Контрольная работа по «Материаловедению и технологии конструкционных материалов»

При изготовлении шлакопортландцемента гранулированный  шлак предварительно сушат в сушильных  барабанах или, что эффективнее, в специальных установках в условиях кипящего слоя до влажности, не превышающей 1—2%. В этих установках паросъем достигает 230— 250 кг/м3 при расходе тепла 4190—4600 кДж/кг испаренной воды. Шлак не следует нагревать выше 600—700° С, так как при более высокой температуре он может расстекловываться, что вызывает уменьшение его гидравлической активности.

Однако, по данным М. И. Стрелкова, при нагревании выше 600—700° С ухудшаются свойства только активных доменных гранулированных  шлаков. Шлаки же низкоактивные, подвергнутые тепловой обработке при 500—750° С, проявляют увеличенную активность, причем прочность цементов на их основе может возрасти на 30 и даже 60% по сравнению с прочностью цементов на тех же шлаках, но не подвергшихся нагреванию при указанных температурах. Таким образом, шлаки следует сушить при оптимальных температурах, устанавливаемых предварительными опытами.

Высушенный шлак, портландцементный  клинкер и гипс дозируют и направляют на помол в шаровые мельницы. Для  облегчения помола можно вводить  специальные добавки в количестве до 1 % массы цемента (поверхностно-активные, уголь и др.), не ухудшающие его качество.

В настоящее время выпускается  также быстротвердеющий шлакопортландцемент, который обладает более интенсивным, чем обычные шлакопортландцемента, нарастанием прочности в начальный период твердения. Быстротвердеющий шлакопортландцемент изготовляют тонким измельчением до 4000—5000 см²/г высококачественных клинкеров и активных гранулированных шлаков, смешиваемых в строго установленном соотношении.

При производстве быстротвердеющих шлакопортландцементов иногда применяют двухстадийный помол материалов: вначале измельчают клинкер, а затем ведут совместный помол цементного порошка со шлаком. При таком помоле тонкие фракции шлакопортландцемента состоят преимущественно из клинкерных частичек, обусловливающих быстрое твердение вяжущего.

Повышению активности шлакопортландцемента способствуют уменьшение доли шлака  в цементе и увеличение тонкости его помола. Содержание основных гранулированных  шлаков в обычном шлакопортландцементе достигает 50—60%, а кислых — 30-40% (в зависимости от качества шлака и клинкера). Иногда в шлакопортландцементах до 8—10% шлака заменяют кислой активной кремнеземистой добавкой (трепел, опока и т. п.), что, по мнению некоторых исследователей, способствует значительному увеличению его прочности (Феррари и др.).

В остальном  производственные процессы и оборудование, применяемое на заводах шлакопортландцемента, подобны тем, какие используются на заводах портландцемента.

Области применения

Шлакопортландцемент применяется в основном в тех же областях строительства, что и обычный портландцемент. Вследствие пониженного тепловыделения и повышенной жаростойкости его предпочитают портландцементу при изготовлении бетонов для массивных сооружений, а также в конструкциях горячих цехов.

Повышенная стойкость  по отношению к действию мягких и  сульфатных вод, пониженное тепловыделение шлакопортландцемента позволяют эффективно использовать его и в гидротехническом морском и речном строительстве (с учетом при этом норм агрессивности  воды-среды). Однако в отличие от портландцемента он неэффективен в частях сооружений, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию.

Шлакопортландцемент, как и портландцемент, широко применяют  в производстве сборных бетонных и железобетонных конструкций и изделий, в частности изготовляемых с использованием тепловлажностной обработки. Быстротвердеющий шлакопортландцемент рекомендуется при изготовлении сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций, когда требуется высокая прочность в начальные сроки, а также при изготовлении сборных конструкций с применением водотепловой обработки.

Если бетоны на шлакопортландцементе используют при  пониженных положительных температурах (ниже 10° С), то необходим искусственный обогрев (за исключением массивных сооружений).

Во всех областях применения шлакопортландцемент оказывается  экономичнее портландцемента и  пуццоланового портландцемента  той же активности

 

4. Строительный гипс: получение, свойства и применение.

Гипс (от греч. gypsos — мел, известь) — минерал, водный сульфат кальция. Кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Встречаются преимущественно в  виде сплошных зернистых (алебастр) и  волокнистых (селенит) масс, а также  различных кристаллических групп (гипсовые цветы). Чистый гипс бесцветен и прозрачен, при наличии примесей имеет серую, желтоватую, розовую, бурую и другие окраски. Осаждается из водных растворов, богатых сульфатными солями, при усыхании морских лагун, соленых озер.

Гипс используют для изготовления вяжущих материалов, внутренних отделочных работ, гипсования почвы, в медицине. Его применяют  также для снятия масок, моделирования  скульптуры, создания рельефных украшений (лепнины) в помещениях. С древности  популярен гипс как поделочный камень. Из него вырезают ажурные вазочки, фигурки, пепельницы и другие декоративные предметы.

Гипсовые вяжущие  материалы получают путем термической  обработки и измельчения природного гипсового камня и некоторых  гипсосодержащих промышленных отходов (глиногипса, фосфогипса, борогипса). Качество гипсовых вяжущих зависит от предела прочности при сжатии и изгибе, сроков схватывания, степени помола, водопотребности при затворении.

По условиям термической обработки гипсовые вяжущие материалы делятся на две группы: 1) низкообжиговые и 2) высокообжиговые. К низкообжиговым относятся строительный, формовочный, высокопрочный гипсы и гипсоцементно-пуццолановое вяжущее; к высокообжиговым — ангидритовый цемент и эстрих-гипс.

В зависимости  от сроков схватывания и твердения гипсовые вяжущие подразделяются на: А — быстротвердеющие (2-15 мин); Б — нормальнотвердеющие (6-30 мин); В — медленнотвердеющие (20 мин и более).

По степени  помола различают вяжущие грубого (I), среднего (II) и тонкого (III) помола.

Маркировка гипсового вяжущего содержит информацию о его основных свойствах. Например, Г-7-А-II означает: Г — гипсовое вяжущее, 7 — предел прочности при сжатии (в МПа), А — быстротвердеющее, II — среднего помола.

Порошок гипсового  вяжущего, затворенный водой (50-70% от массы гипса), образует пластичное тесто, которое быстро схватывается и твердеет. Получается гипсовый камень, прочность которого по мере высушивания повышается. Важно помнить, что гипс при твердении увеличивается в объеме на 0,3-1%, и учитывать это при изготовлении изделий отливкой в формы.

Гипсовые изделия  отличаются гигиеничностью, огнестойкостью, хорошими тепло- и звукоизоляционными качествами, архитектурной выразительностью. Однако они обладают высокой гигроскопичностью  и поэтому должны содержаться при относительной влажности воздуха не более 60%.

В отличие от других вяжущих гипсовые можно применять  без наполнителей, не боясь появления  трещин, так как они не дают усадки, а, наоборот, как уже отмечалось, увеличиваются в объеме. При необходимости наполнителем для гипсовых вяжущих могут быть опилки, стружки, костра, шлаки, керамзит, шлаковая пемза.

Гипсовые растворы и тесто должны использоваться до начала кристаллизации, потому что  при длительном перемешивании и  утрамбовывании они теряют вяжущие свойства. Процесс схватывания можно замедлить или ускорить соответствующими добавками. Для замедления схватывания применяют добавки, повышающие пластичность смеси: 5-10%-ный раствор столярного клея, 2-3%-ный раствор буры, 5-6%-ный раствор сахара, 3-4%-ный глицерин в виде водной эмульсии, 5%-ный раствор этилового спирта. Хорошим и дешевым замедлителем является специально приготовленный мездровый клей. Его дробят на мелкие кусочки и заливают холодной водой (лучше прокипяченной) в соотношении 1:5 (по массе). Через 12 часов в размоченный клей добавляют 1 часть известкового теста и кипятят на водяной бане при помешивании до готовности. Если на 100 частей гипса добавить 1 часть приготовленного состава, то срок схватывания гипса продлится до 40-60 мин. Следует, однако, помнить, что замедлители понижают прочность гипсовых изделий.

Для ускорения  схватывания вяжущего в него добавляют 3-4%-ный раствор поваренной соли (или  сульфата натрия, сульфата калия) или  размолотый затвердевший гипс в небольших  количествах.

Повысить водостойкость и прочность гипса можно одним из следующих способов:

1. Затворить гипс водой с добавлением буры и клея (на 1 л воды — 80 г буры и 20-30 г клея).

2. При замешивании гипса на каждые 100 частей воды добавить 2 части желатина и 1 часть квасцов.

3. При замешивании гипса ввести 50% кремниевой кислоты. После формовки высушить отливку, прогреть ее до 80°С и пропитать хлористым барием или хлористым кальцием (окунанием).

4. Просушить гипсовое изделие и пропитать его насыщенным раствором буры. Затем дважды покрыть горячим раствором хлористого бария. После сушки промыть изделие горячим мыльным раствором, чтобы смыть растворимые соли.

5. Подержать изделие при температуре 125°С до обезвоживания, затем погрузить его в раствор едкого бария и обработать раствором щавелевой кислоты.

6. Ввести в сухой гипс кремнийорганическое соединение, например, метилсиликонат натрия (0,5% от массы гипса).

Для получения  цветных гипсов рекомендуется применять  минеральные щелочеустойчивые пигменты: охру, мумию, желтый сурик, английскую красную известь, гашенную раствором медного купороса,- для желтого и красного цветов; окись хрома и нерастворимый в воде пигмент Б — для зеленой окраски; ультрамарин и кобальт, дающие синий цвет; умбру и известь, гашенную раствором медного купороса,- для получения коричневого цвета; перекись марганца, графит, жженую кость — для черного цвета. Пигменты (до 10% по массе) вводят в сухой гипс.

Гипс можно  использовать дважды. Для этого отлитый, застывший гипс обезвоживают при  температуре 120-160°С и измельчают. Такой гипс приобретает способность схватываться, но при этом несколько снижается его прочность.

 

5. Искусственные пористые заполнители, получаемые из глины. Их производство и область применения.

Искусственные пористые заполнители, получаются из природного сырья и отходов промышленности путем термической и других видов обработки и характеризуются видом сырья и технологией производства. К их числу относят:

• керамзит и его разновидности (шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит, азерит, вспученные аргиллит и трепел). Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300 С в течение 25–45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью.  

 В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.

Керамзит применяют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок.

Керамзитовый  гравий — частицы округлой формы с оплавленной поверхностью и порами внутри. Керамзит получают главным образом в виде керамзитового гравия. Зерна его имеют округлую форму. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется более плотная корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе — почти черный. Его получают вспучиванием при обжиге легкоплавких глин во вращающих печах. Такой гравий с размерами зерен 5 – 40 мм морозоустойчив, огнестоек, не впитывает воду и не содержит вредных для цемента примесей. Керамзитовый гравий используют в качестве заполнителя при изготовлении легкобетонных конструкций.

Керамзитовый  щебень — заполнитель для легких бетонов произвольной формы, преимущественно угловатой с размерами зерен от 5 до 40 мм, получаемый путем дробления крупных кусков вспученной массы керамзита.

Некоторые глины  при обжиге вспучиваются. Например, при производстве глиняного кирпича один из видов брака— пережог — иногда сопровождается вспучиванием. Это явление использовано для получения из глин пористого материала — керамзита.

Вспучивание глины  при обжиге связано с двумя  процессами: газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние.

Источниками газовыделения  являются реакции восстановления окислов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. В пиропластическое состояние глины переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав), в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в то же время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами.

Для изготовления керамзитобетонных изделий нужен  не только керамзитовый гравий, но и  мелкий пористый заполнитель.

Керамзитовый  песок — заполнитель для легких бетонов и растворов с размером частиц от 0,14 до 5 мм получают при обжиге глинистой мелочи во вращающих и шахтных печах или же дроблением более крупных кусков керамзита.