Связь состава, структуры и свойств строительных материалов.

Связь состава, структуры и свойств строительных материалов.

Свойства материалов в значительной мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых состоит данный материал.

Строение материала изучают на трех уровнях:

- на уровне макроструктуры (строение, видимое невооруженным гла­зом);

- микроструктуры (строение, видимое в оптический микроскоп);

- внутреннего строения веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного ана­лиза, электронной микроскопии и др.

Макроструктура твердых строительных материалов может быть не­скольких типов: конгломератная (бетоны), ячеистая (газо- и пенобетоны), мелкопористая (керамические материалы), волокнистая (древесина, стек­лопластики, изделия из минеральной ваты и др.), слоистая (рулонные, лис­товые, плитные материалы), рыхлозернистая (заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции, засыпок и др.).

Микроструктура вещества, составляющих материал, может быть кристаллической и аморфной. Кристаллическая форма в-ва явл-ся более устойчивой, обладающей большей прочностью.

Аморфные в-ва обладают нерастраченной внутр. энергией кристаллизации, хим. более активны,при нагревании они размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние.

Строительные материалы характеризуются химическим, минераль­ным и фазовым составами.

Химический состав В зав-ти от хим. со­става все материалы делят: на органич. (древесные, битум, пластмассы и т.п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т.п.), металлы (сталь, чугун, алюминий и т.п.). Хим. состав материалов часто выражают количеством содержащихся в них оксидов (в процентах). Оксиды, хим связанные между собой, образуют минералы, характер. мин. состав материала.

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количе­стве содержатся в вяжущем веществе или каменном материале.

Фазовый состав В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки и поры, заполненные воздухом или водой.

Физ. свойства опр-ся особенностями физ. со­стояния данного материала или отношением материала к различным физическим процессам.

Физико-химические свойства характеризуют влияние физического состояния материала на протекание определенных процессов.

Химические свойства определяют особенности данного материала к химическим реакциям или его способность противостоять химическому воздействию веществ, с которыми он вступает во взаимодействие.

Механические свойства характеризуют способность материалов со­противляться разрушению и деформированию под действием внешних сил.

Технологические свойства характеризуют способность материала к восприятию некоторых технологических операций, изменяющих состояние материала, структуру его поверхности, придающих нужную форму и раз-меры (дробимость, распиливаемость, гвоздимость, шлифуемость и т.п.).

2. Композицио́нный материа́л — неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и связующее, обеспечивающую совместную работу армирующих элементов.

Механическое поведение композита определяется соотношением свойств армирующих элементов и связующих, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных ком­понентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

Преимущества

высокая удельная прочность

высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 ГПа)

высокая износостойкость

высокая усталостная прочность

из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции

недостатки:высокая стоимость, анизотропия свойств, повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны

Примеры: Железобетон, стеклопластик,углепластика

Портландцемент.

Это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого совместного измельчения портландцементного клинкера с природным гипсом. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами. Сухой способ заключается в измельчении и тесном смещении сухих материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде порошка, называемого сырьевой мукой. Мокрый способ применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность. Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществляется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидко-текучей массы. Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах.. Свойства портландцемента. 1) тонкость помола. Сито №008 (80 мкм). Остаток ≤15%. Sуд=2500 – 3000 см²/г. Быстротвердеющий цемент 4000 – 5000 см²/г. особо быстротвердеющий цемент 600 см²/г. 2) водопотребность – воличество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты. Водопотребность 24 – 28%. Чем больше водопотребность, тем менее прочным получится цементный камень. 3) сроки схватывания. Начало схватывания не ранее 45 мин. Конец схватывания – не позднее 10 часов. 4) марки. Марка 300 – шлакопортландцемент, цемент с минеральными добавками. Стандартные марки портландцемента 400, 500, 550, 600. По требованию заказчика выпускается цемент и более высокой марки. Марка цемента оценивается пределом прочности при сжатии стандартных образцов балочек в возрасте 28 суток (после хранения в стандартных условиях). Активность цемента – фактическая прочность цемента в возрасте 28 суток. Rсж=518 кгс/см²→М500. 4) тепловыделения при твердении. С₃А больше всех выделяет тепла при твердении, затем C₃S, C₄AF, C₂S. При зимнем бетонировании, чем выше тонкость помола, тем выше тепловыделение. 5) роль добавки гипса. Если гипс не добавлять, то размолотый клинкер будет очень быстро схватываться. Применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбестоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных материалов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, жароизоляции и др

Теория твердения вяжущих.

1я теория Кристаллизационная теория Ле Шателье. 1й этап: Растворение исходного вяжущего вследствие большей растворимости исходного вяжущего, чем растворимость продуктов реакции процесс растворения исходного вяжущего в-ва продолжается и после достижения состояния насыщения раствора продуктами гидратации, вследствие 2й этап – кристаллизации продуктов гидратации. По коллоидной теории, выдвинутой Михаэлисом в 1893 г., кристаллический гидроалюминат, гидросульфоалюминат и гидроокись кальция обеспечивают первоначальную прочность. Насыщенная известью вода взаимодействует с силикатами с образованием почти нерастворимого гидросиликата кальция в виде студенистой массы. Эта масса постепенно затвердевает вследствие потери воды как за счет внешнего высыхания, так и за счет гидратации внутренних негидратированных ядер цементных зерен. Теория Байкова 1925 Твердение происходит в 3 этапа: 1) Раствор безводного соединения, входящий в состав вяжущего до образования насыщенного раствора. 2) За счет внедрения воды в решетку минерала в раствор начинают переходить гидратные новообразования в виде частиц коллоидных размеров. 3) Образование кристаллического сроста за счет растворения мелких коллоидных частиц и роста более крупных кристаллов.

Теория твердения ПЦ

Твердение-это р-т физико-хим.процессов взаимод-ия цемента с водой

1.Хим.р-ции,в р-те кот.обр-ся продукты гидратации цемента

2.Физ.процессы,в р-те кот. обр-ся кристаллич.монолит гидратных монообразований(цементный камень)

Химические процессы

С3 S

3CaO*SiO2+ag=xCaO*ySiO2*nH2O+Ca(OH)2

C2S

2CaO*SiO2+ag= ySiO2*nH2O+0.3Ca(OH)2

В зависимости от значений x,y,n гидросиликаты Ca могут быть низко или высоко основные. CaO=0,8-1,1 –содерж. в жидкой фазе

Низкоосновные: х=0,8-1,5 у=1-6 n=2-2,5 CSH(I)

Высокоосновные: х=1,75-3,0 у=1-6 n=1.5-2,0 CSH(II)

По данным Тимашева прочность кристаллов портландита вдоль оси сост.=670МПа (6700 кгс/см2), поперек оси=470 МПа.

Прочность CSH(I)>1000МПа

Прочность CSH(II)=700-800МПа

СSH(I) менее морозостойкие чем CSH(II)

При особых условиях твердения тоборморит C5S6O5(5CaO*6SiO2*5H2O)

Гидросиликаты по своей структуре представляют собой цементный гель. Размер его частиц 50-200. Поры геля всегда заполнены водой. Содержание твердых частиц 7(в16 степени) в 1см3.

Объем пор=const=28%

C 3 A

3CaO*Al2O3+6H2O=3CaO*Al2O3*6H2O(высокоосновный алюминат кальция)

Эта реакция промежуточная, она продолжается с прир.двуводным гипсом, вводим в количестве 1-3% для регуляции сроков схватывания при помоле клинкера п/ц.

3CaO*Al2O3*6H2O+3(CaSO4)2+19H2O=3CaO*Al2O3*3CaSO4*31H2O(высокоосновная форма гидросульфалюмината кальция-эттрингит)

Эттрингит образуется через 1ч после начала твердения. Кристаллы эттрингита имеют иглоподобную (призматич) форму. Внутри их находится канал диаметром до 100мкм, в кот. Размещ. Вода и цементный гель(низкоосновный).

Если повысить температуру(действ. темпер. фазой) то кристаллы эттрингита разрушаться поэтому при тепловой оброботке бетона содержание C3A должно быть ограничено (нс>5%).

C4AF

4CaO*Al2O3*Fe2O3+n(H2O)=3CaO*Al2o3*6H2O(высокоосновный гидроалюминат кальция)+CaO*Fe2O3(n-6)H2O(низкоосновный гидроферрит кальция)

Ле-Шателье предложил сквозьрастворный механизм твердения

Михоэлис предложил томохимич.мепханизм твердения-м-лы воды взаим.с пов-тью цем.частиц за счет диффузионных проц-ов

Теория Байкова создал единую теорию твердения: 1)Выделение цем.частицми при их взаим-ии с водой кристаллич. фаз эттрингита и портландита.Начинают обр-ся низкоосновные гидросиликаты Са(Цементный гель) 2)Цементный гель получает своё развитие с точки зрения формир-ия твердой кристаллитной фазы.Происходит прорастание цем.геля кристаллами портландита и эттрингита-стадия коллоидации 3) Закан-ся разв.цементного геля,частицы новооб-ий растут по размеру и кол-ву. Создается прочный цем.камень-стадия кристаллизации.

Цементный камень - материал, образующийся в результате гидратации и твердения цемента. Многие свойства цементного камня определяются его химической природой и микроструктурой. Микроструктура зависит от природы как твердой, так и нетвердой фаз, т. е. поровой структуры. Особенности микроструктуры определяются многими факторами, такими как физическая и химическая природа цемента, тип и количество вводимых добавок,температура и время гидратации и начальное водоцементное отношение.

12. Смешанные вяжущие вещ-ва.

Активными минеральными добавками называют природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонко-измельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой. Активные минеральные добавки - повышают стойкость портландцемента в водных условиях. Активные минеральные добавки могут быть природными (естественными) и искусственными. В качестве природных активных добавок широко используют горные породы (диатомит, трепел, опоку) а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемзу). Искус акт минер добавки представляют собой побочные продукты и отходы промышл-ти: доменные шлаки; Содержание активных минеральных добавок в обыкновенном портландцементе не должно превышать 15% по весу.

Если гидравлической добавки содержится более 15%, порт­ландцемент приобретает дополнительное название в зависимо­сти от вида добавки, а именно при введении природных добавок (трепела, диатомита, опоки и др.) - пуццолановый портланд­цемент, а при использовании доменных гранулированных шла­ков - шлакопортландцемент. Эти цементы обладают очень вы­сокой водостойкостью и особенно ценны, поэтому для гидротех­нических сооружений, однако они твердеют медленнее порт­ландцемента и имеют несколько пониженную прочность.

13. Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного помола клинкера и активной минеральной добавки с необходимым количеством гипса. Добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) должно быть 20% - 30%, а вулканических добавок (пемзы, туфа золы) - 25% - 40%. Активная минеральная добавка химически связывает гидроксид кальция, образующийся при взаимодействии алита с водой.

В результате этого процесса, происходящего во влажных условиях и при положительной температуре, растворимый гидроксид кальция связывается в практически нерастворимый гидросиликат кальция. Вследствие этого значительно возрастает стойкость бетона в отношении выщелачивания Са(ОН)2. ППЦ следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводные и подземные части сооружений). На воздухе бетон на ППЦ дает большую усадку и в сухих условиях частично теряет прочность, что объясняется "выветриванием" воды из гидратных соединений. Кроме того, бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость и не годятся для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. ППЦ твердеет в нормальных условиях медленнее, чем портландцемент. Поэтому его не следует применять при зимних бетонных работах.

Шлакопортландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака с необходимым количеством гипса. Допускается раздельный помол компонентов и их последующее смешение. Количество доменного шлака в ШПЦ должно быть не менее 21% и не более 80% (от массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной добавкой.

Доменные ишаки по своему химическому составу напоминают цементный клинкер. В них преобладают оксиды. Гидравлическая активность шлаков характеризуется коэффициентом качества.

Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром - грануляции, так как в процессе охлаждения шлаковый расплав распадается на отдельные зерна (гранулы). Гранулированный шлак является активным компонентом ШПЦ, он взаимодействует с гидроксидом кальция. Жаростойкость шлакопортландцемента значительно выше, чем у портландцемента, поэтому он широко используется для изготовления жаростойких бетонов. Однако ШПЦ как и ППЦ медленно набирает прочность в первое время твердения. Обычньй ШПЦ имеет марки: 300, 400 и 500.

Специальные виды цементов.

Пластифицированны й портландцемент изготовляют путем введения при помоле клинкера около 0,15(0,25)% поверхностноактивных веществ. Он отличается от обычного портландцемента способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность. Пластифицирующий эффект используется для уменьшения водоцементного отношения, повышения морозостойкости и водонепроницаемости бетона.

Гидрофобный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера 0,1-0,2% мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих добавок, отталкивающих воду. Он обладает пониженной (по сравнению с обычным цементом) гигроскопичностью, лучше сохраняет свою активность при хранении и перевозках. Гидрофобный портландцемент пластифицирует бетонные и растворные смеси, повышает морозостойкость и водонепроницаемость бетона.

Сульфатостойкий цемент По сравнению с обычным портландцементом сульфатостойкий цемент обладает повышенной стойкостью к действию минерализованных вод содержащих сульфаты меньшим тепловыделением замедленной интенсивностью твердения и высокой морозостойкостью. Сульфатостойкий цемент получают тонким измельчением клинкера нормированного минералогического состава. Предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических и др. сооружений испытывающих воздействие агрессивной сульфатной среды (например морской воды) особенно в условиях переменного увлажнения чередующихся замерзания и оттаивания. При затворении и последующем твердении они образуют цементный камень, устойчивый к агрессивному действию сульфатной среды (например, морской воды).

Быстротвердеющие цементы - группа цементов различной природы и состава, характеризующаяся способностью обеспечить в нормальных условиях твердения формирование искусственного камня заданной прочности за короткий период (за короткие сроки твердения).

Природа таких цементов различна: это могут быть быстротвердеющие цементы на основе портландцементного клинкера - быстротвердеющие портландцемента, глинозёмистые (алюминатные) цементы, магнезиальные цементы, смеси нескольких цементов и смеси цементов с добавками и др. Существенно может отличаться и уровень нормируемой ранней прочности цементного камня. Сроки достижения требуемой прочности быстротвердеющих цементов, в зависимости от предполагаемой области их применения, составляют от нескольких часов до 2-3 суток. В ряде случаев, когда прочность формируется за очень короткое время (несколько часов), быстротвердеющие цементы становятся также быстросхватывающимися (начало схватывания ранее 45 мин.), поскольку процесс cхватывания цемента всегда является составляющей стадией процесса формирования прочности.

Глиноземистый цемент – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельченного клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Однокальциевый алюминат CaO*Al₂O₃ определяет быстрое твердение и другие свойства глиноземистого цемента. Влияние на качество цемента оказывает алюмосиликат кальция – геленит CaO*Al₂O₃*SiO₂. Для получения клинкера глиноземистого цемента в качестве главных компонентов сырьевой массы берут известняк СаСОз и породы, содержащие глинозем (Аl₂Оз*nH₂О), например, бокситы. В России разработан способ производства глиноземистого цемента путем плавки в доменной печи бокситовой железной руды с добавкой известняка и железного лома. При этом доменная печь одновременно выдает чугун и шлак, представляющий клинкер глиноземистого цемента. Глиноземистый цемент обладает высокой прочностью только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах, не свы­ше 25°С. Поэтому глиноземистый цемент нельзя применять для бетонирования массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке. Замечательным свойством глиноземистого цемента является его необычно быстрое твердение. Тепловыделение глиноземистого цемента при твердении примерно в 1,5 раза больше, чем у портландцемента. В продуктах гидратации глиноземистого цемента не содержится гидроксида кальция и трехкальциевого шестиводного гидроалюмината (если температура не превышает 25°С), поэтому бетон на глиноземистом цементе более стоек по сравнению с портландцементом против выщелачивания Са(ОН)з, а также в растворах сульфата кальция и магния (в частности, в морской воде). Однако затвердевший глиноземистый цемент разрушается в растворах кислот и щелочей. С учетом специфических свойств и высокой стоимости глиноземистый цемент предназначается для получения быстротвердеющих, а также жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, глиноземистый цемент используется для получения расширяющихся цементов.

Расширяющиеся цементы - цементы, обеспечивающие компенсацию естественной усадки цементного камня в атмосферных условиях.

Компоненты состава РЦ компенсируют усадочные деформации цементного камня и обеспечивают либо безусадочность цементного камня, либо небольшое расширение цементного камня с целью получения величины самонапряжения - напрягающие цементы. Наиболее распространёнными расширяющимися цементами являются цементы на основе ПЦ клинкера - продукты совместного размола клинкера, гипса и расширяющегося компонента (расширяющейся добавки). Содержание расширяющегося компонента в таких цементах находится в пределах 5-20%. Компонентами состава расширяющихся цементов, обеспечивающими необходимые значения расширения, чаще всего, являются алюминатные и сульфоалюминатные соединения.

Напрягающие цементы - разновидность расширяющихся цементов, обеспечивающих, наряду с повышенными деформациями расширения цементного камня, соответствующие механические напряжения арматуры при изготовлении изделий из железобетона. От РЦ,, НЦ отличается большим содержанием расширяющегося компонента (до 30%), более короткими сроками начала схватывания (30 мин.) и высоким значением свободного линейного расширения в пределах 1 -2%. Значительное расширение не позволяет использовать НЦ в неармированных бетонных изделиях и конструкциях.

Области применения НЦ: изготовление сборных элементов (панелей, плит перекрытий) и омоноличивание конструкций, изготовление покрытий полов и дорог, напорных и безнапорных труб, резервуаров, гидроизоляционных покрытий и др.

16. Свойства портландцемента

1) тонкость помола. Сито №008 (80 мкм). Остаток ≤15%. Sуд=2500 – 3000 см²/г. Быстротвердеющий цемент 4000 – 5000 см²/г. особо быстротвердеющий цемент 600 см²/г. 2) водопотребность – воличество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты. Водопотребность 24 – 28%. Чем больше водопотребность, тем менее прочным получится цементный камень. 3) сроки схватывания. Начало схватывания не ранее 45 мин. Конец схватывания – не позднее 10 часов. 4) марки. Марка 300 – шлакопортландцемент, цемент с минеральными добавками. Стандартные марки портландцемента 400, 500, 550, 600. По требованию заказчика выпускается цемент и более высокой марки. Марка цемента оценивается пределом прочности при сжатии стандартных образцов балочек в возрасте 28 суток (после хранения в стандартных условиях). Активность цемента – фактическая прочность цемента в возрасте 28 суток. Rсж=518 кгс/см²→М500. 4) тепловыделения при твердении. С₃А больше всех выделяет тепла при твердении, затем C₃S, C₄AF, C₂S. При зимнем бетонировании, чем выше тонкость помола, тем выше тепловыделение. 5) роль добавки гипса. Если гипс не добавлять, то размолотый клинкер будет очень быстро схватываться. С таким цементом не возможно будет работать. Все способы, которые подавляют гидролиз алита вызывают замедление твердения. Все способы, которые активизируют гидролиз алита приводят к ускорению схватывания и твердения.

Классы бетона.

В основе опр-ия класса бетона положена х-ка прочности с коэф-том вариации. К-т вариации х-ет однородность стр-ры бетона. Нормир прочность В до 60 МПа,R_Б –фактч.прочность(исп образец 15х15х15),R-сред.прочность опр-ся статистич.расчётом при опред.к-те вариации

Класс бетона-гарантир.прочность бетона с обеспеченностью 0,95

В=R(1-1,64V) R=B/0.0778

Марка бетона-это числ.знач.прочности при сжатии кубика 15х15х15 в возрасте 28 сут при твердении бетона в норм.влажных усл.

проектную марку бетона по прочности на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см²) эталонных образцов-кубов. За проектную марку бетона по прочности на осевое растяжение принимают сопротивление осевому растяжению (кгс/см²) контрольных образцов.

46. Подобрать состав бетона это значит на исходных материалах (Ц+Щ+В+П), отвечающих требованиям соответствующих стандартов, обеспечить класс или марку бетона, а также подвижность бет смеси (ОК, Ж) и другие требования(мороз-ть, водопрониц-ть) составом при минимальном расходе Ц.

3 классических метода: 1) Экспериментальный – длительный, но надежный. Rб28 = f(В/Ц); Ок= f(1:nо)о эти зависимости меняются в зависимости от смены на строительстве П,Щ,Ц (завода-поставщика) Каждая лаборатория эти зависимости имеет. 2) Расчетно-экспериментальный (метод Скрамтавева) – расчетом определяется В/Ц и далее оно постоянно. Варьируя количеством песка меняем расход Ц, сохраняя В/Ц постоянным, и добиваемся требуемой Ок. Выбираем состав, при котором обеспечивается Rб и Ок при Ц минимальном. 3) Расчетный метод – расчетом определяются все требуемые величины (В/Ц, Ц, П, Щ и В на м3), но выбранный состав подтверждается экспериментально.

Состав бетона подбирают на средний уровень прочности бетона, устанавливаемый в соответствии с фактической его однородностью по прочности на сжатие, растяжение или растяжение при изгибе. Номинальный состав бетона определяют в следующей последовательности: устанавливают характеристики исходных материалов, производят расчет начального и дополнительных составов бетона, делают пробные замесы всех составов с корректировкой удобоукладываемости бетонной смеси; изготовляют и испытывают образцы бетона по всем требуемым показателям качества; обрабатывают полученные результаты и выбирают номинальный состав бетона, обеспечивающий получение бетонной смеси и бетона с требуемыми показателями качества при минимальном расходе вяжущего. После определения номинального состава, устанавливают производственный состав бетона с учетом фактической влажности заполнителей, который передают в производство. W песка до 30%, Wщебня до 12%. пусть 1:х:у=1:2:4 – номинальный состав. Призводственный состав: Цпр=Ц – цемент применяется только сухим, Ппр= П(1+Wп/100), Щвл=Щ(1+Wщ/100), Впр= В-Вп-Вщ

Совр. виды добавок в бетон

СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРЫ Основным преимуществом суперпластификаторов является то, что при одинаковых значениях водоцементного отношения они значительно повышают подвижность бетонных и растворных смесей, не снижая прочностных показателей затвердевших смесей. Воздействуя на процессы формирования структуры, особенно на начальной стадии, суперпластификаторы изменяют реологические свойства цементной системы, способствуют сокращению ее водопотребности, что в дальнейшем отражается на параметрах кристаллизационной структуры. В зависимости от химической основы различают следующие виды суперпластификаторов: — суперпластификаторы на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений и комплексов на их основе; — суперпластификаторы на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений и комплексов на их основе; — суперпластификаторы на основе модифицированных лигносульфанатов; — суперпластификаторы на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров.

Специалисты отмечают, что нельзя однозначно определить преимущества применения того или иного вида суперпластификаторов. Эффект применения суперпластификаторов в сухих строительных смесях может изменяться в зависимости от минерального состава цемента, его удельной поверхности, от характеристик наполнителей, заполнителей и модифицирующих добавок, от совместимости с компонентами, входящими в состав конкретного продукта, от условий твердения, а также от стоимости применяемых суперпластификаторов. Не вызывает сомнения лишь то, что применение суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей позволяет улучшить строительно-технологические свойства выпускаемых составов и что только с появлением современных суперпластификаторов стало возможным создание самоуплотняющихся и самонивелирующихся растворных смесей.

51. При бетонировании зимой необходимо обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде в течении срока, устанавливаемого и обеспечивающего набор бетоном критической (минимальной) прочности, гарантирующей сохранение структуры бетона и удовлетворительное его твердение после оттаивания.

Укладываемый бетон, должен зимой же приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной нагрузки или даже до полной загрузки сооружения. Способ зимнего бетонирования включает в себя применение противоморозных добавок. Противоморозные добавки эффективно ускоряют процессы твердения, понижают температуру замерзания воды, увеличивая тем самым продолжительность твердения бетона до набора необходимой прочности. Количество вводимых добавок в бетонную смесь зависит от температуры окружающей среды, способа бетонирования конструкции и метода ухода за твердеющим бетоном, требований предъявляемых к бетону и др. Еще одним важным фактором зимнего бетонирования является подогрев бетонной смеси. В зависимости от массивности конструкции и температуры наружного воздуха подогревают воду для бетона или воду и заполнители – песок, щебень, гравий. Бетонная смесь при выходе из бетоносмесителя должна иметь температуру не выше 40°С, так как при более высокой температуре она быстро густеет. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже 5°С, а при укладке в тонкие конструкции – не ниже 20°С.

После завершения работ по укладке бетонной смеси в конструкцию открытую поверхность покрывают полиэтиленовой пленкой и утеплителем (матами из минеральной ваты, пенопласта, опилками и т. д.). Следующим этапом зимнего бетонирования является обеспечение набора бетоном критической прочности. Это достигается двумя способами:

1) использование внутреннего запаса теплоты бетона;

2) дополнительной подачей бетону теплоты извне. На сегодняшний день существует несколько методов: электроподогрев бетонной смеси в специальном бункере непосредственно перед укладкой до 50…70°С; способ термоса (подогретая смесь твердеет в условиях теплоизоляции); обогрев бетона паром; электропрогрев бетона (осуществляют, пропуская через бетон электрический переменный ток); обогрев воздуха, окружающего бетон под тепляком.

Связь состава, структуры и свойств строительных материалов.

Свойства материалов в значительной мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых состоит данный материал.

Строение материала изучают на трех уровнях:

- на уровне макроструктуры (строение, видимое невооруженным гла­зом);

- микроструктуры (строение, видимое в оптический микроскоп);

- внутреннего строения веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного ана­лиза, электронной микроскопии и др.

Макроструктура твердых строительных материалов может быть не­скольких типов: конгломератная (бетоны), ячеистая (газо- и пенобетоны), мелкопористая (керамические материалы), волокнистая (древесина, стек­лопластики, изделия из минеральной ваты и др.), слоистая (рулонные, лис­товые, плитные материалы), рыхлозернистая (заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции, засыпок и др.).

Микроструктура вещества, составляющих материал, может быть кристаллической и аморфной. Кристаллическая форма в-ва явл-ся более устойчивой, обладающей большей прочностью.

Аморфные в-ва обладают нерастраченной внутр. энергией кристаллизации, хим. более активны,при нагревании они размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние.

Строительные материалы характеризуются химическим, минераль­ным и фазовым составами.

Химический состав В зав-ти от хим. со­става все материалы делят: на органич. (древесные, битум, пластмассы и т.п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т.п.), металлы (сталь, чугун, алюминий и т.п.). Хим. состав материалов часто выражают количеством содержащихся в них оксидов (в процентах). Оксиды, хим связанные между собой, образуют минералы, характер. мин. состав материала.

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количе­стве содержатся в вяжущем веществе или каменном материале.

Фазовый состав В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки и поры, заполненные воздухом или водой.

Физ. свойства опр-ся особенностями физ. со­стояния данного материала или отношением материала к различным физическим процессам.

Физико-химические свойства характеризуют влияние физического состояния материала на протекание определенных процессов.

Химические свойства определяют особенности данного материала к химическим реакциям или его способность противостоять химическому воздействию веществ, с которыми он вступает во взаимодействие.

Механические свойства характеризуют способность материалов со­противляться разрушению и деформированию под действием внешних сил.

Технологические свойства характеризуют способность материала к восприятию некоторых технологических операций, изменяющих состояние материала, структуру его поверхности, придающих нужную форму и раз-меры (дробимость, распиливаемость, гвоздимость, шлифуемость и т.п.).

2. Композицио́нный материа́л — неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и связующее, обеспечивающую совместную работу армирующих элементов.

Механическое поведение композита определяется соотношением свойств армирующих элементов и связующих, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных ком­понентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

Преимущества

высокая удельная прочность

высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 ГПа)

высокая износостойкость

высокая усталостная прочность

из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции

недостатки:высокая стоимость, анизотропия свойств, повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны

Примеры: Железобетон, стеклопластик,углепластика