Контрольная работа по "Строительству"

№30. Что такое водопоглощение материала, как оно характеризует пористость материала?

Пористость - степень заполнения объема материала порами. Пористость - величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала.

Пористость  строительных материалов колеблется в  пределах от 0 (сталь, стекло) до 90...98 % (пенопласт)

Пористость  материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2...5 мм). По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 95 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (т. е. около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляют собой сообщающиеся капилляры) активно поглощает воду.

Величина  пористости в значительной мере влияет на прочность материала. Строительный материал тем слабее сопротивляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные показывают, что при увеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.

Величина  прочности также зависит от размеров пор. Она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых материалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность  крупнопористых и с открытой пористостью.

Для сыпучих  материалов (цемент, песок, гравий, щебень) рассчитывают насыпную плотность.

Насыпная  плотность - величина, определяемая отношением массы материала т (Kr) K занимаемому  им объему в рыхлом состоянии VH (м )

Величина Va включает в себя объем всех частиц сыпучего материала и объем пространств между частицами, называемых пустотами. Если для зернистого материала известны насыпная плотность рн и средняя плотность зерен рс, то можно рассчитать его пустотность а - относительную характеристику, выражаемую в долях единицы или в процентах

По физическому  смыслу понятия пористость и пустотность  аналогичны. При изготовлении бетона стремятся использовать сыпучие  заполнители - песок, щебень или гравий с минимальной пустотностью. В  этом случае для заполнения пустот потребуется меньше цемента и бетон будет дешевле.

Очень часто в процессе эксплуатации строительные материалы и конструкции подвергаются воздействию воды, и свойства материалов изменяются. Количественно оценить  свойства материала в этом случае позволяют следующие понятия.

Водопоглощение  материалов, зависящее от характера  пористости, может изменяться в широких  пределах. Значения WM составляют для  гранита 0,02...0,7 %, тяжелого бетона - 2...4, кирпича 8...20, легких теплоизоляционных  материалов с открытой пористостью - 100 % и более. Водопоглощение по объему WQ не превышает пористости, так как объем впитанной материалом воды не может быть больше объема пор.

Величины W0 и WM характеризуют предельный случай, когда материал более не в состоянии  впитывать влагу. В реальных конструкциях материал может содержать некоторое количество влаги, полученной при кратковременном увлажнении капельножидкой водой либо в результате конденсации в порах водяных паров из воздуха. В этом случае состояние материала характеризуют влажностью.

Влажность - отношение массы воды, находящейся  в данный момент в материале тв, к массе (реже - к объему) материала  в сухом состоянии

Влажность может изменяться от нуля, когда  материал сухой, до величины WM, соответствующей  максимальному водосодержанию. Увлажнение приводит к изменению многих свойств материала: повышается масса строительной конструкции, возрастает теплопроводность; под влиянием расклинивающего действия воды уменьшается прочность материала.

Для многих строительных материалов влажность нормирована. Так, влажность молотого мела - 2 %, стеновых материалов -5...7, воздушно-сухой древесины- 12...18 %.

Водостойкость - свойство материала сохранять прочность  при насыщении его водой. Критерием  водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения - отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, RB к прочности при сжатии сухого материала

 
Пористость стройматериалов колеблется в широких пределах: от 0,2...0,8 %—У гранита и мрамора до 75...85 % у теплоизоляционного кирпича и у ячеистого бетона и свыше 90 % —У пенопластов и минеральной ваты. 
 
От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры--сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность. 
 
Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения. 
 
Свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. 
 
Среди физических процессов наибольшее значение в практике имеют воздействия водной и паровой среды, тепловые воздействия, распространение звуковых волн, электротока, ядерных излучений и т. п. Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, во-допоглощение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость).

Водопоглощение  пористых материалов (бетона, кирпича  и др.) определяют по стандартной  методике, выдерживая образцы в воде с температурой 20±2°С. Водопоглощение, определяемое погружением образцов материала в воду, характеризует в основном открытую пористость. Например, пористость легкого бетона может быть 50-60% объема, а его водопоглощение составляет 20-30% объема. Водопоглощение определяют по объему и массе. Водопоглощение по объему W₀, % -степень заполнения объема материала водой:

(1.16)

где m_в - масса образца материала, насыщенного водой, г; m_c -масса образца в сухом состоянии, г. 
Водопоглощение по массе W_м, %, определяют по отношению к массе сухого материала:

(1.17)  

Разделив W_о на W_м, получим:

 (1.18)

Относительную плотность сухого материала d выражают по его отношению к плотности воды (безразмерная величина) 
Диэлькометрический и нейтронный методы измерения влажности применяют преимущественно для сыпучих материалов, в особенности для оперативного контроля влажности заполнителей для бетона (песка, гравия, щебня). Измерение влажности материала этими методами производят при помощи влагомеров, состоящих из измерительного преобразователя и электронного измерительного блока (пульта) с отсчетным устройством. Диэлькометрический метод измерения основан на зависимости между влажностью и диэлектрической проницаемостью материала. Нейтронный метод использует связь влажности и степени замедления быстрых нейтронов, проходящих через материал. 
Водопоглошение различных материалов колеблется в широких пределах (% по массе): гранита 0,02-0,7; тяжелого плотного бетона 2-4; кирпича 8-15; пористых теплоизоляционных материалов 100 и более. Водопоглощение по массе высокопористых материалов может быть больше пористости, но по объему оно никогда не может превышать пористость. Водопоглощение определяют для оценки структуры материала, используя для этой целя коэффициент насыщения пор водой К_н, равный отношению водопоглощения по объему к пористости:

(1.19)

Коэффициент насыщения может изменяться от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты), тогда W_о = П. Уменьшение К_н (при той же пористости) свидетельствует о сокращении открытой пористости, что обычно проявляется в повышении морозостойкости. 
Водопоглощенне отрицательно влияет на основные свойства материала: увеличивается плотность, материал набухает, его теплопроводность возрастает, а прочность и морозостойкость понижаются. 
 
 
 
 
 
 

№44. Портландцемент, сырье и технологические схемы его производства, минералогический состав и его влияние на свойства цемента.

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер получается результате обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в клинкере силикатов кальция. Гипс при помоле клинкера должен добавляться в таком количестве, чтобы содержание SО в портландцементе было не менее 1,5% и не более 3,5%. Каждый процент гипса (СаSО • 2Н О) вносит в цемент 0.47% SO .

Портландцемент  может выпускаться без добавок или с активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента. Два придания цементу специальных свойств (пониженной водопотребности, повышенного воздухосодержания, гидрофобных свойств и т. д.) в пемент могут вводиться специальные добавки.

В ответствии с ГОСТ 10178—62, вводимым в действие с 1 ян-1964 г. вырабатываемый портландцемент будет делиться на пять марок: 250, 300, 400, 450 и 500.

Главнейшими окислами, входящими в состав портландцементного клинкера, являются : CaO, SiO , Al O , Fe O .Кроме того, в состав клинкера обычно входят: МgО,иногда ТiO , окислы марганца , присутствующие в том случае, когда одним из сырьевых компонентов для получения клинкера является доменный шлак, Р О , (обычно в незначительном количестве) и щелочи — Nа О + К О. Портландцементный клинкер имеет сложный минералогический состав. Он состоит из ряда кристаллических фаз и клинкерного стекла, отличающихся друг от друга по химическому составу и оптическим свойствам. Основными минералами клинкера являются: алит — ЗСаО • SiO (Ca S), белит — -модификация 2СаО • SiO (C S), трехкальциевый алюминат — ЗСаО • А1 О (С А) и алюмоферриты кальция переменного состава, находящегося обычно в пределах 

8СаО  • ЗА1 O • Fе O : 4СаО • А1  О • Fе О (С А F - С АF).

Количество  указанных минералов в заводских портландцементных клинкерах находится в пределах (в %): 

C S –  42-60 

C S –  15-35 

C A –  5-14 

C AF –  10-16 

Суммарное содержание указанных минералов  составляет обычно 95—98%. Эти минералы принято подразделять на минералы-силикаты — C S + C S и минералы-плавни — С А + С F. Соотношение между минералами-силикатами и минералами-плавнями в клинкерах колеблется в сравнительно узких пределах. Кроме того, в клинкере присутствует незакристаллизованное клинкерное стекло, имеющее переменный состав и содержащее значительнее величество А1 О и Fе О . Реже встречается алюминат состава 5СаО ЗА1 О . Второстепенными минералами клинкера являются свободная окись кальция (свободная известь) и свободная окись магния в виде периклаза. Щелочные окислы могут находиться в виде силиката К O • 23СаО •12SiO , алюмината Nа О • 8СаО • ЗА1 О , сульфатов натрия и калия; они входят также в состав клинкерного стекла. 

Алит  в тонких шлифах имеет вид прозрачных бесцветных гексагональных табличек или  призм со спайностью в одном направлении. В скрещенных николях микроскопа окраска алита темно-серая или светло-серая; при отраженном свете в непрозрачных шлифах она изменяется от светло-серой до темно-серой или синевато-серой. Белит имеет сложную двойниковую структуру, в отраженном свете его кристаллы отличаются от алита более светлой окраской и округлыми очертаниями зерен. Трехкальциевый алюминат в проходящем свете имеет вид изотропных шестиугольных пластинок, а в отраженном свете после травления шлифа 1%-ым спиртовым раствором НNO , имеет вид прямоугольных кристаллов. Алюмоферрит кальция в проходящем свете имеет вид длинновытянутых призматических кристаллов или мелких округлых зерен с желто-бурой или бурой окраской. В отраженном свете в непрозрачных шлифах кристаллы этих минералов обладают наиболее светлой окраской благодаря их высокой отражательной способности.

Клинкерное  стекло после травления 1%-ным спиртовым  раствором НNО и повторного травления 10%-ным раствором КОН имеет  вид в отраженном свете темных включений неправильной формы. 

Одним из важных свойств минералов портландцементного клинкера является их способность при  воздействии воды образовывать новые  водные соединения, которые с течением времени приобретают высокую  механическую прочность. Клинкерные минералы после затворения цемента водой подвергаются реакциям гидратации и гидролитической диссоциации, протекающим с различной скоростью. Основными продуктами этих реакций являются гидроалюминаты и гидроферриты кальция, а также гидрат окиси кальция, образующийся при гидролизе трехкальциевого силиката. Получающиеся гидроалюминаты кальция вступают во взаимодействие с гипсом с образованием комплексного соединения — гидросульфоалюмината кальция. 

По скорости гидратации клинкерные минералы могут  быть расположены (в порядке уменьшения скорости гидратации) в следующий ряд: трехкальциевый алюминат, четырехкальциевый алюмоферрит, трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат. Очень медленно протекает гидратация периклаза. Таким образом, минералогический состав клинкера является основным фактором, влияющим на скорость протекания химических реакций, происходящих при твердении цемента, на время для получения высокой механической прочности и на другие технические его свойства.  

Длительное  воздействие воды и водных растворов  минеральных солей на бетонные сооружения, выполненные с применением портландцемента, вызывает коррозию бетона, которая при неблагоприятных условиях может привести к полному его разрушению. Наибольшее разрушительное действие оказывают минерализованные воды — морские, озерные, грунтовые и др., содержащие значительное количество солей MgSO , Na SO , CaSO , MgCl . Последние, взаимодействуя с новообразованиями в твердеющем цементе, нарушают нормальную структуру цементного камня. Так, например, растворенные в воде сульфаты, взаимодействуя с гидратом окиси кальция твердеющего цемента, образуют сернокислый кальций, кристаллизующийся в порах цементного камня со значительным увеличением объема. При большой концентрации сульфатов в водной среде это приводит к появлению внутренних напряжений в бетоне, влекущих за собой вначале растрескивание, а затем полное его разрушение.