Конспект лекцій з предмету Будівельні матеріали спеціальності Мости і транспортні тунелі

Архітектура

Конспект лекцій з предмету «Будівельні матеріали» спеціальності «Мости та транспортні тунелі»

Основні властивості будівельних матеріалів

Всі властивості будівельних матеріалів можна розділити на 4 групи:

1. Фізичні властивості

2. Механічні властивості

3. Хімічні властивості

4. Технологічні властивості

Фізичні властивості:

1. Справжня щільність матеріалу (?) - Це маса одиниці об'єму у абсолютно щільному стані без пор і порожнеч

? =

Вимірюється в г/см3, кг/м3

Для твердих матеріалів? визначається пікнометріческім способом.

Для рідких матеріалів? визначається за допомогою ареометра

2. Середня щільність (?) - Це маса одиниці об'єму в природному стані, з порами і порожнечами

? =

Вимірюється в г/см3, кг/м3

3. Пористість (П) - це ступінь заповнення матеріалу порами.

П =

4. Водопоглинання-це здатність матеріалу вбирати і утримувати в собі вологу.

. Водопоглинання за масою: mнас-mсух

Вм =---------------------* 100% mсух

. Водопоглинання за обсягом: mнас-mсух

Під =---------------------* 100%

5. Морозостійкість-це здатність матеріалу в насиченому водою стані витримувати поперемінне заморожування і відтавання без значної втрати міцності і маси.

Вимірюється в циклах.

Втрата міцності при випробуванні на морозостійкість не повинна перевищувати

15-20%, втрата маси-5%

6. Теплопровідність-це здатність матеріалу передавати тепло через свою товщу.

? - Коефіцієнт теплопровідності, залежить від пористості.

Вимірюється у Вт/м * оС

? Повітря = 0,002 Вт/м * оС

? бетону = 0,6-0,8 Вт/м * оС

7. Теплоємність-це здатність матеріалу поглинати і утримувати в собі тепло.

С-коефіцієнт теплоємності

Вимірюється в кДж/кг * оС

8. Вогнетривкість-це здатність матеріалу не руйнуватися під дією високих температур.

Діляться на 3 групи:

. Вогнетривкі матеріали, витримують температуру понад 1580 оС

. Тугоплавкі матеріали, витримують температуру від 1350 оС до

1580 оС

. Легкоплавкі матеріали, витримують температуру до 1350 оС

9. Вогнестійкість-це здатність матеріалу не загоряється.

Діляться на 3 групи:

. Горючих матеріали (дерево, бітум)

. Вогнестійкими матеріали (мінеральна вата)

. Вогнетривкі матеріали (бетон)

Механічні властивості:

1. Міцність-це здатність матеріалу не руйнуватися під вплив внутрішніх напружень, що виникають при накладенні навантаження або зміні температури.

Характеризується межами міцності (R)

вимірюються в МПа, кгс/см2

Rсж =-------

, де P-руйнівне навантаження, F-площа

Вигин:

3Pl

Rізг =---------

2bh2

2. Пружність-це здатність матеріалу відновлювати свою форму і розміри після зняття навантаження.

3. Пластичність-це здатність матеріалу змінювати свою форму після зняття навантаження

4. Твердість-це здатність матеріалу пручатися проникненню в нього іншого матеріалу.

Для кам'яних матеріалів твердість визначається за шкалою Мосса

(визначення проводиться шляхом нанесення подряпини будь-яким кам'яним матеріалом на визначеному матеріалі, за відсутності подряпини випробуваний матеріал твердіше). Шкала складається з 10 найменувань твердих кам'яних матеріалів. Самий твердий матеріал в шкалі-алмаз, найбільш м'який-тальк.

Для металів твердість визначається шляхом вдавлення сталевої кульки в метал (твердість за Брюнеля)

5. Стираність

Вимірюється в г/см2

6. Крихкість-визначається за допомогою Хопром.

Коефіцієнти:

1. ККК-коефіцієнт конструктивної якості

Rсух СЖ

ККК =-------------

2. Км-коефіцієнт морозостійкості

Під

Км =-----------

Якщо Км> 0.85, значить, матеріал морозостійкий

3. Кразм-коефіцієнт розм'якшення

Rнас

Кразм =----------

Rсух
Хімічні властивості:

характеризують здатність матеріалу не руйнуватися під впливом кислот,лугів, розчинів солей, агресивних газів.

Технологічні властивості:

характеризують здатність матеріалу оброблятися.

Гірські породи.

Гірська порода-це мінеральна маса, що складається з одного або декількохмінералів.
Мінерал-це природне тіло з окремими фізичними та хімічнимивластивостями.

Класифікація гірських порід:

Виверження магматичних порід утворюються в результаті швидкогоохолодження магми і мають напівкристалічних будову. Відрізняються високоюміцністю, щільністю. Застосовуються для облицювальних робіт, при кам'яномулиття.

уламкові магматичні породи утворюються під час виверження вулканів ішвидкого охолодження. Мають пористу структуру. Невелика щільність іміцність.

Глибинні гірські породи утворюються на великій глибині з поступовимостиганням магми. Чи мають кристалічну будову.

Хімічні осадові гірські породи утворюються в результаті нашарування другна одного віджилих мікроорганізмів.

Механічні осадові гірські породи утворюються в результаті вивітрювання.

Метаморфічні гірські породи утворюються з магматичних та осадовихгірських порід у процесі їх перекристалізації без плавлення.

Мінеральні в'язкі речовини (неорганічні).

Мінеральні в'язкі речовини-це тонко подрібнені порошки, які призмішування з водою утворюють пластичне тісто, а з часом переходять вкам'яноподібний стан.

Класифікація мінеральних в'яжучих речовин.

Повітряні в'яжучі речовини.

Здатні твердіти, набирати і зберігати свою міцність лише на повітрі.

Гідравлічні в'яжучі речовини.

Здатні твердіти, набирати і зберігати свою міцність як на повітрі, та іу воді.

Автоклавного твердіння в'яжучі речовини.

Це в'язкі речовини, які переходять в твердий стан і зберігаютьсвою міцність в умовах підвищених температури і тиску.

Повітряні в'яжучі речовини.

Гіпсові в'яжучі речовини.

Бувають нізкообжіговие і високообжіговие.

Нізкообжіговие.

Звичайний будівельний гіпс (алебастр), формувальний гіпс, медичнийгіпс, високоміцний гіпс.
Сировина-гіпсовий камінь.

130-180 oC
CaSO4 * 2H2O -----------------> CaSO4 * 0.5H2O + 1.5H2O

в'язка речовина

Високообжіговие.

ангідридні в'язка речовина, екстрім-гіпс.

800 oC
CaSO4 * 2H2O -----------------> CaSO4 + 2H2O

ангідридні в'язка речовина.

Початок схоплювання не раніше 30 хвилин, кінець схоплювання не пізніше 24годин.
Марки: М-50, М-100, М-150, М-200.
Ангідридні в'язка речовина зачиняють не водою, а розчинами сульфатнихсолей, зокрема розчином MgSO4.

Екстрім-гіпс.

> 1000 oC
CaSO4 -----------------> CaO + SO3
Екстрім-гіпс можна зачинити водою, тому що CaO-каталізатор твердіння.

Гіпсові в'язкі речовини застосовують для приготування розчинів і бетонів,шпаклювальних сухих сумішей, гіпсокартонних та гипсоволоконних листів,акустичних плиток і т.д.

Повітряна вапно.

Повітряна вапно-це продукт, який одержують випалюванням нижче температуриспікання вапняно-карбонатної порід, крейди, кальциту, вапняку -черепашнику і т.д.

Класифікація повітряного вапна:

1. За зовнішнім виглядом:

. Будівельне негашене

. Мелені негашене

. Вапно-Пушенко

. Вапнякове тісто (вапно-Пушенко з водою)

. Вапнякове молоко

2. У залежності від вмісту CaO вапно поділяється на сорти:

1 сорт-> 90%

2 сорт-> 80%

3 сорт-> 70%

3. В залежності від температури гасіння розрізняють високоекзотерміческую

(температура гасіння більше 70 оС) і нізкоекзотерміческую (температура гасіння менше 70 оС) повітряні вапна.

4. Залежно від швидкості гасіння вапна розрізняють:

. Бистрогасящуюся (час гасіння менше 6 хвилин)

. Среднегасящуюся (час гасіння від 6 хвилин до 20 хвилин)

. Медленногасящуюся (час гасіння більше 20 хвилин)

Процес гасіння вапна:

1) CaO + H2O ------> Ca (OH) 2 + Q ^

2) Ca (OH) 2 + CO2 -----> CaCO3 + H2O

Виробництво вапна.

Складається з стадій:
1. Видобуток сировини
2. Підготовка сировини (дроблення, Расс за фракціями)
3. Випалення

Застосування вапна.

1. Виготовлення вапняних розчинів і бетонів
2. Виготовлення силікатної цегли і силікатних бетонів
3. Забарвлення матеріал (побілка стін, стель)

магнезіальні в'яжучі речовини.

Сировина-MgCO3 (магнезит), MgCO3 * CaCO3

800 oC

1) MgCO3 ----------> MgO + CO2

2) MgCO3 * CaCO3 -------> MgO + CO2 + CaCO3 у вигляді баласту
Магнезіальні в'язкі речовини зачиняють не водою, а розчинамимагнезіальних солей.

Застосування:
1. Наливна підлога
2. Матеріали стінові кам'яні блоки

Кислототривкий цемент.

Складається з трьох компонентів:

1. кислототривкий наповнювач (тонкоізмолотий кварц, граніт)

2. рідке скло (натрієве Na2O * nSiO2 або калієве K2O * mSiO2, де n = 2-3, m = 1.5-2)

3. інтенсифікаторами твердіння (кремнефтористого натрій, 6-8% від маси рідкого скла)

Гідравлічні в'яжучі речовини.

Портланд-цемент.

Винайдений в 1824 році англійським каменярем.

Портланд-цемент-це гідравлічне в'язка речовина, що отримується тонкимпомолом портланд-цементного клінкеру з невеликою кількістю гіпсу.
Портланд-цементний клінкер-це зерна сірого або зеленого кольору, діаметромвід 5 до 30 мм, одержувані випаленням сировинної суміші, що складається з вапняківі глини (75% CaCO3, 25% глини)

Гіпс у кількості до 5% додають до клінкеру для регулювання термінівсхоплювання.

Хімічний та мінералогічний склад портланд-цементу:

CaO - 57-63% вапняк
SiO2 - 25-30% складова глини
Al2O3 - 4-10% складова глини
Fe2O3 - 4-8% складова глини

Мінерали:

3CaO * SiO2 або C3S - Аліто (45-60%)
2CaO * SiO2 або C2S - двукальціевий силікат (білить, 20-30%)
3CaO * Al2O3 або C3A - трехкальциевого силікат (4-10%)
4CaO * Al2O3 * Fe2O3 або C4AF - 10-20%

, де R-міцність, t-час.
Процес виробництва портланд-цементу:

1. Видобуток вапняку і глини

2. Приготування сировинної суміші (дроблення, помел, коректування складу сировини)

3. Випалення

4. Помол клінкеру спільно з гіпсом

5. Магазінірованіе

Залежно від способу підготовки сировини існує три способивиробництва цементу:

1. Сухий

2. Мокрий

3. Комбінований

Сухий спосіб виробництва портланд-цементу.

Вапняк і глина подрібнюються при вологості 2-4%. Подрібнення проводиться вкульових дробарки (кульових млинах).

Мокрий спосіб.

Вапняк і глину подрібнюють в мокрому стані при вологості 50-60%

Комбінований спосіб.

Сировинні компоненти подрібнюються в мокрому стані, а перед випалюваннямвисушуються.

Випалення сировинної суміші.

Здійснюється у обертових печах довжиною 70-240 метрів і діаметром 3-4метра.

Стадії твердіння.

1. Розчинення компонентів цементу у воді

2. Освіта пересичені розчину або гелю

3. Кристалізація

При твердінні цементу утворюються:

. Гідросилікатів

. Гідроаллюмінати

. Гідроферріти кальцію

. Гідроксид кальцію

Різновиди портланд-цементу.

1. Быстротвердеющий пртланд-цемент (БТЦ, ОБТЦ)

Відмінності від звичайного цементу:

. Підвищений вміст C3S (> 60%)

. Підвищена тонкість помолу

. Підвищена питома поверхня S = 3500 см2/г (у звичайного

S = 2500 см2/г)

Має нормовану міцність на третю добу.

2. Пластифікований портланд-цемент.

Має зниженою водопотребность за рахунок введення невеликої кількості (до 3%) пластифікуючих добавок.

Добавки:

. ССБ-сульфітно-спиртова барда

. АДБ-сульфітно-дріжджова бражка

. ЛСТ-лігніт-сульфанат технічний

. Продукти переробки деревини на ЦПК

3. Гідрофобний портланд-цемент

Гідрофобні добавки:

. Асидолу

. Милонавт

. Олеїнової кислоти

4. Томпонажний портланд-цемент

Для гідроізоляції нафтових і газових свердловин.

5. Білий і кольорові портланд-цементи.

Білий цемент отримують шляхом випалу беложгущіхся глин.

Ділиться на три сорти по білизні:

. Білий

. Менш білий

. Ще менш білий

На основі білих цементів можна отримати кольорові шляхом введення лугостійких пігментів.

Кольорові цементи використовуються для виготовлення підлог.

6. Пуцоланові портланд-цемент.

Містить до 60% активних мінеральних добавок (АМД).

Активні мінеральні добавки пов'язують гідрат окису кальцію в нерозчинні сполуки.

Такий цемент краще працює під водою, ніж на повітрі.

7. Шлак-портланд-цемент.

Містить до 40% тонкомолоті доменного гранульованого шлаку.

8. Розширюється портланд-цемент.

9. Напружуємо портланд-цемент.

10. Безусадочний портланд-цемент

Корозія цементу.

У процесі експлуатації цементний камінь може досить швидко руйнуватися під впливом розчинів кислот, солей, агресивних газів і інших активно-що впливають хімічна з'єднань.

Види корозії:

1. Руйнування відбувається за рахунок вимивання складових цементу, в основному гідроксиду кальцію, м'якими водами.

2. Руйнування цементу під впливом розчинів кислот і солей з утворенням легко розчинних сполук.

3. Утворюються з'єднання, кінцевий обсяг яких у кілька разів перевищує сумарний обсяг вихідних компонентів.

При корозії третього виду треба використовувати сульфатостійкий портланд -цемент.

Органічні в'язкі речовини.

Органічні в'язкі речовини-це суміші високомолекулярних вуглеводнів іїх неметалевих похідних.
До органічним в'яжучим речовин відносяться бітуми і дьогтю.

Бітуми бувають природні і штучні.
Дьогті-тільки штучні.

Органічні в'язкі речовини при нагріванні розм'якшуються, при охолодженнітверднуть.
Для них характерні такі властивості:

. Нерозчинні у воді і водонепроникність

. Атмосферна стійкість.

. Гарне зчеплення з поверхнею кам'яних матеріалів

. Кислото-і лугостійкість

. Розчинність в бензолі, хлорофілу, четирехфторістом вуглець.

Хімічний склад органічних в'яжучих речовин:

. Вуглець 80%

. Водень 10%

. Кисень 5%

. Азот 3%

. Сірка 2%
Бітуми складаються з таких груп вуглеводнів:

1. Масла-це рідини з високомолекулярний масою (300-500)

2. Смоли-це в'язкі речовини з молекулярною масою 500-1000

3. Асфальт-це тверді речовини з молекулярною масою 1000-5000

Структурний склад бітумів:

Масла надають бітумів плинність, смоли-в'язкість, а асфальтени-твердість ітемпературну стійкість.

Дьогті містять крім перерахованих вище речовин ще феноли і вільнийвуглець.

Штучні бітуми одержують шляхом переробки нафти. Залежно відспособу отримання іскуссвенние бітуми бувають:

. Залишкові

. Окислені

. Крекінгові

. Компаундірованние
Дьогті отримують шляхом деструктивної переробки твердого палива, напр.,кам'яного вугілля, торфу, деревини.

Бітуми і дьогтю підрозділяються на марки, які визначаються за наступнимивластивостям:

. Пенетрація

. Дуктильність

. Температура розм'якшення

. Температура крихкості (визначається по приладу Фрааса)

Застосування бітумів:

. Приблизно 80% органічних в'яжучих речовин використовується в дорожньому будівництві (асфальтові бетони, асфальтові розчин)

. Покрівельні матеріали (у вигляді рулонних, листових матеріалів і у вигляді мастик)

. Склорубероїд (основою руберойду є склотканина, а не картон)

. Фольгаїзолом (на фольгу з одного боку наносять шар бітуму)

. Ізол, бризол (наповнювач автопокришки)

Гідроізоляційні матеріали.

Служать для ізоляції стін, фундаментів, труб.
Виділяють:

. Лакофарбові матеріали (чорні лаки, фарби)

. Гідроізоляційні матеріали для наклеювання лінолеуму, плиток ПВХ.

Бетони.

Бетон-це штучний кам'яний матеріал, отриманий в результатітвердіння раціонально підібраної суміші в'язкої речовини, крупного (щебенюабо гравію), дрібного (піску) наповнювачів і води.

Класифікація бетонів.

1. За середньої щільності (?):

. Особливо важкі?> 2500 кг/м3

. Важкі? = 2200-2500 кг/м3

. Полегшені? = 1800-2200 кг/м3

. Легкі? = 500-1800 кг/м3

. Особливо легкі? 4). Не можна застосовувати для бетону: болотні і стічні води, води гірських річок

(вміст солей у воді має бути не більше 2500 мг/л, вміст сульфатних солей не більше 2200 мг/л). < p> Вода для бетону не повинна містити в собі масел, цукру, органічних домішок, мулу і т.д. все це знижує міцність бетону.

3. Пісок-пухка суміш зерен розмірами від 0,14 до 5 мм.

Для бетону допускається застосування річкових, морських, яружний, дюнних, барханних пісків. Вміст пилоподібних і глинистих домішок в піску повинно бути не більше 1%.

Важливе значення для бетону має зерновий склад піску.

Зерновий склад піску визначається шляхом просіювання через набір сит.

| 5 | 100 |
| 2,5 | 100 |
| 1,25 | 100 |
| 0,63 | 100 |
| 0,316 | 100 |
| 0,16 | 50 |

Сіють спочатку певний приватний залишок на ситі А.

A =---------- ------* 100% mобщ

100

А2, 5 =------------* 100% = 10%

1000

Повний залишок на ситі А = АI + (А (вищі сита)

А0, 63 = 10% +40% = 50%

Модуль крупності піску Мк

А2, 5 + А1, 25 + А0, 63 + А0, 316 + А0, 16

Мк =---------- ---------------------------------

100

| Мк | |
| Мк> 2.5 | Великий пісок |
| 2