Реферат: Связь состава, структуры и свойств строительных материалов

Что такое коррозия строительных материалов ? Приведите примеры коррозии строительных материалов . Ответ мотивируйте

Коррозионная стойкость— свойство материалов со­противляться коррозионному воздействию среды.

Многие строительные материалы не обладают этими свойствами. Так, почти все цементы плохо сопротивля­ются действию кислот, битумы сравнительно быстро раз­рушаются под действием концентрированных растворов щелочей, древесина не стойка к действию тех и других. Лучше сопротивляются действию кислот и щелочей не­которые виды природных каменных материалов (диабаз, андезит, базальт), плотная керамика, а также большин­ство материалов из пластмасс.

Древесина . Стойкость древесины различных пород к действию аг­рессивных сред (растворов солей, щелочей и кислот) неодинакова. Древесина хвойных пород характеризуется большей коррозионной стойкостью, чем древесина лиственных пород. При длительном воздействии кислот и ще­лочей древесина медленно разрушается. Интенсивность разрушения зависит от концентрации растворов, например, слабощелочные растворы, почти не разрушают дре­весины, а действию слабых растворов минеральных кис­лот она сопротивляется лучше, чем бетон. В морской воде древесина хуже сохраняется, чем в речной. Коррозией древесины можно считать её разрушение из-за гниения , полного разложения .

Металлы . Коррозией называют разрушение металла под воздей­ствием окружающей среды. В результате коррозии без­возвратно теряется около 10—12 % ежегодного произ­водства черных металлов.

Виды коррозии. В зависимости от механизма процес­са разрушения металла коррозия может быть химической и электрохимической.

Химическая коррозия возникает при действии па ме­талл сухих газов или жидкостей органического проис­хождения, которые не являются электролитами. Приме­ром химической коррозии служит окисление металла при высоких температурах, в результате чего на его поверх­ности возникает продукт окисления—окалина. Данный вид коррозии встречается редко.

Электрохимическая коррозия образуется в результате Бездействия на металл электролитов (растворов кислот, щелочей и солей). Ионы металла переходят в раствор, при этом металл постепенно разрушается. Этот вид коррозии может также возникать при контакте двух разнородных металлов в присутствии электролита, когда между этими металлами проходит гальванический ток. В гальваничес­кой паре любых двух металлов будет разрушаться тот металл, который стоит ниже в ряду электрохимических напряжений. Например, железо в ряду напряжений рас­положено выше цинка, по ниже меди, следовательно, при контакте железа с цинком будет разрушаться цинк, а при контакте железа с медью—железо. В металлах, из-за наличия неоднородных структурных составляющих мо­жет возникнуть микрокоррозия. Распространяясь по гра­ницам зерен металла, она вызывает межкристаллическую коррозию.

На какие классы подразделяются породообразующие минералы ? Охарактеризуйте их.

§ 11. Породообразующие минералы

В природе насчитывается более 2000 минералов, но в образовании горных пород участвует лишь около 50, носят они название породообразующих. Каждый минерал характеризуется определенными химическим составом и физическими свойствами: плотностью, твердостью, проч­ностью, стойкостью, характером излома, блеском, цве­том и др.

 Большинство породообразующих минералов имеет кристаллическую структуру и обладает анизотропией свойств т.е. у анизотропных минералов физические свой­ства неодинаковы по различным кристаллографическим направлениям. Строительные свойства горных пород оп­ределяются химическим составом породообразующих ми­нералов и их основными физико-механическими свойст­вами,

Наиболее распространенный в земной коре минерал кварц — кристаллический кремнезем Si02 в природе встречается в виде самостоятельной породы (кварцевого песка) и в составе многих горных пород. Кварц—один из самых прочных, твердых и стойких минералов. Он не­прозрачен, часто имеет молочно-белый цвет, характери­зуется отсутствием спайности, т. е. под действием удара раскалывается не по определенным плоскостям, а дает раковистый излом произвольной формы. Истинная плот­ность его 2,65 г/см3, твердость 7 (по шкале твердости), предел прочности при сжатии превышает 1000 МПа. При обычной температуре кварц не реагирует с кислотами и щелочами. При 1710 °С кварц плавится, образуя после быстрого охлаждения кварцевое стекло. При выветри­вании магматических горных пород стойкие зерна квар­ца не разрушаются, а образуют кварцевый песок.

Полевые шпаты—довольно распространенные мине­ралы, участвующие в образовании многих горных пород, По химическому составу полевые шпаты представляют собой алюмосиликаты калия, натрия или кальция. Полевые шпаты характеризуются хорошо выраженной спай­ностью по двум направлениям. Из разновидностей поле­вых шпатов в природе различают: ортоклаз (прямораскалывающийся) К2О× Al2O3×6SiO2     плагиоклаз • (косораскалывающийся) в виде альбита Na2O× Al2O3×6SiO2    и анортита CaO Al2O3×2SiO2   . Цвет полевых шпатов от белого до темно-красного, истинная плотность 2.50—2,76 г/см3, твердость 6, предел прочности при сжатии от 120 до 170 МПа, температура плавления 1170—1550°С. Эти минералы обладают низ­кой атмосфероустойчквостью и при выветривании разру­шаются с образованием минерала каолинита, являюще­гося основной частью глинистых осадочных гсфных по­род. В чистом виде полевые шпаты применяют в ка­честве плавней при производстве керамических материа­лов.

Слюды по химическому составу являются слоистыми водными алюмосиликатами. В природе много разновид­ностей слюд, среди которых чаще всего встречаются био­тит и мусковит. Биотит не прозрачен, темного, даже чер­ного цвета с характерным металлическим блеском. Мус­ковит—прозрачная бесцветная слюда. Слюды имеют со­вершенную спайность, расщепляясь на тонкие гибкие пластинки. Истинная плотность 2.8—3.2 г/см3, твердость 2—3.

Большое содержание слюд придает горной породе слоистость, снижает ее прочность и стойкость, затрудня­ет полировку.

Железисто-магнезиальные минералы имеют темную окраску и носят название темноокрашенных. Наиболее распространенными породообразующими минералами яв­ляются роговая обманка, авгит и оливин. Истинная плот­ность их 3—3,6 г/см3, твердость 5,5—7,5. Минералы этой группы обладают высокими прочностью, ударной вязко­стью и атмосферостойкостью, эти же свойства они пере­дают н содержащим их магматическим горным породам.

Кальцит—известковый шпат СаСОз—часто встреча­ющийся минерал в осадочных горных породах. Он пред­ставляет собой прозрачный или бесцветный минерал, но может быть окрашен за счет примесей. Блеск кальцита стеклянный, истинная плотность 2,6—2,8 г/см3, твердость 3. Кристаллы кальцита обладают совершенной спайно­стью по трем направлениям. При действии соляной кис­лотой кальцит бурно «вскипает» с выделением углекис­лого газа. Присутствие кальцита в осадочных горных по­родах делает их ценным сырьем для производства минеральных вяжущих веществ.

Магнезит по химическому составу является карбона­том магния MgCO3. В природе он менее распространен, чем кальцит. Магнезит белого цвета, часто с желтоватым оттенком, истинная плотность его 2,9—3 г/см3, твердость 3.5-4.5.

Доломит встречается в природе в виде двойной соли СаСОз×МgСОз. Он имеет серовато-белый цвет, иногда с желтоватым, зеленоватым или красноватым оттенками; истинная плотность его 2,8—2,9 г/см3, твердость 3,5—4.

Гипс по химическому составу представляет собой вод­ную сернокислую соль кальция CaS04-2H20. Кристаллы гипса имеют пластинчатое, волокнистое или зернистое строение. Гипс белого цвета, но может быть за счет при­месей окрашен в серый, желтый, красный и другие цве­та. Истинная плотность 2,3 г/см3, твердость 1,5—2, раст­ворим в воде. При нагревании двуводный гипс способен выделять кристаллизационную воду, переходя в полувод­ный или безводный гипс.

Каолинит—водный силикат алюминия—самый рас­пространенный минерал осадочных горных пород. Чистый каолинит белого цвета, однако, примеси придают ему раз­личные оттенки: желтоватый, бурый, зеленоватый и др. Истинная плотность 2,5—2,6 г/см3, твердость 1. Каолинит наряду с другими минералами входит в состав глин, из­вестняков, песчаников и других осадочных горных пород. Каолинит—ценное сырье для производства фарфоровых и фаянсовых изделий, а также огнеупорных материалов и изделий.

Задача № 50

Определить полные остатки на ситах , построить графики зернового состава и дать оценку состава щебня , если частные остатки на стандартных ситах , выраженные в % , соответственно равны :

А20=5

А10=29

А5=43

А3=20

Решение

Для примера предположим , что полный вес испытываемого щебня был равен 1,5 кг , тогда :

Какие изделия относятся к эффективной керамике ? Чем определяется их эффективность ?

Для уменьшения массы и толщины наружных стен взамен обычного кирпича широко применяют эффектив­ные керамические материалы, которые характеризуются меньшей плотностью, более низкой теплопроводностью, чем обычный кирпич, но обладают достаточной прочно­стью.

По теплотехническим свойствам и плотности кирпич и камни в высушенном до постоянной массы состоянии подразделяют на эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен зданий и позволяющие уменьшить их толщину по сравнению с толщиной стен из обыкновен­ного кирпича (кирпич плотностью не более 1400 кг/м3 и камни плотностью не более 1450 кг/м3) и условно эффек­тивные, улучшающие теплотехнические свойства ограж­дающих  конструкций   (кирпич  плотностью свыше 1400 кг/м3 и камни плотностью 1450—1600 кг/м3).

К эффективным стеновым керамическим материалам относят пустотелые керамические кирпич и камни (рис. 19). Они имеют форму прямоугольного параллелепипеда с ровными гранями на лицевых поверхностям Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендику­лярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными. Диаметр цилиндрических сквозных пус­тот не более 16 мм, ширина щелевидных пустот не более 12 мм. Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. Водопоглощение пустоте­лых изделий не менее 6%. По прочности кирпич и кам­ни подразделяют на марки: 300, 250, 200, 175, 150, 125. 100, 75 (см. табл. 6), а по морозостойкости—на марки:

Мрз 15, 25, 35 и 50.

Рис. 19. Керамический кирпич с 19 (а), 32 (б), 18 (в) и 28 (г) пустотами

Пустотелый кирпич применяют для кладки наруж­ных и внутренних стен зданий и для заполнения стен каркасных зданий. Не разрешается использовать этот кирпич для кладки стен зданий бань, прачечных и т. п. Из пустотелых камней возводят несущие стены и пере­городки, стены каркасных зданий, изготовляют кирпич­ные панели. Применяя пустотелые керамические камни, удается снизить толщину и массу стен, снизить трудоем­кость кладки и ее стоимость.

К эффективным керамическим материалам относят также сплошные и пустотелые кирпичи и камни, которые изготовляют из смеси глины и диатомитов или трепелов путем пластического или полусухого формования и по­следующего обжига. Плотность их от 700 до 1500 кг/м3. Кирпич и камни выпускают пяти марок: 200, 150, 125, 100 п 75. Применяют их для кладки наружных и внут­ренних стен зданий и сооружений.

Задача № 70

Сколько получится штук кирпича полнотелого одинарного из 8м3 глины при следующих данных : средняя плотность  черепка кирпича 1700кг/м3 , средняя плотность сырой глины 1640 кг/м3, влажность глины 16% ? Потери при прокаливании во время обжига сырья в печи составляют 9%от массы сухой глины.

Решение

Находим массу влажной глины :                   твл.гл.=1640×8=13120кг

Масса глины после обжига :                          тгл=(13120/1,16)/1,09=10376,5кг

Объём 1000 шт кирпича :                               V1000=1000×0,25×0,12×0,065=1,95м3

Масса этого кирпича :                                     т1000=1700×1,95=3315кг

Находим количество кирпича :                       шт=(10376,5/3315)×1000=3130 штук кирпича

Ответ : из 8м3 сырой глины плотностью 1640 кг/м3, можно получить 3130 штук кирпича , плотностью1700кг/м3

Виды стеклянных материалов и изделий

Основные сведения о стекле

Стеклом называют твердый, аморфный, прозрачный в той или иной области оптического диапазона (в зависи­мости от состава) материал, получаемый из переохлаж­денных жидких минеральных расплавов, содержащих стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и др.) и оксиды металлов (лития, калия, маг­ния, свинца  и т. д.).

Листовое стекло

Стекольная промышленность нашей страны выпуска­ет несколько разновидностей листового стекла: обычное оконное, витринное, армированное, узорчатое, теплопоглощающее и др.

В строительстве наиболее широко применяют непо­лированное бесцветное листовое оконное стекло. Его вы­пускают в виде листов толщиной 2—6 мм и размером от 400Х400 до 1600Х2200 мм, которые имеют светопропускание 85—90%.

Витринное стекло в виде крупноразмерных полиро­ванных и неполированных полотен толщиной 6—10 мм служит для остекления магазинов, ресторанов, киноте­атров, выставочных залов, вокзалов и т. п.

Армированное стекло изготовляют методом горизонтального проката с запрессовкой в расплавлен­ную стекломассу металлической сетки. Оно обладает по­вышенной огнестойкостью и безопасностью. Его приме­няют для остекления фонарей верхнего света, перегоро­док и устройства ограждений балконов.

Узорчатое стекло получают прокатом бес­цветной или цветной расплавленной стекломассы награ­вированных валках. Эта разновидность листового стек­ла характеризуется декоративностью и светорассеивающей способностью. Его используют в качестве элемента архитектурного оформления , а также для остекления оконных проемов, перегородок и дверей в тех случаях, когда требуется отсутствие сквозной видимости или рас­сеянный свет.

Теплопоглощающее стекло содержит в своем составе добавки, обеспечивающие преимущественное поглоще­ние инфракрасных лучей солнечного спектра. Его применяют для уменьшения солнечной радиации.

Закаленное стекло получают путем термической об­работки стекла по заданному режиму. Этот вид стекла имеет предел прочности на изгиб в 5—8 раз, термостой­кость в 2 раза и прочность на удар в 4—6 раз выше по сравнению с обычным стеклом. В строительстве толстое закаленное стекло употребляют для устройства дверей, перегородок, кровельных покрытий и др. Листы зака­ленного стекла толщиной 6 мм, покрытые с тыльной сто­роны цветными керамическими красками, называют стемалитом. Из него изготовляют многослойные навес­ные панели, сплошные стеклянные двери и перегородки.

Изделия из стекла

В настоящее время из стекла изготовляют изделия широкой номенклатуры: пустотелые стеклянные блоки, стеклопакеты, стеклянные трубы, дверные полотна, об­лицовочные плитки и др.

Пустотелые стеклянные блоки получают путем сваривания двух отпрессованных из стекломассы половинок. Рисунок на лицевой стороне блока сообщает ему светорассеивающую способность.

Стеклянные блоки квадратной или прямоугольной формы имеют размеры до 294Х294Х98 мм. Плотность блоков 800 кг/м3, теплопроводность в среднем 0.46Вт/ /(м.°С), свеотопропускание 50—60% и светорассеивание около 25%. Блоки изготовляют бесцветными и ок­рашенными в различные цвета; их применяют для за­полнения наружных световых проемов, устройства светопрозрачных покрытий и перегородок.

Стеклопакеты— строительное изделие из двух или более листов стекла, соединенных по периметру метал­лической рамкой так, что между ними образуется зам­кнутое пространство, заполненное сухим воздухом. Стеклопакеты изготовляют из листового стекла: обычного оконного, закаленного, теплопоглощающего и др. Ис­пользуют их для застекления зданий. Окна из стеклопакетов не запотевают и не замерзают. Звукопроницае­мость окон уменьшается в 2—3 раза, снижается расход древесины на 1 м3 оконного блока примерно в 1,5—2 раза, улучшается внешний вид зданий.

Стеклопрофилит (стекло профильное) представляет собой крупногабаритное строительное изделие из стекла коробчатого, таврового, ребристого или другого профи­ля (рис. 32). Получают его методом непрерывного про­ката из армированного и неармированного, бесцветного и окрашенного стекла. Применяют стеклопрофилит для вертикальных и горизонтальных светопрозрачных ог­раждений, остекления фонарей и устройства перегоро­док промышленных и других зданий.

Стеклянные трубы изготовляют способом вертикаль­ного или горизонтального вытягивания и центробежным формованием. Их выпускают диаметром от 0,1—40 (тон­костенные) до 50—200 мм (толстостенные) и длиной 1,5—3 м. Они рассчитаны на температуру жидкости до 120 °С и давление 0,3 МПа.

Стеклянные трубы широко применяют в пищевой, ме­дицинской, химической и других отраслях промышлен­ности для удаления или транспортирования агрессивных жидкостей. Трубопроводы из стекла прозрачны, гигие­ничны и имеют гладкую поверхность, что уменьшает со­противление перемещаемых в них жидкостей. Соединя­ют стеклянные трубы при помощи соединительных и уп­лотняющих устройств — муфт, резиновых манжет — с затяжкой металлическими поясами.

Дверные полотна изготовляют из крупногабаритного листового стекла, подвергнутого закалке. Полотна име­ют обработанные кромки и пазы для крепления метал­лической фурнитуры. Служат они для устройства на­ружных и внутренних дверей в торговых помещениях, павильонах и т. п.

Облицовочные стеклянные плитки по прочностным и эксплуатационным свойствам превосходят керамические. Выпускают плитки эмалированные, одна из поверхнос­тей которых покрыта цветной или белой эмалью; коврово-мозаичные из непрозрачного (полуглушеного) стекла различных цветов (рис. 33) и плитки «марблит» из цвет­ного глушеного стекла с полированной лицевой и риф.

 Стеклокристаллит — новый  декоративно-облицовоч­ный материал, изготовляемый методом кристаллизации с одновременным процессом огневой полировки лицевой поверхности стеклокристаллического гранулированного материала с последующей его термообработкой. Стекло-1/ исталлит выпускают в виде плит размером 600Х400, 400Х300 и 300Х200 мм и толщиной от 25 до 12 мм. Лицевая сторона плит полированная, может иметь различ­ную расцветку или имитировать природные камни. Ис­пользуют его для выполнения декоративных панно, об­лицовки наружных и внутренних поверхностей стен, настилки полов в общественных зданиях.

Основные теории твердения портландцемента

Твердение портландцемента. При затворении порт­ландцемента водой сначала образуется пластичное клей­кое цементное тесто, которое затем постепенно загустевает, переходя в камневидное состояние. Твердение и есть процесс превращения цементного теста в цемент­ный камень.

Основы теории твердения портландцемента разрабо­таны А. А. Байковым и дополнены В. А. Киндом, В. Н. Юнгом, Ю. М. Буттом, П. А. Ребиндером, Н. А. Тороповым, А. Е. Шейкиным, А. В. Волженским и др. Согласно этой теории при твердении портландцемента различают три периода: растворение, коллоидация и кристаллизация.

При смешивании портландцемента с водой в началь­ный период происходит растворение клинкерных мине­ралов с поверхности цементных зерен, взаимодействие минералов с водой и образование насыщенного по отно­шению к клинкерным минералам раствора. По достиже­нии насыщения растворение  клинкерных минералов прекращается, но реакции между ними и водой продол­жаются. Реакции присоединения воды к клинкерным ми­нералам называют реакциями гидратации, а реакции разложения клинкерных минералов под действием воды на другие соединения—реакциями гидролиза.

Во втором периоде в насыщенном растворе идут ре­акции гидратации клинкерных минералов в твердом со­стоянии, т. е. происходит прямое присоединение воды к твердой фазе вяжущего без предварительного его раст­ворения. Продуктами этих реакций являются гидратные новообразования в коллоидном виде. Период коллоидации сопровождается повышением вязкости цементного теста, обусловливающим схватывание цемента.

В третьем периоде протекают процессы перекристал­лизации мельчайших коллоидных частиц новообразова­ний, т. е. растворение мельчайших частиц и образований крупных кристаллов. Кристаллизация сопровождается твердением цементного теста и ростом прочности образо­вавшегося цементного камня.

Задача № 100

Сколько цемента и воды потребуется для получения 10 кг цементного теста , имеющего среднюю плотность 1550 кг/м3, если истинная плотность портландцемента 3100 кг/м3 . Найти пористость цементного камня и водоцементное отношение .

Решение

 Содержание воды при затворении портландцемента было 30% , а количество химически связанной воды равно 20% от массы цемента . Значит потребуется 5кг цемента и 5 л воды для получения теста массой 10 кг

      Состав цементного теста (по массе ) Ц/В = 1/0,30  .

      Абсолютный объём , занимаемый цементным  тестом

Vцт=1000/3100+0,30=0,62м3

Абсолютный объём , занимаемый цементным  камнем

Vц.к.=1000/3100+0,20=0,52м3

Относительная плотность цементного камня

Vц.к/ Vцт=0,52/0,62=0,84

Пористость цементного камня

П=(1-0,84)×100%=16%