Контрольная работа по дисциплине строительные материалы. Ответы на вопрос. С-194. Строительные материалы. Дайте классификацию строительных материалов и изделий по их функции и области применения
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Дайте классификацию строительных материалов и изделий по их функции и области применения? Материалы подразделяют на следующие группы: Конструкционные материалы - материалы которые воспринимают и передают нагрузки в строительных конструкциях; Теплоизоляционные материалы, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим в помещении при минимальных затратах энергии; Акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы) - для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения; Гидроизоляционные и кровельные материалы - для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров; Герметизирующие материалы - для заделки стыков в сборных конструкциях; Отделочные материалы - для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий; Материалы специального назначения (например огнеупорные или кислотоупорные), применяемые при возведении специальных сооружений. Вопрос 2. Дайте характеристику коагуляционной, конденсационной и кристаллизационной дисперсным структурам материала.Коагуляционными называют структуры, в образовании которых участвуют сравнительно слабые силы молекулярного взаимодействия между частицами — ван-дер-ваальсовые силы сцепления, действующие через прослойки жидкой среды. Конденсационными называют структуры, возникающие при непосредственном взаимодействии частиц или под влиянием химических соединений в соответствии с валентностью контактирующих атомов или под влиянием ионных и ковалентных связей Кристаллизационными (или кристаллическими) называют структуры, образовавшиеся путем выкристаллизовывания твердой фазы из расплава или раствора и последующего прямого срастания отдельных кристаллов в прочный их агрегат, в том числе под влиянием химических связей.Вопрос 3. Виды макроструктур искусственных строительных конгломератов, дайте их характеристику.На макроскопическом уровне структуру материалов рассматривают, если размеры частичек составляют свыше 10в-4 м. Макроструктуру изучают невооруженным глазом или при незначительном увеличении. При этом можно определить особенности строения и дефектов материалов, обусловленных процессами их формирования, производства и эксплуатации (например, дефекты литейного происхождения у металлов, пороки древесины, пузырьки и посторонние включения в стекле, трещины и раковины в бетоне). Изучение макроструктуры материалов конгломератного типа дает возможность определять относительное количество вяжущих материалов и заполнителей, их распределение, а иногда и минералогический состав, размер и форму зерен, характер поверхности, форму и количество макропор и т.п.  В ряде случаев сложные многокомпонентные структуры можно свести на макроуровне к двухкомпонентным. Например, макроструктуру бетона можно рассматривать как систему цементный камень - заполнитель (иногда под макроструктурой бетона понимают систему цементно-песчаный раствор - щебень), а макроструктуру ситаллов - как систему стекловидное связующее - кристаллический наполнитель. Двухкомпонентные структуры можно разделить на параллельно и последовательно составленные (рис. 2.24). Однако наиболее часто встречаются смешанные параллельно-последовательные структуры.  Конгломератные двухкомпонентные структуры (рис. 2.25) разделяют на три группы (по И.М. Грушко) в зависимости от степени раздвижки зерен заполнителя. Если структура материала с базальной цементацией, то зерна заполнителей не образуют контакты между собой, они как бы плавают в связующей массе. Свойства материала при такой макроструктуре обусловлены преимущественно свойствами связующей матричной части. Заполнители, действуя как концентраторы напряжений, могут ухудшать механические свойства конгломерата. По мере насыщения структуры зернами заполнителя образуется плотный каркас, склеенный тонкой прослойкой искусственного или природного вяжущего. Такую структуру называют поровой. Она благоприятна как с точки зрения расхода вяжущего, так и придания материалам необходимых технических свойств. Контактная структура характеризуется максимальным насыщением материала, когда вяжущего недостаточно для заполнения пустот между зернами заполнителя, и в ряде случаев, для образования сплошной оболочки на их поверхности. Показателем макроструктуры является коэффициент упаковки зерен:  где lпр - проекция расстояния между центрами соседних зерен; D - диаметр зерен (при разном диаметре зерен D = r1+r2, где r1 и r2 - радиусы соседних зерен). При Ку>0 зерна заполнителя разделены прослойкой вяжущего; при Ky=0 - вступают в контакт; при Ку<0 - защемляются, то есть заходят одно за другое (рис. 2.26).  Расчетом можно показать, что плотности укладки шарообразных зерен, размещенных рядами и в шахматном порядке в единице объема, существенно отличаются (рис. 2.27). В первом случае количество шаров, которые можно уложить в единице объема nv = n3=l/D3, объем шаров Vш = (nvπD3)/6 = π/6; во втором соответственно: n'v = 4/3D3, V'ш = n'vπD3/6 = 2π/9. Объем пустот при расположении зерен-шаров рядами:  в шахматном порядке:  Макроструктуры различаются также абсолютными и относительными размерами зерен. Предельные размеры зерен для мелко-, средне- и крупнозернистых структур могут быть разными в зависимости от вида материала. Например, структуры горных пород относятся к мелкозернистым, если размеры зерен меньше чем 2 мм, бетонов - 5 мм; к среднезернистым - соответственно 2-5 мм и 5-20 мм; к крупнозернистым - свыше 5 и 20 мм. По степени равномерности распределения зерен выделяют равномерно- и неравномернозернистые структуры. Типичными разновидностями неравномернозернистых структур являются порфировые структуры, характеризуемые наличием в материале стекловидной или тонкозернистой основной массы, в которой рассеяны отдельные крупные кристаллы - вкрапленники. Такие структуры имеют излившиеся горные породы, ряд конгломератных материалов искусственного происхождения.  Структура строительных материалов с течением времени изменяется под влиянием процессов, обусловленных как внутренней их природой, так и окружающей средой. Эти процессы могут быть конструктивными, улучшающими структуру и свойства материала, и деструктивными. Так, развитие новообразований в процессе гидратации повышает прочность бетонов, улучшает ряд других свойств, но вместе с тем под влиянием агрессивных факторов окружающей среды происходят коррозионные процессы, которые имеют разрушительный характер. Высокая долговечность материала достигается при формировании такой его структуры, при которой влияние деструктивных процессов становится минимальным. Характерным примером направленного формирования такой структуры является образование в бетоне с помощью добавок ПАВ воздушных пор, равномерно распределенных во всем объеме. Такие поры предотвращают увеличение давления воды, которое возникает при ее замерзании, а также уменьшают капиллярное подсасывание воды вследствие гидрофобизации поверхности капилляров. На развитие деструктивных процессов влияют дефекты структуры материалов - открытые, крупные поры, трещины и т.п. Опаснейшими порами являются капилляры, заполненные водой. Трещины - элементы структуры строительных материалов, которые можно рассматривать как нарушения их сплошности. Они имеют две свободных поверхности, которые смыкаясь, образуют острую вершину. Трещины разделяют на технологические и эксплуатационные. Причинами зарождения трещин могут быть объемные деформации материалов и их отдельных компонентов, температурные и влажностные градиенты, осмотические явления, коррозионные воздействия среды эксплуатации и др. Трещины могут возникать вследствие механической, электрохимической, термической или других видов обработки материалов. Каждый вид трещин проходит определенную эволюцию. Зарождение трещин связывают, как правило, с перемещением и видоизменением дислокаций в кристаллических решетках. Условие распространения трещин в поликристаллических материалах выражается уравнением Гриффитса-Орована:  где σ - напряжение; E - модуль упругости; v - эффективная энергия разрушения; dcp - средний размер кристаллита. В соответствии с теорией Гриффитса рост трещин должен быть энергетически выгодным процессом, т.е. распространение должно сопровождаться уменьшением внутренней энергии материалов. Освобождающаяся энергия деформации пропорциональна квадрату длины трещины. Критическая длина трещины, при превышении которой возможен ее рост, уменьшается с ростом напряжений в материале. Трещины, существенно снижая прочность материалов, являются "воротами агрессии". В особенности опасны трещины в хрупких материалах и в конструкциях, которые поддаются циклической погрузке. Трещины выявляют с помощью визуального обзора, ультразвуковой и магнитной дефектоскопии, люминесцентных жидкостей, просвечивания и др. Особенности структуры материалов на всех структурных уровнях оказывают определяющее влияние на их строительнотехнические свойства. При получении строительных материалов с заданными свойствами необходимо учитывать принцип их полиструктурности, заключающийся в том, что различные виды структур от атомно-молекулярной до макроструктуры переходят и проникают друг в друга, активно влияя на формирование свойств, т.е. отношение материалов к воздействию физикомеханических и физико-химических факторов окружающей среды. Вопрос 4.Сырьевые ресурсы для производства строительных материалов и изделий. Основным природным сырьем для производства строительных материалов являются горные породы. Их используют для изготовления керамики, стекла, металла, неорганических вяжущих веществ. Сотни кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве заполнителей для бетонов и растворов. Другим важным сырьевым источником являются техногенные вторичные ресурсы (отходы промышленности). Пока они используются недостаточно. Но по мере истощения природных ресурсов, повышения требований к охране окружающей среды и разработки новых эффективных технологий техногенное сырье будет применяться значительно шире. Горные породы как сырьевая база производства строительных материалов Горные породы– это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся в результате физико-химических процессов. Минералы – это вещества, обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физико-механическими свойствами. По условиям образования горные породы разделяют на три основные группы: Магматические(первичные) горные породы образовались при охлаждении и отвердевании магмы. Осадочные (вторичные) горные породы образовались в результате естественного процесса разрушения первичных и других пород под влиянием воздействия внешней среды. Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате последующего изменения первичных и вторичных пород. Магматические горные породы Глубинные– это породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре. Излившиеся породы образовались при вулканической деятельности, излиянии магмы и ее затвердении на поверхности. Главные породообразующие минералы– кварц (и его разновидности), полевые шпаты, железисто-магнезиальные силикаты, алюмосиликаты. Все эти минералы отличаются друг от друга по свойствам, поэтому преобладание в породе тех или иных минералов меняет ее строительные свойства: прочность, стойкость, вязкость и способность к обработке (к полировке, шлифовке и т.п.). Кварц, состоящий из кремнезема (диоксида кремния SiО2) в кристаллической форме, является одним из самых прочных и стойких минералов. Он обладает: исключительно высокой прочностью (при сжатии до 2000 МПа); высокой твердостью, уступающей только твердости топаза, корунда и алмаза; высокой химической стойкостью при обычной температуре; высокой огнеупорностью (плавится при температуре 1700°С). Цвет кварца чаще всего молочно-белый, серый. Благодаря высокой прочности и химической стойкости кварц остается почти неизменным при выветривании магматических пород, в состав которых он входит. Полевые шпаты– это самые распространенные минералы в магматических породах (до 2/3 от общей массы породы). Они представляют собой, так же как и кварц, светлые составные части пород (белые, розоватые, красные и т.п.). Главными разновидностями полевых шпатов являются ортоклаз и плагиоклазы. По сравнению с кварцем полевые шпаты обладают значительно меньшими прочностью (120-170 МПа на сжатие) и стойкостью, поэтому они реже встречаются в осадочных породах (главным образом, в виде полевошпатовых песков). Результатом выветривания является глинистый минерал – каолинит. В группе железисто-магнезиальных силикатов наиболее распространены оливин, пироксены (например, авгит), амфиболы (роговая обманка). Среди магнезиальных силикатов встречаются вторичные минералы, чаще всего замещающие оливин, – серпентин, хризотил-асбест. Все вышеперечисленные минералы характеризуются высокой прочностью и ударной вязкостью, а также повышенной плотностью. |