Глина — землистая масса, образовывающая с водой пластичное тесто, которое сохраняет свою форму после высыхания, а после обжига приобретает твердость камня.

Строительные материалы 1

 

Вопрос 1. Значение строительных материалов и изделий в стоительстве и экономике страны. Классификация строительных материалов.

В экономике нашего государства промышленность строительных материалов является одной из самых топливо-, энерго- и грузоёмких отраслей тяжелой промышленности.

Государство стимулирует развитие отрасли снижением налогового бремени на производственную и инвестиционную деятельность, применением механизма долгосрочного кредитования, привлечением инвестиционных средств.

Состояние производственных фондов, изношенных более чем наполовину, становится тормозом в развитии промышленности стройматериалов: средний возраст техники и оборудования отрасли составляет 20-25 лет. Более 60% предприятий отрасли находятся в европейской части России, что при высоких транспортных тарифах порождает значительные издержки по доставке стройматериалов в отдаленные регионы. Расходы на доставку увеличивают цену приобретенных строительных материалов на 10 - 50%% в зависимости от расстояния.

В решении задачи повышения эффективности строительства большое значение имеет снижение массы строительных конструкций. Уменьшение массы материалов на потребительскую единицу конструкции позволяет снизить затраты по их перевозке, уменьшить мощность монтажных и транспортных средств, укрупнить строительные конструкции и в конечном счете снизить трудоемкость и стоимость строительства. Это требует увеличения производства легких металлических и деревянных конструкций, легких и ячеистых бетонов, особо легких заполнителей, эффективных теплоизоляционных материалов, материалов из пластмасс и т. д.

Многообразие конструктивных решений зданий и сооружений, а также условий их эксплуатации порождает различия в требованиях строительства к свойствам строительных материалов.

С каждым годом возрастают требования к конструкциям, несущим нагрузки, и увеличивается производство предварительно напряженных железобетонных изделий. Для защиты ограждающих конструкций от климатических воздействий (холода, жары, дождя, снега и т. д.) требуются материалы, обладающие малыми гигроскопичностью, водопоглощением, теплопроводностью и достаточными морозо- и огнестойкостью. Повышение уровня внутреннего благоустройства и гигиенических требований зданий обусловливает развитие производства специальных материалов для водостоков, канализации, санитарной техники, обладающих водонепроницаемостью, химической стойкостью и другими свойствами. Повышение эстетических требований, предъявляемых к зданиям, способствует организации выпуска широкого ассортимента отделочных материалов.

Классификация строительных материалов по назначению:

1. конструкционные материалы (применяются для несущих конструкций):

1.1. природные каменные;

1.2. вяжущие;

1.3. искусственные каменные, получаемые:

1.3.1. омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетон, железобетон, растворы);

1.3.2. спеканием (керамические материалы);

1.3.3. плавлением (стекло и ситаллы);

1.4. металлы (сталь, чугун, алюминий, сплавы);

1.5. полимеры;

1.6. древесные;

1.7. композиционные (асбестоцемент, бетонополимер, фибробетон, стеклопластик).

2. строительные материалы специального назначения (необходимы для защиты конструкций от вредных воздействий среды или повышения эксплуатационных свойств и создания комфорта):

2.1. теплоизоляционные;

2.2. акустические;

2.3. гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие;

2.4. отделочные;

2.5. антикоррозионные;

2.6. огнеупорные;

2.7. материалы для защиты от радиационных воздействий и др.

 

Вопрос 2. Свойства строительных материалов. Плотность, пористость и пустотность строительных материалов. Структура строительных материалов.

Главным требованием к материалам, из которых изготовляются несущие конструкции, является их способность хорошо сопротивляться изменению формы и разрушению под действием нагрузок, а также в ряде случаев низкие теплопроводность и звукопроницаемость. Основными требованиями к некоторым материалам являются: водонепроницаемость, низкая электропроводность, радиационная стойкость и т. д.

Плотность материала является нужной характеристикой при расчете прочности сооружения с учетом собственной массы, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По величине плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала. Например, для каменных материалов существует приближенная зависимость между плотностью и теплопроводностью, а для древесины и некоторых каменных материалов (известняков) — между прочностью и плотностью.

Пористость стройматериалов колеблется в широких пределах:

- от 0,2...0,8 % — у гранита и мрамора

- до 75...85 % — у теплоизоляционного кирпича и у ячеистого бетона

- свыше 90 % —у пенопластов и минеральной ваты.

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры - сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность.

Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Пустотность — отношение суммарного объема пустот в рыхлом материале ко всему объему, занимаемому этим материалом. Для численного выражения пустотности необходимо знать плотность и насыпную плотность материала.

Под структурой, или внутренним строением строительных материалов, как и других физических тел, понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления их между собой. Кроме того, в понятие структуры входит расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других структурных элементов.

Структура не остается неизменной, «застывшей». В пространстве и во времени она непрерывно претерпевает изменения. Этому, в частности, способствует постоянное движение элементарных частиц, атомов, молекул, взаимодействие материала с окружающей средой, переход вещества из одного состояния в другое под влиянием перераспределения связей между атомами в молекулах, изменения в структуре молекул и других химических форм движения элементарных частиц.

 

Вопрос 3. Гидрофизические свойства строительных материалов.

Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами.

Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность зависит как от свойств материала — величины и характера пористости, так и от условий внешней среды—температуры и относительной влажности, а для сыпучих материалов также от их растворимости в воде и снижением температуры воздуха. Этот процесс носит обратимый характер. Гигроскопичность характеризуется величиной отношения массы поглощенной материалом влаги, при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20 °С, к массе сухого материала, выраженной в процентах.

Капиллярное всасывание (подъем) воды пористым материалом происходит по капиллярным порам, когда часть конструкции соприкасается с водой. Например, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

При насыщении материала водой существенно изменяются его свойства: увеличивается плотность и теплопроводность, происходят некоторые структурные изменения в материале, вызывающие появление в нем внутренних напряжений, что, как правило, приводит к снижению прочности материала.

Влажностные деформации — изменение размеров и объема материала при изменении его влажности. Уменьшение размеров и объема материала при его высыхании называют усадкой (усушкой), а увеличение размеров и объема при увлажнении вплоть до полного насыщения материала водой — набуханием (разбуханием).

Водостойкость — способность материала сохранять прочность при увлажнении.

Воздухостойкость — способность материала выдерживать циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.

Многократное гигроскопическое увлажнение и высушивание вызывает в материале знакопеременные напряжения и со временем приводит к потере им несущей способности.

Влагоотдача — свойство, характеризующее скорость высыхания материала, при наличии соответствующих условий в окружающей среде (понижение влажности, нагрев, движение воздуха). Влагоотдача обычно характеризуется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 °С. Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 с через 1 м2 поверхности материала при заданном давлении воды.

Паропроницаемость и газопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или газы (воздух). Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, численно равным количеству водяного пара, проникающего через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, и разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па. Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость (воздухопроницаемость).

Морозостойкость — свойство материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. Морозостойкость характеризуется числом циклов попеременного замораживания при —15-17 °С и оттаивания в воде при температуре около 20 °С. Число циклов (марка), которые должен выдерживать материал, зависит от условий его будущей службы в сооружении, климатических условий и указывается в СНиПах и ГОСТах на материалы.

Вопрос 4. Теплофизические свойства строительных материалов.

Теплопроводность — свойство стройматериала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность характеризуется количеством теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 °С. Теплопроводность материала зависит от его химического состава и структуры, степени и характера пористости, влажности и температуры, при которых происходит процесс передачи теплоты. С увеличением влажности материала теплопроводность возрастает, поскольку вода имеет теплопроводность в 25 раз больше, чем воздух. Теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается с повышением их температуры. Это необходимо знать при выборе материалов для тепловой изоляции теплопроводов, котельных установок и т. п.

Теплоемкость — свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Материалы с, высокой теплоемкостью могут выделять больше теплоты при последующем охлаждении. Поэтому при использовании материалов с повышенной теплоемкостью для стен, пола, перегородок и других частей помещений температура в комнатах может сохраняться устойчивой длительное время. Теплоемкость оценивают коэффициентом теплоемкости (удельной теплоемкостью), т. е. количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С.Коэффициент теплоемкости материалов используют при расчетах теплоустойчивости ограждающих конструкций (стен, перекрытий), подогрева материала при зимних работах (бетонных, каменных и т. д.), а также при расчете печей. В некоторых случаях приходится рассчитывать размеры печи, используя удельную объемную теплоемкость, которая представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 м3 материала на 1 °С.

Термическая стойкость — способность материала выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений. Это свойство в значительной степени зависит от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ.

Огнестойкость — свойство материала противостоять действию высоких температур и воды в условиях пожара без значительной потери несущей способности. По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию. При этом некоторые материалы почти не деформируются (кирпич, черепица), другие могут деформироваться, сильно (сталь) или растрескиваться (гранит). Поэтому стальные конструкции часто требуется защищать другими, более огнестойкими материалами. Трудносгораемые материалы под воздействием высоких температур с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но только в присутствии огня. При удалении огня процессы горения, тления и обугливания прекращаются (фибролит, асфальтовый бетон и др.). Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и горят или тлеют и после удаления источника огня (древесина, войлок, битумы, смолы и др.).

Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, выдерживающие температуру более 1580 °С, называют огнеупорными, ниже 1350 °С — легкоплавкими, остальные – тугоплавкими. Материалы, которые способны длительное время выдерживать воздействие температур до 1000 °С без потери или с незначительной потерей прочности, относят к жаростойким (жаростойкие бетон, кирпич и др.).

Вопрос 5. Механические свойства строительных материалов.

Механические свойства отражают способность материала сопротивляться силовым, тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям без нарушения установившейся структуры.

Внешние силы, действующие на материал, стремятся деформировать его (изменить взаимное расположение составляющих частиц) и довести эти деформации до величины, при которой материал разрушится. После снятия нагрузки материал, если он не был разрушен, может восстанавливать размеры и форму или оставаться в деформированном виде. Деформации, исчезающие при прекращении действия на материал факторов, их вызвавших, называют обратимыми. Обратимые деформации называют упругими, если они исчезают мгновенно после снятия факторов, их вызвавших, и эластическими, если они, оставаясь полностью обратимыми, спадают в течение более или менее длительного периода времени. Необратимые (остаточные) или пластические деформации накапливаются за период действия силовых, тепловых и других факторов, под влиянием которых они возникли, и сохраняются после прекращения действия этих факторов.

Упругость — свойство материала принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Количественно упругость характеризуют пределом упругости, который условно приравнивают напряжению, при котором материал начинает получать остаточные деформации очень малой величины, устанавливаемой в технических условиях для данного материала.

Важное значение имеют специальные механические свойства: ударная вязкость (ударная или динамическая прочность), твердость, истираемость и износостойкость.

Ударная вязкость (ударная или динамическая прочность) — свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам. Характеристикой этого свойства является работа, затраченная на разрушение стандартного образца (Дж), отнесенная к единице его объема (м3) или площади (м2).

Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. За характеристику твердости принимают отношение нагрузки к площади отпечатка. Показатели твердости, полученные разными способами, нельзя сравнивать друг с другом. Высокая прочность материала не всегда говорит о его твердости (например, древесина по прочности при сжатии равнозначна бетону, а ее твердость значительно меньше, чем у бетона). Для некоторых материалов (например, для металлов) существует определенная связь между твердостью и прочностью, для других материалов (однородные каменные материалы) — между твердостью и истираемостью.

Истираемость — свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям. Одновременное воздействие истирания и удара характеризует износостойкость материала. За характеристику истираемости принимают потерю массы или объема материала, отнесенных к 1 см2 площади истирания, а за характеристику износа — относительную потерю массы образца в процентах от пробы материала.

Вопрос 6. Химические, биологические и технологические свойства строительных материалов.

Химические свойства характеризуют способность материала вступать в химическое взаимодействие с веществами внешней среды, в которой он находится, или сохранять свой состав и структуру в условиях инертной окружающей среды.

Дисперсность — характеристика размеров твердых частиц и капель жидкости. Многие строительные материалы (гипсовые вяжущие, цемент, глины, пигменты и т. п.) находятся в тонкоизмельченном (дисперсном) состоянии и обладают большой суммарной поверхностью частиц.

Адгезия — свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Адгезия двух различных материалов зависит от природы материала, формы и состояния поверхности, условий контакта и т. д. Она появляется и развивается в результате сложных поверхностных явлений, возникающих на границе раздела фаз, и характеризуется прочностью сцепления при отрыве одного материала от другого.

Многие строительные материалы в процессе их изготовления и применения проходят стадию пластично-вязкого состояния (гипсовое, цементное, глиняное тесто, свежеприготовленные растворные и бетонные смеси, мастики, формуемые материалы из полимеров и т. д.). По своим физическим свойствам пластично-вязкие тела занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми телами. Пластично-вязкие смеси характеризуют реологическими показателями — структурной прочностью, вязкостью и тиксотропией.

Структурная прочность — прочность внутренних связей между частицами материала. Ее оценивают предельным напряжением сдвига, соответствующим напряжению в материале, при котором он начинает течь подобно жидкости.

Вязкость — способность материала поглощать механическую энергию при деформировании образцов.

Тиксотропия — способность пластично-вязких смесей обратимо восстанавливать свою структуру, разрушенную механическими воздействиями. Физическая основа тиксотропии — разрушение структурных связей внутри пластично-вязкого материала, при этом материал теряет структурную прочность и превращается в вязкую жидкость, а после прекращения механического воздействия материал обретает структурную прочность.

Биологические свойства — свойство материалов и изделий сопротивляться разрушающему действию микроорганизмов. Органические материалы или неорганические на органических связках под действием температурно-влажностных факторов могут разрушаться вследствие развития в них микроорганизмов, вызывающих гниение и разрушающих материалы в процессе их эксплуатации. Так в Средней Азии материалы, содержащие битум, разрушаются под действием микроорганизмов, которые для своего развития поглощают органические составляющие битума. Специальные добавки — антисептики — повышают биостойкость битумных и деревянных материалов. Кроме того, чтобы сохранять биостойкость органических материалов, рекомендуется оберегать их от увлажнения. Биостойкость материалов на основе дегтевых вяжущих выше биостойкости битумных, так как дегти содержат токсичную карболовую кислоту.

Вопрос 7. Структура и состав строительных материалов.

Строение материала зависит:

- для природных материалов — от их происхождения и условий образования

- для искусственных— от технологии производства и обработки материала.

Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.

В зависимости от химического состава все стройматериалы делят на: органические (древесные, битум, пластмассы и т. п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т. п.) и металлы (сталь, чугун, алюминий). Каждая из этих групп имеет свои особенности. Так, все органические материалы горючи, а минеральные — огнестойки; металлы хорошо проводят электричество и теплоту.

Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Например, способность неорганических вяжущих веществ твердеть и сохранять прочность в водной среде.

При характеристике фазового состава материала выделяют: твердые вещества, образующие стенки пор («каркас» материала), и поры, заполненные воздухом и водой. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.

Не меньшее влияние на свойства материала оказывают его макро- и микроструктура.

Макроструктура материала — строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении. Микроструктура материала — строение, видимое под микроскопом.

Вопрос 8. Горные породы и породообразующие минералы. Генетическая классификация горных пород.

Горные породы представляют собой скопления одного или нескольких минералов. Породообразующие минералы — минералы, входящие в качестве постоянных существенных компонентов в состав горных пород. Минералом называют тело, однородное по химическому составу и физическим свойствам, возникшее в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре.

Группы горных пород по происхождению:

1) изверженные, или магматические:

а) массивные:

- глубинные — гранит, сиенит, диорит, габбро;

- излившиеся — порфиры, базальт, диабаз, трахит, андезит;

б) обломочные:

- рыхлые — вулканический пепел, вулканический песок, пемзы;

- цементированные —вулканические туфы, трассы;

2) осадочные (седиментарные):

а) химические: известняк, доломит, магнезит, гипс, ангидрит;

б) обломочные:

- рыхлые — гравий, природный щебень, песок, глина;

- цементированные -песчаник, конгломерат, брекчия;

в) органогенные: плотный известняк, известняк-ракушечник, диатомит, трепел;

3) видоизмененные, или метаморфические:

а) изверженные (гнейс);

б) осадочные (сланцы, мрамор, кварцит).

Свойства горных пород зависят от степени кристаллизации, размеров зерен, взаимного расположения составных частей породы, от плотности породы, которые определяются условиями образования. Магматические породы образовались в процессе кристаллизации сложного природного расплава-магмы. Осадочные возникли в поверхностных условиях из продуктов разрушения любых других горных пород. Метаморфические являются продуктом перекристаллизации и приспособления пород к изменившимся в пределах земной коры физико-химическим условиям.

По плотности:

1) тяжелые — более 1800 кг/м³;

2) легкие — менее 1800 кг/м³.

По пределу прочности при сжатии (МПа) на марки:

1) для тяжелых — от 10 до 100;

2) для легких — от 0,4 до 20.

По морозостойкости на марки:

1) F15-500 (тяжелые)

2) F10-25 (легкие).

По степени обработки различают:

1) грубообработанные (бутовый камень, щебень, гравий, песок);

2) профилированные (пиленые штучные камни и блоки для стен; камни, плиты и профильные изделия для облицовки зданий и сооружений).

Вопрос 9. Основные группы породообразующих минералов. Свойства.

Среди большого разнообразия природных минералов только небольшая их часть участвует в образовании горных пород.

1. ГРУППА КВАРЦА

В наибольшем количестве в земной коре (литосфере) содержится свободный кремниевый ангидрид или кремнезем. В состав большинства минералов он входит в виде силикатов. Свободный природный кристаллический кремнезем встречается в виде кварца — одного из наиболее распространенных в земной коре минералов.

При нагревании до температуры 575° С кварц скачкообразно увеличиваясь в объеме примерно на 1,5%. Эти изменения объема кварца при высоких температурах необходимо учитывать в производстве огнеупорных изделий. При температуре 1710° С кварц переходит в жидкое состояние. При быстром остывании расплавленной массы (расплава) образуется кварцевое стекло.

2. ГРУППА АЛЮМОСИЛИКАТОВ

Второе место после кремнезема занимает в земной коре глинозем. Свободный глинозем в природе встречается в виде минералов корунда и других глиноземистых минералов.

Корунд — один из наиболее твердых минералов. Его используют для производства высокоогнеупорных материалов.

Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими оксидами, называемых алюмосиликатами.

Слюды представляют собой водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Характерной особенностью их является легкая расщепляемость на тонкие, гибкие и упругие листочки и пластинки.

3. ГРУППА ЖЕЛЕЗИСТО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИЛИКАТОВ

Минералы, входящие в эту группу, имеют темную окраску, поэтому их часто называют темноокрашенными минералами. Они обладают значительной вязкостью. Наиболее распространенными породообразующими минералами железисто-магнезиальной группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

Из семейства пероксенов наиболее часто встречаются авгиты (глиноземистые пироксены).

К амфиболам относится роговая обманка — типичный минерал изверженных пород.

Оливин —минерал зеленого цвета, отличающийся малой стойкостью: под воздействием различных реагентов он изменяется и в результате присоединения воды увеличивается в объеме, переходя в змеевик или серпентин.

4. ГРУППА КАРБОНАТОВ

В осадочных горных породах наиболее часто встречаются породообразующие карбонатные минералы (карбонаты), важнейшие из них — кальцит, магнезит и доломит.

Кальцит один из самых распространенных минералов земной коры. Он слабо растворим в чистой воде, НО растворимость его резко возрастает при содержании в воде агрессивной двуокиси углерода СО_(г), так как образуется кислый углекислый кальций Са(НСОз)_(г), растворимость которого почти в 100 раз больше, чем кальцита.

Магнезит встречается большей частью в виде землистых или плотных агрегатов, обладающих скрыто-кристаллическим строением. Он тяжелее и тверже кальцита.

Доломит по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд и прочен и еще меньше растворим в воде.

5. ГРУППА СУЛЬФАТОВ

Сульфатные минералы (сульфаты), так же как и карбонаты, часто встречаются в осадочных горных породах; важнейшие из них — гипс и ангидрит.

Строение гипса кристаллическое, иногда мелкозернистое, кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Встречается гипс преимущественно в виде сплошных зернистых, волокнистых и плотных пород вместе с глинами, сланцами, каменной солью и ангидритом. Гипс имеет белый цвет, иногда бывает прозрачен или окрашен примесями в различные цвета. В воде гипс растворяется сравнительно легко при температуре 32—41° С, растворимость его в-75 раз больше, чем кальцита.

Ангидрит по внешнему виду похож на гипс. Залегает пластами и прожилками вместе с гипсом и каменной солью. Под действием воды ангидрит постепенно переходит в гипс, при этом объем его увеличивается.

Вопрос 10. Магматические горные породы, их классификация. Основные характеристики породообразующих минералов.

Вследствие различия в химическом составе магм и различных условий и сред, в которых происходило остывание и затвердевание магмы, образовывались магматические породы разного строения и свойств — глубинные и излившиеся (плотные и пористые).

Глубинные породы образовались в результате медленного и равномерного остывания магмы под большим давлением. Характерным для этих пород является массивность залегания, высокая плотность, а следовательно, большая прочность при сжатии, малое водопоглощение, значительная морозостойкость и высокая теплопроводность.

Большинство магматических пород, применяемых в строительстве, содержит химические соединения трех типов — кремнезем, силикаты и алюмосиликаты в виде породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты, слюда и железисто-магнезиальные минералы).

Вопрос 11. Осадочные горные породы, их классификация. Основные характеристики породообразующих минералов.

В составе литосферы на долю осадочных пород приходится лишь около 5 %, однако они занимают до 75 % площади поверхности Земли. Характерным для осадочных пород является слоистость залегания (их называют пластовыми) и в большинстве случаев более пористое строение и меньшая прочность, чем у плотных магматических пород. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяют на три группы: механические отложения (обломочные), химические осадки, органогенные отложения.

Механические отложения (рыхлые и цементированные) образовались в результате разрушения других пород под воздействием процесса выветривания (действие воды, ветра, колебаний температуры, замораживания и оттаивания и других атмосферных факторов).

Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок веществ, перешедших в состав водных растворов в процессе разрушения горных пород. Они являются следствием изменения условий среды, взаимодействия растворов различного состава и испарения (гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковые туфы).

Органогенные отложения — породы, образующиеся в результате отложения отмирающего растительного мира и мелких животных организмов водных бассейнов. Многие морские организмы при жизни извлекают из воды соли кальция, растворенный кремнезем для построения своих скелетов, раковин, панцирей, стеблей. После отмирания, осаждаясь на дно и уплотняясь, они образуют пластовые отложения органогенных пород. Для строительных целей используют мел, известняки разных видов, диатомиты и трепелы.

 

Вопрос 12. Метаморфические горные породы, их классификация. Основные характеристики породообразующих минералов. Применение природных каменных материалов.

Метаморфические горные породы образуются в результате изменения первичных магматических и осадочных пород.

Главными факторами метаморфизма являются повышение или понижение температуры, давления.
Метаморфические процессы происходят в твердом состоянии или при весьма незначительном участии жидкой фаз. типы метаморфизма:

· Контактовый метаморфизм. Контактовые изменения возникают во вмешающих породах в результате температурного воздействия магматических масс.
Если при этом существенно меняется вещественный состав, изменения называются контактово-метасоматическими.

· Катакластический метаморфизм, проявляется в тектонических подвижных зонах, главным фактором его является давление.

· Региональный метаморфизм проявляется на огромных площадях под действием высоких температур, давления и водно-газовых растворов.

· Метасоматоз может сопровождать различные типы метаморфических изменений, при метасоматозе происходит существенное изменение минерального состава пород. В результате метасоматических изменений возникают различные скарны, пропилиты, грейзены и т.д.

Встречаются также такие типы метаморфизма, как авто- и ультраметаморфизм.

При метаморфизме и метасоматозе происходит изменение как текстурно-структурных особенностей, так и вещественного состава пород.

Применение:

1. Основные виды природного камня:
• грубообработанные;
• готовые изделия и детали;
• блоки правильной формы и штучные камни;
• обработанные плиты;
• элементы для строительства дорожного полотна.

2. Группы каменных материалов по технологии производства:
• стеновые штучные камни – готовые изделия правильной формы, которые получают выпиливанием из массива камня;
• декоративные облицовочные камни
• нерудные материалы – полуфабрикат в виде щебня или гравия, предназначенные для изготовления бетона.

3. Типы природного камня, применяемые в строительстве:
• Бутовый камень. Он представляет собой крупные (40-50 кг) куски гранита, песчаника, известняка. Применяется камень бутовый в основном для кладки фундаментов (плитняк) и для производства щебня.

• Песчаник. обладает лучшими характеристиками по прочности на сжатие, на истираемость, морозостойкость, водонепроницаемость, плотность., песчаник используется в основном для облицовки стен зданий, в ландшафтном дизайне.
• Известняк. Эта осадочная порода состоит в основном из карбоната кальция. Используется в строительстве в качестве кускового камня, щебня, облицовочных плит, строительных смесей, бетона, штукатурки и др.

 

Вопрос 13. Керамические материалы и изделия, сырье для их производства. Свойства глин. Технология производства керамических изделий.

Керамические материалы и изделия получают из пластичной сырьевой массы путем ее формования, сушки и обжига при определенной температуре. Различают строительную и декоративно-художественную керамику.

Большая часть строительной керамики относится к грубой, пористой керамике со значительным водопоглощением. Более плотную структуру имеют облицовочные плитки, канализационные трубы и сантехнические изделия.

Сырьем для получения керамики служат глина и различные минеральные добавки. Рассмотрим свойства и характеристики сырьевых материалов.

Глина — землистая масса, образовывающая с водой пластичное тесто, которое сохраняет свою форму после высыхания, а после обжига приобретает твердость камня.

Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц.

Важнейшие св-ва:

1) способность в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто;

2) набухание в воде;

3) пластичность

4) способность сохранять форму;

5) клейкость;

6) связующая способность;

7) водоупорность.

Технология производства керамических изделий включает в себя разные способы придания формы массе. Выбор метода зависит от свойств материал.

1. Полусухой способ – после дробления и просушки глину подают на формирование с влажностью не более 8–12%. Формирование массы происходит на механических или гидравлических прессах.

2. Пластический способ – сначала дробление, а потом в глиносмесителе, смешивание с отощающими добавками до получения однородной массы с влажностью 20–25%. При использовании этого метода изделия формируются в основном на ленточных прессах.

3. Шликерный способ – глины смешивается с огромным количеством воды (около 60%), конечно предварительно измельчив. Все смешивается до тех пор, пока не образуется однородная масса – так называемый шликер. Он используется для изделий, которые изготовляются способом литья или же непосредственно после просушки в специальных распылительных печах.

 

Вопрос 14. Вяжущие вещества. Неорганические вяжущие вещества. Классификация.

Вяжущие вещества — вещества, способные затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зёрна заполнителя.

Вяжущие вещества по составу делятся на органические и неорганические (минеральные). К органическим относятся битумы, дёгти, животный клей, полимеры. Они переходят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях. К неорганическим относятся известь, цемент, строительный гипс, жидкое стекло и др. Они обычно затворяются водой, реже водными растворами солей. В свою очередь делятся на воздушные, гидравлические, кислостойкие вяжущие вещества и вяжущие автоклавного твердения.

Неорганическими (минеральными) вяжущими веществами называют порошкообразные тонко измельченные вещества, которые при смешивании с водой образуют пластическое тесто, которое затвердевает и соединяет сыпучие материалы.

Все минеральные вяжущие получаются по следующей технологии:

1. Добыча исходного сырья;

2. Подготовка исходных материалов (магнитная сепарация, дробление, промывка);

3. Обжиг сырьевых компонентов;

4. Помол полученного вяжущего вещества;

Все минеральные вяжущие подразделяют на 4 группы:

1. Воздушные вяжущие вещества. Это вяжущие, которые после смешивания с водой затвердевают и длительно сохраняют свои свойства только на воздухе. Примеры: гипс, воздушная известь, магнезиальные вяжущие и др.

2. Гидравлические вяжущие вещества. Это вяжущие вещества, которые твердеют и длительно сохраняют свои свойства в воде. Они могут длительно эксплуатироваться в водной среде, Примеры: романцемент, портландцемент и др.

3. Кислотостойкие вяжущие вещества. Это вяжущие вещества, которые могут длительно эксплуатироваться при воздействии кислот. Пример: кислотоупорные, кварцевые цементы и др.

4. Автоклавные вяжущие вещества. Это вяжущие вещества, которые затвердевают только при обработке в автоклавах, т.е. при температуре 170 - 300 °С и давлении от 8 до 16 атмосфер. Пример: все вяжущие полученные на основе извести и любого кремнеземистого или глиноземистого компонента.

 

Вопрос 15. Гипсовые вяжущие вещества. Сыье, получение, свойства, область применения.

Гипсовые вяжущие вещества:

Гипсовыми вяжущими веществами называют порошковидные материалы, состоящие из полуводного гипса и получаемые обычно тепловой обработкой двуводного гипса в пределах 105—200 °С.

Для производства гипсовых вяжущих веществ в качестве сырья применяют природные двуводный гипс, ангидрит, глиногипс, а также отходы промышленности. В качестве исходных материалов для производства гипсовых и ангидритовых вяжущих веществ рационально использование побочных продуктов (отходов) химической промышленности — фосфогипса, борогипса, фторогипса и др.

При нагревании двуводного гипсового камня происходит частичная его дегидратация, при этом образуется полуводный гипс, обладающий вяжущими свойствами. Обжиг гипса протекает при низких температурах (110...180 °С) в открытых аппаратах — котлах; кристаллизационная вода при этом выделяется в виде водяного пара.
Из полуводного гипса состоят все низкообжиговые гипсовые вяжущие.

Свойства гипсовых вяжущих.

Гипсовые вяжущие белого цвета получают из чистого сырья, а серого - из сырья с примесями минерального и органического происхождения, механическая прочность.

По срокам схватывания гипсовые вяжущие делят на три группы:
А — быстро схватывающиеся 3мин
Б — нормально схватывающиеся (6 - 30 мин);
В — медленно схватывающиеся (20 и более.
По тонкости помола, определяемой наибольшим остатком на сите с размером ячеек 0,2 мм, гипсовые вяжущие делят на три группы:
I — грубый помол, остаток на сите не более 23 %;
II - средний помол, остаток на сите не более 14 %;
III - тонкий помол, остаток на сите не более 2 %.
Гипсовые вяжущие неводостойки. Водостойкость гипсовых изделий повышается с введением 5...25 % извести, молотого доменного гранулированного шлака, при пропитке карбамидными смолами, кремнийорганическими жидкостями. Гипсовые изделия должны применяться в сухих условиях при относительной влажности воздуха не более 60%.
В процессе твердения гипсовых вяжущих можно выделить три этапа:

1) подготовительный - образование раствора, насыщенного по отношению к продуктам гидратации;

2) период коллоидации (схватывание) - переход новообразований в раствор в гелеобразном виде, минуя растворение;

3) период кристаллизации (твердение) - перекристаллизация коллоидных частиц в большие кристаллы и образование сростка.

Применение в строительстве: стеновые панели, панели для потолка, воздуховоды, перегородки.

 

Вопрос 16. Известь воздушная. Сырье, получение. Виды и применение воздушной извести.

Строительная воздушная известь - называют вяжущее, получаемое обжигом карбонатных известняковых и известняково-магнезиальных горных пород, с содержанием глинистых примесей до 6-8%.

По внешнему виду воздушную известь подразделяют на негашеную комовую, негашеную молотую, гидратную (пушонку) и известковое тесто.

В молотую и гидратную известь допускается вводить тонкомолотые доменные и топливные шлаки, золы, трепел, вулканические породы и другие добавки.

По химическому составу в зависимости от содержания оксида кальция и оксида магния в составе извести она подразделяется на кальциевую, магнезиальную и доломитовую.

Высококачественная известь имеет выход теста 2,5-3,5 л на 1 кг. Она называется жирной, с меньшим выходом — тощей. Жирная известь характеризуется большой пескоемкостью, т. е. она может больше принять песка для получения удобоукладываемых смесей.

Воздушную известь изготавливают из осадочных карбонатных известняково-магнезиальных горных пород: известняков и мела, доломитизированных известняков, доломитов. Кроме природного сырья для изготовления воздушной извести могут применяться отходы сахарного и содового производства, гидратная известь от производства ацетилена.

Негашеная (комовая) известь. Комовая известь является полупродуктом для получения других видов извести. Изготавливают ее обжигом сырья в шахтных, вращающихся и других печах. Наиболее распространены шахтные печи, работающие по пересыпному способу. Они состоят из стального кожуха, футерованного изнутри огнеупорной кладкой.

Применение воздушной извести. Воздушная известь является местным вяжущим. Применяют ее для изготовления штукатурных и кладочных растворов, автоклавных изделий, красочных составов. Кроме того, ее используют для изготовления известково-пуццолановых и известково-шлаковых вяжущих.

 

Вопрос 17. Растворимое (жидкое) стекло. Кислотоупорный цемент. Сырье, свойства и область применения.