Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность материала к химическим взаимодействиям с другими веществами. Возможность химических и физико-химических процессов определяется наличием у строительных материалов таких свойств, как химическая активность, химическая (коррозионная) стойкость, растворимость, способность к кристаллизации и адгезии.

Химическая активность может быть положительной, если процесс взаимодействия приводит к упрочнению структуры (образование цементного, гипсового камня), и отрицательной, если протекающие реакции вызывают разрушение материала (коррозионное действие кислот, щелочей, солей).

Под адгезией понимают соединение твердых и жидких материалов по поверхности, обусловленное межмолекулярным взаимодействием. Адгезионные силы сцепления играют важную роль при получении многокомпонентных строительных материалов. Например железобетон, монолитность которого обеспечивается прочным соединением заполнителей и арматуры с цементным камнем за счет адгезионного межмолекулярного взаимодействия.

Растворимость характеризует способность вещества образовывать с водой или органическими растворителями однородные системы — растворы. Это свойство зависит от химического со става веществ, температуры и давления.

Кристаллизация — процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов при электролизе и химических реакциях, который сопровождается выделением тепла.

Процессы растворения и кристаллизации являются основополагающими при получении искусственных каменных материалов на основе цемента, гипса, извести.

Химическая (коррозионная) стойкость — это свойство, характеризующее способность материалов противостоять разрушающему действию агрессивных сред. Химическую стойкость оценивают специальным коэффициентом, который рассчитывают по отношению прочности (массы) материала после коррозионных испытаний (в случае кислот или щелочей образцы в течение двух часов кипятят в их концентрированном растворе) к прочности (массе) до испытаний. При коэффициенте 0,90...0,95 мате риал признается химически стойким по отношению к исследуемой среде. Органические материалы — древесина, битумы, пластмассы — при обычных температурах относительно стойки к действию кислот и щелочей слабой и средней концентрации. Свойства неорганических материалов зависят от их состава.

Действие солей приводит к накоплению кристаллических продуктов в порах материала, вызывающему рост деформаций и разрушение изделия.

1.5. Механические свойства

Механические свойства характеризуют поведение материалов при действии различного вида нагрузок (растягивающих, сжимающих, изгибающих и т.д.). В результате механических воздействий материал деформируется. Если внешние усилия невелики, деформация является упругой, т.е. после снятия нагрузки материал возвращается к прежним размерам. Если нагрузка достигает значительной величины, кроме упругих деформаций появляются пластические, приводящие к необратимому изменению формы. Наконец, при достижении некоторой предельной величины происходит разрушение материала. В зависимости от того, как материалы ведут себя под нагрузкой, их подразделяют на пластичные (изменяют форму под нагрузкой без появления трещин и сохраняют изменившуюся форму после снятия нагрузки) и хрупкие. Пластичные материалы, как правило, однородные, они состоят из крупных, способных смещаться относительно друг друга молекул (органические вещества) или кристаллов с легко деформируемой кристаллической решеткой (металлы). Хрупкие материалы (бетон, природный камень, кирпич) хорошо сопротивляются сжатию и в 5—50 раз хуже — растяжению, изгибу, удару (соответственно стекло, гранит). Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности R, под которым понимают отношение нагрузки, вызывающей разрушение материала, к площади сечения изделия.

Предел прочности на сжатие Е_сж (растяжение R_раст) определя

ют по формуле

где F — разрушающая нагрузка, Н (кгс); А — площадь поперечного сечения образца до испытания, мм² (см²).

Определение предела прочности на сжатие строительных материалов проводят, согласно стандартам, путем испытания образцов на механических или гидравлических прессах.

Прочность зависит от структуры материала, вещественного состава, влажности, направления и скорости приложения нагрузки. Связь между пределом прочности на сжатие и величиной средней плотности используют для оценки эффективности материала в конструкциях.

Необходимость создания запаса обусловлена неоднородностью строения большинства строительных материалов, недостаточной надежностью полученных результатов при определении предела прочности, отсутствием учета многократного переменного действия нагрузки, старения материалов и т.д. Запас прочности и величину допускаемого напряжения определяют и устанавливают в соответствии с нормативными требованиями в зависимости от вида и назначения материала, долговечности строящегося сооружения.

Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в его поверхность другого более твердого тела правильной формы Для определения твердости существует несколько методов. Твердость каменных материалов, стекла оценивают с помощью шкалы твердости Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости (1 — тальк или мел, 10 — алмаз. Твердость металлов и пластмасс рассчитывают по диаметру отпечатка вдавливаемого стального шарика определенной массы и размера {метод Бринелля), по глубине погружения алмазного конуса под действием заданной нагрузки {метод Роквелла) или площади отпечатка алмазной пирамиды (метод Виккерса). Твердость материалов определяет возможность их использования в конструкциях, подвергающихся истиранию и износу (полы, дорожные покрытия).

Истираемость характеризуется величиной потери первона чальной массы материала (г), отнесенной к единице площади истирания (см²). Истираемость определяют на специальных кругах или посредством воздействия на поверхность материала воздуш ной или водной струи, несущей в себе зерна абразивных мате риалов (песок определенной крупности). Сопротивление исти ранию определяют для материалов, предназначенных для полов, дорожных покрытий, лестничных ступеней.Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, применяемых для покрытия полов в цехах промышленных предприятий. Предел прочности материала при ударе характеризуется количеством работы, затраченной на разрушение образца, отнесенным к единице объема. Испытание материалов проводят на специальном приборе — копре.

Износ — разрушение материала при совместном действии истирающей и ударной нагрузок. Для определения износостойкости образцы материала испытывают в специальном вращающемся барабане с металлическими шарами. Прочность оценивают по потере массы образцов, выраженной в процентах. Износу подвергаются покрытия дорог, аэродромов и полов промышленных предприятий. Совокупность свойств материалов должна обеспечивать их долговременную нормативную эксплуатацию в зданиях и сооружениях — долговечность.

1.7. Технологические свойства

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, например, к технологическим свойствам древесины относятся хорошая гвоздимость, легкость обработки различными инструментами. Технологические свойства некоторых полимерных материалов включают способность обтачиваться, сверлиться, легко склеиваться, свариваться. Бетонные, растворные, глиняные, асфальтобетонные и другие смеси обладают пластичностью и вязкостью, которые обеспечивают заполнение определенного объема. Пластично-вязкие материалы по своим физическим свойствам занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми и при определенных условиях могут, как бы совмещать свойства твердого тела и жидкости. Известно, что глиняное или иное тесто можно разрезать ножом, чего нельзя сделать с жидкостью, но вместе с тем это же тесто под действием внешних сил может принимать форму сосуда, т.е. ведет себя как жидкость.

Пластичность — способность материала деформироваться без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы прекращается.

Пластичность — это важное свойство, влияющее на технологию производства бетонов, строительных растворов, керамических и других строительных материалов, а также на свойства готовых изделий. При высокой пластичности ускоряются и удешевляются операции смешивания и формования, повышается однородность готовых изделий, что благоприятно сказывается на их физических и механических свойствах, химической стойкости

Вязкостью, или внутренним трением, называют сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого.

Когда какой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние слои тоже вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление. Величина этого сопротивления зависит от вещественного состава и температуры. Для количественной характеристики вязкости служит коэффициент динамической вязкости (Па • с). Вязкостные свойства имеют большое значение при использовании органических вяжущих материалов, синтетических и природных полимеров, клеев, масел, красочных составов. Вязкость этих материалов снижается при нагревании и резко повышается с понижением температуры.

Лекция
Тема:Строительные материалы и изделия

} Строительный материал - материал, предназначенный для создания строительных конструкций зданий и сооружений и изготовления строительных изделий, а также для выполнения защитно-отделочных покрытий зданий и сооружений.

}

} Классификация строительных материалов по назначению позволяет выявить наиболее эффективные материалы, определить их взаимозаменяемость и после этого правильно составить баланс производства и потребления материалов.

} По виду исходного сырья строительные материалы делят на: природные и искусственные, минеральные и органические.

Природные, или естественные, строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки древесных материалов. Этим материалам при изготовлении изделий из них придают определенную форму и рациональные размеры, не изменяя их внутреннего строения, химического и вещественного состава. Чаще других из природных используют древесные и каменные материалы и изделия. Кроме них, в готовом к употреблению виде или при механической обработке можно получить природный битум или асфальт, камыш, торф, костру и другие природные продукты.

} Искусственные строительные материалы разделяют на:

} • безобжиговые - материалы, отвердевание которых происходит при обычных, сравнительно невысоких температурах с кристаллизацией новообразований из растворов, а также материалы, отвердевание которых происходит в условиях автоклавов при повышенных температуре 175...200 °С) и давлении водяного пара 0,9... 1,6 МПа);

} • обжиговые - материалы, формирование структуры которых происходит в процессе их термообработки в основном за счет твердофазовых превращений и взаимодействий.

} Указанное деление является отчасти условным, ибо не всегда возможно определить четкую границу между материалами. В конгломератах безобжигового типа цементирующиевяжущие представлены неорганическими, органическими, полимерными, а также смешанными (например, органоминеральными) продуктами.

} К неорганическим вяжущим относят: клинкерные цементы, гипсовые, магнезиальные и др.;

} к органическим - битумные и дегтевые вяжущие вещества и их производные;

} к полимерным - термопластичные и термореактивные полимерные продукты.

} Полимерные вяжущие вещества - важные компоненты при изготовлении полимербетонов, строительных пластмасс,

} стеклопластиков и других, нередко называемых композиционными материалами.

} Классификация искусственных строительных материалов (конгломератов), объединяемая общей теорией, расширяется с появлением новых вяжущих веществ, разработкой новых искусственных заполнителей, новых технологий или существенной модернизацией существующих, созданием новых комбинированных структур.

}

2 Бетоны и растворы
2.1 Бетоны и их физико–механические свойства

} Бетон - искусственный камневидный материал, представляющий собой затвердевшую бетонную смесь.

} Бетонная смесь - смесь вяжущего, заполнителей, затворителей и различных добавок.

} Бетонная смесь сухая - бетонная смесь без затворителя.

} Бетоны конструкционные - бетоны несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений определяющими требованиями к качеству которых являются требования по физико-механическим характеристикам.

} Бетоны специальные - бетоны, к которым в соответствии с их назначением предъявляются специальные требования.

} Бетоны теплоизоляционные - специальные бетоны, предназначенные для устройства тепловой изоляции конструкций, зданий и сооружений. Бетоны жаростойкие – специальные бетоны, предназначенные для работы в условиях воздействия температур более 200 °С.

} Бетоны химически стойкие – специальные бетоны, предназначенные для работы в условиях воздействия агрессивных сред.

} Бетоны напрягающие - специальные бетоны на основе напрягающего цемента обладающие способностью при твердении увеличиваться в объеме и в условиях ограничения деформаций развивать усилие самонапряжения.

} Бетоны декоративные - специальные бетоны, предназначенные для отделки зданий и сооружений.

} Бетоны радиационно-защитные - специальные бетоны, предназначенные для защиты от воздействия радиационных излучений.

} Бетоны дорожные (для дорожных и аэродромных покрытий) - специальные бетоны с повышенными требованиями по морозостойкости и прочности на растяжение при изгибе предназначенные для устройства транспортных коммуникаций. Бетоны гидротехнические - специальные бетоны, предназначенные для строительства гидротехнических, мелиоративных и водохозяйственных сооружений.

} Бетоны на цементных вяжущих – бетоны, на основе клинкерных цементов.

} Бетоны на известковых вяжущих - бетоны на основе извести в сочетании с активными гидравлическими компонентами (цемент, шлаки золы) и кремнеземистыми компонентами (песок, минеральные добавки).

} Бетоны на гипсовых вяжущих - бетоны на основе полуводного гипса или ангидрита гипса (включая гипсоцементно-пуццолановые и т.п. вяжущие).

} Бетоны на шлаковых и зольных вяжущих - бетоны на основе молотых шлаков и зол с активизаторами твердения (щелочными растворами известью цементом или гипсом).

} Бетонополимеры - бетоны на минеральном вяжущем пропитанные мономерами или полимерами с их последующим отверждением. Бетоны на специальных заполнителях - бетоны на искусственных или природных заполнителях, обеспечивающих специальные свойства бетонов (плотность, коррозионную стойкость, огнестойкость и другие)

} Бетоны мелкозернистые (пескобетон) - бетоны на цементном вяжущем и плотных мелких заполнителях.

} Бетоны плотные - бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого или только мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим, в том числе с искусственно созданной в объеме не более 7 % пористостью за счет применения поризующих добавок.

} Бетоны поризованные - бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого или только мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим с искусственно созданной в объеме более 7 % пористостью за счет применения поризующих добавок.

} Бетоны крупнопористые - бетоны, у которых пространство между зернами крупного заполнителя неполностью заполнено затвердевшим вяжущим, в том числе с искусственно созданной пористостью за счет применения поризующих добавок.

} Бетоны ячеистые - бетоны без крупного заполнителя, у которых основную часть объема составляют равномерно распределенные поры в виде ячеек, полученных с помощью газо- или пенообразователей.

} Бетоны легкие - бетоны на пористом крупном и пористом или плотном мелком заполнителе со средней плотностью в сухом состоянии в пределах до 2000 кг/м³

} Бетоны тяжелые - бетоны плотные на плотных крупных и мелких заполнителях со средней плотностью в сухом состоянии в пределах 2000-2600 кг/м³.

} Бетоны сверхтяжелые - бетоны со средней плотностью в сухом состоянии более 2600 кг/м³. Бетоны высокопрочные - бетоны класса по прочности В45 и выше

} Бетоны естественного твердения - бетоны, твердеющие в естественных условиях без подвода тепла от искусственных источников.

} Бетоны с противоморозными добавками - бетоны, в состав которых введены химические добавки обеспечивающие твердение бетонов при отрицательной температуре.

} Класс бетона - одно из нормируемых значении унифицированного ряда данного показателя качества бетона принимаемого с гарантированной обеспеченностью.

} Марка бетона - одно из нормируемых значений унифицированного ряда данного показателя качества бетона, принимаемого по его среднему значению.

} Тепловая обработка бетона (прогрев) - условия твердения бетона при подводе тепла различными способами без создания паровоздушной среды за счет подачи водяного пара.

} Зимние условия твердения бетона - условия твердения бетона, характеризующиеся отрицательной температурой окружающей среды.

} Критическая прочность бетона - прочность бетона, минимально необходимая к моменту замерзания.

} Уход за бетоном - система мероприятий по обеспечению требуемого температурно-влажностного режима твердения бетона с целью достижения расчетных физико-механических характеристик к проектному возрасту бетона.

} Бетон как материал для железобетонных конструкций должен обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью (непроницаемостью) для защиты арматуры от коррозии.

} Сокращенное наименование бетонов, применяемых для несущих железобетонных конструкций, установлено следующее:

Ø тяжелый бетон — бетон плотной структуры, на плотных заполнителях, крупнозернистый, на цементном вяжущем, при любых условиях твердения;

Ø мелкозернистый бетон — бетон плотной структуры, тяжелый, на мелких заполнителях, на цементном вяжущем при любых условиях твердения;

} легкий бетон — бетон плотной структуры, на пористых заполнителях, крупнозернистый, на цементном вяжущем, при любых условиях твердения.

} На прочность бетона оказывают влияние многие факторы: зерновой состав (его подбирают так, чтобы объем пустот в смеси заполнителей был наименьшим), прочность заполнителей и характер их поверхности, марка цемента и его количество, количество воды и др.

} Необходимая плотность бетона достигается подбором зернового состава, высококачественным уплотнением бетонной смеси при формовании, применением достаточного количества цемента, которое колеблется от 250 до 500 кг/м3. Повышение плотности бетона ведет и к повышению его прочности. Чтобы сократить расход цемента, марка его должна быть выше требуемой прочности бетона.

}

} 2.3 Растворы и их физико–механические свойства

2.3.1 Классификация строительных растворов

} Строительные растворы, классифицируют:

} а) по применяемым вяжущим и средней плотности;

} б) по назначению на:

* кладочные;

* монтажные;

* штукатурные (для обычных и защитно-отделочных штукатурок);

* специальные.

} Растворные смеси классифицируют по степени готовности.

} К специальным растворам относят гидроизоляционные, кислотостойкие, жаростойкие, акустические, теплоизоляционные, рентгенозащитные, инъекционные и др., к которым в зависимости от назначения предъявляют специальные требования.

} 2.3.2 Физико-механические свойства растворов

} Затвердевшие растворы должны обладать определенной плотностью, заданной прочностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, постоянством объема и в отдельных случаях химической стойкостью.

} Плотность раствора зависит от вида и химического состава заполнителя.

} Истинная плотность обычных цементно-песчаных растворов составляет 2600...2700 кг/м³. По средней плотности, как известно, строительные растворы подразделяют на тяжелые и легкие.

} Растворы плотностью 1500 кг/м³ и более относят к тяжелым; для их приготовления используют плотные заполнители с насыпной плотностью более 1200 кг/м.

} К легким относят растворы с плотностью менее 1500 кг/м³; их приготовляют на легких пористых заполнителях с насыпной плотностью менее 1200 кг/м³.

} Тяжелые растворы плотны, прочны, морозостойки и теплопроводны. В отличие от тяжелых легкие растворы благодаря наличию пор, заполненных воздухом, малотеплопроводны.

} Они достаточно прочны, но не всегда морозостойки. Поэтому легкие растворы применяют не для наружных, а для внутренних штукатурок и устройства подготовок под полы. Плотность раствора зависит также и от зернового состава заполнителя. Наибольшая плотность заполнителя и раствора будет при определенном соотношении между количеством зерен различной крупности. Так, 1 м³ песка с зернами размером 1 мм весит около 1400 кг, а смесь зерен размером 0,14...5 мм весит 1600...1800 кг.

} Прочность строительного раствора характеризуют маркой, которую определяют по пределу прочности при сжатии стандартных образцов-кубов, изготовленных из рабочей растворной смеси и испытанных после 28-суточного твердения (ГОСТ 5802—86).

} По пределу прочности при сжатии (кгс/см²) для растворов установлены марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 и 300.

} Малопрочные растворы марок 4 и 10 получают из местных вяжущих и извести. Прочность растворов при изгибе примерно в 5, а при растяжении в 10 раз меньше прочности при сжатии.

} Прочность раствора прежде всего зависит от активности и количества вяжущего, от количества воды, качества заполнителей, тщательности приготовления раствора, условий и продолжительности твердения.

} Вяжущее вещество в виде теста в растворной смеси твердеет, образуя плотный камень, соединяющий зерна заполнителя в монолит. Следовательно, прочность раствора будет находиться в зависимости от прочности образовавшегося камня и прочности его сцепления с заполнителем.

} Прочность раствора весьма зависит от активности вяжущего. При прочих равных условиях, чем прочнее вяжущее, тем прочнее и раствор.

} На свойства раствора, и в частности на его прочность, влияет количество воды затворения, которое характеризуют водовяжущим (водоцементным) отношением — числом, которое получают при делении массы воды затворения на массу вяжущих материалов. Например, для приготовления раствора потребовалось 100 кг воды и 200 кг вяжущего; разделив 100 на 200, получим 0,5. Полученное число и есть водовяжущее отношение.

}

} 3 Каменные материалы и изделия

} Каменные стеновые материалы классифицируют по назначению, виду применяемого сырья и способу изготовления, плотности, теплопроводности, прочности на сжатие. По назначению — на рядовые, предназначенные для кладки наружных и внутренних стен, и лицевые, идущие на облицовку стен.

} По виду применяемого сырья и способу изготовления различают:

} - изделия, изготовляемые методом пластического или полусухого прессования, из глины, трепела, диатомита и другого сырья, способного спекаться при обжиге;

} - силикатные изделия, изготовляемые методом прессования смеси песка и извести или другого кремнеземистого или известково-содержащего компонента, твердеющие в автоклаве;

} - бетонные изделия, изготовляемые из смеси минерального вяжущего материалы (цемент, известь, шлак, гипс и др.) и пористого или плотного заполнителя, твердеющих в естественных условиях или в процессе тепловой обработки;

} - изделия, изготовляемые из горных пород (природные камни) выпиливанием.

} Каменные материалы и изделия, изготовленные на их основе, должны отвечать следующим требованиям: размеры кирпича глиняного обыкновенного пластического и полусухого прессования и кирпича силикатного автоклавного: одинарного 250 х 120 х 65 мм, утолщенного 250 х 120 х 88 мм, модульного 288 х 138 х 63 мм; марки кирпича по морозостойкости: F15, F25, F35, F50.

}

} Камни бетонные стеновые изготовляют из тяжелых, облегченных и легких бетонов. Стеновые блоки из ячеистых бетонов мелкие изготовляют способом автоклавного Стеновые блоки из известняков и туфов получают путем выпиливания механическим способом из массива горной породы или путем распиловки блоков-заготовок. Они предназначены для кладки стен, перегородок и других частей зданий и сооружений.