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
Крейда - біла, м’яка вапнякова порода, затверділий морський осад. На 90..98% складається з СаСО3, містить домішки глинистих частинок. ЇЇ застосовують для виробництва вапна, цементу й скла, приготування фарб, замазок, шпаклівок тощо.
Вапняк-черепашник – це пориста порода, що складається з черепашок і панцирів молюсків, слабко зцементованих вапняковою речовиною, містить домішки глини, кремнезему. Має середню густину 800…1800 кг/м3; міцність при стиску 0,4…15 МПа; легко піддається розпилюванню.
2.2.3. Метаморфічні породи
Гнейси є найпоширенішим серед видозмінених вивержених порід. За мінеральним складом, середньою густиною і міцністю вони подібні до гранітів, з яких утворилися в умовах метаморфізму, але мають сланцювату будову. Така структура полегшує видобування й обробку породи, але зменшує міцність, морозостійкість і стійкість проти вивітрювання. Застосовують гнейси для укладання фундаментів, бутової кладки, брукування доріг.
Мармури утворилися внаслідок перекристалізації вапняків або доломітів під впливом високих температур і тисків.
2.3. Класифікація і характеристика матеріалів і виробів із природного каменю
Галузі застосування природного каменю дуже різноманітні. Камінь підлягає механічній обробці й використовується у безпосередньому вигляді. Гірські породи є також цінною сировиною для одержання інших будівельних матеріалів.
Природні кам’яні матеріали й вироби класифікують за такими ознаками:
важкі (ρо > 1800 кг/м3) й легкі (ρо ≤ 1800 кг/м3);
Коефіцієнт розм’якшення каменю для зовнішніх стін споруд повинен бути не меншим ніж 0,6, а для фундаментів, дорожніх та гідротехнічних споруд – не менше 0,8.
Залежно від ступеня
обробки розрізняють
До грубооброблених кам’яних матеріалів відносять: бутовий камінь, щебінь, гравій, пісок.
Бутовий камінь – це куски каменю неправильної форми розміром 150…500 мм, масою 20…40 кг. Бутовий камінь може бути рваним (неправильної форми) та постілистим. З буту зводять греблі та інші гідротехнічні споруди, підпірні стінки, фундаменти, його переробляють на щебінь.
Щебінь - це куски каменю неправильної форми розміром 5…150 мм, які одержують подрібненням великих кусків гірських порід з наступним просіюванням (зустрічається і природний щебінь – «дресва»).
Гравій – це обкочені (округлі) зерна розмірами 5…150 мм, які одержують просіюванням сипких порід; у разі потреби їх промивають, щоб видалити шкідливі домішки (глину, пил).
Пісок – це мінеральні зерна розміром від 0,16 до 5 мм, які одержують просіюванням сипких порід; або подрібненням і просіюванням відходів камнеобробки (штучний пісок). Щебінь, гравій, пісок використовують як заповнювачі для бетонів і розчинів.
До виробів з природного каменю відносять колоті й пиляні вироби для мурування і облицювання стін, влаштування підлог, дорожніх покриттів, гідротехнічних споруд тощо.
Каміння та блоки для укладання стін. Багато пористих гірських порід легко розпилюються на камені та блоки правильної геометричної форми (прямокутні паралелепіпеди). Основні розміри каменів для зведення стін: 390 × 1000 × 1500мм; 490 × 240 × 188мм; 390 × 190 × 288мм. Маса каменя не повинна перевищувати 16 кг, маса дрібного блока – 40 кг.
Каміння та блоки застосовують для зовнішніх стін, перегородок та інших частин будівель та споруд.
Облицювальні матеріали й вироби. Облицювальне каміння й плити, а також архітектурно-будівельні вироби виготовляють, розпилюючи блоки (напівфабрикати) або вдаючись до безпосереднього випилювання з масиву гірської породи. Можна виготовляти також колоті вироби (з некондиційних блоків).
Для зовнішнього облицювання використовують щільні атмосферостійкі породи (граніти, сієніти, габро тощо) або щільні вапняки, для внутрішнього облицювання – породи середньої твердості: мармури, пористі вапняки (травертин, черепашник), вулканічні туфи тощо. Пористі породи, крім декоративного ефекту, забезпечують добру акустику приміщень, тому їх застосовують для оздоблення театрів, кінотеатрів та інших громадських споруд.
Цокольні плити, а також деталі карнизів та інших частин будівлі, що виступають, виготовляють з атмосферостійких порід.
Влаштування покриттів підлог виконують полірованими (рідше шліфованими) плитами з твердих щільних порід (граніт, сієніт, лабрадорит тощо). У приміщеннях з малою інтенсивністю руху і високими вимогами щодо декоративності можливе використання мармуру. Товщина плит для підлоги має бути не менше 20 мм. Сходи облицьовують також твердими зносостійкими породами.
Матеріали й вироби для дорожнього будівництва виготовляють із щільних і зносостійких порід (граніту, діориту, габро, базальту), оскільки умови їх експлуатації надзвичайно суворі. До дорожніх матеріалів і виробів відносять: брущатий камінь; колотий і булижний камінь; тротуарні плити і бордюр не каміння.
Брущатий камінь (бруківка) призначається для впорядкування покриттів проїжджої частини доріг. Має форму зрізаної піраміди з паралельними прямокутними верхньою і нижньою основами.
Колотий і булижний камінь використовують для влаштування основ доріг, а також дорожніх покриттів, для укріплення схилів земляних споруд тощо.
Тротуарні плити виготовляють з шаруватих гірських порід. Вони мають форму прямокутної чи квадратної плити зі стороною 200…800 мм і рівною лицьовою поверхнею (товщина 40…150 мм).
Каміння для гідротехнічних споруд. Для річкових та морських гідротехнічних споруд застосовують каміння правильної і неправильної геометричних форм. Каміння неправильної форми – рваний камінь, який одержують підриванням гірських порід, обкочений камінь (валуни, булижники), щебінь і гравій – використовують для влаштування гребель, дамб, берегових укріплень та інших споруд. Каміння правильної форми використовують для облицювання набережних, шлюзів тощо. До всіх матеріалів ставляться підвищені вимоги не лише за міцністю, а й щодо водо- та морозостійкості. Особливо несприятливими є умови експлуатації матеріалів у зоні змінного рівня води, де під час замерзання можуть утворюватися льодові скупчення, які спричиняють значні внутрішні напруження. Захисне облицювання в цій зоні виконують із щільних вивержених порід з водопоглинанням не більше 1%, міцністю при стиску не нижче 80…100 МПа і морозостійкістю не менше 300 циклів (це граніти, сієніти, діабази та ін.).
Хімічно стійкі й жаростійкі матеріали й вироби. Численні гірські породи використовують для футерування різних апаратів та установок, які зазнають дії кислот, лугів, солей і агресивних газів, а також впливу високих і різко змінних температур і тисків. Із щільних кислототривких гірських порід виготовляють тесані плити, цеглу, бруски, фасонні вироби потрібної форми. У подрібненому вигляді ці породи використовують як заповнювачі в кислототривких бетонах. Для захисту від дії кислот використовують граніт, сієніт, базальт, андезит, кварцит, а від дії лугів – карбонатні породи: щільні вапняки, доломіти, магнезити, мармури. Для жаростійких облицювань застосовують вироби з базальту, діабазу, вулканічних туфів.
2.4. Використання відходів видобування і обробки гірських порід
При видобуванні, обробці й переробці гірських порід у кар’єрах та каменеобробних заводах утворюється багато відходів, кількість яких може сягати 80 % від об’єму порід, що розробляються. З економічної та екологічної точок зору доцільно використовувати ці відходи для виготовлення інших будівельних матеріалів та виробів. Найчастіше – це декоративні щебінь і пісок, штучні блоки та декоративні плити.
Декоративні щебінь і пісок – переважно сировинний облицювальний високодекоративний фракціонований (розподілений на зерна певних розмірів) матеріал. Міцність при стиску гірських порід, з відходів яких виготовляють декоративні щебінь і пісок, має бути не меншою 80, 40 і 30 МПа, відповідно, для вивержених, метаморфічних і осадових порід.
Готовий щебінь повинен мати марку за морозостійкістю не менше F15. Обмежується також наявність у щебені пластинчастих і голчастих зерен (до 35 % за масою). У щебені й піску обмежується кількість пилуватих домішок (від 1 до 5 % за масою).
Декоративні щебінь і пісок застосовують для оздоблення лицьових поверхонь бетонних і залізобетонних елементів будівель, виготовлення штучних блоків і декоративних плит.
Штучні блоки виготовляють з бетонних сумішей на основі декоративних щебеню і піску та портландцементу. Готові вироби призначені для наступної переробки на плити, які використовують для влаштування покриттів підлог і елементів сходів і облицювання стін і колон.
Завдання для самостійної роботи
1. Написати реферат за темою «Перспективи розвитку мінерально-сировинної бази промисловості будівельних матеріалів України»
2. Розглянути проблеми
довговічності та захист кам’
Лекція 3
КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ Й ВИРОБИ
Керамічними називають матеріали й вироби, які одержують формуванням і подальшим випалюванням глинистої та інших видів мінеральної сировини з різними добавками або без них.
Як глинисту сировину використовують глини, суглинки, глинисті сланці, аргіліти, леси. Можуть бути застосовані також інші види мінеральної сировини, в тому числі діатоміти, трепели, кварцити, магнезити, боксити, хромисті залізняки та деякі промислові відходи. Для одержання технічної кераміки використовують чисті оксиди алюмінію, кальцію, магнію, діоксиди цирконію, торію тощо. Таку кераміку застосовують, наприклад, в радіо- та космічній техніці.
Керамічні матеріали – найдавніші з усіх штучних кам’яних матеріалів. Вік керамічної цегли становить понад 5000 років. Залишки будівель і споруд з керамічної цегли знайдені археологами на території Стародавнього Єгипту (ІІІ…І тисячоліття до н.е.). Керамічна цегла відома також в Індії. У Китаї для покрівель використовували керамічну черепицю, а для оздоблення будівель – глазуровану кераміку, фарфор. У стародавній Греції перший храм Гери в Олімпії (УІ ст. до н.е.) мах дах з черепиці й прикраси з теракоти. З керамічної цегли у Стародавньому Римі будували 3…4- поверхові будинки, а також арки і мости.
На території України знайдені вироби з кераміки, що датуються 3..2 тис. р. до н.е., а також збереглися історичні пам’ятники Київської Русі Х…ХІ ст.. (залишки Десятинної церкви, Золотих воріт, Софійський собор), які були збудовані з використанням керамічної цегли та керамічних плиток для підлоги.
Довговічність і простота виготовлення керамічних матеріалів забезпечили їм одне з перших місць серед інших будівельних матеріалів. Випуск керамічної цегли становить майже половину обсягу виробництва всіх стінових матеріалів. Керамічні облицювальні плитки й досі залишаються основними матеріалами для опорядження санітарних вузлів та багатьох інших приміщень. Не втратили свого значення і керамічні матеріали для зовнішнього облицювання будівель. Висока міцність, універсальність властивостей і широкий асортимент дають змогу використовувати керамічні вироби для теплових агрегатів, як облицювальні матеріали для підлог і стін, для мереж каналізації, як легкі пористі заповнювачі для бетонних і залізобетонних виробів тощо.
Поряд з позитивними якостями керамічні вироби мають і деякі недоліки, а саме: крихкість, їх виробництво є досить енергоємним і потребує використання спеціального сушильного й випалювального обладнання.
3.1. Класифікація керамічних матеріалів
За призначенням керамічні матеріали й вироби поділяють на такі види: стінові (цегла, порожнисті камені); покрівельні (черепиця); елементи перекриттів; вироби для облицювання фасадів (лицьова цегла і камені, плитки фасадні, килимово-мозаїчні плитки); вироби для внутрішнього облицювання (глазуровані плитки і фасонні деталі до них – карнизи, кутники, пояски); заповнювачі для бетонів (керамзит, аглопорит); теплоізоляційні вироби (діатомітові, трепельні, перлітобентонітові вироби, ніздрювата кераміка); вироби для підлог і дорожніх покриттів (плитки для підлог, дорожня цегла; санітарно-технічні вироби (умивальники, унітази, ванни, труби); кислототривкі вироби; вогнетривкі вироби.
За видом поверхні керамічні матеріали й вироби поділяють на: глазуровані та неглазуровані; однокольорові, багатокольорові і з малюнком; з гладенькою поверхнею та рельєфні.
За структурою черепка керамічні матеріали й вироби поділяють на: пористі й щільні. До пористих відносять матеріали і вироби з водопоглинанням більше 5% за масою. Це – стінові вироби, черепиця, облицювальні плитки для стін, теплоізоляційні вироби, заповнювачі для бетонів, санітарно-технічні вироби. На зломі вони мають землистий вигляд, шорстку поверхню, непрозорі, при ударі видають глухий звук.
До щільних матеріалів відносять ті, що мають водопоглинання за масою менше 5 %. Це - плитки для підлог, дорожня цегла, фарфорові вироби. Вони мають блискучий злом, гладеньку поверхню, при ударі видають чистий дзвінкий звук.