Глава 11. Строительные материалы.
Всё, что построено человечеством, изготовлено из строительных материалов.
Цели и задачи.
Цель изучения темы строительные материалы состоит в формировании знаний по основным видам строительных материалов: цементу, цементным растворам, видам бетонов, кирпичу.
Задачи:
- понять из каких компонентов состоит цемент, виды цементов, технологию получения, области применения;
- ознакомиться с видами цементных растворов;
- уяснить из каких компонентов состоит бетон, какие их функциональные характеристики используются в бетонной смеси, классификацию бетонов, области применения каждого из видов бетона;
- сформировать знания по видам кирпичей, их свойствам и применению;
Виды строительных материалов.
Строительные материалы – обширная группа материалов природного или технического происхождения, используемая для сооружения жилых, общественных, промышленных зданий и сооружений.
Первыми строительными материалами являлись известняк, ракушечник, глина, дерево.
Первые сооружения в Египте, Древней Греции, Священной Римской империи изготовляли из обработанных камней. Степень взаимной подгонки деталей была настолько тщательной, что даже сегодня через многие столетия между камнями невозможно поместить лезвие бритвы. Создаваемые конструкции проявляли высокую устойчивость к землятресениям. Конструкция оставалась невредимой после сдвига деталей относительно друг друга. Разрушены древние шедевры в основном самим человеком.
|
|
|
Вероятно, кирпич является самым древним строительным материалом, изготовленным из переработанных природных минералов. Хотя вплоть до нашего времени широчайшее распространение имел во многих странах необожженный кирпич-сырец, часто с добавлением в глину резаной соломы, применение в строительстве обожженного кирпича также восходит к глубокой древности, о чём свидетельствуют постройки в Египте, в третьем, втором тысячелетие до н.э.. Особенно важную роль играл кирпич в зодчестве Месопотамии и Древнего Рима, где из кирпича (45х30х10 см) выкладывали сложные конструкции, в том числе арки, своды. Ярким примером использования кирпичного строительства в России времён Иоанна III стало строительство стен и храмов Московского Кремля, которым заведовали итальянские мастера.
Бетон был изобретён ещё в Древнем Риме. Застывая, бетон приобретал прочность и долговечность камня. В его состав входил яичный желток.
Древними цивилизациями был также изобретён кирпич. Интересно, что его размеры не сильно отличались от размеров современного кирпича.
Развитие техники вызвало прогресс в строительных материалах. В частности, был изобретён железобетон (рис. 11.1.). Бетон хорошо сопротивляется сжимающим усилиям и значительно слабее (в 10 – 15 раз) растягивающим. Излечить бетон от этого недуга удалось безвестному французскому садовнику Ж. Монье. Он первым показал миру вещь, изготовленную из нового материала. Корни пальм, выращенных садовником, быстро разрывали деревянные бочки. Тогда Монье решил сделать их из бетона. Эти кадки служили дольше, но при перевозке на дальние расстояния они разваливались. Монье все же нашел выход из затруднительного положения. Он взял две деревянные бочки, одну побольше, другую поменьше, и поставил их одну в другую, опустил вдоль стенок железные стержни, залил промежуток цементным раствором. Когда он затвердел, садовник сбил обручи, разбросал доски. Цветочная кадка получилась на редкость прочной. Она отлично выдержала напор корней пальм. Так впервые, сам того не сознавая, Монье сделал открытие в строительной технике, которому вскоре суждено было найти широкое распространение во всех странах мира.
|
|
|
Использование железобетона развивалось по спирали. На первых порах сооружения делались монолитными. Каждая постройка воздвигалась как бы дважды: один раз в дереве (в виде опалубки, точно воспроизводившей колонну или балку), а второй раз в бетоне, заполнявшем форму, внутри которой находилась железная арматура. Вскоре строители поняли, что этот способ нерационален. Появился сборный железобетон, использование которого втрое сократили трудовые затраты, резко ускорились темпы возведения зданий.
|
|
|
В наши дни снова вернулись к монолитным конструкциям зданий. Несущей конструкцией является единая внутренняя часть здания, изготовленная из железобетона, а стены и перегородки изготавливают из легких высокоэффективных теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов.
Развитие и появление разнообразнейших теплоизоляционных материалов определили высокие стоимости электроэнергии и тепла. В Римской империи тролли для улучшения теплоизоляции строили свои сооружения из камней с толщиной стен до 2 – 2.5 метров. Такую же теплопроводность обеспечивают современные теплоизоляционные материалы при их толщине в 0.1 – 0.2 метра. Для теплоизоляционных материалов, например пенопластов, характерна низкая плотность. Их сочетание с кирпичными стенами, позволяет уменьшить толщину стен. Использование облицовочных плит для оформления внешнего вида зданий расширяет архитектурные решения.
|
|
|
Появление пеноизделий с пониженной плотность уменьшило вес зданий и нагрузки на грунт. Применяемые монолитные фундаменты позволили исключить использование сваебойной техники в плотно застроенных частях городов.
Различные виды изделий с использованием цемента позволили создать тротуарные и облицовочные материалы, заменители природного камня. Керамобетон долговечен, удобен в использовании, отличается высоким разнообразием форм и окрасок, обладает высокими эстетическими свойствами.
Пластиковые окна с теплоизоляционными стеклопакетами позволяют заметно снизить тепловые потери, повысить уровень естественного освещения. Гарантийный срок эксплуатации окон из высококачественных полимеров составляет не менее 25 лет.
Полы из полимерных материалов с твёрдыми неорганическими наполнителями обеспечивают высокую гладкость поверхности, твердость, хорошую сцепляемость, высокую износостойкость.
Дальнейшее развитие строительных материалов происходит в направлении создания их различных композиций.
Цемент, портландцемент.
Цемент начали производить в прошлом столетии. В начале двадцатых годов XIX в. Е. Челиев получил обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей работы в книге, изданной в Москве в 1825г. В 1856г. был пущен первый в России завод портландцемента.
Цемент – это собирательное название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.
Цемент каждого вида может при твердении развивать различную прочность, характеризуемую маркой. Выпускают цементы преимущественно марок 200, 300, 400, 500 и 600 (по показателям испытания в пластичных растворах). С повышением марки цемента эффективность его применения в бетонах часто возрастает за счет уменьшения удельного расхода вяжущего.
Из числа цементов разных видов наиболее важное значение имеет портландцемент.
Портландцемент – смесь нескольких химических веществ. Многочисленные исследования и многолетний практический опыт показывают, что для получения портландцемента элементарный химический состав клинкера, условно выражаемый по содержанию важнейших в нем окислов, должен находиться в следующих пределах: СаО 62 – 68; SiО2 18 – 26; А12О3 4 – 9; Fe2O3 0,3 – 6 масс. %. Весовое отношение оксида кальция к остальным оксидам называется гидромодулем цемента и характеризует его технические свойства, например способность к затвердеванию. Для силикатных цементов гидромодуль близок к двум.
Эти данные показывают, что для производства портландцемента следует применять сырьевые материалы со значительным содержанием окиси кальция и алюминия. Этому условию отвечают широко распространенные в природе осадочные породы – известняки и глины. В известняках преобладает карбонат кальция, который, диссоциируя при обжиге, дает окись кальция. В глинах имеются различные гидросиликаты алюминия, формула которых имеет общий вид А12О3 • nSiO2 • mH2О. Кроме того, в составе глин обычно содержатся двуокись кремния, в виде кварцевого песка и окислы железа. Эффективно применение геологической породы - мергели, которые по составу соответствуют цементной смеси.
Соотношение между сырьевыми компонентами устанавливают на основании предварительно проведенных анализов. Тщательно дозируя известняк и глину или заменяющие их материалы, получают сырьевую смесь. При этом в нее часто вводят так называемые корректирующие добавки с тем, чтобы смесь имела нужный химический состав. Такими добавками служат, например, железная руда или колчеданные огарки, если в данной глине не хватает окислов железа, или добавляют трепел, песок, если требуется повысить содержание двуокиси кремния в смеси.
Сырьевую смесь можно приготовлять сухим и мокрым способами. При сухом способе сырьевые материалы высушивают, а затем измельчают. При мокром способе, более распространенном, чем сухой, сырьевые материалы измельчают в присутствии воды, а затем смешивают. Независимо от применяемого способа всегда стремятся хорошо измельчить и смешать сырьевые компоненты. Тонкость и однородность смеси предопределяет качество клинкера, так как с увеличением дисперсности реагирующих веществ и при улучшении контактов между их частицами быстрее и полнее идут реакции между ними.
Получаемую при мокром способе суспензию сырьевых материалов в воде называют шламом. Эта сметанообразная масса, содержащая 32 – 45% воды, подается насосом в специальные емкости, называемые шламбассейны, где корректируется ее состав, а также создается некоторый запас для бесперебойной работы печей. Из бассейна шлам поступает для обжига во вращающуюся печь, представляющую собой длинный цилиндрический барабан (например, длиной 185м, диаметром 5м), медленно вращающийся вокруг своей оси. Печь составлена из звеньев, сваренных из толстой котельной стали, и изнутри облицована огнеупорным кирпичом. Температура в печи составляет более 1000оС, время обработки смеси несколько часов.
Полученный после термообработки продукт - клинкер представляет собой плотную спечённую массу. Его размалывают в многокамерных шаровых мельницах и получают цемент. При помоле клинкера всегда добавляют небольшое количество двуводного гипса для регулирования сроков схватывания цемента.
Глиноземистый цемент обладает более высокими качествами, чем силикатный. Получают цемент при употреблении глин с малым содержанием кремнезема. Главной составной частью такого цемента являются алюминаты кальция, что делает его более дорогим. Так, глиноземистый цемент лучше противостоит действию морской воды, быстрее схватывается, кроме того, присоединение воды к алюминатам кальция - реакция экзотермическая. Это очень важно, так как можно вести работы в зимнее время, не тратя средства на обогрев конструкций. Уже через сутки затвердевший глиноземистый цемент имеет такую прочность, какую силикатный приобретает лишь через месяц. Не случайно этот цемент называют каменным клеем. С его помощью удается приготовить бетон, который не боится воды, не горит в огне, служит долго и надежно.
Цементные растворы.
Цементные растворы – композиционный материал, состоящий из смеси вяжущего компонента цемента, извести, глины, гипса, а также песка и воды, приобретающий при затвердевании высокую твёрдость и прочность. Их применяют при сооружении подземных конструкций и при кладке стен, контактирующих с влагой. Прочность раствора определяется его маркой, то есть способностью выдерживать определенную нагрузку на сжатие. Марки растворов зависят от активности цемента и его расхода на 1м3 песка.
Нормальный раствор содержит в надлежащей пропорции вяжущее и заполнитель, жирный имеет избыток вяжущего, поэтому он трескается. При перемешивании тощий раствор не прилипает к веслу, нормальный раствор прилипает отдельными сгустками, а жирный раствор сильно обволакивает. Жирность раствора регулируют добавлением вяжущего или заполнителя. В тощий раствор следует добавить вяжущего, в жирный помещают заполнитель.
Прочность затвердевшего раствора является основной характеристикой и определяется свойством и количественным соотношением компонентов. Особую роль в прочности раствора играет активность вяжущего, длительность его твердения и водоцементное соотношение. Все вместе взятые характеристики определяют марку раствора, которая устанавливается по пределу прочности на сжатие после 28 суток твердения при температуре 5–25°С. Наиболее часто применяемые в индивидуальном строительстве марки раствора: 15; 50; 75; 100 и 150. Основные марки растворов, применяемых для кладки фундаментов, приведены в таблице 11.1.
Примечание: Составы растворов даны в объемных соотношениях. Песок принят средней крупности, влажностью 2% и более. При употреблении сухого песка его дозировка уменьшается на 10%.
Таблица 11.1.
Растворы для кладки фундамента и цоколей.
|
Марка цемента | Тип грунта | |||
| Маловлажный | Влажный | Насыщенный водой | ||
| Цементно-известковый раствор М10 (цемент, известковое тесто, песок) | Цементно-глиняный раствор М25 (цемент, глиняное тесто, песок) | Цементно-известковый и цементно-глиняный раствор М25 (цемент, известь или глина, песок) | Цементный раствор М50 (цемент, песок) | |
| 50 | 1:0,1:2,5 | 1:0,1:2,5 | - | - |
| 100 | 1:0,5:5 | 1:0,5:5 | 1:0,1:2 | - |
| 150 | 1:1,2:9 | 1:1,7 | 1:0,3:3,5 | - |
| 200 | 1:1,7:12 | 1:1:8 | 1:0,5:5 | 1:2,5 |
| 250 | 1:1,7:12 | 1:1:9 | 1:0,7:5 | 1:3 |
| 300 | 1:2,5:15 | 1:1:11 | 1:0,7:8 | 1:4,5 |
| 400 | 1:2,1:15 | 1:1:11 | 1:0,7:8 | 1:6 |
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 362; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!