контрольная работа по строительным материалам. -------_б2СТЗСз-21_201-_7. Контрольная работа по дисциплине Строительные материалы студент 2 курса, группы б2стзс з21
 Скачать 51.41 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. Институт урбанистики, архитектуры и строительства Кафедра «Строительные материалы и технологии» Направление: «Строительство» Профиль: «Промышленно-гражданское строительство» Контрольная работа по дисциплине Строительные материалы Выполнил: студент 2 курса, ************************ группы б2-СТЗС з21 № зачетной книжки ************** Проверил: ассистент кафедры СМТ Багапова Д.Ю.____________ Сдал __.__.____ Саратов 2019 Содержание Теплотехнические свойства материалов…………………………………..3 Глиноземистый цемент……………………………………………………..6 Состав и виды нефтяных битумов………………………………………..11 Задача № 4………...………………………………………………………..17 Список литературы……………………….……………………………….18 Вопрос1. Теплотехнические свойства материалов Строительные материалы, используемые для ограждающих конструкций, должны быть не только прочными и долговечными, но и обладать надлежащими теплотехническими свойствами, например теплопроводностью, теплоемкостью, огнестойкостью, огнеупорностью, термической стойкостью. Теплопроводность - способность материала передавать теплоту через свою толщу при наличии разности температур по обе стороны материала. Теплопроводность зависит от вида материала, пористости, характера пор, его влажности и плотности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Значение теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, равным количеству теплоты, проходящей через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 за 1 ч при разности температур на противоположных поверхностях образца в 1 °С, Вт/(м · °С):  где Q - количество проходящей теплоты, Дж; а - толщина слоя материала, м; А - площадь, через которую проходит тепловой поток, м ; t2 - t1 - разность температур по обеим сторонам слоя материала, °С; Z - время прохождения теплового потока, ч. В строительной технике коэффициент теплопроводности является одной из главных характеристик стеновых и теплоизоляционных материалов. Ниже приводится теплопроводность некоторых теплоизоляционных материалов. Теплоемкость - способность материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты. Она характеризуется коэффициентом теплоемкости С, Дж/ (кг·°С):  где Q - количество теплоты, затраченной на нагревание материала от t1 до t2, Дж; m - масса материала, кг; t2 – температура после нагревания °С t1 – температура до нагревания °С. Теплоемкость материалов необходимо учитывать при теплотехнических расчетах ограждающих конструкций, при расчете степени подогрева материалов для зимних бетонных и каменных работ, а также при проектировании печей. Огнестойкость - способность материалов выдерживать без разрушений одновременное действие высоких температур и воды. Пределом огнестойкости конструкции называется время (в часах) от начала огневого испытания до появления одного из следующих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности более чем на 140 °С в среднем или на 180 °С в любой точке по сравнению с температурой до испытания. Предел огнестойкости кирпичной стены толщиной в один кирпич равен 5,5 ч; незащищенных стальных колонн - 0,25; балок, ферм, плит, панелей стен из железобетона - 0,5 ч. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы: несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы (бетон, кирпич, асбестовые материалы) под действием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются; трудно сгораемые материалы (например, арболит, фибролит, асфальтобетон) с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но происходит это только при наличии источника огня; сгораемые материалы (дерево, толь, пластмассы) воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня. Огнеупорность - способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности материалы подразделяются на огнеупорные (например, шамотные изделия) - выдерживающие действие температур от 1580 °С и выше, тугоплавкие (например, гжельский кирпич), выдерживающие температуру 1360 ... 1580 °С, легкоплавкие (обыкновенный керамический кирпич), выдерживающие температуру ниже 1350 °С. Термическая стойкость материала характеризуется максимальной величиной длительно действующей температуры, при которой конструкционные свойства материала сохраняются. Например, для древесины термическая стойкость равна 50 °С, обычного бетона - 200 ... 250, полимербетона - 140 °С. Вопрос2. Глиноземистый цемент Существуют строительные материалы, без которых возведение зданий либо конструкций различного назначения и конфигурации выполнить невозможно. К такой продукции относится цемент, представленный на рынке в большом многообразии. Среди имеющегося перечня можно выделить глиноземистый цемент, популярность которого обусловлена рядом специфических характеристик. Такое сырье, как цемент, представляет собой группу продукции, в состав которой входят гидравлические вещества на основе алюминатов и силикатов, образуемые при термообработке компонентов.Особое место в линейке данных товаров отводится строительной смеси быстродействующего типа, главной характеристикой которой является способность материала застывать не только при контакте с воздухом, но и в воде. Эту продукцию называют глиноземистым цементом. Кроме того, встречаются и другие названия продукции, например, алюминатный цемент. Производство сырья происходит по специальной технологии, в ходе которой базовые компоненты дополнительно обогащаются глиноземом. После этого состав проходит термическую обработку в доменных либо же электродуговых заводских печах, а затем дробится до необходимого размера частиц. Химическая формула и технические характеристики данной продукции позволяют использовать ее для приготовления жаростойкого бетона. Главной отличительной особенностью глиноземистого цемента от сырья других марок является огнестойкость, которая в разы превосходит аналогичные показатели продукции других фирм, например, портландцемента. Глиноземистый цемент часто применяется в качестве одного из компонентов в различных составах, смешиваясь с магнезитом или шамотом, что позволяет изготавливать гидравлически застывающие огнестойкие растворы. Производство цемента осуществляется на основе бокситов и известняка в совокупности с рядом других веществ, которые отвечают за те или иные характеристики состава. Современные производственные мощности пользуются двумя способами выпуска состава согласно ГОСТ – спекание и плавление. Выбор метода производства основывается на специфике состава бокситов и уровне содержания в элементах разных включений, например, оксида железа. В ходе выбора последнего способа изготовления, к качеству бокситов предъявляются очень высокие требования. Процесс начинается с погружения состава в печи с водяным охлаждением. Горячий воздух, подача которого происходит через фурмы, обеспечивает процедуру плавления состава. По окончанию обработки сырье охлаждают и измельчают. Гораздо реже прибегают к способу дуговой плавки, благодаря которому цементу становятся присущи самые высокие качественные характеристики. После производства проводится дальнейшая подготовка состава, включающая в себя смешивание всех ингредиентов. Затем они гранулируются или брикетируются. При использовании для выпуска глиноземистого цемента доменных печей в результате производства образуется высокоглиноземистый шлак, в составе которого нет железа, но имеется большое содержание кремнезема. Подобная продукция имеет недостаток, связанный с минимальными показателями прочности состава на первых порах его затвердевания. В отечественном производстве способ получения цементной смеси путем доменной плавки стал очень востребован. Состав можно классифицировать на несколько видов, исходя из содержания извести: малоизвестковая смесь, где показатель содержания вещества составляет менее 40%; высокоизвестковый продукт, где наличие CaO составляет более 40%. В качестве известкового компонента выступают известняки либо же обожженная известь. Высокоизвестковая продукция примечательна быстрым схватыванием. А низко известковые составы отличаются более длительным процессом затвердевания. Продукция обладает высокими показателями вязкости и прочности. Такие качества присущи смеси за счет присутствия в веществе алюминатов кальция. Технология застывания такого состава ничем не отличается от аналогичного процесса, происходящего с ПЦ. Но отличительной особенностью затвердевания глиноземистого цемента является значительное выделение тепла – в первые 24 часа выходит порядка 70% тепла, что не всегда безопасно в ходе строительства. Обусловлено это тем, что увеличение температуры среды более чем на 20% сокращает устойчивость раствора в 2 раза.Глиноземистый состав образует плотный камень, отличающийся устойчивостью к агрессивным средам. Однако действие щелочи и извести для него губительно. Состав начинает застывать через полчаса после заливки, завершается данный процесс примерно через 12 часов. Глиноземистую смесь рекомендуют для применения при отрицательных температурах, объясняется это уровнем выделения тепла.Смеси присущи высокие показатели устойчивости к агрессивным газообразным веществам и жидкостям. Она сохраняет свои свойства и структуру при контакте с хлористыми, углекислыми и другими водами за счет водонепроницаемости состава. Кроме того, устойчивость сырья к воздействию высоких температур, включая открытый огонь, позволяет охарактеризовать цемент как огнеупорный материал. Его качества только улучшаются от включения таких ингредиентов, как магнезит и хромированная руда. Самой благоприятной для твердения состава температурой является 25С при максимальном уровне влажности.Применение в строительстве глиноземистого цемента увеличивает показатель сцепления раствора с арматурой из стали, что в свою очередь, укрепляет монолит всей конструкции, положительно влияя на долговечность сооружений. Но, несмотря на внушительный перечень положительных свойств цемента, продукция имеет ряд недостатков: Чувствительность сырья к нагреву, превышающему 25С при застывании состава. Это может повлечь за собой деформацию конструкции. Поэтому его не рекомендуют эксплуатировать в жарких климатических условиях либо же советуют затворять холодной водой. Продукция имеет более высокую стоимость, в сравнении с ПЦ, за счет чего она менее востребована. Большая часть растворов щелочи сможет разрушить бетон и камень, в составе которых присутствует глиноземистый цемент. Для работ, как правило, готовят смесь в небольших объемах, поскольку цемент не содержит компонентов, замедляющих процесс затвердевания. В результате этого состав начинает схватываться вскоре после приготовления. Главной сферой эксплуатации цемента все же остается промышленное строительство. Объясняется востребованность продукции именно в этой сфере наличием разного рода объектов, где необходимо применение сырья, имеющего устойчивость к высоким термическим воздействиям, доходящим иногда до 1300С. Помимо температур, на материал могут воздействовать агрессивные вещества. С помощью состава осуществляется реконструкция и ремонт пришедших в негодность мостовых конструкций разного уровня сложности и конфигурации. Смесь пользуется широким спросом в случаях, когда требуется скоростное возведение сооружений с обретением максимальной устойчивости постройки в течение 3 дней. Глиноземистый цемент используется в строительных целях, а именно там, где необходимы материалы, обладающие сульфат стойкостью. Крепление и фиксация анкерных болтов проводится при использовании глиноземистого состава. Изготовление тары, которая будет эксплуатироваться при непосредственном контакте с агрессивными веществами, происходит с включением в состав такой цементной смеси. Продукцию используют в работе при обустройстве нефтяных скважин. Смесь применяется в качестве ускорителя для застывания бетона. При помощи глиноземистого цемента проводится ремонт морских судов. Ремонтные работы по заделыванию течи в породе, которая сопровождается перерасходом воды, выполняются таким составом. Цемент также используют для приготовления огнеупорного бетона. Смесь применяется для строительства железобетонных конструкций. Цемент нашел свое применение в строительстве подземных и морских сооружений. Продукцию используют в качестве добавки в клеевые составы, работы с которыми проводятся в области строительной химии. Смесь выступает в роли основного ингредиента при изготовлении водонепроницаемых и расширяющихся составов. Однако, кроме эксплуатации в промышленной строительной сфере, глиноземистый цемент достаточно часто эксплуатируется в качестве строительной продукции в ходе выполнения работ, связанных с частным и домашним строительством. Расширение области применения материала связано с индивидуальными свойствами сырья, но гипсоглиноземистый цемент в быту не используется в силу своей дороговизны. Вопрос3. Состав и виды нефтяных битумов Получение высококачественных битумов из нефти разной природы (компонентный состав) возможно при правильном определении не только вклада того или иного процесса в общую технологическую схему производства, но и последовательности их проведения. Битум — это продукт черного цвета с плотностью около единицы, с низкой тепло- и электропроводностью. Он прекрасно противостоит воздействию различных химических реагентов, водо- и газонепроницаем, устойчив к действию различных видов радиации и длительному тепловому воздействию. Именно такие ценные качества битумов в сочетании с низкой стоимостью и массовым производством сделали их незаменимыми во многих областях хозяйства. Будучи веществом аморфным, битум не имеет температуры плавления. Переход от твердого состояния к жидкому характеризуется температурой размягчения, которая обычно определяется по методу «кольца и шара». Твердость битумов оценивается путем измерения пенетрации, а пластичность - растяжимостью (дуктильностью). Битумы не растворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и др. органических растворителях; плотностью 0,95—1,50 г/см3. Как будет подробно рассмотрено ниже, нефтяные битумы по способу производства делятся на остаточные, окисленные и компаундированные. Остаточные битумы – мягкие легкоплавкие продукты, окисленные – эластичные и термостабильные. Битумы, получаемые окислением крекинг-остатков, содержат большое количество карбенов и карбоидов, которые нарушают однородность битумов и ухудшают их цементирующие свойства. Элементный состав Нефтяные битумы представляют собой полутвёрдые и твёрдые продукты, состоящие из углерода и водорода, содержащие определённое количество кислород-, серо-, азотсодержащих соединений, а также целый ряд металлов (Fe, Wg, V, Ni и др.)Элементный состав их следующий, масс. %: углерода 80—85, водорода 8—11,5, кислорода 0,2—4. серы 0,5—7, азота 0,2—0,5. Компонентный состав Нефтяные битумы - это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой являются масла и смолы, а дисперсной фазой – асфальтены. В зависимости от степени агрегирования и пептизации нефтяные битумы образуют различные мицеллярные системы – золи, золи-гели, гели. Компонентный состав битума предопределяет его коллоидную структуру и реологическое поведение и тем самым – технические свойства, которые характеризуются условными показателями качества, определяемые в стандартных условиях. Рассмотрим основные из них. Из-за большого многообразия соединений, входящих в состав битума, не представляется возможным выделить какие-либо индивидуальные вещества из этой сложной смеси. Кроме того, основная масса соединений, входящих в его состав, представляет собой вещества гибридного характера. Единственный класс соединений, которые можно выделить из битумов в более или менее чистом виде, — это парафины. Сложность состава битумов подтверждается и тем, что их молекулярно-весовое распределение охватывает границы от 300 до 40000 и более. Все это является причиной того, что анализ битумов затруднителен, неточен и преследует своей целью выделить лишь характерные группы, отличающиеся большим или меньшим однообразием их состава. В состав нефтяных битумов входят следующие группы веществ, различающихся по растворимости: - асфальтены (наиболее высокомолекулярные соединения нефти), которые растворимы в хлороформе, сероуглероде, не растворяются в спирте, эфире и ацетоне. Асфальтены обуславливают твёрдость и высокую температуру размягчения битума, смолы – его эластичность и цементирующие свойства, масла – морозостойкость; - асфальтогеновые кислоты – кислые смолистые вещества, растворимые в спирте, хлороформе, плохо растворимые в бензине; - нейтральные смолы, растворимые в нефтяных маслах, бензоле, эфире, хлороформе и уплотняющиеся при нагревании и кислотной обработке в асфальтены; - нефтяные масла ; - карбены – высокомолекулярные вещества, образующиеся вследствие уплотнения асфальтенов в присутствии серы; растворимы в пиридине, сероуглероде; - карбоиды – вещества не растворимые в органических растворителях. Более подробно рассмотрим некоторые из них. Масла Наиболее легкой частью битумов являются масла. Состав масляного компонента зависит не только от природы исходной нефти, но и от условий получения остатка. К тому же именно состав масляного компонента гудрона меняется наиболее значительно при изменении глубины отбора дистиллятных фракций в процессе перегонки нефти. С повышением содержания масел в битумах, а точнее соотношения масла : асфальтены повышается пенетрация, понижаются температура размягчения и температура хрупкости, уменьшается вязкость. Максимальное значение дуктильности достигается при соотношении масла : асфальтены, равном 2:5. Увеличение содержания масел в битумах одних и тех же марок из разного сырья понижает когезию. Однако различное содержание в маслах групп углеводородов (парафино-нафтеновых, моно-, би- и полициклических) по-разному влияет на свойства битумов. Кроме того, это вызвано и существенными различиями в составе каждой из названных групп. Парафино-нафтеновые углеводороды Само название группы парафино-нафтеновых углеводородов говорит о смешанном характере этой фракции, в которую, наряду с парафинами нормального и изостроения, могут входить соединения с 5- и 6-членными циклопарафиновыми кольцами. Кроме того, могут встречаться и соединения с ароматическими кольцами. Содержание этой группы углеводородов в гудронах может достигать 60% и более. Парафино-нафтеновые углеводороды являются пластификаторами в битуме, причем замена их на моноциклоароматические углеводороды не может компенсировать их пластифицирующее действие. С повышением отношения насыщенные: асфальтены наблюдаются понижение температуры размягчения, повышение пенетрации и дуктильности и понижение температуры хрупкости, причем большее влияние этого соотношения проявляется в битумах, полученных из более тяжелого остатка. Большое влияние на свойства битумов оказывают твердые парафины. Их содержание в сырье не должно превышать 3—6%. Превышение этих значений, по мнению авторов, приводит к резкому понижению структурно-механической прочности битумов. Такие особенности влияния парафиновых углеводородов на свойства битумов вынуждают применять особые технологические приемы при переработке парафинистых нефтей, например, повышать глубину отбора масляных фракций. Моноциклические ароматические углеводороды Характерной особенностью моноциклоароматических углеводородов является наличие в их составе бензольного ядра. Кроме того, в состав их молекул могут входить от 1 до 3 и более нафтеновых колец, наряду с более или менее длинными алкильными цепями. В состав этой фракции могут входить S, N и О, и поэтому ее название носит условный характер. Полициклические ароматические углеводороды Полициклоароматические углеводороды обычно содержатся в незначительных количествах в битумах. Кроме того, их выделение затруднено. Вероятно, они являются переходной фракцией от масел к смолам. Смолы Основным структурным элементом этих углеводородов являются, по-видимому, кон¬денсированные системы типа нафталина, которые также могут входить в состав гибридных структур, состоящих из трех и более циклов. Смолы отличаются еще более высокой степенью конденсации. Углеродный скелет молекул смол представляет собой полициклическую систему, состоящую преимущественно из ароматических колец высокой степени конденсации с алифатическими заместителями. Было показано , что в среднем на молекулу смолы приходится 5—6 колец, из них 3—4 ароматических. Элементный состав смол отличается высоким соотношением содержания С и Н (С - 79-87 %; Н — 8,5-9,5 %). Кроме того, для смол характерно высокое содержание гетероатомов S, N и О, а также металлов. Молекулярный вес смол порядка 800—1200. Вероятно, в составе смол нет чистых углеводородов. Сера в основном входит в состав циклических структур. Ее содержание в смолах может достигать 10%. Также велико может быть и содержание кислорода. Азот не всегда присутствует в смолах, хотя иногда его содержание достигает 2% и более. Асфальтены Большое влияние на структуру и свойства битумов оказывают асфальтены — твердые аморфные вещества, окрашенные в темный цвет, — от темно-бурого до черного. Плотность их больше единицы. При нагревании они разлагаются без плавления. При хранении на воздухе, особенно под действием солнечного света или других видов радиации, асфальтены переходят в нерастворимое состояние. В асфальтенах содержится 80—88% углерода и 7,3— 9,4% водорода при примерно одинаковом отношении С : Н, равном 9—11 (процентное). Обычно в значительном количестве присутствуют гетероатомы: серы — до 9%, азота — до 1,5%, кислорода—до 9%. Это означает, что практически во всех асфальтеновых молекулах находятся гетероатомы. Кроме того, в состав асфальтенов обычно входят металлы (Fe, V, Ni и др.), которые могут находиться, в частности, в виде порфириновых комплексов. Определение молекулярной массы асфальтенов сталкивается со значительными трудностями, поскольку молекулы их склонны к ассоциации. Чтобы уменьшить это явление, искажающее результаты анализа, приходится прибегать к повышенным температурам и разбавленным растворам, что сказывается на точности определения. Все это приводит к результатам, которые значительно отличаются в зависимости от применяемого метода (от 900 до 140000). Следует отметить, что степень полидисперсности асфальтенов очень высока. Асфальтеновые молекулы представляют собой полициклическую ароматическую сильно конденсированную систему с короткими алифатическими цепями в качестве заместителей ароматического ядра; среди циклических структурных элементов молекулы, наряду с карбоциклами, присутствуют также пяти- и шестичленные гетероциклы. Следует отметить, что асфальтены выделяются из битумов на основании их нерастворимости в низкомолекулярных парафиновых углеводородах (С5—C7). И причиной их нерастворимости может быть не только наличие конденсированных ароматических структур, но и наличие полярных групп. Методы анализа, такие как рентгеновская дифракция, масс-спектрометрия и парамагнитный резонанс, показали, что в состав молекул асфальтенов входят ароматические системы, состоящие из двумерных дискообразных пластин, имеющих диаметр в пределах от 8,5 до 15 Ангстрем. Эти величины соответствуют размерам периконденсированных полиядерных ароматических углеводородов приблизительно с 7—18 кольцами. Большинство из них имеет короткие алкильные заместители. В молекулу может входить от 3 до 7 таких пластин, соединенных между собой алкильными цепочками, состоящими из 4-5 атомов углерода. Изучение спектров парамагнитного резонанса битумов показало, что основным источником парамагнетизма являются асфальтены. Как выяснилось, в 1 г асфальтенов содержится 2—4*10 свободных радикалов, что соответствует примерно одному парамагнитному центру на 100 молекул (при молекулярном весе-2000). Задача № 4 Изготовлена серия бетонных кубиков и испытана на морозостойкость. При требуемой марке морозостойкости F 50 средняя прочность кубиков после 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания оказалась равной 502 кг/см2. Средняя прочность образцов, не подвергшихся замораживанию, но водонасыщенных, была равна 655 кг/ см2. Установить, морозостоек ли исследованный бетон. Решение: Коэффициент морозостойкости бетона: Кмрз = Rмрз / Rнас = 502 /655 = 0,76 Материалы, имеющие коэффициент морозостойкости, более 0,75 относятся к морозостойким. Список литературы Строительные материалы (материаловедение и технология): Учебное пособие / В.Г. Микульский, Г.И. Горчаков, В.В. Козлов, В.Н. Куприянов. - М.: Изд-во АСВ, 2002 Строительное материаловедение: Учебное пособие для строит. спец. вузов - 3-е изд.,стер. (ГРИФ) /Рыбьев И.А.-М.: Высшая школа, 2008 Технология переработки нефти и газа. В 2-х частях. С.1. Первичная переработка нефти/ Под ред. О.Ф. Глаголевой, В.М. Капустина. 2005 Леффлер У.Л. Переработка нефти. - 2-е изд., персмотр. / Пер. с англ. - М.: Олимп-Бизнес, 2003 Щербаков А.С Строительные материалы. Основы строительного дела (для всех форм обучения) http://betonotech.ru/stroimtr/stroidelo1_(292).htm |