Автор: Пользователь скрыл имя, 17 Февраля 2013 в 18:52, курс лекций
Ця дисципліна вивчає будівельні матеріали і вироби, їх значення для розвитку будівництва та підвищення ефективності капіталовкладень. Приділяється увага питанням класифікації будівельних матеріалів, їх складу і структури, корозії матеріалів, економії паливно-енергетичних ресурсів, використанню вторинної сировини та охорони довкілля при виробництві будівельних матеріалів. Розглядаються принципові питання технології виробництва найважливіших будівельних матеріалів, способи підвищення їх довговічності.
Вступ………………………………………………………………………6
Лекція 1. Загальні технічні властивості будівельних матеріалів….......…………7
1.1. Фізичні властивості…………....……………………………………..7
1.2. Механічні властивості……..……………………………………….13
1.3. Хімічні властивості……………....…………………………………17
1.4. Технологічні властивості…………………………………………..17
Лекція 2. Природні кам’яні матеріали…………………...………………………..19
2.1. Характеристика породотвірних мінералів…………………………..20
2.1.1. Група кварцу…………...…………………………………………….20
2.1.2. Група алюмосилікатів……………………………………………….20
2.1.3. Група залізисто-магнезіальних силікатів……………...…………...21
2.1.4. Група карбонатів……………….…………………………………….21
2.1.5. Група сульфатів…………..…………………………………………..22
2.2. Будова та властивості гірських порід різного походження………….22
2.2.1. Вивержені породи…………………………………………………….22
2.2.2. Осадові породи………..………………………………………………23
2.2.3. Метаморфічні породи………………...………………………………24
2.3. Класифікація та характеристика матеріалів і виробів
із природного каменю………………………………………………………25
2.4. Використання відходів видобування і обробки гірських порід…... 28
Завдання для самостійної роботи…………………………………………28
Лекція 3. Керамічні матеріали й вироби…………....…………………………….29
3.1. Класифікація керамічних матеріалів…………………....……………..31
3.2. Сировина для виробництва кам’яних матеріалів………....…………..32
3.3. Матеріали для декорування (глазур, ангоби, керамічні фарби)……..33
3.4. Основи технології керамічних матеріалів і виробів……………….....34
3.5. Характеристика керамічних матеріалів різного призначення…….....35
3.5.1. Стінові вироби………………………………………………………...35
3.5.2. Вироби спеціального призначення………………………………......36
Лекція 4. Матеріали та вироби з мінеральних розплавів
і металічні матеріали…………………………………………………………….38
4.1.1. Сировина, технологія отримання та властивості скла……......…….38
4.1.2. Матеріали та вироби зі скла………….………………………………39
4.1.3. Склокристалічні матеріали…………………….……………………..43
4.1.4. Матеріали й вироби із кам’яного литва…………………………......45
4.2. Металеві матеріали…………...…………………………………………47
4.2.1. Загальна характеристика металів……………...……………………..47
4.2.2. Основні властивості металів………………………………………....47
4.2.3. Фізико-хімічні основи отримання чорних металів
та сплаві на їх основі……………………………………………………48
4.2.4. Класифікація і характеристика чавунів………………………….......49
4.2.5. Класифікація вуглецевих сталей…………………………………......50
4.2.6. Вироби зі сталей……………………………………………………....52
4.2.7. Кольорові метали та сплави й матеріали на їх основі………….......52
Лекція 5. Неорганічні в’яжучі речовини.................................................................54
5.1. Фізико-хімічні закономірності формування складу та
структури мінеральних в’яжучих речовин……………………………54
5.2. Класифікація неорганічних в’яжучих речовин……………..............…54
5.3. Повітряні в’яжучі речовини……….....…………………....……………55
5.3.1. Технічні характеристики гіпсових в’яжучих……………………......57
5.3.2. Повітряне будівельне вапно…….....…………………………………59
5.3.3. Магнезіальні в’яжучі речовини............................................................62
5.4. Гідравлічні в’яжучі речовини………………......………………………63
5.5. Технологія виробництва цементу………………………………….......65
5.6. Хіміко-мінералогічний склад портландцементного клінкеру…….....66
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..66
Лекція 6. Матеріали та вироби на органічній основі………………………….....67
Бітумні й дьогтеві в’яжучі речовини…………………………………......67
6.1. Особливості утворення в’яжучих речовин
органічного походження та їхня класифікація…………………...………………67
6.2. Бітумні в’яжучі речовини…………………...………………………….68
6.3. Дьогтьові в’яжучі речовини…………………………………………....70
6.4. Асфальто- й дьогтебетони………………………………………….......71
6.5. Характеристика матеріалів на основі бітумних
та дьогтьових в’яжучих речовин……………………………………………….....71
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..73
Лекція 7. Матеріали та вироби з деревини……………………………………......74
7.1. Загальні відомості…………………………………………………….....74
7.2. Будова деревини………………………………………………………...74
7.3. Мікроструктура й хімічний склад………………………………….......75
7.4. Деревні породи………………………………………………………….75
7.5. Основні властивості деревини………………………………………....77
7.6. Біокомпозити та композиційні матеріали
на основі відходів переробки деревини……………………………………….......80
7.7. Захист деревини від гниття та займання……………………………....81
Лекція 8. Лакофарбові матеріали……………………………………………….....82
8.1. Особливості композиційної побудови лакофарбових матеріалів…....82
8.2. Класифікація лакофарбових матеріалів…………………………….....83
8.3. Характеристика основних компонентів лакофарбових матеріалів.....86
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..89
Лекція 9.Полімерні матеріали……………………………………………………..90
9.1. Класифікація полімерних речовин та матеріалів на їхній основі…....90
9.2. Основні властивості полімерних матеріалів (пластмас)………….......91
Завдання для самостійної роботи…………………………………………...93
Список літератури……………………………………………………………….....94
Межа пружності – це найбільше напруження, при якому залишкові деформації мають найменше (допустиме за нормами) значення, тобто матеріал практично зазнає оборотних пружних деформацій.
Модуль пружності Е, МПа, характеризує жорсткість матеріалу, тобто його здатність деформуватися під дією зовнішніх сил.
Пластичність – це властивість матеріалу змінювати без руйнування форму й розміри під впливом навантаження або внутрішніх напружень, стійко зберігаючи утворену форму і розміри після припинення цього впливу. Такі пластичні (залишкові) деформації називають необоротними.
Крихкість – це властивість твердих матеріалів руйнуватися під впливом механічних напружень, які в них виникають, без помітної пластичної деформації. Ця властивість протилежна пластичності.
Повзучість – це властивість матеріалів повільно й безперервно деформуватися під впливом постійного навантаження. Для деяких матеріалів (бетону, гіпсових, азбестоцементних виробів) ця здатність спостерігається при звичайних температурах, для металів – при підвищених.
1.3. Хімічні властивості
Хімічні властивості характеризують здатність матеріалу до хімічних перетворень при взаємодії з речовинами, що контактують з ним. До них належать: розчинність, кислотостійкість, лугостійкість, токсичність та інші.
Кислотостійкість – це здатність матеріалу (виробу) чинити опір дії розчинних кислот або їхніх сумішей у межах, встановлених нормативними документами. Наприклад, кислотостійкість каналізаційних керамічних труб становить не менше 92 % (тобто втрати за масою – до 8 %).
Лугостійкість – це здатність матеріалу (виробу) чинити опір дії лугів у межах, встановлених нормативними документами.
Токсичність – це здатність матеріалу в процесі виготовлення й особливо експлуатації за певних умов виділяти шкідливі для здоров’я людини (отруйні) речовини.
Розчинність – це здатність матеріалу розчинюватись у воді, олії, бензині, скипидарі та інших речовинах-розчинниках.
Корозійна стійкість – це здатність матеріалу не руйнуватися під впливом речовин, з якими він стикається у процесі експлуатації.
Корозійному руйнуванню піддаються не тільки метали, але й кам’яні матеріали, бетони, пластмаси, деревина. Корозія обумовлена хімічними та електрохімічними процесами, які відбуваються у твердих тілах при взаємодії із зовнішнім середовищем.
1.4. Технологічні властивості
Група технологічних властивостей характеризує здатність матеріалу до сприйняття певних технологічних операцій, виконуваних з метою зміни його форми, розмірів, характеру поверхні, щільності тощо. До них відносять, наприклад, формувальність, подрібнюваність, розпилюваність, пробійність, полірувальність.
Формувальність характеризує здатність матеріалу набирати певної форми внаслідок різних механічних впливів (вібрування, пресування, видавлювання, прокатування). Вона залежить від в'язкопластичних властивостей вихідних мас (глиняне тісто, розчинова і бетонна суміш, полімерні маси).
Подрібнюваність – це здатність матеріалу до диспергації внаслідок механічної дії переважно ударних навантажень з утворенням зернистого матеріалу у вигляді щебеню та піску.
Розпилюваність –це здатність матеріалу сприймати пиляння без істотного порушення структури. Прикладами матеріалів, що піддаються розпилюванню, є деревина, м’які гірські породи.
Пробійність виражає здатність матеріалу утримувати цвяхи й шурупи за певних умов висмикування. Висока пробійність притаманна деревині й ніздрюватому бетону.
Полірувальність - це здатність матеріалу сприймати обробку тонкими абразивними матеріалами. При цьому створюється гладенька блискуча поверхня. Найчастіше поліруванню піддають природні кам’яні матеріали (мармур, граніт, кварцит).
Лекція 2
ПРИРОДНІ КАМ'ЯНІ МАТЕРІАЛИ
Природними кам’яними матеріалами називають матеріали і вироби, які одержують механічною обробкою (подрібненням, розколюванням, розпилюванням тощо) гірських порід, не змінюючи їхньої природної структури й властивостей.
Гірські породи – це природні мінеральні утворення, які сформувались внаслідок геологічних процесів у земній корі, відрізняються ступенем щільності, складаються з одного або кількох мінералів, характеризуються відносно сталим мінералогічним складом, певними будовою і властивостями і мають великі площі залягання.
Природні мінерали – це новоутворення, що відрізняються постійними хімічним складом, структурою, властивостями і беруть участь у формуванні гірських порід.
У сучасному будівництві визначилися такі основні напрями використання згаданих матеріалів:
Гірські породи широко застосовують як сировину для одержання мінеральних в’яжучих речовин, кераміки та інших матеріалів.
2.1. Характеристика породотвірних мінералів
2.1.1. Група кварцу
До цієї групи належить ряд мінералів, що є модифікаціями діоксиду кремнію: кварц, халцедон, опал.
Кварц (SiO2) – це кристалічна форма діоксиду силіцію. Міцний, твердий і стійкий мінерал земної кори. Міцність на стиск до 2000 МПа, твердість за Моосом – 7, добре чинить опір стиранню та хімічним впливам (при звичайній температурі взаємодіє тільки з плавиковою кислотою), істинна густина – 2,65 г/см3. Спайність (здатність розколюватися при ударі по певних поверхнях) відсутня; злом нерівний; блиск скляний. Форма кристалів – шестигранні призми з шестигранними пірамідами на основах. Кварц буває безбарвним, білим, сірим, димчастим, рожевим, залежно від домішок. Кварц входить до складу гранітів, пісковиків, кварцитів, діоритів.
Опал (SiO2.nH2O) – це гідратований аморфний кремнезем. Істинна густина 1,9…2,5 г/см3, твердість 5…6, крихкий. Колір білий, залежно від домішок – блакитний, бурий, зелений, чорний; блиск скляний. Менш міцний і стійкий, ніж кварц. Має підвищену внутрішню мікропористість і високодисперсну структуру, високу реакційну здатність до гідроксиду кальцію. Цю властивість аморфного кремнезему широко використовують при виготовленні мінеральних змішаних в’яжучих речовин. Зустрічається в гірських породах: діатомітах, опоках, трепелах, мергелях.
2.1.2. Група алюмосилікатів
Корунд – це найтвердіший із мінералів (твердість за шкалою Мооса 9). Істина густина 4 г/см3,колір різний, звичайно блакитнуватий. Сизо-сірий. Зустрічається у вигляді короткостовпчастих кристалів або зернистих агрегатів. Глинозем використовують при виробництві високовогнетривких матеріалів.
Діаспор – це моногідрат глинозему (Al2O3.H2O), входить до складу бокситів, які використовуються при виробництві глиноземистого цементу.
Найчастіше глинозем зустрічається у природі у вигляді сполук з кремнеземом – алюмосилікатів, до яких відносять польові шпати, слюди, глинисті мінерали.
Польові шпати – це алюмосилікати калію, натрію, кальцію або їхні суміші. Це найпоширеніші мінерали, що становлять до 60% земної кори. Істинна густина 2,55…2,70 г/см3, твердість 5…6, міцність при стиску – 120…170 МПа, температура плавлення – 1170…1550 оС. Колір білий, сірий, жовтий, від рожевого до темно-червоного.
2.1.3.
Група залізисто-магнезіальних
Авгіт – це складний залізисто-магнезіальний силікат темно-зеленого, чорно-бурого або чорного кольору зі скляним блиском.
Олівін –це мінерал оливково-зеленого, жовтувато-зеленого, чорного кольору, має скляний блиск.
Рогова обманка – це складний алюмомісткий залізисто-магнезіальний силікат темно-бурого, зеленого, чорного кольору зі скляним блиском і досконалою спайністю.
Ці мінерали відрізняються високою істинною густиною – 3.,2…3,6 г/см3, твердістю - 5…6, значною уданою в’язкістю.
2.1.4. Група карбонатів
Кальцит CaCO3 зустрічається у вигляді кристалів різної форми; безбарвний або молочно-білого кольору з різними відтінками. Має скляний блиск; істинна густина становить 2,7 г/см3, твердість 3. Легко розкладається кислотами.
Магнезит MgCO3 – це кристалічний мінерал, за структурою і формою кристалів схожий на кальцит, але більш важкий і твердий і менш хімічно активний. Має істинну густину 2,9…3,1 г/ см3, твердість 4…4,5; колір білий; блиск - скляний.
Доломіт CaCO3. MgCO3 за властивостями займає проміжне положення між кальцитом і магнезитом.
2.1.5. Група сульфатів
Гіпс CaSO4.2Н2О – це кристалічний мінерал пластинчастої, волокнистої або зернистої будови з істинною густиною2,3 г/см3, твердістю 2, в чистому вигляді – прозорий, завдяки домішкам має світло-сірий, жовтуватий, рожевий та інші кольори.
Ангідрит CaSO4 – це безводний різновид гіпсу. Він важчий і твердіший за гіпс; істинна густина становить 2,8…3,0 г/см3, твердість 3,0…3,5, колір – світло-сірий, сіро-блакитний, спайність – досконала; блиск – скляний.
2.2. Будова й властивості гірських порід різного походження
2.2.1. Вивержені породи
Вивержені масивні глибинні породи утворилися внаслідок повільного і рівномірного охолодження магми під великим тиском. Магма охолоджувалася і залишалася на великій глибині у земній корі, що сприяло утворенню в породах мінералів зернисто-кристалічної будови без цементуючою речовини (гранітна будова).
Основні властивості цих порід: масивність залягання, високі середня густина і міцність при стиску, незначне водопоглинання, істотна морозостійкість, велика теплопровідність.
До вивержених глибинних порід належать граніт, сієніт, діорит, габро, лабрадорит.
Вивержені масивні вилиті породи утворилися внаслідок охолодження магми у вигляді лави на поверхні землі або близько до неї. Охолоджування відбулося більш швидко і менш рівномірно при відносно швидкому спаданні тиску або навіть при атмосферному тиску. Такі умови не сприяли утворенню крупних кристалів, замість них утворювалися нові структури: приховано-кристалічна, дрібнокристалічна або навіть аморфна (склоподібна).
Усі вилиті породи мають спільний хімічний склад з аналогічними глибинними, але відрізняються за структурою. До таких порід відносять: кварцові й ортоклазові порфіри, порфірити, ліпарити, андезити, діабази.
Вивержені уламкові (вулканічні) породи можуть бути сипкими і зцементованими. Сипкі порошкоподібні частинки (до 1 мм) називають вулканічним попелом, а крупніші – пемзою.
Вулканічний попіл й піски переважно складаються з вулканічного скла й аморфного кремнезему, насипна густина 500 кг/м3. Вони є активними мінеральними добавками (пуцолановими). Пісок є заповнювачем для легких бетонів і розчинів.
Пемза – це спучене кисле вулканічне скло, середня густина якого становить 300…600 кг/м3.
2.2.2. Осадові породи
Механічні відклади (уламкові породи) утворилися внаслідок руйнування гірських порід різного походження. Сипкі механічні відклади розрізняють за крупністю зерен. Найкрупнішими є валуни (понад 300 мм) та булижники (150…300 мм). Гравій – це обкочені зерна розмірами від 5 до 150 мм. Піски є сипкою сумішшю кварцових та інших зерен розмірами від 0,16 до 5,0 мм. Дрібніші зерна називають пилуватими частинками: це нанесені вітром відклади – лес, а також найтонкіші відклади, нанесені водою – мул. Найбільш дисперсними є глини, розмір зерен яких не перевищує 0,005 мм.
За хімічним составом глини – це водні алюмосилікати з різними домішками. Найпоширеніші мінерали глин – каолініт, монтморилоніт, галуазит.
Зцементовані зерна піску називають пісковиком, а зцементовані обкачані зерна гравію – конгломератом , а гострокутні - брекчією.
Хімічні осади (хемогенні породи) утворилися внаслідок випадання в осад речовин, що перейшли у водний розчин під час руйнування гірських порід. Вони є наслідком зміни умов середовища, взаємодії розчинів різного складу і випарування. До них відносять вапняки, вапнякові туфи, магнезити, доломіти, гіпси, ангідрити, барити.
Органогенні відклади утворилися внаслідок відкладання морських організмів.
Діатоміт складається з аморфного опалоподібного кремнезему SiO2.nH2O. Колір білий, сірий, жовтуватий.
Трепел за зовнішнім виглядом, складом і властивостями дуже подібний до діатоміту, але містить аморфний кремнезем переважно у вигляді дрібних кульок опалу
Опока – порода, утворена внаслідок ущільнення й цементування трепелів та діатомітів. Цементуючою речовиною є аморфний кремнезем, іноді карбонат кальцію (вапняна опока). Має середню густину 600…1800 кг/м3; міцність при стиску 5…15 МПа; легко піддається обробці. Застосовують як стіновий матеріал, заповнювач для легкого бетону.