в воде фториды кальция и магния и кремнезем, уменьшая пористость и водопоглощение поверхностного слоя и несколько препятствуя загрязнению облицовки пылью. Некарбонатные пористые породы предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например хлористым кальцием, а после просушки — содой, затем флюатом.
Гидрофобизация, т. е. пропитка пористого каменного материала гидрофобными (водоотталкивающими) составами, препятствующими проникновению влаги в материал, также повышает их стойкость против выветривания.
Хорошие результаты дает пропитка кремнийорганическими жидкостями и другими полимерными материалами, а также растворами парафина, стеарина или металлических мыл (алюминиевого, цинкового и др.) в легкоиспаряющихся органических растворителях (бензине, лаковом керосине и т. д.).
Долговечность пористого камня значительно увеличивает пропитка его поверхностного слоя раствором мономера с последующей полимеризацией мономера в порах камня при термокаталитической или радиационной обработке.
12.Способы обработки горных пород, типы фактур обработанного камня.
Используя ударную и абразивную обработку,природному камню придают ту или иную фактуру-различный характер поврехности.
Ударная обработка заключается в окалывании поверхности камня с помощью камнетесного инструмента со сменными наконечниками:для тески пользуются широким долотом-скарпелью,скалывание неровностей производят спицей-остроконечным долотом,для чистой обработки лицевой поверхности применяют бучарду со средней и мелкой насечкой.Ударная обработка дает возможность получить след.фактуры:скальную с буграми и впадинами, как при естестевнном расколе породы;рифленую с правильным чередованием гребней и впадин глубиной до 2 мм;бороздчатую с параллельными перерывистыми бороздакми 0,5-1мм;
Точечно-шероховатую с точечными углублениями 0,5-2мм.
Абразивная обработка
Включает распиливание, фрезирование,шлифование и полирование.
Блоки из известняка, мрамора и др.пород распиливают при помощи рамных пил,армированных твердо-сплавными вставками или снабженных алмазными резцами.
Алмазными резцами можно изготовить плиты тонкие плиты толщиной 5-10мм, поэтому из 1м3 камня получают 40-45 м2 плит,что обуславливает их низкую себестоимость; к тому же обеспечивается чистота поверхности резания.Для получения профилированных изделий(ступеней,поясков,карнизов)на камнеобрабатывающих заводах применяют камнефрезерные и универсальные профилирующие машины.Шлифуют и полируют на шлифоваьно-полировальных станкахс вращающимися дисками,которые пермещают по поверхности изделии. Шлифуют с применением зернового абразива:корунда,карборунда или мелких пылевидных алмазов,которые увеличивают производительность оборудования. После шлифования камень имеет гладкую матовую поверхность.
Для придания камню блестящей гладкой поверхности его полируют войлочными полировальными дисками с использованием мастик и тонких полирующих порошков из оксидов металлов(хрома.олова, железа и др)или нитрата олова. Абразивная обработка создает фактуры:пиленую-с тонкими штрихами и бороздками глубиной до 2 мм; шлифованную-равномерно-шероховатую с глубиной рельефа до 0,5мм;
Лощеную-гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком камня;
Зеркальную-гладкую с зеркальным блеском.
Термическая обработка:
Основана на воздействии струи газа с высокой температурой(в рез-те сжигания бензина в воздушной струе)на поверхность этой породы.С помощью термической обработки можно оплавить поверхностный слой камня ,при этом получают своеобразную «глазурованную» фактуру,кроме того,изменяют естественный цвет горной породы.
13.Достоинства и недостатки древесины как строительного материала.
1. Достоинства древесины как материала, учитываемые при конструировании
-Малая плотность при относительно высокой прочности.
-Малая теплопроводность
. Теплопроводность древесины возрастает с увеличением плотности и влажности.
-Хорошая обрабатываемость режущими инструментами.
-Возможность склеивания.
-Легкая гвоздимость
Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10 - 15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперек волокон.
-Способность хорошо окрашиваться, лакироваться, полироваться, -красивая текстура (рисунок, образующийся на поверхности древесины следствие перерезания анатомических элементов).
-Способность благодаря упругости хорошо поглощать звуки, возникающие при ударе и вибрации. -Звукоизоляционные свойства древесины имеют большое значение при использовании в качестве звукоизоляционного строительного материала, а также для улучшения акустики общественных зданий.
-Звукоизлучающие свойства (резонанс). Древесина широко применяется для изготовления инструментов.
-Стойкость к действию растворов кислот и щелочей; в связи с этим древесину хвойных пород применяют для изготовления емкостей, труб.
-Способность к изгибу, что имеет существенное значение при гнутье древесины. Более высокой способностью к изгибу отличается древесина лиственных пород.
-Сравнительно большая износостойкость.
-Свойства "предупреждать" (потрескиванием) при критических нагрузках о своем скором разрушении.
2. Недостатки древесины как материала, учитываемые при конструировании
Анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (заболонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их расположения, влажности и других факторов; это затрудняет отбор материала для ответственных изделий и сооружений.
-Изменение размеров и формы в результате усушки, разбухания, коробления, особенно под воздействием изменения температуры и влажности воздуха. Из-за неравномерного удаления влаги возникают напряжения, которые приводят к растрескиванию материала.
-Растрескивание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединения (в емкостях, деревянных трубах, судах и т.п.). При закреплении разбухающих деталей из древесины возникает давление разбухания в пределах 8 - 32 кгс/см2.
Низкое сопротивление раскалыванию. Однако это свойство имеет положительные значения при заготовке колотых сортиментов.
-Загнивание, повреждение насекомыми, возгорание в неблагоприятных условиях службы.
14.Состав, макро- и микроструктура древесины
Растущее дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны. Промышленное значение имеет ствол, так как из
него получается от 60 до 90% древесины. Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое
невооруженным глазом или через лупу . Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный(торцовый)
радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный,проходящий по хорде вдоль ствола .
Макростроение древесины. На поперечном разрезе ствола древесного растения можно выделить следующие
основные составляющие древесины: 1)кора - защитный покров ствола дерева, состоящий из внешнего
пробкового и внутреннего слоёв. Это своеобразная кожа дерева, предохраняющая его от воздействия внешней
среды, а также участвующая в регуляции дыхания. 2)Камбий- тонкий слой, состоящий из живых клеток, размножающихся делением . Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается
осенью. Поэтому древесина ствола в поперечном разрезе состоит из ряда концентрических так называемых
годичных колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годичное кольцо состоит из двух слоев:ранней
(весенней) древесины, образовавшейся весной или в начале лета, и поздней (летней) древесины, которая
образуется к концу лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток; поздняя
древесина более темного цвета, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из
мелкополостных клеток с толстыми стенками 3)Луб непосредственно примыкающий к камбию внутренний
слой коры, состоящий в основном из живых клеток, выполняющий проводящую функцию между кроной дерева и его корнями. На поперечном разрезе древесины можно различить концентрические слои прироста, называемые годичными кольцами, которые светлее к поверхности дерева и темнее у центра. Светлая часть древесины
называется 4) заболонью, а темная- 5)ядром. Заболонь более молодая часть ствола, менее устойчива к
загниванию, чем ядро. Ядро образуется за счёт отмирания живых клеток древесины, закупорки водопроводящих
путей ,ядро обычно гораздо темнее заболони. В результате этого изменяются цвет древесины, ее масса и показатели механических свойств. Ядро является самой прочной частью древесины. 7)Сердцевинные лучи
На поперечном разрезе некоторых пород хорошо видны светлые, направленные от сердцевины к корелинии-
сердцевидные лучи. Сердцевидные лучи имеются у всех видов, но видны лишь у некоторых.Особенно хорошо
сердцевинные лучи видны у дуба,бука. Сердцевинные лучи служат для прохода в поперечном направлении по стволу воды ,воздуха и органических веществ, вырабатываемых деревом. У хвойных пород они обычно
узки и видны только под микроскопом. 6)Сердцевина находится в центре ствола и проходит по всей его длине.
Она представляет собой рыхлую ткань,которая легко разрушается живыми организмами, состоит в основном из живых клеток. Сердцевину не применяют в строительстве .Эта часть ствола дерева легко загнивает и имеет малую прочность. Древесные породы делят на: ядровые, имеющие ядро и заболонь (дуб, ясень,платан, сосна ,лиственница, кедр и
Др); спелодревесные, имеющие спелую древесину (она не отличается по цвету от заболони)и заболонь( ель, пихта, осина, бук и др); заболонные, у которых отсутствует ядро и нельзя заметить существенного различия
между центральной и наружной частями древесины ствола (береза, клен,ольха,липа) Микроструктура
древесины - это строение древесины,видимое под микроскопом. Клетки древесины классифицируют в
зависимости от выполняемых ими функций: Клетки механической , или опорной,ткани древесины
наиболее прочная и стойкая к загниванию.В древесине хвойных пород опорную ткань образуют трахеиды
поздней древесины. Древесина хвойных породна 90 -95% состоит из трахеид.Опорная ткань в стволах лиственных пород состоит из толстостенных клеток, называемых «древесными волокнами». Проводящие клетки- сосуды у лиственных пород и трахеиды - у хвойных. Сосуды представляют собой тонкостенные трубочки, расположенные одна над другой диаметром 0,04 -0,3 мм,длиной около 100 мм и более. У большинства хвойных пород сосудов нет, так как соответствующую функцию у них выполняют трахеиды. Сердцевинные лучи видны на поперечном
разрезе ствола дуба, клена, бука и некоторых других лиственных пород в виде узких радиальных полосок. На
тангенциальном разрезе ствола сердцевинные лучи представляются в виде темных штрихов. У хвойных пород они
очень узки и видны только под микроскопом. В растущем дереве сердцевинные лучи служат для перемещния
питательных веществ и сохранения запаса их на зиму.По отношению к объему всей древесины хвойные породы
содержат 5-10%, а лиственные 10-35%сердцевинных лучей. Химический состав. Абсолютно сухая древесина всех
пород в среднем содержит в (%): углерода- 49,5;водорода - 6,3;кислорода - 44,1; азота- 0,1.В древесине на долю
оболочек клеток приходится около 95%массы. Главные составные части оболочек к целлюлоза (43-56%) и лигнин
(19-30%), остальные: гемицеллюлозы, пектиновые вещества, минеральные вещества (главным образом соли
кальция), небольшое количество жиров, эфирных масел, алкалоидов,гликозидов и т.п. Для всех клеток древесины
характерно древеснение -пропитывание оболочек лигнином.Древесина некоторых деревьев содержит дубильные вещества (квебрахо), красители (кампешевое дерево, сандал), бальзамы, смолы, камфору и.т.д .
15.Влажность древесины и ее влияние на свойства древесины.
Влажность
Древесина , имея волокнистое строение и большую пористость, обладает огромной внутренней поверхностью,
которая легко сорбирует водяные пары из воздуха (гигроскопичность). Влажность, которую приобретает
древесина в результате длительного нахождения на воздухе с постоянной температурой и влажностью,
называется равновесной. Она достигается в тот момент, когда упругость паров над поверхностью древесины
оказывается равной упругости паров окружающего ее воздуха. По содержанию влаги различают мокрую
древесину с влажностью до 100% ; свежесрубленную -35 % и выше; воздушносухую -15...20 %;
комнатносухую 8...12 % и абсолютно сухую деревину . Стандартной принято считать влажность древесины 12%. Влажность древесины , при которой стенки клеток насыщены водой (предельное содержание
гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной
воды), называют пределом гигроскопической влажности. Для древесины различных пород она колеблется от 23 до 35% от массы сухой древесины. Гигроскопическая вода, покрывая поверхность мельчайших элементов в стенках клеток водными оболочками, увеличивает и раздвигает их. При этом объем и масса древесины
увеличивается, а прочность снижается. Свободная вода в полостях клеток, существенно не изменяет расстояния
между элементами древесины и поэтому не влияет на ее прочность и объем, увеличивая лишь массу,
теплопроводность и теплоемкость. Усушка, разбухание и коробление . Как уже отмечалось, изменение
влажности древесины от нуля до предела гигроскопической влажности вызывает изменение ее линейных
размеров и объема- усушку или разбухание, величина которых зависит от количества испарившейся или
поглощенной ею влаги и направления волокон . Вдоль волокон линейная усушка для большинства древесных
пород не превышает 0,1%, в радиальном направлении- 3...6 %, а в тангенциальном- 7...12 %. Разница в
усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерность высыхания сопровождается
возникновением внутренних напряжений в древесине, что может вызвать ее коробление и растрескивание.
Боковые края досок стремятся выгнуться в сторону выпуклости годовых слоев, а наибольшему короблению
подвержены доски, выполненные из древесины, расположенной ближе к поверхности бревна, и широкие доски .
16.Физико-механические свойства древесины.
Физ.свойства:
Истинная плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина всех деревьев в основном из одного и того же вещества-целлюлозы (1,54 г /см3)(Истинная плотность-масса единицы объема абсолютно плотного материала.)
Средняя плотность
Древесины разных пород и даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах, поскольку строение и пористость растущего дерева зависят от почвы, климата и др.природных условий.
(Средняя плотность-масса единицы объема материала в естественном состоянии(объем определяется вместе с порами))
Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46-81%,а лиственных 32-80%.(пористость-степень заполнения объема порами)
Влажность
В древесине различают гигроскопическую влагу, связанную в стенках клеток, и капиллярную влагу, которая свободно заполняет полости клеток и межклеточное пространство.(Гигроскопичностью называют свойство капиллярнопористого материала поглощать водяной пар из воздуха.)Предел гигроскопической влажности (в среднем он составляет около 30%) соответствует полному насыщению стенок клеток древесины водой. Полная влажность древесины(считая гигроскопическую и капиллярную влагу)может значительно превышать 30%. Например, влажность свежесрубленного дерева может колебаться от 40 до 120%, а при выдерживании древесины в воде ее влажность может возрасти до 200%. При длительном нахождении древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесной влажности.
Равновесная влажность
Зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Равновесная влажность комнатно-сухой древесины составляет 8-12%. Влажность воздушно-сухой древесины после продолжительной сушки на открытом воздухе составляет 15-18%
Усушка,разбухание,коробление
При увлажнении сухой древесины до достижения ею предела гигроскопичности стенки древесных клеток утолщаются,разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий. Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок клеток,т.е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности,то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, содержащейся в клеточных стенках.
Вдоль оси ствола(вдоль волокон) максимальная линейная усушка сравнительно невелика-около 0,1%(1 мм на 1 м,в радиальном направлении 3-6%(3-6см на 1м),а в тангенциальном -6-12%.(6-12 см на 1м)
Усушка и разбухание древесины вызывают коробление и растрескивание лесных материалов.
Короблением деревянных изделий является следствием разницы в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерности высыхания. Неравномерность усушки и коробление вызывают появление внутренних напряжений в древесине и растрескивание пиломатериалов и бревен. Широкие доски коробятся больше ,чем узкие, поэтому для настилки пола и столярных изделий применяют доски шириной 10-12см.
Текстура-это рисунок древесины, зависящий от сочетания ее видимых элементов: годовых слоев, сердцевинных лучей и сосудов.
Теплопроводность сухой древесины незначительна:сосны поперек волокон- 0,17 Вт/(м*градС);вдоль волокон 0,34 Вт/(м*градС).Теплопроводность древесины зависит от ее пористости ,влажности и направления потока теплоты. Теплозащита свойства древесины широко используется в строительстве.
Электропроводность
Древесины зависит от ее влажности. Электрическое сопротивление сухой древесины в среднем составляет 75*10^7 Ом*см; а сырой –в десятки раз меньше.
Механические свойства:
Прочность древесины определяют путем испытания малых чистых(без видимых пороков)образцов древесины. Прочность древесины характеризуется пределами прочности при сжатии,растяженн,статическом изгибе ,скалывании.Кроме того ,могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочности при перерезании поперек волокон.
Прочность на сжатие
Определяется путем испытания образцов ,имеющих форму параллелепипеда с основанием 20*20мм и длиной вдоль волокон 30мм.Определяют пределы прочности древесины вдоль и поперек волокон.Прочность на сжатие вдоль волокон в 4-6 раз больше ее прочности поперек волокон.
Прочность на изгиб
Предел прочности при растяжении вдоль волокон в среднем в 2,5 раза превосходит соответствующий предел прочности при сжатии.
Прочность при статическом изгибе
Древесины очень высокая:она примерно в 1,8 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон и составляет 70% прочности при растяжении,поэтому древесина чаще всего работает на изгиб.
Прочность древесины при скалывании
Имеет большое значение при устройстве врубок,клеевых швов и т.п. в деревянных конструкциях. Для определения предела прочности при скалывании используют спец.образы и приспособления. Предел скалывания вдоль волокон для основных древесных пород составляет 6—13 МПа, а при скалывании поперек волокон в 3-4 раза выше.
Статическая твердость численно равна нагрузке ,которая необходима для вдавливания в образец древесины половины метал.шарика радиусом 5,64мм.
Твердость древесины по торцуна 15-50%выше,чем в радиальном и тангенциальном напрвелениях.
Особенностью древесины является высокая ползучесть, проявляющаяся особенно во влажных условиях. (Ползучесть материалов (последействие) — изменение с течением времени деформации твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести в той или иной мере подвержены все твёрдые тела — как кристаллические, так и аморфные.)
17.Защита древесины от гниения и возгорания
Гниение-разложение целлюлозы древесины вследствие деятельности дереворазрущающих грибов и микроорганизмов.
Различают лесные, складские и домовые грибы.
Лесные грибы поражают растущее дерево и редко встречаются в лесоматериалах, так как зараженные части ствола отделяются при сортировке леса.
Складские грибы паразитируют на срубленной древесине в лесу или на складах,пока древесина сохраняется свои соки.(Самые распространненые-гриб складской, встречающийся в штабелях бревен и пиломатериалов, а также гриб столбовой)
Дымовые грибы поражают не только деревянные конструкции,но и органические строит.материалы (древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты,камышит и.т.п)
Самый опасный –настоящий домовой гриб,белый домой гриб,пленчатый домовой гриб и др.Эти грибы поражают древесину как хвойных, так и лиственных пород.
Способы защиты от гниения:
-Прокладка гидроизоляции между деревянными элементами и др.частями здания, использованием красочных составов(лаков, эмалей, масляных красок)
-Создание условий для естественной вентиляции.(предотвращение влаги)
-химический способ: введение в древесину антисептиков(веществ ядовитых для грибов)
Антисептики
Применяют антисептики, не понижающие прочности древесины и не вызывающие коррозии металлических креплений. Кроме того, антисептики должны сохраняться в условиях эксплуатации.
Водорастворимые антисептики- неорганические соединения и некоторые органические –применяют в виде водных растворов и антисептических паст.Также к этой группе антисептиков относят соли водорастворимые смолы.
(фторид натрия NaF технический,кремнефторид Na2SiF6)
Препараты ХХЦ(смесь хлорида цинка и натриевого или калиевого хромпика)и МХ ХЦ(смесь хлорида цинка,хромпика и медного купороса)
Органорастворимые препараы типа ПЛ( растворы пентахлорофенола в легких нефтепродуктах)
Высокотоксичные антисептики, содержащие арсенаты металлов ,в виде жидкостей и паст хорошо защищают древесину от гниения, не ухудшая ее свойств
Масляные антисептики не растворяются в воде,поэтому их используют для консервации древесины,находящейся на открытом воздухе,в воде или земле.(Наличие в этих антисептика фенола и его производных)
-Антраценовое масло
-Сланцевое масло
(явл. Одним из лучших антисептиков для шпал,деревянных столбов, опор ,мостов)
Древесина ,пропитанная масляными антисептиками, приобретает темный цвет, имеет резкий фенольный запах, не поддается окраске, увеличивает горючесть ,поэтому эти антисептики не применяют для консервации деревянных конструкций и деталей, находящихся внутри жилых зданий.
Антисептические пасты состоят из трех частей: водорастворимого антисептик, связующего вещества, обеспечивающего прилипание пасты к поверхности древесины,и наполнителя-торфяного порошка.
-Битумная паста
-Силикатная паста
(не горюча, но и не водостойка)
-Экстрактовая паста
(после ее нанесения на дерев.элемент пасту надо покрывать гидроизоляционным слоем для защиты ее от вымывания.
Антисептические пасты применяют как обмазки для защиты от гниения деревянных конструкций при повышенной влажности воздуха,а также для элементов, находящихся в грунтах с переменной влажностью.
Способы антисептирования:
1)поверхностная обработка-производится водными растворами,глубина пропитки 1-2мм.
2)пропитка в горячее-холодных ваннах(для пропитки применяют водорастворимые антисептики и маслянистые анисептики)Этот способ позволяет пропитать древесину сосны на всю толщину заболони
3)пропитка под давлением производится в автоклавах.Этим способом обрабатывают дерев.элементы, соприкасающиеся с землей,бетоном или каменной кладкой.
4)Пропитка в высокотемпературной ванне(позволяет избежать тещин и добиться полной стерилизации древесины)
5)Диффузионная пропитка
Защита от возгорания:
Недостаток древесины легкая воспламеняемость. Температура воспламенения древесины 250-300град.С
Для предупреждения возгорания необходимо:
-необходимо удалять дерево от источников нагревания
-устраивать разделки из несгораемых материалов(бетона,кирпича идр.)
-покрывать деревянные части малотеплопроводного минерального материала(асбестового,пористой штукатуркой)
-покрытие огнезащитными красочными составами или пропитка огнезащитными веществами- антипиренами.
Огнезащитные красочные составы:
Изготавливает из связующего(обычно жидкого стекла) , наполнителя(кварц.песка,мела или магнезита) и щелочестойкого пигмента(охры, мумии и др),При пожаре краска пузырится ,образующийся пористый слой замедляет нагревание древесины.
Антипирены: являются фосфорно-кислые и серно-кислые соли аммония. Применяются для поверхностной обработки и пропитки древесины, их используют для повышения огнестойкости древесных материалов и изделий.
18.Круглый лес, пиломатериалы и изделия из древесины
Круглые лесоматериалы- отрезки стволов деревьев с обрубленными сучьями с корой или без коры. В зависимости от диаметра ствола в верхнем отрубе различают:
Бревна(диаметр более 12см), подтоварник( диаметр 8-11см)и жерди (диаметр 3-7 см)
По назначения бревна подразделяют на строительные и пиловочные.
Бревна строительные изготовляют преимущественно из сосны,лиственницы, кедра,реже из ели и дуба.
Они предназначены для несущих конструкций: свай, элементов свайных опор, пролетных строений мостов, гидртехнич.сооружений, опор воздушных линий связи и.т.п
Длина бревен 3-6.5 м с градацией через 0,5 м.
В зависимости от качества древесины и дефектов обработки круглые лесоматериалы делят на 4 сорта.
Пиловочные бревна: из стволов хвойных и лиственных пород используют для получения разнообразных пиломатериалов.
Пиломатериалы: изготовляют путем продольной распиловки пиловочных бревен. Они могут распиливаться по диаметру(пластины)или по двум взаимно перпендикулярными диаметрам(четвертина).Доски имеют толщину 100мм и менее, причем их ширина в 3 раза и более превышает толщину. Бруски имеют толщину менее 100мм,но в отличие от досок ширина брусков меньше их трехкратной толщины. Брусья имеют ширину и толщину более 100мм. Их подразделяют на четырехканатные (опиленные с 4ех сторон)и двухканатные( опиленные с двух противоположных сторон по параллельным плоскостям).
Пиломатериалы изготавливают длиной 1-6,5м с градацией 0,25м.
Полуфабрикаты и изделия из древесины:
-строганные и шпунтовые доски (для плотного соединения элементов)
Фрезерованные изделия: плинтусы и галтели;поручни и наличники(для обшивки дверных и оконных коробок)
-Паркет обыкновенный(планочный)и щитовой
Столярные изделия-оконные и дверные блоки,столярные панели и перегородки для жилых и гражданских зданий.
-Щитовые двери для жилых и общественных зданий
-Фанера
(Шлифованная и нешлифованная, бакелизированная, декоративная клееная фанера)
-Кровельные материалы
-Дома заводского изготовления выпускают брусковые каркасно-щитовые(каркас заполняют панелями из фибролита или из древесно-волокнистых плит) и каркасно-обшивочные(каркас собирают из брусьев)
-Деревянные клееные конструкции изготовляют в виде крупноразмерных элементов путем склеивания сравнительно небольших деревянных заготовок.
19.Классификации изделий строительной керамики по свойствам черепка и по назначению.
Строительные керамические изделия классифицируют по
структуре, однородности керамического черепка и по их конструктивному назначению в отдельных элементах зданий сооружений.
По структуре черепка различают изделия с пористым и со
спекшимся (плотным) черепком. Пористыми в технологии керамики
условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка превышает 5 %, обычно такой черепок пропускает воду.
Спекшимся считают черепок с водопоглощением ниже 5 %; как
правило, он водонепроницаем.
По однородности черепка различают изделия грубой и
тонкой керамики. У изделий грубой керамики черепок имеет в изломе зернистое строение (макронеоднородный)Большинство
строительных керамических изделий - строительный кирпич
черепица, канализационные трубы и др. являются изделиям
грубой керамики.
У изделий тонкой керамики излом черепка имеет макрооднородное строение. Он может быть пористым, как например,
у фаянсовых облицовочных глазурованных плиток, и спекшимся
(плитки для полов, кислотостойкий кирпич, фарфоровые изделия). Изделия со спекшимся черепком, с водоглощением иже 1% называют каменными керамическими . Если при этом черепок обладает еще и просвечиваемостью, то его называют фарфором.
По конструктивному назначению различают следующие
группы керамических строительных материалов и изделий :стеновые изделия - кирпичи и камни рядовые, стеновые
блоки и панели из кирпича;
фасадные изделия- кирпич и камни лицевые , различного рода плитки; архитектурно- художественные детали, наборное
панно;
изделия для внутренней облицовки стен- глазурованные плитки и фасонные детали к ним (карнизы, уголки,пояски)
плитки для облицовки пола ;
изделия для перекрытий (балки, панели, специальные камни)
кровельные изделия- черепица ;
санитарно- технические изделия- умывальные столы, унитазы, ванны:
дорожные изделия - клинкерный кирпич;
кислотоупорные изделия- кирпич, плитки, трубы;
огнеупорные изделия- кирпич и фасонные детали ;
изделия для подземных коммуникаций- канализационные и дренажные трубы. теплоизоляционные изделия (ячеистая керамика, пористо-
пустотелые кирпичи и камни , диатомитовые и шамотные, легковесные изделия заполнители бетонов (керамзит, аглопорит)
20. Характеристики основных видов изделий строительной керамики.
Пористость керамического черепка (пористых изделий) обычно составляет 10-40%,она возрастает при введении в керамич.массу порообразующих добавок.Стремясь снизить плотность и теплопроводность, прибегают к созданию пустот в кирпиче и керамических камнях.
Водопоглощение характеризует пористость керамического черепка. Пористые керам.изделия имеют водопоглощение 6-20% по массе,т.е. 12-40% по объему. Водопоглощение плотных изделий гораздо меньше 1-5% по массе(2-10% по обему)
Теплопроводность абсолютно плотного керамического черепка большая-1.16 Вт/(м*град.С).Воздушные поры и пустоты,создаваемые в керамических изделиях, снижают плотность и значительно уменьшают теплопроводность.
Прочность зависит от фазового состава керам.черепка, пористости и наличия трещин. Марка стенового керам.изделия по прочности обозначает предел прочности при сжатии,однако при установлении марки наряду с прочностью при сжатии учитывают показатель прочности при изгибе,посколько изделие подвергается изгибе(при кладке)
Изделия с пористым черепком выпускаются марок 75-300,а плотные изделия(дорожный кирпич и др)-более высоких марок(400-1000)
Морозостойкость.
Марка по морозостойкости обозначает число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживает керам.изделие в насыщенном водой состоянии без признаков видимых повреждений(расслоение, шелушение,растрескивание,выкрашивание)Керам.изделия имеют марки по морозостойкости:15, 25,35,50,75,100 в зависимости от своей структуры.
Паропроницаемость стеновых керам.изделий способствует вентиляции помещений. Паропроницаемость зависит от пористости и характера пор. Неодинаковая паропроницаемость слоев. из которых состоит наружная стена, вызывает накопление влаги,послед.замерзание влаги вызывает отслоение облицовки.
21.Глины: условия образования, составы и основные свойства глин.
Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применямое в чистом виде,или с добавкам - отощающими, порообразующими пластификаторами.
Глинистое сырье (глины и каолины)- продукт выветривания изверженных полевошпатных ГП, содержащий примеси других. Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму,а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня.
Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определенное содержание пылевидных частиц с размерами зерен 0,005-0,16мм и песчаных частиц с размерами 0,16-2мм. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка. В зависимости от этого глины делятся на: высокопластичные (80-90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28%,воздушная усадка 10-15%;
средне- и умеренно-пластичные(имеют в своем составе 30-60%глинистых частиц, число пластичности 15-25, водопотребность 20-28%,возд.усадка 7-10%малопластичные (5-30% глинистых частиц, число пластичности 7-15, водопотребность до 20%,возд.усадка 5-7%.Глинистые частицы в большинстве своем состоят из вторичных минералов:каолинита Al2O3*SiO2*2H2O, монтмориллонита Al2O3*4SiO2*4H2O, гидрослюдистых и их смесей. Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, малопластичны, малочувствительны к сушке. Глины ,содержащие монтмориллонит весьма пластичны, сильно набухают, чувствительны к сушке и обжигу. Химический состав глин выражается содержанием различных оксидов. В керамическом сырье содержание оксидов колеблется: SiO 2 - 40-80%; Al2O3-8-50%; Fe2O3-0-15%; CaO-0,5-25%; MgO-0-4%. Качество глинистого сырья для производства керамики оценивается по ряду показателей: пластичности, связующей способности,усадке,спекаемости,огнеупорности. Под пластичностью понимается свойство глины во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздействия желаемую форму без образования разрывов,трещин и сохраняющуюся при послед.сушке и обжиге.Спекаемостью называют их свойство уплотняться при обжиге и образовывать каменоподобный черепок.Связующая способность глины проявляется в уплотнении зерен непластичных материалов (песка,шамота),а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия-сырца.Связ.способность глиняных строит.растворов используют при кладке печей,труб.
22.Добавки, применяемые в производстве строительной керамики.
Для улучшения качества сырья и регулирования свойств керамических изделий в глину вводят отощающие,
порообразующие(выгорающие),пластифицирующие и специальные добавки плавни.Отощающие добавки-
вводят в пластичные глины для уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и
трещин в изделиях. К ним относятся: дегидратированная глина, шлаки, золы, кварцевый песок. Порообразующие
добавки вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. К ним относятся: древесные опилки, угольный порошок,торфяная пыль, Плавни вводят для снижен
температуры обжига керамических изделий. К ним относятся : полевые шпаты, железная руда, доломит,магнезит,
тальк ,песчаник.
Пластифицирующие добавки- для повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды.Это могут быть высокопластичные глины, поверхностноактивыне вещества.
Специальные добавки-добавляют для повышения кислотостойкости: (песчаные смеси, затворенные жидким стеклом).Глазурь- это Стекловидное покрытие толщиной 0,1-0,2мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими),различного цвета. Агнобом называется нанесенный на изделие тонкий слой белой или цветной глины, образующей цветное покрытие с матовой поверхностью.Агноб по своим свойствам должен быть близок к черепку.
23. Основы технологии производства изделий строительной керамики:
1)карьерные работы; 2)механическая обработка глиняной массы; 3)формование изделий (пластическим, жестким,полусухим, сухим и шликерным способом); 4)сушка и обжиг
Карьерная глина в естественном состоянии
непригодна для получения керамических изделий. Поэтому проводится обработка с целью подготовки массы.
Подготовку массы ведут в сочетании естественной и механической обработки. Естественная обработка-
вылеживание предварительно добытой глины в течение -2 лет при периодическом увлажнении, замораживании
и оттаивании. Механическая обработка глин производится с целью дальнейшего разрушения их природной
структуры, удаления или измельчения крупных включений, удаления вредных примесей. В зависимости от вида
изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полусухим,сухим
и шликерным способами. При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при
естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с
влажностью от 18 до 28%. Этот вид производства является наиболее простой и распространенный. Глиняная
масса подвергается уплотнению под давлением 1,6 -7 МПа. Жесткий способ формования является разновидностью
пластического способа. Влажность формуемой массы при этом способе колеблется от 13 до 18%.Формование
осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравлических прессах под давление до 20МПа.При
этом способе требуются меньшие энергетические затраты чем при пластическом способе. Полусухой способ
Керамические изделия формуют из шихты с влажность 8 -12% при давлениях 15 -40 МПа. Недостатком является
металлоемкость, но длительность производственного цикла сокращается в два раза, до 30%умшается расход
топлива
Сухой способ- это разновидность полусухого производства керамических изделий Пресс-порошок
готовится с влажностью2 -6%. При этом устраняется полностью необходимость сушки. Таким способом
изготовляют плотные керамические изделия- плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и
фарфора
Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы,
состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок. Отливка изделий производится из массы с содержанием воды до 40%. Сушка: Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5 -6%
во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге. Сушка производится в
туннельных или камерных сушилах 16-36часов при температуре 120 -150 С. Затем идет обжиг.
В процессе обжига формируется их структура, определяющая технические свойства изделия.
24.Физико-химические процессы, протекающие в сырце при его обжиге
Обжиг важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Процесс делится на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение.
1.При прогреве сырца до 120град.
удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду,
пластические свойства массы сохраняются. 2.В температурном интервале от 450 до 600 град.происходит
отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное
состояние. При этом и при дальнейшем повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а
керамическая масса теряет свои пластические свойства. При 800 град начинается повышение прочности изделий,
благодаря протеканию реакций в твердой фазе на границах поверхностей частиц компонентов. В процессе нагрева
до 1000 град возможно образование новых кристаллических силикатов. Одновременно с этим легкоплавкие
соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава, который
обволакивает не расплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом. Эта
усадка называется огневой усадкой (2 -8%). После остывания изделие приобретает камневидное состояние,
водостойкость и прочность. Свойство глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок
называется спекаемостью глин. Интервал температур от температуры огнеупорности до начала спекания
называется интервалом спекания. Интервал спекания для легкоплавких глин составляет 50-100 град..а
огнеупорных до 400 град. Интервал температур обжига в зависимости от назначения и свойств керамического
изделия от 900 для кирпича до 1800град. для огнеупорной керамики .
25.Классификация неорганических вяжущих веществ.
Воздушные вяжущие и гидравлические
Воздушные:
Воздушная известь
Гипсовые вяжущие
Магнезиальные вяжущие Растворимое стекло
Гидравлические вяжущие:
Чистые гидравлические вяжущие(Портланд цемент, глиноземистый цемент, романцемент, гидравлическая известь)
Смешанные гидравлические вяжущие(шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент, расширяющийся цемент. Безусадочный цемент и др)
Специальные гидравлические вяжущие(быстротвердеющий портландцемент, белый и цветные портландцементы, сульфатостойкий портландцемент, гидрофобный ПЦ)
26.Гипсовые вяжущие вещества: сырье, производство, технические свойства, применение в строительстве.
Сырье: природный гипсовый камень (CaSO42H2O) или ангидрит (CaSO4). Гипсов вяж вещества в зависимости от температуры тепловой обработки:Низкообжиговыегипсовые вяж получают тепловой обработкой природного гипса при температурах (110-180оС). Они состоят преимущественно из полуводного гипса CaSO40.5H2O.CaSO4*2H2O=CaSO4*0.5H2O+1.5H2O–83.47 кДж/моль. К низкообжиговым гипсовым вяж относятся строительный (изготовляют обжигом гипсовой породы в варочных котлах или печах, гипсовый камень сначала разламывают, а потом в виде порошка нагревают в котлах, прочность при сжатии 10-12МПа, водопотребность 50-70%);формовочный (содержание CaSO4 в гипсовом камне не менее 95%,); высокопрочный гипс (термическая обработка под давлением пара с последующей сушкой и измельчением, содержание CaSO4 в гипсовом камне не менее 95-97%, прочность при сжатии 18-25МПа, водопотребность 30-40%). Высокообжиговые гипсовые вяж вещества изготавливают путем обжига гипсового камня при высоких температурах – 600-900оС. Они состоят преимущественно из ангидрита CaSO4. К ним относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс. Ангидритовый цемент получают путем совместного помола природного или искусственного ангидрита (600-700С) и различными минеральными активизаторами твердения (известь, обожженный доломит, горючие сланцы)водопотребность 30-35%, прочность 5-20МПа. Высокообжиговый гипс (эстрих - гипс) получают обжигом (600-700С)двуводного гипса с последующим измельчением. Для высокообжиговых гипсовых вяж прочность при сжатии 10-20МПа, водопотребность 30-35%. Тонкость помола характеризуется остатком в % на сите с сеткой No 02 (900 отв./см2<23-I, <14-II, <2-III. По срокам схватывания гипсовые вяжущие делятся на: А - быстросхватывающиеся ( 2-15 мин), Б - нормально схватывающиеся ( 6-30мин), В - медленно схватывающиеся ( более 20 мин). Прочность при изгибе 1,2-8МПа. Марки по прочности при сжатии в МПа: Г-2, Г-3,... Г-25. Марки Г-2 до Г-7 применяют для изготовления тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей. Марки до Г-25 (Б, В) применяют в штукатурных работах, для заделки швов и в специальных целях. Для повышения прочности и ускорения сроков схватывания гипсовые вяжущие добавляют в известково-песчаные растворы. Применение Марки Г-2 до Г-7 (группы А, Б и II, III) - применяют для изготовления тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей.
Марки от Г-2 до Г-25 (Б, В и II, III) - применяют в штукатурных работах, для заделки швов и в специальных целях.
Для повышения прочности и ускорения сроков схватывания гипсовые вяжущие добавляют в известково-песчаные растворы.
Гипсовые вяжущие также придают большую гладкость и белизну штукатурному слою.
27. твердение гипсового теста
происходит хим реакция присоединения воды и образования двуводного сульфата кальция CaSO40.5H2O+1.5H2O=CaSO42H2O. При гидратации 1кг полугидрата выделяется 133кДж тепла. В теории, разработ А.А.Байковым, тверд можно условно подразделить на три периода:1.Образование насыщенного раствора при растворении полугидрата (растворение) 2.Образование субмикрокристалловдвуводного гипса в результате прямого присоединения воды к полуводному гипсу (коллоидация) – схватывание. Отличительной особенностью этого периода является увеличение вязкости гипсового теста.3.Перекристаллизация двугидрата с образованием более крупных кристаллов (кристаллизация). Объем твердеющего гипсового теста увеличивается на 0,5-1,0%. Это свойство используется при изготовлении архитектурных деталей и отливок из гипса, которые точно передают очертания формы. 35.
28.Магнезиальные вяжущие вещества: производство, технические свойства, применение в строительстве.
Магнез вяж: каустический доломит MgCO3⋅CaCO3 и каустический магнезит MgCO3
Обжиг магнезита производится при t=750-800°С (во вращающихся печах до 1000 °С) до полного разложения MgСОз на MgO и СО2 с удалением углекислого газа. Обжиг доломита производ при t=650-750С свойства: магнезит: плотность 3,1-3,4 г/см3, насыпная плотность 700-800кг/м3, тонкость помола <5%(№2)<25%(№8), сроки схватывания нач >20мин кон<6ч, прочность 60-100МПА доломит: плотность 2,78-2,85 г/см3, насыпная плотность 1050-1100кг/м3, тонкость помола <5%(№2)<25%(№8), сроки схватывания нач 3-10ч кон8-20ч, прочность 10-30МПА Особенностью применения магнезиальных вяжущих веществ является затворение их водными растворами магнезиальных солей. Магнезиальные вяжущие вещества имеют хорошее сцепление с органическими заполнителями и применяются для производства изделий с древесными опилками (ксилолита), либо с древесной шерстью — узкой и длинной древесной стружкой (фибролита).
29. Известь строительная воздушная: сырье, производство, технические свойства, применение в строительстве.
Воздушная известь – продукт умеренного обжига кальциево – магниевых карбонатных горных пород: мела, ракушечник, известняка, доломита, содержащих примеси глины не более6% . Основной составляющей известняка является карбонат кальция CaCO3. Обжиг сырья: CaCO3 = CaO+CO2 при t=1000-1500 0C. Продукт обжига содержит кроме СаО также некоторое количество оксида магния: MgCO3=MgO+CO2. Чем выше содержание основных оксидов (СаО, MgO), тем пластичнее известковое тесто и тем выше ее сорт. Обжиг известняка производят в шахтных печах, в которых известняк поступает в виде кусков размеров 8-20см. При обжиге удаляется углекислый гази получается негашеная известь в виде пористых кусков. Гашение воздушной извести заключается в гидратации оксида кальция CaO+H2O=Ca(OH)2 с выделением тепла 950кДж/кг, т. е. выделяют гашеную ( пушенка(И:В=1:1), известковое тесто(И:В=1:3), известковое молоко(И:В=1:5-10)) и негашеную известь( комовая, молотая). Производство: добыча сырья, дробление, классификация, обжиг, комовая известь, помол (для молотой негашеной извести) или гашение ( для гашеной извести). Строительные растворы на воздушной извести имеют невысокую прочность (при сжатии для гашеной извести 0,4-1МПа; для негашеной извести до5МПа), поэтому сорт устанавливают не по прочности, а по характеристикам ее состава. По виду содержащегося основного окисла воздушная известь подразделяется на: Кальциевую(70-96% СаО и до 5% MgO) ; Магнезиальную (MgO содержится в пределах - 5-20%); Доломитовую (MgO содержится в пределах - 20- 40%). По времени гашения подразделяют на три группы: быстрогасящаяся (время гашения не более 8 мин); среднегасящаяся(время гашения не более 25 мин); медленногасящаяся (время гашения не менее 25 мин). В зависимости от вида извести и условий, в которых протекает процесс ее твердения, различают три вида твердения: карбонатное; гидратное. Карбонатное твердение складывается из двуходновременно протекающих процессов: 1) испарение физически связанной воды, кристаллизация Ca(OH)2 , 2) образование карбоната кальция пореакции:Са(ОН)2+СО2 =СаСО3+Н2О.Гидратнымтвердениемназываютпроцесспостепенногопревращения в твердое камневидное тело известковых смесей на молотой негашеной извести, в результате взаимодействия извести с водой и образования Ca(OH)2. Строительную известь применяют для: приготовления строительных растворов; производства известково-пуццолановых вяжущих; производства термоизоляционных материалов; изготовления искусственных каменных материалов (силикатного кирпича, шлакобетонных блоков, газобетона); производства сухих строительных смесей. Преимущества применения молотой негашеной извести перед гашеной известью: Для приготовления растворов и бетонов используется вся известь,включая отходы в виде непогасившихся зерен. При гидратном твердении молотой негашеной извести выделяетсязначительное количество тепла, что ускоряет процессы твердения извести. Молотая негашеная известь характеризуется меньшейводопотребностью, чем гашеная известь. Изделия на негашеной извести имеют повышенную плотность, прочность, водостойкость и долговечность по сравнению с полученными на гашеной извести.Недостатки: «пыление», вредность и др.
30. твердение известкового теста В зависимости от вида извести и условий, в которых протекает процесс ее твердения, различают три вида твердения:
- карбонатное; - гидратное; - гидросиликатное.
Карбонатное твердение складывается из двух одновременно протекающих процессов:
1) испарение физически связанной воды и постепенная кристаллизация Ca(OH)2 из насыщенного водного раствора;
2) образование карбоната кальция по реакции: Са(ОН)2 + СО2 + nН2О = СаСО3 + (n+1) Н2О
гидратным твердением называют процесс постепенного превращения в твердое камневидное тело известковых смесей на молотой негашеной извести, в результате взаимодействия извести с водой и образования Ca(OH)2.
Условия, способствующие гидратационному твердению:
- быстрый и равномерный отвод выделяющегося при твердении тепла,
- использование форм, не допускающих увеличения объема твердеющей массы,
- введение добавок типа СДБ, замедляющих процесс гидратации.
Гидросиликатное твердение обусловлено химическим взаимодействием между известью и кремнеземом (песком) с образованием гидросиликатов кальция.
Са(ОН)2 + SiО2 → pСаО⋅SiO2⋅nН2О
Твердение известково-кремнеземистых материалов в условиях термообработки паром в автоклавах (9-16 атм, 174,5-200° С) является следствием ряда сложных физико-химических процессов, проходящих в три стадии:
1)образование кристаллических зародышей гидросиликатов, рост кристаллов и увеличение их числа без срастания;
2)формиров кристалл сростка; 3) разрушение (ослабление) сростка вследствие перекристаллизации контактов между кристаллами. способы интенсификации гидросиликатного твердения: 1.Увеличение реагирующей поверхности извести и кремнеземистого компонента (помол извести совместно с песком в соотношении 1:1-1:2 по массе до удельной поверхности 3000-5000 см2/г). Полученная смесь вводится в немолотый песок в количестве 15-30% массы смеси. 2.Тепловлажностная обработка паром в автоклаве при давлении пара 0,8-1,5 МПа и при температуре 175-200 0С3.Введение в известково-песчаные смеси материалов, более интенсивно реагирующих с известью, чем песок (трепел, диатомит, керамзит,вулканический туф и др.) 4. Применение смешанного вяжущего (10-15% CaO, 30- 50% 2CaOSiO2 и 30-50% кварцевого порошка).
31.Жидкое стекло: сырье, производство и применение в строительстве.
Сырье: чистый кварцевый песок, кальцинирован- ная сода или сернокислый натрий (или поташ).Сырьевую смесь расплавляют в стекловаренных печах при t=1300 ... 1400°С.
При быстром охлаждении она твердеет и раскалывается на куски, именуемые силикат- глыбой.Далее силикат-глыбу растворяют в автоклавах при давлении 0,6-0,7 МПа и температуре 150C (или кипячением), создавая коллоидный раствор (Na2OnSiO2 или K2OnSiO2).Твердение растворимого стекла:Na2OSiO2+2H2O+CO2→Na2CO3+Si(OH)4 жидкое (растворимое) стекло применяют для производства кислотоупорных цементов, жароупорных бетонов, силикатных красок и обмазок, для пропитки (силикатизации) грунтовых основани
32. Основы технологии портландцемента называют гидравлическое вяжущее, в составе ктр преобладают силикаты кальция ( 70- 80%). Портландцемент получают совместным измельчением клинкера и гипса. Гипс (природный) вводится для замедления сроков схватывания. Клинкер получают обжигом до спекания при t= 1450-1500 C сырьевой смеси из известняка и глины. Сырьем для производства портландцемента служат: 1.карбонатные породы (известняк, мел, известковый туф) обеспечивающие содержание СаСОз в пределах 75-78%; 2.глинные породы (глина, глинистые сланцы-22-25%); 3.корректирующие добавки. Производство ПЦ – сложный технологический и энергоемкий процесс, включающий добычу, доставку, приготовление сырьевой смеси, обжиг смеси до спекания (получение клинкера), помол клинкера с добавкой гипса. При мокром способе производства тонкое измельчение сырья ведется в водной среде, а шихта получается в виде сметанообразной массы — шлама. Поступающий из карьера известняк подвергается дроблению до частиц размером 8-10 мм. Куски добытой глины измельчают в дробилках. Глиняный шлам с влажностью 60-70% подают в сырьевую мельницу, где он размалывается совместно с раздробленным известняком. Из мельницы шлам влажностью 32-40 % подается в печь для обжига. При сухом способе сырьевая шихта представляет собой тонкомолотый сухой порошок, называемый сырьевой мукой. При сухом способе затраты тепла в 2 раза меньше, чем при мокром способе производства. Комбинированный способ совмещает в себе дваспособа:мокрым способом готовят сырьевую смесь – шлам.После чего шлам пропускают через фильтры, осушаясмесь до 16-18%, а затем отправляют на обжиг.
33.Физико-химические процессы, протекающие при обжиге сырья в производстве клинкера портландцемента.
Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при влажном способе производства осуществляется во вращающихся печах при t=1450оС. Печь представляет собой длинный, слегка наклоненный цилиндр длиной до 230м и диаметром 5-7м. Сырье занимает только часть печи, и при ее вращении медленно движется к нижнему концу, проходя различные температурные зоны: 1) В зоне испарения (t=200° С) протекают удаление воды из материала, его подсушка. 2) В зоне подогрева материал нагревается до 500-700оС;начинаются химические реакции, происходит разложение и выгорание органических веществ. Образуется коалинитовый ангидрит Al2O3*2SiO2. 3) В зоне декарбонизации температура материала повышается до 900-1100оC; происходит разложение карбоната кальция, распад глинистых минералов, появляется свободная известь. Образуются минералы 3СаО*Al2O3, СаО*Al2O3, 2CaO*SiO2 –белит. 4) В экзотермической зоне (t до 1300° С) скорость реакций увеличивается, образуется C2S,алюминаты и алюмоферриты (3СаО*Al2O3, 4СаО*Al2O3*Fe2O3). 5)При поступлении в зону спекания (t=1450° С) материал начинает частично расплавляться. Образуется главный минерал клинкера (алит - C3S) 3CaO*SiO2. 6) В зоне охлаждения температура снижается до 1000° С. Последующее охлаждение клинкера до температуры ~50 С происходит на выходе клинкера из печи, клинкер выдерживается на складе.Помол клинкера производится в трубных мельницах. ПЦ выдерживают до его охлаждения и гашения остатков свободного оксида кальция. Готовый ПЦ очень тонкий порошок темно-серого цвета.
34. Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.
Химический состав клинкера выражают содержанием оксидов (% по массе). Главными являются: СаО-63-66%, SiO2-21-24%, Al2O3-4-8%, Fe2O3=2-4%, суммарное количество которых составляет 95-97%. В процессе обжига главные оксиды образуют силикаты, алюминаты, алюмоферрит кальция. Основными минералами клинкера являются: Алит 3CaO*SiO2(С3S)– главный минерал цементного клинкера, имеет большую активность в реакции с водой (в начальном сроке). Быстро твердеет и набирает высокую прочность, содержится в клинкере в количестве 45-60%. Белит 2CaO*SiO2 (C2S) менее активен, чем алит, второй по важности и содержанию (20-30%) минерал клинкера. Твердеет медленно. К месячному сроку его продукт обладает сравнительно невысокой прочностью. Трехкальциевый алюминат 3СаО*Al2O3(С3А). Самый активный; отличается быстрым взаимодействием с водой. Большое тепловыделение. Быстрое твердение порождает раннее структурное образование в цементном тесте и сильно ускоряет сроки схватывания (несколько минут). Если не ввести добавку гипса, то получится цемент «быстряк» - бетонная смесь, которая не успевает перемешаться и уложиться в форму. С3А из всех минералов наименее морозостойкий, содержание в клинкере 4-12%. Четырехкальциевый алюмоферрит4СаО*Al2O3*Fe2O3 обладает умеренным тепловыделением. Быстрота твердения занимает промежуточное положение между алитом и белитом. Прочность продуктов твердения (гидратация) в ранние сроки ниже, чем у алита и выше, чем у белита, содержится в количестве 10-20%. Содержание СаО и MgO не должно превышать соответственно 1 и 5%, иначе снижается качество цемента. Щелочи(Na2O, K2O) присутствуют в виде сульфатов, их содержание не должно превышать 0,6% из-за опасности растрескивания.
35. Твердение цементного теста. Состав и строение цементного камня.
Цементное тесто, приготовленное путем смешивания цемента с водой, имеет три периода твердения.1)Первый период (вначале1-3ч), который можно назвать периодом растворения или подготовительным периодом. Когда цемент приходит в соприкосновение с водой, тотчас начинается химическая реакция и протекает она на поверхности зерен. Продукты реакции переходят в раствор до тех пор, пока жидкость, окружающая зерня цемента, не превратится в насыщенный раствор продуктов реакций. 2)Потом начинается схватывание, заканчивающееся через 5-10ч после затворения. Во время второго периода (коллоидации) цементное тесто загустевает, утрачивает подвижность, но прочность еще не велика.3)Третий период — кристаллизации или твердения (переход загустевшего теста в твердое состояние означает конец схватывания и начало твердения ) При затворении цемента водой: сначала из алита при взаимодействии с водой образуется гидросиликат и гидроксид кальция: 2(3CaO*SiO2)+6H2O=3CaO*2SiO2*3H2O+3Ca(OH)2 .Затем гидратируется белит: 2(2CaO*SiO2)+4H2O=3CaO*2SiO2*3H2O+Ca(OH)2.Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция: 3СаО*Al2O3+6H2O=3CaO* Al2O3*6H2O.Четырехкальциевыйалюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляется не гидроалюминат и гидроферрит: 4СаО*Al2O3*Fe2O3+mH2O=3CaO*Al2O3*6H2O+CaO* Fe2O3*nH2O. Гидроалюминат связывается добавкой природного гипса, а гидроферрит входит в состав цементного геля.
36.Технические свойства портландцемента.
порошкообразный материал серого цвета плотностью 3000-3200 кг/м3 и насыпной в рыхлом состоянии 900-1300 кг/м3, в уплотненном — 1500-1600 кг/м3. Характеристики портландцемента можно подразделить на: минеральный и вещественный составы, тонкость помола, нормальная густота, сроки схватывания, марка по прочности и другие технические свойства. Минеральный состав выражает содержание в клинкере (в % по массе) главных минералов: Высокоалитовый (C3S>60%); Алитовый (C3S=50-60%); Белитовый (C2S>35%); Алюминатный (C3А>12%); Алюмоферритный (C3А<2%, C4AF>18%). Вещественный состав цемента выражает содержание в цементе (в % по массе) основных компонентов: клинкера, гипса, минеральных добавок, пластифицирующих и гидрофобизующих добавок.Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путем просеивания предварительно высушенной пробы цемента через сито с сеткой No 008 (размер ячейки 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы. Водопотребность цемента определяется количеством воды (в % от массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Водопотребность портландцемента в пределах от 22 до 28%. При введении активных минеральных добавок водопотребность цемента повышается и может достигнуть 32 — 37 %. Чем меньше водопотребность цемента, тем выше его качество. Сроки схватывания цемента определяют в тесте нормальной густоты. Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания — не позднее 10 ч от начала затворения. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера на цементном заводе вводят добавку двуводного гипса в количестве 3-5%. Активность и марка портландцемента,определяют испытанием стандартных образцов-призм, их сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие. Активностью называют предел прочности при сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности с учетом предела прочности при изгибе портландцемента подразделяют на марки М400, М500, М550 и М600.
37. Коррозия цементного камня и способы замедления процессов разрушения камня.
Коррозию цементного камня и бетона подразделяют на три основных вида в зависимости от механизма разрушения структуры:
коррозия I вида обусловлена растворением и вымыванием некоторых его составных частей (коррозия выщелачивания);
коррозия II вида обусловлена воздействием агрессивных веществ, которые, вступая во взаимодействие с составными частями цементного камня, образуют либо легкорастворимые и вымываемые водой соли, либо аморфные массы, не обладающие связующими свойствами;
коррозия III вида объединяет процессы, при которых компоненты цементного камня, вступая во взаимодействие с агрессивной средой, образуют соединения, занимающие больший объем, чем исходные продукты реакции
1 вид При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный Ca(OH)2, содержание которого в цементном камне через 1-3 месяца твердения достигает 10...15%, а растворимость при обычных температурах 1,3 г/л.
После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность.
Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором.
Для предупреждения коррозии I вида необходимо: 1Создать бетоны повышенной плотности за счет интенсивного уплотнения цементного камня;
2Использовать цементы с ограниченным содержанием C3S; 3Вводить в цемент тонкомолотые минеральные добавки которые связывает гидроксид кальция в нерастворимые соединения
Са(ОН)2 + SiO2(аморф.) + mH2O = CaO·SiO2nН2О. 4Использовать пуццолановый цемент;
5Карбонизация поверстного слоя бетона, путем выдерживания его на воздухе; 6Гидроизоляция поверхности цементного камня в виде оклейки, облицовки или пропитки поверхностного слоя гидроизоляционными материалами.
2 вид: К разновидностям коррозии второго относятся
кислотная, магнезиальная коррозия, коррозия под влиянием некоторых органических веществ и т. п.
Кислотная коррозия возникает при действии растворов любых кислот, за исключением поликремниевой и кремнефтористоводородной.
Кислота вступает в химическое взаимодействие с Ca(OH)2, образуя растворимые соли (например, СаСl2) и соли, увеличивающиеся в объеме (CaSO42H2O):
Са(ОН)2 + 2НСl = СаСl2 + 2Н2О или Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4 +2H2O
Под действием кислот могут разрушаться также и гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, превращаясь в кальциевые соли и аморфные бессвязанные массы SiO2nH2O, Al2(OH)3, Fe2(OH)3.
Меры защиты от кислотной коррозии: При слабой кислотной коррозии (рН=4-6) цементный камень защищают кислотостойкими материалами (окраской, пленочной изоляцией и т. п.). По стойкости к действию кислот слабой концентрации цементы можно расположить в таком порядке: глиноземистый цемент, пуццолановый ПЦ и обычный ПЦ.
При сильной кислотной коррозии (рН<4) вместо обычного портландцемента используют кислотоупорный цемент и кислотостойкие заполнители или полимерные связующие. Разница в стойкости цементов к действию сильно концентрированных кислот почти не ощутима поскольку разрешение происходит очень быстро.
углоксилотная коррозия является разновидностью общекислотной коррозии.
Она развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный диоксид углерода в виде слабой угольной кислоты сверх равновесного количества.
Избыточная (агрессивная) углекислота разрушает ранее образовавшуюся карбонатную пленку вследствие образования хорошо растворимого бикарбоната кальция:
CaCO3 + СO2 + Н2О= Са(НСO3)2
При этом, чем больше содержится Н2СО3 (обычно в грунтовых водах), тем выше кислотные свойства раствора и скорость коррозии.
магнезиальная коррозия происходит при воздействии на Ca(OH)2 растворов магнезиальных солей, которые встречаются в грунтовой, морской и других водаx.
Наиболее характерные реакции для этого вида коррозии проходят по следующей схеме:
Са(ОН)2 + MgCl2 = СаСl2 + Mg(OH)2; Са(ОН)2 + MgSO4 = CaSO42H2O + Mg(OH)2
СаСl2 и CaSO42H2O хорошо растворимы в воде и вымываются из цементного камня. К тому же CaSO42H2O возникает с увеличением объема, что ускоряет появление трещин, а также коррозию III вида.
Mg(OH)2 малорастворим в воде, но выпадает в осадок в виде рыхлой аморфной массы, не обладающей связностью, которая также легко вымывается из бетона.
Меры защиты от магнезиальной коррозии те же, что и при коррозии первого вида.
коррозия под действием органических кислот, как и неорганических, быстро разрушает цементный камень.
Вредное влияние оказывают и масла, содержащие кислоты жирного ряда (льняное, хлопковое, рыбий жир и т. п.). Нефть и нефтяные продукты не опасны для цементного бетона, если в них нет остатков кислот, но они легко проникают через бетон. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, содержащие фенолы, оказывают агрессивное воздействие на бетон.
Коррозия возникает и под действием минеральных удобрений, особенно аммиачных (аммиачная селитра и сульфат аммония). Аммиачная селитра, состоящая в основном из NН4NO3, действует на гидроксид кальция:
Са(ОН)2 + 2NH4NO3 + 2Н2О = Ca(NO3)24Н2О + 2NO3
Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона.
Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из Са(Н2РО4)2, гипса и содержащий небольшое количество свободной фосфорной кислоты.
Характерной коррозией III вида является сульфатная коррозия.
Сульфаты, часто содержащиеся в природной и промышленных водах, вступают в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя гипс CaSO42H2O.
При действии на бетон сернокислового натрия сульфат натрия вступает в реакцию с гидроксидом кальция цементного камня:
Са(ОН)2 + Na2SО4 + 2Н2О → СаSО42Н2О + 2NaОН
Разрушение цементного камня в этом случае вызывается кристаллизационным давлением кристаллов двуводного гипса.
Для защиты бетона от солевой коррозии необходимо:
-применять бетоны с низким В/Ц;
-тщательно уплотнять бетонную смесь;
-использовать воздухововлекающие и уплотняющие добавки;
-применять пористые заполнители, а также цементы, обеспечивающие высокую плотность цементного камня (портландцемент без минеральных добавок);
-отводить агрессивные солевые растворы от поверхности конструкции, либо изолировать их путем устройства защитных покрытий.
Борьбу с коррозией III вида следует вести, принимая во внимании следующее:
- в бетонах на глиноземистом цементе или цементах с малым содержанием Cа(OH)2 невозможно образование многоосновных гидроаллюминатов кальция, чем ограничивается или исключается возможность образования гидросульфоаллюмината кальция.
- введение в бетонную смесь воздухововлекающих, пластифицирующих добавок, химических добавок (CaCl2), повышающих растворимость гидрата окиси кальция и гипса, кремнеорганических веществ, способствует повышению стойкости цементного камня и бетона к коррозии.
- эффективно создание защитных слоев на поверхности бетонной конструкции виде оклеечной, облицовочной или лакокрасочной изоляции
38. Активные минеральные добавки.
Активные минеральные добавки вводят в состав цементов для улучшения их строительно-технических свойств, они могут быть природными и искусственными. К природным активным минеральным добавкам относят некоторые осадочные горные породы (диатомит, трепел, естественно обожженные глинистые породы). В качестве искусственных активных минеральных добавок используют побочные продукты и отходы промышленности: доменные шлаки, топливные золы и шлаки. Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД) получают измельчением клинкера, минеральных добавок и гипса. Предельно допустимое содержание минеральных добавок в цементе не должно превышать 20%. При этом практически сохраняются все свойства портландцемента, кроме морозостойкости (она несколько ниже), а некоторые свойства улучшаются (больше водостойкость, меньше тепловыделение, более высокая сопротивляемость коррозии первого вида). При его получении экономится портландцементный клинкер, что способствует снижению себестоимости цемента. Марки такого цемента те же, что и у портландцемента: 400, 500, 550 и 600. ПЦД успешно применяют в строительстве вместо портландцемента, за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость. Портландцемент с минеральными добавками имеет разновидности: быстротвердеющий портландцемент ПЦД-Б и сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками — СПЦД. Такие цементы выпускают М400 и 500 и применяют практически наравне с быстротвердеющим и сульфатостойким портландцементом.Шлакопортландцемент (ШПЦ) изготовляют так же, как и пуццолановый портландцемент, но в качестве активной минеральной добавки используют доменные гранулированные шлаки, содержание которых должно быть не менее 21 % и не более 80% от массы цемента.По химическому составу доменные шлаки в основном состоят из CaO, SiO2, A12O3 и отчасти MgO, суммарное содержание которых достигает 90...95%.Если основные шлаки измельчить и смешать с водой, то они схватываются и затвердевают, т. е. обладают самостоятельными вяжущими свойствами. Шлакопортландцемент выпускают трех марок: 300, 400, 500.Шлакопортландцемент несколько светлее портландцемента. Плотность его в зависимости от содержания шлака колеблется в пределах 2800-3000 кг/м3. Начало схватывания должно быть не ранее 45 мин, а конец — не позднее 10 ч. Пуццолановый портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и во влажных условиях. Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного тонкого помола клинкера,содержащего не более 8 % С3А, необходимого количества гипса и активной минеральной добавки 20...40 %, или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно, выпускается МЗОО, 400и особенно эффективно применяется при строительстве подводных и подземных бетонных и железобетонных частей сооружений, когда от них требуется большая водонепроницаемость, высокая водостойкость.Портландцементы с добавками ПАВполучают путем совместного помола портландцементного клинкера, гипса инебольшого количества (0,1-0,3% от массы цемента) добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ) .Назначение добавок ПАВ сводится к повышениюпластичности цементного теста, при том же содержании воды, либо кснижению водопотребности смеси и расхода цемента присохранении подвижности и прочностибетона. 2 вида:Пластифицированный портландцементполучают припомоле клинкера с добавкой гидрофильно-пластифицирующих веществ (0,15-0,25% массы цемента). В качестве такой добавки используют лигносульфонаттехнический (ЛСТ). Адсорбируясь на поверхности зеренцемента, лигносульфонат кальция улучшает их смачиваниеводой. Образующиеся слои водыобеспечивают гидродинамическую смазку зерен, уменьшаятрение между ними, и одновременно препятствуют ихслипанию, благодаря чему повышаетсяпластичность цементного теста. Гидрофобный портландцементполучают, вводя припомоле клинкера 0,1-0,3% мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот. Молекулы гидрофобизирующих веществ имеютасимметрично-полярное строение и состоят из полярнойгруппы и неполярной. Эти молекулы в процессепомола адсорбируются на поверхности цементных зерен, ориентируясь полярной группой к поверхности цементногозерна, а углеводородным радикалом наружу, придаваяцементу гидрофобные (водоотталкивающие) свойства.
39. Разновидности портландцемента: быстротвердеющий, сульфатостойкий, белый и цветные.
Быстротвердеющий портландцемент — ПЦ с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью через трое суток твердения. Этот цемент обеспечивает более интенсивное нарастание прочности в начальный период твердения по сравнению с обычным портландцементом за счет более тонкого помола и регулирования химического и минералогического состава. Содержание C3S в БТЦ должно быть не менее 50%. Выпускается двух марок –М400 и М500. Сульфатостойкий портландцемент изготавливается из клинкера нормированного минералогического состава, в котором содержание минералов должно быть не более (в %): C3S — 50, С3A.—5, С3A+С4AF—22, и выпускается марки М400.Цемент характеризуется пониженным тепловыделением и замедленным твердением в начальные сроки и предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических и других сооружении, работающих в условиях сульфатной агрессии при одновременном систематическом попеременном увлажнении и высыхании или замораживании и оттаивании. Белый и цветные портландцементы. Белый ПЦ получают совместным тонким помолом белого клинкера, активной минеральной добавки — белого диатомита (до 6%) и гипса. Гипс, активная и инертная добавки в измельченном состоянии должны иметь белизну не ниже установленной для цемента данного сорта. Для получения клинкера используют чистые известняки, мел и белую каолиновую глину. Обжиг клинкера белого портландцемента производят при более высокой температуре. Белый портландцемент предназначается для архитектурно-отделочных работ в сборном жилищном, гражданском и промышленном строительстве и выпускается трех марок: 300, 400, 500. Цветной портландцемент в зависимости от цвета, подразделяют на желтый, розовый, красный, коричневый, голубой, зеленый, черный и делится на марки: 300, 400, 500. Получают его совместным помолом цветного клинкера, активной минеральной добавки и гипса, либо белого клинкера, красящей добавки, белого диатомита и гипса. Цветной цемент применяют при наружных и внутренних архитектурно-отделочных работах, при изготовлении облицовочных плиток, лестничных ступеней, подоконных плит, фактурного слоя панелей, искусственного мрамора.
40. Расширяющиеся и напрягающий цементы: особенности составов, свойства и назначение.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ)
ВРЦ - один из первых видов расширяющихся цементов - представляет собой быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое смешиванием или совместным помолом глиноземистого цемента (70%), полуводного гипса (20%) и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция 4СаОАl2О313Н2О (10%).
Глиноземистый цемент в составе ВРЦ обеспечивает твердение и неизменность объема цементного камня. Наиболее интенсивное расширение ВРЦ происходит в течение первых суток и продолжается до 2-3 суток.ВРЦ имеет марку 500 через 28 суток, хотя уже через 6 ч твердения набирает прочность не менее 7,5 МПа. Отличается пониженной морозостойкостью и может применяться только при положительных температурах. Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) применяется для гидроизоляции различных, сооружений (резервуары, шлюзы, доки, бассейны, трубопроводы, туннели, фундаменты промышленных и гражданских зданий), в которых на время производства работ фильтрующая вода может быть отведена от торкретируемых поверхностей на период в 1-2 часа. Применение этого цемента допускается для сооружений, эксплуатируемых в условиях любого влажностного режима.
Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) ВБЦ - быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тщательного смешивания глиноземистого цемента, полуводного гипса и гашеной извести. Сырьевая смесь содержит не менее 85% глиноземистого цемента. Соотношение между известью и гипсом может изменяться в пределах от 2,0 до 1,0.
Начало схватывания ВБЦ и ВРЦ — несколько минут, конец — не позднее 5-10 мин). Прочность в возрасте 3 суток составляет 60-80% от марочной прочности. Данные цементы образуют цементный камень высокой водонепроницаемости (выдерживает давление воды до 0,7 МПа). ВБЦ применяется для гидроизоляции подземных сооружений (туннели различного назначения), которые в течение всего периода строительства и эксплуатации находятся в условиях повышенной влажности воздуха (75% при t=20°).
Ввиду того что этот цемент является безусадочным или слабо расширяющимся лишь во влажной среде, а в сухих условиях обнаруживает усадку, нужно избегать его применения для тех сооружений, где, хотя бы временно, может создаться сухой режим.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент производят путем помола смеси высокоглиноземистого шлака (≤70%) и двухводного сернокислого кальция (гипсового камня) – ≥30%.
Начало схватывания - не ранее 10 минут и конец схватывания - не позднее 4 часов. Для замедления схватывания используют буру, уксусную кислоту, СДБ.
При погружении в воду ГГРЦ происходит линейное расширение цемента, составляющее не менее 0,1% через 1 час после затворения и не более 0,6% через 3 суток твердения.
На начальном этапе твердения цемента ГГРЦ скорость роста прочности выше, чем у ГЦ, однако на следующих этапах рост прочности такой же, как у ГЦ
первые 3-7 суток ГГРЦ должен расширяться в водной или сильно увлажненной среде. При твердении на воздухе цемент не только не расширяется, но даже дает усадку.
При комбинированном режиме твердения (первые 3 суток твердение поддерживается в водной среде, а в последующем твердение продолжается в воздушной среде) сначала происходит расширение, а затем усадка с незначительным остаточным расширением (~0,15%).
Тепловлажностная обработка изделий на основе ГГРЦ существенно ускоряет процесс твердения и уменьшает степень расширения. Растворы и бетоны на основе ГГРЦ обладают высокой атмосферостойкостью и морозостойкостью.
По экзотермии ГГРЦ ближе к портландцементу высокой марки, чем к глиноземистому цементу.
ГГРЦ устойчив в морской воде, пластовых сульфатных водах и растворах сульфата магния и натрия.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент предназначается для:
- изготовления безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов, бетонов и гидроизоляционных штукатурок; - для заделки стыков сборных бетонных и железобетонных конструкций;
- для омоноличивания и усиления конструкций, подливки фундаментов и заделки фундаментных болтов; - для зачеканки швов и раструбов водопроводных линий при рабочем давлении до 10 атм, создаваемом не ранее 24 ч с момента оконч зачеканки.
41. Смешанные цементы на основе шлаков: свойства и применение в строительстве
ШПЦ изготовляют так же, как и ППЦ, но в качестве активной минеральной добавки используют доменные гранулированные шлаки, содержание которых должно быть не менее 21% и не более 80% от массы цемента.
Доменные шлаки представляют собой продукт сплавления веществ, находящихся в пустой породе руды и топлива в основном в виде глины с флюсами (плавнями), которыми обычно являются известняк и доломит.
По химическому составу доменные шлаки в основном состоят из CaO, SiO2, Аl2О3 и MgO, суммарное содержание которых достигает 90-95%. При высокой температуре в доменной печи SiO2, Аl2О3 глинистых минералов взаимодействуют с CaO. При этом образуются малоосновные силикаты и алюминаты кальция.
структура и состав соединений в шлаках зависят не только от его химического состава, но и от условий охлаждения.
Медленно охлажденный шлаковый расплав успевает закристаллизоваться, и образующийся шлак представляет собой конгломерат различных устойчивых соединений в кристаллическом виде, сцементированных шлаковым стеклом.
При быстром охлаждении расплав не успевает закристаллизовываться и шлак образуется в стекловидном состоянии. В этом случае он имеет большую химическую активность. Поэтому для изготовления вяжущих веществ используют шлаки, которые получают быстрым охлаждением расплава водой. Такие шлаки имеют вид зерен (гранул) размером до 10 мм, отсюда их название — гранулированные.
Если основные шлаки измельчить и смешать с водой, то они схватываются и затвердевают, т. е. обладают самостоятельными вяжущими свойствами особенно в присутствии активизаторов (например, извести или гипса). Такие шлаки можно вводить в шлакопортландцемент до 50- 80%. Кислые шлаки не обладают самостоятельными вяжущими свойствами.
во избежание значительного снижения морозо- стойкости и водонепронцаемости бетонов дозировка кислых шлаков должна быть умеренной - не более 40%.
Шлакопортландцемент выпускают трех марок - 300, 400, 500.
Он имеет две разновидности: быстротвердеющий шлакопортландцемент и сульфатостойкий шлакопортландцемент .
Быстротвердеющий шлакопортландцемент
изготовляют из высококачественных клинкеров и активных гранулированных шлаков, размалывая их до 4000-5000 см2/г.
В 3 суток БШПЦ должен приобрести прочность при сжатии не менее 13,6 МПа, при изгибе — не менее 3,4 МПа.
сульфатостойкий шлакопортландцемент входит в группу сульфатостойких цементов. Повышенная сульфатостойкость этого цемента обеспечивается применением клинкера и гранулированного шлака, в которых Аl2О3 не более 8%.
Другие минеральные добавки, кроме шлака, не допускаются. При таком составе вяжущего в затвердевшем камне преобладают низкоосновные гидросиликаты и гидроалюминаты кальция и практически отсутствует свободный гидроксид кальция, что и способствует повышению сульфатостойкости шлакопортландцемента по сравнению с портландцементом.
усадка и набухание ШПЦ приблизительно такие, как и у портландцемента.
водопотребность ШПЦ существенно не отличается от водопотребности обычных портландцементов, но химически связывается воды меньше, чем при гидратации портландцемента. Это приводит к снижению плотности бетона на шлакопортландцементе и, как правило, морозостойкости по сравнению с бетоном на портландцементе.
42. Пуццолановые цементы, их свойства и применение в строительстве. ППЦ изготовляют путем совместного топкого помола клинкера, содержащего не более 8% С3А, необходимого количества гипса и активной минеральной добавки 20-40%, или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Содержание активных минеральных добавок устанавливают с учетом активности минеральной добавки и минерального состава клинкера. В соответствии с ГОСТ 22266-76 он отнесен к группе сульфатостойких цементов и выпускается М300 и M400. Свойства: Стойкость пуццоланового цемента при воздействии пресных, особенно мягких и сульфатных вод выше, чем портландцементов. В кислых и углекислых водах недостаточно стоийкий. Водопотребность ППЦ выше, чем у ПЦ, так как на смачивание развитой поверхности минеральных добавок требуется значительный объем воды (нормальная густота пуццоланового ПЦ 28-35%, а обычного портландцемента 22-26%). Вследствие повышенной водопотребности и, следовательно, пористости цементного камня бетоны на пуццолановом портландцементе менее морозостойки, чем на портландцементе. Бетоны на ППЦ характеризуются значительными деформациями усадки и набухания, что связано с повышенным содержанием в цементном камне гелевидных новообразований и развитой сетью мельчайших капилляров. При твердении в воздушно-сухих условиях бетон на пуццолановом портландцементе теряет прочность, что объясняется большой усадкой и «выветриванием» воды из гидратных соединений. Воздухостойкость шлакопортландцемента выше, чем ППЦ, но уступает портландцементу.Вследствие меньшего содержания клинкерной части в ППЦ себестоимость ниже, чем портландцементов той же марки.Пуццолановый ПЦ применяют для массивных бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений. Широко используют эти цементы в производстве сборных изделий с тепловлажностной обработкой (ТВО).
43. Глиноземистый цемент: сырье, производство, свойства и применение в строительстве.
Глиноземистый цемент — быстротвердеющее, нормально схватывающееся вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до сплавления (t =1500-1600° С) или спекания (t=1250° С) смеси бокситов и извести (известняка) с преобладанием в готовом продукте алюминатов кальция. Основным минералом глиноземистого цемента является однокальциевый алюминат СаО*Аl203. Для производства глиноземистого цемента способом спекания тонкоизмельченная и тщательно перемешанная сырьевая смесь боксита и известняка обжигается в шахтных или вращающихся печах. Этот цемент выпускается трех марок 400, 500 и 600. При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество теплоты.(376 кДж/кг). Это приводит к значительному повышению температуры камня и может быть полезным при ведении работ в зимнее. Однако сильное повышение температуры в бетонных массивах вызывает трещинообразование. Плотность глиноземистого цемента 3100—3300 кг/м3, насыпная объемная масса в рыхлом состоянии 1000—1300 кг/м3. Бетоны на глиноземистом цементе водостойки, воздухостойки, морозостойки. Применяется глиноземистый цемент при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании. Высокая жаростойкость глиноземистого цемента, позволяет изготавливать бетоны, успешно работающие при t до 1700°С. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает однокальциевый алюминат (20- 30%), определяющий основные свойства вяжущего: СаО• Аl2О3 (СА) Кроме того, в нем присутствуют алюминаты СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S
44. Гидравлическая известь: сырье, производство, свойства, отличие гидравлической извести от воздушной.
Гидравлической известью называют продукт, получаемый обжигом не до спекания (900-1100С)мергелистых известняков, содержащих 6-25% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Свойства : Плотность: 2,6-3 г/см3 Сроки схватывания: начало схватывания – 0,5-2 ч, конец схватывания – 8-16 ч. Прочность: растворы состава 1:3 на вольском песке в возрасте 28 суток > 5 МПа (сильногидравлическая); > 1,7 МПа (слабогидравлическая). Особенности: низкая морозостойкость и воздухостойкость по сравнению с портландцементом Гидравлическая известь, в отличие от воздушной, характеризуется большей прочностью при меньшей пластичности. В отличие от воздушной, гидравлическая известь сохраняет прочность в воде, и материалы на ее основе могут применяться в условиях повышенной влажности (при этом необходимо обеспечить начальное твердение в воздушно-сухой среде)
чительное влияние на механические
45. Общие понятия о металлах. Классификации металлов.
Металлы, простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны, пластичностью.
Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение.
Классификация металлов и сплавов: черные и цветные
Черные: сталь и чугун
Сталь: углеродистая нелегированная(низкоуглеродистая с<0,25%, среднеуглеродистая с=0,25-0,6, высокоуглеродистая), легированная(низколегированная <2,5%, среднелегированная 2,5-10%, высоколегированная)
Чугун: легированный, феррасплав, обыкновенный нелегированный(белый(предельный), серый литейный, ковкий
Цветные: редкие(титан, вольфрам, малибден, цирканий), легкие, тяжелые, благородные(золото, платина, серебро)
Легкие: мягний, алюминий(сплавы: дюралюминий, силумин)
Тяжелые: олово, цинк, медь(сплавы:бронза,латунь), ртуть, свинец
46. Кристаллизация металлов, типы структур, дефекты кристаллов.
Металлы, простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, пластичностью. Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. Сплавы – это макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более элементов (металлов, реже - металлов и неметаллов) с характерными металлическими свойствами. Металлы обладают рядом ценных для строительства свойств: большая прочность, пластичность, свариваемость, способность упрочняться при термомеханических и химических воздействиях. Этим обуславливается их широкое применение в строительстве. В чистом виде металлы применяются редко, они используются в виде сплавов. Железо и его сплавы (сталь С<=2,14%; чугун С>2,14%) называются черными металлами, остальные (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn и др.) и их сплавы называются цветными. Наибольшее применение в строительстве имеют черные металлы, их стоимость ниже цветных, но цветные металлы более прочны, пластичны, стойки против коррозии. Сырьем для получения черных металлов служат руды железа: магнетит(FeFe2O4), гематит(Fe2O3), хромит(FeCr 2O4). Для производства цветных металлов используются бокситы, руды меди, цинка и др. Процесс восстановления руды выражается уравнением: Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 Сталь выплавляют в основном в трех агрегатах: 1)Конвекторах 2)Мартеновских печах 3)Электрических печах. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна в конвекторе выгорают кремний, марганец, углерод и частично железо. В мартеновском процессе (в отличие от конвертерных) тепла, выделяющегося в результате химическихреакций окисления примесей, недостаточно для плавки. Поэтому в печь дополнительно подаётся тепло, получаемое в результате сжигания топлива. Для выплавки стали используют электрические печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Металлы и сплавы в твердом состоянии – кристаллические тела. Атомы в них расположены закономерно в узлах кристаллической решетки и колеблются с частотой порядка 1013Гц. Связь электростатическая, обусловленная силами притяжения и отталкивания между положительно заряженными ионами и электронами проводимости. Большинство металлов имеет пространственные решетки в виде простых геометрических фигур. Взаимное расположение зерен отдельных элементов и сплавов определяет структуру металлов и их свойства. Кристаллическая решетка металлов и сплавов далека от идеального строения. В ней имеются дефекты – вакансии и дислокации. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей и продолжается при их росте. В зависимости от условий кристаллизации образуются кристаллы разных размеров неправильной формы. Стали являются многокомпонентными сплавами. Кроме основы – железа (от 97,0 до 99,5% Fe) и углерода (до 2,14%), имеются ряд примесей: Mn, Si, S, P, O, N, H и др. Наличие Mn, Si обусловлено технологическими особенностями производства. Наличие P, S, O, N, H обусловлено невозможностью полного удаления их из металла при выплавке. Случайные примеси Ni, Cr, Cu и др. – попадают из легированного металлического лома.Влияние углерода на свойства сталиОтносительное удлинение, по мереувеличения углерода непрерывно снижаются. Твердость линейно повышается с увеличением углерода, предел прочности до 0,8-0,9% С растёт линейно, при дальнейшем увеличении углерода снижается предел прочности. Ударная вязкость по мере увеличения содержания углерода до 0,6% резко снижается Влияние кремния и марганца.Кремний и марганец раскисляют сталь, т.е. соединяясь скислородом закиси железа FeO, в виде окислов переходят вшлак:2FeO + Si = 2Fe + SiO; FeO + Mn = Fe + MnO.Удаляя О2– Siи Mnповышают плотность металла. Si– сильно повышает предел текучести, снижает пластичность. Mn– заметно повышает прочность, не снижая пластичности. Влияние серыСера (S) является вредной примесью. Попадает в сталь из чугуна(из золы и руды).Содержание серы:S – 0,035-0,06%.Выводят серу из стали с помощью марганца. Марганец образует соединение MnS: FeS + Mn → MnS + Fe. Сера и её соединения при комнатных и пониженных температурах способствует снижению ударной вязкости стали. Также сера снижает пластичность. Влияние фосфора(Р) является вредной примесью. Содержится в пределах0,025–0,045% . Попадает в сталь в процессе производства из руды, топлива. Растворяясь в железе, фосфор сильно искажает решетку и увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшаетпластичность и вязкость. Фосфор – усиливает ковалентную (хрупкую) связь и ослабляет металлическую. С понижением температуры хрупкость металла увеличивается, облегчает обрабатываемость стали режущим инструментом. Влияние азота, кислорода и водорода Кислород (О2): образует неметаллические включения оксиды –FeO, MnO, Al2O3, SiO2.Азот (N2): образует нитриды – Fe4N, Fe2N, AlN.Кислород и азот в свободном виде располагаются в трещинах и др. Эти включения значительно уменьшают ударнуювязкость, повышают порог хладноломкости и уменьшаютпластичность, при этом повышается прочность стали.Водород (Н2): при затвердевании часть водорода в атомарномсостоянии остаётся в стали, способствуя сильномуохрупчиванию стали. Примеси цветных металлов Примеси: Cu, Pb, Zn, Sb, Snи др. попадают в сталь в процессе переплавки лома. Их содержание невелико и оказывают незначительное влияние на механические
47. Сортамент, классификации и маркировка чугунов и сталей.
влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства сталей
Стали (углеродистые) являются многокомпонентными сплавами. Кроме основы – железа (от 97,0 до 99,5% Fe) и углерода (до 2,14%), имеются ряд примесей: Mn, Si, S, P, O, N, H и др.
Наличие Mn, Si обусловлено технологическими особенностями производства (попадают в сталь в процессе раскисления).
Наличие P, S, O, N, H обусловлено невозможностью полного удаления их из металла при выплавке.
Случайные примеси Ni, Cr, Cu и др. – попадают из легированного металлического лома.
Влияние углерода на свойства стали Относительное удлинение (δ, %), относительное сужение (ψ, %) по мере увеличения углерода непрерывно снижаются.
Твердость (НВ) линейно повышается с увеличением углерода
Предел прочности (σВ) до 0,8-0,9% С растёт линейно, при дальнейшем увеличении углерода снижается предел прочности.
Ударная вязкость (а1) по мере увеличения содержания углерода до 0,6% резко снижается
влияние кремния и марганца Кремний и марганец раскисляют сталь, т.е. соединяясь с кислородом закиси железа FeO, в виде окислов переходят в шлак: 2FeO + Si = 2Fe + SiO; FeO + Mn = Fe + MnO.
Частично Si u Mn остаются в стали: Si – 0,35 – 0,4%; Mn – 0,5 – 0,8%.
Удаляя О2 – Si и Mn повышают плотность металла.
Si – сильно повышает предел текучести, снижает пластичность (стали с высоким содержанием Si не годятся к глубокой, холодной вытяжке). Поэтому стали предназначенные для холодной штамповки и холодной высадки должны содержать минимальное количество Si. Mn – заметно повышает прочность σв, σт, практически не снижая пластичности. Резко уменьшает красноломкость стали.
влияние серы
Сера (S) является вредной примесью. Попадает в сталь из чугуна (из золы и руды).
Содержание серы: S – 0,035-0,06% (0,018% S – качественная сталь). Сера образует с железом соединение FeS. Это соединение образуют с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления – Тпл = 988 ̊С (что сопровождается красноломкостью).
Выводят серу из стали с помощью марганца. Марганец образует соединение MnS с высокой температурой плавления Тпл = 1620 ̊С: FeS+Mn→MnS+Fe.
Сера и её соединения при комнатных и пониженных температурах способствует снижению ударной вязкости стали. Также сера снижает пластичность – δ, ψ%. Сернистые включения ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость. Сера облегчает обрабатываемость резанием.
влияние фосфора
Фосфор (Р) является вредной примесью. Содержится в пределах 0,025–0,045% . Попадает в сталь в процессе производства из руды, топлива, флюсов.
Растворяясь в железе, фосфор сильно искажает решетку и увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает пластичность и вязкость.
Фосфор обладает большой склонностью к неоднородности распределения: он скапливается в серединных слоях слитка, по границам зёрен, сильно снижая ударную вязкость.
Фосфор (Р) – усиливает ковалентную (хрупкую) связь и ослабляет металлическую. С понижением температуры хрупкость металла увеличивается (хладноломкость). Фосфор облегчает обрабатываемость стали режущим инструментом. Совместное присутствие в стали фосфора и меди (Р + Сu) – повышает сопротивление коррозии.
влияние азота, кислорода и водорода
Кислород (О2): образует неметаллические включения оксиды – FeO, MnO, Al2O3, SiO2.
Азот (N2): образует нитриды – Fe4N, Fe2N, AlN.
Кислород и азот в свободном виде располагаются в раковинах, трещинах и др. Эти включения значительно уменьшают ударную вязкость, повышают порог хладноломкости и уменьшают пластичность, при этом повышается прочность стали.
Водород (Н2): при затвердевании часть водорода в атомарном состоянии остаётся в стали, способствуя сильному охрупчиванию стали.
примеси цветных металлов
Примеси: Cu, Pb, Zn, Sb, Sn и др. попадают в сталь в процессе переплавки бытового и машиностроительного лома. Их содержание невелико – сотые и тысячные доли процента (кроме меди – Cu ≈ 0,1 – 0,2%).
Эти примеси оказывают незначительное влияние на механические свойства. При точных исследованиях выявлено, что они повышают порог хладноломкости.
Например, каждая 0,01% примеси повышает порог хладноломкости на следующую величину: O2 – +15 ̊C; N2 – + 10 ̊C; C – +2 ̊C; P – +7 ̊C; Cu – +1 ̊C; Sn – +30 ̊C; Zn – +30 ̊C; Sb – +20 ̊C).
Стали классифицируют по способу производства, назначению, качеству, химическому составу, характеру застывания в изложницах и строению получающегося слитка.
По способу производства: мартеновская, конвертерная, электросталь, электрошлакового переплава и полученная другими способами.
По назначению : а) конструкционная сталь, которую применяют при
изготовлении различных металлоконструкций (для строительства зданий, мостов, различных машин и т.п.). Конструкционные стали могут быть как простыми углеродистыми, так и легированными. Легированная сталь несколько дороже углеродистой, но так как она обладает значительно лучшими механическими свойствами, то расход ее на изготовление тех или иных конструкций значительно ниже, чем углеродистой;
б) топочная и котельная сталь – низкоуглеродистая сталь, применяемая для изготовления паровых котлов и топок. Эта сталь должна иметь хорошие пластические свойства в холодном состоянии, хорошо свариваться, не должна иметь склонности к старению;
в) сталь для железнодорожного транспорта – рельсовая сталь, осевая сталь, сталь для бандажей железнодорожных колес. Это среднеуглеродистая сталь, к ней предъявляются высокие требования при механических испытаниях, например на усталость, при проверке сплошности структуры металла;
г) подшипниковая сталь служит материалом для изготовления шариковых и роликовых подшипников. К этой стали, содержащей около 1% С и 1,5% Cr, предъявляют очень высокие требования по содержанию неметаллических включений;
д) инструментальная сталь применяется для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования. Она содержит обычно значительное количество углерода, а также в ряде марок – значительное количество легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена и других.
Кроме указанных, имеется еще ряд групп сталей, назначение которых видно из самого их названия:
рессорнопружинные, электротехнические, трансформаторные, динамные, нержавеющие, орудийные, снарядные, броневые, трубные стали и другие.
По качеству: - сталь обыкновенного качества (содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора);
- качественная (до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно);
- высококачественная (до 0.025% серы и фосфора);
- особовысококачественная (до 0,025% фосфора и до 0,015% серы)
По химическому составу различают стали: - Углеродистые (малоуглеродистыми - С менее 0,25%; среднеуглеродистые – С=0,25-0,60%; высокоуглеродистые – с более 0,60%)
-Легированные (низколегированные - до 2,5%; среднелегированные - от 2,5 до 10% легирующих элементов;
высоколегированные - свыше 10% легирующих элементов.)
по характеру застывания стали в изложницах различают: - спокойные (т. е.,полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются)
- кипящие (слабо раскисленные; маркируются буквами "кп")
- полуспокойные стали (занимающие промежуточное положение междудвумя предыдущими; обозначаются буквами "пс").
Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы: • сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора); • сталь группы Б - по химическому составу;
сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.
Маркировка: Стали обыкновенного качества обозначают буквами "Ст" и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств.
Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер.
Буква "Г" после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали.
Перед маркой указывают группу стали, причем группа "А" в обозначении марки стали не ставится.
Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.
стали 1-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам (предел текучести (ут, МПа), временное сопротивление (ув, МПа), относительное удлинение).
Стали 2-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам и химическому составу.
Стали 3-й категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при +200С.
Стали 4-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при -200С.
Стали 5-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу, ударной вязкости при -200С и после старения.
области применения сталей обыкновенного качества:
Ст0 – ограждения, перила, кожухи, обшивка (т.е. детали неответственные).
Ст1 – детали с высокой вязкостью и низкой твердостью (анкерные (фундаментные) болты, связывающие обшивки).
Ст2 – неответственные детали требующие высокой пластичности или глубокой вытяжки.
Ст3 – несущие элементы сварных и не сварных конструкций или деталей; фасонные швеллеры для рамы тракторов, обода колес автомобилей, фасонные профили для с/х машиностроения; арматура гладкого профиля для армирования ж/б конструкций.
Ст5 – болты, гайки, тяги, трубные решетки, клинья, рычаги, упоры, штыри, стержни, пальцы.
Ст6 – бабы молотов (ударная часть), шпиндели (вращающая часть на станке), ломы строительные.
От Ст0 до Ст6 – балки двутавровые, швеллеры, угловая сталь.
качественные стали маркируют следующим образом:
1) в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;
а) в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;
05кп – сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;
60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;
б) в десятых долях процента для индустриальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой "У":
У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);
У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;
2)легирующие элементы, входящие в состав стали,
обозначают русскими буквами: А – азот, К – кобальт, Т – титан, Б – ниобий, М – молибден, Ф- ванадий, В – вольфрам, Н – никель, Х – хром, Г – марганец, П – фосфор, Ц – цирконий, Д – медь, Р – бор, Ю – алюминий, Е – селен, С – кремний, Ч – редкоземельные металлы
если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах.
Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).
высококачественные и особовысококачественные стали
Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной - через тире букву "Ш".
отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.
Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:
ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.
Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой "Р", следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:
Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобольта.
автоматные стали обозначают буквой "А" и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:
А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают: Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава.
Чугуны подразделяют на: 1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита; 2) высокопрочные - шаровидный графит; 3) ковкие - хлопьевидный графит.
маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).
СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун:
С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТ 1585-79. Классу арматурной стали соответствуют диаметр профиля в мм и марка стали:
А-I(A240) – 6-40 – Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп
A-II(A300) – 10-40, 40-80 – Ст5сп, Ст5пс, 18Г2С
Ac-II(Ac300) – 10-32(36-40) -10ГТ
A-III(A400) – 6-40, 6-22 – 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс
A-IV(A600) – 10-18,(6-8),10-32,(36-40) – 80С,20ХГ2Ц
A-V(A800) – (6-8),10-32,(36-40) – 23Х2Г2Т
A-VI(A1000) – 10-22 – 22Х2Г2АЮ,22Х2Г2Р,20Х2Г2СР
К индексу добавляется “т”–для термически упрочненной арматурной стали, “в”–для упрочненной вытяжкоий
В целях получения более высоких или специально заданных свойств изделия из металлов и сплавов подвергают термической обработке. Такая обработка заключается в изменении структуры сплава путем его предварительного нагрева до заранее определенных температур, некоторой выдержке при этих температурах и последующего охлаждения по заданному режиму. Шире всего применяют отжиг, нормализацию, закалку и отпуск стали. Отжиг стали производят в тех случаях, когда необходимо уменьшить твердость, повысить пластичность и вязкость, улучшить обрабатываемость. Отжиг стали производят путем нагрева ее до температуры выше верхних критических точек на 20...50 СС выдержки при такой температуре до полного прогрева слитка с последующим очень медленным охлаждением. Нормализация заключается в нагреве стали на ЗО...5О°С выше критических точек, непродолжительной выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе. Нормализацию стали применяют в тех случаях, когда необходимо получить мелкозернистую однородную структуру с более высоким твердостью и прочностью, но с несколько меньшей пластичностью, чем после отжига. Закалка стали заключается в нагреве ее до температуры образования аустенита, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. Закалке подвергают готовые изделия с целью повышения твердости, и прочности. Изделия, от которых требуются высокое сопротивление истиранию и повышенная вязкость, подвергают поверхностной закалке; При поверхностной закалке повышаются твердость и износостойкость только поверхностных слоев изделия. Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критических точек, выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности. Химико-термическая обработка стали заключается в изменении химического состава стали на поверхности изделия и последующем проведении термообработки. Цель ее — упрочнение поверхностных слоев стали (повышение твердости, усталостной прочности, износостойкости), изменение физико-химических и других свойств (коррозионных, фракционных). От поверхностной закалки данный вид обработки отличается тем, что предварительно производят насыщение поверхности обрабатываемых изделий различными элементами (С, N, Al, Si, Cr и др.). Цементация — поверхностное насыщение малоуглеродистой стали (С<0,3 %) углеродом с последующими закалкой и отпуском с целью получения детали с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной. Цементацию можно проводить в твердой, жидкой или газообразной среде. При закалке сердцевина цементированных изделий будет мягкой и вязкой, а поверхностный слой — твердым и прочным. Азотирование — процесс поверхностного насыщения стали азотом путем выдержки стали, нагретой до 500...650°С, в атмосфере аммиака NH3. Азотирование стали значительно повышает ее поверхностную твердость увеличивает износоустойчивость и предел усталости стали, повышает сопротивление коррозии. Цианирование -одновременное насыщение поверхности стального изделия азотом и углеродом, производится для повышения твердости, износоустойчивости и усталостной прочности деталей. Диффузионная металлизация — процесс поверхностного насыщения стали алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами. Его осуществляют путем нагрева и выдержки стальных изделий в контакте с одним или несколькими из элементов. Такая обработка изделия придает поверхностным слоям стали жаростойкость, износоустойчивость, сопротивление коррозии.
50.Особенности поведения металлов при их деформировании. Обработка металлов давлением.
Качество металлов и изделий из них оценивают по результатам механических, химических, технологических испытаний и наружного осмотра. Испытание на растяжение.Изготовливают стандартные образцы с установленной расчетной длиной, диаметром образца, площадью поперечного сечения. Испытания проводят на специальной машине путем осевого растяжения образца до разрыва, с автоматической записью диаграммы зависимости деформации от нагрузки. Испытание на изгиб. Испытание на изгиб в холодном или нагретом состоянии проводится для определения способности листового металла принимать заданный по размерам и форме изгиб. Образцы для испытания вырезают из листа без обработки поверхностного слоя и подвергают пробе на изгиб. Испытание на удар.Так определяют способность работы металла в условиях динамических нагрузок или хрупкость. Чем пластичнее металл, тем лучше он переносит ударные нагрузки. Испытание на удар производят на специальных маятниковых копрах с применением стандартных образцов с надрезом. Ковка—обработка металла давлением, при котором инструмент оказывает многократное прерывистое воздействие на заготовку, в результате чего она, деформируясь, приобретает заданную форму. По способу обработки ковка бывает горячейи холодной. Температура ковки зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла. Идеальный материал для ковки — мягкая сталь, которая в разогретом состоянии практически течет. Холодная ковка требует от металла высокой степени ковкости— определенной степени вязкости, пластичностии текучести. В современных условиях холодная ковкаприменяется главным образом в ювелирном деле — дляобработки золота, серебра, меди и платины.Неотъемлемая часть холодной ковки — гнутье. Прутья,декоративные элементы, вырезанныевручную или машинным способом, гнут, придавая имнеобходимую форму, после чего все детали спаивают междусобой. В настоящее время таким образом собираются заборы,ворота, балконные и лестничные ограждения и т. д.Еще одна из разновидностей холодной ковки — штамповка, тоесть обработка металлов давлением на прессах с помощьюформообразующего приспособления.
51. Коррозия металлов и защита от коррозии.
Диффузионная металлизация — процесс поверхностного насыщения стали алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами. Его осуществляют путем нагрева и выдержки стальных изделий в контакте с одним или несколькими из э Азотирование — процесс поверхностного насыщения стали азотом путем выдержки стали, нагретой до 500...650°С, в атмосфере аммиака NH3. Азотирование стали значительно повышает ее поверхностную твердость увеличивает износоустойчивость и предел усталости стали, повышает сопротивление коррозии. элементов.