Учебное пособие: Материаловедение 3

--PAGE_BREAK--10.11. Класс-ция неорг., гидравл.вяж-их. Неорг.вяж-ми в-вами назыв. порошкообраз.м-лы, α при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно затвердевать в результате физико-хим.процессов. Переходя из тестообраз.состояния в камневид., вяж-ее в-во скрепляет м-ду собой камни, зерна песка, гравия, щебня. Это св-во вяж-го в-ва использ-т для изготов-я бетонов, силикат.кирпича, асбоцементных и др. необожжен. искусств. м-лов, стр.р-ров (штукатур., кладочных, специал.). Класс-ция: 1) Воздуш.вяж-ие способны затвердевать и длител.время сохр-ть прочн-ть только на воздухе. По хим.составу делятся: гипс.вяж-ие (основой явл. сернокислый кальций CaSО4), магнезиал. вяж-ие (содержат каустич.магнезит MgO), жид.стекло (силикат Na или К в виде вод.р-ра), известковые вяж-ие (состоят в основном из оксида Ca). 2) Гидравлические вяж-ие твердеют и длител.время сохраняют проч-ть и даже повышают ее не только на воздухе, но и в воде. По хим.составу представляют собой слож.систему, состоящую в основном из 4 видов: CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3. Эти соед-я образуют 3 основ.группы гидр.вяж-их: силикат. цементы (состоят на 75% из силиката кальция CaO-SiO2: портландцемент, его разновидности); алюминатные цем-ты (вяж-ей основой явл. алюминаты CaO- Al2O3: глиноземистый цем-т, его разновид-ти); гидравлич.известь, романцемент. 3) Вяж-ие автоклав.тверд-я – такие в-ва, α способны при автоклав.синтезе, происходящем в среде насыщ.пара, затвердевать с образованием плот., проч.камня. Этот процесс происходит при 185-190°, развивается давл-е 0,9-1,8 МПа. Относят известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые вяж-ие, нефеленовый цем-т.
12. Гипс.вяж-ие-воздуш.вяж-ие, получаемые теплов.обработкой сырья и помола. Сырьем служит полувод.гипс CaSО4*0,5Н2О или ангидриты CaSО4. Сырье для получ-я гипс.вяж-их-горная порода гипс, состоящая преимущественно из CaSО4*2Н2О, также использ-т отходы пром-ти (фосфогипс, борогипс), α в бол.кол-вах имеются на предприятиях по переработке природ.фосфатов. Г.вяж-ие подразделяются в завис-ти от t теплов.обработки на 2 группы: низкообжиговые, высокообжиговые. Низк-вые получ-т теплов.обработкой природ.гипса при 110-180°. Они состоят из полувод.гипса. CaSO4*2H2O→CaSO4*0,5H2O+1,5H2O. Низк-ые: стр., формовоч., высокопроч.гипс. Стр.гипс обжигают в вароч.котлах или печах. В первом случае гипс.камень сначала размалывают (шаров.мельницы), обжигают в виде порошка. Имеются пром.установки, в α совмещены помол и обжиг. При обжиге в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой, вода из сырья удаляется в виде пара. Стр.гипс содержит в своем составе некот.кол-ва CaSO4. Высокопроч.гипс получают термич.обработкой высокосортного гипс.камня в герметич.аппаратах в среде насыщ.пара при давлении выше атмосфер-го либо кипячением его в вод.р-рах некот.солей с последующей сушкой и размолом в тонкий порошок. Прочн-ть такого гипса лежит в пределах на сжатие 15-25 МПа. Если применить спец.обработку, можно получить прочн-ть до 60 МПа. Из него получ-т эл-ты стен и сборные перегородки, камни для стен. Формовоч.гипс состоит из модификаций полугидрата. Применяют в керамич. и фарфоро-фаянсовой пром-ти, для изготов-я форм из мет-ла. Высокообж-ые гипс.вяж-ие получ-т обжигом гипс.камня при 600-900°, поэтому они состоят преимущественно из ангидрита CaSO4, α частично подвергается термич.диссоциации с образов-м CaO. Небол.кол-во CaO в составе вяж-го играет роль активизатора при взаимодействии с водой. Можно получить ангидрит.вяж-ее без обжига-помолом природ.ангидрита с активизаторами тверд-я: известью, обожжен.доломитом. В отличие от стр.гипса высокообж.гипс медленно схватывается и тверд-т, но его водостойкость и прочн-ть всегда лежит в пределах на сжатие 10-20 МПа. Его применяют для устройства безшов.полов в р-рах, для штукатурки и кладки, для изготов-я искусств.мрамора.
14.15. Основ. св-ва гипс. вяж-их: тонкость по­мола, водопотребность, сроки схватывания, прочность на растяж-е при изгибе и при сжатии (марка). Тонкость помола харак-ся массой гипс.вяж-го (% пробы, взятой для просеивания, но не ме­нее <metricconverter productid=«50 г» w:st=«on»>50 г), оставшегося при просеивании на сите с ячейками размером в свету <metricconverter productid=«0,2 мм» w:st=«on»>0,2 мм. Установлены три степени помола: I (груб.помол)-остаток на сите не>30%; II (сред.по­мол)-не>15%; III (тонк.помол)-не>2%. Водопотр-ть г.вяж-го опред-ся кол-вом воды, % массы вяж-го, необходимым для получ-я гипс.теста стандарт.консистенции (диаметр расплыва <metricconverter productid=«180 мм» w:st=«on»>180 мм). В завис-ти от сроков схват-я г.тес­та стандарт.консистенции выпускают след.ви­ды гипс.вяж-х: быстротвердеющие А с началом схватывания не ранее чем через 2 мин и концом — не позднее чем через 15 мин; нормальнотвер­деющие Б 6-30 мин; медленнотвердеющие В 20-более. Прочност.хар-ки г.вяж-го оп­ред-т, подвергая испытанию образцы-балочки разме­ром 40х40х160 мм из г.теста стандарт.консистенции через 2 ч после изготов-ния. Для г.вяж-их установлены след.марки (12) в завис-ти от предела прочности при сжатии (Rсж) с учетом прочно­сти на изгиб (Rиз): 2,4,5…25. Маркировка г.вяж-го дает инф-цию о его основ.св-вах. Напр., Г-5-А-II обозначает: г.вяж-ее марки 5 быстротвердеющее, сред.помола. Г.вяж-ие в воде снижают свою прочность вследствие растворения CaSО4*2Н2О и разрушения кри­сталлич.сростка. Для повышения водостойкости гипс.изделий при изготовлении вводят гидрофобные добавки, молотый, доменный гранулиров.шлак, а также пропитывают водоотталкивающими составами.
16. Применение гипс.вяж-их: для изготов-я гипс.деталей, гипсобетон.изделий (перегородоч.панели, сухая штукатурка и т.д.), для приготовл-я штукатур.р-ров (внутр.штукат-ки) и получ-я гипсоцементно-пуццолановых вяж-их. Для эксплуатации помещ-я, где относит.влажн-ть >60%, применяют гидрофабизирован.плиты. В проц-се тверд-я гипс.р-ры всегда увелич-ся в объеме до 1%. Это благоприятствует для изготовл-я арх.деталей способом литья. Для изготов-я форм и моделей фарфоро-фаянсовых и керам.изделий.
17. Стр.гипсизготов-т низкотемператур.обжигом гипс.породы (гипс.) в вароч.котлах или печах. В первом случае гипс.камень сначала размалывают, а потом в виде порошка нагрева­ют в вароч.котлах. Имеются пром.установ­ки, в α совмещены помол и обжиг. При обжиге в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой, вода из сырья удаляется в виде пара, и гипс.вяж-ее состоит в основном из мелких кристаллов β-модификации CaSO4*0,5Н2О; содержит также некот.кол-­во ангидрита СаSО4 и частицы неразложившегося сырья.­
18. Магнезиал.вяж-ие в-ва: кристаллич.магнезит (MgCO3) и каустич.доломит (CaCO3*MgCO3)-тонкие порошки, основ.составляющей α явл. MgO. М.вяж-ие в-ва получают путем умерен.обжига при 750-850° магнезита, реже доломита. MgCO3→MgО+СО2↑. М.вяж-ие в-ва затворяют чаще всего вод.р-рами др.магнезиал.солей. Это ускоряет процесс тверд-я, значит-но повышает прочность. При затворении водой MgО твердеет очень медленно. М.вяж-ие относятся к воздуш.вяж-м в-вам, отличаются выс.прочн-тью при сжатии 60-100МПа. Эти вяж-ие хорошо сцепляются с деревян.пов-тями, потому его ипольз-т для изгот-ния фибролита. Если использовать в кач-ве наполнения древес.опилки, можно получить монолит. и плиточ.полы.
19.20. Жид.стекло (возд.вяж-ее) представляет собой коллоидный вод.р-р силиката Na или силиката K (Na2SiO3, K2SiO3), имеющий плотность 1,3-1,5 г/см3 при содержании воды до 70%. Состав щелочных силикатов выраж-ся ф-лой R2O*mSiO2, R-K или Na, m-модуль ж.стекла. У натриевого стекла m=2,5-3,5; калиевого m=3-4. Чем > модуль, тем выше вяж-е св-ва жид.стекла. Ж.стекло варят из кварц.песка и соды (NaHCO3, Na2CO3-пищевая) в стеклоплавильных печах, как обыч.стекло, и когда расплав застывает, образуются тв.прозрач.куски с желтоватым, голубоватым или слабо-зел.оттенком, называемые силикат-глыбой. Ж.стекло получают, растворяя раздроблен.куски в воде при повышен.t и давлении 0,6-0,8 кПа. Натриевое ж.стекло применяют для изготовления кислотоупор. и жароупор.бетонов, а также для уплотнения грунтов. Калиевое ж.стекло более дорогое, поэтому его применяют преимущественно при изготовлении силикат.красок.
21. Цем-ты явл-ся наиболее распространенными неорг.вяж-ми в-вами, широко применяемыми для изготов-я цем.бетонов и р-ров. Они обладают способ-тью твердеть и длительно сохранять свою проч-ть не только на воздухе, но и под водой, почему получили назв-е-гидравлич.вяж-их в-в. Ц-ты получают 3-мя основ.способами: сухим, мокрым, комбинированным. Сух.сп-б заключ-ся в измельчении и тесном смешивании сухих сырьевых м-лов, поэтому сырьевая смесь получ-ся в виде минерал.порошка, называемого сырьевой мукой. Измельч-е производят в шаров.мельницах, в α совмещаются помол и сушка достаточ.влаж-ти 1-2%. Сух.сп-б пр-ва выгоден при использ-и известняка и глины с невыс.влаж-тью до 10-15%. Мок.сп-б применяют, если сырье имеет значит.влаж-ть, поэтому тонкое измельч-е осуществляется в вод.среде. Поэтому получен.м-л имеет влаж-ть 35-40%, α назыв. шламом. Комб.сп-б дает возмож-ть на 20-30% снизить расход топлива по сравнению с мок.сп-бом. Сущ-ть этого м-да заключ-ся в том, что приготовлен.шлам до поступления в печь обезвоживается на спец.установках. Однако при этом возрастает расход эл.эн-гии.
22.24.25. Основ.виды ц-тов: п-т-гидр.вяж-ее в-во, в составе α преобладают силикаты Ca. П-т-продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой (3-5%) гипса. Клинкер представляет собой зернистый м-л, полученный обжигом до спекания (при 1450°) сырьевой смеси, состоящей в основном из карбоната Cа (известняки) и алюмосиликатов (глин, мергеля, домен.шлака). Кач-во клинкера опред-т все св-ва п-та, доб-ки лишь регулируют его св-ва. Хим.состав клинкера: СаО 62-64%, SiO2 21-22%, Al2O3 4-8%, Fe2O3 2-4%. В состав клинкера входят частично окислы MgO, TiO2, K2O, Na2O, Cr2O3, P2O5. Мин.состав клинкера: алит 3CaO*SiO2 (C3S); белит 2CaO*SiO2 (C3S); трехкальциевый алюминат С3А; четырехкальциевый алюмоферрит С4АF. Алит-самый важ.мин-л в клинкере, определяет быстроту тверд-я, проч-ть, др.св-ва п-та, его содержание 40-60%. Белит- 2-й по важн-ти мин-л, 20-30%. Он медленно твердеет, но достигает выс.проч-ти при длител.тверд-и п-та. 3х-кальц.ал-т 4-12% быстро взаимодействует с водой, явл. причиной сульфат к-зии бетона, поэтому его содерж-е в сульфатостойком п-те ограничено до 5%. 4х-кальц.ал.-феррит содержится в п-те 10-15%, харак-ся умерен.тепловыделением, занимает по скорости тверд-я м-ду алитом и белитом. Шлакоп-т получ-ся путем тонкого помола клинкера и гранулиров.домен.шлака с необходимым кол-вом гипса. Глиноземистый ц-т-быстротвердеющее и высокопроч.гидравл.вяж-ее в-во, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно алюминаты Са (СаО*А12О3). Пуццоланов.п-т получается путем совместного тонкого измельч-я клинкера, необходимого кол-ва гипса и актив.мин.добавки не >20%. В клинкере ограничивается содерж-е С3А не>8%.
23. Применение ц-тов. П-т используют в кач-ве вяж-го при изготовл-ии монолит. и сборного бетона и ж/б. Изделия и констр-ции, изготовленные на п-те, можно применять в надземных, подземных и подводных усл-х, а также в случае попеременного воздействия воды и отрицат.температур. П-т невыс.марок используют для приготовления кладоч. и штукатур.р-ров. Не следует изготовлять из п-та констр-ции, подвергающиеся воздействию морской, минерализованной или даже пресс.воды,-проточной или под сил.напором. Быстротвердеющий п-т-основ.вид вяж-го для изготов-я сбор.ж/б, используют в монолит.немассив.ж/б констр-циях для ускорения набора проч-ти, в особенности при зим.бетонировании. Особобыстротверд-щий высокопроч.п-т-в высокопроч.бетонах ж/б констр-ций. Сульфатостойкий п-т для изготов-я бетонов, подвергающихся действию сульфат.к-зии, бетонов повышенной морозостойкости. Сульфатостойкие шлакоп-т и пуццолановый п-т для подзем. и подвод.частей сооруж-й, подвергающихся сульфат.к-зии. Пластифицированный п-т придает раствор. и бетон.смесям повышен.подвижность для уменьш-я водоцемент.отн-я и повыш-я плот-ти, морозостойкости и водонепрониц-ти бетона. Пуццолановый п-т для бетонов, постоянно находящихся во влаж.усл-х (подвод. и подзем.части сооруж-й). На воздухе бетон на пуц.п-те дает бол.усадку и в сух.усл-х частично теряет проч-ть. Бетоны на пуц.п-те имеют низкую морозост-ть и не годятся для сооруж-й, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. Его не следует применять при зим.бетон.работах. Его часто использ-т для бетонирования внутр.частей массив.сооруж-й (плотин, шлюзов). Шлакоп-т явл-ся самым подходящим ц-том для бетона массив.констр-ций (надзем., подзем., подвод.части сооруж-й). Белые и цвет.п-ты применяют для отделки стеновых панелей, при изготовл-и лестнич.ступеней, подокон.плит, в дорож.работах для цементно-бетон.покрытий площадей, разделител.полос на авто-магистралях, для нужд архитектурно-худ.оформления зданий и сооруж-й. Тампонаж.п-т для цементирования нефтяных и газовых скважин. Глиноземистый ц-т использ-т при срочных ремонт. и аварийных работах, пр-ве работ в зим.усл-х, для бетон. и ж/б.сооруж-й, подвергающихся воздействию сильно минерализованных вод, получ-я жаростойких бетонов, изготовл-я расширяющегося и безусадоч.ц-тов. Гипсоглиноземистый ц-т для омоноличивания стыков сбор.констр-ций, гидроизоляц.штукатурок, плот.бетонов в ж/б.судостроении и при возведении емкостей для хранения нефтепродуктов. Напрягающий ц-т для газонепроницаемых констр-ций, хранилищ бензина, подвод. и подзем. напорных сооруж-й, спортив.объектов.
26. 27. Доб-ки п-та. Класс-ция: 1) орг.поверхностно-активные: гидрофилизующие, гидрофобизующие, 2) минеральные: природные (естеств.), искусств. К гидрофилизующим доб-кам относится сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), получаемая из сульфитных щелоков, образующихся при сульфитной варке целлюлозы. СДБ представляет собой в основном кальциевую соль лигносульфоновой кислоты — лигносульфонат каль­ция, α улучшает их смачивание водой, одновременно ослабляя силы взаим.сцепления м-ду частицами вяж-го. В результате добавка СДБ повышает пластич-ть це­м.теста и подвижность бетон.смесей. К гидрофобизующим доб-кам относят мылонафт, асидол, асидол-мылонафт, синтетические жирные кисло­ты и их соли. Мылонафт представляет собой натриевое мыло нафтеновых кис-т. Ист-ком получ-я нафтен.кис-т явл. щелочные отхо­ды, образующиеся при очистке продуктов перегонки нефти (бензина и др.) щелочью. Из них получают тех­нич.нафтен.кис-ты, известные под названием асидол и асидол-мылонафт. Синтетич.жирн.кис-ты изготовляют путем окисления парафина. Мож­нo применять в кач-ве доб-ки как синтетич.жир.кис-ты, так и кубовые остатки, полученные при пр-ве этих кис-т. Молекулы нафтеновых кислот и их солей адсорбируются на частицах цем-та, они не смачив-ся водой и придают ц-ту гидрофобные св-ва. Своеобразным смазоч.действием тонких ориентирован.пленок на частицах ц-та объясняется увелич-е подвижности бетон.смесей. В кач-ве природ.актив.доб-к использ-т осадоч.гор.породы (диатомит, трепел, опоку, горелые глинист.породы-глиежи), породы вулканич.происхождения (вулканич.пепел, туф, пемзу, витрофир, трасс). Искусств.актив.мин.доб-ки представляют собой побоч.продукты и отходы пром-ти: быстроохлажденные (гранулированные) домен.шлаки, белитовый (нефелиновый) шлам-отход глинозем.пр-ва, содержащий в своем составе до 80% мин-ла белита, зола-унос-отход, получаемый при сжигании тв.топлива в пылевидном состоянии и улавлиемый электрофильтрами. Актив.мин.доб-ка химически связывает растворимый в воде гидроксид кальция, выделяющийся при твердении п-та, при этом повышается плот-ть цем.камня, возрастает его сопр-ние к-зии. Поэтому их применяют для повыш-я плот-ти, водостойкости и солестойкости бетонов и р-ров. Некоторые из них используют для приготовления жароупор.бетонов и р-ров на п-те.
28. Спец.виды ц-тов: тампонаж.п-т изготовляют измельч-м клинкера, гипса и добавок для цементирования нефтяных и газовых скважин. Расширяющиеся ц-ты (водонепроницаемый, гипсоглиноземистый, п-т) обладают контролируемым расширением, α, проявляясь в стесненных усл-х, вызывает самоуплотнение ц.камня и бетона. Р-ры и бетоны на расшир.ц-тах практически непроницаемы для воды и нефтепродуктов. Напрягающий ц-т: в процессе расширения в опред.усл-х тверд-я ц-т создает в арматуре, независимо от ее располож-я в ж/б констр-ции, предварител.напр-е.
29. Rn=R28*lgn/lg28, Rn, R28-предел проч-ти при сжатии в возрасте n и 28 сут (марочная проч-ть) (Па), n-возраст ц-та. Из ф-лы следует, что проч-ть ц-та при нормал. Усл-х тверд-я возрастает прямо пропорционально десятичному логарифму числа суток тверд-я. Эта ф-ла применима n>3 сут. Проч-ть п-та характ-ся его маркой. Марку ц-та устанавливают по пределу проч-ти при изгибе образцов призм размером 40х40х160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из цементно-песчаного р-ра состава 1:3 (по массе) и В/Ц=0,4 и испытанных через 28 сут. Предел проч-ти при сжатии в возрасте 28 сут. назыв. активностью ц-та, по ее вел-не устанавливают марку ц-та. Марки п-та: 400, 500, 550, 600.
    продолжение
--PAGE_BREAK--