1 Теория твердения строительного гипса (по )
По процесс твердения строительного гипса делится на три пе-
риода.
Первый период - растворение и образование насыщенного раствора - сопро-
вождается небольшим повышением температуры, так как положительный эф-
фект химической реакции компенсируется отрицательным эффектом растворе-
ния.
Второй период - образование коллоидальной массы, или схватывание, харак-
теризуется тем, что образующиеся в результате реакции гипса с водой продук-
ты не могут растворяться в окружающей жидкой среде, а получаются в кол-
лоидальном состоянии, минуя растворение. В течение этого периода наблюда-
ется быстрое повышение температуры (из-за отсутствия процесса растворения),
в результате чего скорость реакции увеличивается. Затворенная водой гипсовая
масса теряет свою пластичность, но не приобретает механической прочности,
так как между частицами еще нет сцепления.
Третий период - кристаллизация и твердение - характеризуется превращени-
ем коллоидных новообразований в кристаллическое состояние. В течение этого
более продолжительного периода, сопровождающегося ничтожным выделением
тепла, нарастает механическая прочность изделия.
Эти периоды твердения наступают не в строгой последовательности один за
другим. Так, еще до образования насыщенного раствора на поверхности зерен
гипса начинают появляться коллоидальные массы, а превращение этих масс в
кристаллическое состояние начинается ранее окончания процесса коллоидации
по всему объему затворенного водой материала.
Общим в рассмотренных теориях является то, что после соприкосновения
вяжущих веществ с водой образуются гидраты в виде мельчайших частиц, об-
ладающих свойствами коллоидов и находящихся в равновесии с окружающей
средой.
Особенность роста зародышей кристаллогидратов, возникающих путем
спонтанного выпадения из раствора в начале гидратации мономинеральных
вяжущих веществ, заключается в том, что он происходит при условии, когда
степень пересыщения непостоянна. В начале процесса степень пересыщения
достигает весьма больших значений (а = 3 - 4 для гипса), затем постепенно 21
снижается и приближается к значению: а = 1, оставаясь, однако, больше еди-
ницы до конца гидратации.
Таким образом, на разных этапах роста кристаллогидратов скорость его
определяется различными физическими факторами и, следовательно, может вы-
ражается различными математическими формулами.
Скорость роста кристаллов зависит от скорости объемной и двумерной диф-
фузии растворенного вещества. При низких пересыщениях раствора (для гип-
сового раствора при а < 1,4) скорость роста кристаллов определяется дислока-
ционным механизмом.
По мере уменьшения степени пересыщения раствора рост кристаллов ста-
новится энергетически невыгодным и вступает в силу дислокационный меха-
низм. В этом случае скорость роста кристаллов зависит от скорости объемной и
двумерной диффузии растворенного вещества. Экспериментально установлено,
что энергия активации сложной диффузии (объемной и двумерной) равна Е =
34440 Дж/моль, т. е. в 1,65 раза больше энергии активации объемной диффузии.
С увеличением концентрации раствора и при дальнейшем его пересыщении
процесс роста кристаллов протекает в кинетической области, в соответствии с
механизмом зародышеобразования по Фольмеру
Таким образом, в начальный период процесса гидратации при высокой
степени пересыщения раствора формируются двумерные зародыши кристал-
лов по Фольмеру. Установлено, что энергия связи между молекулами гипса в
своем растворе равна Е = 7350 Дж/моль, а энергия активации при формирова-
нии кристаллической решетки CaSO4·2H2O - Е = 51408 Дж/моль
При затворении строительного гипса всегда имеется излишек воды, эта
вода образует насыщенный раствор гипса, который обволакивает кристал-
лы новообразований, т. е. кристаллы оказываются разъединенными про-
слойками насыщенного раствора. Для нарастания прочности необходимо,
чтобы вслед за гидратацией произошло сращивание кристаллов новообра-
зований, на что требуется время. Росту кристаллов и их сращиванию спо-
собствует процесс испарения воды и высыхание твердеющей массы.
В обычных условиях при твердении гипсовые изделия высыхают мед-
ленно, при повышенной относительной влажности воздуха высушенное гипсо-
вое изделие может поглощать влагу из него. После полного высушивания об-
разцов твердение гипса заканчивается и прочность его более не нарастает, по-
этому твердение гипсовых изделий в промышленных условиях ускоряют
путем принудительной сушки. При сушке гипсовых изделий во избежание
дегидратации температура сушки не должна превышать 60-80 °С [1].
2 Осадочные горные породы, используемые для производства минеральных и вяжущих веществ.
Осадочные горные породы подразделяются на 3 типа. Образуются такие породы в результате накопления каких-либо осадков. Кроме того имеются и осадочные обломочные горные породы, такие горные породы образуются в результате переноса отложений, которые создаются в следствии выветривания и действия воды.
Химические осадочные горные породы появляются за счет выпадения солей из насыщенных растворов (гипс, ангидрид, магнезит, доломит, известковые туфы). Они применяются для изготовления вяжущих веществ, магнезиальных вяжущих, извести.
Осадочные органогенные горные породы. Эти горные породы образуются в результате накопления осадков от биологических веществ, в результате жизнедеятельности организмов. Примерами осадочных органогенных горных пород могут служить: известняки, мел, ракушечник, диатомит, трепел, опоки). Применяются данные горные породы при изготовлении вяжущих веществ на основы гипсовых вяжущих, а также в качестве активных минеральных добавок. Ракушечник например используется для изготовления отделочных материалов [2].
3 Виды коррозии цементного камня и способы защиты от коррозии
Коррозия цементного камня может происходить под действием мягкой воды, растворов кислот, некоторых солей и кислых газов на составные части цементного камня, главным образом на Са(ОН)2 и 3СаО*Al2O3*6H2O. Встречающиеся на практике коррозии можно разделить на 3 вида:
1 - выщелачивание Са(ОН)2 ;
2 - образование легко растворимых солей при воздействии на Са(ОН)2 веществ, находящихся в окружающей среде;
3 - образование в цементном камне соединений, увеличивающихся в объеме.
1.Коррозия первого вида
Заключается в растворении и вымывании Са(ОН)2 при действии на цементный камень мягких вод, содержащих мало растворенных веществ (дождевая вода, вода горных рек, а также равнинных рек в половодье, болотная вода и т. п.). Вымывание Са(ОН)2 приводит к разложению гидросиликатов и гидроалюминатов кальция и увеличению пористости. Потеря цементным камнем 15-30% Са(ОН)2 понижает его прочность на 40-50% и более. Выщелачивание можно заметить по появлению белых пятен (подтеков) на поверхности бетона. Наличие градиента давления воды на сооружение ускоряет процесс выщелачивания.
Для ослабления действия коррозии выщелачивания ограничивают содержание C3S до 50%. Главным средством борьбы с выщелачиванием является введение в цемент активных минеральных добавок и применение плотного бетона. Положительно сказывается выдерживание на воздухе 2-3 месяца бетонных свай, блоков и других элементов с целью образования на их поверхности защитного слоя из малорастворимого СаСО3 (Са(ОН)2 + СО2 -> СаСО3).
2.Коррозия второго вида
Может происходить в различных формах:
1. Углекислотная коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный СО2 , разрушающий СаСО3 с образованием бикарбоната кальция Са(НСО3)2 {СаСО3 + (СО2)своб.+ Н2О = Са(НСО3)2}.
2.Общекислотная коррозия происходит при взаимодействии растворов, имеющих рH<7 (почти все кислоты за исключением поликремневой и кремнефтористоводородной) с Са(ОН)2 с образованием легко растворимых солей. Свободные кислоты часто встречаются в сточных водах, а также образуются из кислых газов в выбросах промышленных предприятий (например, SO2). Са(ОН)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O; Са(ОН)2 + H2SO4 = Ca SO4*2H2O.
Бетон из ПЦ защищают от непосредственного воздействия кислот при помощи слоев из кислотоупорного цемента.
1. Магнезиальная коррозия наступает при воздействии на Са(ОН)2 магнезиальных солей, которые встречаются в растворенном виде в грунтовых водах и морской воде: Са(ОН)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(ОН)2; Са(ОН)2 + MgSO4 + H2O = CaSO4*2H2O + Mg(ОН)2.
В результате этих реакций образуется растворимая соль, легко вымываемая из бетона.
2. Воздействие органических кислот. Органические кислоты быстро разрушают цементный камень. Большой агрессивностью отличаются уксусная, молочная и винная кислоты. Так же вредны жирные кислоты (олеиновая, стеариновая и др.) и масла, содержащие кислоты (льняное, хлопковое, рыбий жир). Нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут и др.) не представляют опасности для бетона из ПЦ, если они не содержат нафтеновых кислот или соединений серы. Однако надо учитывать, что нефтепродукты легко проникают через бетон.
3. Воздействие минеральных удобрений. Особенно вредны аммиачные удобрения – аммиачная селитра и сульфат аммония, которые действуют на Са(ОН)2 с образованием хорошо растворимого нитрата кальция: Са(ОН)2 + 2NH4NO3 + 2H2O = Ca(NO3)2*4H2O + 2 NO3
Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат.
3.Коррозия третьего вида
Возникает при действии на бетон растворов сульфатов и едких щелочей.
а). Сульфоалюминатная коррозия (разновидность сульфатной коррозии) происходит при действии на гидроалюминат цементного камня морской воды, грунтовых и других минерализованных вод, содержащих сульфатные ионы:
3CaO*Al2O3*6H2O + 3CaSO4 + 25H2O = 3CaO*Al2O3*3CaSO4*31H2O.
Кристаллизация образующегося в результате реакции минерала эттрингита сопровождается увеличением объема в несколько раз, что может вызвать разрушение затвердевшего цементного камня. Для борьбы с этим видом коррозии используют специальные сульфатостойкие ПЦ, применяемые в плотном бетоне.
б). Щелочная коррозия может происходить в двух формах: под действием концентрированных растворов щелочей на цементный камень и под влиянием щелочей, имеющихся в клинкере цемента.
1. При действии растворов щелочей (NaOH, KOH) может происходить карбонизация щелочи в порах цементного камня за счет воздействия СО2 воздуха. Возникающее кристаллизационное давление разрушает структуру цементного камня.
2. Коррозия, вызываемая щелочами цемента, происходит вследствие процессов, протекающих внутри бетона между его компонентами. Цементный клинкер содержит щелочные соединения, которые могут вступать в реакцию с некоторыми модификациями кремнезема (опал, халцедон и др.), встречающимися в заполнителе бетона. В результате образуются набухающие студенистые отложения белого цвета на поверхности зерна заполнителя, что может вызвать разрушение бетона. При наличии в заполнителе такого кремнезема применяют ПЦ с содержанием щелочей менее 0,6% и вводят в цемент активные минеральные добавки (диатомит, трепел и др.), химически связывающие щелочи.
Основной комплекс мер защиты цементного камня от коррозии:
1.повышение плотности цементного камня;
2.выбор специальных вяжущих;
3.введение добавок, изменяющих структуру цементного камня, уменьшающих водопотребность и т. д.;
4.обработка поверхностного слоя (флюатирование, гидрофобизация, силикатизация и т. д.), а также инъекция растворов в толщу конструкции (цементация, битумизация, смолизация, силикатизация и т. д.);
5.защита поверхности от агрессивной среды при помощи окраски, оклейки, оштукатуривания различными гидроизоляционными материалами, а также торкретированием и облицовкой керамикой или металлом [3].
4 Основные факторы влияющие на удобоукладываемость бетонной смеси, способы повышения удобоукладываемости
Основными факторами, влияющими на удобоукладываемость бетонной смеси, являются расход цемента и его водопотребность (нормальная густота), величина водоцементного отношения, зерновой состав смеси заполнителей, в частности, доля песка, вид и особенности заполнителей, вид и количество добавок поверхностно-активных веществ и др.
Влияние водоцементного отношения. При постоянном расходе цемента и неизменном зерновом составе заполнителей ОК = f(В/Ц).
При этих условиях подвижность бетонной смеси возрастает с увеличением В/Ц; для пластичных смесей - практически по линейному закону.
Влияние расхода цемента. При постоянном водоцементном отношении и неизменном зерновом составе заполнителей ОК = f(Ц). Влияние расхода цемента на подвижность бетонной смеси аналогично влиянию водоцементного отношения, т. е. подвижность возрастает с увеличением расхода цемента. Это объясняется тем, что с увеличением расхода цемента при постоянном В/Ц количество цементного теста увеличивается при неизменной его вязкости.
Влияние вида цемента. Подвижность бетонной смеси на смешанных цементах зависит от вида минеральной добавки и ее количества. Пуццолановый портландцемент с добавкой трепела или диатомита придает бетонной смеси меньшую подвижность, чем портландцемент. Это объясняется тем, что трепел и диатомит представляют собой материалы с большой водопотребностью. Чем меньше водопотребность цемента, тем более подвижной оказывается бетонная смесь.
Влияние вида заполнителя. Зерна гравия округлы и имеют обычно гладкую окатанную поверхность, а зерна щебня угловаты, их поверхность шероховатая. Зерна песка также могут быть округлыми (природные пески) и угловатыми (искусственные пески). Заполнители с округлыми зернами придают большую подвижность бетонной смеси.
Влияние зернового состава смеси заполнителей. Изменение зернового состава заполнителей, а следовательно, формы, размеров и суммарной поверхности их зерен приводит к изменению условий "смазки" зерен. Наиболее существенно влияет на подвижность бетонной смеси изменение относительного количества песка как материала с более развитой поверхностью по сравнению с крупным заполнителем[4].
Способы повышения удобоукладываемости бетонной смеси
Повышение содержания цементного теста. Чем больше в бетонной смеси цементного теста (цемент + вода), тем выше ее удобоукладываемость. Цементного теста должно быть достаточно для заполнения пустот и обволакивания зерен заполнителей с некоторой раздвижкой. С толщиной слоя трение между зернами уменьшается, и удобоукладываемость бетонной смеси повышается.
Содержание воды. С повышением содержания воды подвижность бетонной смеси увеличивается. Однако ее количество должно быть оптимальным, с тем, чтобы не происходило расслоения, которое сопровождается осаждением заполнителей и выделением воды на поверхности уложенного бетона. В бетоне на портландцементе этого не происходит при В/Ц не более 1,65 нормальной густоты цементного теста. Добавки могут изменить эту границу. Следует иметь также в виду, что с повышением расхода воды при постоянном расходе цемента увеличивается В/Ц и прочность бетона уменьшается.
Вид цемента. Удобоукладываемость бетонной смеси зависит от нормальной густоты цементного теста. Так, пуццолановые портландцементы, в особенности с добавками диатомита и трепела, имеют высокую НГЦТ, образуют более вязкое цементное тесто, и бетонные смеси на них имеют худшую удобоукладываемость по сравнению со смесямина портландцементе.
Повышение крупности заполнителей. С повышением крупности щебня, гравия, песка сум-марная площадь их зерен уменьшается. Требуется меньше цементного теста, чтобы обволочь зерна, толщина прослоек между зернами увеличивается, и удобоукладываемость бетонной смеси повышается.
Форма зерен заполнителя. Лучшую удобоукладываемость имеют бетонные смеси на заполнителях с гладкой поверхностью – гравии и речном или морском песке по сравнению с бетонными смесями на щебне и горном песке.
Чистота заполнителей. Пылевидные, и особенно глинистые, частицы в заполни-телях отрицательно влияют на удобоукладываемость бетонных смесей. Они имеют большую удельную поверхность и повышенную водопотребность.
Поверхностно-активные добавки. Применение ПАВ, и в особенности пластификаторов, является одним из самых эффективных средств повышения удобоукладываемости бетонных смесей. Так добавка ЛСТ снижает водопотребность бетонных смесей на 10-12, С-3 – на 20-30 %. Эффективность их действия возрастает с увеличением содержания цемента, в жестких смесях – снижается [5].
5 Кровельные материалы на основе органических вяжущих
Виды, свойства, применение
Кровельные материалы на основе органических вяжущих подразделяются на битумные и дегтевые.
Кровельные материалы на основе битумов и дегтей делят на рулонные, листовые и штучные изделия, обмазочные материалы — мастики эмульсии и пасты, а по виду вяжущих — на битумные, дегтевые, гудрокамовые, резинобитумные, битумо- и дегтеполимерные.
Рулонные кровельные материалы могут быть двух типов — основные и безосновные. Основные материалы изготовляют путем обработки органическим вяжущим основы — кровельного картона, стеклоткани, стекловойлока, металлической фольги, асбестового картона и т. п. Безосновные материалы получают в виде полотнищ заданной толщины прокаткой на каландрах термомеханически обработанных смесей из органического вяжущего, порошкового или волокнистого наполнителя и специальных добавок. Наибольшее распространение в строительстве имеют материалы первого типа, некоторые представители их впервые были изготовлены в 1877 г. в России инж. .
В зависимости от класса сооружений, климатических и эксплуатационных условий, уклона кровли рулонные материалы укладывают в один, а чаще в несколько слоев, которые образуют монолитное покрытие, называемое кровельным ковром.
В соответствии с назначением рулонные материалы, имеющие основу, делят на два вида: покровные и беспокровные. Покровные материалы, применяемые главным образом для верхней части кровельного ковра, получают пропиткой основы органическими вяжущими и нанесением на нее с двух сторон покровного слоя из более тугоплавких органических вяжущих, часто с добавкой в них наполнителей, антисептиков и других компонентов. Покровный слой воспринимает атмосферные воздействия. Беспокровные материалы, предназначенные для нижней и средней частей кровельного ковра, покровного слоя не имеют[6].
Свойства битумных кровельных материалов
В основе битумных кровельных материалов лежат битумы — сложные соединения углеводородов, которые в зависимости от исходного сырья делятся на природные и нефтяные. Природные битумы добываются из асфальтовых пород, а нефтяные — это остаток при перегонке нефти. Так как битумы обладают такими полезными свойствами, как пластичность, водонепроницаемость, стойкость к различным атмосферным осадкам, высокая степень сцепляемости с деревом, металлом и камнем, то их широко используют в кровельных работах. Однако в большинстве случаев низкая морозостойкость битумов делает кровельное покрытие недолговечным. Срок жизни и полноценной службы битумной кровли достигает максимум 5—7 лет, а то и меньше [7].
Свойства дегтевых кровельных материалов
Основным механическим свойством дегтя является вязкость, которая быстро падает при повышении, температуры. Пониженная теплоустойчивость дегтя выражена более резко, чем у битума,
Другими характерными свойствами дегтя являются повышенная способность к прилипанию и неустойчивость к процессу старения. Вязкость дегтя обусловлена чисто химическим его строением, а повышенная способность к прилипанию и неустойчивость к процессу старения—содержанием летучих составляющих. Старение' связано с изменением химического состава, с потерей пластичности при пониженных температурах, появлением хрупкости
Дегтевые продукты менее, чем битумы, стойки к солнечной радиации и более гнилостойки.
Битумные и дегтевые рулонные кровельные материалы, несмотря на некоторые существенные недостатки по сравнению с асбестоцементными и черепицей (меньшая долговечность и огнестойкость, необходимость устройства для их укладки сплошной обрешетки), широко применяют в строительстве, особенно в промышленном. Они позволяют устраивать кровли с малым уклоном, плоские кровли и крыши сложной конфигурации; при их применении сокращаются расходы на эксплуатацию кровли в условиях агрессивной среды и т. п.
В общем объеме всех видов кровельных материалов около 50 % приходится на долю мягкой кровли.[8]
Задача
Масса сухого образца из ракушечника 300г. после насыщения его водой масса увеличилась до 390г. Найти пористость и объёмное водопоглащение ракушечника, если плотность его 2,4г/см3 ,а объём образца составляет 250 см3.
Дано:
mсух=300 г; mнас=300 г; V=250 cм3; ρ=2,4 г/ cм3;
Найти: Wm-?; Wv=?; П-?
Решение: 1Массовое водопоглощение:
Wm=((mнас-mсух)/ mсух)*100%=((390-300)/300)*100%=30%
2 Объемное водопоглощение:
Wv=((mнас-mсух)/V)*100%=((390-300)/250)*100%=36%
3 Средняя плотность ρm=Wv/Wm=36/30=1.2 г/см3
4 Пористость: П=(1- ρm/ ρ)*100%=(1-1,2*/2,4)=50%
Ответ: Массовое водопоглощение (Wm=30%).
Объемное водопоглощение (Wv=30%).
Пористость (П=50%)
Список литературы
1) Бутт, технология вяжущих материалов / , , .- Высшая школа, 1980. – 237 с.
2) «Cad2».//[Электронный ресурс]; [сайт]/ Официальный сайт Cad2. Режим доступа: http://cad2.ru/material/;.
3) «Экзамены».//[Электронный ресурс]; [сайт]/ Официальный сайт Экзамены. Режим доступа: http://bamboocha1.ucoz. ru/forum/2-9-1;.
4) «Студопедия».//[Электронный ресурс]; [сайт]/ Официальный сайт Студопедия. Режим доступа: http:///1_46330_faktori-vliyayushchie-na-udoboukladivaemost-betonnoy-smesi. html;.
5) «Referat».//[Электронный ресурс]; [сайт]/ Официальный сайт Referat. Режим доступа: http://xreferat. ru/88/354-1-uchet-svoiystv-stroitel-nyh-materialov-pri-provedenii-stroitel-nyh-rabot. html;.
6) «Библиотекарь. Ру».//[Электронный ресурс]; [сайт]/ Официальный сайт Библиотекарь. Ру. Режим доступа: http://www. bibliotekar. ru/spravochnik-33/149.htm;.
7) «Новострой».Кровельные и фасадные материалы.// Новострой [Электронный ресурс]; [сайт]/ . – Электрон. текст. дан. – Ступино, 2014. – Режим доступа: http://ns-st. ru/reference-book/literature/59-book/370-book. html - Загл. с экрана
8) «Библиотекарь. Ру».//[Электронный ресурс]; [сайт]/ Официальный сайт Библиотекарь. Ру. Режим доступа: http://www. bibliotekar. ru/spravochnik-33/149.htm;.
