Состав – это качественная и количественная характеристика веществ, составляющих сырьевые материалы и готовые изделия
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Конспект лекций по изучению дисциплины для студентов заочной и дистанционной форм обучения специальностей 270102, 270105, 270115 высшего профессионального образования
Краснодар 2008
Составитель: канд. техн. наук, доцент О.С.Огурцов а
УДК
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор В.Ф. Черных канд. техн. наук, доцент Т.Д. Липницкая
Введение Современное развитие строительного комплекса в России базируется на рыночных отношениях между организациями производителями и потребителями, а также на интеграции производителей с зарубежными фирмами. В настоящее время существенно возросли требования к качеству промышленной продукции для строительства – строительным материалам изделиям и конструкциям. Это вызвано жесткой конкуренцией на внутреннем и внешнем рынке в сфере строительной продукции. Строительные материалы, изделия и конструкции при эксплуатации воспринимают те или иные нагрузки и подвергаются действию окружающей среды. Они должны обладать определенной прочностью, а также способностью сопротивляться физическим и химическим воздействиям среды: воздуха и содержащихся в нем паров и газов, воды и растворенных в ней веществ, колебаниям температуры и влажности, совместно воды и мороза при многократном замораживании и оттаивании и т.д. Исходя из условия работы материалов в сооружении, их можно разделить по назначению на две группы: - конструкционные строительные материалы, применяемые для несущих конструкций; - строительные материалы специального назначения - для защиты конструкций от воздействия окружающей среды, для повышения эксплуатационных свойств и создания комфортных условий. Деление это условное, так как большинство материалов работают как несущие конструкции и одновременно защищают здания от воздействия окружающей среды, создают комфортные условия и т. д. Чтобы правильно выбрать материал, спроектировать и построить сооружение надо хорошо знать свойства применяемых материалов. Свойства строительных материалов зависят от состава (вещественного, химического, минералогического и др.), химических связей и структуры материала. Изучением строения материалов в тесной связи с их свойствами занимается наука материаловедение. Знание строительного материаловедения поможет в понимании свойств материалов и в конечном итоге в решении практических вопросов, где и как применять тот или иной строительный материал, в каких условиях и как долго он будет сохранять свои эксплуатационные характеристики и от чего это зависит. Материаловедение- наука, изучающая связь состава, строения и свойств материалов, а также закономерности их изменения при физико-химических, физических, механических и других воздействиях.
Тема 1. Составы и структура строительных материалов Составы строительных материалов Состав – это качественная и количественная характеристика веществ, составляющих сырьевые материалы и готовые изделия. Различают несколько видов составов сырьевых материалов и готовых изделий: элементный (вещественный), химический, минералогический, фазовый, гранулометрический. 1.1 Элементный или вещественный состав,как совокупность химических элементов составляющих вещество.Элементный или вещественный состав определяет природу вещества, т.е. показывает, какой это материал – минеральный, органический или же имеющий сложный состав. Например, в состав неорганических каменных материалов природных или искусственных (гранит, мрамор, кирпич керамический, бетон и др.) входят следующие химические элементы: кремний (Si), алюминия (Al), кальция (Ca), магния (Mg), железа (Fe), кислорода (O); органических (битум) - углерод (С); водород (Н), кислород (О), сера (S), азот (N). 1.2 Химический состав.Химический состав строительных материалов выражают по-разному. Например, химический состав неорганических материалов (цемент, известь, глина, стекло и др.) количеством содержащихся в них оксидов, %, металлов и сплавов – массовой долей элементов, %, битумов содержанием трех групп соединений: асфальтенов (с молекулярной массой 1000 – 5000), смол (с молекулярной массой 500-1000) и масел (с молекулярной массой 100 – 500), % и т.д. Зная химический состав веществ или материалов, можно предполагать какими свойствами, они обладают (табл. 1, 2, 3). Например, высокое содержание кремнезема (SiO2) и низкое содержание оксида кальция (CaO) и глинозема (Al2O3) свидетельствует, что состав кислый, а глины легкоплавкие. Высокое содержание оксида кальция (CaO) свидетельствует о том, что состав сырья или материала имеет основный характер. Если химический состав включает аббревиатуру "ппп" (потери при прокаливании), это свидетельствует, что при воздействии на материал высоких температур теряется летучая, органическая составляющая и химически связанная вода (табл.1). В табл. 2 представлен химический состав углеродистой и низколегированной стали. Физико-механические свойства арматурной стали зависят от химического состава (табл.3). Примерный групповой состав битума: Масла 40-60% Смолы 20-40% Асфальтены 10-25% Карбены и карбоиды 1-3% Асфальтеновые кислоты и ангидриды 1%. Масла придают битумам подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость, снижают температуру размягчения; смолы обуславливают растяжимость и эластичность битумов; содержание асфальтенов определяет температурную устойчивость, вязкость и твердость (хрупкость) битумов;
Таблица 1 Химические составы и характеристики некоторых материалов
Таблица 2 Химический состав углеродистой и низколегированной стали
Таблица 3 Механические свойства арматурной стали
1.3 Минералогический состав как совокупность природных или искусственных соединений (минералов). Минералы – природные или искусственные химические материалы, отличающиеся однородным составом и свойствами. Эта характеристика дает более полную информацию о материале. Зная минералогический состав можно отличить один материал от другого и предопределить не только физические и химические свойства сырья и материалов, но и более специфические характеристики, технологические свойства. Например, такие горные породы как граниты обладают благоприятным для строительного камня минералогическим составом, отличающимся высоким содержанием кварца (25…30 %), полевых шпатов (55…65%) и небольшим количеством слюды (5…10 %). Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера с добавкой двуводного гипса (3-5 %). В составе клинкера портландцемента преобладают такие минералы как: - алит– 3CaO·SiO2 (или C3S) – самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и др. свойства портландцемента, содержится в клинкере в количестве 45-60%; - белит- 2CaO·SiO2 (или C2S) – второй по важности и содержанию (20-30 %) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента; - целит - 3CaO·Al2O3 (C3A) – самый активный клинкерный минерал, быстро взаимодействует с водой, содержится в количестве 4-12%, является причиной сульфатной коррозии бетона; - четырехкальциевый алюмоферрит - - 4CaO·Al2O3·Fe2O3 (C4AF) –характеризуется умеренным тепловыделением и по быстроте твердения занимает промежуточное положение между C3S и C2S, содержится в клинкере в количестве 10-20 %. 1.4 Фазовый состав как совокупность гомогенных частей системы, однородных по свойствам и физическому строению. Фазовый состав – структурная характеристика материала, сырья. Если структуру составляют несколько фаз, то между ними заметна линия или граница раздела. На микроуровне можно различить разнородные группы кристаллов и границу их раздела, кристаллов и стеклообразных соединений и площадь их контакта. Граница раздела предопределяет физические, химические и термические свойства материалов, веществ. На макроуровне рассматривают три основные фазы: твердую, жидкую и газообразную. Например, фазовый состав материала и фазовые переходы воды, находящиеся в его порах, оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, т.е "каркас" материала, и поры заполненные воздухом и водой. Если вода замерзает, то образующийся в порах лед изменяет механические и теплофизические свойства материала, увеличение объема замерзающей воды вызывает внутренние напряжения, способные разрушить со временем материал. 1.5 Гранулометрический состав – сочетание в сыпучей смеси зерен либо гранул различных размеров и формы.Зерна по размерам по размерам подразделяют на группы (фракции). Гранулометрия рассматривает как свойства отдельных зерен, так и характеристики смеси в целом. Каждое зерно характеризуется размером, формой, плотностью, химическим и минералогическим составом. В любой смеси имеются максимально крупные и минимально мелкие зерна, их определяется ситовым анализом. Для характеристики сыпучей строительной смеси в зависимости от средней величины зерен в ней используют следующие технические термины: - мука – продукт тонкого помола, например, известняковая мука - известняковых горных пород; - пыль – отсев, например, при ситовом анализе песка зерен размером менее 0,14 мм; - порошок – специально подготовленная сыпучая смесь определенного состава; - песок – мелкозернистая сыпучая смесь зерен с размерами св. 0,14 мм до 5 мм; - гравий - неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью св. 5 мм, форма зерен окатанная; - щебень - зернистый сыпучий материал с зернами крупностью св. 5 мм, форма зерен рваная; - гравийно-песчаная смесь– сыпучая смесь, содержащая как песок, так и гравий; - крошка, зерно - отдельная частица материала определенных формы и размеров; - гранула – искусственно полученное зерно. Для характеристики сыпучей смеси определяют зерновой состав, фракционный состав, удельную поверхность, сыпучесть, насыпную плотность, пустотность: - зерновой состав – состав, содержащий зерна практически любых размеров и образующий непрерывную гранулометрию. Зерновой состав характеризуется в основном размерами зерен и их формой, например, основные размеры зерен песка речного кубанского от 0,14 до 0,63 мм, форма зерен окатанная; - фракционный состав- состав смеси, в которой зерна, близкие по размерам, образуют фракции, прерывистую гранулометрию. Фракционный состав характеризуется размерами фракций и их количеством, например, фракционный состав щебня фракция 15-10 мм – 20 % , фр.10-20 мм – 40%, фр. 20-40 мм – 40%; - удельная поверхность – суммарная поверхность зерен. Различают внешнюю удельную поверхность зерен и полную с учетом пористости зерен, м2/кг, см2/г, например, удельная поверхность цемента 2500-3000 см2/г; - насыпную плотность – масса сыпучего материала в единице замкнутого объема: ρнас.=m·/V, кг/м3 (г/см3), где m – масса сыпучего материала, кг (г), V – объем сыпучего материала, м3. Например, насыпная плотность песка ρнас =1300 кг/м3 (песок кубанский речной), портландцемента – ρнас =3100…3300 кг/м3; - пустотность – суммарный объем пустот, образующихся в результате свободной укладки сыпучего материала, отнесенный к его полному объему: α = ∑Vп/Vсм, где α – пустотность, ед. или %, Vп – объем пустот, м3, Vсм – полный объем смеси, м3. Пустотность не зависит от размера зерен, а зависит от их формы, количества и размера фракций, а также от способов укладки смеси; - сыпучесть – способность смесей растекаться при свободной укладке, формовании или складированию. Сыпучесть характеризуется углом естественного откоса, β. Угол естественного откоса зависит от размеров и формы зерен, состояния их поверхности, насыпной плотности и влажности сыпучей смеси. Угол естественного откоса некоторых сыпучих материалов: щебень β = 40…45 град.; гравий β = 35…40 град.; песок: крупный β = 30…35 град.; средний β = 25…30 град.; мелкий β = 25 град. Сыпучесть гравия выше, чем щебня, благодаря более окатанной форме его кусков, а сыпучесть песка зависит от его крупности. С увеличением влажности сыпучесть мелкозернистых смесей, имеющих большую удельную поверхность, сначала уменьшается в большей степени, чем крупнозернистых, за счет вытеснения водой воздушных прослоек и уменьшения коэффициента трения смеси. В технологии строительных материалов сыпучие смеси, используемые в качестве заполнителей, наполнителей, добавок т.д., оказывают существенное влияние на формирование заданной плотности или пористости структуры материала. Для получения плотной структуры необходимо использовать двух- или многофракционные смеси, так как пустоты, образующиеся между крупными зернами, заполняются зернами меньших размеров, увеличивая плотность, например, набор из трех различных рассчитанных фракций может дать плотность около 81 %, из 4-х и более фракций – до 85 % и выше. Однако практически высокую плотность сухой сыпучей смеси получить трудно по следующим причинам: - форма зерен отличается от формы шара; - зерна фракций различны по размерам.
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1093)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |