Опред-е физ-мех св-в кам мат-лов 1) Прочность. Пр-ть для Щ и Гр хар-ся маркой по дроб-ти при сжатии в цилиндре. Нагрузка 20т, время около 30сек.
Потеря массы при испытании на дроб-ть для осадочных и изверженных пород различ-ся. Для осад пород допуск-ся опред-ть марку по дроб-ти как в сухом, так и в насыщ сост-ии.
2) Истираемость. Испытание проводят в полочном барабане. Истираемость (износ) щебня (гравия) определяют по потере массы зерен при испытании пробы в полочном барабане с шарами.
Барабан полочный диаметром 700, длиной 500 мм, снабженный на внутренней поверхности полкой шириной 100 мм. Шары стальные или чугунные диаметром 48 мм, массой (405+-10) г каждый - 12 шт.
Испытываемый щебень (гравий) не должен содержать пылевидных и глинистых частиц более 1% по массе. В противном случае щебень (гравий) предварительно промывают и высушивают.
Щебень (гравий) фракций от 5 до 10, св.10 до 20 или св.20 до 40 мм в состоянии естественной влажности просеивают через два сита с отверстиями размерами, соответствующими наибольшему D и наименьшему d номинальным размерам зерен данной фракции. Из остатка на сите с отверстиями размером d отбирают две аналитические пробы по 5 кг с предельной крупностью зерен до 20 мм и две пробы по 10 кг фракции св. 20 до 40 мм.
При испытании щебня (гравия), состоящего из смеси двух или более смежных фракций, аналитические пробы готовят рассеиванием исходного материала на стандартные фракции и каждую фракцию испытывают отдельно. Щебень (гравий) крупнее 40 мм дробят до получения зерен мельче 40 мм и испытывают щебень (гравий) фракции св.20 до 40 мм.
В случае одинакового петрографического состава фракций щебня (гравия) св. 20 до 40 и св. 40 до 70 мм истираемость последней допускается характеризовать результатами испытаний фракций св.20 до 40 мм.
Подготовленную пробу загружают в полочный барабан вместе с чугунными или стальными шарами, закрепляют крышку барабана и приводят его во вращение со скоростью 30 - 33 об/мин.
Истираемость щебня И, %, определяют по формуле
m - m
И=────── 100,
m
где m - масса пробы щебня (гравия), г;
m - суммарная масса остатков на сите с отверстиями диаметром 5 мм и
1 контрольном сите, г.
По истирании Щ делится на 4 марки: И1, И2, И3, И4.
3) зерновой состав, модуль крупности. Зерновой состав определ путем рассева пробы стандартным набором сит. Опред частные и полные остатки.
4) Коэф фильтрации смесей.
1. Смесь просеивают ч/з сито 5мм и опред содерж песка в смеси Мп. Если в смеси песка < 10%, коэф не опред, т.к. смесь заведомо пригодна для доп слоев.
2. Опред зерновой состав песка. Доп-ся для песка содержащего зерна размером < 0,14мм в кол-ве не > 25% по массе и размером <0,05мм не > 5% по массе коэф не определять. Графически изобр рез-ты ситового анализа. По оси Y отклад Мп, по оси X – размер сита.
3. По кривой просеивания графически опред эффективный размер частиц песка Дэп, которому соотв такой номин-ый размер отверстий сит, полный остаток на кот =90%.
4. По кривой просеив-я графич-ки опред эффективный размер частиц смеси Дэс, которому соотв такой номин размер отверстий сит, полный остаток на кот = величине: X= 100*(Мп-10)/Мп
5. Опред-ся коэф фильтр песка, входящего в смесь по ГОСТ25584
6. Коэф ф смеси вычисл по ф-ле:
Кс=Кп*(Дэс/Дэп)^2
Минеральные вяжущие мат-лы
Минеральные (неорганические) вяжущие материалы – это парашкобразные вещ – ва которые после затворения водой, а в отдельных случаях слабым раствором некоторых солей способны переходить из вязко жидкого (тестообразное) состояние в твердое приобретает св – во камня. По характеру твердения минеральные вяжущие делят на 2 группы:
1. Воздушное твердение – обладающая способностью после затворения водой твердеть в сухой среде.(воздушная известь, гипсовые, растворимое стекло).
2.Водного твердения (гидравлические вяжущие материалы) – после затворения водой твердеет как на воздухе так и вводе причем во влажной среде приобретает большую прочность, представители группы явл. цементы.
Гидравлическая известь и роман цемент по составу и особенностям процесса твердения, занимает промежуточное значение между воздушными и гидравлическими, после затворения водой начав твердеть на воздухе они продолжают твердеть как на воздухе так и во влажной среде.
Воздушная известь
Получается в результате обжига до возможно полного разложения чистых или домоматизированных извястников или мела содержащие глинистые вещ –ва не более 6-8% полученное таким образом известь СаО, в виде белого или сероватого цвета наз. не гашеной (комовая).
Если в извести содержится оксид магния не более 5% ее наз. кальциевой. От 5 до 20% магнезиальной, от 20 до 35% доломатизированной.
Чем чище используется известняки тем жирнее известь, чем больше примесей известь получается более тощей. В процессе обжига известняк или мел нагревается до температуры от 900 до 1200 градусов и осоциируется с большим поглощением тепла по реакции СОСО3 + 180кДж→СаО + СО2. Если исходная порода содержит примеси глинистых ве – в то по мимо извести образуется небольшое количество силикатов, алюминатов, эйферитов кальция. Обжиг ведут таким образом чтобы вся порода была равномерно обожена так как недожог явл. балластом и должен в последствии удалятся, а пережог при температуре свыше 1200 снижает качество извести в следствии медленного гашения водой. Наличие зерен пережога в строительных растворах приводит к тому что при гидратации зерен происходит увеличение объема вызывая растрескивание уже затвердевших растворов.
Для использования в строительстве воздушной извести гасят т.е. переводят в известковое тесто. При гашении протекает следующая реакция СаО+Н2О→Са(ОН)2+65,52кДж. В этом случае гидратная известь преображает тонко мучнистое состояние с увеличением объема 3-3,5 раза.
Кроме гашоной можно использовать молотую негашоную известь комовую известь размалывают в мельницах до тонкого мучнистого состояния, при этом зерен мельче 0,08мм должна быть не менее 85%.
Применение молотой извести имеет следующие признаки:
1. используется вся комовая известь, устраняется вредное влияние и достигается рациональное использование пережога.
2. утилизируется теплом что ускоряет процессы схватывания и твердения отсюда следует что это способствует росту прочности бетонов и растворов что особенно важно при работе в зимний период.
Недостатками явл. то что:
1. молотая негашоная известь при хранении на воздухе теряет свои вяжущие св – ва по этому ее используют сразу после помола.
2. пользость и вредность – это вызываемая необходимость работать в масках или респираторах.
При затворении оптимальным количеством воды известь на воздухе начинает медленно схватываться и твердеть известно песчаный раствор при твердении в сухой среде в возрасте 28 суток достигает прочности от 0,2 до 0,5мПа, а в возрасте 90 суток 0,4 – 0,8мПа. В процессе твердения сначала испаряется свободная физически не связанная вода. В результате известковое тесто уплотняется. В следствии взаимодействие гидратной извести с углекислым газом воздуха на поверхности происходит процесс карбонизации с выделением воды. По следующим реакциям: Са(ОН)2+СО2=СаСО3+Н2О
Образовавшееся на поверхности корочка карбоната кальция затрудняет проникновение СО2 поэтому в более глубоких слоях происходит кристаллизация преимущественно Са(ОН)2. Таким образом дальнейшее нарастание прочности известкового теста обуславливается уплотнением студнеобразной массы при ее высыхании, кристаллизации Са(ОН)2 и ее карбонизации. Сорта извести устанавливаются по активности и количеству не погасившехся зерен в соответствии с ГОСТ 9179 – 77 (известь техническая ТУ).
Гипсовые вяжущие
По технологии обжига делят на две группы:
1. Низкообжиговые гипсовые вяжущие – явл. быстро твердеющими их получают при нагреве гипса СаSО4*2Н2О до 150-180 градусов при этом происходит частичные дегидратации гипса СаSО4*0,5Н2О.
2. Высокообжиговые гипсовые вяжущие – явл. медленно твердеющими их получают при более высокой температуре от 800 до 1000 градусах при этом происходит полное отщепление химически связной воды. В результате продукт обжига переходит в адигрит.
Основным сырьем для гипсовых вяжущих служит природный двуводородный гипс.
К низкообжиговым гипсовым вяжущим относятся строительный и высокопрочный гипс.
Строительным наз. парашек образующий материал состоящий преимущественно из полу водного гипса такой гипс обладает повышенной потребностью от 60-65% воды по массе.
Высокопрочный гипс – образуется при тепловой обработке гибсового камня под давлением 0,2 – 0,3мПа в герметических аппоратах и последующей сушке при 160 -180 градусах. В этом случае вода из гипсового камня выделяется не виде пара а виде жидкого состояния. В результате снижается водо потребность и увеличивается прочность до 40мПА в возрасте 7 суток. При смешивании полуводного гипса с водой образуется пластичное тесто превращается в последствии в твердое тело, это превращение можно условно разделить на 3 периода:
1. При затворении водой происходит растворение полуводного гипса при этом образуется насыщенный раствор по отношению к полуводному гипсу и перенасыщенному по отношению к гипсовому камню.
2. Наступает процесс уплотнения и кристаллизация гипса с постепенным превращением студня в кристаллический срост.
3. Набор прочности может быть ускорен при умеренном подсушивании при температуре 65 градусов.
Все эти процессы протекают быстрее при большей тонкости помола и меньшего количества воды затворения, при этом повышается прочность затвердевшего гипса.
Гипс явл. быстро твердеющим и быстро схватывающим материалом скорость схватывания измеряется в минутах.
По срокам схватывания гипсы длят на 3 группы:
А) быстро схватывающийся скорость схватывания 2-15 мин.
Б) нормально схватывающийся от 6-30мин.
В) медленно схватывающийся начало схватывания не менее 20 мин.
Для замедления схватывания гипсового теста вводят добавки или известково – кератинового клея.
На св – ва гипса большое влияние оказывает количество воды затворения. Для химической реакции достаточно 18% воды, но по технологическим требованиям вводят 50-70% воды что существенно сужает прочность гипсового камня.
Гипсовые вяжущие по прочности разделяют на 12 марок от Г-2 до Г-25 в соответствии с ГОСТ 125 – 79 (вяжущие гипсовые ТУ).
Область применения гипса следующая:
1. Строительный гипс – применяют для приготовления гипсовых и смешенных растворов в качестве добавки минеральных вяжущих. Для изготовления архитектурных и строительных деталей работающих в сухом месте, а также сухой штукатурки.
2. Формовочный гипс – отличается большей тонкостью помола и применяется для изготовления форм моделей и архитектурных изделий.
3. Высокообжиговый гипс и ангидритовый цемент – применяют для приготовления строительных растворов и бетонов при производстве теплоизоляционных материалов, строительных деталей и искусственных материалов. Ангидритовый цемент получают обжигом гипсового камня при температуре 600 – 700 градусов и последующим помолом с добавками кристаллизаторами в виде извести обожонного доломита и основного гранулированного шлака.
Портландцемент
1) Портланцемент и технология пр-ва:
Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее получаемое тонким помолом цементного минерала, минеральных добавок и природного гипса.
Цементный клинкер получают путем обжига до спекания природных мергелей определенного химического состава или искусственных смесей известняка с глиной при температуре 1300-1450 градусов. Обычно клинкер имеет следующий химический состав: СаО – 63-67%, Al2О3 – 4,7%, SiО2 – 20-24%, Fe2О – 2-6%, MgО и SО3 – 1,5-3%.
Гипс добавляется для регулирования сроков схватывания. Процесс производства включает:
1. добычу, доставку на завод.
2. приготовление сырьевой смеси.
3. обжига смеси до спекания (получении клинкера).
4. помол клинкера с добавкой гипса.
5. согласование цемента с целью приобретения равномерности изменения объема при твердении.
6. упаковка и отгрузка цемента.
Приготовление сырьевой смеси можно 2 способами:
1. Сухой способ – состоит в совместном измельчении и однородном смешивании высушенных в барабанах сырьевых материалов, в результате получается сырьевая мука. Она направляется в силосы где корректируется химический состав и создается запас без перебойной работы печи.
При сухом способе подготовки сырьевой смеси затраты топлива на обжиг клинкера снижаются на 30-40%. Поэтому этот способ особенно выгоден при использовании сырья с невысокой естественной влажностью однородного состава и структуры. В веду меньшей энергоемкости этот способ получает большую распространенность.
2. Мокрый способ – применяют в том случае когда сырье служит влажные и мягкие горные породы, содержащие смесь в необходимом состоянии загружают в болтушку где она измельчается перемешивается и освобождается от механических примесей.
Хорошо перемешенная вязкая грубая суспензия поступает в трубную мельницу, а далее тонкая размолотая однородная смесь с содержанием воды от 35-45% поступает в шлам бассейн для корректирования химического состава. Для снижения расхода топлива влагосодержание сырьевого шлака можно снизить двумя способами:
1. Химический – введение разжижителей.
2. Механический – обезвоживание шлаков в барабанах или дисковых фильтрах.
Каждый процент снижения влажности повышает производимость на 1,5% и снижает расход тепла на 1%. Обжиг сырьевой смеси как при мокром так и при сухом способе производится во вращательных печах представляет собой цилиндр диаметром 5-7м и длиной до 230м сваренной из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри. Печи устанавливаются наклонно под углом 2-5 градусов. Чтобы превращение 1-2 оборота в минуту сырья медленно передвигается к нижнему концу. Сырьевая база поступает на встречу горячим газам проходит по длине печи несколько температурных зон превращаясь в цементный клинкер который на выходе из печи охлаждается с тысячи до 100-200 градусов в холодильниках воздухом. Клинкер выдерживают на складе несколько дней. Помол цементного клинкера производится в шаровых мельницах работающих по открытому или замкнутому циклу. При помоле к клинкеру добавляют природный гипс в количестве до 3,5% для замедления схватывания цемента. Готовый цемент направляется в силосы для хранения, охлаждение и гашение остатков свободной окиси кальция которая происходит под действием влаги воздуха.
2) Минералогический состав и твердение
В состав портландцемента в основном входят следующие минералы:
1. Алит – состоит из 3-х кальциевого силиката 3СаО*SiО2. При затворении водой он быстро твердеет с большим выделением тепла, содержится в клинкере от 37 до 60%.
2. Белит – двух кальциевый силикат 2СаО*SiО2 с примесью алюмината 3CaCl*Al2O3. При твердении Белит выделяет в два раза больше тепла чем Алит, содержится в количестве от 15 до 37%.
3. Целит – обладает разнообразным составом и чаще всего состоит из 4-х кальциевого алюмоферита 4СаО*Al2O3*Fe2O3 с примесью алюмината и двух кальциевого силиката, содержится в количестве от 10 до 18%
4. Алюминат – быстро твердеющий минерал с большим тепло выделением, в результате взаимодействие с водой алюминат образует не прочные и недолговечные кристаллы, содержится в количестве от 5 до 15%.
Содержание в цементе свободной извести недолжно превышать пол процента так как оно может вызвать растрескивание затвердевшего цементного камня.
При смешивании цемента с водой возникают сложные физико – химические процессы взаимодействия в результате чего образуется пластичная масса которая начинает уплотнятся и густеть (начало схватывания), а затем утрачивая пластичную консистенцию постепенно переходит в твердое тело (конец схватывания). В дальнейшем при положительной температуре и воды в свободном состоянии, прочность постепенно нарастает т.е. происходит процесс твердения.
Процесс схватывания и твердения проходит в 3 периода.
1. Подготовительный – растворение.
2. Коллоидный – образование коагуляционной структуры.
3. Кристаллизация – образование кристаллизационной структуры.
Полученный в результате твердения цементный камень состоит из глеевых и кристаллических продуктов гидратации цемента. Степень гидратации цемента зависит от тонкости помола, влажности и температуры среды в которой твердеет цементный камень.
3) Св-ва портландцемента
Свойства зависят от минералогического состава, наличие добавок и тонкости помола клинкера.
1. тонкость помола должна быть такой чтобы при просеивании пробы цемента через сито N008 проходило не менее 85% массы просеваемой пробы.
2. удельная поверхность – у обычных цементов от 2 до3 тыс. см2/г, у быстро твердеющих от 3,5 до 5 тыс. см2/г.
3. плотность – составляет 3-3,2 т. на м3. при расчете вместимости складов принимает объемную массу портландцемента 1200 кг/м3, при дозировки на приготовлении бетонов 1300 кг/м3.
4. активность – способность затвердевать при затворении водой превращаясь в прочное камневидное тело.
Активность и марку цемента характеризуют показатели прочности при изгибе образцов балок 40-40-160мм и их половинок при сжатии в возрасте 28 суток.
Нарастание прочности происходит не равномерно, через 3 суток 50% через 7 суток 70% от прочности в 28 суточном возрасте. В зависимости от активности и предела прочности при изгибе портландцемент подразделяют на марки 300, 400, 500, 550 и 600.
5. вода потребность цемента – характеризуют показателем нормальной густоты это количество воды которую необходимо для достижения заданной пластичности, обычно нормальная частота составляет от 21 до 28%, чем меньше вода потребность тем выше качество цемента.
6. скорость схватывания явл. существенной технологической характеристикой. У портландцемента схватывание должно наступать не ранее 45мин а конец не позднее 12 часов. Обычно начало схватывания через 2-3 часа конец 5-8 часов.
|