Содержание

Теоретическая часть. 3

Вопрос 1. Развитие индустриального строительства в нашей стране, роль железобетона и других сборных конструкций. 3

Вопрос 2. Пластичность глин и способы ее повышения. 5

Вопрос 3. Жидкое стекло: получение, свойства,  область применения. 8

Вопрос 4. Приведите примеры гидравлических добавок и укажите их назначение. 9

Вопрос 5. Что такое термозит, каковы его свойства и для каких целей применяется в строительстве. 12

Практическая часть. 15

Задача 1. 15

Задача 2. 16

Список литературы.. 17
















Теоретическая часть

Вопрос 1. Развитие индустриального строительства в нашей стране, роль железобетона и других сборных конструкций

ОТВЕТ

В наследство от царской России Советское государство получило недостаточный по размерам, неблагоустроенный и значительно разрушенный во время 1-й мировой войны 1914—18гг жилой и индустриальный  фонд. Уже в первые годы существования Советской власти Коммунистическая партия и Советское государство улучшили жилищные условия трудящихся переселением их из подвалов в квартиры экспроприированных классов. В годы довоенных пятилеток (1929—40гг) обеспеченность населения жильём оставалась недостаточной, несмотря на непрерывно возраставший объём жилищного строительства, т. к. городское население росло ещё быстрее. Крайне обострили жилищную проблему разрушения, причинённые немецко-фашистской агрессорами в период Великой Отечественной войны 1941—45гг, в результате которых в городских и сельских местностях остались без крова около 25 млн. человек.

В послевоенный период восстановлен разрушенный жилой  и индустриальный фонд страны. Однако развитие промышленности вызывало дальнейший рост городского населения. Если в 1913г оно составляло 18% всего населения страны, в 1940г—33%, то в 1959г—48%. В связи с этим в 1957г ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление «О развитии жилищного   индустриального строительства в СССР», выдвинувшее задачу в кратчайшие сроки достигнуть значительного увеличения жилищного и индустриального  фонда и определившее пути и методы развития массового жилищного  и индустриального строительства.

Огромные масштабы Жилищно-гражданского строительства стали осуществимы благодаря индустриализации строительства, основанной, в свою очередь, на типизации зданий, унификации и стандартизации строительных изделий, а также развитию и специализации строительной индустрии и промышленности строительных материалов. Применение типовых проектов в жилищном строительстве в 1970г достигло 93,5% от общего его объёма, а в культурно-бытовом — 85,7%. Индустриализация Жилищно-гражданского строительства сопровождалась развитием крупноблочного и крупнопанельного строительства. Индустриализация Жилищно-гражданского строительства создала возможности для организации единого технологического потока, начиная с изготовления строительных конструкций и деталей и кончая возведением зданий. На базе комбинирования возникли новые комплексные промышленно-строительные предприятия — домостроительные комбинаты (ДСК). Продукцией ДСК является готовый к заселению жилой дом.

Железобетон представляет собой конструктивное соединение  бетона и стали . Существенным преимуществом  железобетона по сравнению с обычным(тяжелым) является  меньший обьемный вес и меньшая теплопроводность.

 Сравнительно небольшой объемный вес  железобетона –одно из достоинств последнего при сборном строительстве . Вместе с тем   железобетон имеет более низкие марки , чем обычный тяжелый бетон. Снижение веса  железобетона достигается за счет замены крупного заполнителя (гранитного щебня) на заполнитель из керамзита, пемзы, туфа, туфолавы, ракушечника, легкого известняка, спонголита, шлака и других им подобных заполнителях . Что позволяет существенно снизить стоимость. Таким образом, замена пролетного строения из обычного(тяжелого)железобетона на пролетное строение из  более легкого  железобетона позволяет выиграть по массе на 33%  и стоимости на 27% .За счет того что температурные деформации в стали и  бетоне почти одинаковы, а также при соприкосновении  бетона и арматуры ни в одном из них не возникает коррозии.   Следует отметить, что особенно целесообразно применение  железобетона в арочных мостовых пролетных  строениях. Это объясняется существенным снижением усилий в них от температуры и усадки благодаря низкому модулю упругости  железобетона.



Вопрос 2. Пластичность глин и способы ее повышения

ОТВЕТ

Вследствие взаимодействия, отчасти физического, а отчасти химического, атмосферы на разнообразные горные породы, эти последние разрушаются или, как говорят, выветриваются, образуя новые минеральные вещества. Все минералы, имеющие в своем составе полевой шпат, на счет его при выветривании дают глину, то всем известное тонкое и жирное на ощупь землистое вещество, которое повсеместно встречается, как на поверхности земли, так и на более или менее значительной глубине. Полевой шпат состоит из кремнезема, глинозема, окиси калия или окиси натрия. При выветривании полевой шпат разлагается так, что калий или натрий дают растворимый в воде углекислые соли, кремнекислота выделяется в свободном состоянии, а остающийся кремнекислый алюминий или глинозем и представляет собою собственно глину.

Глина относится к осадочным породам, состоящим из гидроалюмосиликатов - с общей химической формулой nА12О3.mSiО2.zН2О. В глинах присутствуют примеси кварцевого песка, полевых шпатов, карбонатов, некоторых оксидов и органических остатков. Глиняные частицы имеют малый размер (0,01- 10,00мкм) и в основном пластинчатую форму. Они способны включать воду не только в свою химическую структуру (химически связанная вода), но и удерживать ее вокруг частиц в виде тонких прослоек (физически связанная вода).

Этих важных, с технической точки зрения, свойств у глины немного, и мы начнем с того, что постараемся в них разобраться. Сухая глина с жадностью поглощает воду и упорно удерживает ее между своими частицами. Намокшая до известной степени глина перестает через себя пропускать воду и делается водонепроницаемой и в то же время превращается в массу, которая, будучи хорошо перемята и перемешана, приобретает способность легко принимать разнообразнейшие формы и сохранять при высыхании; глина обладает, словом, тем свойством, которое называется "пластичностью". Рядом с пластичностью и в непосредственной связи с ней находится и другое свойство глины, а именно "связывающая" способность. Способность эта заключается в том, что глина с различными порошкообразными, не пластичными телами, вроде песка и т.п.., дает однородное тесто, обладающее также пластичностью, хотя и в меньшей степени. Пластичность смеси уменьшается с увеличением содержания в ней непластичных веществ и наоборот.

В природе встречаются глины с самыми разнообразными степенями пластичности и связности, при чем наиболее пластичные глины всегда способны удержать и большее количество воды, но замачиваются труднее, чем не пластичные, и требуют для насыщения водою больше времени. По пластичности глины разделяют на 5 групп - от высокопластичных до непластичных. Глины с высокой пластичностью носят название глин "жирных", так как дают при осязании в замоченном состоянии впечатление жирного вещества. Глины непластичные или мало пластичные носят название "тощих". Жирная глина даже в состоянии блестящая с виду и скользка на ощупь. Глина тощая на ощупь шероховата, в сухом состоянии имеет поверхность матовую и при трении пальцем легко отделяет мелкие землистые пылинки.

Пластичностью называют свойство глин образовывать при затворении с водой тесто, способное под действием внешних усилий принимать любую форму и сохранять ее в процессе дальнейшей обработки (сушки и обжига).

Пластичное состояние глины характеризуют как промежуточное между хрупким (сухая глина) и текучим (глинистые суспензии) состояниями.

На пластичности глин основаны наиболее широко применяемые в практике способы формования керамических изделий, поэтому определение степени пластичности является одним из обязательных исследований, проводимых при анализе глин. Пластичность зависит от содержания воды в глине. Отличают пять характерных состояний смесей глины с водой:

1) верхний предел текучести, когда глиняное тесто легко течет;

 2) нижний предел текучести, при котором две порции глиняного теста, помещенные в неглубокую чашку, при легком отрывистом постукивании рукой почти не сливаются на дне;

3) нормальная консистенция, или предел липкости (прилипания), - рабочее состояние глины, при котором она не пристает к руке и металлу;

 4) состояние, при котором глина уже не раскатывается в нити;

5) состояние, при котором глина теряет связность и рассыпается при сдавливании.

Пластичность П (%) характеризуется так называемыми числами пластичности, представляющими разность между содержанием воды в глине, соответствующем нижней границе текучести (WT), и содержанием воды, соответствующем границе раскатывания, т.е. нижнему пределу пластичности (Wp), отнесенным к массе сухой глины:

П=WT-Wp,                            (1)

Поднять пластичность мало пластичной глины искусственными подмесями нет возможности, но понизить ее не трудно, а понижение это весьма часто бывает совершенно необходимым, ибо слишком жирная глина прилипает к форме и другим орудиям производства весьма сильно и трудно от них отстает; далее изделия из такой глины при высыхании обнаруживают весьма сильную усадку, т.е. сильно уменьшаются в размерах, что очень затрудняет их сушку, при которой изделия деформируются, и нередко получаются на них трещины. Песок, размолотый в порошок камень, обожженная и размолотая глина и др. подобные материалы вовсе непластичные могут служить для этой цели.

Обожженная и размолотая глина, носящая название шамота, как мы уже упоминали, также понижает пластичность глины. В то же время она увеличивает пористость изделий уменьшает их усадку и подымает огнеупорность.

Известь также понижает пластичность глины, но является вообще говоря, примесью нежелательной, а выше 18-20% и прямо вредной. Только при производстве каменного товара со сплавленным черепком известь всегда искусственно к глине прибавляется.


Вопрос 3. Жидкое стекло: получение, свойства,  область применения

ОТВЕТ

Жидкое стекло - это водный раствор силиката натрия, воздушно вяжущее, изготавливаемое путем обжига смеси, состоящей из кварцевого песка и соды. Полученное стекло после дробления растворяют в воде. Натриевое жидкое стекло применяется при производстве бетонов со специальными свойствами (кислотоупорных, жаростойких), огнезащитных красок и других материалов.

Такой материал незаменим в химической промышленности для производства силикагеля, силиката свинца, метасиликата натрия. В строительстве жидкое стекло применяется для защиты фундаментов от грунтовых вод, гидроизоляции стен, полов и перекрытий подвальных помещений, устройства бассейнов. Но это не единственное предназначение "водного раствора силиката натрия". Он удачно подходит для склеивания и связки строительных материалов, изготовления кислотоупорных, огнестойких и огнеупорных силикатных масс. Им можно склеивать бумагу, картон, стекло, фарфор. Жидким стеклом можно пропитывать ткани, бумагу, картон и деревянные изделия для придания им большей плотности и огнестойкости. Материал успешно используется для изготовления силикатных красок, клеев, моющих и чистящих средств, в качестве защитного средства при обрезке и ранении деревьев.

Жидкое стекло применяется в мыловаренной, жировой, химической, машиностроительной, текстильной, бумажной промышленности, в том числе, для производства картонной тары. В черной металлургии - как связующий материал при изготовлении форм и стержней. В литейном производстве - в качестве флотационного реагента при обогащении полезных ископаемых.

 Жидкое стекло также применяется для склеивания и связки всевозможных строительных материалов, стеклянных и фарфоровых изделий. Для склеивания и пропитки бумаги и картона, различных деревянных изделий и тканей с целью придания им большей прочности и огнеустойчивости. Используется для закрепления фундаментов различных сооружений и защиты их от грунтовых вод, а также при изготовлении кислотоупорных, огнеупорных силикатных масс. Кроме того, жидкое стекло можно использовать как добавку к цементным растворам при гидроизоляции полов, стен и перекрытий подвальных помещений, устройстве бассейнов (1л жидкого стекла на 10 л раствора). А также в качестве защитного средства при обрезке и ранении деревьев. Производится 1,3 л и 3,5 л. а также ведра 14 л и 22 л.

Установка для приготовления жидкого стекла  описана ниже.

Установка состоит из автоклава, насосов, бункера, металлоконструкции, бака для жидкого стекла, сливного рукава, шиберного затвора, системы трубопроводов пара и жидкого стекла.

Раздробленные силикатные глыбы из бункера через шиберный затвор поступают в автоклав, где производится разогрев паром и варка жидкого стекла. Автоклав и система трубопроводов жидкого стекла теплоизолированы минераловатными плитами и пароизоляционным слоем песчано-цементной штукатурки толщиной 15 мм по металлической сетке с применением клеевой окраски. Толщина общего слоя изоляции 60 мм. Паропроводы теплоизолированы асбестовым шнуром.

Трубопроводы крепятся к металлоконструкции специальными хомутами. Для отбора проб служит специальный трубопровод. Готовое жидкое стекло через сливной рукав сливается в бак. Перекачка жидкого стекла из бака осуществляется насосом Ш8-25-5,8/2,5Б-3. Предусмотрена возможность перекачки непосредственно из автоклава и из бака в автоклав.

Вопрос 4. Приведите примеры гидравлических добавок и укажите их назначение

ОТВЕТ

Применение гидравлических добавок в виде жидкого стекла для улучшения схватывание и твердение пенобетона неавтоклавного твердения

Неавтоклавный пенобетон, в отличии от автоклавного пенобетона и газобетона обладающий рядом ценных потребительских свойств, таких как низкая стоимость, высокие прочностные свойства, низкая теплопроводность, возможность приготовления непосредственно на строительной площадке.        В связи со специфическими условиями получения и эксплуатации, можно сформулировать ряд технологических требований к неавтоклавным пенобетонам: - неавтоклавные пенобетоны должны иметь минимальный срок схватывания; - неавтоклавные пенобетоны должны иметь повышенную скорость твердения; - теплофизические и физико – механические свойства пенобетона должны обеспечивать максимальную несущую способность стены при минимальной ее толщине.        Для обеспечения вышеупомянутых требований в состав пенобетона вводится повышенное (по сравнению с автоклавными пенобетонами) количество цемента. При этом не учитываются особенности химического строения и гидратации портландцемента. В первую очередь необходимо иметь в виду, что цемент содержит до 4% замедлителя схватывания – дигидрата сульфата кальция, а во вторых, что при гидратации клинкер - образующих минералов – алита и белита, в течение месяца выделяется в среднем около 18% гидроокиси кальция, причем, гидроокись кальция особой роли в формировании прочности системы не играет. Следовательно, для ускорения твердения системы необходимо блокировать дигидрат сульфата кальция, а для повышения прочности связать гидроокись кальция в другое, более прочное соединение.        Лучшими соединением, в которое может быть преобразован дигидрат сульфата кальция, являются эттрингит так как он способен поглощать большое количество воды, стабилизируя пенную структуру пенобетона. После блокирования гипса ускоряется общая скорость твердения цементной композиции, так как гипс перестает препятствовать гидратации алюминатной и алюмоферритной фаз цементного клинкера и они начинают ускоренно твердеть.        Для повышения общей прочности системы, гидроокись кальция лучше всего преобразовать в низкоосновные гидросиликаты, гидроалюминаты или гидроалюмоферриты кальция типа СSH, САH или CAFH, что может быть достигнуто введением в систему кремнеземистых, алюминатных или алюмоферритных соединений, обладающих высокой гидравлической активностью. Гидравлической активностью обладают перлит, кислые молотые шлаки, зола – унос, молотый керамзит, диатомит и др.

Сложность использования гидравлических добавок заключается в том, что они повышают прочность системы только при твердении во влажной среде. Безавтоклавные же пенобетоны, в основной своей массе, твердеют на воздухе, поэтому реакции взаимодействия гидроокиси кальция с пуццоланами прекращается после высыхания пенобетона.

Данных недостатков лишено жидкое стекло, так как кремний в жидком стекле находится в коллоидном состоянии и при введении его в цементную систему активно взаимодействует с гидроокисью кальция, при этом растворимость алита и белита повышаются в несколько раз / 2 /. Повышенная растворимость гидроокиси кальция приводит к быстрому образованию пересыщенного раствора и последующей кристаллизации тоберморитоподобных кальций натриевых гидросиликатов, равновесного состава CaO1,35SiO2 0,2 Na2O и метасиликата натрия m SiO2  n Na2O. Основные вяжущие свойства системе придает кальций натриевый гидросиликат, а метасиликат натрия только несколько повышает прочность. При наличии в системе гипса, кальций натриевые гидросиликаты и метасиликат распадаются с образованием тоберморита CaO SiO2 H2O и миробилита Na2SO410H2O (гидро - сульфата натрия), причем образовавшийся тоберморит и миробилит, образуют напряженную субмикрокристаллическую структуру, прочность которой существенно ниже, чем у кальций натриевых гидросиликатов. Поэтому блокирование гипса, упоминавшееся выше, важно еще с точки зрения повышения прочности системы, при использовании для формирования дополнительной прочности жидкого стекла. Сложность использования жидкого стекла в подобных системах заключается в подавлении жидким стеклом пены. Для устранения данного недостатка разработан стабилизатор, который вводится вместе с жидким стеклом.

Благодаря технологическим добавкам (включая жидкое стекло, стабилизатор), пенобетон, изготавливаемый на основе баратехнологии, схватывается через – 5-10 минут, а через 8 часов достигает манипуляторной прочности около 1,0 МПа.

Вопрос 5. Что такое термозит, каковы его свойства и для каких целей применяется в строительстве

ОТВЕТ

Впервые в конце 1960-х годов термозит  начали применять  для промышленных целей в таких областях, как различные типы свай, шпунтованные сваи, анкерные сваи, Вертикальные Опорные Элементы (ВОВ), трубы, трубопроводы, границы зон облучения и т.п.

Применение изготовляемого термозита  получило широкое признание в ряде мест континентальной части Соединенных Штатов в качестве альтернативного средства забутовки вокруг опор электропередач, свай  и анкерных опор. Сваи и ВОЭ крепятся в стволах, пробуренных обычным способом, а затем заранее отмеренное количество термозита  заливается или впрыскивается в стволы. Жидкий термозит немедленно начинает реагировать и расширяется до 15 раз по сравнению с исходным объектом, а затем затвердевает. В течение десяти минут свая или ВОЭ дают усадку и их можно освободить.  В 1974 году сообщалось, что термозит был успешно применен для установки 200 свай для гидроэлектростанции  при температуре -10 градусов и ветре 40 миль в час. Прочность сжатия превышала 100 фунтов на квадратный дюйм (ф/кв.д).

Исследования компаний показали, что частичное заглубление в почву покрытых термозитом панелей на десять лет "продемонстрировало незначительное повреждение термозита и уложенного металла, защищенного термозита.          Применение термозита в течение двадцати пяти лет для  конструкций как в условиях США, так и в районах с низкой температурой при установке ВОЭ продемонстрировало следующие общие преимущества, которые дает использование термозита  в качестве забутовочного материала.

1.     Экологическая чистота

2.     Отсутствие фреона

3.      Соответствие требованиям EPA в отношении выщелачивания Предотвращение проникновения средств защиты дерева через термозит в землю Покрываемый термозитом материал химически инертен

4.      Структурная сообразность

5.     Повышенная прочность отвесного пояса

6.     Прочность пояса не зависит от температуры

7.      Большая устойчивость во времени

8.     Повышенный срок службы сваи Сокращает гниение/коррозию у поверхности земли Поддерживает сохранение защитного состава дерева в свае

9.      Быстрая забутовка

10.            Меньше времени на усадку

11.            Значительно меньше затраты на перевозку забутовочных материалов

12.            Отсутствие времени на разморозку

13.            Значительное сокращение трудовых затрат

Механические свойства:

1. Неограниченная прочность на сжатие 75 ф/кв.д

2. Прочность на растяжение 64 ф/кв.д

3. Прочность сцепления 37 ф/кв.д

4. Модуль Юнга 1500 ф/кв.д

5. Тепловые свойства

6. Коэффициент теплопроводности К 0,255 (БТЕ /час/фут2 / F/дюйм)

примерно при 75 F

7. Коэффициент теплового расширения 40 х 10-6 на F

8. Эксплуатационныен параметры

9. Температура, верхний предел 225-250 F 

10. Температура, нижний предел -300 F

Электрические свойства

1. Диэлектрическая постоянная 1000 сантипуаз 1,04

2. Косвенные потери 0,05

Таблица 1

Устойчивость к воздействия химических веществ

Вода

отличные

Рассол, 10%

хорошие

Рассол, насыщенный

хорошие

Серная кислота, 10%

хорошие

Серная кислота, концентрированная

плохие

Азотная кислота, концентрированная

плохие

Соляная кислота, 10%

хорошие

Соляная кислота, концентрированная

плохие

Гидроокись алюминия, 10%

хорошие

Аммония, концентрированный

хорошие

Таблица 2

Устойчивость к воздействию растворителей

Большинство алифатических, алициклических углеводородов

хорошие

Устойчивость к воздействию плесени

отличная














Практическая часть

Задача 1

УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ

         Определите пористость горной породы, если известно, что ее водопоглащение по объему в 1,7 раза больше водопоглащения по массе, а плотность твердого вещества равна 2,6 г/ см3.

РЕШЕНИЕ

1)    Водопоглащение по массе равно:

Вп м = М воды/М пл,                     (2)

Где    М воды – масса воды в горной породе при ее насыщении, г

         М пл – масса горной породы в сухом состоянии, г

2) водопоглащение по объему равно:

Вп о = М воды/ Об пл,                            (3)

Где    об  пл – объем гонной породы в сухом состоянии без учета объема пор, см3

3) Так как,

Вп о = 1,7 * Вп м,                                    (4)

М воды/ Об пл = 1,7 8 М воды/ М пл,

Отсюда, М пл / Об пл = 1,7

4) Пористость определяется формулой:

По = (1-(р пл / р 0 ) *100,                                 (5)

Где    р0 –  средняя плотность горной породы ( 2,6 г/см3)

         р пл = М пл / Об пл – плотность абсолютно твердой горной породы, г/ см3

р пл = 1,7 г/ см3

5) Тогда

По = (1-1,7/2,6 ) *100 = 34,6 (%)

ОТВЕТ

Пористость горной породы равна 34,6 %.


Задача 2

УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ

         Определите пористость цементного камня при водопроцентном отношении В / Ц =0,6, если химически связанная вода составляет 16 % от массы цемента, плотность которого 3,1 г/ см3.

РЕШЕНИЕ

1)    В воды/ В цем = 0,6

Где    В воды – объем воды, см3

         В ц – объем цемента, см3

В воды =  0,6 * В цем

2) М воды = 0,16 * М цем

3) Пористость равна:

П о = (М воды )/ р воды* (В  воды + В цем),

Где    р воды – плотность воды (1 г/ см3)

Тогда, По = М воды/ ( В воды + В цем)= 0,16 М цем / (0,6 * В цем + В цем),

По = 0,16 М цем / 1,6 В  цем,

Так как М цем / В цем = р цем,

Где    Р цем – плотность цеме нта, то

По = (0,16/1,6) *3,1 = 0,31 или 31 (%)

ОТВЕТ

         Пористость цементного камня равна 31 %.










Список литературы

1)    Материаловедение и технология металлов. – М.: Высшая школа, 2001. – 637 с

2)    Курдюмов Г.В. Явление закалки и отпуска стали. – М.: Металлургиздат, 1960 . – 64 с.

3)    Лахтин Ю.М. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1993. – 448 с.

4)    Гуляев А.П. Металловедение. –М. : Металлургия, 1986. – 544 с.

5)    Зарембо Е.Г. Превращения в структуре и свойства сали. – М.: ВИИИТ, 1990