Зміст
1. Властивості портландцементу
2. Фізико-технічні властивості будівельних матеріалів
3. Основні напрями вирішення екологічних проблем у будіндустрії
4. Завдання № 3
5. Література
1. Властивості портландцементу
Портландцементом називають порошкоподібний матеріал, отриманий в результаті спільного помелу клінкеру, продукту спікання суміші вапняку та глини при температурі 1400-1500 ° С, гіпсу та мінеральних добавок.
В якості сировини при виробництві портландцементу використовують чисті вапняки і глину у співвідношенні 3:1, а також мергелі з коригуванням складу до заданого.
Виробництво портландцементу складається з наступних основних технологічних процесів: видобування вапняку, глини або мергелю; подрібнення сировинних матеріалів та приготування з них однорідної суміші заданого складу; випалу підготовленої маси до спікання з отриманням клінкеру; охолодження і помелу клінкеру з гіпсом (3 - 5%) і мінеральними добавками.
Випал до спікання підготовленої сировини супроводжується складними фізичними (випаровування вільної та кристалізаційної води) і хімічними процесами (розкладання мінералів на оксиди, утворення нових сполук), в результаті яких з вихідних компонентів виходить спечений матеріал - клінкер, що складається в основному з наступних чотирьох мінералів: 3СаО ⋅ SiО2 (С3S) - трьохкальцієвого силікату - Аліт (45 - 60%); 2СаО ⋅ SiО2 (С2S) - двухкальціевого силікату - білить (10 - 30%); 3СаО ⋅ Al2О3 (С3А) - трьохкальцієвого алюмінату - цілить (5 - 12 %); 4СаО ⋅ Al2О3 ⋅ Fe2О3 (С4АF) - чотирьохкальцієвого алюмофериту - (10 - 20%) і склоподібної застиглої маси.
Після випалу отриманий клінкер направляють в спеціальні холодильники для швидкого охолодження матеріалу.
Зі збільшенням ступеня розмелювання клінкеру підвищується активність одержуваного цементу. Обов'язковими обумовленими значеннями для загальнобудівельних цементів є також активність цементу, терміни схоплювання цементного тіста нормальної густоти (початок - не раніше 45 хв, кінець - не пізніше 10 год). На підставі отриманих результатів цементу присвоюють марку (300, 400, 500, 550, 600), чисельно рівну активності - середньоарифметичному значенням межі міцності на стиск в кгс/см2 з урахуванням міцності на згин зразків-балок розміром 40х40х160 мм, складу за масою Ц: П = 1: 3 з підібраним кількістю води, твердевшіх 28 діб у вологих природних умовах. Класи цементу за гарантованою міцності на стиск 22,5; 32,5; 42,5 і 52,5 МПа. Насипна щільність цементу складає 1300 кг / мі, справжня 3100 - 3200 кг / мі.
Якість цементів оцінюють за основним і рекомендованим показникам.
До основних належать такі:
- Хімічний речовинний і мінералогічний склад;
- Межа міцності на стиск і вигин;
- Рівномірність зміни об'єму у процесі гідратації;
- Питома ефективна активність природних радіонуклідів;
- Активність цементу при пропарюванні для портландцементів з добавками;
- Нормальна густота цементного тіста (НГ), що представляє водо-цементне відношення, виражене у відсотках, при якому досягається задана (нормована) пластичність цементного тесту.
До рекомендованих ставляться як показники загального характеру: терміни схоплювання, тонкість помелу, так і спеціального призначення: корозійна стійкість, зміст вільної СаО, вогнетривкість, гідрофобність і т.д.
Для раціонального використання цементу при виробництві збірного залізобетону введено визначення міцності (активності) після термовологісної обробки в спеціальних пропарювальних камерах за заданим режимом. На підставі отриманих даних роблять висновок про ступінь ефективності використання цементу на підприємствах будіндустрії при отриманні збірних бетонних та залізобетонних виробів і конструкцій або у монолітному будівництві на будівельному майданчику.
При змішуванні портландцементу з водою складові його мінерали гідратіруются з утворенням нових кристалічних сполук, що обумовлюють твердіння цементного тіста і міцність штучного каменю. Склад новоутворень залежить від мінералогічного складу цементу, вологості і температури навколишнього середовища. Так, Аліт гідратуючу з утворенням кристалічних гідросилікатів кальцію - ГСК і гідроксиду кальцію, які надають початкову міцність і стійкість цементному каменю. Певна концентрація гідроксиду в розчині не тільки забезпечує стабільність утвореним у результаті гідратації сполукам, але і корозійну стійкість сталевої арматури, що застосовується при отриманні залізобетону. Гідратація Беліта протікає поступово протягом усіх 28 діб з утворенням ДСК. Найбільш активний по відношенню до води трьохкальцієвого алюмінату. Саме цей мінерал впливає на терміни схоплювання цементу. Продукти його гідратації представляють собою крупнокристаллической нестабільні з'єднання, що підвищують початкову міцність, але знижують морозостійкість і корозійну стійкість цементного каменю. Гідратація чотирьохкальцієвого алюмофериту протікає аналогічно двухкальціевому силікату.
Всі реакції гідратації супроводжуються виділенням тепла. За екзотермічного ефекту мінерали клінкеру розташовуються в такій послідовності: С3А - С3S - С4АF - С2S. Знаючи мінералогічний склад цементу, можна зробити попередні, орієнтовні висновки щодо його застосування. Так, цементи з підвищеним вмістом С3S і С3А будуть володіти високим тепловиділенням і швидкістю набору міцності. Отже, їх раціонально використовувати при низьких температурах бетонування або при виробництві збірного залізобетону, зменшивши температуру і тривалість термообробки. Однак ці цементи з-за високого тепловиділення не можна використовувати при бетонуванні масивних фундаментів і гідротехнічних споруд, так як різкий перепад температури всередині тверднучого бетону і на поверхні конструкції викличе деформації, що призводять до появи тріщин. Не можна ці цементи застосовувати і при наявності сульфатосодержащіх агресивних середовищ. Так звані белітовие цементи з підвищеним вмістом С2S повільно тверднуть, більш корозійностійких. Отже, їх ефективно використовувати при річному монолітному будівництві, при небезпеці корозійного впливу.
Структура цементного каменю справляє визначальний вплив на такі властивості, як водонепроникність, воздухостойкость, морозостійкість. Якщо цикли висихання та зволоження, що супроводжуються усадкою і набуханням цементного каменю, повторюються, то це призводить до накопичення залишкових деформацій, появі тріщин і, як наслідок, зниження міцності. До недоліків цементного каменю відноситься також повзучість, яка проявляється у збільшенні деформацій під впливом довготривалих постійних за величиною навантажень. Одним з найважливіших експлуатаційних властивостей цементного каменю є його морозостійкість. Руйнівна дія води, що переходить у лід зі збільшенням в обсязі до 9%, залежить в першу чергу від її кількості, отже за рахунок зниження В / Ц і підвищення вмісту резервних замкнутих воздухонаполненних пір, недоступних проникненню води, можливо регулювання цієї властивості в широких межах.
У бетоні цементний камінь не тільки повинен забезпечити монолітність, міцність цього композиційного штучного кам'яного матеріалу, але і довговічність його служби в конструкціях за різних умов експлуатації.
До поняття довговічності можна віднести також такі властивості цементного каменю, як вогнестійкість і вогнетривкість. Цементний камінь відноситься до негорючих матеріалів, він не плавиться при температурі до 1100 ° С. Однак помітне температурний вплив, що виявляється у розкладанні утворилися в процесі гідратації кристалогідратів, супроводжуване зниженням міцності, починає виявлятися вже при 150 - 200 ° С і різко зростає при 500 - 700 ° С. У зв'язку з цим звичайний портландцемент не рекомендується застосовувати при температурах вище 250 - 300 ° С, тому що при тривалому перебуванні в умовах цих температур падіння міцності становить більше 10%. Підвищити вогнетривкість можна або шляхом зміни складу цементу, або введенням термостійких мінеральних добавок.
Дія агресивних середовищ посилюється, якщо конструкції перебувають під навантаженням. Звідси випливає складність та актуальність даної властивості. За механізмом дії та характером руйнування визначені три види корозії цементного каменю.
Перший вид - вилуговування. У даному випадку руйнування відбувається в результаті розчинення і вимивання гідроксиду кальцію з цементного каменя при фільтрації води під тиском. Так як всі утворені в результаті реакції гідратації портландцементу кристалогідрати хімічно стійкі лише при певній концентрації гідроксиду кальцію, то її зниження викликає їх часткове руйнування і, як наслідок, падіння міцності. Ступінь руйнування залежить в першу чергу від обсягу відкритих капілярних пір і кількісного вмісту в них розчину вільного гідроксиду кальцію певної концентрації. Отже, підвищивши щільність цементного каменя, можна значно збільшити стійкість виробів на основі портландцементу до цього виду руйнування.
Другий вид - кислотна корозія, яку можна спостерігати при дії на цементний камінь кислот і солей з кислою реакцією, утворених сильною кислотою і слабкою основою, наприклад, хлорид або нітрат амонію. Кислоти вступають в реакцію з кристалічними продуктами гідратації цементу, утворюючи або легко розчинні сполуки, або гелевидні, що не володіють міцністю. Ці агресивні середовища викликають сильні руйнування, інтенсивність яких залежить від концентрації агресивного розчину, його температури і швидкості руху потоку по відношенню до руйнується поверхні. Тому що дія розчинів пов'язано з хімічною реакцією між цементним каменем і агресивним середовищем, то найбільш надійний спосіб захисту - зміна складу самого в'яжучого, тобто застосування спеціального цементокіслото-стійкого.
Третій вид - сольова корозія. Вона має місце при дії солей на цементний камінь. Накопичуючи в порах кристали самої агресивного середовища, за умови наявності поверхні, що випаровує і відсутність взаємодії з цементним каменем (хлорид і карбонат натрію), або кристалічні продукти реакції цементного каменю з сульфатосодержащімі середовищами викликають початкове ущільнення і зміцнення структури. Надалі при заповненні порового простору цей процес супроводжується зростанням залишкових деформацій, що приводять до руйнування матеріалу. Підвищити стійкість можна в першому випадку, збільшивши щільність цементного каменя, в другому - підібравши спеціальний сульфатостійкий складу портландцементу.
З метою надання бездобавочний портландцементу спеціальних властивостей, розширюючи тим самим його застосування в будівництві, змінюють ступінь подрібнення, коригують використовувана сировина, вводять спеціальні добавки. При введенні гідравлічних добавок у кількості від 5 до 20% отримують рядовий портландцемент з активними мінеральними добавками (ПЦ). Наявність добавок у цементі дещо знижує його вартість, підвищує водостійкість при фільтрації води. Цей вид цементу, який має марки 400, 500, 550 і 600 є найпоширенішим для виготовлення збірних залізобетонних виробів і конструкцій на заводі, монолітних споруд, що зводяться на будівельному майданчику, а також при штукатурних і кладок роботах.
При збільшенні процентного введення пуцоланових добавок вулканічного походження (попіл, туф) або паливних зол з 25 до 40% і добавок осадочного походження (діатоміт, трепел, опока) від 20 до 30% портландцемент отримує назву пуцолановий (ППЦ). Пуцолановий портландцемент володіє меншою інтенсивністю твердіння, особливо в першу добу, зниженим тепловиділенням, морозостійкістю і воздухостойкостью. Поряд з негативними особливостями, цей вид портландцементу має і свої позитивні властивості, головними з яких є підвищена водостійкість при фільтрації води (1-й вид корозії) та солестойкость при дії сульфатосодержащіх агресивних середовищ (3-й вид корозії). Зв'язування цього хімічно активного складового вводиться мінеральною добавкою, переведення його в міцне гідратної з'єднання і забезпечує підвищену стійкість цементного каменю. Основні робочі марки цього виду цементу 300 і 400. Область його застосування є підводна і підземне бетонування з відносно постійним температурно-вологісним режимом експлуатації.
Введенням при помелі клінкеру добавки гранульованого доменного шлаку в кількості понад 20% отримують шлакопортландцемент (ШПЦ). Цей вид цементу, як і пуцолановий, має підвищену водо-і сульфатостойкостью, зниженою інтенсивністю тверднення в першу добу, зменшеним тепловиділенням, але специфіка складу шлаку зумовлює і відмінні властивості. Так, шлакопортландцемент внаслідок підвищеної хімічної активності шлаку при збільшенні температури переважніше застосовувати у виробництві збірного залізобетону, що піддається термовологісної обробці для прискорення набору міцності. Висока термостійкість шлаку дозволила використовувати цей вид мінеральної в'яжучого при виробництві жаростійких бетонів, які експлуатуються при температурі до 700 ° С. Випущені марки 300, 400, 500. Область застосування шлакопортландцементу: бетонні, залізобетонні споруди та конструкції, до яких не пред'являють підвищених вимог по морозостійкості. Переважне використання - підводний зона гідротехнічних споруд (дамби, мости, моли, греблі), збірні бетонні та залізобетонні конструкції, жаростійкі бетони.
Умовне позначення цементу складається з найменування виду цементу, його марки і кількості введеної добавки. Наприклад, ПЦ400-Д20 - ГОСТ 10178-85.
З метою економії дорогого енергоємного клінкеру при виробництві будівельних розчинів, низькомарочних бетонів (марок М 150 і нижче), до яких не пред'являють вимог по морозостійкості, використовують так звані кладочні або наповнені цементи. Активність цементів у 2-3 рази менше, ніж у пересічного портландцементу (не нижче 200 кгс / смІ), однак ці цементи не дають усадочних деформацій при твердінні, що дуже важливо при оштукатурюванні поверхні.
Наступну групу складають портландцементи з поверхнево-активними органічними добавками. За своїм складом і ефекту дії добавки підрозділяють на гідрофільні, поліпшують змочуваність водою цементних зерен, і гідрофобні, які надають поверхні цементу властивість водоотталкивания. Застосування добавок першого типу (СДБ, СПС) у кількості 0,15 - 0,3% від маси цементу призводить до роз'єднання (диспергуванню) цементних частинок, покритих тонкою водною оболонкою, що забезпечує підвищену пластичність цементного тесту без збільшення витрати води. Такий портландцемент називають пластифікованим (ПЛ). Пластифікований портландцемент застосовують або для підвищення пластичності суміші і полегшення формування виробів, або (при зниженні витрати води і збереженні заданої пластичності) підвищення щільності, міцності і морозостійкості цементного каменю.
До поверхнево-активних органічних добавок відносяться також отримали широке світове визнання суперпластифікатори. Шляхом введення суперпластифікаторів у млини при помелі клінкеру отримують в'яжуче низької водопотребности (ВНВ), що забезпечує формуемость суміші при скороченні витрати води до 20%. За речовинним складом ВНВ підрозділяють на бездобавочний чістоклінкерние, з введенням при помелі гіпсу, і з мінеральними добавками. Введення суперпластифікаторів в кульові млини скорочує час помелу суміші у два рази, значно знижуючи енерговитрати. Отриманий цемент володіє підвищеною активністю, що дозволяє в першу добу тверднення набрати міцність, в три рази перевищує міцність аналогічного цементу без добавок. Залежно від змісту клінкеру випускають ВНВ-100 - чістоклінкерний, ВНВ-50 і ВНВ-30 з 50 і 30% клінкеру відповідно. ВНВ-50 ефективний для зниження температури і часу ТВО при отриманні збірного залізобетону класу до В45 і зимового бетонування з температурою зовнішнього повітря до мінус 10 ° С.
Застосування добавок другого типу - гідрофобних (0,1 - 0,2%), навпаки, сприяє об'єднанню (флокуляції) цементних зерен у великі агрегати, а освічена водовідштовхувальна плівка забезпечує підвищену воздухововлеченіе при перемішуванні суміші. Таким чином отримують гідрофобний портландцемент (ГФ). Гідрофобний портландцемент зберігає свою активність при тривалих перевезеннях і зберіганні, його застосування підвищує водостійкість і морозостійкість виробів. Визначити цей вид цементу можна нанесенням на поверхню краплі води, яка не повинна вбиратися в протягом 5 хв. Умовне позначення цементів додатково включає в залежності від класу добавки букви ПЛ - пластифікований або ГФ - гідрофобний. Наприклад, ПЦ400-Д15-ПЛ (ГФ) ГОСТ 10178-85. 1. Властивості портландцементу
2. Фізико-технічні властивості будівельних матеріалів
3. Основні напрями вирішення екологічних проблем у будіндустрії
4. Завдання № 3
5. Література
1. Властивості портландцементу
Портландцементом називають порошкоподібний матеріал, отриманий в результаті спільного помелу клінкеру, продукту спікання суміші вапняку та глини при температурі 1400-1500 ° С, гіпсу та мінеральних добавок.
В якості сировини при виробництві портландцементу використовують чисті вапняки і глину у співвідношенні 3:1, а також мергелі з коригуванням складу до заданого.
Виробництво портландцементу складається з наступних основних технологічних процесів: видобування вапняку, глини або мергелю; подрібнення сировинних матеріалів та приготування з них однорідної суміші заданого складу; випалу підготовленої маси до спікання з отриманням клінкеру; охолодження і помелу клінкеру з гіпсом (3 - 5%) і мінеральними добавками.
Випал до спікання підготовленої сировини супроводжується складними фізичними (випаровування вільної та кристалізаційної води) і хімічними процесами (розкладання мінералів на оксиди, утворення нових сполук), в результаті яких з вихідних компонентів виходить спечений матеріал - клінкер, що складається в основному з наступних чотирьох мінералів: 3СаО ⋅ SiО2 (С3S) - трьохкальцієвого силікату - Аліт (45 - 60%); 2СаО ⋅ SiО2 (С2S) - двухкальціевого силікату - білить (10 - 30%); 3СаО ⋅ Al2О3 (С3А) - трьохкальцієвого алюмінату - цілить (5 - 12 %); 4СаО ⋅ Al2О3 ⋅ Fe2О3 (С4АF) - чотирьохкальцієвого алюмофериту - (10 - 20%) і склоподібної застиглої маси.
Після випалу отриманий клінкер направляють в спеціальні холодильники для швидкого охолодження матеріалу.
Зі збільшенням ступеня розмелювання клінкеру підвищується активність одержуваного цементу. Обов'язковими обумовленими значеннями для загальнобудівельних цементів є також активність цементу, терміни схоплювання цементного тіста нормальної густоти (початок - не раніше 45 хв, кінець - не пізніше 10 год). На підставі отриманих результатів цементу присвоюють марку (300, 400, 500, 550, 600), чисельно рівну активності - середньоарифметичному значенням межі міцності на стиск в кгс/см2 з урахуванням міцності на згин зразків-балок розміром 40х40х160 мм, складу за масою Ц: П = 1: 3 з підібраним кількістю води, твердевшіх 28 діб у вологих природних умовах. Класи цементу за гарантованою міцності на стиск 22,5; 32,5; 42,5 і 52,5 МПа. Насипна щільність цементу складає 1300 кг / мі, справжня 3100 - 3200 кг / мі.
Якість цементів оцінюють за основним і рекомендованим показникам.
До основних належать такі:
- Хімічний речовинний і мінералогічний склад;
- Межа міцності на стиск і вигин;
- Рівномірність зміни об'єму у процесі гідратації;
- Питома ефективна активність природних радіонуклідів;
- Активність цементу при пропарюванні для портландцементів з добавками;
- Нормальна густота цементного тіста (НГ), що представляє водо-цементне відношення, виражене у відсотках, при якому досягається задана (нормована) пластичність цементного тесту.
До рекомендованих ставляться як показники загального характеру: терміни схоплювання, тонкість помелу, так і спеціального призначення: корозійна стійкість, зміст вільної СаО, вогнетривкість, гідрофобність і т.д.
Для раціонального використання цементу при виробництві збірного залізобетону введено визначення міцності (активності) після термовологісної обробки в спеціальних пропарювальних камерах за заданим режимом. На підставі отриманих даних роблять висновок про ступінь ефективності використання цементу на підприємствах будіндустрії при отриманні збірних бетонних та залізобетонних виробів і конструкцій або у монолітному будівництві на будівельному майданчику.
При змішуванні портландцементу з водою складові його мінерали гідратіруются з утворенням нових кристалічних сполук, що обумовлюють твердіння цементного тіста і міцність штучного каменю. Склад новоутворень залежить від мінералогічного складу цементу, вологості і температури навколишнього середовища. Так, Аліт гідратуючу з утворенням кристалічних гідросилікатів кальцію - ГСК і гідроксиду кальцію, які надають початкову міцність і стійкість цементному каменю. Певна концентрація гідроксиду в розчині не тільки забезпечує стабільність утвореним у результаті гідратації сполукам, але і корозійну стійкість сталевої арматури, що застосовується при отриманні залізобетону. Гідратація Беліта протікає поступово протягом усіх 28 діб з утворенням ДСК. Найбільш активний по відношенню до води трьохкальцієвого алюмінату. Саме цей мінерал впливає на терміни схоплювання цементу. Продукти його гідратації представляють собою крупнокристаллической нестабільні з'єднання, що підвищують початкову міцність, але знижують морозостійкість і корозійну стійкість цементного каменю. Гідратація чотирьохкальцієвого алюмофериту протікає аналогічно двухкальціевому силікату.
Всі реакції гідратації супроводжуються виділенням тепла. За екзотермічного ефекту мінерали клінкеру розташовуються в такій послідовності: С3А - С3S - С4АF - С2S. Знаючи мінералогічний склад цементу, можна зробити попередні, орієнтовні висновки щодо його застосування. Так, цементи з підвищеним вмістом С3S і С3А будуть володіти високим тепловиділенням і швидкістю набору міцності. Отже, їх раціонально використовувати при низьких температурах бетонування або при виробництві збірного залізобетону, зменшивши температуру і тривалість термообробки. Однак ці цементи з-за високого тепловиділення не можна використовувати при бетонуванні масивних фундаментів і гідротехнічних споруд, так як різкий перепад температури всередині тверднучого бетону і на поверхні конструкції викличе деформації, що призводять до появи тріщин. Не можна ці цементи застосовувати і при наявності сульфатосодержащіх агресивних середовищ. Так звані белітовие цементи з підвищеним вмістом С2S повільно тверднуть, більш корозійностійких. Отже, їх ефективно використовувати при річному монолітному будівництві, при небезпеці корозійного впливу.
Структура цементного каменю справляє визначальний вплив на такі властивості, як водонепроникність, воздухостойкость, морозостійкість. Якщо цикли висихання та зволоження, що супроводжуються усадкою і набуханням цементного каменю, повторюються, то це призводить до накопичення залишкових деформацій, появі тріщин і, як наслідок, зниження міцності. До недоліків цементного каменю відноситься також повзучість, яка проявляється у збільшенні деформацій під впливом довготривалих постійних за величиною навантажень. Одним з найважливіших експлуатаційних властивостей цементного каменю є його морозостійкість. Руйнівна дія води, що переходить у лід зі збільшенням в обсязі до 9%, залежить в першу чергу від її кількості, отже за рахунок зниження В / Ц і підвищення вмісту резервних замкнутих воздухонаполненних пір, недоступних проникненню води, можливо регулювання цієї властивості в широких межах.
У бетоні цементний камінь не тільки повинен забезпечити монолітність, міцність цього композиційного штучного кам'яного матеріалу, але і довговічність його служби в конструкціях за різних умов експлуатації.
До поняття довговічності можна віднести також такі властивості цементного каменю, як вогнестійкість і вогнетривкість. Цементний камінь відноситься до негорючих матеріалів, він не плавиться при температурі до 1100 ° С. Однак помітне температурний вплив, що виявляється у розкладанні утворилися в процесі гідратації кристалогідратів, супроводжуване зниженням міцності, починає виявлятися вже при 150 - 200 ° С і різко зростає при 500 - 700 ° С. У зв'язку з цим звичайний портландцемент не рекомендується застосовувати при температурах вище 250 - 300 ° С, тому що при тривалому перебуванні в умовах цих температур падіння міцності становить більше 10%. Підвищити вогнетривкість можна або шляхом зміни складу цементу, або введенням термостійких мінеральних добавок.
Дія агресивних середовищ посилюється, якщо конструкції перебувають під навантаженням. Звідси випливає складність та актуальність даної властивості. За механізмом дії та характером руйнування визначені три види корозії цементного каменю.
Перший вид - вилуговування. У даному випадку руйнування відбувається в результаті розчинення і вимивання гідроксиду кальцію з цементного каменя при фільтрації води під тиском. Так як всі утворені в результаті реакції гідратації портландцементу кристалогідрати хімічно стійкі лише при певній концентрації гідроксиду кальцію, то її зниження викликає їх часткове руйнування і, як наслідок, падіння міцності. Ступінь руйнування залежить в першу чергу від обсягу відкритих капілярних пір і кількісного вмісту в них розчину вільного гідроксиду кальцію певної концентрації. Отже, підвищивши щільність цементного каменя, можна значно збільшити стійкість виробів на основі портландцементу до цього виду руйнування.
Другий вид - кислотна корозія, яку можна спостерігати при дії на цементний камінь кислот і солей з кислою реакцією, утворених сильною кислотою і слабкою основою, наприклад, хлорид або нітрат амонію. Кислоти вступають в реакцію з кристалічними продуктами гідратації цементу, утворюючи або легко розчинні сполуки, або гелевидні, що не володіють міцністю. Ці агресивні середовища викликають сильні руйнування, інтенсивність яких залежить від концентрації агресивного розчину, його температури і швидкості руху потоку по відношенню до руйнується поверхні. Тому що дія розчинів пов'язано з хімічною реакцією між цементним каменем і агресивним середовищем, то найбільш надійний спосіб захисту - зміна складу самого в'яжучого, тобто застосування спеціального цементокіслото-стійкого.
Третій вид - сольова корозія. Вона має місце при дії солей на цементний камінь. Накопичуючи в порах кристали самої агресивного середовища, за умови наявності поверхні, що випаровує і відсутність взаємодії з цементним каменем (хлорид і карбонат натрію), або кристалічні продукти реакції цементного каменю з сульфатосодержащімі середовищами викликають початкове ущільнення і зміцнення структури. Надалі при заповненні порового простору цей процес супроводжується зростанням залишкових деформацій, що приводять до руйнування матеріалу. Підвищити стійкість можна в першому випадку, збільшивши щільність цементного каменя, в другому - підібравши спеціальний сульфатостійкий складу портландцементу.
З метою надання бездобавочний портландцементу спеціальних властивостей, розширюючи тим самим його застосування в будівництві, змінюють ступінь подрібнення, коригують використовувана сировина, вводять спеціальні добавки. При введенні гідравлічних добавок у кількості від 5 до 20% отримують рядовий портландцемент з активними мінеральними добавками (ПЦ). Наявність добавок у цементі дещо знижує його вартість, підвищує водостійкість при фільтрації води. Цей вид цементу, який має марки 400, 500, 550 і 600 є найпоширенішим для виготовлення збірних залізобетонних виробів і конструкцій на заводі, монолітних споруд, що зводяться на будівельному майданчику, а також при штукатурних і кладок роботах.
При збільшенні процентного введення пуцоланових добавок вулканічного походження (попіл, туф) або паливних зол з 25 до 40% і добавок осадочного походження (діатоміт, трепел, опока) від 20 до 30% портландцемент отримує назву пуцолановий (ППЦ). Пуцолановий портландцемент володіє меншою інтенсивністю твердіння, особливо в першу добу, зниженим тепловиділенням, морозостійкістю і воздухостойкостью. Поряд з негативними особливостями, цей вид портландцементу має і свої позитивні властивості, головними з яких є підвищена водостійкість при фільтрації води (1-й вид корозії) та солестойкость при дії сульфатосодержащіх агресивних середовищ (3-й вид корозії). Зв'язування цього хімічно активного складового вводиться мінеральною добавкою, переведення його в міцне гідратної з'єднання і забезпечує підвищену стійкість цементного каменю. Основні робочі марки цього виду цементу 300 і 400. Область його застосування є підводна і підземне бетонування з відносно постійним температурно-вологісним режимом експлуатації.
Введенням при помелі клінкеру добавки гранульованого доменного шлаку в кількості понад 20% отримують шлакопортландцемент (ШПЦ). Цей вид цементу, як і пуцолановий, має підвищену водо-і сульфатостойкостью, зниженою інтенсивністю тверднення в першу добу, зменшеним тепловиділенням, але специфіка складу шлаку зумовлює і відмінні властивості. Так, шлакопортландцемент внаслідок підвищеної хімічної активності шлаку при збільшенні температури переважніше застосовувати у виробництві збірного залізобетону, що піддається термовологісної обробці для прискорення набору міцності. Висока термостійкість шлаку дозволила використовувати цей вид мінеральної в'яжучого при виробництві жаростійких бетонів, які експлуатуються при температурі до 700 ° С. Випущені марки 300, 400, 500. Область застосування шлакопортландцементу: бетонні, залізобетонні споруди та конструкції, до яких не пред'являють підвищених вимог по морозостійкості. Переважне використання - підводний зона гідротехнічних споруд (дамби, мости, моли, греблі), збірні бетонні та залізобетонні конструкції, жаростійкі бетони.
Умовне позначення цементу складається з найменування виду цементу, його марки і кількості введеної добавки. Наприклад, ПЦ400-Д20 - ГОСТ 10178-85.
З метою економії дорогого енергоємного клінкеру при виробництві будівельних розчинів, низькомарочних бетонів (марок М 150 і нижче), до яких не пред'являють вимог по морозостійкості, використовують так звані кладочні або наповнені цементи. Активність цементів у 2-3 рази менше, ніж у пересічного портландцементу (не нижче 200 кгс / смІ), однак ці цементи не дають усадочних деформацій при твердінні, що дуже важливо при оштукатурюванні поверхні.
Наступну групу складають портландцементи з поверхнево-активними органічними добавками. За своїм складом і ефекту дії добавки підрозділяють на гідрофільні, поліпшують змочуваність водою цементних зерен, і гідрофобні, які надають поверхні цементу властивість водоотталкивания. Застосування добавок першого типу (СДБ, СПС) у кількості 0,15 - 0,3% від маси цементу призводить до роз'єднання (диспергуванню) цементних частинок, покритих тонкою водною оболонкою, що забезпечує підвищену пластичність цементного тесту без збільшення витрати води. Такий портландцемент називають пластифікованим (ПЛ). Пластифікований портландцемент застосовують або для підвищення пластичності суміші і полегшення формування виробів, або (при зниженні витрати води і збереженні заданої пластичності) підвищення щільності, міцності і морозостійкості цементного каменю.
До поверхнево-активних органічних добавок відносяться також отримали широке світове визнання суперпластифікатори. Шляхом введення суперпластифікаторів у млини при помелі клінкеру отримують в'яжуче низької водопотребности (ВНВ), що забезпечує формуемость суміші при скороченні витрати води до 20%. За речовинним складом ВНВ підрозділяють на бездобавочний чістоклінкерние, з введенням при помелі гіпсу, і з мінеральними добавками. Введення суперпластифікаторів в кульові млини скорочує час помелу суміші у два рази, значно знижуючи енерговитрати. Отриманий цемент володіє підвищеною активністю, що дозволяє в першу добу тверднення набрати міцність, в три рази перевищує міцність аналогічного цементу без добавок. Залежно від змісту клінкеру випускають ВНВ-100 - чістоклінкерний, ВНВ-50 і ВНВ-30 з 50 і 30% клінкеру відповідно. ВНВ-50 ефективний для зниження температури і часу ТВО при отриманні збірного залізобетону класу до В45 і зимового бетонування з температурою зовнішнього повітря до мінус 10 ° С.
З метою прискорення набору міцності при будівництві в природних умовах, особливо при низьких позитивних температурах, коли процес взаємодії цементу з водою різко загальмовується, а також для зниження енерговитрат і прискорення оборотності форм при отриманні збірних залізобетонних виробів застосовують бездобавочний (клінкерна) і швидкотвердіючі (Б) портландцементи. Підвищений вміст СзS і СЗА поряд з позитивним ефектом прискорення набору міцності (60 - 70% від марочної в тридобової віці), несе на собі і такий негативний ефект, як зниження сульфатостійкості цементного каменю. Розглянуті цементи знайшли застосування при отриманні збірних високоміцних напружених і монолітних тонкостінних залізобетонних конструкцій.
Наявність у грунтових водах, морській воді, технологічних розчинах і промислових стоках великого вмісту сульфатів зумовило створення спеціального виду портландцементу - сульфатостійкого.
Основне застосування цих в'яжучих - виготовлення монолітних і збірних виробів і конструкцій, умови експлуатації яких пов'язані з дією сульфатосодержащіх середовищ (фундаменти, гідротехнічні споруди та ін.)
Остання група цементів відноситься до декоративних мінеральним в'яжучим і включає білі і кольорові портландцементи. Залежно від ступеня білизни, оцінюваної коефіцієнтом відбиття світла у відсотках, випускають цементи першого (80%), другого (75%) і третього (70%) сорти.
Приклад умовного позначення: портландцемент білий 2-400-Д20 - ГОСТ 965-89. Цифра 2 показує, що цемент за ступенем білизни відноситься до другого сорту. Декоративні цементи випускають таких марок: 400, 500. Вони дещо повільніше твердіють, мають меншу корозійну стійкість і морозостійкість, а також велику усадку при твердінні. Застосовують декоративні види портландцементів для обробки стінових панелей, при виготовленні сходових ступенів і мозаїчних бетонних підлог, плит, що імітують гірські породи.
До різновидів портландцементу відносяться також безусадочний (ПЦ-400-БУС СТБ 942-93). Цемент використовують для гідроізоляційних робіт, виготовлення водонепроникних бетонів і розчинів.
Тампонажні портландцементи застосовують для цементування холодних (до 22 ° С) і гарячих (до 75 ° С) нафтових і газових свердловин.
Для додання специфічних властивостей (уповільнене схоплювання, солестойкость, підвищена щільність) до їх складу вводять мінеральні добавки (шлак, кварцовий пісок, вапняк) в кількості від 10 до 70%.
2. Фізико-технічні властивості будівельних матеріалів
Всі властивості будівельних матеріалів можна умовно розділити на фізичні, хімічні, механічні та технологічні.
Фізичні властивості у свою чергу підрозділяють на загальнофізичній, що характеризують структуру матеріалу, гідрофізичні, теплофізичні і акустичні.
До загальнофізичними властивостей відносяться: істинна густина, середня щільність і пористість матеріалу.
Багато будівельні матеріали, зокрема бетони - капіллярнопорістие тіла.
Справжня щільність (r) - маса одиниці об'єму речовини в абсолютно щільному стані, без пор і порожнеч.
Згідно СТБ 4.211-94
де r - дійсна густина, кг / м 3; т - маса, кг; V - Обсяг, займаний речовиною, м 3.
Для багатокомпонентних композиційних матеріалів визначають середньозважене значення істинної щільності:
r = Sr ci m i / Sm i,
де r ci - щільність i-го компонента бетону (наприклад, щільність: кварцового піску - r c 1 = 2650 кг / м 3, цементних новоутворень - r c 2 = 3100 кг / м 3, спученого перлітового піску (ВПП) - r c 3 = 2000 кг / м 3); m i - зміст i-го матеріалу в бетоні.
Справжня щільність більшості будівельних матеріалів більше одиниці (за одиницю умовно приймають щільність води при t = 4 ° С). Для кам'яних матеріалів щільність коливається в межах 2200 - 3300 кг / м 3; органічних матеріалів (дерево, бітуми, пластмаси) - 900 - 1600, чорних металів (чавун, сталь) - 7250 - 7850 кг / м 3.
Середня щільність (r ср) - маса одиниці об'єму матеріалу (виробу) в природному стані з пустотами і порами
де
Якщо зразок має правильну геометричну форму, його обсяг визначають шляхом обчислень за виміряним геометричним розмірам; якщо ж зразок неправильної форми, - за обсягом витісненої рідини.
Для сипких матеріалів (пісок, цемент, щебінь, гравій) визначають насипну щільність.
Насипна щільність (r н) - маса одиниці об'єму сипких матеріалів у вільному (без ущільнення) насипному стані. Формула розрахунку і розмірність показника ті ж, що в (1) і (2). У одиницю обсягу таких матеріалів входять не тільки зерна самого матеріалу, але і порожнечі між ними. Кількість порожнеч, що утворюються між зернами рихлонасипного матеріалу, виражене у відсотках по відношенню до всього займаного об'єму, називають пустотностью.
Середня щільність природних і штучних матеріалів коливається в широких межах - від 10 кг / м 3 (полімерний воздухонаполненний матеріал «Міпора») до 2500 кг / м 3 у важкого бетону і 7850 кг / м 3 у сталі.
Дані середньої щільності використовують при підборі матеріалу для виготовлення будівельних конструкцій, розрахунках транспортних засобів, підйомно-транспортного устаткування. При однаковому матеріальному складі середня щільність характеризує міцнісні властивості. Чим вище середня щільність, тим міцніше матеріал.
Для пористих будівельних матеріалів дійсна густина більше середньої щільності. Тільки для абсолютно щільних матеріалів (метали, скла, лаки, фарби) показники середньої та дійсної щільності чисельно рівні.
Важливою характеристикою будівельних матеріалів є їх загальна пористість (П).
Пори бувають відкритими і умовно закритими або замкнутими. При цьому
П п = П 1 + П 2,
де П 1, П 2 - частка, відповідно, відкритих (Капілярних) і закритих пор.
За величиною істинною і середньої щільності розраховують загальну пористість (П п) матеріалу у% (ГОСТ 12730.1-78)
Пори в матеріалі можуть мати різну форму і розміри. Вони можуть бути відкритими, сполученими з навколишнім середовищем, і замкнутими, заповненими повітрям. При зануренні матеріалу (вироби) у воду відкриті пори повністю або частково, що залежить від розміру пір, заповнюються водою. У замкнуті пори вода проникнути не може.
Відкриту або капілярну пористість (W о) визначають, як і вологість за обсягом, за водонасиченню матеріалу під вакуумом або кип'ятінням його у воді
де т - маса зразка в сухому стані, г; m 1 - маса зразка в водонасиченому стані, г; V - Об'єм зразка, см 3.
Загальна пористість різних за призначенням матеріалів змінюється в широкому діапазоні. Так, для важкого, міцного конструкційного бетону - 5 - 10%, цегли, який як стіновий матеріал повинен забезпечити міцність, легкість стінової конструкції і знижену теплопровідність, - 25 - 35%, для ефективного теплоізоляційного матеріалу пінопласту - 95%.
Великий вплив на властивості матеріалів роблять не тільки величина пористості, а й розмір пор, їх характер (наприклад, ніздрюваті пори - 0,2-10 -4 см; капілярні - 10 -4 - 10 -5 см; гелеві пори - 10
При збільшенні обсягу замкнутих пір і зменшенні їх величини підвищується морозостійкість матеріалу і знижується теплопровідність. Наявність відкритих великих пір робить матеріал проникним для води, неморозостійких, але в той же час він набуває акустичні властивості.
Вологість за масою матеріалу визначається з виразу:
де: m в - маса зразка в зволоженому стані,
m с - маса зразка, висушеного до постійної маси.
Вологість матеріалу за обсягом при його середньої щільності ρ визначається з виразу:
Wo = ρ . Wm
З статистичної фізики відомо, що в реальних середовищах завжди є флуктуації фізичних величин (густини, температури і т.д.). Наявність флуктуацій призводить до неоднорідності і анізотропії параметрів якості формувальної суміші і будівельних матеріалів.
Істотне значення при оцінці якості сухих і вологих сировинних сумішей має чинник статистичної макрооднородності.
Значення конкретного статистичного параметру якості (В) залежать від координат точки, в якій проводиться вимірювання. У загальному випадку параметр D І може бути обчислений, наприклад, за формулою:
D і = В і min / В і max,
де В і min, В і max - відповідно, мінімальне і максимальне значення параметрів якості бетону в одному напрямку.
Мікро (нано) неоднорідність матеріалу бетону є причиною анізотропії його властивостей.
Коефіцієнт анізотропії (А j) як характеристика мікроструктури в конкретній точці матеріалу може бути обчислений, наприклад, за формулою:
А j = В j1 / У j2,
де В j1, У j2 - значення параметрів якості бетону в різних напрямках.
Для визначеності під параметром А j будемо розуміти відношення між значеннями параметрів якості у взаємно перпендикулярних напрямках. Звідси випливає, що, наприклад, коефіцієнт анізотропії міцності можна обчислити за формулою («точка» має розміри зразка)
А R = R 1 / R 2 <1.
де R 1, R 2 - значення міцності у взаємно перпендикулярних напрямках (один з напрямів збігається з віссю Z).
Гідрофізичні властивості проявляють матеріали та вироби при контакті з водою. Найбільш важливі з них - гігроскопічність, водопоглинання, водостійкість, водопроникність, водонепроникність, морозостійкість, воздухостойкость.
Гігроскопічність - властивість матеріалу поглинати водяну пару з повітря і утримувати їх на своїй поверхні. Чим дрібніше пори, тим більше загальна площа поверхні (за умови рівною загальній пористості і однакового речовинного складу), отже, гігроскопічність вище. Цей процес є оборотним і залежить від вологості повітря. При зниженні вологості частина гігроскопічної вологи випаровується.
У залежності від речовинної природи матеріалу гігроскопічність різна. Одні матеріали притягують до своєї поверхні молекули води (гострий кут змочування) і називаються гідрофільними - бетон, деревина, скло, цегла, інші, відштовхують воду (тупий кут змочування), - гідрофобними: бітум, полімерні матеріали.
Характеристикою гігроскопічності служить відношення маси вологи, яка поглинається матеріалом з повітря, до маси сухого матеріалу, виражене в%.
Водопоглинання - здатність матеріалу вбирати і утримувати воду. Характеризується це властивість кількістю води, поглиненої висушеним до постійної маси матеріалом, повністю зануреним у воду, вираженим у% від маси (водопоглинання за масою) - W м (СТБ 4.2306-94) або в% від обсягу (водопоглинання за об'ємом або відкрита пористість) - W про
Водопоглинання за обсягом розраховують за формулою (4). Цей показник залежить від обсягу, природи пір (замкнуті, відкриті) і ступеня гідрофільності матеріалу. Так, водопоглинання граніту становить 0,02 - 0,7%, важкого бетону 2 - 4%, цегли 8 - 15%. У результаті насичення водою властивості матеріалів значно змінюються: збільшуються середня щільність і теплопровідність, обсяг виробів. Внаслідок порушення зв'язків між частинками матеріалу проникаючими молекулами води міцність його знижується.
Ставлення межі міцності при стисненні матеріалу, насиченого водою, R в до межі міцності при стисненні в сухому стані R з називається коефіцієнтом розм'якшення До разм
Цей коефіцієнт характеризує водостійкість матеріалів. Для глини, гіпсу До разм = 0, для металу, скла - До разм = 1. Матеріали з К разм> 0,8 водостійкі, з К разм <0,8 - не водостійкі і застосовувати їх в конструкціях, що зазнають постійне дію води (фундаменти при наявності грунтових вод, дамби, греблі), відповідно до Держстандарту заборонено.
Влагоотдача - здатність матеріалу віддавати вологу при зниженні вологості повітря. Швидкість вологовіддачі залежить від різниці вологості зразка та навколишнього середовища. Чим вона вища, тим інтенсивніше відбувається висушування вироби. Великопористий гідрофобний матеріал віддає воду швидше, ніж дрібнопористий гідрофільний. У природних умовах вологовіддачі будівельних матеріалів характеризують інтенсивністю втрати вологи при відносній вологості повітря 60% і Т = 20 ° С.
Водопроникність - властивість матеріалу пропускати воду під тиском. Водопроникність оцінюють за коефіцієнтом фільтрації К ф (м 2 / год), що дорівнює кількості води, що пройшла протягом 1 год через
Водонепроникність (наприклад, бетону) характеризується маркою W2, W4 ... W12, що позначає односторонній гідростатичний тиск в МПа (0,2, 0,4 ... 1,2), при якому зразок не пропускає воду в умовах стандартних випробувань. Випробування проводять на спеціальній установці.
Морозостійкість - здатність матеріалу зберігати свою міцність при багаторазовому поперемінному заморожуванні у водонасиченому стані і відтаванні у воді. Для матеріалів, що експлуатуються в умовах знакозмінних температур зовнішнього повітря, морозостійкість є одним з найважливіших властивостей, що забезпечують їх довговічність (дорожні покриття, бордюрні камені, стінові матеріали). Руйнування матеріалів при їх заморожуванні у водонасиченому стані пов'язано з утворенням в порах льоду, обсяг якого приблизно на 9% більше обсягу замерзлої води. Тому якщо все пори в матеріалі будуть заповнені водою, то руйнування мало б відбутися після першого циклу заморожування. Здатність матеріалу протистояти морозному руйнування обумовлена, в першу чергу, присутністю в його структурі певного обсягу замкнутих пір, в які і віджимається частина води під дією тиску зростаючих кристалів льоду. Таким чином, головними чинниками, що визначають морозостійкість матеріалу, є показники структури, від яких залежать ступінь насичення водою і інтенсивність утворення льоду в порах.
У будівництві морозостійкість матеріалу кількісно оцінюють маркою F (СТБ 4.206-94), тобто числом циклів поперемінного заморожування і відтавання, які витримують зразки матеріалу без зниження міцності на 5 - 25% і маси на 3 - 5% в залежності від призначення матеріалу.
Встановлено такі марки по морозостійкості: важкий бетон F50 - F500, легкий бетон F25 - F500, цегла, стінові керамічні камені F15 - F35.
Воздухостойкость - здатність матеріалу довго витримувати багаторазове зволоження і висушування без деформацій і втрати механічної міцності. Природні і штучні тендітні кам'яні матеріали (бетон, кераміка), що стискаються, при висиханні і розширюються при зволоженні, руйнуються внаслідок виникнення розтягуючих напружень. У подібних умовах працюють дорожні покриття, надводні частини гідротехнічних споруд.
До основних теплофізичних властивостей, які оцінюватимуть ставлення матеріалу до теплових впливів, відносяться теплопровідність, теплоємність, термостійкість, жаростійкість, вогнетривкість, вогнестійкість.
Теплопровідність - здатність матеріалу пропускати тепловий потік за умови різних температур поверхні. Ступінь теплопровідності матеріалів характеризує коефіцієнт, що дорівнює кількості тепла, що проходить через стіну з випробуваного матеріалу товщиною
де Q - кількість тепла, Дж; d - товщина матеріалу, м; А - площа перерізу, перпендикулярного напрямку теплового потоку, м 2; (t 1 - t 2) - різниця температур, К; Т - тривалість проходження тепла, ч.
Теплопередача в твердих діелектриках (передача енергії зв'язаних коливань вузлів решітки шляхом поширення пружних хвиль з різними частотами) може бути представлена як процес поширення квазічастинок-фононів. Для щільних (П = 0) органічних матеріалів l = 0,15-0,35 Вт / (мк).
У загальному випадку якісна модель l пористого бетону при звичайних умовах експлуатації (тиск 0,1 МПа) виглядає наступним чином:
l = f (r, P, W е, Т, D І, A l)
де A l - Коефіцієнт анізотропії теплопровідності; P - параметри поровій структури.
Для більшості матеріалів і речовин l = l 0 (1 + Dl. W е.), де l 0, - теплопровідність матеріалу в сухому стані; Dl - коефіцієнт.
При 273К <Т <373 К виконується співвідношення
l T = l 0 [1 + b (T-273)],
де l 0, l T - Відповідно, теплопровідність матеріалу при 273 К і температурі Т; b - коефіцієнт.
Теплопровідність матеріалу залежить від речовинного складу, будови і характеру пористості, температури і вологості матеріалу.
Особливості структури роблять значний вплив на теплопровідність. Наприклад, якщо матеріал має волокнисту будову, то тепло вздовж волокон передається швидше, ніж впоперек. Так, теплопровідність деревини вздовж волокон дорівнює 0,30, а впоперек - 0,15 Вт / (м × К). Дрібнопористі матеріали менш теплопровідні, ніж великопористі; матеріали із замкнутими порами мають меншу теплопровідність, ніж матеріали з сполученими порами. Це пояснюється тим, що у великих і сполучених порах виникає рух повітря, що полегшує перенесення тепла.
Наявність води в порах матеріалу підвищує його теплопровідність, тому що вода має коефіцієнт 0,50 Вт / (м × К), а повітря - 0,02 Вт / (м × К). При замерзанні вологих матеріалів коефіцієнт теплопровідності ще більш підвищується, тому що коефіцієнт теплопровідності льоду дорівнює 2, тобто в 100 разів більше, ніж у повітря.
Теплоємність - властивість матеріалу поглинати при нагріванні певну кількість тепла. При охолодженні матеріали виділяють тепло, причому тим більше, чим вище їх теплоємність. Коефіцієнт теплоємності дорівнює кількості тепла (Дж), необхідного для нагрівання
де Q - кількість тепла, кДж; т - маса матеріалу, кг; (t 1 - t 2) - різниця температур, К.
Теплоємність неорганічних будівельних матеріалів (бетон, цегла, природні кам'яні матеріали) змінюється в межах 0,75-0,92 кДж / (кг × К), деревини - 0,7 кДж / (кг × К), вода має найбільшу теплоємність - 4 кДж / (кг × К).
З підвищенням вологості матеріалів їх теплоємність зростає. Цей показник має велике значення при перевірці тепловіддачі стін і перекриттів, розрахунку підігріву матеріалів для зимових робіт.
Якщо будівельний матеріал складається з декількох складових частин (наприклад, бетон або будівельний розчин), то середньозважений коефіцієнт теплоємності такого матеріалу розраховують за формулою теплоємності суміші
де p - вагові частини складових матеріалів; С - коефіцієнти їх теплоємності.
Термостійкість - здатність матеріалу витримувати без руйнувань певну кількість різких коливань температури. Одиницею виміру цієї властивості є кількість теплозмін, визначається для багатьох теплоізоляційних і вогнетривких матеріалів.
Жаростійкість - здатність матеріалу витримувати температуру експлуатації до 1000 ° С без порушення суцільності і втрати міцності.
Вогнетривкість - здатність матеріалу витримувати тривалий вплив високих температур без деформацій і руйнування. За ступенем вогнетривкості матеріали поділяють на вогнетривкі, що працюють без зниження властивостей при температурі понад 1580 ° С, тугоплавкі - 1580 - 1350 ° С і легкоплавкі - нижче 1350 ° С. До цих матеріалів спеціального призначення належать шамотні (обпалена глина), динасові (що складаються в основному з оксиду кремнію) й високоглиноземисті (що містять переважно оксид алюмінію), які застосовують у вигляді дрібноштучних цегли для внутрішньої футеровки промислових теплових агрегатів (доменні, сталеплавильні, скловарної печі, автоклави тощо).
Вогнестійкість - властивість матеріалу чинити опір дії вогню при пожежі протягом певного часу. До всіх матеріалів, використовуваних в будівництві, і особливо до тих, з яких виконують несучі конструкції: стіни, колони, перекриття, - пред'являють вимоги по вогнестійкості, які залежать від категорії будівлі та споруди по пожежної безпеки, визначаються СНіП, СНБ. Для оцінки вогнестійкості введений показник займистості, заснований на трьох ознаках граничного стану: втрати несучої здатності (зниження міцності і збільшення деформацій), теплоізолюючих властивостей та суцільності. Межа вогнестійкості конструкцій і матеріалів характеризується часом (ч) з початку теплового впливу і до появи одного з ознак граничного стану.
За возгораемости будівельні матеріали поділяють на неспалені, важкозгораємі і спаленні.
До неспаленим відносять бетон, цегла, сталь, природні кам'яні матеріали.
Вогнестійкими - матеріали, які під дією вогню чи високої температури ніяк не спалахують, тліють або обвуглюються, але після видалення джерела вогню їх горіння та тління припиняються (фіброліт, що складається з деревних стружок і цементного каменю, асфальтобетон, деякі полімерні матеріали).
Спаленні - матеріали, які при контакті з вогнем спалахують і горять відкритим полум'ям навіть у випадку ліквідації джерела вогню (деревина, бітум, полімерні матеріали).
При дії звуку на матеріал виявляються його акустичні властивості. За призначенням акустичні матеріали ділять на чотири групи: звукопоглинальні, звукоізолюючі, виброизолирующие і вібропоглинаючі.
Звукопоглинальні матеріали призначені для поглинання шумового звуку. Основний акустичної характеристикою є величина коефіцієнта звукопоглинання, що дорівнює відношенню кількості поглиненої матеріалом звукової енергії до загальної кількості падаючої на поверхню матеріалу в одиницю часу. Звукопоглинальними матеріалами називають ті, у яких коефіцієнт звукопоглинання більше 0,2. Ці матеріали мають відкритою пористістю або мають шорстку, рельєфну поверхню, поглинає звук.
Звукоізолюючі матеріали застосовують для ослаблення ударного звуку, що передається через будівельні конструкції будівлі з одного приміщення в інше. Оцінку ефективності звукоізоляційних матеріалів проводять за двома основними показниками: динамічному модулю пружності і відносної стисливості (%) під навантаженням.
Звукоізолююча здатність - один з параметрів оптимізації зовнішніх і внутрішніх огороджувальних конструкцій. Звукоізолююча здатність залежить від природи матеріалу та конструктивного рішення, наприклад, стіни або перегородки. Для одношарової конструкції звукоізолюючі властивості залежать від маси одиниці площі поверхні.
Відомо, що при товщині стіни (перегородки) з пористого бетону
Зі збільшенням товщини стін і з підвищенням щільності бетону підвищується і звукоізолююча здатність пористого бетону. При r = 800 кг / м 3 та товщині стіни
Для влаштування міжквартирних стін або перегородок слід використовувати дво-або багатошарову конструкцію з повітряним прошарком або з заповненням повітряного зазору пористим матеріалом. Наявність щільних штукатурних шарів також підвищує звукоізолюючу здатність конструкцій.
Двошарові конструкції (з повітряним проміжком до
Виброизолирующие і вібропоглинаючі матеріали призначені для усунення передачі вібрації від машин і механізмів на будівельні конструкції будівель.
3. Основні напрямки вирішення екологічних проблем у будіндустрії
Антропогенний вплив будівництва різноманітно за своїм характером і відбувається на всіх етапах будівельної діяльності - починаючи від видобутку будматеріалів і закінчуючи експлуатацією готових об'єктів. З серйозними порушеннями ландшафтів і забрудненням навколишнього середовища пов'язане ведення робіт безпосередньо на будмайданчику. Порушення ці починаються з розчистки території будівництва, зняття рослинного шару та виконання земляних робіт. При розчищенні території будівництва, раніше вже займалася під забудову, утворюється значна кількість відходів, що забруднюють навколишнє середовище при спалюванні, або захаращують звалищного території, що змінює морфологію ділянок, погіршує гідрологічні умови, сприяє ерозії. Ступінь впливу на природу залежить від матеріалів, застосовуваних для будівництва, технології зведення будівель і споруд, технологічної оснащеності будівельного виробництва, типу і якості будівельних машин, механізмів і транспортних засобів та інших факторів.
Територія будівництв стає джерелом забруднення сусідніх ділянок: вихлопи і шум двигунів машин, спалювання відходів. Вода широко використовується в будівельних процесах - як компоненти розчинів, як теплоносій в теплових мережах; після використання вона скидається, забруднюючи грунтові води і грунту.
Проектування.
Вплив урбанізованих територій на навколишню природу і сама якість середовища на цій території визначається в першу чергу, рішеннями, закладеними при проектуванні, потім відповідно якістю виконання і далі - умовами експлуатації об'єктів.
Проектування підприємств, будівель і споруд промислового призначення здійснюють з урахуванням, а об'єктів житлово-цивільного значення - на основі вимог охорони навколишнього природного середовища, затверджених у встановленому порядку схем і проектів районного планування, схем генеральних планів великих підприємств, проектів детального планування.
Важливе значення має екологічна експертиза проектів - система комплексної оцінки всіх можливих екологічних і соціально-економічних наслідків здійснення проектів будівництва та реконструкції великих об'єктів, спрямована на запобігання їх негативного впливу на навколишнє середовище і на вирішення намічених завдань з найменшою витратою ресурсів і мінімальними небажаними наслідками. Мета і завдання екологічної експертизи - в інтересах нинішнього і майбутніх поколінь забезпечити охорону, науково обгрунтоване раціональне використання землі та її надр, водних ресурсів, рослинного і тваринного світу, збереження в чистоті повітря і води, відтворення природних багатств і поліпшення навколишнього середовища людини. Вона дозволяє ще на стадії планування і проектування об'єкта виявити і усунути помилки в організації природокористування та охорони природи і повинна вестися на всіх етапах проектування документації на будівництво.
Екологія розселення.
Генеральна і регіональні схеми розселення поряд із соціально-економічними завданнями вирішують і екологічні - створення містобудівних умов збереження і поліпшення навколишнього середовища шляхом розумного розосередження населення, ефективного розподілу та організації територій.
Для вирішення урбоекологічних питання необхідно на основі наявної інформації з урахуванням соціально-економічних завдань проаналізувати общеекологіческіе умови на території країни, умови життя населення, стан природи в агломераціях, щоб ясно уявити проблеми розселення.
Відновлення порушених територій.
Щороку в нашій країні вилучаються з с / г значні площі цінних земель. Одночасно збільшується площа порушених територій, тобто таких, які не можуть бути використані без рекультивації. Найбільш типові порушення: зняття грунтового та рослинного шару на будівельних майданчиках, кар'єрні виїмки різних площ, відвали і насипу відпрацьованої породи, канави і траншеї, звалища виробничих та побутових відходів, провали, обвалення і т.д. розрізняють порушення акумулятивного типу (без пошкодження поверхні), і денудаційного (прогини, просідання, тріщини).
В умовах територіального дефіциту рекультивація земель необхідна. Рекультивація - комплекс робіт з відновлення продуктивності та цінності порушених земель з метою подальшого їх використання.
У Білорусі за період активної індустріалізації багато доступні невідновлювані національні природні ресурси були витрачені більш ніж наполовину: нафта - на 85%, пісок скляний - на 60%, пісок будівельний, гравій, глина для виробництва цегли - на 50 - 60%. При цьому треба звернути увагу на той факт, що, незважаючи на такий великий витрата корисних копалин, які є сировиною для виробництва будівельних матеріалів, в житло потребує кожен п'ятий житель. Витрати і зміст наявного житлового фонду з кожним роком зростають. При такій ситуації можливий тільки один вихід - перехід на альтернативну енергетику (сонця, вітру, води), поновлювані матеріали і паливо, екотехнології, значно знижують енерго-і ресурсопотребленіе.
У будівництві всі ці напрямки об'єднані у поняття «енергопасивний екобудинок» - житло ХХI століття. Вимоги пред'являють не тільки до екологічного якості житла і маловитратної експлуатації будинку, але і до екологічності виробництва будівельних матеріалів, технології виробництва будівельних робіт, демонтажу будівель по закінченні нормативного терміну експлуатації та утилізації будівельного сміття. «Енергопасивний екобудинок» повинен поєднувати в собі, з одного боку, використання екологічно чистих, легко відновлюваних матеріалів і енергій, з іншого, - не завдавати шкоди своєю життєдіяльністю навколишній природі та здоров'ю людини.
Придатність матеріалів повинна оцінюватися за чотирма основними параметрами: енергоємність, екологічність, життєвий цикл, утилізація або повторне використання. Енергоємність - це сукупність енерговитрат при отриманні будівельного матеріалу, його транспортування, монтажу та експлуатації. Для оцінки екологічності розглядають наступні питання: чи шкідливий для здоров'я людини сам матеріал або продукти його розкладання при експлуатації; вимагає він захисного покриття і наскільки воно нешкідливе; чи становлять небезпеку забруднення навколишнього середовища його відходи і наскільки безпечна їх утилізація? Життєвий цикл визначають за критерієм, рівного ставлення терміну служби матеріалу до нормативного терміну експлуатації всієї споруди в цілому. У це поняття включають також можливість ремонту матеріалу і його взаємозамінність.
Дуже важливою є можливість повторного використання або нешкідливою дешевої утилізації матеріалу. Прикладами «енергопасивного екодома» у таких індустріально розвинених країнах, як Англія, США, Німеччина, Швеція можуть служити будинку з низьким і навіть нульовим споживанням енергії, без каналізаційних систем. Життєдіяльність людини забезпечують збалансовані системи біологічної переробки відходів, збирання й очищення дощової води, акумулювання сонячної енергії для опалення.
Вважається, що опалення житла за рахунок сонячної енергії можливо в дуже обмежених областях земної кулі. Однак, за багаторічними спостереженнями метеорологів, на широті Мінська з квітня по вересень на
по дерев'яних балках з підшивкою вагонкою. Огороджувальні стінові конструкції виконані з модифікованих відпресованих солом'яних блоків розміром 500х500/1000х360 мм, які укладають на розчин з наступним оштукатурюванням зовнішньої поверхні по металевій сітці цементно-вапняним розчином М50 і захистом її фасадною фарбою. Зсередини стіни облицьовані силікатними блоками товщиною 100 мм , Щільністю 600 кг/м3, з обробкою шпалерами або гіпсоволокнистими листами з декоративним покриттям.
У другому варіанті екодома всі несучі конструкції монтують зі збірних елементів, які виконують з дерев'яного каркаса з ефективним довговічним утеплювачем і облицюванням листовими матеріалами (ДВП, фанера, цементостружечние плити) або чорновий дошкою. З внутрішньої сторони для обробки стін використовують гіпсокартонні листи або вагонку, із зовнішнього - вагонку дерев'яну або металеву (сайдинг).
4. Завдання № 3
Визначити питому міцність (коефіцієнт конструктивної якості) граніту, цегли глиняної і бетону важкого, якщо межа міцності на стиск R сж для цих матеріалів дорівнює відповідно 280, 10 і 60 МПа.
Рішення:
Коефіцієнт конструктивної якості знаходиться за формулою
Середня щільність для бетону важкого ρ ср = 2200-2500 кг / мі
цегли глиняної ρ ср = 1700-1900 кг / мі
граніту ρ ср = 2600-2700 кг / мі
Для бетону важкого
Для цегли глиняної
Для граніту
Література
1. Баженов В.М. Технологія бетону. - М.: Вища школа, 1967.
2. Кірєєва Ю.І., Лазаренко О.В. Будівельні матеріали та вироби. Учеб. посібник. - Мн.: Дизайн ПРО, 2001.
3. Пінчук Л.С., Струк В.А., Мишкін Н.К., Свіріденок А.І. Матеріалознавство і конструкційні матеріали. - Мн.: Вишейшая школа, 1989.
4. Чаус К.В. та ін Технологія виробництва будівельних матеріалів, виробів та конструкцій. - М.: Стройиздат, 1988.
5. Боженов П.І. Комплексне використання мінеральної сировини та екологія. - М.: Изд-во Асоціації будівельних вузів, 1994.
У другому варіанті екодома всі несучі конструкції монтують зі збірних елементів, які виконують з дерев'яного каркаса з ефективним довговічним утеплювачем і облицюванням листовими матеріалами (ДВП, фанера, цементостружечние плити) або чорновий дошкою. З внутрішньої сторони для обробки стін використовують гіпсокартонні листи або вагонку, із зовнішнього - вагонку дерев'яну або металеву (сайдинг).
4. Завдання № 3
Визначити питому міцність (коефіцієнт конструктивної якості) граніту, цегли глиняної і бетону важкого, якщо межа міцності на стиск R сж для цих матеріалів дорівнює відповідно 280, 10 і 60 МПа.
Рішення:
Коефіцієнт конструктивної якості знаходиться за формулою
Середня щільність для бетону важкого ρ ср = 2200-2500 кг / мі
цегли глиняної ρ ср = 1700-1900 кг / мі
граніту ρ ср = 2600-2700 кг / мі
Для бетону важкого
Для цегли глиняної
Для граніту
Література
1. Баженов В.М. Технологія бетону. - М.: Вища школа, 1967.
2. Кірєєва Ю.І., Лазаренко О.В. Будівельні матеріали та вироби. Учеб. посібник. - Мн.: Дизайн ПРО, 2001.
3. Пінчук Л.С., Струк В.А., Мишкін Н.К., Свіріденок А.І. Матеріалознавство і конструкційні матеріали. - Мн.: Вишейшая школа, 1989.
4. Чаус К.В. та ін Технологія виробництва будівельних матеріалів, виробів та конструкцій. - М.: Стройиздат, 1988.
5. Боженов П.І. Комплексне використання мінеральної сировини та екологія. - М.: Изд-во Асоціації будівельних вузів, 1994.