Составы строительных материалов

Составы и структура строительных материалов

Составы строительных материалов

Состав – это качественная и количественная характеристика веществ, составляющих сырьевые материалы и готовые изделия.

Различают несколько видов составов сырьевых материалов и готовых изделий: элементный (вещественный), химический, минералогический, фазовый, гранулометрический.

1.1 Элементный или вещественный состав,как совокупность химических элементов составляющих вещество.Элементный или вещественный состав определяет природу вещества, т.е. показывает, какой это материал – минеральный, органический или же имеющий сложный состав.

Например, в состав неорганических каменных материалов природных или искусственных (гранит, мрамор, кирпич керамический, бетон и др.) входят следующие химические элементы: кремний (Si), алюминия (Al), кальция (Ca), магния (Mg), железа (Fe), кислорода (O); органических (битум) - углерод (С); водород (Н), кислород (О), сера (S), азот (N).

1.2 Химический состав.Химический состав строительных материалов выражают по-разному. Например, химический состав неорганических материалов (цемент, известь, глина, стекло и др.) количеством содержащихся в них оксидов, %, металлов и сплавов – массовой долей элементов, %, битумов содержанием трех групп соединений: асфальтенов (с молекулярной массой 1000 – 5000), смол (с молекулярной массой 500-1000) и масел (с молекулярной массой 100 – 500), % и т.д.

Зная химический состав веществ или материалов, можно предполагать какими свойствами, они обладают (табл. 1, 2, 3). Например, высокое содержание кремнезема (SiO2) и низкое содержание оксида кальция (CaO) и глинозема (Al2O3) свидетельствует, что состав кислый, а глины легкоплавкие. Высокое содержание оксида кальция (CaO) свидетельствует о том, что состав сырья или материала имеет основный характер. Если химический состав включает аббревиатуру "ппп" (потери при прокаливании), это свидетельствует, что при воздействии на материал высоких температур теряется летучая, органическая составляющая и химически связанная вода (табл.1).

В табл. 2 представлен химический состав углеродистой и низколегированной стали. Физико-механические свойства арматурной стали зависят от химического состава (табл.3).

Примерный групповой состав битума:

Масла 40-60%

Смолы 20-40%

Асфальтены 10-25%

Карбены и карбоиды 1-3%

Асфальтеновые кислоты и ангидриды 1%.

Масла придают битумам подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость, снижают температуру размягчения; смолы обуславливают растяжимость и эластичность битумов; содержание асфальтенов определяет температурную устойчивость, вязкость и твердость (хрупкость) битумов;

 


Таблица 1 Химические составы и характеристики некоторых материалов

Материал Химический состав, % Характеристики
SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 (+FeO) MgO другие оксиды ппп
Глина 53…81 0,5…15 7…23 3…6 0,5…3 1…5 <15 Легкоплавкие,
Глина 50…70 <2 18…30 3…3,5 <1,5 <5 <4,4 Тугоплавкие
Глина 43…48 0,1…1,5 31…39 0,15…0,7 0,03…0,6 0,65…2,1 6…13 Огнеупорные
Шлак доменный 35…40 45…50 8…10 0,3…1 - 4…7 - Основной
Шлак доменный 45…55 25…30 14…20 2…3 - 2,4…5,5 - Кислый
Портландцемент 21…24 63…66 4…8 2…4 - 3..5 - Нормально твердеющий
Глиноземистый цемент 5…10 35…43 39…47 2…15 - 1,5…2,5 - Быстро твердеющий

 

Таблица 2 Химический состав углеродистой и низколегированной стали

Марки Массовая доля элементов, %
стали (класс) Углерод Марганец Кремний Хром Титан Цирконий Алюминий Никель Сера Фосфор Медь
                не более
Ст3 (А-I) 0,14…0,22 0,40-0,65 0,15-0,39 Не более 0,30 - - - Не более 0,30 Не более 0,05 Не более 0,04 Не более 0,30
Ст5 (А-II) 0,28-0,37 0,50-0,80 0,05-0,15 Не более 0,30 - - - Не более 0,30 Не более 0,05 Не более 0,04 Не более 0,30
10ГТ (А-II) Не более 0,13 1,00-1,40 0,45-0,65 Не более 0,30 0,015-0,035 - 0,02-0,05 - 0,040 0,030 0,30
18Г2С (А-II) 0,14-0,23 1,20-1,60 0,60-0,90 Не более 0,30 - - - 0,30 0,045 0,040 0,30
32Г2Рпс (А-III) 0,28-0,37 1,30-1,75 Не более 0,17 Не более 0,30 - - 0,001-0,015 0,30 0,050 0,045 0,30
35ГС (А-III) 0,30-0,37 0,80-1,20 0,60-0,90 Не более 0,30 - - - 0,30 0,045 0,040 0,30
25Г2С (А-III) 0,20-0,29 1,20-1,60 0,60-0,90 Не более 0,30 - - - 0,30 0,045 0,040 0,30
20ХГ2Ц (А-IV) 0,19-0,26 1,50-1,90 0,40-0,70 0,90-1,20 - 0,05-0,14 - 0,30 0,045 0,045 0,30
80С (А-IV) 0,74-0,82 0,50-0,90 0,60-1,10 Не более 0,30 0,015-0,040 - - 0,30 0,045 0,040 0,30
23Х2Г2Т (А-V) 0,19-0,26 1,40-1,70 0,40-0,70 1,35-1,70 0,02-0,08 - 0,015-0,050 0,30 0,045 0,045 0,30
22Х2Г2АЮ (А-VI) 0,19-0,26 1,40-1,70 0,40-0,70 1,50-2,10 0,005-0,030 - 0,02-0,07 0,30 0,040 0,040 0,30
22Х2Г2Р (А-VI) 0,19-0,26 1,50-1,90 0,40-0,70 1,50-1,90 0,02-0,08 - 0,015-0,050 0,30 0,040 0,040 0,30
20Х2Г2СР (А-VI) 0,16-0,26 1,40-1,80 0,75-1,55 1,40-1,80 0,02-0,08 - 0,015-0,050 0,30 0,040 0,040 0,30

 

Таблица 3 Механические свойства арматурной стали

Класс арматурной стали   Предел текучести   Временное сопротивление разрыву Относительное удлинение ,% Равномерное удлинение , %   Ударная вязкость при температуре - 60 °С Испытание на изгиб в холодном состоянии (с - толщина оправки,  
  Н/мм2 кгс/ мм2 Н/мм2 кгс/мм2     МДж/м2 кгс·м/cм2 d - диаметр
  не менее стержня)  
А-I (А240) - - - 180°; с = d
А-II (А300) - - - 180°; c = 3d
Ас-II (А300) - 0,5 180°; c = d
А-III (А400) - - - 90°; c = 3d
А-IV (А600) - - 45°; c = 5d
А-V (А800) - - 45°; c = 5d
А-VI (А1000) - - 45°; c = 5d

 

 


1.3 Минералогический состав как совокупность природных или искусственных соединений (минералов). Минералы – природные или искусственные химические материалы, отличающиеся однородным составом и свойствами. Эта характеристика дает более полную информацию о материале. Зная минералогический состав можно отличить один материал от другого и предопределить не только физические и химические свойства сырья и материалов, но и более специфические характеристики, технологические свойства.

Например, такие горные породы как граниты обладают благоприятным для строительного камня минералогическим составом, отличающимся высоким содержанием кварца (25…30 %), полевых шпатов (55…65%) и небольшим количеством слюды (5…10 %).

Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера с добавкой двуводного гипса (3-5 %).

В составе клинкера портландцемента преобладают такие минералы как:

- алит– 3CaO·SiO2 (или C3S) – самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и др. свойства портландцемента, содержится в клинкере в количестве 45-60%;

- белит- 2CaO·SiO2 (или C2S) – второй по важности и содержанию (20-30 %) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента;

- целит - 3CaO·Al2O3 (C3A) – самый активный клинкерный минерал, быстро взаимодействует с водой, содержится в количестве 4-12%, является причиной сульфатной коррозии бетона;

- четырехкальциевый алюмоферрит - - 4CaO·Al2O3·Fe2O3 (C4AF) –характеризуется умеренным тепловыделением и по быстроте твердения занимает промежуточное положение между C3S и C2S, содержится в клинкере в количестве 10-20 %.

1.4 Фазовый состав как совокупность гомогенных частей системы, однородных по свойствам и физическому строению. Фазовый состав – структурная характеристика материала, сырья. Если структуру составляют несколько фаз, то между ними заметна линия или граница раздела. На микроуровне можно различить разнородные группы кристаллов и границу их раздела, кристаллов и стеклообразных соединений и площадь их контакта. Граница раздела предопределяет физические, химические и термические свойства материалов, веществ. На макроуровне рассматривают три основные фазы: твердую, жидкую и газообразную.

Например, фазовый состав материала и фазовые переходы воды, находящиеся в его порах, оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, т.е "каркас" материала, и поры заполненные воздухом и водой. Если вода замерзает, то образующийся в порах лед изменяет механические и теплофизические свойства материала, увеличение объема замерзающей воды вызывает внутренние напряжения, способные разрушить со временем материал.

1.5 Гранулометрический состав – сочетание в сыпучей смеси зерен либо гранул различных размеров и формы.Зерна по размерам по размерам подразделяют на группы (фракции). Гранулометрия рассматривает как свойства отдельных зерен, так и характеристики смеси в целом.

Каждое зерно характеризуется размером, формой, плотностью, химическим и минералогическим составом. В любой смеси имеются максимально крупные и минимально мелкие зерна, их определяется ситовым анализом. Для характеристики сыпучей строительной смеси в зависимости от средней величины зерен в ней используют следующие технические термины:

- мука – продукт тонкого помола, например, известняковая мука - известняковых горных пород;

- пыль – отсев, например, при ситовом анализе песка зерен размером менее 0,14 мм;

- порошок – специально подготовленная сыпучая смесь определенного состава;

- песок – мелкозернистая сыпучая смесь зерен с размерами св. 0,14 мм до 5 мм;

- гравий - неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью св. 5 мм, форма зерен окатанная;

- щебень - зернистый сыпучий материал с зернами крупностью св. 5 мм, форма зерен рваная;

- гравийно-песчаная смесь– сыпучая смесь, содержащая как песок, так и гравий;

- крошка, зерно - отдельная частица материала определенных формы и размеров;

- гранула – искусственно полученное зерно.

Для характеристики сыпучей смеси определяют зерновой состав, фракционный состав, удельную поверхность, сыпучесть, насыпную плотность, пустотность:

- зерновой состав – состав, содержащий зерна практически любых размеров и образующий непрерывную гранулометрию. Зерновой состав характеризуется в основном размерами зерен и их формой, например, основные размеры зерен песка речного кубанского от 0,14 до 0,63 мм, форма зерен окатанная;

- фракционный состав- состав смеси, в которой зерна, близкие по размерам, образуют фракции, прерывистую гранулометрию. Фракционный состав характеризуется размерами фракций и их количеством, например, фракционный состав щебня фракция 15-10 мм – 20 % , фр.10-20 мм – 40%, фр. 20-40 мм – 40%;

- удельная поверхность – суммарная поверхность зерен. Различают внешнюю удельную поверхность зерен и полную с учетом пористости зерен, м2/кг, см2/г, например, удельная поверхность цемента 2500-3000 см2/г;

- насыпную плотность – масса сыпучего материала в единице замкнутого объема:

ρнас.=m·/V, кг/м3 (г/см3),

где m – масса сыпучего материала, кг (г),

V – объем сыпучего материала, м3.

Например, насыпная плотность песка ρнас =1300 кг/м3 (песок кубанский речной), портландцемента – ρнас =3100…3300 кг/м3;

- пустотность – суммарный объем пустот, образующихся в результате свободной укладки сыпучего материала, отнесенный к его полному объему:

α = ∑Vп/Vсм,

где α – пустотность, ед. или %,

Vп – объем пустот, м3,

Vсм – полный объем смеси, м3.

Пустотность не зависит от размера зерен, а зависит от их формы, количества и размера фракций, а также от способов укладки смеси;

- сыпучесть – способность смесей растекаться при свободной укладке, формовании или складированию. Сыпучесть характеризуется углом естественного откоса, β. Угол естественного откоса зависит от размеров и формы зерен, состояния их поверхности, насыпной плотности и влажности сыпучей смеси. Угол естественного откоса некоторых сыпучих материалов:

щебень β = 40…45 град.;

гравий β = 35…40 град.;

песок:

крупный β = 30…35 град.;

средний β = 25…30 град.;

мелкий β = 25 град.

Сыпучесть гравия выше, чем щебня, благодаря более окатанной форме его кусков, а сыпучесть песка зависит от его крупности. С увеличением влажности сыпучесть мелкозернистых смесей, имеющих большую удельную поверхность, сначала уменьшается в большей степени, чем крупнозернистых, за счет вытеснения водой воздушных прослоек и уменьшения коэффициента трения смеси.

В технологии строительных материалов сыпучие смеси, используемые в качестве заполнителей, наполнителей, добавок т.д., оказывают существенное влияние на формирование заданной плотности или пористости структуры материала. Для получения плотной структуры необходимо использовать двух- или многофракционные смеси, так как пустоты, образующиеся между крупными зернами, заполняются зернами меньших размеров, увеличивая плотность, например, набор из трех различных рассчитанных фракций может дать плотность около 81 %, из 4-х и более фракций – до 85 % и выше. Однако практически высокую плотность сухой сыпучей смеси получить трудно по следующим причинам:

- форма зерен отличается от формы шара;

- зерна фракций различны по размерам.

 








Дата добавления: 2015-12-01; просмотров: 817;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.025 сек.