Конспект лекцій з предмета Будівельні матеріали спеціальності Мости і транспортні тоннели

Конспект лекцій з предмета «Будівельні матеріали» спеціальності «Мости і транспортні тоннели».

Основні властивості будівельних материалов.

Усі властивості будівельних матеріалів можна розділити на виборах 4 группы:

1. Фізичні свойства.

2. Механічні свойства.

3. Хімічні свойства.

4. Технологічні свойства Физические свойства:

1. Справжня щільність матеріалу (?) — це маса одиниці обсягу абсолютно щільному стані без пір і пустот.

? =[pic].

Вимірюється в г/см3, кг/м3.

Для твердих матеріалів? визначається пикнометрическим способом.

Для рідких матеріалів? визначається з допомогою ареометра.

2. Середня щільність (?) — це маса одиниці обсягу природному стані, з порами і пустотами.

? =[pic][pic].

Вимірюється в г/см3, кг/м3.

? < ?

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

П=[pic].

4. Водопоглощениеце здатність матеріалу вбирати і втримувати у собі влагу.

. Водопоглощение щодо маси: mнас-mсух.

Вм=——————————-*100% mсух.

. Водопоглощение за обсягом: mнас-mсух.

Во=——————————-*100%.

V.

5. Морозостійкістьце здатність матеріалу в насиченому водою стані витримувати попеременное заморожування і відтавання без значної втрати міці й массы.

Вимірюється в циклах.

Втрата міцності під час випробування на морозостійкість має превышать.

15−20%, втрата маси- 5%.

6. Теплопровідністьце здатність матеріалу передавати тепло через свою толщу.

?- коефіцієнт теплопровідності, залежить від пористости.

Вимірюється в Вт/м * оС.

?воздуха=0,002 Вт/м * оС.

?бетона=0,6−0,8 Вт/м * оС.

7. Теплоємністьце здатність матеріалу поглинати і втримувати у собі тепло.

Зкоефіцієнт теплоемкости.

Вимірюється в кДж/кг * оС.

8. Вогнестійкістьце здатність матеріалу не руйнуватися під впливом високих температур.

Діляться на 3 группы:

. Вогнетривкі матеріали, витримують температуру понад 1580 оС.

. Тугоплавкі матеріали, витримують температуру від 1350 оС до.

1580 оС.

. Легкоплавкие матеріали, витримують температуру до 1350 оС.

9. Огнестойкостьце здатність матеріалу не возгораться.

Діляться на 3 группы:

. Сгораемые матеріали (дерево, битум).

. Трудносгораемые матеріали (мінеральна вата).

. Неспалені матеріали (бетон) Механические свойства:

1. Міцністьце здатність матеріалу не руйнуватися під вплив внутрішніх напруг, які виникають за накладення навантаження або зміну температуры.

Характеризується межами міцності ®.

Вимірюються в Мпа, кгс/см2.

P.

Rсж=———;

F.

де Pруйнує навантаження, Fплощадь.

Изгиб:

3Pl.

Rизг=————;

2bh2.

2. Пружністьце здатність матеріалу відновлювати свою форму й розміри після зняття нагрузки.

3. Пластичністьце здатність матеріалу змінювати свою форму після зняття нагрузки.

4. Твердістьце здатність матеріалу опиратися проникненню до нього іншого материала.

Для кам’яних матеріалів твердість визначається за шкалою Мосса.

(визначення виробляється шляхом нанесення подряпини будь-яким кам’яним матеріалом на визначеному матеріалі, за відсутності подряпини випробовуваний матеріал твердіше). Шкала складається з 10 найменувань твердих кам’яних матеріалів. Найбільш твердий матеріал у шкаліалмаз, самих м’якийтальк.

Для металів твердість визначається шляхом удавлення сталевого кульки на метал (твердість по Брюнелю).

5. Истираемость.

Вимірюється в г/см2.

6. Крихкістьвизначається за допомогою хопров.

Коэффициенты:

1. КККкоефіцієнт конструктивного качества.

Rсух сж.

ККК=——————;

2. Кмкоефіцієнт морозостойкости.

Во.

Км=—————;

П.

Якщо Км>0.85, отже, матеріал морозостойкий.

3. Кразмкоефіцієнт размягчения.

Rнас.

Кразм=————-;

Rсух Хімічні свойства:

Характеризуют здатність матеріалу не руйнуватися під впливом кислот, лугів, розчинів солей, агресивних газов.

Технологічні свойства:

Характеризуют здатність матеріалу обрабатываться.

Гірські породы.

Горная породаце мінеральна маса, що складається з однієї чи кількох мінералів. Мінералце природне тіло з деякими хімічними і фізичними свойствами.

Классификация гірських пород:

|Магматические |Осадові |Метаморфическ| | | |не | |Глибинні |Изверженн|Обломочные |Химическ|Органогенн|Механическ| | | |ые | |не |ые |не | | | | | |опади | |опади | | |Граніт |Порфір |Вулканическ|Гипс |Мел |Щебінь |Сланці | |Габро |Діабаз |ий |Ангидрит|Ракушечник|Гравий |Мармур | |Диорит |Базальт |попіл | | |Глина |Гнейси | |(щелочеі | |Пемза |Кальцит | |Пісок | | |кислотостой| | |Магнезит| | | | |киє) | | | | | | | | | | |Доломіт | | | |.

Изверженные магматичні породи утворюються у результаті швидкого охолодження магми і мають полукристаллическое будова. Відрізняються високої міцністю, щільністю. Застосовуються для лицювальних робіт, при кам’яному литье.

Обломочные магматичні породи утворюються при виверженні вулканів і швидкого охолодження. Мають пористу структуру. Невелика щільність і прочность.

Глубинные гірські породи утворюються великий глибині із остыванием магми. Мають кристалічний строение.

Химические осадові гірські породи утворюються у результаті наслаивания друг на друга віджилих микроорганизмов.

Механические осадові гірські породи утворюються у результаті выветривания.

Метаморфические гірські породи утворюються з магматичних і осадових гірських порід у процесі їх перекристалізації без плавления.

Мінеральні в’яжучі речовини (неорганические).

Минеральные в’яжучі речовинице тонко подрібнені порошки, які за затворении із жовтою водою утворюють пластичное тісто, а згодом переходить до камневидное состояние.

Классификация мінеральних в’язких веществ.

|Воздушные |Применение|Гидравлические|Применение|Автоклавного |Застосування| | | | | |тверднення | | |Гіпсові |Строительс|Силикатный |Строительс|Известково-кре|Производст| |в'яжучі |тво будинків |цемент |тво |мнеземистые |у | |речовини | |Алюминатный |мостів, |в'яжучі |цеглин | |Повітряна | |цемент |тунелів |речовини | | |вапно | |Гідравлічна| |Известково-шла| | |Магнезиальные | |вапно | |ковые в’яжучі | | |в'яжучі | |Роман-цемент | |речовини | | |речовини | | | |Нефелиновый | | |Кислотоупорный | | | |цемент | | |цемент | | | | | |.

Воздушные в’яжучі вещества.

Способны твердіти, набирати і зберігати свою міцність лише з воздухе.

Гідравлічні в’яжучі вещества.

Способны твердіти, набирати і зберігати свою міцність як у повітрі, так і в воде.

Автоклавного тверднення в’яжучі вещества.

Это в’яжучі речовини, які переходить до тверде стан і зберігають свою міцність за умов підвищених температури і давления.

Повітряні в’яжучі вещества.

Гіпсові в’яжучі вещества.

Бувають низкообжиговые і высокообжиговые.

Низкообжиговые.

Обыкновенный будівельний гіпс (алебастр), формувальний гіпс, медичний гіпс, високо-випробувальний гіпс. Сировинугіпсовий камень.

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

В’язке вещество Высокообжиговые.

Ангидритовое скорозшивач, экстрих-гипс.

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

Ангидритовое в’язке вещество.

Начало схоплювання не раніше 30 хвилин, кінець схоплювання пізніше 24 годин. Марки: М-50, М-100, М-150, М-200. Ангидритовое скорозшивач зачиняють не водою, а розчинами сульфатных солей, зокрема розчином MgSO4.

Экстрих-гипс.

>1000 oC CaSO4————————-> CaO + SO3 Экстрих-гипс можна зачинити водою, т.к. CaOкаталізатор твердения.

Гипсовые в’яжучі речовини застосовують на приготування розчинів і бетонів, сухих шпаклювальних сумішей, гіпсокартонних і гипсоволоконных аркушів, акустичних плиток і т.д.

Воздушная известь.

Воздушная вапноце продукт, отримуваний випаленням нижче від температури спечення известково-карбонатной порід, крейди, кальцита, вапнякучерепашнику і т.д.

Классификация повітряної извести:

1. Що виду:

. Комовая негашеная.

. Мелена негашеная.

. Известь-пушенка.

. Вапняне тісто (известь-пушенка з водой).

. Вапняне молоко.

2. Залежно від змісту CaO вапно ділиться на сорта:

1 сорт- >90%.

2 сорт-> 80%.

3 сорт- >70%.

3. Залежно від температури гасіння розрізняють высокоэкзотермическую.

(температура гасіння понад 70 відсотків оС) і низкоэкзотермическую (температура гасіння менш 70 оС) повітряні извести.

4. Залежно від швидкості гасіння розрізняють извести:

. Быстрогасящуюся (час гасіння менш як шести минут).

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

. Медленногасящуюся (час гасіння більш 20 минут) Процесс гасіння извести:

1) CaO + H2O ———> Ca (OH)2 + Q^.

2) Ca (OH)2 + CO2 ——-> CaCO3 + H2O.

Производство извести.

Состоит з стадій: 1. Видобуток сировини 2. Підготовка сировини (роздрібнення, рассев за фракціями) 3. Обжиг Применение извести.

1. Виготовлення вапняних розчинів і бетонів 2. Виготовлення силікатного цегли і силікатних бетонів 3. Фарбувальний матеріал (побілка стін, потолков) Магнезиальные в’яжучі вещества.

СировинуMgCO3 (магнезит), MgCO3*CaCO3.

800 oC.

1) MgCO3 —————> MgO + CO2.

2) MgCO3*CaCO3 ———-> MgO + CO2 + CaCO3 як баласту Магнезиальные в’яжучі речовини зачиняють не водою, а розчинами магнезіальних солей.

Применение: 1. Наливні поли 2. Стеновые кам’яні блоки.

Кислотоупорный цемент.

Вона складається з трьох компонентов:

1. кислотоупорный заповнювач (тонкоизмолотый кварц, гранит).

2. рідке скло (натриевое Na2O*nSiO2 чи калиевое K2O*mSiO2, де n=2−3, m=1.5−2).

3. интенсификатор тверднення (кремнефтористый натрій, 6−8% від безлічі рідкого стекла).

Гідравлічні в’яжучі вещества.

Портланд-цемент.

Изобретен в 1824 року англійським каменщиком.

Портланд-цементце гідравлічне скорозшивач, одержуване тонким помелом портланд-цементного клінкеру із кількістю гіпсу. Портланд-цементный клінкерце зерна сірого чи зеленкуватого кольору, діаметром від 5 до 30 мм, одержувані випаленням сировинної суміші, що з вапняків і глини (75% CaCO3, 25% глины) Гипс у кількості до 5% додають до клінкеру для регулювання термінів схватывания.

Химический і мінералогічний склад портланд-цемента:

CaO — 57−63% вапняк SiO2 — 25−30% складова глини Al2O3 — 4−10% складова глини Fe2O3 — 4−8% складова глины Минералы:

3CaO*SiO2 чи C3S — алит (45−60%) 2CaO*SiO2 чи C2S — двукальциевый силікат (білить, 20−30%) 3CaO*Al2O3 чи C3A — трехкальциевый силікат (4−10%) 4CaO*Al2O3*Fe2O3 чи C4AF — 10−20%.

[pic].

де Rміцність, tчас. Процес виробництва портланд-цемента:

1. Видобуток вапняку і глины.

2. Приготування сировинної суміші (роздрібнення, помел, коригування складу сырья).

3. Обжиг.

4. Помел клінкеру що з гипсом.

5. Магазинирование В залежність від способу підготовки сировини існує три способу виробництва цемента:

1. Сухой.

2. Мокрый.

3. Комбинированный Сухой спосіб виробництва портланд-цемента.

Известняк і глина подрібнюються при вологості 2−4%. Здрібнення проводиться в кульових дробилках (кульових мельницах).

[pic].

Мокрый способ.

Известняк і глину подрібнюють в мокрому стані при вологості 50−60%.

Комбинированный способ.

Сырьевые компоненти подрібнюються в мокрому стані, а перед випаленням высушиваются.

Обжиг сировинної смеси.

Осуществляется у обертових печах довжиною 70−240 метрів і з діаметром 3−4 метра.

[pic].

Стадії твердения.

1. Розчинення компонентів цементу на воде.

2. Освіта пересыщенного розчину чи геля.

3. Кристаллизация При твердении цементу образуются:

. Гидросиликаты.

. Гидроаллюминаты.

. Гидроферриты кальция.

. Гидроксид кальция Разновидности портланд-цемента.

1. Быстротвердеющий пртланд-цемент (БТЦ, ОБТЦ).

Відмінності від звичайного цемента:

. Підвищений вміст C3S (>60%).

. Підвищена тонкість помола.

. Підвищена питома поверхню S=3500 см2/г (у обыкновенного.

S=2500 см2/г).

Має нормовану міцність на треті сутки.

2. Пластифицированный портланд-цемент.

Володіє зниженою водопотребностью з допомогою запровадження невеликої кількості (до 3%) пластифицирующих добавок.

Добавки:

. ССБсульфитно-спиртовая барда.

. АДБсульфитно-дрожжевая бражка.

. ЛСТлигно-сульфанат технический.

. Продукти переробки деревини на ЦБК.

3. Гидрофобный портланд-цемент.

Гидрофобные добавки:

. Асидол.

. Мылонавт.

. Олеиновые кислоты.

4. Томпонажный портланд-цемент.

Для гідроізоляції нафтових та газових скважин.

5. Білий і кольорові портланд-цементы.

Білий цемент отримують шляхом випалу беложгущихся глин.

Ділиться втричі сорти по белизне:

. Белый.

. Менш белый.

. Ще менш белый.

За підсумками білих цементів можна отримати роботу кольорові шляхом введення щелочестойких пигментов.

Кольорові цементи йдуть на виготовлення полов.

6. Пуццолановый портланд-цемент.

Містить до 60% активних мінеральних добавок (АМД).

Активні мінеральні добавки пов’язують гідрат окису кальцію в нерозчинні соединения.

Такий цемент краще працює під водою, аніж воздухе.

7. Шлако-портланд-цемент.

Містить до 40% тонкомолотого доменного гранульованого шлака.

8. Дедалі Ширший портланд-цемент.

9. Напрягаемый портланд-цемент.

10. Безусадочный портланд-цемент.

Корозія цемента.

У процесі експлуатації цементний камінь може досить швидко руйнуватися під впливом розчинів кислот, солей, агресивних газів та інших активно-влияющих химичесих соединений.

Види коррозии:

1. Руйнування відбувається поза рахунок вимивання складових цементу, переважно гидроксида кальцію, м’якими водами.

2. Руйнування цементу під впливом розчинів кислот і солей із заснуванням легко розчинних соединений.

3. Утворюються сполуки, кінцевий обсяг що у кілька разів сумарний обсяг вихідних компонентов.

При корозії третього виду треба використовувати сульфатостойкий портландцемент.

Органічні в’яжучі вещества.

Органические в’яжучі речовинице суміші високомолекулярних вуглеводнів і їх неметалевих похідних. До органічним в’язким речовин ставляться бітуми і дегти.

Битумы бувають природні і штучні. Дегтилише искусственные.

Органические в’яжучі речовини при нагріванні розм’якшуються, при охолодженні затвердевают. Їх характерні наступні свойства:

. Нерозчинність у воді й водонепроницаемость.

. Атмосферне стойкость.

. Хороше зчеплення з поверхнею кам’яних материалов.

. Кислотоі щелочестойкость.

. Розчинність в бензолі, хлорофілі, четырехфтористом углероде.

Химический склад органічних в’язких веществ:

. Вуглець 80%.

. Водень 10%.

. Кисень 5%.

. Азот 3%.

. Сірка 2% Бітуми складаються з таких груп углеводородов:

1. Оливице рідини з высокомолекулярной масою (300−500).

2. Смолице грузлі речовини з молекулярної масою 500−1000.

3. Асфальтеныце тверді речовини з молекулярної масою 1000−5000.

Структурный склад битумов:

[pic].

Масла надають битумам плинність, смолив’язкість, а асфальтенытвердість і температурну стойкость.

Дегти містять крім перелічених вище речовин ще феноли і вільний углерод.

Искусственные бітуми отримують шляхом нафтопереробки. Залежно від способу отримання искуссвенные бітуми бывают:

. Остаточные.

. Окисленные.

. Крекинговые.

. Компаундированные Дегти отримують шляхом деструктивної переробки твердих палив, напр., кам’яного вугілля, торфу, древесины.

Битумы і дегти поділяються на марки, визначених за такими свойствам:

. Пенетрация.

. Дуктильность.

. Температура размягчения.

. Температура тендітності (визначається по приладу Фрааса) Применение битумов:

. Приблизно 80% органічних в’язких речовин використовують у дорожньому будівництві (асфальтові бетони, асфальтові раствор).

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

. Стеклорубероид (основою руберойду є стеклоткань, а чи не картон).

. Фольгаизол (на фольгу з одного боку завдають шар битума).

. Ізол, бризол (заповнювач автопокрышки).

Гидроизоляционные материалы.

Служат для ізоляції стін, фундаментів, труб. Выделяют:

. Лакофарбові матеріали (чорні лаки, краски).

. Гидроизоляционные матеріали для наліпки лінолеуму, плиток ПВХ.

Бетоны.

Бетонце штучний кам’яний матеріал, отримуваний внаслідок тверднення раціонально підібраною суміші в’язальника речовини, великого (щебеню чи гравію), дрібного (піску) наповнювачів і воды.

Классификация бетонов.

1. По 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 вживати для бетону: болотні і стічні води, води гірських рек.

(зміст солей у питній воді має не більше 2500 мг/л, зміст сульфатных солей трохи більше 2200 мг/л).

Вода для бетону має утримувати у собі масел, цукру, органічних домішок, мулу тощо. усе це знижує міцність бетона.

3. Пісокпухка суміш зерен розмірами від 0,14 до 5 мм.

Для бетону допускається застосування річкових, морських, овражных, дюнных, барханных пісків. Зміст пылевидных і глинистих домішок в піску має не більше 1%.

Важливе значення для бетону має зерновий склад песка.

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 |.

Просівають спочатку певний приватний залишок на ситі А.

mi.

A=————————*100% mобщ.

А2,5=——————*100%=10%.

Повний залишок на ситі А=Аi+(А (вышестоящие сита).

А0,63=10%+40%=50%.

Модуль крупности піску Мк.

А2,5+А1,25+А0,63+А0,316+А0,16.

Мк=—————————————————————;

|Мк | | |Мк>2.5 |Великий пісок | |2.