Спа. Связь состава, структуры и свойств строительных материалов
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
Тема: Стекло. 1. Определение стекла. Свойства стекла. Стеклом называют аморфные тела получаемые переохлаждением минеральных силикатных сплавов и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел. У стекла отсутствует четко выраженная температура плавления, гомогенность, изотропность, светопропускание (пропускает всю видимую часть солнечного спектра и не пропускает ультрафиолетовые, инфракрасные лучи), высокая изолирующая способность, высокая химическая стойкость. Стекло отличается высокими прочностным показателями, но высокой хрупкостью, низкой ударной прочностью, малой термостойкостью. 2. Сырье для получения стекла. Технология производства стекла. Основное сырье: кварцевый песок, сода, доломит, известняк, поташ, сульфат натрия. Также могут использоваться промышленные отходы (стеклобой). Вспомогательное: осветлители – сульфаты натрия и алюминия, калиевая селитра(способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков). Глушители – плавиковый шпат, двойной суперфосфат(для получения непрозрачного стекла). Красители – соединения кобальта-синего, хрома-зеленого, марганца- фиолетового(для окрашивания). Технология производства: - обработка сырья (дробление, помол, сушка, классификация); - приготовление шихты (включает усреднение и дозирование компонентов, и смешивание); - варка стекла (производство в ванных печах непрерывного действия или периодического действия при температуре 1100-1150 происходит плавление компонентов шихты и образование стекломассы, 1500-1600 удаление пузырьков воздуха и газов, далее стекломасса охлаждается для приобретения требованной для форм вязкости); - формования изделия (производится вытягивание, литьем, прокатом, прессованием, выдуванием); - отжиг (для снижения хрупкости); - заключительная обработка (шлифование). 3. Изделия из стекла и их применение. 1. Листовое стекло (оконное стекло, витринное стекло, узорчатое стекло, армированное); 2. Светопрозрачные изделия и конструкции (стеклоблоки пустотелые, проф. стекло, стеклопакеты, стеклочерепица, стеклянные трубы); 3. Облицовочные материалы из стекла (цветное листовое стекло, стемалит, стеклокристаллит, облицовочные стеклянные плитки); 4. Материал из стекловолокна (для изготовления стеклоткани, стекловаты, стеклянные пластиковые трубы (стекловолокнистый холс)); 5. Изделия из пеностекла (применяется в виде теплоизоляционных блоков, гранулированный заполнитель в легкие бетоны). 4. Ситаллы. Шлакоситаллы. Ситаллопласты. Материалы и изделия из каменных расплавов. Ситаллы – стеклокристаллические материалы, полученные из стеклянных расплавов при их полной или частичной кристаллизации. Имеют структуру в виде стекловидной аморфной непрерывной фазы, наполненной мелкими кристаллами стекла. По физико-химическим свойствам ситаллы близки к металлам, нехрупкие и имеют высокую термостойкость. Шлакоситаллы (состоят) на основе шлаков кварцевого песка. Ситаллопласты — материалы, изготовляемые на основе фторопластов и ситаллов, отличаются более высокой химической стойкостью и износостойкостью, чем каждый из компонентов в отдельности. Применяются для изготовления изделий, работающих в условиях, где ни ситаллы, ни фторопласт не удовлетворяют по износостойкости к химическому сопротивлению. Материалы из каменного расплава обладают высокими прочностью, износостойкостью и стойкостью в химически агрессивных средах. Сырьем для получения каменного литья служат горные породы магматического происхождения, преимущественно базальты и диабазы, обладающие пониженной вязкостью в расплавах. По своему химическому составу базальты более постоянны, а каменное литье из них обладает высокой химической стойкостью и прочностью на истирание. Плитки из каменного литья с успехом заменяют металл; их используют для полов в цехах с агрессивными средами и для футеровки аппаратов, подверженных сильному истирающему воздействию. Материалы и изделия из шлаковых расплавов являются разновидностью изделий, получаемых из расплавленных горных пород. Из огненно-жидких шлаков получают изделия для покрытий полов промышленных предприятий, облицовочные плитки, используемые в коррозионных средах, тюбинги для крепления горных выработок, легкие материалы — термозит, шлаковую вату и др. Термозит представляет собой ячеистый материал, получаемый в результате вспучивания расплавленного шлака при быстром его охлаждении. Шлаковая вата—это материал, состоящий из тончайших волокон, получаемых из расплавленных огненно-жидких доменных шлаков или других минеральных расплавов с модулем кислотности больше единицы. Применяется для термо-, паро-, гидроизоляции. Тема: Неорганические вяжущие вещества. 1. Неорганические вяжущие вещества: определение, классификация. Воздушные вяжущие вещества: определение. Гидравлические вяжущие вещества: определение, классификация. Неорганические вяжущие вещества – это порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пластичное тесто затвердевающее в результате физико- химических процессов. Классификация: Воздушно-вяжущие – твердеют и сохраняют прочность при воздушно сухих условиях (гипсовые, известняковые); Гидравлические вяжущие – твердеют и длительное время сохраняют прочность, как в воздушно сухих, так и в воде (портландцемент, глинозёмистый, гидравлический); Вяжущие автоклавного твердения – вещества эффективно твердеющие при автоклавной обработке, то есть в среде насыщенной водой пара при давлении 0,812Мпа, температура выше 100, достигает 170-200 (известково-шлаковые, нефелиновый цемент). Воздушные вяжущие – группа вяжущих веществ (известь воздушная гашеная, известь молотая негашеная, гипсовые вяжущие, магнезиальные, растворимое стекло), которые способны твердеть, набирать прочность и сохранять ее только на воздухе. Гидравлические вяжущие вещества – по химическому составу это системы состоящие из соединений следующих оксидов (CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3). Группы гидравлических вяжущих: 1. Силикатные цементы состоят в основном из силиката кальция (портландцемент); 2. Алюминатные цементы, состоят в основном из алюмината кальция (глиноземистый цемент); 3. Гидравлическая известь и романцемент. 2. Гипсовые вяжущие вещества: сырье, получение, твердение. Низкообжиговые и высокообжиговые гипсовые вяжущие – свойства и применение. Гипсовые вяжущие вещества – это вещества состоящие из полуводного гипса или ангидрида (CaSO4). Получаемые тепловой обработкой сырья и помолом. Сырье: природный гипсовый камень (CaSO4∙2H20), ангидрит (CaSO4), отходы промышленности (фосфогипс, борогипс). Для получения гипсовых вяжущих сырье обжигают в печах (вращающихся, шахтных и др.) или в варочных котлах. При обжиге в открытых аппаратах, вода из сырья удаляется в виде пара и гипсовое вяжущее преимущественно состоит из мелких кристаллов ?-модификации CaSО 4 ·0,5Н 2 О. При обжиге в герметических аппаратах (котлах-автоклавах), в которых обезвоживание природного гипса происходит в среде насыщенного пара под давлением выше атмосферного или в процессе кипячения в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении с последующей сушкой и измельчением, получают гипс, который состоит в основном из ?- модификации CaSО 4 ·0,5Н 2 О в виде крупных и плотных кристаллов, характеризующихся пониженном водопотребностью но сравнению с ?-полугидратом. Это обусловливает его более плотную структуру и прочность. Твердение гипсовых вяжущих проходит по следующей схеме. На первом этапе (подготовительном) частицы полуводного гипса, приходя в соприкосновение с водой, начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора. Одновременно начинается гидратация полуводного гипса. Этот период характеризуется пластичным состоянием теста. На втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией растворенного полугидрата и переходом его в двуводный гипс происходит прямое присоединение воды к твердому полуводному гипсу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек. Так как двуводный гипс обладает значительно меньшей растворимостью (примерно в 5 раз), чем полуводный, то насыщенный раствор по отношению к исходному полуводному гипсу является пересыщенным по отношению к образующемуся двуводному гипсу и тот, выделяясь из раствора, образует коллоидно-дисперсную массу в виде геля, в которой кристаллики двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми силами молекулярного сцепления. Этот период характеризуется схватыванием (загустеванием). На третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся неустойчивый гель перекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой в кристаллические сростки, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности. Низкообжиговые гипсовые вяжущие. Получение протекает: CaSO 2 *2H 2 O →CaSO 4 *0,5H 2 O+1,5H 2 O ↑ Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества изготавливают путем термической обработки природного гипсового камня или фос-фогипса до полуводного гипса (CaSO 4 ,5H 2 O) с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок. В настоящее время именно эти вяжущие вещества в основном используют для изготовления строительных изделий и производства строительных работ, для изготовления форм и моделей в фарфорофаянсовой, керамической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также в медицине. Свойства и область применения обусловливают устаревшие, но часто используемые на практике термины: «строительный, высокопрочный, формовочный гипс». Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества, состоящие из полуводного гипса (далее: гипсовые вяжущие), производят в соответствии с требованиями ГОСТ 125 по технологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке. Высокообжиговые вяжущие. CaSO 4 *2H 2 O →CaSO 4 +2H 2 O ↑ Высокообжиговые гипсовые вяжущие обладают пониженной химической активностью, медленным схватыванием, повышенной водостойкостью, прочностью до 20 МПа. Для ускорения процесса твердения в ангидритовый цемент, полученный при температуре 600 – 700 0 С, вводят добавку извести. При температуре 900 – 1000 0 С безводный сульфат кальция частично разлагается на оксид кальция (СаО) и серный газ (SО 3 ). Следовательно, выпускаемый эстрихгипс представляет собой двухкомпонентный продукт, состоящий из СаSО 4 + СаО. Основное назначение этих вяжущих – выполнение монолитных полов или в сочетании с плитами из горных пород – мозаичных полов; изготовление путем введения пигментов полированных плит искусственного мрамора, применяемых для отделки пола и стен в зда- ниях общественного назначения; получение штукатурных, кладочных растворов и легких бетонов. 3. Воздушная известь: сырье, получение, твердение. Виды товарной извести – свойства, применение. Воздушная известь – получают обжигом при t=900-1200 о С кальцево-магниевых, карбонатных горных парод (известняк, мел). CaCO 3 →CaO+CO 2 ↑ MgCO 3 → 𝑀𝑔𝑂 + 𝐶𝑂 2 ↑ В результате обжига получают негашёную известь. На воздухе известь отвердевает: 1. Высыхание раствора, срастание кристаллов CaOH 2 ; 2. В результате карбонизации извести под действием СО 2 Известь негашёная колотая (СаО) Известь негашёная молотая (СаО) Известь гашеная (Са(ОН) 2 ) Известковое тесто (Са(ОН) 2 ) Применяется: изготовление силикатного кирпича, бетона, строительных растворов, сухих строительных смесей. 4. Магнезиальные вяжущие вещества: сырье, получение, твердение, свойства, применение. Каустический магнезит получают путем обжига t=750-850 o C магнезита СаСО 3, доломита (MgCO 3 ∙СаСО 3 ) и последующего помола. MgCO 3 →MgO+CO 2 ↑ Схватывание и твердение магнезиальных вяжущих происходит по реакции: MgO + H 2 O = Mg(OH) 2. Свойства: 1. Высокая прочность (Rсж 60-100Мпа) 2. Хорошее сцепление с древесиной Применение: изготовление магнезиально-стружечных изделий (фибролит), магнезиально-опилочных, ксиловитовых полов. 5. Жидкое стекло: сырье, получение, твердение, свойства, применение. Представляет собой коллоидный водный раствор силиката натрия и калия. При содержании воды 50-70% K 2 O ∙mSiO 2 Na 2 O ∙mSiO 2 Жидкое стекло – водный раствор силиката натрия (калия). Технология получения включает сплавление смеси кварцевого песка с карбонатом натрия (кальция) или сульфатом натрия(кальция), охлаждение расплава и его растворение паром под давлением в автоклаве. Растворимое стекло затвердевает только на воздухе. Применение: На основе жидкого стекла получают кислотостойкий цемент. основа для силикатных красок, кислотостойких мастик, уплотнение и укрепление слабых грунтов на строй.площадках. 6. Гидравлический модуль. Гидравлическая известь и романцемент. m= %𝐶𝑎𝑂 %𝑆𝑖2𝑂+%𝐴𝑙2𝑂3+%𝐹𝑒2𝑂3 Воздушная известь m≈9 Гидравлическая известь m≈4,5-2 Чем ниже модель, тем больше гидр. Гидравлическую известь получают помолом обожжённых t=900-1100 о мергелистых известняков, глина 6-20%. Романцемент получают помолом обожженных при 900 о мергелей с содержанием глины более 20%. Имеют огран. применение для изготовления бетонов и растворов низких марок. 7. Портландцемент: определение, сырьевые материалы. Основные технологические операции производства портландцемента. Портландцемент – это продукт тонного измельчения обожжённого до спекания смеси известняка и глины, обеспечивающий преобладание в пр.обжиге силиката кальция. Основные сырьевые материалы для получения: - известняки (с высоким содержанием СаСО 3 ) мел, мергель..в сырьевой смеси 75%; - глинистые породы (SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 ) глины, глинистые сланцы в сырьевой смеси 25%. Добавки: - для повышения содержания SiO 2 – трепел, опока; - для повышения содержания Fe 2 O 3 – колчеданные огарки. Спекшиеся при Т=1450 о сырьевая смесь в виде зерен размером до 40мм называется клинкером. Технология производства: - добыча сырья; - приготовление сырьевой смеси; - обжиг с получением клинкера; - помол клинкера с добавкой гипса. 8. Минеральный состав портландцементного клинкера. - Алит: 3CaO ∙SiO 2 (C 3 S) – содержание 45-60%, определение скорости твердения, прочности и др.; - Белит: 2CaO ∙SiO 2 (C 3 S) – 20-30%, медленно твердеет, но достигает высшей прочности; - Трехкальциевый алюминат: 3CaO ∙Al 2 O 3 (C 3 A) – 4-12%, самый активный минерал, наиболее быстро взаимодействует с водой; - Четырехкальциевый алюмоферрит: 4CaO ∙Al 2 O 3 ∙ Fe 2 O 3 (C 4 AF) – 10-20%, скорость твердения промежуточное положение между алитом и белитом. - Клинкерное стекло: состоит из оксидов CaO, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MgO, K 2 O, Na 2 O – 5-15%. 9. Твердение портландцемента: основные процессы, протекающие при твердении. Процесс твердения определяется гидратацией силикатов, алюминатов, ферритов углерода. Затвердевший цементный камень состоит из гелиевых и кристаллических продуктов гидратации цемента и многочисленных не гидратационных зерен цемента. Гелиевая масса состоит из микрокристалльных частиц гидросиликата углерода. С наличием гелиевой составляющей связана усадка цементного камня при твердении. Так как одним из продуктов гидратации портландцементного клинкера является Ca(OH) 2 , цементный камень имеет щелочную среду. Рн=11 ÷13. 10. Основные свойства портландцемента. 1. Плотность. Различают 2 типа коэффициентов плотности: Истинный, 3050 – 3150 кг/м 3 Средний или насыпной. Зависит от степени фасовочного уплотнения: рыхлонасыпанному соответствует ρ = 1 100 кг/м 3 , а сильно уплотненному – 1 600 кг/м 3 2. Тонкость помола. 3. Водопотребность. Характеризует способность частиц портландцемента адсорбировать определенное количество жидкости. То есть при недостаточном количестве раствор не наберет заданную прочность, а при излишнем наступит расслоение, часть воды выступит на поверхность, из-за чего конечный продукт получится рыхлым, пористым. Для бетона подобное состояние грозит быстрым разрушением и осыпанием. Для замешивания цементного теста требуется не более 22-28 % воды от общей массы. Для пуццолановой смеси необходимо более 40 % влаги. 4. Сроки схватывания. Период отверждения регламентируется ГОСТ 10178-85 и установлен в пределах 45 минут после затворения жидкостью. Окончательно затвердеть конструкция должна через 10 часов. 5.Прочность. Характеризуется предельной нагрузкой на сжатие и отражается в маркировке. Например, портландцемент М400 выдерживает давление не менее 400 кг/см 2 . Чем выше данный показатель, тем дороже стоит продукция. 11. Коррозия цементного камня. Коррозия цементного камня. Виды коррозии Различают физическую, химическую, электрохимическую и биологическую коррозии. Физическая коррозия Это выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород. Химическая коррозия Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли. Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Однако связывание извести (скажем за счет SiO2) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция. Коррозия выщелачивания Кристаллогидраты (гидросиликаты, алюминаты и ферриты кальция), образующиеся при взаимодействии с водой клинкерных минералов и составляющие вместе с наполнителями цементный камень, имеют значительную равновесную растворимость в воде. Это значит, что они остаются устойчивыми при контакте с водами, только в том случае, если в воде имеется достаточная концентрация Са(ОН)2. Если концентрация в воде Са(ОН)2 ниже равновесной, то у гидрата будут отщепляться молекулы извести и концентрация будет восстанавливаться до равновесной. ПРИЧИНЫ :В условиях эксплуатации на цементный камень действуют: природные воды (речные и морские) под давлением или просто омывающие сооружения; промышленные и бытовые воды (стоки); периодически и многократно повторяющиеся теплосмены (сезонные и дневные колебания температур); процессы увлажнения и высыхания (колебания атмосферной влажности, специфические условия службы). Кроме того, влияют механические воздействия — удары волн, выветривание, истирание, а также биологические—вредные воздействия бактерий. Все это внешние причины коррозии и разрушения цементного камня. 12. Специальные виды цементов. Специальные виды цементов отличаются от портландцемента используемым сырьем, технологией изготовления и, как следствие, наличием специфических свойств. К этому классу цементов относят глиноземистый, безусадочный, напрягающий, расширяющийся и шлакощелочной.Глиноземистый цемент получают обжигом до плавления смеси бокситов или высокоалюминатных шлаков и известняка при температуре 1500 – 1600 0 С. В зависимости от соотношения компонентов составы на глиноземистом цементе с добавками гипса и гидроалюминатов кальция используют для получения безусадочного, напрягающего и расширяющегося цементов. Первый используют для омоноличивания стыков в крупнопанельном домостроении, второй цемент при получении труб и изготовления емкостей для хранения жидкостей, третий – применяют при производстве преднапряженных железобетонных конструкций. Последнее связано со способностью многокомпонентного вяжущего при гидратации расширяться в свободном состоянии на 3 – 4 %. Если этот процесс происходит в замкнутом объеме, ограниченном формой, бетону передается определенное напряжение, что переводит его в сжатое –преднапряженное состояние, позволяющее повысить его прочность на изгиб и растяжение. Шлакощелочной цемент получают путем помола доменного шлака и щелочесодержащего компонента или затворением тонкомолотого шлака концентрированным щелочным раствором. При измельчении шлака возможно введение добавок стеклобоя до 40 % или глинистых материалов до 25 % в естественном или обожженном состоянии. 13. Глиноземистый цемент: особенности получения, основные свойства, области применения. Производство глиноземистого цемента устроено таким образом, что из общего состава удаляются все компоненты, снижающие его качество, например, частицы кремнезема или железа. Затвердение приготовленной смеси начинается примерно через 45 минут, поэтому работать с таким раствором нужно очень быстро, не замешивая больших порций. Время полного схватывания составляет около 10 часов. Глинозем от других видов цемента отличают следующие особенности: - Прочность смеси появляется еще на ранних этапах схватывания и быстро нарастает. - - Применение раствора возможно и при отрицательных температурах (до -10°) без необходимости подогрева ― при его затвердении происходит достаточное выделение тепла. - Глиноземистый (алюминатный) цемент обладает повышенной прочностью и плотностью готовых материалов, поэтому бетонный камень практически не боится воздействия агрессивных жидкостей и газов различного химического состава. - Сырье выгодно отличается от иных видов портландцемента, поскольку имеет высокие характеристики термостойкости и огнеупорности. Если добавить в смесь хромированную руду, шамот, магнезит, то раствор может быть использован для получения специального огнеупорного бетона гидравлического твердения. Основной отраслью использования бетонов этой категории является промышленное строительство, потому как именно на таких объектах часто требуются материалы, способные выдерживать высокие температуры (до 1300°С), воздействие агрессивных сред, обладающие высокой прочностью. |