Материаловедение

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

9. Приведите классификацию воздушных вяжущих и изложите основы технологии производства строительного гипса с написанием реакции образования полуводного гипса.

 

Все строительные минеральные вяжущие  вещества в зависимости от их основного  свойства твердеть и длительно противостоять воздействию различных факторов окружающей среды делят на три основные группы: воздушные, гидравлические и кислотостойкие.

Воздушные вяжущие вещества характеризуются  тем, что, будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются. К числу воздушных вяжущих веществ относятся гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также воздушная известь.

Гипсовые вяжущие (ГОСТ 125-79, СТСЭВ 826-77) получают термической обработкой гипсового сырья до полугидрата  сульфата кальция. Применяют для  изготовления строительных изделий  всех видов и при производстве строительных работ.

Обоснование способа производства:

Обжиг гипса во вращающихся печах. Вращающиеся печи, применяемые для обжига гипса, представляют собой наклонный металлический барабан, по которому медленно передвигается предварительно раздробленный гипсовый камень. Гипс обжигается топочными газами, образующимися при сжигании различных видов топлива (твердого, жидкого и газообразного) в топочных устройствах при печах.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служит природный  ангидрит (СаSO₄) в основном природный гипс (СаSО₂*2Н₂О), а также гипсосодержащие отходы химической промышленности.

Производство полуводного гипса.

Создавая соответствующие условия  дегидратации двуводного гипса, можно  получить различные гипсовые вяжущие  вещества, которые разделяют на две  группы: низкообжиговые (собственно гипсовые) и высокообжиговые (ангидритовые) — ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.

При нагревании до 180°С двуводный гипс частично теряет воду, переходя в серый или белый порошок - полуводный гипс, который заметно растворим в воде :

 CaSO₄- 2H₂O = CaSO₄- 0,5H₂O + 1,5H₂O.

         +t^о

 

 

 

12. Что является сырьём для производства портландцемента и какова технология его получения по мокрому способу?

 

Сырьё.   

 Для производства портландцемента  в качестве сырьевых материалов применяют главным образом карбонатные и глинистые породы, а так же другие природные виды сырья и искусственные материалы, получаемы в виде промышленных отходов.   

 Помимо основных сырьевых  материалов в производстве портландцемента  используют и различные корректирующие добавки.    

 Карбонатные породы могут  быть представлены в виде известняка, мела, известняка-ракушечника, известнякового  туфа и т. д. Во всех этих  породах наряду с CaCO3 могут  содержаться примеси глинистых  веществ, доломита, кварца, гипса…  Особенно хорошим сырьем является мел, т. к. он легко измельчается при добавлении воды.   

 В качестве глинистого сырья  обычно используют глину или  глинистый сланец.   

 В качестве промышленных  отходов на некоторых цементных  заводах широко применяются доменные  шлаки(отходы от выплавки чугуна), а так же нефелиновый шлам - отход производства алюминия из нефелинов. Нефелиновый шлам может полностью заменить глинистый компонент в сырьевой смеси и примерно на 50% карбонатный.

Мокрый способ получения цемента.

   Применяется при производстве цемента из сырья состоящий из мела, глины, железосодержащих добавок. Требование к глине по влажности не более 20%, к мелу – не более 29%. Измельчение сырья производится в воде. Полученная шихта в виде суспензии влажностью до 50% поступает в печь для обжига. Диаметр печи может составлять 7 метров и длиной более 200 метров. В результате обжига получаются небольшие шарики – клинкеры, которые после тонкого помола станут готовым цементом. 

 

22. Дайте определение, что такое органические вяжущие вещества и воспроизведите развёрнутую классификацию битумов и дёгтей.

 

Органические вяжущие  вещества.

Органические вяжущие вещества представляют собой природные или  искусственные твердые, вязкопластичные  или жидкие (при комнатной температуре) продукты, способные изменять свои физико-механические свойства в зависимости от температуры. По химическому составу это либо сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных серы, азота, кислорода (битумы и дегти), либо карбоцепные и гетероцепные соединения, состоящие в основном из атомов углерода в сочетании с атомами водорода, азота, серы, кислорода и кремния (полимеры).

Органические  вяжущие вещества разделяют на три  основные группы: битумы природные и нефтяные; дегти каменноугольные, сланцевые, торфяные и древесные; полимеры полимеризационные и поликонденсационные.

Природные битумы (вязкие и жидкие) могут встречаться как в чистом виде, так и в «битуминозных» породах. Битуминозными или асфальтовыми породами называют горные породы (известняки или песчаники), пропитанные природными битумами. Они образовались в земной коре в результате длительных процессов окисления и полимеризации нефти, пропитавшей эти осадочные горные породы.

Вязкие природные битумы получают путем извлечения их из известняков, доломитов или песчаников, пропитанных природными битумами.

Природные битумы по ряду показателей их свойств (высокой  адгезии, погодоустойчивости) превосходят  нефтяные. Применение природных битумов  в строительстве ограничивается высокой стоимостью и относительно малым объемом их производства. Вязкие природные битумы используются главным образом в химической и лакокрасочной промышленности. При переработке асфальтовых горных пород могут быть получены асфальтовый порошок, асфальтовая мастика или асфальтовый бетон для холодной укладки. Асфальтовый порошок получают путем измельчения карбонатных пород, если содержание природного битума в них не превышает 2... 3% по массе. Он имеет широкое применение для изготовления асфальтовых бетонов и растворов. Асфальтовая мастика -- продукт объединения асфальтового порошка с природным или нефтяным битумом.

К недостаткам  как природных, так и нефтяных битумов следует отнести их повышенную хрупкость при отрицательных  температурах.

В качестве природных жидких битумов в строительстве используются тяжелые, высокосмолистые нефти.

Нефтяные битумы представляют собой твердые, вязкопластичные или жидкие продукты переработки нефти. По химическому составу битумы -- сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных азота, кислорода и серы, полностью растворимые в сероуглероде. Для исследования битумов их разделяют на основные группы углеводородов (близкие по свойствам) -- масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды.

Масла -- смесь циклических углеводородов (в основном нафтенового ряда) светло-желтой окраски с плотностью менее 1 и молекулярной массой 300...500; повышенное содержание масел в битумах придает им подвижность, текучесть. Количество масел в битумах колеблется в пределах 45...60%.

Смолы -- вязкопластичные вещества темно-коричневого цвета с плотностью около 1 и молекулярной массой до 1000. Смолы имеют более сложный состав углеводородов, нежели масла. Они состоят в основном из кислородных гетероциклических соединений нейтрального характера и придают битумам большую тягучесть и эластичность. Содержание смол 15.,30%.

Асфальтены и их модификации (карбены и карбоиды) - твердые, неплавкие вещества с плотностью несколько больше 1 и молекулярной массой 1000...5000 и более. Эта группа углеводородов является существенной составной частью битумов. Повышенное содержание асфальтенов в битуме определяет его высокие вязкость и температурную устойчивость. Общее содержание асфальтенов в различных битумах составляет 5...30% и более.

Карбены и карбоиды встречаются в битумах сравнительно редко в малом количестве (1...2%) и способствуют повышению хрупкости битума.

Асфальтовые кислоты и их ангидриды -- вещества коричневатого цвета смолистой консистенции с плотностью более 1. Они относятся к группе полинафтеновых кислот и могут быть не только вязкими, но и твердыми. Асфальтогеновые кислоты являются поверхностно-активной частью битума и способствуют повышению сцепления его с поверхностью минеральных заполнителей. Содержание их в нефтяных битумах составляет около 1 %.

Дегтями называют продукт сухой (без доступа воздуха) перегонки твердых топлив -- каменного угля, древесины, торфа, горючих сланцев и других органических веществ. В зависимости от исходного сырья может быть получен каменноугольный, древесный, торфяной или сланцевый деготь. Для строительных целей наибольшее применение получили каменноугольные дегти.

Сырой каменноугольный деготь, получаемый в процессе коксования и газификации  угля, представляет собой вязкую жидкость черного цвета с характерным запахом фенола, крезола и нафталина.

Для строительных целей и в промышленности строительных материалов применяются  дегти отогнанные, получающиеся после  отбора из сырых дегтей летучих веществ, или составленные, изготовляемые  смешением горячего пека с антраценовым маслом или другими жидкими дегтевыми материалами. Наибольшее распространение имеют составленные дегти.

Составленные и отогнанные дегти характеризуются вязкостью (по стандартному  вискозиметру) и фракционным составом. По сравнению с битумами дегти отличаются меньшей теплостойкостью и худшей погодоустойчивостью. Однако адгезия (прилипание) дегтей выше, чем у битумов, вследствие большего содержания полярных групп в молекулах масел дегтя.

Дорожные каменноугольные дегти  и другие дегтевые материалы (пек, антраценовое масло) применяются для изготовления дегтебетонов, а также для производства дегтевых кровельных и гидроизоляционных материалов.

Сланцевые дегти получают при нагревании горючих сланцев без доступа  воздуха. В настоящее время эти  дегти в виде вязких и жидких. По химическому составу и свойствам сланцевые дегти приближаются к битумным материалам и поэтому им присвоен не совсем точный термин «сланцевые битумы». Сланцевые битумы в большей степени по сравнению с нефтяными изменяют свои свойства при нагревании. Погодоустойчнвость таких битумов также меньше, чем у нефтяных. Сланцевые битумы используются обычно при тех же видах работ, как и нефтяные битумы.

 

38. Что называется асфальтовыми, дёгтевыми растворами? Чем они отличаются от асфальтовых и дёгтевых бетонов и где применяются в строительстве?

 

Асфальтовый раствор представляет собой плотную смесь асфальтового вяжущего и песка. Асфальтовым вяжущим служит смесь битума с тонкомолотым минеральным наполнителем (весовое соотношение их находится в пределах 1 :2,5- 1:5).

Дегтевые растворы — смеси дегтя с тонкомолотым наполнителем и песком применяют реже из-за меньшей их долговечности.

Асфальтобетон состоит из смеси асфальтового раствора и крупного каменного заполнителя — щебня, крупность которого может достигать 40 мм, но не должна быть более 0,7 толщины укладываемого слоя. Асфальтобетонные смеси изготавливают для укладки и уплотнения в горячем состоянии при температуре 150-165° или в холодном — при температуре окружающего воздуха.

Области применения в  строительстве.

Асфальтовые растворы и  бетоны — строительный материал, смесь размельченных минеральных материалов различной крупности — щебня, гравия, песка, минерального порошка или грунта с битумом. Приготовляют асфальтовые растворы и бетоны в стационарных, полустационарных или передвижных установках.

Асфальтобетоны всех типов широко используются в дорожном, промышленном, гражданском, гидротехническом и других видах строительства.

Дегтевые растворы и  бетоны — материалы, состоящие из заполнителей каменных пород или металлургических  шлаков, связанных дегтевым вяжущим веществом. Для приготовления растворов и бетонов применяются преимущественно более вязкие каменноугольные, реже — торфяные дегти. Менее вязкие дегти рекомендуются при строительстве дорожных покрытий, главным образом для обеспыливания, поверхностной обработки и обработки каменных материалов, смешиваемых на дороге.

Кровельные материалы. К кровельным битуминозным материалам относятся — рубероид, пергамин, кровельные мастики.

Гидроизоляционные материалы. Эти материалы предназначены для защиты строительных конструкций и сооружений от воздействия воды, понижающего их прочность и долговечность, или агрессивных жидкостей (кислот, щелочей и пр.). Различают обмазочные, пластичные и оклеечные гидроизоляционные материалы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Строительное материаловедение: Учеб. пособие для строит, спец. вузов / И.А. Рыбьев.

М.: Высшая школа, 2004г.

2. Строительные материалы и изделия. Бетон на основе минеральных вяжущих. Примеры задач с решениями: Учебное пособие /П.Ф. Шубенкин, Л.В. Кухаренко 

М.: изд-во АСВ, 1998г.

3. Микульский В.Г., Сахаров Г.П. и др.Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). Учебное издание.

М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007г.

4.  Дорожно-строительные материалы : учеб. для вузов / И. М. Грушко [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. М. : Транспорт, 1991г.

5.  М.:   Дорожная энциклопедия 3 том, 2006 г. 

6.  Электронная библиотека технической  литературы http://www.allbeton.ru.