1. Свойства материалов: теплопроводность, сопротивление теплопередаче, теплоемкость
Теплопроводность – способность материалов проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал. Теплопроводность зависит от коэффициента теплопроводности λ, Вт/(м ·°С), который равен количеству тепла Q, Дж, проходящего через материал толщиной δ = 1м , площадью S = 1 м2 за время τ = 1 ч при разности температур между поверхностями t1 - t2 = 1 °С;
λ = Q δ /[S(t1 - t2) τ].
Теплопроводность материалов зависит от их средней плотности, химического состава, структуры, характера пор, влажности.
Наиболее существенное влияние на теплопроводность оказывает средняя плотность материалов. При известной средней плотности, пользуясь нижеприведенной формулой, можно ориентировочно вычислить коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м ·°С) материала в воздушно-сухом состоянии:
λ = 1,163 · (√ 0,0196 + 0,22 ρ2с - 0,14).
Значительно возрастает теплопроводность материалов с увлажнением. Это объяс-няется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0,58 Вт/(м ·°С) , а воздуха 0,023 Вт/(м ·°С), т.е. превышает его в 25 раз.
Сопротивление теплопередаче – величина обратная коэфициенту теплопередачи представляющему собой мощность теплового потока , проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1 м2 поверхности стенки за 1ч при разнице температур между средами 1˚С.
Термическое сопротивление Rт, (м2·К)/Вт, отдельных слоев ограждения определяют по формуле:
Rт = δ/λ,
Где δ – толщина отделоного слоя многослойного ограждения, м;
λ – коэффициент теплопроводности материала, принимаемый по СНиП.
Теплоемкость – способность материалов поглощать тепло при нагревании. Она характеризуется удельной теплоемкостью с, Дж/(кг ·°С), которая равна количеству тепла Q, Дж, затраченному на нагревание материала массой m = 1 кг, чтобы повысить его температуру на t2 - t1 = 1 °С;
с = Q/[m (t2-t1)].
Удельная теплоемкость каменных материалов составляет 755 - 925, лесных 2420 – 2750 Дж/(кг ·°С). Наибольшая теплоемкость имеет вода – 4900 Дж/(кг ·°С).
Теплоемкость учитывается при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева материалов в зимний период.
2. Природные каменные материалы для фундаментов и стен
К каменным материалам и изделиям для фундаментов и стен относят бутовый камень, камни стеновые из горных пород, крупные стеновые блоки.
Бутовый камень представляет собой штучный камень размером 150-500 мм и массой 20-40 кг. По форме он подразделяется на рваный, постелистый и плитняковый. Рваный камень представляет собой куски неправильной формы с бугристой поверхностью. Постелистый имеет не менее одной небугристой грани, плитняковый – две параллельные грани. Получают бутовый камень из изверженных, осадочных и метаморфических горных пород. Применяют для устройства бутовых и бутобетонных фундаментов, подземных стен, стен неотапливаемых зданий.
Камни стеновые из горных пород – материал в виде прямоугольного парал-лелепипеда размером 390х190х188, 490х240х188 и 390х90х288 мм. Изготавливают их из горных пород со средней плотностью до 2200 кг/м3 в основном из известняков и туфов. Применяют для кладки стен, перегородок и других частей зданий и сооружений.
Крупные стеновые блоки изготавливают выпиливанием из горных пород со средней плотностью до 2200 кг/ м3. Это вулканические туфы, известняки, доломиты. Применяют их для кладки наружных стен.
3. Минералогический состав портландцементного клинкера. Влияние его на свойства портландцемента
Основным составляющим портландцемента является клинкер. От его качества в первую очередь зависят свойства цемента. Химический состав клинкера характеризу-ется содержанием основных оксидов в следующих количествах, %:
Оксид кальция CaO (63-67); кремнезем SiO2 (19-24); глинозем Al2O3 (4-7); оксид железа Fe2O3 (2-6); оксид магния MgO (0,5-5,0); сернистый ангидрид SO3 (0,3-1,0); оксиды щелочных металлов Na2O + K2O (0,4-1,0); оксид хрома и оксид титана TiO2 + Cr2O3 (0,2-0,5); фосфорный ангидрид P2O5 (0,1-0,3).
Перечисленные оксиды образуют силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция. Силикаты преимущественно в виде кристаллов между которыми размещается промежуточное вещество, состоящее из алюминатов и алюмоферритов кальция в кристаллическом и аморфном виде.
Относительное содержание этих минералов в % составляет: трехкальциевый силикат (алит) 3CaO∙SiO2 (C3S) – 45-60; двухкальциевый силикат (белит) 2CaO∙SiO2 (C2S) – 15-35; трехкальциевый алюминат 3CaO∙Al2O3 (C3A) – 4-14; четырехкальциевый алюмоферрит (целит) 4CaO∙Al2O3∙Fe2O3 (C4AF) – 10-18.
Кроме перечисленных в клинкере имеется небольшое количество других минералов – алюминатов, алюмоферритов и ферритов кальция, а также оксида кальция CaO в количестве 0,5-1,0% и оксида магния MgO – до 5% в свободном состоянии, щелочных оксидов Na2O и K2O – до 1%.
Свойства портландцементов оценивают по минеральному составу клинкера. Портландцементы с высоким содержанием в клинкере минерала C3S и умеренным содержанием минерала C3A быстро твердеют, такой состав характерен для быстротвердеющих портландцементов. Цементы с повышенным содержанием в клинкере минералов C2S и C4AF твердеют медленно и мало выделяют тепла. Это низкотермичные портландцементы.
Повышенное содержание в клинкере минерала C3A позволяет получить быстросхватывающиеся и твердеющие в ранние сроки цементы. Однако они имеют пониженную морозостойкость и сульфатостойкость.
4. Растворы для каменных кладок
Назначение состава раствора для каменных кладок зависит от условий эксплуатации, вида конструкций и степени их долговечности. Они приготавливаются следующих видов, цементные, цементно-известковые, цементно-глиняные, известковые и глиняные. Расход материалов для растворов марки 25 и выше определяется специальным расчетом, для марок 4 и 10 приводятся в виде отношения вяжущего к песку по объему.
Цементные растворы состоят из цемента, песка, воды. Их применяют при возведении фундаментов и конструкций, эксплуатируемых во влажной среде.
Цементно-известковые и цементно-глиняные растворы состоят из цемента, воздушной извести или глины, песка и воды. Известь и глина вводятся в виде теста как пластифицирующие добавки. Часть известкового или глиняного теста может быть заменена мылонафтом, подмыленным щелоком, лигносульфонатами техническими и другими органическими пластификаторами. Добавки повышают удобоукладываемость и водоудерживающую способность растворных смесей. В известково-цементных растворах экономия цемента составляет 30-50 кг на 1 м3 раствора по сравнению с цементными. Расход цемента в цементно-глиняных растворах выше, чем в цементно-известковых.
Цементно-известковые и цементно-глиняные растворы применяют для возведения подземных и надземных частей зданий.
Известковые растворы состоят из извести, песка и воды. Их применяют для приготовления растворов марок 4 и 10 для конструкций надземных частей зданий, работающих в сухих условиях.
Глиняные растворы состоят из глины, песка и воды. Их применяют для растворов надземных частей зданий: марку 4 – в сухом климате, марку 10 – для растворов с добавками в умеренно влажном климате.
В современном строительстве чаще всего применяются цементно-известковые растворы, реже – других видов. Марка раствора назначается в зависимости от условий работы конструкций и степени их долговечности.
Задача 1
Наружные стены жилого дома выполнены из ячеистого бетона толщиной 51 см и оштукатурены с наружной стороны цементно-известковым раствором толщиной 1см и с внутренней стороны известковым раствором толщиной 1 см. Определить сопротивление теплопередаче стены и сравнить с сопротивлением теплопередаче стены, выполненной из керамического полнотелого кирпича толщиной 51 см и оштукатуренной с двух сторон так же, как и стена из ячеистого бетона.
Данные, необходимые для расчета: коэффициент теплопроводности ячеистого бетона 0,22, кирпичной кладки – 0,70, цементно-известкового раствора – 0,93, известкового раствора – 0,81 Вт/(м · °С). Сопротивление теплопередаче Rв = 0,133 (м · °С)/Вт, Rн = 0,043 (м · °С) /Вт.
Решение:
Термическое сопротивление, R0, наружного ограждения здания будем вычислять по следующей формуле:
R0 = Rв + ∑Rт + ∑Rв.п. + Rн.
Где:
Rв – сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности.
Rв = 0,133 (м · °С)/Вт.
Rн – сопротивление теплоотдаче наружной поверхности.
Rн = 0,043 (м · °С) /Вт.
∑Rв.п. – суммарное термическое сопротивление воздушных прослоек.
∑Rв.п. = 0
∑Rт – суммарное термическое сопротивление всех материальных слоев ограждения.
Rт = δ /λ
Где:
δ – толщина отдельного слоя многослойного ограждения, м (из условия)
λ – коэффициент теплопроводности материала (из условия)
1) Сопротивление теплопередачи стены выполненной из ячеистого бетона будет равно:
R0 = 0,133 + (0,01/0,93 +0,51/0,22 +0,01/0,81) + 0 + 0,043 = 2,517 ((м · °С)/Вт).
2) Сопротивление теплопередачи стены выполненной из керамического полнотелого кирпича будет равно:
R0 = 0,133 + (0,01/0,93 +0,51/0,7 +0,01/0,81) + 0 + 0,043 = 0,928 ((м · °С)/Вт).
Вывод: Сопротивление теплопередаче стены выполненной из ячеистого бетона в 2,5 раза выше сопротивления стены из керамического полнотелого кирпича, следовательно, ячеистый бетон – более эффективный теплоизоляционный материал для наружных стен здания.
Задача 2
Подобрать состав раствора марки 150 для наземной кладки из крупных блоков. Подвижность растворной смеси 8 см. Раствор цементный с противоморозной добавкой поташа.
Характеристика исходных материалов: Портландцемент ПЦ, марка по прочности 400, насыпная плотность 1200 кг/м3. Песок насыпной плотностью 1420 кг/м3. Добавка поташа 10 % от массы цемента.
Решение:
Расчет ориентировочного состава раствора.
1. Определяем расход цемента на 1м3 песка по массе Qц, в кг и объему Vц, в м3 :
Qц = Rц Qц / Rц.ф. · 1000 =14:40,0 · 1000 = 350 кг;
Vц = Qц / ρ н.ц.= 350/1200 = 0,2917 м3 .
2. Определяем ориентировочный расход воды В, кг:
В = 0,5(Qв + Qд) = 0,5 (350 + 0) = 175 кг.
3. Определяем расход песка Qп, кг:
Qп = 1 · 1420 = 1420 кг.
В результате произведенных расчетов получим следующий ориентировочный состав раствора, в килограммах на 1 м3 песка:
Цемент…………….350
Вода……………….175
Песок…………… 1420
Всего 1975
Рассчитываем необходимое количество добавки поташа:
По условию добавка поташа составляет 10% от массы цемента. Это составит:
350 · 0,1 = 35 кг. Поташ вводим в виде водного раствора примерно 20 % концентрации с содержанием безводного вещества 0,238 кг в 1 л раствора. Плотность такого раствора при температуре 20 °С составляет 1,190 г/см3.
Расход добавки поташа в виде 20% -ного водного раствора равен
35:0,238 = 147,06 л, или 147,06 · 1,190 =175 кг
Расход воды для приготовления растворной смеси с добавкой поташа составит Вд = 175-175=0 кг, расход песка 1420 – 35 =1385 кг.
В результате добавки 20% раствора поташа в раствор получим следующий расход материалов в килограммах на 1 м3 раствора:
Цемент………………… 350
Песок………………… .1385
Водный раствор поташа
20% концентрации…… .175
Определяем расход материалов кг, на замес растворомешалки вместимостью 0,375 м3 :
Цемент………………….350 · 0,375 = 131
Песок………………… 1385 · 0,375 = 519
Раствор поташа…………175 · 0,375 = 66.
Контрольное задание № 2
1. Удобоукладываемость и жизнеспособность бетонных смесей. Влияние различных факторов на эти свойства.
Жизнеспособность – свойство бетонной смести сохранить необходимую удобоуклады-ваемость с момента ее приготовления до укладки в конструкцию. Она зависит от сроков схватывания цемента, В/Ц, температуры воздуха, вводимых добавок. Чем быстрее схватывается цемент, тем меньше жизнеспособность бетонной смеси. С уменьшением В/Ц жизнеспособность бетонной смести сокращается, с увеличением – повышается. При повышенной температуре жизнеспособность бетонных смесей уменьшается, а с понижением - увеличивается. Химические добавки, изменяющие сроки схватывания цементов, изменяют и жизнеспособность бетонных смесей. Ускорители твердения – нитрат кальция, сульфат натрия, хлорид кальция – сокращают жизнеспособность бетонных смесей; замедлители схватывания – сахарная патока, лигносульфонаты технические – увеличивают их жизнеспособность.
Удобоукладываемость – это способность бетонной смести заполнять форму бетонируемого изделия под действием сил тяжести или вибрации. Она оценивается показателями подвижности или жесткости. Подвижность определяется в сантиметрах по величине осадки стандартного конуса. Для смесей, не имеющих осадки конуса, определяется жесткость в секундах на специальных приборах.
По удобоукладываемости бетонные смеси подразделяются на марки, приведённые в таблице:
Марки по удобо-укладываемости
Норма удобоукладываемости по
Марки по удобо-укладываемости
Норма удобоукладываемости по
Жёсткости, с
Подвижности, см
Жёсткости, с
Подвижности, см
Сверхжесткие смеси
Низкопластичные смести
СЖ3
Более 100
--
П1
4 и менее
1-4
СЖ2
51-100
--
П2
----
5-9
СЖ1
41-50
--
Пластичные
Жесткие смеси
П3
10-15
Ж4
31-40
--
П4
----
16-20
Ж3
21-30
--
Литые
Ж2
11-20
П5
----
21 и более
Ж1
5-10
--
Назначение удобоукладываемости бетонной смеси зависит от толщины конструкции, насыщенности ее арматурой, способов подачи и уплотнения бетонной смеси. На удобоукладываемость бетонных смесей оказывает влияние содержание цементного теста, воды, вид цемента, крупность и форма зерен заполнителей, соотношение между крупным заполнителем и песком, чистота заполнителей, поверхностно-активные добавки.
Содержание цементного теста. Чем больше в бетонной смеси цементного теста (цемент + вода), тем выше ее удобоукладываемость. Цементного теста должно быть достаточно для заполнения пустот и обволакивания зерен заполнителей с некоторой раздвижкой. С толщиной слоя трение между зернами уменьшается, и удобоукладываемость бетонной смеси повышается.
Подвижность смеси при расходе цемента от 200 до 400 кг/м3 зависит, в основ-ном, от расхода воды. Эта закономерность называется законом постоянства водопотребности.
Содержание воды. С повышением содержания воды подвижность бетонной смеси увеличивается. Однако ее количество дложно быть оптимальным, с тем, чтобы не происходило расслоения, которое сопровождается осаждением заполнителей и выделением воды на поверхности уложенного бетона. В бетоне на портландцементе этого не происходит при В/Ц не более 1,65 нормальной густоты цементного теста. Добавки могут изменить эту границу. Следует иметь также в виду, что с повышением расхода воды при постоянном расходе цемента увели-чивается В/Ц и прочность бетона уменьшается.
Вид цемента. Удобоукладываемость бетонной смеси зависит от нормальной густоты цементного теста. Так, пуццолановые портландцементы, в особенности с добавками диатомита и трепела, имеют высокую НГЦТ, образуют более вязкое цементное тесто, и бетонные смеси на них имеют худшую удобоукладываемость по сравнению со смесямина портландцементе.
Крупность заполнителей. С повышением крупности щебня, гравия, песка сум-марная площадь их зерен уменьшается. Требуется меньше цементног теста, чтобы обволоч зерна, толщина прослоек между зернами увеличивается, и удобоукладываемость бетонной смеси повышается.
Соотношение между крупным заполнителем и песком должно быть оптимальным с таким расчетом, чтобы пустотность их смеси была как можно меньше. При повышенном содержании песка удельная поверхность зерен повышается, и бетон-ная смесь становится мене подвижной.
Форма зерен заполнителя. Лучшую удобоукладываемость имеют бетонные смеси на заполнителях с гладкой поверхностью – гравии и речном или морском песке по сравнению с бетонными смесями на щебне и горном песке.
Чистота заполнителей. Пылевидные, и особенно глинистые, частицы в заполни-телях отрицательно влияют на удобоукладываемость бетонных смесей. Они имеют большую удельную поверхность и повышенную водопотребность.
Поверхностно-активные добавки. Применение ПАВ, и в особенности пластификаторов, является одним из самых эффективных средств повышения удобоукладываемости бетонных смесей. Так добавка ЛСТ снижает водопотребность бетонных смесей на 10-12, С-3 – на 20-30 %. Эффективность их действия возрастает с увеличением содержания цемента, в жестких смесях – снижается.
2. Бетоны для защиты от радиации, декоративные, жаростойкие, фибробетон. Состав, свойства и применение в строительстве
Бетоны для защиты от радиации
При ядерном распаде наибольшую опастность для живых организмов представляют γ – лучи и нейтронное излучение. Для защиты от них применяют особо тяжелые бетоны классов Вb7,5; Вb 10; Вb 15.
Вяжущими служат портландцементы, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент и др. В качестве заполнителей применяют материалы повышенной плотности – барит, лимонит, магнетит, чугунный скрап, обрезки стали, на которых можно получить бетон со средней плотностью от 2800 до 5000 кг/м3. Для улучшения защитных свойств в их состав вводятя добавки карбида бора, хлорида лития, сернокислого кадмия, содержащие лёгкие элементы – водород, литий, кадмий, бор.
Декоративные бетоны
Декоративные бетоны применяются для архитектурной отделки конструктивных элементов зданий и сооружений – стен, полов, лестниц, разделительных полос дорожных покрытий и др. В их состав входяв цветные или белые цементы, пигменты и цветные заполнители. Пигменты должны быть щелоче- и светостойкими. Их допускается вводить не более 8-10% от массы цемента. Обычные портландцементы с пигментами применяются для бетонов темных тонов, белые – для светлых. Заполнители изготавливаются из цветных горных пород: мрамора, красного и розового гранитов, сиенита, лабородорита и др. Для получения фактуры, отвечающей архитектурному замыслу, поверхность заполнителей обнажают при помощи шлифования, скалывания фрезами, бучардами.
Бетон, применяемый для наружной отделки зданий должен быть долговечным.
Жаростойкие бетоны
Жаростойкими называются огнеупорные бетоны, способные сохранять длительное время прочность при температуре свыше 200˚С.
По способности выдерживать высокие температуры они подразделяются на 14 классов с предельно допустимой температурой применения от 33 до 1700˚С и выше. Для этих бетонов применяют гидравлические вяжущие – портландцемент, быстротвердеющий портланцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый, высокоглиноземистый и бариевый цементы; воздушные вяжущие – жидкое натриевое стекло, периклазовый цемент; химические – силикат-глыбу, фосфатные соединения.
Заполнителями служат щебень и песок, получаемые из обожженных глин, боя огнеупорных и тугоплавких изделий; из вторичных материалов – доменных, топливных, феррохромовых и др. шлаков; горних пород – кварцитов, базальтов, диабазов, туфов, вулканических щлаков, пемзы. Применяются также специально изготавливыемые пористые искусственные заполнители – керамзит, аглопорит, шунгизит, перлит, вермикулит и пр. Для улучшения структуры и жаростойкости в состав бетонов, за исключением бетонов на глиноземистом цементе, вводят тонкомолотые добавки хромита, огнеупорных глин, золы-уноса, шлаков и др.
Для жаростойких бетонов, эксплуатируемых при температуре свыше 800˚С, определяют остаточную прочность после нагревания их при этой температуре. Для бетонов, которые применяются при температуре 600 и 700˚С образцы нагреваются до этой температуры, а затем определяется остаточная прочность. Долговечность жаростойкого бетона оценивается их термической стойкостью. Обычные бетоны на портландцементе применяются в конструкциях при температуре до 200˚С. При этом следует учитывать, что прочность бетона на сжатие снижается на 25%. Бетоны на портландцементе с хромитовыми заполнителями и тонкомолотой добавкой выдерживают температуру 1700˚С.
Жаростойкие бетоны служат для изготовления различных тепловых агрегатов, дымовых труб.
Фибробетон
Бетон армированный дисперстными воловнами (фибрами), называется фибро-бетоном. Тяжелые бетоны армируются стальной проволокой, стеклянными, базальтовыми или асбестовыми волокнами. Ячеистые и гипсовые бетоны могут армироваться полимерными волокнами, изготовленными из полиэфиров, полиакрилатов, полипропилена.
Тонкая проволока имеет диаметр от 0,1 до 0,5 мм, длинну – от 10 до 50 мм и вводится в количестве от 3 до 9% от массы бетона, что составляет 70=200 кг на 1м3.
Стеклянные волокна изготавливаются из щелочестойкого стекла. Они имеют диаметр несколько десятков микрон,длинну 20-50 мм и обладают прочностью на растяжение 1500-3000 МПа. Их вводят в количестве 1-4% от объема бетона.
Полимерные волокна имеют прочность на растяжение 60-100 МПа. Они стойки в агрессивных средах.
Фибры повышают ударную вязкость бетона, уменьшают истираемость, повыша-ют прочность при растяжении, препятствуют раскрытию трещин. Разрушение бетона происходит постепенно. Надежность конструкций повышается. Дисперстное армирование наиболее эффективно в мелкозернистых бетонах, в особых случаях эксплуатации.и Имеется опыт его применения для бетонирования оголовков свай.
3. Гипсовые и гипсоволокнистые панели. Состав, технология изготовления, свойства и применение
Гипсобетонные и гипсоволокнистые пенели рпименяют для устройства несущих перегородок в зданиях с сухим, нормальным, влажным и мокрым режимами эксплуатации. Длинна их составляет не более 6600, высота – не более 400 и толщина – 60, 80 и 100 мм. Они могут быть сплошными и с проемами. При эксплуатации в сухих условиях их изготавливают на строительном и высокопроч-ном гипсе; в нормальных, влажностных и мокрых условиях – гапсоцементно-пуццолановом вяжущем.
Гипсобетон получают из вяжущего, песка и опилок, принятых в соотношении 1:1:1 со средней плотностью 1250-1400 кг/м3. Заполнителями могут служить также шлак, зола, сечка соломы и др.
Армируют гипсобетонные панели каркасами, состоящими из деревянных брусков, по контуру панелей и проемов, и деревянных реек скркплкнных с ними.
Гипсобетонные панели изготавливают на прокатных станках и в кассетах. Наиболее прогрессивный способ – прокатный. Гипсобетонную смесь приготавливают в смесительном отделении. Вначале смешивают сухие компоненты – гипсовые вяжущие, песок и опилки, которые затем подают в гипсобетоносмеситель непрерывного действия для вторичного смешиванияс водой и замедлителем схватывания.
Формование паналей выполняется на прокатной установке, основными элементами которой являются две резиновые ленты – верхняя и нижняя, движущиеся в одном направлении с одинаковой скоростью. На нижнюю ленту укладывают деревяные каркасы и затем подают бетонную смесь. Проходя в щель между прокатными (калибрующими) валками, масса прессуется, и панель получается заданной толщины. Валки не соприкасаются с гипсобетоном, они находатся под нижней и над верхней лентами конвейера. Твердение происходит на конвейере. Цикл изготовления панели длится 15-20 мин.
Процесс изготовления панелей в кассетах – периодический, что снижает их эффектикность по сравнению с прокатным. Общий цикл изготовления изделия составляет 1ч.
Гипсоволокнистые панелиизготавливают из строительного гипса в количестве 85-95%, волокнистых составляющих – 6-15% и жидкого стекла – 0,25- 2%. Волокнистая масса создаёт арматурный каркас. Её получают расчеплением бумажной макулатуры, соломы и других органических материалов в тонкие волокна. Жидкое стекло является приклеивающей добавкой. Формуют гипсоволокнистые панели на вакуум-формующих агрегатах. Отливку изделий выполняют на сетке с последующим удалением воды вакуумированием.
Гипсоволокнистые панели имеют среднюю плотность 500-1000 кг/м3 и предел прочности при изгибе 2,5 – 9 МПа. Для повышения прочности гипсовое вяжущее подвергают старению. Его выдерживают длительное время на воздухе или в течение 10 мин обрабатывают водяным паром низкого давления, в результате чего его прочность повышается на 30%. Отформованные панели сушат 20-26ч в тунельной сушилке с температурой на входе 110-130 С. Хранят панели на складах и строительных площадках в вертикальном положении, защищенными от увлажнения.
Задача №1
Подобрать состав тяжелого (обычного) бетона:
Марка бетонной смеси по удобоукладываемости П5(ОК=21см).
Класс бетона по прочности В25 (Rв = 25/0,778 = 32 Мпа).
Материалы: Цемент на основе портландцементного клинкера типа ШПЦ, активностью 51,4 МПа с НГЦТ – 32 %, крупный заполнитель – щебень с наибольшей крупностью зерен 40мм, влажностью 3%; мелкий заполнитель – песок средней крупности Мкр = 2,0, влажностью 2%; насыпная плотность сухих материалов: ρн.щ. = 1400 кг/м3; истинная плотность материалов: ρц =2900 кг/м3; ρп =2500 кг/м3; ρщ = 2450 кг/м3. Химическая добавка тип ГКЖ-10 (0,15 %). Объем замеса бетоносмесителя 1м3
Расчет ориентировочного состава бетона
1. Определяем В/Ц по прочности на сжатие:
В/Ц = 0,6 · 51,4/(32+0,6 · 0,5 · 51,4) = 0,554.
2. Ориентировочно определяем расход воды по табл. 4.4: В = 213 кг.
3. Определяем расход цемента:
Ц = 213/0,554 = 385 кг.
4. Определяем расход щебня:
Щ = 1/ (1,46 · 0,43/1400 + 1/2450) = 1167 кг.
Пустотность щебня определена по формуле:
Y = 1 – 1400 / 2450 = 0,43.
Коэффициент α принимаем по таблице 4.5, α = 1,46.
5. Определяем расход песка:
П = [1 – (385/2900+213/1000+1167/2450)] · 2500 = 445 кг.
В результате проведенных расчетов получим следующий ориентировочный состав бетона, кг/м3:
Цемент………….385
Вода…………….213
Песок………… 445
Щебень………1167
Итого 2210
Корректировка состава бетона с учетом введения пластифицирующей добавки ГКЖ-10
При 0,15 % расходе количество сухого вещества добавки на 1м3 бетонной смеси составит:
Дсух. = 370 · 0,15 / 100 = 0,555 кг.
ГКЖ-10 рекомендуется вводить в виде раствора 7% концентрации плотностью 1,043 г/см3.
Тогда количество раствора ГКЖ-10 составит:
Др = 370 · 0,15 / 7 = 7,93 кг
Др = 370 · 0,15 / 7 · 1,043 = 7,60 л
Введение пластифицирующей добавки ГКЖ-10 даёт возможность уменьшить на 4% расход цемента и на 7,5% расход воды. Тогда расход материалов в килограммах при постоянном отношении песка к щебню будет следующий:
Цемента – 385 - 385 · 0,04 = 370
Воды – 213 – 213 · 0,075 = 197
Песок – 445 + 31 · 0,4 = 457
Щебень – 1167 + 31 · 0,6 = 1186
При 0,15 % расходе количество сухого вещества добавки на 1 м3 бетонной смеси составит:
Дсух. = 370 · 0,15 / 100 = 0,555 кг.
ГКЖ-10 рекомендуется вводить в виде раствора 7% концентрации плотностью 1,043 г/см3.
Тогда количество раствора ГКЖ-10 составит:
Др = 370 · 0,15 / 7 = 7,93 кг
Др = 370 · 0,15 / 7 · 1,043 = 7,60 л
Недостающее количество воды, за вычетом воды в рабочем растворе добавки составит:
197 – 7,93 · 1,043(1 – 0,01 · 7) = 189,31 кг
Корректировка состава бетона с учетом влажных заполнителей:
Количество воды в щебне составит: 1186 · 0,03 = 35,58 кг.
Количество воды в песке
457 · 0,02 = 9,14 кг.
С учетом полученных данных находим необходимое количество воды для бетона:
В = 189,31 – 35,58 – 9,14 = 144,59 кг.
Расход щебня составит:
Щ = 1186 + 35,58 = 1221,58 кг.
Расход песка
П = 457 + 9,14 = 466,14 кг.
Определение расхода материалов на замес бетономешалки.
По условию бетономешалка имеет вместимость барабана 1 м3, тогда расход материалов на один замес бетономешалки составит:
Цемента – 370 кг
Воды – 144,6 кг
Песок – 466,1 кг
Щебень – 1121,6 кг
Раствор ГЖК-10 7% концентрации 7,93 кг.
Контрольное задание № 3
1. Кровельные керамические материалы, дренажные и канализационные трубы, лёгкие заполнители для бетона. Состав, технология изготовления и применение в строительстве.
Кровельные керамические материалы
К керамическим материалам для устройства кровель относится черепица. Она выпускается следующих видов: пазовая ленточная, пазовая штампованная, плоская ленточная, волнистая ленточная, S – образная ленточная и коньковая. Черепица должна иметь прочность на излом не менее 0,7 кН, морозостойкость не менее 25 циклов. Изготавливают из легкоплавких среднепластичных глин пластическим способом или штампованием (прессованием). Специальные виды черепицы покрывают глазурью.
К достоинству черепицы следует отнести высокую долговечность: кровли из неё служат более 80 лет, что значительно выше асбестоцементных, металлических, руберойдных; к недостаткам - большую массу покрытия (1м2 весит до 65кг), высокую трудоёмкость.
Дренажные и канализационные трубы
Керамические дренажные трубы изготавливаются с внутрунним диаметром 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 250 мм допускается выпускать длиной до 500мм. Наружная поверхность может быть цилиндрической, шестигранной или восьмигранной. По морозостойкости трубы должны выдерживать не менее15 циклов попеременного замораживания о ттаивания, по процности (в зависимости от диаметра) – нагрузки не менее 3,5-5 кН.
Сырьем для изготовления труб служат малопластичные и пластичные глины. Вкачестве отощающих добавок применяют шамот, песок, дегидрадированную глину, для повышения порестости труб вводят выгорающую добавку – тонкомолотй уголь.
Формуют трубы в основном на горизонтальных прессах. Сушат от 18 до 60 часов при температуре 75-90 ˚С. Обжигают при температуре 920 – 1050 ˚С 22-45 часов в туннельных печах. Дренаждые трубы применяют для понижения уровня, сбора и отвода грунтовых вод. Канализационные трубы изготавливаются диаметром от 125 до 600 и длинной 800, 1000, 1200 мм. Они имеют раструб. Должны выдержать гидравлическое давление не менее 0,2 МПа и внешнюю нагрузку 0,2-0,3 кН на 1м длинны. Для повышения долговечности трубы покрывают глазурью. Сырьем для труб являются тугоплавкие глины. Отощающей добавкой служит шамот. Формуют трубы пластическим способом на вакуумных прессахиз массы влажностью 9-11%. Сушат в камерных сушилках 60-70 часов или тунельных – 14-40 часов. Обжигают чаще всего в тунельных печах при 1080 – 1180 ˚С в течение 34-65 часов. Применяют керамические трубы для строительства производственных и хозяйственных фекальных канализаций.
Лёгкие заполнители для бетона
К легким заполнителям относят керамзитовый гравий и песок, аглопоритовый щебень и песок.
- керамзитовый гравий представляет собой исскуственный пористый материал, полйчаемый обжигом вспучивающихся силикатных горных пород. Он имеет окатанную шаровидную или эллипсоидную форму. В зависимости от размеров зерен подразделяется на фракции: 5-10, 10-20 и 20-40 мм или смесь двух смежных фракций 5-20 мм. По насыпной плотности имеет марки 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800, по прочности при сдавливании в стальном цилиндре – П25, П35, П50, П75, П100, П120, П150, П200, П250, П300 и П350 с пределом прочности от 0,6 до 8 МПа и более, должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания о оттаивания.
Сырьем для керамзитового гравия служат легкоплавкие глинистые породы, способные при обжиге вспучиваться. Это глины, суглинки, глинистые сланцы, трепелы, диатомиты и др. Вспучиваемость сырья определяется эффилентом, который выражается отношением объема вспученной массы к объему абсолютно сухого сырца, он должен быть не более 2. Вспучивание происходит при обжиге глинистого сырья при температуре 1050-1250˚С в результате выделения: химически связанной воды из глинистых минералов и слюд; СО2 – в результате сгорания органических примесей и диссоциации карбонатов; О2 – из-за диссоциации Fе2О3; SО2 и SО3 – из сульфатов.
Для повышения качества керамзита вводят различные добавки: лигносульфанаты, древесные опилки, уголь, торф и др. Переработка сырья и формрвание гранул выполняется сухим и пластичеким способами. По пластическому, наиболее распространенному способу, переработанная и увлажненная до 18-26% глина поступает в ленточный пресс, снабженный перфорированной плитой. Выдавленные через отверстия жгуты разрезаются на брикеты, равные их диаметру. Формование гранул может также выполняться на дырчатых вальцах, где глинистая масса захватывается и продавливается через отверстия внутри цилиндра. Обжигают керамзитовый гравий во вращающихся печах.
- Керамзитовый песок имеет размер зерен от 0,16 до 5 мм, марки по насыпной плотности 500, 600, 700, 800, 900 и 1000. Изготавливают его дроблением керамзитового гравия. На 1 м3 песка расходуется 1,8-2 м3 гравия. Эта технология не экономична : стоимость песка в два раза превышает стоимость гравия.
Наиболее совершенной является технология обжига песка в печах кипящего слоя, когда теплоноситель продувается через слой гранул, в результате чего они выходят из спокойного состояния и переходят в состояние непрерывного движения.
- Керамический щебень и песок (аглонорит) представляет собой исскуственный пористый материал, получаемый из легкоплавких глин на агломерационных установках с последующим дроблением.
По крупности зерен аглопорит подразделяется на щебень фракций 5-10, 10-20 и 20-40 мм и песок фракций 0,16-2,5; 1,2-2,5 и 2,5-5 мм.
По насыпной плотности щебень имеет марки 400, 500, 600, 700, 800 и 900, песок – 600,700, 800, 1000 и 1100. По прочности щебень подразделяется на марки от П25 до П350. Морозостойкость – не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания.
Сырьем для изготовленияаглопорита служат малопластичные слабовспучивающиеся глины, суглинки идр., в качестве дбавок – уголь, шлак, опилки, лигносульфанаты технические. Гранулы формуются из подготовленной сырьевой массы продавливанием через перфорированную решетку ленточного пресса или же при помощи дырчатых вальцов,затем они поступают на агломерционную машину, где происходит спекание гранул у крупные пористые конгломераты на решетке за счет принудительного просасывания воздуха через шихту. Максимальная температура обжига составляет 1400-1600˚С. Затем происходит дробление и рассеивание на фракции. Керамзитовый и аглопоритовый щебень применяют для изготовления легких бетонов, они могут использоваться в качестве теплоизоляционных материалов.
2. Защита древесины от возгорания
Древесина начинает гореть при температуре 260-290˚С в результате воздействия открытого пламени и при нагревании свыше 350˚С при его отсутствии. При длительном нагреве температура возгорания понижается. Защищают древесину от возгорания конструктивными мераами или различными огнезащитными покрытиями или пропитками. К конструктивным мерам относят: удаление деревянных элементов от источника нагревания. Возведение несгораемых стен и перегородок через определенное расстояние. В качестве огнезащитных покрытий применяется штукатурка, облицовка малотеплопроводными материалами, например асбестовыми, окрашивание огнезащитными красками, нанесение обмазок. Пропитка выполняется антиперенами. Огнезащитные краски по виду связующего бывают силикатные. Перхлорвиниловые, масляные, казеиновые. Высокими огнзащитными свойствами обладает силикатная краска . Связующим служит жидкое (растворимое) стекло, наполнителями - кварцевый песок, мел, магнезит. При действии высокой температуры образуется стекловидная пленка, затрудняющая доступ кислорода к древесине и связывающая уголь, который вследствие малой теплопроводности защищает нижележащие слои древесины от горения. Огнезащитные обмазки изготавливаются из глины, извести, гипса, суперфосфата и наносится слоем тощиной 2-3 мм. Ими защищают от возгорания стропила, обрешетку. Лучшим огнезащитным средством являются антипирены – хымические вещества которые при нагревании выделяют негорючие газы и оттесняют кислород от нагреваемой древесины, препятствуют выделению высококалорийных газов или плавятся с образованием огнезащитных пленок. В качестве антипиренв применяют фрсфорнокислый аммоний – (NH4)3PO4, сернокислый аммоний – (NH4)2SO4, буру – Na2B4O7IOH2O и др. Их вводят в древесину в виде водных растворов путем пропитки или краскопультом.
3. Полимеразационные смолы. Применение их для изготовления строительных материалов
Полимеризационные смолы получают реакцией полимеризации. Побочных продуктов при этом не образуется. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиизобутилен, полистирол, поливинлацетат, полиакрилаты, кмарно-инденовые смолы. Полиэтилен получают полимеризацией этилена СН2 = СН2. Выпускают ввиде гранул или порошка. Применяют для изготовления водопроводных, канализационных и газовых труб и пленок.
Полипропилен получают полимеризацией пропилена СН3- СН = СН2. Применяют для изготовления труб, химической аппаратуры, пленок.
Поливинилхлорид получают полимеризацией винилхлорида СН2 = СНСl. В строительстве применяют для изготовления труб, линолеума, плиток, пленок, плинтусов, поручней, теплоизоляционных материалов.
Полиизобутелен – продект полимеризации изобутелена СН2 =С(СН3). Представляет собой каучукоподобный эластичный материал. В строительстве применяют в виде гидроизоляционных пленок, для получения кровельных герметизирующих материалов в виде клеев и мастик.
Полистирол плучают полимеризацией стирола С6Н5СН = СН2. Из него изготавливают облицовочные плитки для стен , пористые плиты для тепло- и звукоизоляции, краски, эмали.
Поливинилацетат – пллимервинилацетата СН2 = СН-ОН. Применяется для производства лаков, в виде эмульсий, для устройства бесшовных полов, бля полиммербетонов, для изготовления моющихся обоев.
Полиакрилаты представляют собой полимеры производных акриловой СН2 = СН – СООН и метакриловой кислот СН = С(СН)3СООН. В строительстве нашел применение полиметилметакрилат (органическое стекло) для остекления зданий, изготовления стеклопластиков.
Кумарно-инденовые полимеры. Представляют собой смесь продуктов полимеризации кумарона и индена. Применяют для изготовления плиток, для полов, мастик.
4. Классификация лакокрасочных материалов по виду, химическому составу и назначению
Лакокрасочные материалы классифицируются по виду, химическому составу и назначению. К основным видам лакокрасоыных материалов относят лаки, эмали, краски, грунтовки и шпаклевки.
Лак – раствор пленкоаброзующих веществ в органических растворителях или воде, образующий после высыхания твердую однородную пленку. Лак применяемый для изготовления товарных лаков и эмалей, называается полуфабрикатным.
Эмаль – смесь лака с пигментом или лака с пигментом и заполлнителем, образующая после высыхания непрозрачную пленку с различным блеском и фактурой поверхности.
Краска – смесь пленкообразующегот вещества с пигментом или с пигментом и заполнителем, образующая после высыхания однородную непрозрачную пленку.
Грунтовка – смесь пленкообразующего вещества с пигментом, образующая после высыхания однородную пленку с хорошим сцеплениемс окрашиваемой поверхностью и верхним покровным слоем.
Шпатлевка – пастообразующая масса, состоящая из смеси пленкообразующего вещества, пигмента и наполнителя, и предназначенная для заполнения неровностей и сглаживания окрашиваемой поверхности.
По химическому составу лакокрасочные материалы подразделяются в зависимости от вида пленкообразующего вещества. По назначению в зависимости от условий эксплуатации лакокрасочные материалы подразделяются на следующие группы, имеющие цифровые обозначеения: 1 – атмосферостойкие, 2 – ограниченно атмосферостойкие, 3 – консервационные, 4 – водостойкие, 5 – специальные-светящиеся, протовообрастающие, терморегулирующие и др., 6 – маслобензостойкие, 7 – химическистойкие, 8 – термостойкие, 9 – электроизоляционные.
Задача №1
Пиломатериал из сосновой древесины при стандартной влажности и температуре 18 ˚С имеет предел прочности при сжатии 46 МПа. Определить предел прочности древесины при влажности 20, 25, 30, 35 и 40 %. Построить графическую зависимость между прочностью и влажностью древесины.
Решение:
1. Предел прочности образцов древесины имеющих влажность W меньше предела гигроскопичности 30%, dw , МПа будем определять через формулу приведения к пределу прочности при стандартной 12-% влажности d12 ,МПа:
d12 = dw [1 + a(W – 12)], => dw = d12 / [1 + a(W – 12)]
где a - поправочный коэффициент, учитывающий изменение прочности древесины при изменении ее влажности на 1%, a = 0,04; W – влажность образца, %.
d20 = 46 / [1 + 0,04(20 – 12)] = 34,85 (МПа)
d25 = 46 / [1 + 0,04(25 – 12)] = 30,26(МПа)
2. При влажности, равной или большей предела гигроскопичности (более 30%)предел прочности вычисляем по формуле:
dw = d12 · К12.
где dw – предел прочности образца при сжатии с влажностью W, МПа; К12 - коэффициент пересчета при влажности 30 %, равный 0,45 для сосны.
d30 = 46 · 0,45 = 11,5 (МПа)
d35 = 46 · 0,45 = 11,5 (МПа)
d40 = 46 · 0,45= 11,5 (МПа)
По расчитанным данным строим графичекую зависимость мужду прочностью и влажностью древесины:
Задача №2
Масляная краска приготовлена из титановых белил и натуральной олифы. Расход олифы составил 40%. При определении укрывитости на окраску стеклянной пластинки площадью 250 см2 израсходовано 4 г краски. Определить укрывитость краски и пигмента
Вычисление укрывитости будем производить по следующим формулам:
На красочный состав молярной консистенции Vкр, г/м2
на сухой пигмент Vп, г/см2:
где, m1 – m –масса израсходованной краски, г; F – площадь окрашенной поверхности, см2; δ – содержание олифы в краске, %; 10000 – число для перевода г/см2 в г/м2.
Vкр = 4 / 250 · 10000 = 160 (г/м2) ,
Vп = 4 / [(100 – 40) · 100· 250 ]· 10000 = 0,027 (г/см2) ,