Контрольная работа по «Строительные материалы и изделия»

Министерство  образования и науки Российской Федерации 
Тольяттинский государственный университет 
Кафедра «Промышленное и гражданское строительство»

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине 
«Строительные материалы и изделия»

 

 

 

                                                                         Студент: Базаров 
                                                                                              Филипп Станиславович                                                                                                                                                                           Группа: СТРбз-1031 
     Проверил: Шишканова В.Н.

 

 

 

 

 
Тольятти, 2013

Вариант №5

1.   Классификация  горных пород и породообразующих  минералов.

2. Влияние минералогического состава клинкера на свойства портландцемента.

3. Применение  легких бетонов в крупнопанельном  и монолитном строительстве.

4.   Теплоизоляционные  материалы на основе неорганического  сырья. Свойства, применение.

Задача. Наружная поверхность кирпичной стены толщиной а = 51 см имеет температуру t = 33 градуса, а внутренняя t = 18. Какое количество тепла проходит через каждый квадратный метр поверхности стены за 1 час? Решить эту задачу для стен такой же толщины из шлакобетона и тяжелого бетона. Коэффициенты теплопроводности принять: для кирпича — 0,58, шлакобетона - 0,5, тяжелого бетона - 1,2 Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация горных пород и породообразующих минералов.

Горные породы — это природная совокупность минералов более или менее постоянного минералогического состава, образующая самостоятельное тело в земной коре.

Минерал — это природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образовавшееся в результате различных физико-химических процессов, происходящих в земной коре. Минералами называют однородные по химическому составу и физическим свойствам составные части горной породы.

Породообразующие минералы — минералы, входящие в качестве постоянных существенных компонентов в состав горных пород.

По происхождению  горные породы разделяют на три группы: изверженные и магматические (первичные), осадочные (вторичные) и метаморфические (от греч. metamorfo — превращать). Эта классификация горных пород называется генетической.

Изверженные горные породы образовались непосредственно из магмы в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий остывания магмы среди изверженных пород различаются глубинные или интрузивные и излившиеся или эффузивные.

Глубинные породы возникли в результате постепенного остывания  высокотемпературной магмы в  недрах земной коры при высоком давлении, благодаря чему все составные части магмы успели выкристаллизоваться, и из нее образовались массивные плотные породы с полнокристаллической структурой (граниты, габбро, диориты и др.).

Излившиеся породы сформировались в верхних слоях земной коры в условиях быстрого остывания и низкого давления. В этом случае составные части магмы не имели времени для достаточной кристаллизации, что привело к образованию пород со скрыто- и мелкокристаллической структурами и обилием аморфного стекла. В целом структура излившихся пород называется порфировой и характеризуется вкраплением относительно крупных кристаллов в основную плотную массу породы. По степени насыщения кремнеземом изверженные породы классифицируют на кислые, средние, основные и ультраосновные. Эта классификация имеет большое практическое значение с точки зрения выявления закономерности изменения свойств изверженных пород в зависимости от содержания в них кремнезема. Так, с уменьшением его содержания увеличивается плотность пород, снижается их температура плавления, изменяется окраска от светлой до темной, облегчается обработка камня. При высоком содержании кремнезема в породе он выпадает в виде зерен кварца - очень твердого минерала, затрудняющего механическую обработку камня.

Среди наиболее известных  представителей изверженных горных пород можно выделить граниты, сиениты, диориты, габбро, лабрадориты, порфиры, диабазы, базальты, вулканические туфы.

Осадочные горные породы образовались в результате выветривания изверженных пород или из продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов, населяющих водные бассейны. В зависимости от условий образования различают осадочные породы механического, химического и органического происхождения.

Породы механического  происхождения наслаивались в водоемах или на поверхности земли в результате разрушения изверженных пород и их последующего переотложения. Они делятся на рыхлые и сцементированные отложения. К наиболее характерным представителям сцементированных отложений относятся: песчаник, брекчия и конгломерат. Породы химического происхождения возникли в процессе высыхания озер и заливов, отделившихся от морских бассейнов, в результате выпадения в осадок различных соединений. К ним относятся: гипсовый камень, травертин, доломит, ангидрит. Породы органического происхождения образовались в результате жизнедеятельности растительных и животных организмов, к ним, в частности, относится известняк. Среди наиболее известных представителей осадочных горных пород можно выделить песчаники, конгломераты, брекчии, известняки, доломиты, травертины и гипсовые камни.

Метаморфические горные породы образовывались путем превращения изверженных и осадочных горных пород в новый вид камня под воздействием внутренних геологических факторов (высокой температуры, давления и химических процессов). Среди метаморфических пород различают массивные (зернистые) породы (кварциты, мраморы) и сланцеватые (гнейсы, сланцы). Гнейсы относятся к метаморфическим изверженным породам, а кварциты, мраморы и сланцы - к метаморфическим осадочным.

Среди наиболее известных  представителей метаморфических горных пород можно выделить мраморы, кварциты, гнейсы и сланцы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Влияние минералогического  состава клинкера на свойства  портландцемента.

Портландцемент (англ. Portland cement) — гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах.

Основным компонентом  вещественного состава портландцемента  является портландцементный клинкер.

Портландцементный клинкер — продукт, получаемый обжигом до спекания или плавления сырьевой смеси надлежащего состава и содержащий, главным образом, высокоосновные силикаты и (или) высоко- или низкоосновные алюминаты кальция.

Примерный минералогический состав портландцементного клинкера:

• трехкальциевый силикат (алит) – 40-65%;
• двухкальциевый силикат (белит) – 15-45%;
• трехкальциевый алюминат – 4-12%;
• четырехкальциевый алюмоферрит – 12-25%.

Суммарное содержание алита и белита обычно находится  в пределах 70-80%. Следовательно, в портландцементном клинкере количественно преобладают силикаты кальция. Поэтому данный цемент одно время называли силикатным. Кроме указанных важнейших минералов в клинкере содержатся в небольших количествах и другие алюминаты и алюмоферриты кальция, а также феррит кальция. Наряду с кристаллическими фазами в клинкере имеется аморфное вещество в виде незакристаллизованного стекла (6-10%). В небольших количествах (не более 5%) в клинкере содержится окись магния, так как карбонат магния – это почти неизбежная природная примесь в известняках. В клинкере иногда встречается свободная окись кальция (до 1%) как результат неполного обжига клинкера, т.е. погрешностей в технологии обжига. Наконец, в клинкере могут быть соединения (до 1-2%), образованные щелочными окислами – окисями натрия и калия. Эти окислы переходят в клинкер из сырьевых материалов и золы твердого топлива.

Зная свойства клинкерных минералов, в частности величину тепловыделения при взаимодействии с водой, и минералогический состав данного клинкера, можно в первом приближении выявить основные особенности цемента, получаемого из этого клинкера. Трехкальциевый силикат (алит) химически очень активен в реакции с водой. Об этом свидетельствует величина его тепловыделения при гидратации, особенно за первые трое суток. Он обладает способностью быстро твердеть и при твердении развивает большую прочность. Поэтому высокое содержание трехкальциевого силиката имеет важное значение для качества цемента. Высокомарочные и быстротвердеющие цементы должны содержать большое количество алита.

Двухкальциевый силикат (белит) значительно менее активен, на что указывает не только тепловой эффект гидратации, но и медленный ход тепловыделения: за трое суток выделяется только 10% от всего тепла гидратации. Твердеет он очень медленно. Но на протяжении нескольких лет прочность при благоприятных для твердения условиях неуклонно возрастает.

Трехкальциевый  алюминат является наиболее активным клинкерным минералом; у него наибольшее тепловыделение, причем за трое суток выделяется не менее 80% от тепла гидратации. Трехкальциевый алюминат очень быстро твердеет. Однако продукт твердения имеет низкую прочность.

Четырехкальциевый алюмоферрит по величине тепловыделения при реакции с водой занимает промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатом. Четырехкальциевый алюмоферрит твердеет значительно медленнее, чем трехкальциевый силикат, но быстрее, чем двухкальциевый. Прочность тоже выше, чем у продукта гидратации двухкальциевого силиката.

Приведенные краткие характеристики клинкерных минералов дают некоторое представление о влиянии их количественного содержания в клинкере на свойства данного цемента. Так, если требуется получить быстротвердеющий цемент, нужный, например, в производстве сборных железобетонных изделий и конструкций для сокращения сроков их изготовления, то применяют клинкер с повышенным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината. Эти минералы в сумме должны составлять не менее 65-70% от веса клинкера. Для бетонных работ в зимнее время тоже удобен цемент с относительно большим количеством трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината. Такой цемент отличается высокой экзотермией. Поэтому бетон в какой-либо конструкции, защищенной от потери тепла, может успешно твердеть и при отрицательной температуре воздуха.

В строительстве  часто требуется цемент с умеренной  экзотермией преимущественно для  массивных бетонных гидротехнических сооружений. Известно, что при большом тепловыделении твердеющего цемента бетон сильно расширяется во внутренних частях массива и меньше в наружных, которые естественно охлаждаются воздухом или водой. Объемные деформации, возникающие при неравномерном расширении и сжатии бетона, вызывают образование трещин и часто приводят к аварийному разрушению сооружений. Поэтому в массивных бетонных конструкциях (например, гидротехнических сооружений) не применяют цементы, отличающиеся большим тепловыделением.

Для получения  цемента с умеренной экзотермией клинкер должен содержать относительно небольшое количество трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината.

3. Применение  легких бетонов в крупнопанельном  и монолитном строительстве.

Легкие бетоны – бетоны с плотностью менее 1800 кг/м³ – универсальный материал для ограждающих и несущих конструкций жилых и промышленных зданий. Термин «легкие бетоны» объединяет большую группу различных по составу, структуре и свойствам бетонов:

По назначению легкие бетоны подразделяют на:

• конструктивные (класс прочности – В7,5…В35;

                            плотность – 1400…1800 кг/м³);

• конструктивно-теплоизоляционные (класс прочности не менее В3,0, плотность – 600…I400 кг/м³);
• теплоизоляционные – особо легкие (плотность < 600 кг/м³).

По строению и способу получения пористой структуры легкие бетоны подразделяют на следующие виды:

• бетоны слитного строения на пористых заполнителях;
• ячеистые бетоны, в составе которых нет ни крупного, ни мелкого заполнителя, а их роль выполняют мелкие сферические поры (ячейки); 
• крупнопористые, в которых отсутствует мелкий заполнитель,  
  результате чего между частицами крупного заполнителя образуются  
  пустоты. 

В современной  классификации легкие бетоны подразделяются группы: бетоны на пористых заполнителях и ячеистые бетоны.

Область применения конструкций из легких бетонов в различных отраслях строительства регламентируют «Технические правила по экономному расходованию основных строительных материалов» — металла, цемента, теплоизоляционных и других материалов, применяемых в строительстве.

При строительстве  гражданских зданий легкий бетон  применяют в большинстве случаев  для изготовления стеновых панелей, плит перекрытия, а также объемных блоков. Вид применяемых пористых заполнителей назначают на основании  технико-экономических расчетов с учетом наличия сырьевой базы. Наибольшее распространение получают конструкции на основе керамзита, аглопорта, шунгизита, шлаков и пр.

Междуэтажные  перекрытия из легких бетонов имеют  меньший собственный вес, составляющий основную часть нагрузки на конструкции, на них меньше расходуется цемента и арматуры, они позволяют снизить расход материалов на вертикальные несущие конструкции и фундаменты. Конструкции перекрытий гражданских зданий должны удовлетворять дополнительным требованиям звукоизоляции от ударного и воздушного шума. По признаку звукоизоляции различают акустически однородные и акустически неоднородные перекрытия. Первые состоят из сплошной несущей части и покрытия пола на упругомягком основании, вторые содержат несущую конструкцию с раздельным полом или потолком. Масса акустически однородных перекрытий составляет не менее 400 кг/м2, акустически неоднородных — на 100-200 кг меньше.