Физические свойства строительных материалов

I Физические свойства строительных материалов

Ход работы: 1. Материал высушить при 105 °C до постоянной массы; охладить; измельчить в… 2. Навеску материала m = 10 г. Поместить в пикнометр.

Опыт

Ход работы:

1. Образцы высушить при 105 °C до постоянной массы, охладить и взвесить (m)

2. Находим объем тел правильной геометрической формы вычислением по геометрическим формулам, подставив в них замеренные штангенциркулем геометрические размеры (в см)
Объем балочки = a · b · c
Объем цилиндра =

3. Находим объем тел неправильной геометрической формы.
По закону Архимеда: вытеснением воды из объемометра. При этом если материал пористый, то после взвешивания у него предварительно закрывают поверхность поры.
* Мелкопористый материал погружают в воду на 24 часа
* Сильнопористый - парафинируют

,

 

 

 

№ пп	Материал	Масса	Габаритные размеры	Объем
a	b	c	d	h
	Мелкозернистый бетон (балочка)				3,8			243,2	1,98
	Укрепленный грунт (цилиндр)					4,8		90,43	1,98
	Горная порода (плотная, неправильной формы)							76 см3	2,96
	Кирпич (пористый, неправильной формы)								1,81

 

 

2)Средняя плотность в сыпучих состояниях (гравия, щебня, и т.д.)
- называют насыпной плотностью ρ_н. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.
Мерный сосуд массой m₁ и объемом V с высоты 10 см заполняют рыхлым материалом до образования конуса. Излишки материала срезают вровень с краями и взвешивают сосуд с материалом

 

ρ₀ большинства материалов обычно меньше их ρ.

3) Относительная плотность (α)
– степень заполнения объема материала твердым веществом, из которого оно состоит.

Vест = 1·(100%)

 

В исправительных материалах d = 1(100%)

 

Пористость

– степень заполнения объема материала порами и пустотами.

Различают пористость:

А) Истинная пористость (Общая или действительная)

- Учитывают все поры в материале.

 

Для строительных материалов колеблется от 0 до 90 %

Для сыпучих материалов определяется межзерновая пористость (пустотность) – объем пустот равен

Б) Кажущаяся пористость

Где - масса сухого образца до водонасыщения, грамм - объем образца в естественном состоянии

В) Замкнутая (изолированная) пористость

 

Водопоглощение

По массе: . По объему: = , где всегда меньше 1 или 100%

Влажность

– содержание воды в материале в данный момент.

Материал взвешивают (m_в), высушивают при 105 °C до постоянной массы и взвешивают.

 

Водостойкость

  0 ≤ < 1 (стекло) Материал, насыщенный водой снижает свою плотность за счет частичного растворения некоторых контактов срастания…

Капиллярное увлажнение и диффузия

Высота подъема зависит от тонкости капилляров и степени смачиваемости их стенок. Для кирпичной кладки он может быть больше 1 метра. В материале возможна диффузия воды, которая передвигается от мест с большей… Для защиты от капиллярного увлажнения и диффузии воды конструкции защищают гидроизоляционными материалами. Например,…

Морозостойкость

Основная причина разрушения материала под действием низких температур — расширение воды, заполняющей поры материала, при замерзании. В мельчайших… Для большинства стройматериалов замерзание основного объема поглощенной ими… Поэтому материал испытывают на морозостойкость попеременным замораживанием (4 часа при - 15°C и последующем оттаивании…

Теплопроводность

  ; ; Зависит от коэффициента теплопроводности α равного количеству тепла λ (Q, Дж) проходящего через стену…

Теплоемкость

- способность материалов поглощать тепло при нагревании.

 

Характеризуется удельной теплоемкостью (С, Дж/кг ·°C) равной количеству тепла (Q, Дж), затраченного на нагревание материала m = 1 кг на 1 °C

 

Теплоёмкость учитывается при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева материалов в зимний период и др.

Огнестойкость

По огнестойкости материалы подразделяются на: · Несгораемые – не горят, не тлеют, не обугливаются (каменные материалы,… o Трудно деформируются (кирпич, черепица)

Маркировка материалов по горючести

Г1 - слабо горючий
Г2 – умеренно горючий (оплавляется)
Г3 - нормально горючий
Г4 – сильно горючий - легковоспламеняемые
Т4 - токсичен

Огнеупорность

- Способность материалов выдерживать длительное воздействие высоких температур, не размягчаясь и не деформируясь.

По степени огнеупорности материалы подразделяют на:

· Огнеупорные (Выдерживают температуру ≥ 1580 °C) (динас, сиамот)

· Тугоплавкие (Выдерживают > 1350 – 1580 °C)

· Легкоплавкие (Выдерживают < 1350 °C)

 

II Механические свойства строительных материалов

Различные пределы прочности материала при сжатии, растяжении Вычисляют как отношение нагрузки (р) к площади поперечного сечения.

А) пластичные (сталь)

Их особенности 1. Подчиняются закону Гука (участок I) , Е – модуль Юнга. При небольших… 2. Наличие площадки текучести Материал проявляет пластичные (необратимые деформации) Пластичность – способность…

Б) Хрупкие (бетон, чугун и др.)

 

Их особенности:

1. Не подчиняются закону Гука

2. Не имеют площадки текучести

3. Не имеют критической точки

4. Под действием нагрузки разрушается сразу без предварительного изменения формы и размеров.

5. Хорошо работают на сжатие, плохо на растяжение и изгиб

Сопротивление удару (динамическая или ударная прочность)

- способность материала противостоять кратковременным ударным воздействиям.

Характеризуется работой, затраченной на разрушение стандартного образца при сбрасывании на него груза определенного веса, испытания проводят на копрах.

Твердость

1. Тальк 2. Гипс 3. Кальцит

Истираемость

- способность материала разрушаться под действием истирающих усилий.

Учитывается при назначении материала для пола, лестничных ступеней, дорожных покрытий и т.п.
Определяется на приборах с вращающимся кругом с абразивом в виде кварцевого песка или наждака или в полочном барабане.
Оценивается потерей в массе:

 

Где: m, – масса образца до и после испытания, F – площадь истирания

Износ

- свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов.
Материал испытывают во вращающемся барабане со стальными шарами и без них. Чем больше потеря массы пробы испытуемого материала, тем меньше его сопротивление износу.

 

Где m – масса пробы до испытания, – остаток на предохранительном сите 5 мм после испытания, - остаток на контрольном сите размером 1,25 после испытания.

 

Вяжущие вещества

I Минеральные (неорганические вяжущие вещества)

Делят на: 1. Воздушные вяжущие вещества. - Твердеют и длительно сохраняют прочность… 2. Гидравлические вяжущие вещества- Способны твердеть на воздухе, а затем продолжать твердение в воде или во влажных…

II Органические вяжущие вещества

- битумные, дегтевые, полимерные вяжущие вещества.

Воздушные вяжущие вещества.

Из него приготовляют: · Панели и плиты перегородок · Гипсокартонные и гипсоволокнистые листы

Свойства строительного гипса

2. Насыпная плотность (ρн) a. В рыхлом состоянии 900-1100 кг/м3 b. В уплотненном 1250 – 1450 кг/м3

Марка по прочности.

Через 2 часа после начала перемешивания вяжущего вещества с водой, затвердевшие образцы испытывают на изгиб, а образовавшиеся половинки – на… По пределу прочности при сжатии и изгибе гипсовые вяжущие вещества делятся на… В обозначении марки показывают минимальный предел прочности при сжатии в МПа.

Ангидритовый цемент

a) Обожженного при 600-700 °C гипсового камня Ca SO42H2O b) Или высушенного природного ангидрита (Ca SO4) С добавками активизаторов… a. Воздушной известью (1-5% от массы вяжущего вещества

Магнезиальные вяжущие вещества

· Магнезита Mg CO3 ⇄ Mg O + CO2 (При 700 – 800 °C) Марки: 40,50,60 МПа · Каустического доломитаМарки: 10,20,30, МПа. Так как Ca CO3 – вяжущее… Магнезиальные вяжущие вещества затворяют не водой, а водными растворами хлористого магния (MgCl2 · 6H2O)

Растворимое (жидкое) стекло.

Чистый кварцевый песок и соду (или потаж) тщательно смешивают и сплавляют 10 часов при 1300 -1400 °C в стекловаренной печи. Расплав выпускают из… Аморфный кремнезем выделяется и имеет высокую клеящую способность и плавится… Интенсифицируют твердение жидкого стекла введением кремнефтористого натрия (Na2Si F6).

II Кислотоупорный цемент

Компоненты смешивают в соотношении 1:4 (жидкое : твердое) Схватывание и твердение происходит при температуре не ниже + 10 °C в воздушно… Начало схватывания не ранее 20 минут. Конец схватывания – не позднее 8 часов.

Воздушная строительная известь

CaCO3 ⇄ CaO + CO2 (при температуре 1000-1200 °C) Из печи выходит комовая негашеная известь (кипелка), которая или отгружается…

Влияние недожога, пережога и примесей

Пережог – остеклованная крупнокристаллическая CaO, которая приводит из-за своей медленной скорости гашения к выкрашиванию и растрескиванию изделий… Примеси: a) Снижают температуру обжига в печи или ведут к недожогу.

Классификация воздушной извести

· По содержанию Mg O негашеную известь подразделяют на:

o Кальциевую

o Магнезиальную

o Доломитовую (Mg O 20-40%)

· По виду обработки:

o Негашеная известь – кипелка (комовая или молотая). Состоит из CaO. Молотую получают измельчением в шаровых мельниц до удельной поверхности S = 3500-5000 см²/г, ρн = 900 – 1200 кг/м³. Может быть с добавками и без добавок.
По сравнению с гашеной известью:

§ Меньше водопотребность.

§ Выделяет большее количество тепла, что ускоряет высыхание стен при применении ее в штукатурных растворах.
Ускоряют схватывание введением HCl, CaCl₂, NaCl₂ . Замедляют добавками гипса, серной кислоты, ЛСТ.
Изделия из молотой извести имеют более высокую плотность, чем из гашеной. Растворы на ней за 1 час набирают прочность в 25 МПа и достигают более высокой плотности, прочности и долговечности, чем из пушонки.

o Гашеная ( гидратная) известь, состоящая из Ca(OH)₂ воды.
Гашение извести происходит при добавлении к ней воды.
CaO + H₂O
В зависимости от количества воды конечным продуктом является известь - пушонка. Для гашения в пушонку теоретически необходимо 32,13 % воды от массы кипелки. Практически воды берут в 2 – 3 раза больше (50 – 70 % от массы извести) так как значительная часть ее испаряется. Насыпная плотность 400 – 450 кг/м³, влажность не более 5 %.

o Известковое тесто.
Количество воды для гашения в тесто зависит от качества извести и способа гашения и составляя приблизительно 2,5 литра на 1 кг кипелки. Содержание воды в тесте не более 50 %. Средняя плотность ρ₀ 1300 – 1400 кг/м³.

o Известковое молоко.
Количество воды превышает теоретически необходимое в 8 – 10 раз. В промышленности для гашения используют специальные гасильные барабаны, которых недожог перемалывается и попадает в тесто. На стройке гашение извести в тесто ведется в творильном ящике с большим количеством воды. Загасившаяся известь стекает в нижерасположенную творильную яму через сливное отверстие с сеткой в стенки творильного ящика. В яме происходит обезвоживание извести благодаря испарению и отсосу воды через деревянные стенки в грунт. Для полного гашения известковое тесто выдерживают для кладочных растворов (более 0,14), штукатурных – 30 дней.

Твердение известковых растворов

1) Испарение воды и постепенной кристаллизации Ca (OH)2 из насыщенного раствора CaO + H2O= Ca(OH)2 2) Карбонизацией Ca(OH)2 (плотная пленка) углекислотой воздуха. Ca(OH)2 + CO2… Твердение протекает очень медленно из-за образования на поверхности тонкого слоя плотной пленки CaCO3, затрудняющей…

Содержание не погасившихся зерен (недожог, пережог, примеси в сырье)

Ход работы:
Для первого сорта не более 7 %, второго сорта не более 11 %, третьего сорта не
более 14 %. По согласованию потребителем допускается при не более 25 %.
Массой 1000 грамм помещаем металлический сосуд объемом 10 литров, наливаем 3,5 – 4 литра нагретой до 85 – 90 °C воды, непрерывно перемешивания до появления выделения пара (кипения)
Полученное тесто выдерживаем 2 часа, затем разбавляя холодной водой до консистенции известкового молока, и промываем на сите сеткой № 063 слабой непрерывной струей, слегка растирая мягкие кусочки стеклянной палочкой с резиновым наконечником.
Остаток на сите высушиваем до постоянной массы (m₁)
Непогасившиеся зерна Нз = 130/1000 ·100% = 13 %.
Вывод: известь по содержанию непогасившихся зерен относится ко III сорту.
Известь по техническим свойствам II сорта (Устанавливается по наименьшему из двух полученных результатов).

 

3. По скорости гашения известь делится на:

a. Быстрогащаяся (время гашения не более 8 минут)

b. Среднегасящаяся (время гашения не более 20 минут)

c. Медленногасящаяся (время гашения не менее 25 минут)

Ход работы:
12 граммов растертой извести гасим 25 миллилитрами воды и сразу же засекаем время.
Через каждые 30 секунд фиксируют показания термометра до тех пор, пока температура устойчиво не начнет падать вниз.
Скорость гашения – время с момента затворения извести водой до того момента, когда температура начнет падать вниз.

Температура гашения – 60 °C

Вывод: по скорости гашения известь медленногасящаяся.

4. В зависимости от температуры гашения: Более 70°C известь высокоэкзотермическая, менее 70 °C – низкоэкзотермическая.
По температуре гашения –низкоэкзотермическая

5. Высокая пластичность известкового теста позволяет приготавливать из него удобоукладываемые растворы

6. Гашеная известь очень медленно схватывается и твердеет.

Хранение и транспортировка извести

Не применяют в помещениях с повышенной влажностью и при кладке фундаментов. Комовую известь - кипелку перевозят в крытых вагонах, а молотую негашеную… Известь – кипелку хранят в закрытых складах, учитывая, что она гасится влагой воздуха и пожароопасна. Известковое…

Гидравлические вяжущие вещества

Важнейшие соединения, придающие вяжущим веществам гидравлические свойства: · nCaSiO2 – силикаты кальция · nCaAl2O3 – алюминаты кальция

Гидравлическая известь

Состоит из: · Низкоосновных силикатов (2Ca SiO2) · Аллюминатов (2CaO Al2O3)

Романцемент.

Полезно кратковременное магазирование (выдерживание) для гидратации и карбонизации CaOсвоб. Марки: 25, 50, 100. Начало схватывания – не ранее 20… Применяют для: · Бетонов низких марок и растворов, используемых при возведении наземных и подземных частей здания

Портландцемент.

Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением клинкера и 3-5 % гипса твердеющее в воде и на воздухе.

Стадии производства портландцемента

· Карбонатных пород: мела, известняка, известняка – ракушечника, известкового туфа, мрамора, мергилей. · Глинистых пород: глины, суглинка, глинистого сланца, лёсса, лёссовидного… · Отходов промышленности (доменных шлаков)

Минералогический состав клинкера портландцемента.

· При ремонтных работах · В бетонах, где надо получить высокую прочность в короткие сроки · При зимнем бетонировании

Физико-механические свойства Портландцемента

2. Насыпная плотность (ρнц) = 900-1100 кг/м3 в рыхлом состоянии, 1400-1700 кг/м3 – в уплотненном состоянии. 3. Тонкость помола. Чем тоньше помол, тем выше скорость схватывания и быстрее… 4. Влияние длительности хранения цемента на его свойства. При хранении портландцемента на него воздействуют пары воды…

Применение портландцемента

Используют при изготовлении монолитного и сборного бетона и железобетона.
Изделия и конструкции на портландцементе применяют в надземных, подземных, и подводных условиях, а также в случае попеременного воздействия воды и отрицательных температур.
Не изготовляют из портландцементной конструкции подвергающихся воздействию морской, минерализованной, или даже пресной воды (проточной или под сильным напором) конструкций.
В этих случаях применяют ССПЦ, ППЦ, и ШПЦ.

Особые виды портландцемента.

Применение: а) При строительстве надземных и подземных сооружений, не подвергающихся… б) При срочных аварийных работах.

Гидрофобный портландцемент (ПЦ ГФ)

На поверхности зерен образуется водонепроницаемая пленка, предохраняющая цемент от влаги и углекислоты воздуха. Поэтому его можно хранить в… При изготовлении бетона, пленочки разрушаются заполнителем, но это требует… Он не гигроскопичен, обладает повышенными пластичностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, сопротивляемостью…

Специальные тампонажные цементы

К ним относят: a) Беллитовый тампонажный цемент. Для цементирования сверхглубоких нефтяных… b) Волокнистый тампонажный цемент. Для тампонирования нефтяных и газовых скважин, проходящих через трещиноватые породы…

Смешанные цементы

Различают: 2)Природные АМД а) Вулканического происхождения (Пеплы, туфы, пемзы, трассы, лавы).

Пуццолановый портландцемент (ППЦ)

а) Вулканического происхождения в количестве 25-40% б) Осадочного - от 20 до 30% Марки: 200, 300, 400, 500.

Глиноземистые и расширяющиеся цементы.

Глиноземистый цемент (ГЦ)

Нормальная густота 23-28%. Начало схватывания - не ранее 30 минут. Конец схватывания - не позднее 12 часов.

Расширяющиеся и безусадочные цементы

Быстро твердеют и приобретают высокую прочность через: · 6 часов - 12,5 МПа · 3 суток - 30 МПа

Разрушение сульфатными водами.

b) Двуводный гипс растворившись в воде реагирует с гидроаллюминатом кальция. 3CaO·Al2O3·6H2O + 3CaSO4·2H2O +19 H2O = 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O –… 5. Разрушение магнезиальными водами.Агрессивны при содержании Mg++ свыше 5000… 6. Наиболее опасен для бетона серо-водород, активно реагируя сCa(OH)2, гидросиликатами и гидроаллюминатами кальция он…

Бетон и железобетон

· Мелкого песка · Крупного (гравия или щебня) Вода придает бетонной смеси (БСМ) необходимую подвижность.

Классификация бетона.

1. По средней плотности (ρ₀)

· Особотяжелый (ρ₀ более 2500 кг/м³)

· Тяжелый (ρ₀ 2200 - 2500 кг/м³)

· Облегченный (ρ₀ более 1800 - 2200 кг/м³)

· Легкий (ρ₀ 500-1800 кг/м³)

· Особолегкий (теплоизоляционный) (ρ₀ ≤ 500 кг/м³)

2. По виду вяжущего вещества:

· Цементные (на основе ПЦ и его разновидности)

· Силикатные (на воздушной извести в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами).

· Гипсовые (на ангидритовых и гипсовых вяжущих)

· На жидком стекле

· На шлаковом вяжущем

· На шлако-щелочном вяжущем

· На основе органических вяжущих веществ.

· Полимерные и другие

3. По назначению (обычный и общественный)

· Обычный (общественный)

· Гидротехнический (для плотин, шлюзов, мостов, облицовки каналов и других)

· Для полов

· Дорожный (для покрытия дорог, аэродромов и других подобных сооружений)

· Для транспортного строительства

· Для возведения мостов, виадуков, путепроводов, водопропускных труб и регуляционных сооружений на железных и автомобильных дорогах

· Специальный:

o Кислотоупорный

o Коррозионностойкий

o Жаростойкий

o Особотяжелый для биологической защиты

· Особотяжелый
(На цементе с применением специальных видов заполнителей с высокой плотностью)

 

Материалы для тяжелого бетона (ТБ)*

1. Вяжущие вещества:

· Портландцемент и его разновидности (БТЦ, пластифицированный и т.д.)

· Смешанные: пуццолановый, ШПЦ, и другие

Их выбирают с учетом прочности, морозостойкости, химической стойкости, водонепроницаемости, и других свойств.

Для экономичного расхода цемента соблюдают следующие условия:
Марка цемента (R_ц) должна быть в 2 -2,5 раза больше марки бетона (Rб­),
т.е. .

Если больше 2,5 раз, то вводят тонкомолотые:

· АМД

· Добавки – наполнители: тонкомолотые кварцевые и полевошпатовые пески, известняк; хвосты обогащения железистых кварцитов; каменную муку; золы теплоэлектростанций, топливные и доменные шлаки.

Для экономии вяжущего или в тех случаях, когда Rц > Rб = 2-2,5 раза

Вода.

Для затворения бетонной смеси используется питьевая, речная, озерная, или из искусственных водоемов, незагрязненная сточными водами, примесями кислот, сульфатов, жиров, растительных масел, сахаров (водный раствор сахара образует Ca(OH)₂ цементного камня легкорастворимый сахарат кальция).

Водородный показатель pH должен быть более 4.

Общее содержание солей не должно превышать 5000 мг/л сульфатов (ионов SO₄) - менее 2700 мг/л.

Для бетонов на глиноземистом цементе не применяют воду, содержащую более 1000 мг/л солей.

Для затворения и поливки бетона не применяют болотные, торфяные, сточные, загрязненные промышленными отходами воды, а также кислые воды pH менее 4.

Вода, обработанная в магнитном поле:

· повышает подвижность бетонной смеси, что снижает расход цемента или повышает прочность бетона, не снижая расхода цемента.

· Благоприятно влияет на основные физико-механические свойства бетона.

Заполнители для тяжелого бетона.

Занимая 80-85 % объема бетона, образуют жесткий скелет бетона и этим уменьшают его усадку и предотвращают образование усадочных трещин.

Их качество влияет на технические свойства тяжелого бетона.
По размерам зерен делят на:

· мелкий (песок)

· крупный (гравий и щебень).

 

Мелкий заполнитель.

Подразделяется на: 1. Природные (кварцевые полевошпатовые и другие) 2. Искусственные (шлаковые, керамзитовые)

Гранулометрический (зерновой) состав

Он должен быть строго определенным. Его определяют рассеиванием песка массой m через набор стандартных сит. Затем на каждом сите определяют остаток: Ø Частный - остаток на данном сите , где:

Кривая просеивания

Вывод: 1. Песок по модулю крупности относится по группе – повышенная крупность. 2. По графическому изображению выходит в область крупных песков.

Марки гравия и щебня, полученного дроблением гравия.

По прочности исходной горной породы марка щебня при сжатии в водонасыщенном состоянии должна превышать марку проектируемого бетона ниже в 1,5 раза –… Прочность изверженных горных пород, подлежащих дроблению на щебень для… Для конструкции, работающих в зоне переменного уровня воды и подводной зоне, не допускаются заполнители, прочность…

Лабораторная работа.

Для определения дробимости щебень m = 400 г помещаем в цилиндр со съемным дном для определения марки щебня (гравия) вставляем плунжер, и через него гидравлическим прессом передаем нагрузку на щебень равную 50 кН. После чего просеиваем щебень через сито 1,25 мм и определяем количество раздробившихся частиц (m­₁).

 

Вывод: марка щебня по дробимости Др24. Рекомендуется для изготовления бетона М150 и ниже.

 

 

Лекция 17.11.10

Крупные заполнители для строительства · Автомобильных дорог · Аэродромных покрытий

Прочность бетона

В строительной практики пользуются приближенными математическими зависимостями…  

Свойства бетонной смеси.

Степень связности достаточна, если при сжатии конуса бетонная смесь не рассыпается и из нее не выделяется цементное молоко. Бетон из расслаивающейся смеси неоднороден по высоте, что может привести к… · Увеличивают расход цемента

Факторы, влияющие на удобоукладываемость бетонной смеси.

2. С увеличением расхода воды подвижность бетонной смеси увеличивается, а прочность бетона уменьшается. 3. С увеличением содержания цементного теста подвижность бетонной смеси… 4. Удобоукладываемость бетонной смеси возрастает с увеличением размера зерен заполнителей, так как в бетонных смесях с…

Расчет состава тяжелого бетона методом абсолютных объемов.

1. Марка(Rб) или класс проектируемого бетона (В) 2. Удобоукладываемость бетонной смеси (осадка конуса в см или жесткость в… 3. Истинные плотности материалов: ρ­ц, ρв, ρ­п, ρ­н.щ(г) в кг/м3