Материаловедение. 
Технология конструкционных материалов

I.Основные группы свойств строительных материалов

цементобетонный материал битум чугун Назовите свойства в каждой группе. Какие свойства материалов относятся к физико-химическим ?

Свойства строительных материалов разделяют на четыре основные группы: механические, физические, химические, технологические.

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформированию и разрушению под действием разрушительных сил. Они делятся на прочностные и деформативные.

Физические свойства характеризуют способность материала реагировать на воздействие различных факторов (тепловых, акустических и др). а также характеризуют физические составные материала. К ним относя: среднюю плотность, истинную плотность, пористость, теплопроводность, теплоемкость, огнестойкость, температурастойкость, гигроскопичность, водопроницаемость, парои газопроницаемость, водостойкость. Химические свойства характеризуют способность материала к химическому взаимодействию с реагентами внешней среды. К ним относят растворимость, коррозионную стойкость, горячность, токсичность. Технологические свойства выражают способность материала к восприятию технологических операций. К ним относятся формуемость, шлифуемость, полируемость, раскалываемость, гвоздимость. Под физикохимическими свойствами обычно понимают свойства материалов проявляющиеся на границе раздела фаз. К ним относятся: смачиваемость, адсорбцию, поверхностное наблюдение, агрегатную устойчивость и др.

2. Понятие о щебне, гравии и песке. Основные показатели качества каждого материала. Какие каменные материалы предпочтительнее использовать в цементои асфальтобетоне Щебень — искусственный расходный зернистый материал с размером частиц от 5 до 70 мм, полученный путем дробления спальных или рыхлых осадочных горных пород. Песок — рыхлый зернистый материал с размером частиц от 5 до 0,14 (0,16).мм. Может быть природным и искусственным. Гравий — природный зернистый материал с размером зерен от 5 до 70 мм. Зерна имеют окатанную форму и гладкую поверхность. Образуется в результате обломков горных пород на большие расстояния реками, горными потоками, ледниками, а также воздействием морского прибоя. Основные показатели качества щебня: дробимость, форма зерен, зерновой состав, износ, содержание зерен слабых пород, содержание пылевидных и глинистых частиц, морозостойкость, содержание различных примесей, содержание естественных радионуклидов. Основные показатели качества песка: зерновой состав, крупность зерен, содержание пылевидных и глинистых частиц, содержание различных примесей, содержание естественных радионуклидов, прочность исходной горной породы для искусственного песка. Основные показатели качества гравия те же, что и у щебня. Основные свойства щебня (гравия) и песка предопределяются свойствами исходной горной породы, происхождением (для песка и гравия). Для использования и в асфальтовом и цементном бетонах предпочтение следует отдавать щебню и искусственному песку т.к. эти материалы имеют угловатую форму, лучше сцепляются с вяжущей системой. В асфальтобетоне щебень и песок искусственный обеспечивают более высокие показатели сдвигоустоичивости. В цементобетоне вяжущая система лучше реагирует с частицами щебня из песчаных пород, в асфальтобетоне из основных пород.

3. Понятие о минеральных вяжущих веществах. Классификация.

с подробным перечнем вяжущих. Основные показатели качества Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные минеральные материалы, которые при смешивании с водой или с водными растворами некоторых веществ образуют тесто, способное со временем твердеть до перехода в камневидное состояние. Минеральные вяжущие делятся на группы: воздушные вяжущие, гидравлические и вяжущие автоклавного твердения.

Воздушные вяжущие — это вещества, способные в тестообразном состоянии твердеть и сохранять свою прочность только в воздушной среде. К ним относят строительную воздушную известь, различные гипсы, магнезиальные вяжущие. К отдельной группе воздушных вяжущих относят жидкое стекло, которое не является порошкообразным веществом.

Гидравлические вяжущие — это вещества, способные в тестообразном состоянии твердеть и длительное время сохранять прочность как в воздушной, так и в водной среде. К ним относят гидравлическую известь, силикатные цементы: портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент, пластифицированный и гидрофобный портландцементы, белый и цветной портландцементы, дорожный и расширяющийся портландцемент; алюминатный, (глиноземестый цемент) и его разновидности: расширяюшийся водонепроница-емый, гипсоглиноземестый расширяющийся, напрягающий цементы; смешанныые цементы; пуццолановый, шлакопортландцемент, шлакошелочной цемент.

Вяжущие автоклавного твердения — вяжущие которые твердеют при повышенных давлении и температуре. Сохраняют свою прочность в воздушной и водной среде. К ним относят известково-зольные, известково — шлаковые, известково-силикатные вяжущие.

К основным показателям качества вяжущих относятся: тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания и твердения, прочность на сжатие и растяжение при изгибе.

Основная роль минерального вяжущего — связать минеральные зерна искусственного конгломерата в единый монолит, предать ему необходимые свойства.

4. Понятие о тяжелых плотных бетонах на неорганических вяжущих. Основные группы модификаторов цементобетонных смесей и цементобетонов Тяжелые плотные бетоны на основе минеральных вяжущих представляют собой искусственные материалы, получаемые в результате твердения рациональной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, воды и плотных тяжелых заполнителей. Кроме основных компонентов в смеси могут вводиться дополнительные вещества специального назначения.

Основная роль заполнителей — получение искусственного материала оптимальной структуры с необходимыми техническими свойствами, экономия вяжущего, снижение усадки искусственного камня. К дополнительным веществам относятся наполнители и добавки.

Наполнителями называют порошкообразные материалы, размер частиц которых соизмерим с частицами вяжущего вещества. Их роль — в заполнении пор в микроструктуре без вступление в химическое взаимодействие с вяжущими компонентами, в увеличении водоудерживающей способности вяжущего, в снижении усадочных явлений в материале.

Основное назначения добавок заключается в том, что они всегда достаточно активно взаимодействуют с одним или несколькими компонентами смеси в процессе формирования структуры бетона.

К основным свойствам тяжелых бетонов относят: прочность, плотность, деформативность, морозостойкость, водонепроницаемость.

Широкое применение находят модифицированные цементные бетоны. Под модифицированием понимают такое воздействие, при котором существенно изменяются структура и свойства бетона путем введения в состав смеси определенных веществ (добавок). Выделяют следующие классы модификаторов: а) регуляторы реологических свойств бетонных смесей — пластификаторы, супер-пластификаторы; б) регуляторы схватывания бетонной смеси и твердения бетона, в том числе противоморозные добавки; в) регуляторы пористости бетонной смеси и бетонов; г) модификаторы, придающие бетону гидрофобность, эектроизоляционные и другие свойства; д) модификаторы полифункционального действия.

5. Понятие о полимербетоне и бетонополимере. Их отличительные.

свойства от плотного цементного бетона, область применения Бетонополимеры — искусственные материалы из бетонов, пропитанных жидкими полимерами. Глубина пропитки может быть от 1−3 см до 10−20 см.

В результате описанной обработки цементного бетона достигается либо увеличение долговечности и непроницаемости изделий (полимер без последующей полимеризации), либо получение нового материала по своим свойствам превосходящего начальные свойства цементобетона (полимер с последующей полимеризацией). При полимеризации полимера в теле бетона возникает особая структура. Прочность бетона при сжатии может быть повышена в несколько раз, прочность на растяжение в 3−10раз. Бетоны хорошо работают в суровых климатических или в агрессивных условиях.

Полимербетоны представляют собой искусственные камневидные материалы, полученные на основе синтетических смол. (полимерный клей) и химически стойких наполнителей и заполнителей без участия минеральных вяжущих и воды. Смола и наполнитель образуют, при их объединении, наполненный полимер, склеивающий крупный и мелкий зернистый материал. Полимербетоны имеют высокие показатели прочности на растяжении при изгибе, воздухои водонепроницаемость, химическую и радиационную стойкость. Однако обладают сравнительно низкой теплостойкостью (80−1000С) и высокими усадочными деформациями.

Свойства регулируют путем выбора смолы, наполнителя и изменения соотношения всех компонентов.

6. Классификация нефтяных битумов по различным признакам. Какие нефтяные битумы используются при строительстве дорожных одежд Битумы — высокомолекулярный, углеводородный, вязкий продукт переработки нефти или горючего сланца (соответственно битум нефтяной или сланцевый), обладающий клеящими свойствами и поэтому применяемый преимущественно как вяжущее. Битум является смесью различных по молекулярной массе и вязкости углеводородов, образующих коллоидную структуру типа золь-гель. Классификация.

по виду сырья.

по технологии получения по влиянию температуры по вязкости и др. свойствам подразделяются на марки по свойствам и качеству.

7. Основные показатели качества вязких дорожных битумов. Что такое индекс пенетрации и что он характеризует?

Основные нормируемые свойства битумов как термопластичных вяжущих и методы их определения.

8. Зависимость свойств битума от температуры.

Так как битум является термопластичным вяжущим, то его нормируемые свойства должны определяться при определенных (стандартных) температурах. Некоторые показатели свойств зависят от температуры битума при их определении. Например:

9. Понятие об асфальтобетоне и асфальтобетонной смеси. Влияние.

компонентов смеси на его структуру и свойства Асфальтобетонная смесь — это рыхлая смесь крупного, мелкого заполнителя, наполнителя, битума и, при необходимости, добавок. Асфальтобетон — это композиционный строительный материал, полученный путем уплотнения и, при необходимости, остывания уплотненной асфальтобетонной смеси, после чего его свойства должны соответствовать действующим нормам (требованием стандартов, технических условий).

В состав асфальтобетона входят:

• а) крупные заполнители (щебень, гравий, х смеси);
• б) мелкие заполнители (пески природ., дробленые, их смеси);
• в) наполнитель (минеральный порошок);
• г) битум нефтяной (вязкий или жидкий).

Каждый компонент выполняет свою функцию, играет свою роль в формировании структуры и свойств асфальтобетона:

Крупный заполнитель (щебень, гравий, их смеси).

В структуре асфальтобетона играет роль скелетного компонента при его содержании более 50% массы минеральной части (более 4% по объему минер. части) он образует пространственный каркас из соприкасающихся зерен. Если зерен щебня или гравия меньше 50% массы минеральной части, то это зерна теряют мешзерновые контакты, они «плавают» в растворной части и каркас (скелет) из зерен щебня или гравия … Такая ситуация соответствует границе между базальной и поровой макроструктурой.

• 2. Мелкий заполнитель (песок природный, дроблены, их смеси) играет двойственную роль: а) как компонент общей минеральной части асфальтобетона, способствует повышению плотности упаковки зерен, заполняя межзерновое пространство в щебне (гравия) и таким образом повышает прочности асфальтобетона; б) в состав асфальтобетонного раствора (мезоструктуры) играет роль скелетного компонента при его содержании более 50% (более 40% объема минеральной части раствора).
• 3. Наполнитель (минеральный порошок)

играет двойственную роль: а) как компонент минеральной части асфальтобетона, способствует повышению плотности упаковки зерен, заполняя межзерновое пространство в смеси щебня (гравия) и песка и таким образом повышает прочность асфальтобетона; б) в составе асфальтовяжущего (битумной мастики, макроструктуры) играет роль компонента, регулирующего структуру пленочного битума, вязкость, прочность, теплоемкость, клейкость битумного клея.

4. Битум В асфальтобетоне играет двойственную роль: а) битум обволакивает, смачивает и склеивае зерна минеральной части, обеспечивая монолитность, прочность и плотность асфальтобетона (функция «битум-клей»); б) битум при обволакивании им минеральных зерен играет роль смазки, уменьшающей коэффициент внутреннего трения (tg) (функция «битум-смазка»).

В разных странах используют 12−15 различных методов подбора состава асфальтобетона. В России используют преимущественно метод предельных кривых зернового состава минеральной части. В его основе лежат следующие принципы:

• 1. Предполагается, что существуют области зерновых составов полизернистой минеральной части асфальтобетона, обладающих минимальной межзернистой пустотностью.
• 2. Эти области могут быть ограничены кривыми гранулометрии минеральной части, которые получили название предельные кривые
• 3. Состав минеральной части из компонентов, обладающих собственными, зерновыми составами (щебня или гравия, песка, минерального порошка), для асфальтобетона заданного вида и типа считается подобранным, если после подбора кривая грануломентрии минеральной части располагается в области, ограниченной предельными кривыми или предельными значениями содержаний фракций зерен.
• 4. Необходимое и достаточное содержание битума в смеси определяют подбором путем испытания образцов из смесей с различным содержанием битума. найденное содержание битума называют «оптимальным».
• 10. Классификация асфальтовых бетонов по различным признакам. Какие виды макроструктур асфальтобетона можно получить с использованием смесей типа А, Б и В

Асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны подразделяют по следующим признакам:

По виду заполнителей: а) щебеночные: б) гривийные; в) песчаные.

По наибольшей крупности зерна: а) крупнозернистые — до 40 мм; б) мелкозернистые — до 20 мм; в) песчаные — до 5 мм.

По содержанию крупного заполнителя: тип, А — 50 …60% массы; тип Б — 40…50% масс., тип В — 30…40% масс., типы Г и Д — 0,0…30% щебня (гравия). Типы Г и Д — это песчаные асфальтобетоны, но тип Г — из дробленого песка, тип Д — из природного песка.

По температуре приготовления и применения а/бетонные смеси подразделяют на горячие, которые готовят с использованием вязких битумов (t=150−170 0С), и холодные с использованием жидких битумов (t=80−100 0С).

По плотности (пористости): а) высокоплотные — с пористостью до 3% объема; б) плотные — с пористостью 3−5% об.; б) пористые — 6…12% об.; в) высокопористые — 12−18% об.

По технологии укладки и уплотнения: а) уплотняемые; б) литые.

Существует следующая область применения асфальтобетона в строительстве.

1. В дорожном строительстве: а) при устройтсве о оснований и покрытий автомобильных дорог; б) при устройстве оснований и покрытий мостов; в) при устройтсве оснований и покрытий городских улиц и площадей.

В промышленном и гражданском строительстве: а) при строительстве покрытий внутриквартальных проездов, отмосток у стен домов; в) при устройстве плоских кровель; в) при устройтсве полов в промышленных зданиях; г) при строительстве элементов спортивных сооружений; д) при устройстве тротуаро, велосипедных дорожек и др.

В гидротехническом строительстве: а) устройство облицовок гидротехнических сооружений (плотин, дамб и др.); б) обеспечение проезда по верху плотин, дамб и др.

В трубопроводном строительстве: а) устройство теплои водоизоляционных покрытий на трубопроводах; б) устройство оснований и покрытий на дорогах, обеспечивающих эксплуатацию нефтяных и газовых месторождений.

11. Технические свойства асфальтобетона по ГОСТ 9128–97, методы их.

определения.

12. Понятие об органоминеральных смесях, отличие их от асфальтобетонных, область применения Органоминеральная смесь — искусственная смесь получаемая смешением на дороге или в смесительных установках щебня гравия песка и их смесей, а также минерального порошка (в том числе порошковых отходов промышленного производства) с органическими вяжущими (жидкими или вязкими битумами битумными эмульсиями) и активными добавками и без них или с органическими вяжущими совместно с минеральными.

Применяются для устройства оснований и покрытий, автомобильных дорог и аэродромов. В отличие от асфальтобетонов к органоминеральным смесям предъявляются менее жесткие требования по всем показателям: к зерновому составу минеральной части; прочности при температуре 20 и 50 0С; водостойкости, водонасыщению и набуханию. К органоминеральным смесям не предъявляются требования по прочности при 0 0С. Вследствие этого органоминеральные смеси могут применяться для устройства покрытий на дорогах с интенсивностью движения до 500 автомобилей в сутки. Органоминеральные смеси нельзя использовать для устройства покрытий на дорогах в I дорожно-климатической зоне. Таким образом, органоминеральные смеси используют для устройства покрытий и оснований на дорогах с низкой интенсивностью движения, т. е. V-IV технических категорий.

Смеси в зависимости от наибольшего размера зерен применяемых минеральных материалов приготавливают крупнозернистыми — с зернами размером до 40 мм мелкозернистыми — с зернами размером до 20 мм песчаными — с зернами размером до 5 мм.

Для приготовления смесей применяют щебень и гравий фракций — от 5 до 20 и от 5 до 40 мм.

Содержание глинистых примесей определяемых методом набухания в песках из отсевов дробления горных пород не должно быть более 1% по массе.

Для приготовления смесей применяют минеральные порошки, а также порошковые отходы промышленного производства, измельченные основные металлургические шлаки. Для смесей приготавливаемых на дороге допускается в качестве минерального порошка применять пылеватые грунты с числом пластичности не более 10.

В качестве органических вяжущих для приготовления смесей применяются жидкие нефтяные дорожные битумы эмульсии битумные дорожные, а также битумы нефтяные дорожные вязкие.

13. Понятие о гидроизоляционных материалах. Мастики: состав, виды Область применения при строительстве дорожных одежд. Каким показателям качества должны отвечать мастики дорожного назначения.

14. Состав лакокрасочных материалов. Основные показатели качества. Какие показатели качества лакокрасочных материалов необходимы при условии применения их для разметки автомобильных дорог?

Лакокрасочными материалами называют полужидкие составы, наносимые на поверхность конструкции тонким слоем и образующие после отвердевания твердые пленки, прочно связанные силами адгезии с основой. Лакокрасочные материалы используют для защиты конструкций или изделий от агрессивного воздействия внешней среды, защиты от коррозии, загнивания, возгорания, для декоративных целей, в дорожном строительстве — для разметки автомобильных дорог.

К лакокрасочным материалам относят: 1) краски масляные, эмалевые, полимерные, водоэмульсионные, цементные и др.; 2) лаки.

Краски состоят из связующего вещества, пигмента, наполнителей.

Лаки представляют собой растворы природных или синтетических смол в легких растворителях.

Связующее (пленкообразующее) вещество сцепляет частицы пигмента, образуя прочную пленку на обрабатываемой поверхности. Связующее определяет консистенцию краски или лака, прочность, твердость, скорость отвердевания, адгезию и долговечность образующейся пленки.

Связующими веществами служат: олифы — в масляных красках; полимеры — в лаках, полимерных красках, эмалях; неорганические вяжущие — в цементных, известковых красках.

Пигменты — тонкодисперсные цветные порошки: неорганические искусственные (оксиды и соли металлов); органические (сажа, графит); металлические (алюминевая и бронзовая пудра). От свойств пигмента зависят цвет, светои атмосферостойкость, укрывистость красок.

Основыне показатели качества лакокрасочных материалов.

Растворители — органические летучие жидкости (скипидар, уайт-спирит, ацетон и др.) служат для уменьшения вязкости красок.

Основными показателями качества лакокрасочных материалов являются скорость высыхания, удобонаносимость, адгезия к отделываемой поверхности, водои атмосферостойкость, светостойкость, токсичность.

Для разметки проезжей части автомобильной дороги используют специальную нитроэмаль белого цвета ОРУД. Нитроэмаль наносится на покрытие специальными машинами тонкой пленкой. Срок службы разметки при интенсивном движении 45…50 дней.

Эмали для разметки автомобильных дорог должны обладать следующими свойствами: высокой скоростью отвердевания, водои атмосферостойскостью, хорошей адгезией к бетону или асфальтобетону, прочностью отвердевшей пленки, определенной вязкостью.

15. Отличие сталей от чугунов. Какие показатели качества необходимы для строительных сталей?

Сырьем для производства черных металлов (чугуна, стали) является железная руда.

Чугун — сплав на основе железа, содержащий более 2,14% углерода. Получают два вида чугуна:

белый чугун (передельный) имеет высокую твердость и большую хрупкость. Его применяют для выплавки стали, а также для получения ковкого чугуна.;

серый чугун содержит до 4% углерода, он разделяется на обычный и высокопрочный. Чугуны имеют высокую прочность при сжатии и твердость, малую пластичность. Серые чугуны применяют для изготовления (методом литья) колонн, труб, решеток ограждения, тюбингов и др.

Сталь — сплав на основе железа, содержащий менее 2,14% углерода. Кроме основных компонентов — железа и углерода стали содержат примеси серы, фосфора, кремния, марганца и др. Сера и фосфор являются вредными примесями, повышающими хрупкость стали. Большое влияние на свойства стали оказывает углерод. С увеличением его содержания прочностные показатели растут, а пластичность и ударная вязкость понижаются, ухудшается свариваемость стали.

Стали, применяемые в строительстве, называют конструкционными.

Конструкционные стали должны иметь достаточно высокую пластичность, вязкость и хорошую свариваемость. Поэтому для сварных конструкций (ферм, трубопроводов, в мостостроении) применяют малоуглеродистые стали, содержащие 0,1…0,25% углерода. Если сварка не производится, могут использоваться более прочные стали с большим содержанием углерода.

Легированные стали — специальные стали, в которые вводят легирующие элементы (медь, никель, хром, алюминий и др.) для повышения коррозионной стойкости, прочности, твердости, износостойкости. Для сварных конструкций применяют низколегированные малоуглеродистые стали.

В железобетонных конструкциях применяют углеродистые и низколегированные арматурные стали в виде проволоки и стержней гладких и периодического профиля. Ненапряженные конструкции армируют углеродистыми и низколегированными сталями, предварительно напряженными сталями, предварительно напряженные — высокопрочными среднеи высокоуглеродистыми и низколегированными сталями.

16. Способы обработки поверхности каменных материалов и изделий. Как можно защитить от разрешения изделия из природного камня в конструкции от воздействия природных факторов?

В зависимости от проектируемого вида каменной продукции, которую предполагают получить, отделенную от массива горную массу крупных (негабаритных) размеров подвергают соответствующей обработке и переработке.

Для целей дорожного строительства из скальных пород изготавливают:

дробленую продукцию (щебень);

колотую (бутовый камень, шашку для мощения);

тесаную (бортовой камень, брусчатку, блоки, плиты парапетные или карнизные);

молотую (минеральный порошок).

Блоки и плиты для облицовки набережных, мостовых устоев и быков подвергают тщательной обработке с лицевой стороны.

Характер обработки носит название фактуры, которая по способу обработки может быть абразивной и ударной.

Абразивные фактуры: пиленая, шлифованная, лощеная, зеркальная.

Ударные фактуры: бугристая, бороздчатая, рифленая, точечная, скала.

Шлифовку и полировку плит и блоков выполняют на шлифовальных станках.

Основными причинами разрушения каменных материалов в дорожных и мостовых конструкциях, облицовке зданий и сооружений являются: действие атмосферных осадков, ветра, пыли, резкие изменения температуры, замерзание воды в порах и трещинах.

Для защиты каменных материалов от разрушения применяют конструктивные и физико-химические методы. Конструктивные методы заключаются в защите конструкции от увлажнения: обеспечение отвода или хорошего стока воды; полировка поверхности. Физико-химические методы заключаются в повышении коррозионной стойкости материала путем создания водонерастворимого поверхностного слоя или водонепроницаемой пленки, придания водоотталкивающих свойств:

флюатирование — обработка материалов из карбонатных пород солями кремнефтористой кислоты;

силикатизация — пропитывание поверхности жидким стеклом;

нанесение на поверхность пленкообразующих полимерных материалов;

гидрофобизация кремнийорганическими жидкостями.

17. Основные способы производства портландцемента. Вещественный состав сырьевой смеси при производстве клинкера. Основные зоны, выделяемые в печах, присущие им физические и химические процессы Портладцемент — гидравлическое вяжущее, получаемое совместным размолом портландцементного клинкера и добавки природного гипса (3−5%). Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины. Примерное соотношение между карбонатной и глинистой составляющей сырьевой смеси 3:1. Гипс в портландцемент добавляют для регулирования сроков схватывания. В процессе помола к портландцементному клинкеру можно добавлять гранулированные доменные шлаки (5−20%) или кремнеземестые активные добавки (до 10%).

Производство портландцемента осуществляется на цементных заводах и включает следующие операции:

добыча известняка и глины; доставка сырья на завод;

подготовка сырьевой смеси состоит в измельчении и смешении компонентов, взятых в установленном соотношении;

обжиг сырьевой смеси до спекания при температуре 1450 0С с получением клинкера;

помол клинкера в порошок с добавкой гипса, а иногда и минеральных добавок;

силосование цемента с целью приобретения равномерности изменения объема при твердении;

упаковка цемента и отгрузка потребителю.

Подготовка сырьевой смеси из исходных компонентов производится «мокрым» способом, при котором помол и смешение осуществляется в водной среде и «сухим», когда материалы высушиваются, измельчаются и смешиваются.

При мокром способе достигается высокая однородность смеси, облегчается помол материалов, но значительно выше расход топлива на обжиг, чем при сухом.

Сухой способ более перспективен, находит все более широкое распространение.

Обжиг сырьевой смеси производится во вращающихся печах. Печь по длине делится на ряд температурных зон, каждая из которых соответствует определенным процессам клинкерообразования:

• 1. Зона сушки (300…650 0С). Шлам или шихта обезвоживается, выгорают органические примеси, происходит дегидратация глинистых минералов.
• 2. Зона подогрева (600…800 0С). Завершается дегидратация глинистых минералов, начинаются твердофазные реакции с образованием первичных двойных систем.
• 3. Зона кальцинирования (800…1100 0С). Разложение СаCO3 с образованием СаО и СО2.
• 4. Экзотермическая зона (1100…1300 0С). Образуются белит (С2S), алюминат (С3А) и целит (С4АF).
• 5. Зона спекания (1300…1450 0С). Переходят в расплав С3А, С4АF, оставшийся свободный СаО и происходит спекание материала. В жидкой фазе образуется алит (С3S) из С2S и СаО. Завершается процесс клинкерообразования, происходит грануляция клинкера.
• 6. Зона охлаждения (1450…1000 0С). Клинкер охлаждается, заканчивается спекание, образуется цементный клинкер.

Клинкер выдерживается на складе 1…2 недели для гашения части оставшегося СаО и карбонизации его при контакте с воздухом.

18. Какие отходы промышленности могут быть использованы в качестве гидравлических минеральных вяжущих? Что нужно сделать для применения их в дорожном строительстве? В чем отличие этих вяжущих от свойств портландцемента?

Для производства гидравлических минеральных вяжущих используют отходы и вторичные продукты промышленности: гранулированные доменные шлаки, топливные золы и шлаки, белитовые шламы.

1. Доменные гранулированные шлаки наиболее широко применяются в цементной промышленности, т.к. они по химическому составу приближаются к портландцементу, но содержат меньше СаО и больше кремнезема и глинозема. Шлаки применяют для получения шлакопортландцементов (ШПЦ) обычного, быстротвердеющего, сульфатостойкого.

ШПЦ характеризуется относительно медленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, низким тепловыделением, стойкостью к действию минерализованных вод. Бетоны и растворы на ШПЦ имеют невысокую морозостойкость.

ШПЦ используют при изготовлении бетонов для массивных конструкций, для конструкций горячих цехов. Возможно использование ШПЦ для устройства оснований дорожных одежд в мягких климатических условиях.

Доменные гранулированные шлаки используют для получения шлаковых бесклинкерных цементов путем совместного помола с добавками извести, обожженного доломита и гипса. Цементы имеют повышенную усадку. Применяют для растворов бетонов низких марок.

Шлакощелочные цементы (ШЩЦ) получают путем совместного помола гранулированных шлаков с соединениями щелочных металлов или затворения молотого шлака водными растворами щелочных компонентов (натрия, калия, лития). ШЩЦ имеют высокую прочность, низкое тепловыделение, высокую коррозионную стойкость. В дорожном строительстве ШЩЦ используют для монолитных бетонных покрытий и оснований, сборных дорожных плит, для укрепления грунтов.

2. Белитовые шламы (нефелиновые и бокситовые) являются отходами при производстве алюминия. Содержат белита (С2S) от 30 до 60%. Используют для производства нефелинового цемента путем помола шлама с активизаторами твердения (известь, портландцемент, гипс). Является медленнотвердеющим вяжущим. Нефелиновые цементы используют для гидротехнических, жаростойких бетонов, а в дорожном строительстве — для укрепления грунтов.

Боситовые шламы в естественном состоянии (в виде песка) используют для устройства оснований или укрепления грунтов.

19. Какие виды укрепления грунтов используются в дорожном строительстве? Показатели качества укрепленных грунтов при каждом способе укрепления?

Под термином «грунт» применительно к задачам дорожного строительства следует понимать любую горную породу, почву, а также твердые отходы хозяйственной деятельности человека, используемые как основание или материал для возведения земляного полотна и инженерных сооружений.

Под укреплением грунтов и других местных материалов (отходов промышленности и т. п.) следует понимать всю совокупность мероприятий (внесение вяжущих и других веществ, последовательное выполнение всех предусмотренных технологических операций), обеспечивающих в конечном итоге коренное изменение свойств укрепляемых материалов с приданием им требуемой прочности, водои морозостойкости.

Грунты, укрепленные вяжущими материалами (укрепленные грунты), по методу укрепления классифицируют следующим образом:

укрепленные минеральными вяжущими материалами или минеральными отходами промышленности;

укрепленные органическими вяжущими или органическими отходами промышленности;

комплексно укрепленные, т. е. минеральным вяжущим в сочетании с органическим, или минеральным вяжущим в сочетании с различными добавками и отходами промышленности, или органическим вяжущим также в сочетании с различными добавками и отходами промышленности.

Прочность укрепленных грунтов — универсальный показатель, который характеризует их физико-механические свойства. На основе его определения устанавливают оптимальные составы смесей, используемые в дорожном строительстве.

Учитывая это, требования к грунтам укрепленным минеральными вяжущими включают определение показателей предела прочности при сжатии и растяжении при изгибе водонасыщенных образцов, коэффициента морозостойкости, который также отражает прочностные показатели укрепленных грунтов.

Для грунтов, укрепленных органическими вяжущими, требования включают определение предела прочности при сжатии сухих и водонасыщенных образцов при температуре 20 °C, сухих при температуре 50 °C, а также, учитывая недостаточную водостойкость коагуляционных структур, особенно при укреплении глинистых грунтов органическими вяжущими, показателей водонасыщения и набухания.

20. Достоинства и недостатки материалов, укрепленных органическими и неорганическими вяжущими? Какие материалы используются при комплексном укреплении грунтов?

Физико-механические свойства укрепленных материалов в зависимости от метода укрепления различны. Материалы, укрепленные минеральными вяжущими веществами, в которых основным типом структуры являются жесткие кристаллизационные связи, прочнее (в ряде случаев в 10 раз и более) материалов, укрепленных органическими вяжущими, для которых основным типом структуры являются нежесткие коагуляционные связи.

Так грунты, укрепленные минеральными вяжущими материалами или минеральными отходами промышленности, образуют жесткие кристаллизационные структуры, необратимо разрушающиеся, высокопрочные, но в то же время лишенные пластичности и эластичности с непосредственными фазовыми контактами срастания отдельных зерен минералов, образующих структурный каркас.

В то время как грунты, укрепленные органическими вяжущими или органическими отходами промышленности, образуют не жесткие коагуляционные структуры — малопрочные, но вместе с тем пластичные и эластичные вследствие сохранения в местах контактов частиц или агрегатов грунта прослоек органического вяжущего.

При укреплении грунтов комплексно двумя различными по природе вяжущими материалами или отходами промышленности, в том числе цементом совместно с небольшими добавками жидких (битумов или битумных эмульсий, госсиполовых смол, нефтей или наоборот битумными эмульсиями или жидкими битумами с небольшими добавками цемента, извести) образуются кристаллизационно-коагуляционные или коагуляционно-кристаллизационные структуры.

Комплексно песчаные грунты укрепляют: цементом (4—6% по массе смеси) с добавками поверхностно-активных веществ СДБ, СНВ, ОСМ-2, ГКЖ-94 в количестве 0,05—1,5% от массы цемента или с добавками битумной эмульсин, жидкого битума, гудрона в количестве 2—4% от массы грунта; золой уноса сухого отбора в количестве 15—20% или гранулированным доменным шлаком в количестве 15—20% в сочетании с 3—4% цемента или с добавкой 2—4% битумной эмульсии, жидкого битума, гудрона.

Золошлаковые смеси из отвалов тепловых электростанций укрепляют цементом в количестве 4—6% или цементом с добавкой жидкого битума, битумной эмульсии, гудрона в количестве 2% (в расчете на органическое вяжущее).