Практическое занятие № 1. ТЕМА: Основные физико-механические свойства строительных материалов. Цель: Изучить основные свойства строительных материалов. СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Физические свойства строительных материалов характеризуются параметрами состояния материала или отношением их к действию на них физических факторов (воды, температуры, электрического тока и др.). Истинная плотность – масса единицы объема сухого материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. без пор, пустот, трещин (кг/м3; г/см3 или кг/дм3). Истинная плотность зависит от химического и фазового состояния материала, применяется для расчета пористости материала, состава бетона и др. Пористость (П) – это степень заполнения объема материала порами, содержание пор в материале (кг/м3). Поры – это ячейки разных размеров, которые заполняются воздухом или водой. Поры могут быть мелкими - размером 0,001...0,1мм; крупными 1. . .2 мм. Поры больше 2мм называются пустотами. Пористость можно определять с помощью приборов (прямой метод, основанный на насыщении ртути в поры или др. средой с последующим вытеснением). Гидрофизические свойства Водопоглощение – способность материала при нормальных условиях (давлении и температуре) поглощать воду и удерживать ее в своих порах без контакта с водой. Водопоглощение зависит от природы материала и его структуры. Водостойкость – способность материала сохранять механические свойства в насыщенном водой состоянии. Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением сквозь свою толщину. Характеризуется количеством воды, которая проходит за 1 час сквозь 1 м2 поверхности материала при постоянном (заданном) давлении. Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать попеременное замораживание и оттаивание и сохранять физико-механические свойства. Морозостойкость материалов зависит от их плотности, пористости и водостойкости. Плотные материалы более морозостойкие чем пористые. Морозостойкость материала оценивают маркой по морозостойкости: F15, F25, F50 и т.д. Марка характеризует число циклов замораживания и оттаивания, которые выдерживает материал без потери прочности при сжатии больше 15%, уменьшения массы не более 5% и не изменяют внешний вид. Вода в порах при отрицательных температурах превращается в лед, увеличивается в объеме на 9% (плотность льда 918 кг/м3). Возникает давление на стенки пор, которое при t = -200С равно 210 МПа. В материале появляются внутренние напряжения, которые приводят к разрушению, особенно если поры открытые. Теплофизические свойства Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное воздействие высоких температур. Характеризуется огнеупорность температурой, при которой стандартный образец деформируется и достает вершину подставки. По степени огнеупорности делят на: огнеупорные – выдерживают температуру более 18500С (шамот, динас, хромит, высокоглиноземистые материалы, применяемые для футеровки промышленных печей, труб и др; тугоплавкие – выдерживают температуру от 1350 до 15800С (гжельский кирпич, клинкер керамический или дорожный, плитка керамическая для пола), легкоплавкие – выдерживают температуру до 13500С (кирпич керамический обыкновенный, трубы дренажные, керамзит и др. Физико-химические свойства Вязкость – обуславливается внутренним трением вещества во время перемещения одного слоя относительно другого. Когезия - показатель внутреннего сцепления материала, обусловленный межмолекулярными силами сцепления. Адгезия – внешнее сцепление материалов друг с другом на поверхности их контакта. Дисперсность – характеризуется степенью измельчения твердого материала и оценивается удельной поверхностью. Дисперсные системы с радиусом частиц 0,1-1,0 мкм в жидкости находятся во взвешенном состоянии и оседают на дно – это суспензия (глиняная). Системы с радиусом частиц 0,0001-0,01 мкм называют коллоидными – оседание частиц не происходит. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться действию механических сил. Прочность при сжатии – способность материала сопротивляться действию сжимающих нагрузок, которые вызывают в материале внутренние напряжения. Прочность при растяжении – способность материала сопротивляться растягивающим нагрузкам. Прочность при изгибе – способность материала сопротивляться изгибающим нагрузкам. Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. От твердости зависит граница использования материала. Истираемость – свойство поверхностного слоя материала сопротивляться абразивному износу. Определяют на специальных машинах – круг истирания, как абразивный материал применяют песок или наждак. Упругость – свойство материала самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешних сил. Пластичность – способность материала под действием внешних сил изменять свою форму и размеры без разрушения и сохранять ее, когда нагрузка снята. Такие деформации называют необратимые. Пластичность изменяется под действием температур. Хрупкость – способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Химические свойства характеризуются способностью материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, растворенных в воде газов и солей. Коррозия – разрушение твердых тел, которое вызывается химическими и электрохимическими процессами, протекающими в них при взаимодействии с внешней средой. Основными агрессивными агентами, вызывающие коррозию: пресная и соленая вода, газы, минерализованные воды, растворы кислот, щелочей, расплавленные материалы, живые организмы и др. Особый вид коррозии – биокоррозия – разрушение материалов под действием живых организмов, например, грибков, микробов. Биокоррозия – это не только гниение органических материалов (древесина), но и разрушение бетона и металла продуктами жизнедеятельности поселившихся в них микроорганизмах. Коррозия строительных материалов опасна не столько химическими изменениями в материале, сколько изменениями физико-механических характеристик материалов Кислотостойкость – способность материала сопротивляться действию растворов кислот или их смесей. К кислотостойким относят: углеродные стали, чугун, кварцит, гранит, базальт, диабаз, силикатное стекло. Кислотостойкость керамических труб - более 92%, а шлакоситалов – до 99%. Щелочестойкость – способность материалов сопротивляться действию водных растворов щелочей. К щелочестойким относят: специальные хромоникелевые сплавы, известняки, бетоны на основе портландцемента, глиноземистого цемента и др. Токсичность – способность материала в процессе изготовления и эксплуатации при определенных условиях выделять вредные для здоровья человека вещества. Особенно к ним относят: полимерные материалы, дегти, битумы, краски, лака и др. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1. Внимательно изучите справочный материал. 2. В тетради схематически опишите «Физические свойства строительных материалов». 3. В тетради схематически опишите «Механические свойства строительных материалов». 4.В тетради схематически опишите «Химические свойства строительных материалов». 5. Ответьте на вопросы: а) Какие свойства необходимо учитывать при выборе строительных материалов? 6. Сделайте вывод по работе. Практическое занятие №2 Тема: Виды природных каменных материалов и изделий. Керамические материалы и изделия. Цель работы: используя теоритический материал, научиться распознавать природные каменные материалы по внешним признакам. Ход работы: 1.Используя теоритический материал, определите виды искусственных материалов 2. Начертите таблицу. 3. Дать название природному каменному материалу и описать каждый вид материала (форма, цвет, каким путем его получают и где применяют). 4. Данные занести в таблицу 5. ответить на контрольные вопросы Виды природных каменных материалов Внешние признаки материала, область применения Теоретический материал Природными каменными материалами называются материалы и изделия, получаемые механической обработкой (дроблением, раскалыванием, распиливанием и т. п.) горных пород. Природные каменные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, обладают прекрасными декоративными свойствами. В наше время природные плотные каменные материалы, уже не используются для возведения стен, арок, куполов, колонн и других несущих и ограждающих конструкций, т.к. эти материалы трудоемки в обработке, обладают большой массой и высокой теплопроводностью. Но из-за положительных эксплуатационных качеств их продолжают широко применять для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий. Виды каменных материалов Виды каменных материалов можно разделить на две группы: 1. Материалы, не требующие обработки. 2. Материалы, требующие обработки. К материалам не требующим обработки относятся: Песок – это рыхлая смесь зёрен, с размерами частиц 0,14 – 5 мм. Используется, как мелкий заполнитель для бетонов и растворов, получают в результате просеивания мелких рыхлых пород. Гравий - это рыхлая сыпучая смесь зерён, с размерами частиц от 5 до 70мм. используется как крупный заполнитель для бетонов, асфальтобетонов, а также как фильтрующий материал для очистки воды при строительстве очистных станций. Гравий получают из рыхлых пород просеиванием на соответствующих ситах. Бутовый камень – природные куски камня неправильной( нестандартной) формы, получаемые взрывным методом (рваный бут), или плиты неправильной формы (постелистый бут или плитняк), получаемые выламыванием из слоистых пород. Используется для бутовой и бутобетонной кладки подвальных стен и стен не отапливаемых зданий, Ограждения небольшой высоты, мощение дорог и тротуаров в элитных районах населенных пунктов. Ландшафтные и декоративные элементы, отделка цоколей и фасадов зданий и отдел ка заборов. Булыжный камень – мелкий валунный камень округлой формы, размером от 15 до 30 см, применяемый для мощения мостовых и укрепительных работ, для устройства верхний покрытий дорог, оснований под дороги, откосов земляных сооружений и для берегоукрепительных работ. Сейчас применяют редко, так как это требует больших затрат ручного труда. К материалам требующим обработки относятся: Облицовочные плиты, изготовляют из блоков природного камня путем их распиливания или раскалывания с последующей механической обработкой. которые имеют различную фактуру: рельефную, пилёную;шлифованную; Щебень – представляет собой кусковой материал неправильной формы, с размерами частиц от 5 до 70 мм, получаемый дроблением горных пород. Используется как заполнитель в тяжелых бетонах и асфальтобетоннах. Бортовые камни (бордюрные) – изготавливают из плотных изверженных пород(гранита) для отделения проезжей части от тротуара. Бортовые камни бывают прямые и лекальные, высокие - до 40 см и низкие - до 30 см. Эти камни применяют вместо бетонных при соответствующем технико-экономическом обосновании. Брусчатка – колотые или тесаные камни из изверженных или плотных осадочных пород, имеющую форму, близкую к кубу. Брусчатка – очень долговечное и декоративное покрытие улиц и площадей; Стеновые камни и блоки- это штучные каменные материалы правильной формы, изготовленные из известняков, туфов и других горных пород. Масса камней до 40-45кг. Блоки отличаются от камней большими размерами и массой (более 100кг). Их используют для кладки стен.. Классификация природных каменных материалов 1.По виду и степени обработки различают: Грубо обработанные материалы (бутовый камень, щебень, гравий, песок) профилированные изделия (изделия и профилированные детали из природного камня; штучный камень и блоки правильной формы; плиты для наружной и внутренней облицовки зданий, полов; изделия для дорожного строительства и т.п.). 2.По способу изготовления природные каменные материалы и изделия можно разделить: на пиленые (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола), и колотые (бортовые камни, камни тесаные, брусчатка, шашка для мощения и др.). 3.По плотности природные камни делятся на легкие и тяжелые. Легкие камни плотностью не более 1,8 г/см3 имеют пористое строение (вулканический туф, пемза, известняк-ракушечник) и поэтому применяются преимущественно в виде штучного камня и блоков для стен зданий и щебня для легких бетонов. Вулканический туф — осадочная горная порода, состоящая из вулканического пепла, вулканических бомб (и других обломков) и невулканических примесей, которые с течением времени хорошо уплотнились и сцементировались. Тяжелые камни плотностью более 1,8 г/см3 (из гранита, сиенита, диорита и т.п.) служат облицовкой и используются в виде плит пола, материалов и изделий для гидротехнического и дорожного строительства. Тяжелые камни из гранита имеют красный или ярко-розовый цвет 4.По пределу прочности при сжатии от 10... до 500 МПа, на растяжение и изгиб от 6... до 10 МПа. 5.По морозостойкости от 100...1000 циклов замерзания-оттаивания;. Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномерно-зернистой структурой. Свежедобытые известняки, песчаники, туфы легко разрушаются от мороза 6.По водостойкости природные камни делятся на группы с коэффициентом размягчения не ниже 0,6 для наружных стен зданий; не ниже 0,8 – для гидротехнических сооружений и фундаментов Основные сведения о керамических материалах и изделиях и их классификация Керамическими называют изделия и материалы, получаемые из глиняных масс или из их смесей с минеральными добавками путем формования и обжига. В современном строительстве керамические материалы и изделия используют для возведения стен и покрытий зданий, облицовки полов, стен, фасадов, кладки печей и дымовых труб, устройства канализации и дренажа и для других целей. Материал, из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком. Строительные керамические изделия классифицируют по структуре керамического черепка, по их конструктивному назначению, состоянию поверхности т. д. По конструктивному назначению керамические материалы и изделия разделяют на следующие группы: стеновые (кирпич, камни керамические, стеновые блоки и панели из кирпича); для перекрытий (пустотелые камни, балки, панели перекрытия и покрытия из керамических камней); для облицовки фасадов зданий (кирпич и камни керамические лицевые, фасадные плитки, ковровая керамика и др.); для внутренней облицовки (глазурованные плитки и фасонные детали к ним, плитки для полов) ; кровельные (глиняная черепица пазовая штампованная и ленточная, плоская и волнистая ленточная и др.); трубы канализационные и дренажные; санитарно-технические (раковины, унитазы, смывные бачки и др.); кислотоупорные (кирпич, плитки, трубы); дорожные (кирпич, камни); теплоизоляционные (пористо-пустотелые кирпичи и камни, перлитокерамика и др.); заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит); огнеупорные (кирпич и фасонные изделия). Керамические изделия могут быть также глазурованными и неглазурованными. Глазурь - стекловидное покрытие, закрепленное обжигом, придает изделиям стойкость к внешним воздействиям, водонепроницаемость и высокие декоративные качества. Контрольные вопросы 1.Перечислите признаки по которым классифицируют природные каменные материалы? 2.Виды керамических материалов? 3.К каждому виду строительного вида подобрать способ получения. а. песок 1. получают взрывным методом из осадочных или изверженных пород; б. гравий 2. получают путем дробления горных пород; в. щебень 3. получают путем просеивания мелких рыхлых пород г. бутовый камень 4.получают из рыхлых пород просеиванием на соответствующих ситах 4. Как называется критическое состояние, при котором наступает разрушение материала? а) хрупкость; б) пластичность; в) прочность; г) предел прочности. 5. На какие группы делятся горные породы? а) магматические, осадочные, метаморфические; б) водные, осадочные, метаморфические; в) магматические, осадочные; г) метаморфические, водные; Практическое занятие № 3. Подбор состава бетона и строительного раствора. 1. Общие сведения. Ход работы: 1.Используя теоретический материал, определите виды искусственных материалов 2. Начертите таблицу. 3. Дать название природному каменному материалу и описать каждый вид материала (форма, цвет, каким путем его получают и где применяют). Бетон — искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и затвердевания бетонной смеси. Бетонной смесью называют перемешанную до однородного состояния пластичную смесь, состоящую из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок. Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы при данных условиях твердения бетон обладал заданными свойствами (прочностью, морозостойкостью, плотностью и др.). Бетон состоит из большого количества зерен заполнителя (до 80...85 % объема), связанных затвердевшим вяжущим веществом. Так как в качестве заполнителей применяют дешевые природные материалы или отходы промышленности, бетон экономически весьма эффективный материал. Бетон известен давно. В Древнем Риме, например, из бетона на извести был построен ряд сложных инженерных сооружений. Существует мнение, что блоки внутренней части египетских пирамид также изготовлены из бетона, вяжущим в котором служила известь. Широкое применение бетона начинается после освоения промышленного производства портландцемента. Современное строительство немыслимо без бетона — бетон стал основным строительным материалом. Это объясняется его экономичностью, технологичностью и доступностью основных сырьевых материалов. Бетонная смесь представляет собой пластично-вязкую массу, сравнительно легко принимающую любую форму и затем самопроизвольно переходящую в камневидное состояние. Таким образом, легко получают каменные конструкции и изделия любой заданной формы. В наше время получают бетоны с самыми разнообразными физико-механическими свойствами. Помимо обычного тяжелого бетона, производят легкий бетон плотностью меньшей, чем у кирпича. Такой бетон обладает хорошими теплоизолирующими свойствами и применяется для возведения стен жилых и промышленных зданий. И, наоборот, при строительстве ядерных установок, например атомных электростанций, для защиты от ионизирующего излучения применяют особо тяжелые бетоны, плотность которых в 1,5...2 раза больше плотности гранита. Структура бетона (частицы крупного и мелкого заполнителя — светлые, цементный камень — черный) Прочность бетонов достигает 100 МПа, и для конструкционных бетонов предел прочности служит основной характеристикой. Бетон — огнестойкий материал. В настоящее время получены бетоны, стойкие к самым разнообразным агрессивным воздействиям, и в том числе жароупорные бетоны, способные работать при температуре свыше 1000° С. При сочетании бетона, и стали, получается композиционный материал с еще более совершенными свойствами — железобетон. По плотности бетоны делят на особо тяжелые (плотность более 2500 кг/м3), тяжелые обыкновенные (2200...2500 кг/м3), облегченные (1800...2200 кг/м3), легкие (500...1800 кг/м3), особо легкие теплоизоляционные (500 кг/м3). По виду вяжущего бетоны подразделяют на бетоны на неорганических и органических вяжущих. К бетонам на неорганических вяжущих относятся цементные (вяжущее — портландцемент и его разновидности), силикатные (известково-кремнеземистое вяжущее), гипсовые (гипсовые вяжущие); к бетонам на органических вяжущих: асфальтобетон (на битуме) и полимербетон (на синтетических смолах). По структуре различают бетоны со слитной структурой, ячеистые и крупнопористые бетоны. Чаще других используются бетоны со слитной структурой — это обычный тяжелый бетон и легкие бетоны на пористых заполнителях. Легкие и особо легкие бетоны можно получить, вспенивая тесто вяжущего — так получают бетоны ячеистой структуры (с равномерно распределенными порами размером 0,2...2 мм). Бетоны крупнопористой структуры, также относящиеся к легким бетонам, получают, исключая из состава бетона мелкий заполнитель и скрепляя зерна крупного заполнителя вяжущим веществом. Бетоны — главнейший строительный материал. В нем сочетаются очень важные для строительства свойства: большая сырьевая база (до 85 % объема бетона — заполнители); простота технологии и достаточно высокие физико-механические свойства. Наиболее распространен тяжелый цементный бетон. Ниже мы рассмотрим свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона на примере тяжелого цементного бетона, и будем называть его просто бетон. СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ. Бетонная смесь состоит из цементного теста, мелкого и крупного заполнителя. Каждый из этих компонентов влияет на вязкопластичные свойства смеси. Так, если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой; если цементного теста — более пластичной и текучей. Существенно влияет на свойства бетонной смеси и вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее получается тесто и соответственно пластичнее бетонная смесь. Одно из основных свойств бетонной смеси — тиксотропия — способность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях (например, вибрации) и вновь загустевать при прекращении этого воздействия. Механизм тиксотропного разжижения заключается в том, что при вибрировании силы внутреннего трения и сцепления между частицами уменьшаются и бетонная смесь становится текучей. Это свойство широко используют при укладке и уплотнении бетонной смеси. Удобоукладываемость — обобщенная техническая характеристика вязкопластичных свойств бетонной смеси. Под удобоукладываемостью понимают способность бетонной смеси под действием определенных приемов и механизмов легко укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь. Удобоукладываемость смесей в зависимости от их консистенции оценивают по подвижности или жесткости. Подвижность служит характеристикой удобоукладываемости пластичных смесей, способных деформироваться под действием собственного веса. Подвижность характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Для этого металлическую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси — ОК, значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности. Жесткость — характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и подвижные бетонные смеси. Жесткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды и соответственно пониженное количество цемента в сравнении с подвижными смесями у бетонов равной прочности. Жесткие смеси требуют интенсивного механического уплотнения: длительного вибрирования, вибротрамбования и т. п. Используют такие смеси при изготовлении сборных железобетонных изделий в заводских условиях (например, на домостроительных комбинатах); в построечных условиях жесткие смеси применяют редко. Таблица № 1 - Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости. Марка по Норма удобоукладываемости по удобоукладываемости показателю Подвижжесткости, с ности, см Ж4 31 и более — ЖЗ 21...30 — Ж2 П. ..20 — Ж1 5...10 — П1 1...4 4 и менее П2 — S...9 ПЗ — 10...15 П4 — 16 и более Связность — способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. При механических воздействиях на бетонную смесь в результате ее тиксотропного разжижения, часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх. Крупный заполнитель, плотность которого обычно больше плотности растворной части (смеси цемента, песка и воды), опускается вниз. Легкие заполнители (керамзит и др.), наоборот, могут всплывать. Все это делает бетон неоднородным, снижая его прочностные показатели и морозостойкость. Указанные свойства бетонной смеси обеспечиваются правильным подбором состава бетона. ОСНОВНОЙ ЗАКОН ПРОЧНОСТИ БЕТОНА. Бетон работает под нагрузкой, как единый композиционный материал, и в формировании его прочности участвуют цементный камень (матрица), зерна заполнителя и контактный слой между ними. Иными словами, прочность бетона зависит от прочности составляющих его материалов и от .прочности сцепления их друг с другом. Прочность заполнителя (песка, щебня, гравия) в тяжелом бетоне, как правило, выше заданной прочности бетона, поэтому мало влияет на последнюю. Таким образом, прочность бетона определяется в основном двумя факторами: Прочностью затвердевшего цементного камня; Прочностью его сцепления с заполнителем. Прочность цементного камня зависит от двух факторов: активности (марки) используемого цемента (Rц) и соотношения количеств цемента и воды (Ц/В). Чем выше марка цемента, тем при прочих равных условиях будет прочнее цементный камень, так как марка цемента — это в действительности прочность модельного (мелкозернистого) бетона, отформованного и твердевшего в стандартных условиях . ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНА. Изготовление бетонных и железобетонных конструкций включает в себя следующие технологические операции: подбор состава бетона, приготовление и транспортирование бетонной смеси, ее укладку и уплотнение, и обеспечение требуемого режима твердения бетона. Подбор состава бетона. Состав бетона должен быть таким, чтобы бетонная смесь и затвердевший бетон имели заданные значения свойств (удобоукладываемости, прочности, морозостойкости и т. п.), а стоимость бетона при этом была, возможно, более низкой. Рассчитывают состав бетона для данных сырьевых материалов, используя зависимости, связывающие свойства бетона с его составом, в виде формул, таблиц и номограмм. Общая схема расчета следующая. Требуемая подвижность бетонной смеси обеспечивается выбором (по таблицам и графикам) необходимого количества воды (В). Требуемая прочность бетона достигается: 1) выбором марки цемента (она, как правило, принимается в 1,5. ..2,5 раза выше марки бетона); 2) расчетом требуемого соотношения цемента и воды (Ц/В) по формуле основного закона прочности бетона Количество цемента определяется по известным значениям В и В/Ц: Ц = В: (В/Ц). Количество крупного и мелкого заполнителей рассчитывают так, чтобы расход цемента был минимальным. Это достигается в том случае, если количество крупного заполнителя будет максимально возможным (обычно оно составляет 0,75.. .0,85 от объема бетона), а мелкий заполнитель (песок) заполнит пустоты между зернами крупного заполнителя. В этом случае цементное тесто должно 'будет заполнить пустоты в песке и покрыть поверхность заполнителей для обеспечения связи всех частиц друг с другом. Увеличивая или уменьшая содержание цементного теста (но, не изменяя при этом рассчитанного Ц/В), т. е. увеличивая и уменьшая долю воды в бетонной смеси, можно соответственно повысить или снизить подвижность бетонной смеси, сохраняя заданную прочность бетона. Полученный состав бетона может быть выражен двумя способами: количеством составляющих (кг) для получения 1 м3 бетона (например, цемент — 300, вода — 200, песок — 650 и щебень — 1250); соотношением компонентов в частях по массе или по объему; при этом количество цемента принимают за 1 (например, запись 1:2:4 при В/Ц = 0,7 означает, что на 1 ч. цемента берется 0,7 ч. воды, 2 ч. песка и 4 ч. крупного заполнителя). При использовании влажных заполнителей необходимо учитывать содержащуюся в них воду и соответственно уменьшать количество воды затворения, чтобы суммарное количество воды было равно расчетному. Приготовление бетонной смеси осуществляют в специальных агрегатах — бетоносмесителях разных конструкций и различной вместимости (от 75 до 4500 дм3). Вместимость смесителя указывается по суммарному объему сухих компонентов бетонной смеси, который может быть загружен. При перемешивании мелкие компоненты смеси входят в межзерновые пустоты более крупных (песок в пустоты между зерен крупного заполнителя, цемент — в пустоты песка). Этому способствует введение в смеситель воды затворения. В результате объем готовой бетонной смеси составляет не более 0,6...0,7 от объема исходных сухих компонентов. Этот показатель, называемый коэффициент выхода бетонной смеси, рассчитывают по формуле: β=Vбс/(Vц+Vп+Vк), где Vбс — объем бетонной смеси; Vц, Vп, Vк— объемы цемента, песка и крупного заполнителя соответственно. Контрольные вопросы. 1. 2. От чего зависит выбор конкретной удобоукладываемости бетонной смеси? Как влияет на расчет бетонной смеси применение гравия вместо щебня? Лабораторная работа № 1. Определение насыпной плотности строительных материалов. Цель работы – изучить методику определения насыпной плотности строительных материалов. Задачи: Ознакомиться с системой показателей качества строительных материалов и нормативных методов их определения с использованием лабораторного оборудования. Рис. 1. Схема виртуальной лабораторной установки 1. Теоретическая часть Определение насыпной плотности песка. Для определения насыпной плотности пробу песка массой 5...10 кг высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы и просеивают через сито с размером ячейки 5 мм. Затем песок засыпают в воронку и. открывая задвижку, заполняют сосуд вместимостью 1 дм3. Излишек песка срезают линейкой в обе стороны от центра. Сосуд с песком взвешивают и насыпную плотность с округлением до 10 кг/м 3 вычисляют по формуле 𝜌н = 𝑚2 −𝑚1 (1) 𝑉 где 𝜌н - насыпная плотность песка кг/м3; 𝑚1 - масса мерного сосуда, кг; 𝑚2 - масса мерного сосуда с песком, кг; 𝑉 – вместимость мерного сосуда, м3. Насыпную плотность песка определяют два раза, используя каждый раз новую пробу, и по этим результатам вычисляют среднеарифметическое значение. Результаты опытов занесены в таблицу 1. Таблица 1 Результаты определения насыпной плотности песка № опыта Масса мерного Масса мерного Насыпная Среднее значение цилиндра, кг цилиндра с плотность, насыпной песком, кг кг/м3 плотности, кг/м3 1 0,5 1,84 1340 2 0,5 1,83 1330 3 0,5 1,85 1350 4 0,5 1,81 1310 5 0,5 1,86 1360 1340 Выводы. От насыпной плотности зависит масса единицы объема материала в естественном состоянии. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА И МОДУЛЯ КРУПНОСТИ ПЕСКА Цель работы: определить зерновой состав и модуль крупности песка по ГОСТ 8735-1988. Необходимое оборудование и материалы: весы лабораторные, набор сит, шкаф сушильный. Порядок выполнения работы Аналитическую пробу песка, массой не менее 2000 г высушивают в сушильном шкафу. Высушенную пробу просеивают через сита с круглыми отверстиями с диаметрами 10 и 5 мм. Остатки на ситах взвешивают и вычисляют содержание в песке фракций гравия с размером зерен от 5 до 10 мм (Гр5) и свыше 10 мм (Гр10) в процентах по массе, по формулам: М10 Гр10= М ·100 (3.1) М5 Гр5= М ·100 (3.2) где М10 – остаток на сите с круглыми отверстиями диаметром 10мм., г.; М5 – остаток на сите с круглыми отверстиями диаметром 5 мм., г.; М – масса пробы, г. Из части песка, прошедшего через сито с диаметром отверстий 5 мм, отбирают навеску массой не менее 1000г., для определения зернового состава песка. Подготовленную навеску песка просеивают через набор сит с круглыми отверстиями с диаметром 2,5 мм и с сетками №1,25; 0,63; 0,315; 0,16. Просеивание производят механическим или ручным способом. При ручном просеивании допускается определять окончание просеивания, интенсивно встряхивая каждое сито над листом бумаги. Просеивание считают законченным, если при этом практически не наблюдается падение зерен песка. Обработка результатов По результатам просеивания вычисляют: - частный остаток на каждом сите в процентах: mi ai= ·100 (3.3) m где mi - масса остатка на данном сите, г.; m – масса просеиваемой навески, г. - полный остаток на каждом сите в процентах: Ai=a2,5+a1,25+a0,63+a0,315+a0,16 (3.4) где a2,5,a1,25,a0,63,a0,315,a0,16 – частные остатки на соответствующих ситах,г. - модуль крупности песка без зерен размером крупнее 5мм.: A2,5+A1,25+A0,63+A0,315+A0,16 Mk (3.5) где 𝐴2,5 + 𝐴1,25 + 𝐴0,63 + 𝐴0,315 + 𝐴0,16 - полные остатки на сите с круглыми отврестиями диаметром 2,5 мм и на ситах с сетками № 1,25; 0,63; 0,315; 0,16, %. Результат определения зернового состава песка оформляют в соответствии с таблицей 3.1 и изображают графически в виде кривой просеивания (рис. 3.1). Таблица 3.1 Остатки, % по массе, на ситах Проход через сито с сеткой № 0,16(0,14), % по массе Наименование остатка 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 1 2 3 4 5 6 7 Частный а2,5 а1,25 а0,63 а0,315 а0,16 а0,16(0,14) Полный А2,5 А1,25 А0,63 А0,315 А0,16 - Рис. 3.1 Кривая просеивания Требования к оформлению работы В тетрадях для лабораторных работ записать номер работы, название, цель и необходимое оборудование. Результаты вычислений записать в виде таблицы 3.1. Начертить кривую просеивания. Определить тип песка по модулю крупности, используя ГОСТ 8736-2014. Контрольные вопросы 1. Как определить зерновой состав и модуль крупности песка? 2. Как определить содержание фракций гравия в песке? 3. Как определить частный и полный остаток на каждом сите? 4. Описать кривую просеивания. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ЩЕБНЯ Цель работы: определить зерновой состав шебня по ГОСТ 8269-1997. Необходимое оборудование и материалы: весы лабораторные, набор стандартных сит, шкаф сушильный. Порядок выполнения работы Для испытания используют лабораторную пробу без ее сокращения по таблице 5.1, высушенную до постоянной массы. Таблица 5.1 Наибольший номинальный размер зерен, мм 10 20 40 свыше 40 Масса пробы,кг 5 10 20 40 Пробу просеивают ручным или механическим способом через сита с отверстиями указанных выше размеров, собранные последовательно в колонку, начиная снизу, с сита с отверстиями наименьшего размера, при этом толщина слоя щебня (гравия) на каждом из сит не должна превышать наибольшего размера зерен щебня (гравия). Продолжительность просеивания должна быть такой, чтобы при контрольном интенсивном ручном встряхивании каждого сита в течение 1 мин через него проходило не более 0,1% общей массы просеиваемой пробы. При механическом просеивании его продолжительность для применяемого прибора устанавливают в соответствии с указанным выше условием. При ручном просеивании допускается определять окончание просеивания следующим способом: каждое сито интенсивно трясут над листом бумаги. Просеивание считают законченным, если при этом не наблюдается падение зерен щебня (гравия). Обработка результатов По результатам просеивания вычисляют: - частный остаток на каждом сите в процентах: m ai m где mi - масса остатка на данном сите, г.; m – масса просеиваемой навески, г. Определяют полные остатки на каждом сите в процентах массы пробы, равные сумме частных остатков на данном сите и всех ситах с большими размерами отверстий. - полный остаток на каждом сите в процентах: Ai=a2,5+a1,25+a0,63+a0,315+a0,16 (1.4) где a2,5,a1,25,a0,63,a0,315,a0,16 – частные остатки на соответствующих ситах,г. Результат определения зернового состава щебня оформляют в соответствии с таблицей 5.2. Таблица 5.2 Наименование остатка 1 Остатки, % по массе, на ситах 60 50 40 30 20 10 5 2 3 4 5 6 7 8 Частный Полный Требования к оформлению работы В тетрадях для лабораторных работ записать номер работы, название, цель и необходимое оборудование. Результаты вычислений записать в виде таблицы. Контрольные вопросы 1. Как определить зерновой состав щебня? 2. Как определить частный и полный остаток пробы на каждом сите? 3. Какое оборудование используется для определения зернового состава щебня? Лабораторная работа № 5 Определение качества портландцемента. 1. Цель работы: Повторение теоретических знаний и углубление знаний студентов о составе, получении, свойствах портландцемента. 2.Теоретическое обоснование. Для строителей важно знание не только прочности, но и сроков схватывания. Портландцементные образцы могут растрескиваться в процессе твердения, т.е. неравномерно изменяться в объеме. Поэтому нельзя использовать цементы для бетона или растворов без предварительного испытания на равномерность изменения объема в процессе твердения. Растрескивание отвердевшего цемента вызывает не прогасившаяся известь и окись магния. Для установления пригодности цемента для строительных работ необходимо определить его сроки схватывания, прочности, марку и равномерность изменения в объеме при твердении. 3.Приборы и материалы. 3.1.Прибор Вика. 3.2.Портландцемент. 3.3.Технические весы с разновесами. 3.4.Песок. 3.5.Секундомер. 3.6.Мерная стеклянная посуда. 3.7.Форма балочек. 3.8.Чашки для приготовления цементного теста. 4.Программа работы. 4.1.Определение нормальной густоты цементного теста. 4.2.Определение сроков схватывания. 4.3.Определение равномерности изменения объема цемента при твердении. 4.4.Определение марки цемента. 5.Методика проведения работы. 5.1.Нормальной густотой цементного теста называется такая консистенция его, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит 57мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Нормальная густота характеризует кол-во воды затворения, выраженное в процентах от массы цемента. Прибор Вика проверяют и настраивают шкалу, а кольцо и пластинку смазывают тонким слоем машинного масла. 400 гр. цемента всыпают в чашку, предварительно протертую влажной тканью, делают в цементе углубление, в которое вливают за один прием воду. Нормальная густота теста портландцемента обычно находится в пределах 22-28%. Для первого опыта следует принять среднее значение. После заливки воды углубления засыпают цементом и через 30 секунд после этого сначала осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой. Продолжительность растирания и перемешивания цемента с водой - 5 минут после приливания воды. Кольцо наполняют в один прием цементным тестом и 5-6 раз встряхивают его, постукивая пластинку о стол. Затем поверхность теста выравнивают влажным ножом. Немедленно после этого приводят пестик в соприкосновение с тестом в центре кольца и освобождают винт, представляя пестику свободно погружаться. Через 30 секунд фиксируют глубину погружения. Кольцо с тестом при опыте не должно подвергаться толчкам. При несоответствии консистенции количество воды изменяют и опыт повторяют, добиваясь погружения пестика на 5-7 мм. Результат вычисляют с точностью до 0,25%. 5.2.Так как студенты ознакомлены с методом определения сроков схватывания вяжущих веществ (лаб.раб. 4), данная работа выполняется факультативно, тем более, что за отведенное на работу время цемент не успевает схватываться. Поэтому преподаватель сообщает сроки схватывания, чтобы студенты имели полное представление о качестве цемента. 5.3.При неравномерном изменении объема цемента могут появиться трещины в твердеющих бетонах и растворах, если в цементе имеется избыток свободной окиси кальция или окиси магния. Каждая из бригад студентов приготавливает 1-2 лепешки. Затем преподаватель показывает эталоны лепешек, выдержавших испытания на равномерность изменения объема цемента при твердении, а также объясняет устройство аппаратуры. На следующем занятии после испытания лепешек лаборантом, студенты получают лепешки и устанавливают качество цемента, по этому показателю. 5.4.Марку портландцемента определяют по пределу прочности при изгибе образцов балочек размером 40х40х160 мм и при сжатии их половинок. Балочки изготавливают из пластичного цементного раствора состава 1:3 по весу (1 весовая часть цемента и 3 весовые части нормального вольского песка). Методика определения марки портландцемента заключается в следующем: В начале определяют консистенцию цементного раствора, которая требуется для приготовления образцов. Порядок определения и работу механизма объясняет преподаватель. Консистенция считается нормальной, если расплыв конуса лежит в пределах 105-110мм. Если он будет составлять менее 110 мм, то следует увеличить содержание воды в растворе. Необходимость применения растворной смеси одинаковой для всех цементов степени пластичности обуславливается влиянием на прочность не только водоцементного отношения, но и качества уплотнения. Последнее зависит от пластичности смеси: чем пластичнее смесь, тем легче и плотнее она укладывается в форму, давая более плотный образец. Затем из раствора нормальной густоты формируют образцы-балочки. Образцы в формах хранят в течение 24 часов в ванне с водой. По истечении срока хранения формы вынимают из воды, расформовывают осторожно и укладывают в ванну с водой в горизонтальном положении, чтобы они не соприкасались между собой. Воду в ванне следует менять через каждые 14 суток. По истечении срока хранения, то есть через 28 суток с момента изготовления, образцы вынимают из воды, насухо обтирают и испытывают. Для испытания используют гидравлический пресс 2-ПГ-50. Предел прочности балочек на изгиб вычисляют по формуле: изг = (3*Р*l*К) / (2*в*h2), кг/см2 ,где Р - нагрузка в момент разрушения образца в кг; l - расстояние между опорами в см.; К - коэффициент пересчета; B - ширина образца в см.; h - высота образца в см. Расстояние между опорами балочки равно 10 см. Изгибающую нагрузку прикладывают строго на средине между опорами. Коэффициент К зависит от возраста балочек. Для балочек выдержанных 28 суток он равен 1, 7 суток - 1.5, 14 суток - 1.25. более точно этот коэффициент может быть установлен сравнительными испытаниями. Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое двух наибольших результатов испытания трех образцов. Предел прочности при сжатии отдельного образца вычисляют как частное от деления величины разрушающей нагрузки (кг) на рабочую площадь (см2). Прочность портландцементных образцов в возрасте 28 суток приведена в таблице 1. Марка Предел прочности в кг/см2 цемента при сжатии при растяжении 300 400 500 600 300 400 500 600 45 55 60 65 Стандарт допускает отклонение пределов прочности на сжатие образцов 28 суточного возраста для цемента марки 300- до 8%, а для цемента марки 400 600 - до 5%. Практическое занятие № 4. Древесина и материалы на ее основе в строительстве. Цель работы: используя теоритический материал, изучить древесные породы, применяемые в строительстве Ход работы: 1.Используя теоритический материал, определите виды древесных пород 2. Начертите таблицу. 3. Дать название древесной породе и описать каждый вид породы (для чего применяют, что изготавливают). 4. Данные занести в таблицу 5.Изучить и записать в тетради для практических работ виды лесоматериалов и изделий из древесины. Древесные породы, применяемые в строительстве Хвойные породы составляют значительную часть наших лесов. Высокое качество древесины обусловливает их использование в строительстве и деревообрабатывающей промышленности. Из хвойных пород чаще всего применяют сосну, лиственницу, ель, пихту и кедр. Лиственные породы в строительстве используют значительно реже, чем хвойные. Среди многообразия лиственных пород наибольшее применение в строительстве нашли дуб, ясень, бук, береза, осина. Они обладают тяжелой, плотной, твердой древесиной желтоватого цвета и красивой текстурой, хорошо сохраняются как на воздухе, так и под водой. Из дуба изготовляют высококачественные столярные изделия, паркет и облицовочную фанеру, мебель. Из древесины ясеня выполняют столярные изделия и мебель. Бук применяют для изготовления паркета, высококачественных столярных изделий и мебели. Береза — самая распространенная в наших лесах лиственная порода. Древесина ее твердая, прочная и вязкая, но недолговечная в условиях попеременного увлажнения и высушивания. Из нее делают клееную фанеру, столярные изделия и мебель. Осина имеет мягкую и легкую древесину, которая в сухой среде довольно прочна, но во влажном состоянии быстро загнивает. Применяют ее для изготовления фанеры, тонких кровельных дощечек (гонт) и тары. Защита древесины от гниения и поражения насекомыми. Для предупреждения загнивания древесины принимают ряд конструктивных мер: изолируют ее от грунта, камня и бетона, устраивают специальные каналы для проветривания, защищают деревянные конструкции от атмосферных осадков, делают отливы у наружных оконных переплетов и т. п. Однако только мерами конструктивного характера нельзя полностью предохранить древесину от увлажнения и загнивания. Древесину защищают от гниения, предварительно обработав ее различными химическими веществами — антисептиками. Антисептики должны обладать высокой токсичностью по отношению к грибам, быть стойкими, хорошо проникать в древесину, не иметь неприятного запаха, быть безвредными для человека и домашних животных, не ухудшать физико-механические свойства древесины и не вызывать коррозии металлических соединений и креплений деревянных элементов. Для антисептирования древесины используют водорастворимые и маслянистые антисептики, а также антисептические пасты. Древесину от повреждения насекомыми защищают химическими инсектицидами, в качестве которых используют каменноугольное масло с растворителями, сланцевое масло с добавкой пентахлорфенола, хлорофос и др. Защита деревянных конструкций и изделий от возгорания. Древесина является легковозгораемым материалом, поэтому для защиты деревянных конструкций и изделий от возгорания строители должны принимать специальные меры. Конструктивные огнезащитные мероприятия сводятся к отдалению деревянных частей сооружений от источников нагревания и покрытию деревянных конструкций штукатуркой, асбестовым картоном и асбестоцементными листами. Кроме того, на деревянные конструкции наносят огнезащитные составы или пропитывают древесину химическими веществами — антипиренами. Виды лесоматериалов и изделий из древесины Материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химический состав, называют лесоматериалами (или лесными сортаментами). Их под- разделяют на необработанные (круглые) и обработанные (пиломатериалы, колотые лесоматериалы, шпон и др.). Круглые лесоматериалы представляют собой очищенные от сучьев отрезки древесных стволов. В зависимости от диаметра верхнего торца круглые лесоматериалы подразделяют на бревна, подтоварник и жерди. Бревна строительные и пиловочные из хвойных и лиственных пород должны иметь диаметр верхнего торца не менее 14 см и длину 4—6,5 м. Пиловочные бревна изготовляют из стволов хвойных и лиственных пород для получения различных пиломатериалов. Подтоварник - часть ствола дерева с диаметром верхнего торца 8-13 см и длиной 3-9 м. Его используют для различных целей в жилищном и сельскохозяйственном строительстве, а также для вспомогательных и временных сооружений. Жерди имеют диаметр верхнего торца 3 см и длину 3-9 м. Их применяют для тех же целей, что и подтоварник. Хранят круглые лесоматериалы в штабелях по породам, категориям и длине. На основе древесины хвойных и лиственных пород изготовляют широкую номенклатуру изделий, из которых основными являются строганые погонажные изделия, изделия для паркетных полов, столярные плиты, фанера и др. Строительные конструкции и детали из древесины изготовляют на деревообрабатывающих заводах и комбинатах и доставляют на строительство в готовом виде, исключающем их подгонку на месте производства работ. К ним относят комплекты для сборных деревянных домов (брусковых, каркасно-щитовых, каркасно-обшивных), детали и элементы конструкций для сельских зданий (балки, фермы), для междуэтажных и чердачных перекрытий (дощатые щиты и перегородки и т. п.). В зависимости от характера работы и условий эксплуатации соединение составных частей элементов деревянных строительных конструкций осуществляется на болтах, скобах, хомутах, врубках, шпонках, нагелях или на синтетических клеях. Для заводского изготовления стандартных малоэтажных домов эффективно комплексное использование изделий из древесины и отходов древесного сырья. На основе отходов выпускается фибролит и арболит в виде плит,также древесноволокнистые и древесностружечные плиты. Практическое занятие №5. Стекло и металлы в строительстве. Цель работы: используя теоритический материал, изучить основные сведения о стекле и металлах в строительстве. Ход работы: 1.Используя теоритический материал, изучите основную информацию о стекле и металлах в строительстве. 2. В тетради для практических работ запишите все основные сведения о стекле и изделиях из стекла. 3. Изучить и записать в тетради для практических работ классификацию металлов 4.Ответьте письменно на вопросы: Как проводится защита металлов от коррозии и огня? Основные сведения о стекле Стеклом называют твердый, аморфный, прозрачный в той или иной области оптического диапазона (в зависимости от состава) материал, получаемый из переохлажденных жидких минеральных расплавов, содержащих стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и др.) и оксиды металлов (лития, калия, магния, свинца и т. д.). По назначению различают строительное стекло (оконное, узорчатое; стеклоблоки и т. д.), тарное, техническое (кварцевое, светотехническое, стеклянное волокно), сортовое и т. д. Из расплавленной стекломассы вырабатывают листовое стекло и разнообразные стеклянные изделия. Листовое стекло Стекольная промышленность нашей страны выпускает несколько разновидностей листового стекла: обычное оконное, витринное, армированное, узорчатое, теплопоглощающее и др. В строительстве наиболее широко применяют неполированное бесцветное листовое оконное стекло. Оконное стекло устанавливают в деревянные, металлические и пластмассовые переплеты световых проемов гражданских и промышленных зданий. Витринное служит для остекления магазинов, ресторанов, кинотеатров, выставочных залов, вокзалов и т. п. Его устанавливают обычно в металлические переплеты. Для компенсации температурных деформаций и герметизации конструкции используют резиновые и пластмассовые прокладки. Армированное стекло применяют для остекления фонарей верхнего света, перегородок и устройства ограждений балконов. Узорчатое стекло используют в качестве элемента архитектурного оформления, а также для остекления оконных проемов, перегородок и дверей в тех случаях, когда требуется отсутствие сквозной видимости или рассеянный свет. Теплопоглощающее стекло применяют в зданиях, расположенных в районах с жарким климатом для уменьшения солнечной радиации. Изделия из стекла В настоящее время из стекла изготовляют изделия широкой номенклатуры: пустотелые стеклянные блоки, стеклопакеты, стеклянные трубы, дверные полотна, облицовочные плитки и др. Пустотелые стеклянные блоки изготовляют бесцветными и окрашенными в различные цвета; их применяют для заполнения наружных световых проемов, устройства светопрозрачных покрытий и перегородок. Стеклопакеты — строительное изделие из двух или более листов стекла, соединенных по периметру металлической рамкой так, что между ними образуется замкнутое пространство, заполненное сухим воздухом. Стеклопакеты изготовляют из листового стекла: обычного оконного, закаленного, теплопоглощающего и др. Используют их для застекления зданий. Окна из стеклопакетов не запотевают и не замерзают. Звукопроницаемость окон уменьшается в 2-3 раза, улучшается внешний вид зданий. Стеклянные трубы широко применяют в пищевой, медицинской, химической и других отраслях промышленности для удаления или транспортирования агрессивных жидкостей. Трубопроводы из стекла прозрачны, гигиеничны и имеют гладкую поверхность, что уменьшает сопротивление перемещаемых в них жидкостей. Дверные полотна изготовляют из крупногабаритного листового стекла, подвергнутого закалке. Полотна имеют обработанные кромки и пазы для крепления металлической фурнитуры. Служат они для устройства наружных и внутренних дверей в торговых помещениях, павильонах и т. п. Облицовочные стеклянные плитки по прочностным и эксплуатационным свойствам превосходят керамические. Выпускают плитки коврово-мозаичиые из непрозрачного стекла различных цветов. Их применяют для облицовки санитарных узлов, душевых и ванных помещений, для декоративной отделки стен общественных зданий, наружной отделки панелей и стен предприятий пищевой и химической промышленности. Металлы и их классификация Металлы широко применяют в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в строительстве. Так, при возведении каркасов промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов используют стальной прокат, в железобетоне - стальную арматуру; применяют также стальные и чугунные трубы, кровельную сталь и другие металлические изделия. Этому способствует ряд ценных технических свойств металлов, которые выгодно отличают их от других строительных материалов: высокие прочность и пластичность обработки давлением (прокатка, штамповка и др.). Наряду с этим металлы обладают и существенными недостатками: имеют большую плотность, при действии различных газов и влаги сильно корродируют, а при высоких температурах значительно деформируются. Металлы разделяют на две основные группы: черные и цветные. Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме того, в них могут содержаться в большем или меньшем количестве и другие химические элементы (кремний, марганец, сера, фосфор). С целью придать черным металлам специфические свойства в их состав вводят улучшающие или легирующие добавки (никель, хром, медь и др.)- Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали. Чугун - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2-4,3%. Сталь - ковкий железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2 %. По назначению стали могут быть конструкционные, применяемые для изготовления различных строительных конструкций и деталей машин, специальные, характеризующиеся высокой жаро- и износостойкостью, а также коррозионной стойкостью, и инструментальные. Цветные металлы в чистом виде весьма редко используют в строительстве. Значительно чаще находят применение сплавы цветных металлов, которые по истинной плотности разделяют на легкие и тяжелые. Легкие сплавы получают на основе алюминия или магния. Наиболее распространенными легкими сплавами являются алюминиево-марганцевые, алюминиевокремнеземистые, алюминиево-магниевые и сплавы дюралюминия. Их используют для несущих (фермы и др.) и ограждающих (оконные переплеты и др.) конструкций зданий и сооружений. Тяжелые сплавы получают на основе меди, олова, цинка, свинца. Среди тяжелых сплавов в строительстве применяют бронзу (сплав меди с оловом или сплав меди с алюминием, железом и марганцем) и латунь (сплав меди с цинком). Из этих сплавов изготовляют архитектурные детали и санитарно-техническую арматуру. Виды стальных изделий. Металлообрабатывающая промышленность выпускает обширную номенклатуру различных стальных изделий Угловую сталь выпускают в виде равнобоких и неравнобоких уголков; швеллеры; двутавры. Сталь применяют для изготовления при помощи сварки или клепки разнообразных стальных строительных конструкций (каркасы и фермы промышленных и гражданских зданий, пролетные строения мостов, балки перекрытий, опоры линий электропередач, фонари освещения зданий и т, д.). Кроме того, из прокатной и штампованной стали специальных профилей выполняют оконные переплеты промышленных и общественных зданий. Прокатную сталь квадратного сечения, а также полосовую сталь используют в строительстве для различных целей. Круглую сталь в основном употребляют в качестве арматуры для железобетона. Стальные трубы цельнотянутые и сварные диаметром 50—1620 мм используют для магистральных газо- и нефтепроводов, водоснабжения, отопления и других целей. Мелкие стальные изделия в виде болтов, гаек, шайб, заклепок широко применяют при изготовлении разнообразных строительных конструкций. Любое строительство в настоящее время не обходится без стальных крепежных изделий - шурупов, винтов, гвоздей, скоб, а также без скобяных изделий, необходимых для комплектования дверных, и оконных блоков, санитарно-технических кабин (петли, ручки, замки и др.). Защита металлов от коррозии и огня Коррозией называют разрушение металла под воздействием окружающей среды. Виды коррозии. В зависимости от механизма процесса разрушения металла коррозия может быть химической и электрохимической. Химическая коррозия возникает при действии на металл сухих газов или жидкостей органического происхождения, которые не являются электролитами. Примером химической коррозии служит окисление металла при высоких температурах, в результате чего на его поверхности возникает продукт окисления — окалина. Данный вид коррозии встречается редко. Электрохимическая коррозия образуется в результате воздействия на металл электролитов (растворов кислот, щелочей и солей). Защита металла от коррозии. Существуют различные методы защиты металлов от коррозии, среди которых защита основного металла лакокрасочными, неметаллическими и металлическими пленками а также введение в состав металла легирующих элементов. Лакокрасочные покрытия наиболее распространенный вид антикоррозионной защиты металла. В качестве пленкообразующих материалов используют нитроэмали, нефтяные, каменноугольные и синтетические лаки, краски на основе растительных масел и др. Образующаяся при покрытии на поверхностях конструкций плотная пленка изолирует металл от воздействия окружающей его влажной среды. Неметаллические покрытия довольно разнообразны. К ним относят эмалирование, покрытие стеклом, цементно-казеиновым составом, листовым пластиком и плитками, напыление пластмасс и др. Эти покрытия довольно стойки к внешним агрессивным средам и надежно защищают металл от коррозии. Защита от огня. Для защиты металлоконструкций наиболее перспективны так называемые вспучивающиеся покрытия или краски на основе полимерных связующих, которые при воздействии огня образуют закоксовавшийся вспененный расплав, препятствующий нагреву металла. Практическое занятие №6. Строительные материалы на основании полимеров Основная информация: Полимерные строительные материалы и изделия получают из пластических масс. Пластическими массами (пластмассами) называют материалы, полученные на основе природных или синтетических полимеров. Из них под влиянием нагревания и давления можно получать изделия сложной конфигурации, устойчиво сохраняющие приданную форму и размеры после прекращения термомеханического воздействия. Кроме полимера (связующего вещества) пластмассы содержат наполнители, пластификаторы, красители, стабилизаторы и другие специальные добавки. По составу различают простые и сложные пластмассы. К простым относятся пластмассы, состоящие только из полимера (полиэтилен, оргстекло и др.), к сложным – пластмассы, содержащие кроме полимера различные добавки (текстолит, гетинакс и др.). Одним из ценных свойств пластмасс является их относительная легкость. Например, для большой группы поропластов средняя плотность находится в пределах 15 – 400 кг/м³. Однако для пластмасс в целом она колеблется в широких пределах: от 10 до 2200 кг/м³. Большинство пластмасс (особенно с листовыми наполнителями) обладает высокими механическими свойствами. Они хорошо сопротивляются сжимающим, растягивающим, изгибающим, истирающим и ударным воздействиям. Так, например, предел прочности при растяжении стеклотекстолита достигает 280 МПа, а стекловолокнистого анизотропного материала (СВАМ) – 450 - 900 МПа. Предел прочности при сжатии большинства пластмасс с порошкообразными или волокнистыми наполнителями составляет 120-160 МПа, а при изгибе 40 – 60 МПа и более. Кроме того, пластмассы характеризуются высоким коэффициентом конструктивного качества (ККК = 1 – 2). Положительные характеристики пластмасс – их малая теплопроводность и водопоглощение. Теплопроводность у большинства обычных изделий из пластмасс составляет 0,25 – 0,70 Вт/(м ·ºС), а у пористых материалов - всего лишь 0,03 Вт/(м ºС), т. е. приближается к теплопроводности воздуха. Пластмассы и изделия на их основе имеют высокую химическую стойкость к воздействию растворов кислот, щелочей и органических растворителей. К положительным свойствам пластмасс следует отнести также их способность прокрашиваться на всю толщину изделия и легко поддаваться технологической обработке. Отдельные виды пластмасс (например, органическое стекло) обладают высокой прозрачностью, которая находится в пределах 85 – 94% относительно прозрачности алмаза, принятой за 100%. Существенными недостатками пластмасс являются малая поверхностная твердость, низкая теплостойкость, горючесть, токсичность некоторых компонентов и повышенная ползучесть. В ряде случаев имеют место недолговечность вследствие деструкции полимера, нестабильность структуры в эксплуатационный период и (как следствие) изменение физико-механических свойств во времени. Основные компоненты пластмасс Полимеры получают методами полимеризации или поликонденсации. Важнейшими термопластичными полимерами для производства пластмасс являются полиолефины (полиэтилен), имеющие наибольшие потенциальные возможности наличия сырьевой базы и широкой области применения; поливинилхлорид, позволяющий получать пластмассы и изделия удовлетворительных свойств и малой стоимости. Из термореактивных полимеров наибольшее значение для производства строительных материалов и изделий имеют феноло-формальдегидные, мочевино-формальдегидные, кремнийорганические и эпоксидные полимеры. Наполнители вводятся в количестве 40 – 70% (по массе) для улучшения механических свойств пластмасс, уменьшения усадки при отвердении, повышения стойкости к воздействию различных сред, снижения стоимости. В качестве наполнителей используют органические и минеральные материалы. Особое значение имеют порошкообразные (мел, тальк, известняк и др.), волокнистые (стекловолокно, древесное волокно) и листовые наполнители (бумага, хлопчатобумажные ткани и др.). Пластификаторы (камфара, дибутилфталат, олеиновая кислота и др.) вводятся в количестве 10 – 20% для повышения пластичности массы при повышенной температуре и придания большей упругости и морозостойкости отформованному изделию. Стабилизаторы (крахмал, желатин, свинцовый сурик и др.) вводятся для придания пластмассам термостабильности, замедления процессов старения. Отвердители (органические перекиси и др.) вводятся для «сшивания» макромолекул, превращения линейной структуры полимера в трехмерную. Основные технологические операции при изготовлении пластмасс При изготовлении пластмасс и изделий из них осуществляются технологические операции, свойственные искусственным строительным материалам: подготовительные работы по активизации составляющих; дозирование компонентов и их перемешивание в смесительных установках. Формование изделий производится следующими способами: прессование – изготовление изделий в металлических пресс-формах: в нагретую до 130 – 200 ºС пресс-форму подают пропитанные смолами, нарезанные в листы, спакетированные слоистые пластмассы; прессование производят на гидравлических прессах под давлением 10 – 60 МПа; в результате термомеханического воздействия прессуемый материал размягчается, заполняет пресс-форму; так получают текстолит, гетинакс и др.; прессуют порошки и таблетированный материал; вальцевание на каландрах – технологический передел, при котором размягченная композиция формуется в зазоре между вращающимися валками каландров, образующими ленту изделий, толщину и ширину которой можно регулировать. Такая технология применяется для обработки поливинилхлоридных пластмасс при изготовлении пленок, рулонных материалов и т. п. Материалы и изделия из пластмасс Стеклопластик представляет собой материал, обычно в виде листов, получаемый путем пропитки стеклянного волокна или стеклянной ткани синтетическими смолами. Стеклопластики отличаются высокой прочностью при небольшой средней плотности и малой величиной водопоглощения. Из стеклопластиков можно изготовлять волокнистые полупрозрачные листы для кровель и ограждения лестниц, плоские листы с декоративной отделкой для перегородок, а также двери, оконные переплеты, трубы, ванны, раковины, плинтусы, уголки разного профиля. Стеклопластики могут служить и для изготовления панелей или щитов, предназначаемых для устройства наружных стен, перегородок и перекрытий. Панели и щиты состоят из трех слоев, примыкающих друг к другу. Для наружных слоев панелей используют тонкий стеклопластик, а для внутреннего слоя – теплоизоляционный материал. Линолеум изготовляют из оксидированных растительных масел, алкидных смол, поливинилхлорида, синтетических каучуков и других полимеров (с применением тканевой основы или без нее). Поливинилхлоридный линолеум на тканевой подоснове – рулонный материал для полов, основным компонентом которого является поливинилхлорид. Такой линолеум производят промазным способом на тканевой или теплоизоляционной основе. Сырьем для изготовления линолеума кроме связующего поливинилхлорида служат наполнители (тальк, боррит, гидрофобизированный мел, древесная мука и т. д.), пластификаторы (диоктилфталат), а также различные добавки. Для окрашивания линолеума применяют мумию, железный сурик , литопон, ультрамарин, хромовую зелень и т. п. Линолеум на тканевой подоснове изготовляют пяти типов: А – с лицевым слоем из прозрачной пленки с печатным рисунком; Б – с рисунком, защищенным от истирания поливинилхлоридным слоем; В – одноцветный; Г – двухцветный; Д – мраморовидный. Линолеум на тканевой подоснове выпускают в рулонах длиной 12 м, шириной до 2,0 м и толщиной 1,6 – 2,0 мм. Он предназначается для полов жилых и общественных зданий. Алкидный линолеум – рулонный материал для полов, состоящий из модифицированного глифталевого полимера, наполнителей и красителей, нанесенных на джутовую основу. Его выпускают в рулонах длиной 15 – 30 м, шириной 2,0 м и толщиной 2,2 – 5,0 мм (марок А и Б). Алкидный линолеум изготовляют с одно- или многоцветным печатным рисунком или окрашивают по всей толщине. Он предназначается для покрытия пола жилых и общественных зданий, вагонов железнодорожного транспорта и метрополитена. Древесностружечные плиты – листовые материалы, получаемые горячим прессованием органических наполнителей (древесная стружка), обработанных синтетическими полимерами. Для покрытий полов применяют трехслойные плиты (П-3) длиной 2,44; 2,75; 3,50; 3,66 и 5,50 м, шириной от 1,22 до 2,44 м, толщиной 10 – 24 мм. Древесностружечные плиты должны отвечать следующим техническим требованиям: средняя плотность – 800 кг/м³; водопоглощение – не более 15%; предел прочности при статическом изгибе – не менее 24,5 МПа. Полы из плит П-3 устраивают в жилых и административных помещениях с нормальным влажностным режимом эксплуатации. Древесноволокнистые плиты – листовые материалы, получаемые путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из органических волокнистых наполнителей и синтетических полимеров. Сырьем для производства плит являются древесина и древесные отходы (щепа, горбыль, рейки, стружка). Кроме древесного сырья для изготовления плит можно использовать камыш, кенаф и некоторые другие волокнистые растения. В зависимости от назначения древесноволокнистые плиты выпускаются со средней плотностью от 200 до 1100 кг/м³. Для устройства и облицовки стен и перегородок используют полутвердые (400 – 850 кг/м³), а также твердые и сверхтвердые плиты (850 – 1100 кг/м³). Для устройства пола применяются только твердые и сверхтвердые плиты. Производятся также твердые плиты с окрашенной поверхностью; в заводских условиях их лицевая поверхность покрывается эмалями. Контрольные вопросы 1. Что называют полимерами? 2.Какую реакцию называют полимеризацией и какую поликонденсацией? 3.Полимерные строительные материалы: достоинства и недостатки. 4. Что называется пластмассой, и из каких компонентов ее изготовляют? 5. Назовите основные способы производства изделий из пластмасс и какие материалы при этом можно получить? 6. Какие материалы изготовляют из древесины с применением полимеров? 7. Какие полимерные материалы применяют для полов, какие требования к ним предъявляются?
