Понятие науки строительное материаловедение.

Понятие науки строительное материаловедение.

Строительное материаловедение- наука о строительных материалах, их составе, свойствах, внутреннем строении, технологиях изготовления и областях применения, долговечности и надежности, конструкции зданий и сооружений. Материаловедение относится к числу основополагающих строительных наук, поскольку без знания свойств строительных материалов невозможно проектировать, строить, реконструировать и эксплуатировать объекты. Эта наука является многоотраслевой, так как посвящена изучению и систематизации строительных материалов, вырабатываемых в соответствующих отраслях промышленности в полной номенклатуре.

Материаловедение - это область теоретических знаний. Известно, что теория призвана объяснять факты, наблюдаемые в производственных и лабораторных исследованиях; в эмпирическом материале она открывает действие закономерностей, сводит их в единую систему, что приводит к многим другим обобщениям и гипотезам, к созданию теории, наличие которой переводит систему знаний в подлинную науку.

Исторические этапы развития производства строительных материалов.

Целенаправленное использование материалов для возведения построек различного функционального назначения известно человечеству с древнейших времен. На начальных этапах цивилизации применяли такие материалы, которые не требовали значительных усилий и энергетических затрат для придания им заданной формы: древесину и природные камни, необожженную глину.

Исходным моментом для становления науки о материалах явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге. Со временем чрезмерную пористость изделий научились уменьшать глазурованием.

С течением времени человечество познало самородные, а затем и рудные металлы. Холоднокованая самородная медь была вытеснена медью, выплавленной из руд, которые встречались в природе чаще и в больших количествах. В дальнейшем к меди стали добавлять другие металлы, и таким образом в III тыс. до н. э. люди научились изготовлять и использовать бронзу как сплав меди с оловом, а также обрабатывать благородные металлы, уже широко известные к тому времени.

Получение новых керамических и металлических материалов и изделий было обусловлено определенным прогрессом производства. Возрастала необходимость в более глубоком понимании свойств материалов, особенно прочности, ковкости и других качественных характеристик, а также способов их возможного изменения.

Первый этап. Его можно характеризовать как становление науки о материалах вообще, о составе веществ, внутренних взаимодействиях мельчайших частиц и их свойствах. Второй этап в развитии строительных материалов начался с изобретения во второй половине 19 в. гидравлического вяжущего - портландцемента - и закончился в первой половине 20 в. Появилась возможность изготовлять водостойкие бетоны и строительные растворы, что существенно расширило технические возможности строительства. Важнейшим показателем этого этапа явилось массовое производство различных строительных материалов и изделий, непосредственно связанное с интенсификацией строительства промышленных и жилых зданий, общим прогрессом промышленных отраслей, электрификацией и т. д. В номенклатуре материалов, кроме применявшихся на первом этапе камня, меди, бронзы, железа и стали, керамики, стекла и отдельных вяжущих, начался массовый выпуск портландцемента, появились новые цементы; сформировалась специальная наука о бетонах - бетоноведение. Были предложены новые разновидности искусственных заполнителей для легких бетонов -керамические, шлаковые и др.

В конце 19 в. формируется технология изготовления железобетона и получает развитие наука о железобетоне.

Третий этап охватывает период со второй половины 20 в. до настоящего времени. Он характеризуется, во-первых, процессом дальнейшего расширения производства строительных материалов и углублением знаний соответствующих им специализированных наук и, во-вторых, интеграцией научных знаний о строительных материалах и изделиях в их сложной совокупности.

Строительные материалы. Классификация по различным признакам.

В строительстве используют большое количество разнообразных материалов. По назначению строительные материалы принято делить на следующие группы:

• вяжущие строительные материалы (воздушные вяжущие, гидравлические вяжущие). В эту группу входят различные виды цементов, известь, гипс;

• стеновые материалы - ограждающие конструкции. К этой группе относятся естественные каменные материалы, керамический и силикатный кирпич, бетонные, гипсовые и асбестоцементные панели и блоки, ограждающие конструкции из стекла и силикатного ячеистого и плотного бетона, панели и блоки из железобетона;

• отделочные материалы и изделия - керамические изделия, а также изделия из архитектурно-строительного стекла, гипса, цемента, изделия на основе полимеров, естественные отделочные камни;

• тепло- и звукоизоляционные материалы и изделия - материалы и изделия на основе минеральных волокон, стекла, гипса, силикатного вяжущего и полимеров;

• гидроизоляционные и кровельные материалы ~ материалы и изделия на основе полимерных, битумных и других связующих, асбестоцементный шифер и черепица;

• герметизирующие - в виде мастик, жгутов и прокладок для уплотнения стыков в сборных конструкциях;

• заполнители для бетона ~ естественные, из осадочных и изверженных горных пород в виде песка и щебня (гравия), и искусственные пористые;

• штучные санитарно-технические изделия и трубы - из металлов, керамики, фарфора, стекла, асбестоцемента, полимеров, железобетона.

• Конструкционные

• Специального назначения

Классификация строительных материалов по назначению позволяет выявить наиболее эффективные материалы.

По виду исходного сырья строительные материалы делят на природные и искусственные, минеральные и органические. Природные, или естественные, строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки древесных материалов. Этим материалам при изготовлении изделий из них придают определенную форму и рациональные размеры, не изменяя их внутреннего строения, химического и вещественного состава. Чаще других из природных используют древесные и каменные материалы и изделия. Кроме них, в готовом к употреблению виде или при механической обработке можно получить природный битум или асфальт, камыш, торф и другие природные продукты.

По технологическому признаку на:

• Природные каменные материалы и изделия

• Керамические материалы и изделия (кирпич, черепица, плитки, керамзит)

• Стекло и другие материалы и изделия из минеральных расплавов

• Неорганические вяжущие вещества (цемент, известь)

• Бетоны

• Строительные растворы

• Искусственные необжиговые каменные материалы (силикатный кирпич, гипсокартон)

• Органические вяжущие вещества и материалы на их основе (битум, рубероид)

• Полимерные материалы и изделия (линолеум, пенопласт)

• Древесные материалы и изделия

• Металлические материалы (сталь)

Классификация горных пород.

Горные породы представляют собой скопление минеральных масс, состоящих из одного или нескольких минералов. Например, гранит состоит из трех минералов - полевых шпатов, кварца и слюды, а известняк - из одного кальцита. Процентное содержание минералов в горной породе определяет ее состав. Форма, размеры и взаимное расположение минералов в горной породе обусловливают ее структуру. Минералогический состав и структура, в свою очередь, определяют свойства горной породы.

Минералом называют однородное по составу, строению и свойствам твердое тело, образовавшееся в результате сложных физико-химических процессов, происходящих в земной коре. Горные породы, состоящие из одного минерала, называются мономинеральными, а состоящие из нескольких минералов - полиминеральными. Содержащиеся в составе горных пород минералы разделяют на породообразующие и второстепенные. Первые, примерно 40...50 минералов, участвуют в образовании горных пород и обусловливают их свойства; вторые встречаются в них только в виде примесей. Основными породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты, карбонаты и сульфаты.

По химическому составу минералы могут быть: простыми веществами (сера, графит); оксидами и гидрооксидами; солями различных кислот (хлориды - каменная соль; сульфаты - гипс; карбонаты - кальцит) и наиболее распространенными в природе сложными соединениями - силикатами и алюмосиликатами различных металлов (полевые шпаты, слюды, асбест).

По происхождению горные породы делятся на магматические (изверженные), осадочные и метаморфические (видоизмененные).

Метаморфические (видоизмененные) породы образуются в природе в результате изменения состава и строения осадочных и изверженных пород. Текстура метаморфических пород может быть сланцеватой (глинистые сланцы) и массивной (мрамор и кварциты).

Магматические (первичные) породы образовались в результате застывания и кристаллизации магмы – расплавленной массы преимущественно силикатного состава, образуют глубинах земной коры. К таким породам относятся граниты, сиениты, габбро и др.

Осадочные породы образовались в результате разрушения горных пород (механические отложения) и биологического (органогенные породы) или химического (химические осадки) преобразования природного минерального сырья. Песчаники, Мел.

13.Основные породообразующие минералы горных пород.

К числу минералов, называемых породообразующими, относятся кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, сульфаты и железистомагнезиальные минералы. От минералогического состава горных пород в значительной степени зависят их строительные свойства.

• ГРУППА КВАРЦА

В наибольшем количестве в земной коре (литосфере) содержится свободный кремниевый ангидрид или кремнезем SiC₂. В состав большинства минералов он входит в виде силикатов — химических соединений с основными окислами. Свободный природный кристаллический кремнезем встречается в виде кварца — одного из наиболее распространенных в земной коре.

В природе встречается минерал опал аморфной структуры, представляющий собой гидрат кремнезема. Аморфный кремнезем.

• ГРУППА АЛЮМОСИЛИКАТОВ

Второе место после кремнезема занимает в земной коре глинозем - Свободный глинозем в природе встречается в виде минералов корунда и других глиноземистых минералов.

Корунд — один из наиболее твердых минералов. Его используют для производства высокоогнеупорных материалов, он является ценным абразивом.

Другой глиноземистый материал—диаспор — представляет моногидрат глинозема Н₂О и содержит 85%. Диаспор входит в состав бокситов.

Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами, называемых алюмосиликатами. Наиболее распространенными в земной коре алюмосиликатами являются полевые шпаты, которые составляют по весу более половины всей массы литосферы. К этой же группе минералов относятся слюды и каолиниты. Различают ортоклаз или калиевый полевой шпат и плагиоклазы.

Слюды представляют собой водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Наиболее часто встречаются следующие виды слюд: калиевая (мусковит) железистомагнезиальная (биотит), вермикулит.

Каолинит или водный алюмосиликат представляет собой продукт выветривания изверженных и метаморфических горных пород.

• ГРУППА ЖЕЛЕЗИСТО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИЛИКАТОВ

Наиболее распространенными породообразующими минералами железисто-магнезиальной группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

Пироксены, из семейства которых наиболее часто встречаются авгиты.

К амфиболам относится роговая обманка.

• ГРУППА КАРБОНАТОВ

В осадочных горных породах наиболее часто встречаются породообразующие карбонатные минералы (карбонаты), важнейшие из них — кальцит, магнезит и доломит.

• ГРУППА СУЛЬФАТОВ

Сульфатные минералы (сульфаты), так же как и карбонаты, часто встречаются в осадочных горных породах; важнейшие из них — гипс и ангидрит.

 

Изверженные горные породы.

Первичные или изверженные горные породы в зависимости от того, где остывала магма, делятся на глубинные и излившиеся.

Глубинные породы (интрузивные) образовались в результате остывания магмы на большой глубине от поверхности земли в условиях высокой температуры и высокого давления.

Излившиеся породы (эффузивные) образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы, на поверхность земли (новейшие породы) или близко к поверхности в виде жил (древние породы) при давлениях и температурах, мало отличавшихся от существующих на поверхности земли.

• ГЛАВНЕЙШИЕ ГЛУБИННЫЕ ПОРОДЫ

К числу главнейших глубинных пород, применяемых в строительстве, относятся гранит, сиенит, лабрадорит, габбро и диорит.

• ГЛАВНЕЙШИЕ ИЗЛИВШИЕСЯ ПОРОДЫ

Порфиры подразделяются на кварцевый порфир — аналог гранита, бескварцевый порфир — аналог сиенита и порфирит — аналог диорита. Строительные свойства порфиров близки к свойствам глубинных пород, но вследствие неравномерности структуры и наличия «вкрапленников» (чаще крупные зерна полевого шпата) стойкость их против выветривания ниже и верхние слои в месторождениях часто бывают выветрившимися. Порфиры значительно слабее сопротивляются истиранию, чем глубинные породы.

Диабаз (аналог габбро).

К новейшим излившимся породам относятся трахит, андезит и базальт.

Кроме указанных выше массивных пород к изверженным горным породам относятся обломочные — продукт переотложения и цементации рыхлого материала, выбрасываемого вулканами; они разделяются на рыхлые —- вулканические пеплы, песок, пемза и цементированные — вулканические туфы, трассы, туфовая лава.

Вулканическими пеплами называют неправильной формы порошкообразные частицы вулканической лавы, выброшенной в раздробленном состоянии; более крупные частицы называют вулканическими песками.

Осадочные горные породы.

В составе литосферы на долю осадочных пород приходится лишь около 5 %, однако они занимают до 75 % площади поверхности Земли. Характерным для осадочных пород является слоистость залегания (их называют пластовыми) и в большинстве случаев более пористое строение и меньшая прочность, чем у плотных магматических пород. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяют на три группы: механические отложения (обломочные), химические осадки, органогенные отложения.

Механические отложения (рыхлые и цементированные) образовались в результате разрушения других пород под воздействием процесса выветривания (действие воды, ветра, колебаний температуры, замораживания и оттаивания и других атмосферных факторов). В результате даже самые прочные массивные магматические породы разрушаются, образуя обломки разных размеров: глыбы, куски и более мелкие частицы.

Наряду с механическими разрушениями в результате взаимодействия составных частей горных пород с веществами, находящимися в окружающей среде, может происходить химическое разрушение. Так, полевые шпаты под действием воды, содержащей диоксид углерода, разрушаются, образуя водные силикаты алюминия, в частности минерал каолинит — водный кремнезем и углекислые соли калия, натрия, кальция:

Продукты разрушения остаются на месте или чаще переносятся водными потоками, ветром, ледниками в другие места и после осаждения образуют рыхлые скопления пластов обломочных осадочных пород (песка, глины, гравия, природного щебня). Некоторые из них в последующем подвергаются цементированию природными цементами, выпавшими в толще рыхлых осадков из омывающих их растворов, образуя сплошные (сцементированные) горные породы различной плотности (песчаники, конгломераты, брекчии).

Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок веществ, перешедших в состав водных растворов в процессе разрушения горных пород. Они являются следствием изменения условий среды, взаимодействия растворов различного состава и испарения (гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковые туфы).

Органогенные отложения — породы, образующиеся в результате отложения отмирающего растительного мира и мелких животных организмов водных бассейнов. Многие морские организмы при жизни извлекают из воды соли кальция, растворенный кремнезем для построения своих скелетов, раковин, панцирей, стеблей. После отмирания, осаждаясь на дно и уплотняясь, они образуют пластовые отложения органогенных пород. Для строительных целей используют мел, известняки разных видов, диатомиты и трепелы.

Материалы.

К санитарно-техническим относят изделия из фаянса полуфарфора и фарфора. Для производства этих трех разновидностей керамических материалов, обладающих различной пористостью, используют беложгущиеся огнеупорные глины и каолины (около 50 % состава формовочной массы), кварц (для устойчивости при обжиге) и полевой шпат (для лучшей спекаемости) в различных соотношениях для каждого вида изделий. Формуют санитарно-технические изделия преимущественно методом литья. Изделия из фаянса (унитазы, умывальники, смывные бачки и др.). Изделия покрывают глазурью.

Кровельные материалы.

Глиняная черепица — старейший вид кровельных материалов. Наиболее распространена черепица штампованная пазовая, ленточная пазовая, ленточная плоская и коньковая. Для производства черепицы используют те же глины, что и для кирпича. Ленточную черепицу изготовляют пластическим формованием на ленточных прессах со специальным мундштуком, а штампованную пазовую — полусухим прессованием в металлических или гипсовых формах на специальных прессах. Черепица может иметь красновато-розовую или светло-желтую окраску. Специальные виды черепицы покрывают глазурью различных тонов. Черепица долговечна и огнестойка. Недостатками черепицы являются большая масса (до 65 кг/м2 покрытия), хрупкость, а также большая трудоемкость возведения черепичной кровли и необходимость ее устройства с большим уклоном (более 30°) для быстрого стока воды.

Бетонная смесь. Свойства.

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону. Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости. Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.
1)Технические свойства бетонной смеси.
При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:
-подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси;
-жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси;
-связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

2) Удобоукладываемость бетонной смеси

3) Деформативные свойства бетон

4) Усадка и набухание бетона

5) Морозостойкость бетона

6) Водонепроницаемость бетона

7) Теплофизические свойства бетона

Основы технологии бетона.

Изготовление бетонных и железобетонных конструкций включает в себя следующие технологические операции: подбор состава бетона, приготовление и транспортирование бетонной смеси, ее укладку и уплотнение и обеспечение требуемого режима твердения бетона.

Подбор состава бетона. Состав бетона должен быть таким, чтобы бетонная смесь и затвердевший бетон имели заданные значения свойств (удобоукладываемости, прочности, морозостойкости и т. п.), а стоимость бетона при этом была возможно более низкой.

Требуемая подвижность бетонной смеси обеспечивается выбором необходимого количества воды.

Требуемая прочность бетона достигается:
1) выбором марки цемента

2) расчетом требуемого соотношения цемента и воды (Ц/В) по формуле основного закона прочности бетона.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в специальных агрегатах — бетоносмесителях разных конструкций и различной вместимости (от 75 до 4500 дм).

При перемешивании мелкие компоненты смеси входят в межзерновые пустоты более крупных (песок в пустоты между зерен крупного заполнителя, цемент — в пустоты песка). Этому способствует введение в смеситель воды затворения.

В бетоносмесителях свободного падения (гравитационных) материал перемешивается в медленно вращающихся вокруг горизонтальной или наклонной оси смесительных барабанов, оборудованных внутри короткими корытообразными лопастями. Лопасти захватывают материал, поднимают его и при переходе в верхнее положение сбрасывают. В результате многократного подъема и падения смеси обеспечивается ее перемешивание. В таких смесителях приготовляют пластичные бетонные смеси с заполнителями из плотных горных пород, т. е. смеси обычного тяжелого бетона.

Бетоносмесители принудительного перемешивания представляют собой стальные чаши, в которых смешивание производится вращающимися лопатками, насаженными на вертикальные валы, которые также вращаются в этой чаше. Такие смесители целесообразны для приготовления смесей повышенной жесткости и смесей из легких бетонов на пористых заполнителях (пористые заполнители не могут эффективно участвовать в перемешивании смеси в гравитационных смесителях).

Обязательное требование ко всем видам транспортирования бетонной смеси — сохранение ее однородности и подвижности. На большие расстояния транспортирование осуществляется в специальных машинах — бетоновозах, имеющих грушевидную емкость. При движении емкость медленно вращается, постоянно подмешивая бетонную смесь. Это необходимо для того, чтобы смесь не расслаивалась от вибрации во время перевозки, что часто происходит, когда смесь транспортируют в кузовах самосвалов. В зимнее время должен быть предусмотрен подогрев перевозимой бетонной смеси.

На строительных объектах и заводах сборного железобетона смесь транспортируют в вагонетках, перекачивают бетононасосами и подают транспортерами.

Укладка бетонной смеси. Качество и долговечность бетона во многом зависят от правильности укладки. Методы укладки и уплотнения определяются видом бетонной смеси (пластичная или жесткая, тяжелый или легкий бетон) и типом конструкции. Укладка должна обеспечивать максимальную плотность бетона (отсутствие пустот) и неоднородность состава по сечению конструкции.

Пластичные текучие смеси уплотняются под действием собственного веса или путем штыкования, более жесткие смеси — вибрированием.

Вибрирование — наиболее эффективный метод укладки, основанный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси. При вибрировании частицам бетонной смеси передаются быстрые колебательные движения от источника колебаний — вибратора. Применяют главным образом электромеханические вибраторы, основная часть которых — электродвигатель. На валу электродвигателя эксцентрично установлен груз — дебаланс, при вращении которого возникают колебательные импульсы.

При вибрировании жесткая бетонная смесь как бы превращается в тяжелую жидкость, которая плотно заполняет все части формы, а воздух, содержащийся в бетонной смеси, при этом поднимается вверх и выходит из смеси. Бетонная смесь приобретает плотную структуру.

При недостаточном времени вибрирования бетонная смесь уплотняется не полностью, при слишком долгом — она может расслоиться: тяжелые компоненты — щебень, песок — концентрируются внизу, а вода выступает сверху.

Чтобы поверхность бетона предохранить от высыхания, ее покрывают песком, опилками, периодически увлажняя их. Эффективна защита поверхности бетона от испарения влаги полимерными пленками, битумными и полимерными эмульсиями.

В зимнее время твердеющий бетон предохраняют от замерзания различными методами: методом термоса, когда подогретую бетонную смесь защищают теплоизоляционными материалами, и подогревом бетона во время твердения (в том числе и электропрогрев). Обеспечить твердение бетона на морозе без подогрева можно с помощью противоморозных добавок.

Для ускорения набора прочности бетоном применяют быстротвердеющие (БТЦ) и особо быстротвердеющие (ОБТЦ) цементы.

Быстрее других достигает марочной прочности (за три дня) бетон на глиноземистом цементе, однако последний нельзя использовать при температуре окружающей среды во время твердения выше 30…35 °С.

Тяжелый бетон. Свойства.

К основным свойствам тяжелого бетона, кроме прочности, относят пористость, деформативность (модуль упругости, ползучесть, усадку), водопроницаемость, морозостойкость, теплофизические свойства и др.

Деформативность бетона. Бетон под нагрузкой ведет себя не как идеально упругое тело (например, стекло), а как упруговязкопластичное тело. При небольших напряжениях деформируется как упругий материал.

При больших напряжениях начинает проявляться пластическая (остаточная) деформация, развивающаяся в результате роста микротрещин и пластических деформаций гелевой составляющей цементного камня.

Ползучесть — склонность бетона к росту пластических деформаций при длительном действии статической нагрузки. Ползучесть бетона также связана с пластическими свойствами цементного геля и микротрещинообразованием. Она носит затухающий во времени характер. Абсолютные значения ползучести зависят от многих факторов. Особенно активно ползучесть развивается, если бетон нагружается в раннем возрасте. Ползучесть можно оценивать двояко: как положительный процесс, помогающий снижать напряжения, возникающие от термических и усадочных процессов, и как отрицательное явление, например, снижающее эффект от предварительного напряжения арматуры.

Усадка — процесс сокращения размеров бетонных элементов при их твердении и дальнейшей работе при нахождении в воздушно-сухих условиях.

Пористость. Как это ни покажется странным, бетон — плотный на вид материал — имеет заметную пористость. Причина ее возникновения — в избыточном количестве воды затворения.

Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу в капельно-жидком состоянии; оно зависит главным образом от характера пор. Водопоглощение тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водопоглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4…8% по массе (10…20% по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше.

Морозостойкость — главный показатель, определяющий долговечность бетонных конструкций в нашем климате. Морозостойкость бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус (18 ± 2) °С и оттаивания в воде при (18 + 2) С предварительно насыщенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность одного цикла— 5… 10 ч в зависимости от размера образцов.

Теплофизические свойства. Из них важнейшими являются теплопроводность, теплоемкость и температурные деформации.

Теплопроводность тяжелого бетона даже в воздушно-сухом состоянии велика — около 1,2…1,5 Вт/(м * К), т. е. в 1,5…2 раза выше, чему кирпича. Поэтому использовать тяжелый бетон в ограждающих конструкциях можно только совместно с эффективной теплоизоляцией. Теплоемкость тяжелого бетона, как и других каменных материалов, находится в пределах 0,75…0,92 Дж/(кг * К); в среднем — 0,84 Дж/(кг * К).

Температурные деформации. Температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР тяжелого бетона (10…12) * 10 К1. Это значит, что при увеличении температуры бетона на 50° (например, от —20 до +30 °С) расширение составит примерно 0,5 мм/м. Поэтому во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают температурными швами.

Большие колебания температуры могут вызвать внутреннее растрескивание бетона из-за различного теплового расширения крупного заполнителя и цементного камня.

Марки и классы бетона.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости.

За 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. Эта марка назначается тогда, когда она имеет главенствующее значение.

Проектная марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, подвергающегося многократному воздействию отрицательных температур.

Проектная марка бетона по водонепроницаемости характеризуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см2), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, к которому предъявляются требования по плотности и водонепроницаемости.

Проектную марку бетона по прочности на сжатие контролируют путем испытания стандартных бетонных образцов: для монолитных конструкций в возрасте 28 суток, для сборных конструкций - в сроки, установленные для данного вида изделий стандартом или техническими условиями.

Проектную марку бетона монолитных конструкций разрешается устанавливать при специальном обосновании в возрасте 90 или 180 суток в зависимости от сроков загружения, что позволяет экономить цемент.

Прочность бетона определяют путем испытания образцов, которые изготовляют сериями; серия, как правило, состоит из трех образцов.

Предел прочности при растяжении возрастает при повышении марки бетона по прочности при сжатии, однако увеличение сопротивления растяжению замедляется в области высокопрочных бетонов. Поэтому прочность бетона при растяжении составляет 1/10-1/17 предела прочности при сжатии, а предел прочности при изгибе - 1/6-1/10.

Класс бетона - это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным.

Бетоны подразделяются на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60.

Специальные виды бетонов.

К специальным видам бетонов относятся гидротехнические, жаростойкие, кислотостойкие, плотные, силикатные и защитные, от радиоактивного воздействия.

Гидротехнический бетон является разновидностью тяжелого бетона. Его применяют для бетонирования гидротехнических сооружений, воспринимающих при эксплуатации попеременное действие замораживания и оттаивания, намокания и высыхания. Бетон подводной части сооружений находится под напором агрессивных вод, подвергается также химической коррозии от действия веществ, растворенных в воде.

Гидротехнический бетон должен быть плотным, водонепро-ницаемым, морозостойким, стойким к напорным и химически агрессивным водам. Особенно опасны объемные деформации при твердении массивных бетонных конструкций. Образование трещин усадки наблюдается, если бетоны содержат много цемента и не обеспечивается влажностный режим твердения. Температурные деформации могут возникнуть при твердении бетона, если применен цемент с высокой экзотермией.

Для приготовления гидротехнического бетона применяют специальные цементы, цементы с активными минеральными добавками и низкой экзотермией: сульфатостойкий портландцемент, портландцемент с умеренной экзотермией, шлакопортландце-мент, пуццолановый портландцемент и сульфатостойкий пуццо-лановый портландцемент.

Для повышения плотности бетона, снижения и расхода цемента в бетонную смесь вводят пластифицирующие и гидрофобные добавки. К качеству заполнителя (песок, щебень и гравий) предъявляют более высокие требования, чем к заполнителю для обычного бетона. Заполнители должны иметь минимальный объем межзерновых пустот при наличии большого числа крупных зерен. При таком условии содержание цемента в бетоне снижается, следовательно, уменьшаются усадочные и тепловые деформации в твердеющем бетоне. Условия твердения уложенного бетона должны обеспечивать влажностный и температурный режимы.

Жаростойкие бетоны предназначены для промышленных установок и конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких температур; их подразделяют на 3 группы: высоко-огнеупорные (огнеупорность выше 1770° С); огнеупорные (1580— 1770° С); жароупорные (ниже 1580° С).

Для изготовления жаростойких бетонов помимо портландцемента и шлакопортландцемента применяют глиноземистый и: высокоглиноземистый цементы, жидкое стекло с кремнефтористым натрием. Заполнителями служат диабаз, базальт, андезит, щебень из шамота, боя огнеупорных кирпичей, шлаков и т. п.,

Кислотостойкие бетоны изготовляют на жидком стекле с добавкой кремнефтористого натрия, кварцевой муки, песка и кислотостойкого щебня.

В состав кислотостойких и жаростойких бетонов (и растворов) вводят специальные добавки, полученные помолом горных пород или керамических каменных материалов, обладающи повышенной кислото-или жаростойкостью.

Плотные силикатные бетоны изготовляют на основе воздушной извести, тонкомолотой добавки — кварцевого песка и рядового песка или доменного гранулированного шлака (или золы ТЭЦ и др.). Этот бетон должен твердеть только в автоклавах при высоком (8—12 атм) давлении.

Бетон для защиты от вредных излучений имеет высокий объемный вес. К заполнителям этих бетонов относятся горные породы — лимонит, магнетит и барит (у0бетона от 2800 до 4000 кг/м3), чугунные дробь и скрап (у0 бетона от 3500 до 5000 кг/м3).

Макростроение древесины.

При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить следующие основные его части: сердцевину, кору, камбий и древесину (10.1, б).

Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Сердцевина совместно с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. Эта часть ствола дерева легко загнивает и имеет малую прочность.

Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка или кожица и пробковая ткань защищают дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества, от кроны в ствол и корни.