Столярка

Столярными изделиями или столяркой называются окна со спаренным или раздельным остеклением, наружные и внутренние двери, в том числе и балконные — глухие, остекленные, щитовые, окрашенные или облицованные шпоном, пленкой, пластиком. Встроенные шкафы, перегородки, антресоли, различные полки и другие деревянные изделия.

17. Керамические материалы специального назначения: кровельные, теплоизоляционные, трубы, санитарно-технические изделия, кислотоупорные, огнеупорные, их характеристики.

Керамическими называют материалы, получаемые из минерального сырья путем формования, сушки и спекания при высокой температуре.

По области применения керамические материалы подразделяются на строительные, огнеупорные, электротехнические, специального назначения (техническая керамика), химически стойкие, хозяйственно-бытовые.

Основным сырьевым компонентом керамических строительных материалов является глина – осадочная горная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов с различными примесями.

Основные технологические операции при производстве керамических материалов включают:

подготовка сырья
дозировка
перемешивание
формование
сушка
обжиг

· Механическая обработка предполагает использование специальных приспособлений, позволяющих получать рельефный рисунок в процессе формования материала или после него.

· Ангобирование – нанесение механическим способом на лицевую поверхность белых или цветных жидких глиняных масс толщиной 0,25 – 0,4 мм. После обжига образуется матовое покрытие.

· Глазурование – покрытие различными способами слоем жидкой глазури толщиной 0,15 – 0,3 мм. Глазури, состоящие из кварца, полевогошпата, каолина и других компонентов, образуют после обжига стекловидный слой, отличающийся блеском. Реже применяют глазури, позволяющие получать матовую фактуру – со слабым блеском.

· Способ сериографии предполагает изготовление по фотоснимку рисунка сетки-трафарета, с помощью которой красящий состав наносят на материал, затем изделие глазуруют и обжигают.

· Шелкография – нанесение орнаментированного рельефа глубиной до 1 мм при прессовании материала металлическим штампом с рисунком. Рельефный рисунок может быть получен также при пульверизации глазури на металлический трафарет, который устанавливают на высушенный материал.

· Среди керамических материалов, выпускаемых промышленностью, - стеновые материалы (кирпичи, камни, блоки), плитки и плиты, черепица, санитарно- технические, архитектурно-художественные изделия, а также материалы специального назначения: трубы, дорожный кирпич, кислото- и огнеупорные, теплоизоляционные, краски.

· Кирпичи, камни и блоки отличаются размерами: камень больше кирпича по толщине, как правило в 2 раза и более, блоки значительно крупнее камней. Кирпичи и камни разделяют на полнотелые (керамическая масса заполняет весь объём изделия) и пустотелые (с технологическими пустотами, полученными в процессе формования). Блоки выпускают только пустотелые.

· Плитки (длина и ширина до 150 мм) и плиты (более крупных размеров) используют для фасадов, внутренней облицовки стен, для покрытия полов. Например, для внутренней облицовки стен. Их форма весьма разнообразна: квадратные, прямоугольные, четырёх-, пяти-, шести- и восьмиугольные, фигурные, фасонные (угловые, карнизные, плинтусные).

· Черепица для кровли производится из легкоплавких глин различных размеров и типов – рядовая, коньковая, разжелобочная, концевая, специальная

· Санитарно-технические керамические изделия (ванны, раковины, унитазы, умывальники) изготавливают из фаянса, полуфарфора и фарфора.

· Керамические трубы применяют для дренажных (мелиоративных) систем и отвода сточных и щелочных вод.

· Для изготовления дорожного кирпича применяют тугоплавкие глины. Кроме дорожного строительства, его применяют для устройства тротуаров, полов промышленных зданий.

· Кислотоупорные керамические материалы (кирпич, плитки, трубы и фасонные части к ним) получают из глин, которые не содержат примеси, понижающие химическую стойкость (например, гипс, карбонаты).

· Огнеупорные керамические материалы применяют при строительстве промышленных печей, топок и оборудования, работающих при температуре 1580 – 1770 ºС.

· Большая пористость керамических теплоизоляционных материалов создаётся путём введения в глиняную массу пенообразователей и выгорающих добавок. Специальные теплоизоляционные материалы отличаются высокой прочностью и возможностью применения в условиях температур до 900 ºС.

· Эксплуатационно-технические свойства керамических материалов непосредственно связаны с характером их структуры, образующейся в процессе обжига. Выделяют материалы с пористым и плотным черепком. Большинство керамических материалов имеют пористую структуру (кирпич, черепица, плиты и плитки для облицовки стен). Пористость их обычно более 30%. Номенклатура материалов с плотным черепком ограничена. К ним относятся, например, кислотоупорный кирпич, фарфоровые изделия.

· Прочность керамических материалов также связана с пористостью их структуры. Так, различают следующие марки кирпича керамического в зависимости от предела прочности при сжатии в кгс/см²: 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300. Но кирпич дорожный – материал с плотным черепком – имеет более высокие марки – 400, 700, 1000.

Следует отметить, что керамические материалы экологически безопасны.

18. Стекло́ — Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2CaCO3 + SiO2 = CaSiO3

Вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, — универсальный в практике человека. Физико-химически — неорганическое вещество, твёрдое тело, структурно — аморфно, изотропно; все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии — от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного — в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья (шихты) [1][2]. Температура варки стёкол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.) [2]. Прозрачность (для видимого человеком спектра) не является общим свойством для всех видов существующих как в природе, так и в практике стёкол.

Физические свойства стекла

Плотность стекла зависит от его химического состава. Считается, что минимальную плотность имеет кварцевое стекло - 2200 кг/м3. Менее плотными являются боросиликатные стекла; и, напротив, плотность стекол, содержащих оксиды свинца, висмута, тантала достигает 7500 кг/м3. Плотность обычных натрий-кальций-силикатных стекол, в том числе оконных, колеблется в пределах 2500 - 2600 кг/м3. При повышении температуры с комнатной до 1300°С плотность большинства стекол уменьшается на 6 - 12%, т.е. в среднем на каждые 100°С плотность уменьшается на 15 кг/м3. Табличным значением плотности стекла является диапазон от 2400 до 2800 кг/м3.

Модуль Юнга (модуль упругости) стекол также зависит от их химического состава и может изменяться от 48*103 до 12*104 МПа. Например, у кварцевого стекла модуль упругости составляет 71,4*103 МПа. Для увеличения упругости оксид кремния частично замещают оксидами кальция, алюминия, магния, бора. Напротив, оксиды металлов снижают модуль упругости, так как прочность связей МеO значительно ниже прочности связи SiО. Модуль сдвига 20 00 - 30 000 МПа, коэффициент Пуассона 0,25.

Прочность: У обычных стекол предел прочности на сжатие составляет от 500 до 2000 МПа (у оконного стекла около 1000 МПа). Предел прочности на растяжение у стекла значительно меньше, именно поэтому предел прочности стекла при изгибе измеряют пределом прочности при растяжении. Данная прочность колеблется в пределах от 35 до 100 МПа. Путем закаливания стекла удается повысить его прочность в 3 - 4 раза. Также значительно повышает прочность стекол обработка их поверхности химическими реагентами с целью удаления дефектов поверхности (мельчайших трещин, царапин и т.д.).

Твердость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. По шкале Мооса она составляет 6-7 Ед, что находится между твердостью апатита и кварца. Наиболее твердыми являются кварцевое и малощелочное боросиликатное стекло. С увеличением содержания щелочных оксидов твердость стекла снижается. Наиболее мягкое — свинцовое стекло.

Хрупкость В области относительно низких температур (ниже температуры плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким материалам (наряду с алмазом и кварцем). Данное свойство может быть отражено удельной ударной вязкостью. Как и в предыдущих случаях, изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу.

Теплопроводность стекла весьма незначительна и равна 0,0017—0,032 кал/(см*с*град) или от 0,711 до 13,39 Вт/(м*K). У оконных стекол эта цифра равна 0,0023 (0,96).

Стекловарение ведётся при температурах 1400°-1600°. В нём различают три стадии.

Первая стадия - варка, когда происходит химическое взаимодействие и образование вязкой массы. Варка стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Автоматически регулируются: давление, соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры.

Другой способ варки этого стекла— сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°

Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900°—2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока. В конце варки в печь впускают воздух под давлением.

Вторая стадия - осветление, происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре.

Третья стадия – охлаждение стекломассы, когда она охлаждается до такой температуры при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из неё те или иные изделия.

Формование стеклянных изделий. Метод прессования служат ручных и машинных прессов пружинные формы или эксцентриковые прессы.

Метод выдувание—специфический метод формования. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».

Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое стекло, медод заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, изготовляется листовое стекло, различных видов.

Отливка стеклянных изделий в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов.

Способ центробежного литья метод по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающиеся формы.

Моллирование— способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков из оптического стекла и получаем крупную стеклянную скульптуру.

Отжиг отформованных, еще горячих изделий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении.

Закалка стекла— операция, обратная отжигу. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, самолётов. Чтобы закалить стекло, его разогревают до 600°—650°, затем быстро остужают.

Горячая обработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку и другие операции. К холодной обработке стекла относятся его резка, сверление, шлифовка и полировка. Старинным способом украшения посуды является живопись по стеклу. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производстве зеркал.

19. Листовое стекло

Листовое оконное стекло. Его выпускают в виде листов толщиной 2–6 мм и размером от 400Х400 до 1600Х2200 мм, которые имеют светопропускание 85–90%.

Витринное стекло в виде крупноразмерных полированных или неполированных полотен толщиной 6–10 мм служит для остекления магазинов, ресторанов, кинотеатров выставочных залов, вокзалов и т.п. Для компенсации температурных деформаций и герметизации конструкции используют резиновые или пластмассовые прокладки.

Армированное стекло (рис. 29) изготавливают методом горизонтального проката с запрессовкой в расплавленную стекломассу металлической сетки. Оно обладает повышенной огнестойкостью и безопасностью. Его применяют для остекления фонарей верхнего света, перегородок и устройства ограждений балконов.

Узорчатое стекло получают прокатом бесцветной или цветной расплавленной стекломассы на гравированных валках. Эта разновидность листового стекла характеризуется декоративностью и светорассеивающей способностью. Его используют в качестве элементов архитектурного оформления, а также для остекления оконных проёмов, перегородок и дверей в тех случаях, когда требуется отсутствие сквозной видимости или рассеянный свет.

Закалённое стекло получают путём термической обработки стекла по заданному режиму. Этот вид стекла имеет предел прочности на изгиб в 5–8 раз, термостойкость в 2 разаи прочность на удар в 4–6 раз выше по сравнению с обычным стеклом. В строительстве толстое закалённое стекло употребляют для устройства дверей, перегородок, кровельных перекрытий и др.

Стемалит – листы закалённого стекла толщиной 6 мм, покрытые с тыльной стороны цветными керамическими красками. Из него изготавливают многослойные навесные панели, сплошные стеклянные двери и перегородки.

20. Изделия из стекла

Пустотелые стеклянные блоки (рис. 31) получают путём сваривания двух отпрессованных из стекломассы половинок. Стеклянные блоки квадратной или прямоугольной формы имеют до 294Х294Х98 мм. Плотность блоков 800 кг/м³, теплопроводность в среднем 0,46 Вт/ (м* ^оС), светопропускание 50–60% и светорассеивание около 25%. Блоки изготавливают бесцветными и окрашенными в различные цвета.

Стеклопакеты – строительное изделие из двух или более листов стекла, соединённых по периметру металлической рамкой так, что между ними образуется замкнутое пространство, заполненное сухим воздухом. Стеклопакеты изготавливают из листового стекла: обычного оконного, закалённого, теплопоглощающего и др. Окна из стеклопакетов не запотевают и не замерзают. Звукопроницаемость окон уменьшается в 2–3 раза, снижается расход древесины на 1м³ оконного блока примерно в 1,5–2 раза, улучшается внешний вид зданий.

Стеклопрофилит - представляет собой крупногабаритное строительное изделие из стекла коробчатого, таврового, ребристого или другого профиля (рис. 32). Получают его методом непрерывного проката из армированного и неармированного, бесцветного и окрашенного стекла. Применяют стеклопрофилит для вертикальных и горизонтальных светопрозрачных ограждений, остекления фонарей и устройства перегородок промышленных и других зданий.

Стеклянные трубы изготавливают способом вертикального или горизонтального вытягивания и центробежным формированием. Их выпускают диаметром от 0,1–40 (тонкостенные) до 50–200 мм (толстостенные) и длиной 1,5–3 м. Они рассчитаны на температуру жидкости до 120 ^оС и давление 0,3 МПа. Стеклянные трубы применяются в пищевой, медицинской, химической и других отраслях промышленности для удаления или транспортирования агрессивных жидкостей. Трубопроводы из стекла прозрачны, гигиеничны и имеют гладкую поверхность, что уменьшает сопротивление перемещаемых в них жидкостей. Соединяют стеклянные трубы при помощисоединительных и уплотняющих устройств – муфт, резиновых манжет – с затяжкой металлическими поясами.

Дверные полотна изготавливают из крупногабаритного листового стекла, подвергнутого закалке. Полотно имеют обработанные кромки и пазы для крепления металлической фурнитуры. Служат они для устройства наружных и внутренних дверей в торговых помещениях, павильонах и т.п.

Облицовочные стеклянные плитки по прочностным и эксплуатационным свойствам превосходят керамические. Выпускают плитки эмалированные, одна из поверхностей которых покрыта цветной или белой эмалью; коврово мозаичные из непрозрачного (полуглушенного) стекла различных цветов (рис. 33) и плитки «марблит» из цветного глушеного стекла с полированной лицевой и рифлёной тыльной поверхностями. Их применяют для облицовки санитарных узлов, душевых и ванных помещений, для декоративной отделки стен общественных зданий, наружной отделки панелей и стен, а также для облицовки стен помещений медицинских учреждений и предприятий пищевой и химической промышленности.

Ситаллы -стеклокристаллические материалы, полученные объёмной кристаллизацией стекол и состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Ситаллы обладают малой плотностью (они легче алюминия), высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твердостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью и другими ценными свойствами. Существуют ситаллы со специальными свойствами: прозрачные, магнитные, полупроводниковые, радиопрозрачные и другие. Твёрдость большинства ситаллов 6,5—7 единиц по Моосу, предел прочности на изгиб до 250 МПа, термостойкость до 1000 °C

Шлакоситаллы — стеклокристаллические материалы, получаемые управляемой катализированной кристаллизацией стекол, сваренных на основе металлургических, топливных и др. шлаков, минерального и синтетического сырья. Зарождение центров кристаллизации и рост на них кристаллов фаз происходят одновременно во всём объёме стекла в процессе термической обработки. Шлакоситаллы состоят из мельчайших кристаллов в сочетании с остаточным стеклом. Характеризуются высокой химической устойчивостью и стойкостью к истиранию.

21. «Строительные металлы и сплавы»

Общие сведения о стр. мет-ах и сплавах и их классификация: Стр. металлами наз. в-ва обладающие металлическим блеском, высокой прочностью и технологическими свой-ми.

Все металлы подразд. на чёрные и цветные. К чёрным металлам и сплавам относятся славы железа с углеродом. Если углерода до 2%-сталь, больше-чугун.

Углеродистые стали подразд. на:

-малоуглеродистые (углерода до 0.25%)-они применяются для болтов, гаек, замков и ручек, для проволоки, кровельной листовой стали

-среднеуглеродистые (углерода от 0.25%-0.6%) прим. для несущих конструкций, ПГЗ

-высокоуглеродистые (углерода больше 0.6%)прим. для инструмента, детали машин.

В сталях кроме углерода могут быть также добавки цветных металлов (легирующие добавки) они улучшают качество стали (Cr, Ni,Al,медь, вольфрам и тд.) а стали наз. легированные.

По содерж. легирующих добавок сталь подразд. на:

-низколегированные (добавок до 2.5%)

-среднелегированные (добавок от 2.5%-10%)

-высоколегированные (добавок свыше 10%(нерж.сталь))

Для арматуры и несущих констр. прим. в осн. низколегированная сталь. Для арх.деталей при оформлении фасадов зданий прим. высоколегированную. Для спец. заказов среднелегированную

Чугуны при произ-тве получ. в виде белого передельного чугуна (переделывается на сталь), серого литейного чугуна (для отливки тех. изделий(трубы, котлы, радиаторы и тд)), декор.решётки и скульптуры.

Из цветных металлов прим. цинк, олово, свинец, медь- тяжёлые, алюминий- лёгкие. Алюминий в чистом виде не прим. – прим. его сплавы. (дюралюминий(с медью, марганца, магния, кремния) силумин(с кремнием)). Аl сплавы обладают высокими технолог. свой-ми, прим. для оформления витрин, оконных заполнений, арх. деталей и др.)

Славы меди: бронза(с оловом, марганцем, алюминием, никелем); латунь- сплав меди с цинком.

Медные сплавы- прочные, хим. стойкие, имеют высокую технологичность. Прим. в сантехнике и арх. деталях.

Цинк: синевато-белого цвета., обладает высокой коррозионной стойкостью. Для оцинкования кровельной листовой стали, закладных деталей в железобетоне и т.д.

Свинец: тяжёлый металл серовато-синего цвета. Он хорошо льётся и прокатывается, устойчив к воздействию серной и соляной кислот, обладает высокими защитным свой-ми. Прим. для защиты от ядерных излучений.

Олово: прим. для заделки стыков в железобетонных конструкциях в метро.

Классификация металлов и сплавов, их свойства.

Алюминий — легкий серебристо-белый металл, мягкий, пластичный, хорошо отливается, прокатывается, имеет повышенную стойкость к коррозии на воздухе за счет образования защитной пленки, высокую теплопроводность и электропроводность. Алюминий в строительстве применяют для отливки деталей, изготовления алюминиевой краски, фольги, электропроводов и пр. Для строительных изделий алюминий применяют в виде сплавов, в состав которых входят медь, магний, марганец, кремний и железо. Сплавы, состоящие из алюминия, меди, магния и марганца, носят название дюралюминия. Из алюминиевых сплавов изготовляют плоские и волнистые листы, прокатные, гнутые, клепаные и сварные профили и трубы. Область применения алюминиевых сплавов в строительстве с каждым годом возрастает.

Наиболее часто применяются в строительстве прокатные и штампованные изделия: прокат полосовой, прокат листовой (в том числе кровельная черная и оцинкованная сталь волнистого или плоского профиля)прокат круглый, прокат квадратный, сталь угловая — равнобокая и неравнобокая, двутавровые балки, швеллеры нормального и облегченного профиля, трубы стальные цельнометаллические и сварные, штампованные профили, применяемые в качестве балок, стоек и стержней ферм.

Довольно широко используемая в строительстве сталь углеродистая обыкновенного качества имеет сравнитель: но небольшую прочность, поэтому проектировщики вынуждены принимать меньшие расчетные напряжения. Большое сечение конструкций при этом повышает расход металла, а следовательно, и стоимость изделий из этой стали. При изготовлении элементов зданий и сооружений из легированных сталей проектировщики могут назначать большие расчетные напряжения и получать меньшие размеры сечений, что снижает расход металла и стоимость строительных изделий. Поэтому целесообразность применения того или иного вида стали определяют на основании тщательных технико-экономических расчетов. Если в результате применения легированных сталей взамен стали углеродистой обыкновенного качества экономия в металле составит более 20%, то применение легированных сталей следует считать экономически оправданным.

22. Общие сведения о стр. мет-ах и сплавах и их классификация: Стр. металлами наз. в-ва обладающие металлическим блеском, высокой прочностью и технологическими свой-ми.

Углеродистые стали подразд. на:

-среднеуглеродистые (углерода от 0.25%-0.6%) прим. для несущих конструкций, ПГЗ

-высокоуглеродистые (углерода больше 0.6%)прим. для инструмента, детали машин.

По содерж. легирующих добавок сталь подразд. на:

-низколегированные (добавок до 2.5%)

-среднелегированные (добавок от 2.5%-10%)

-высоколегированные (добавок свыше 10%(нерж.сталь))

Славы меди: бронза(с оловом, марганцем, алюминием, никелем); латунь- сплав меди с цинком.

Медные сплавы- прочные, хим. стойкие, имеют высокую технологичность. Прим. в сантехнике и арх. деталях.

Олово: прим. для заделки стыков в железобетонных конструкциях в метро.

23. Маркировка углеродистых сталей:

Подразделяются на 3 группы (а, б, в):

А: хар. сталь по мех. св-м. В осн. прим. в строительстве. Марки: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, …, Ст7

Б: хар. Сталь по хим. св-м. К Ст «КП» К - Кислородный конвертер

В: Сталь хар. по мех.св-м и доп. требованиям к хим. св-м. В Ст «КП»

Легированная сталь маркируется так: 25 Г2 С(0,25% углерода, Г2-марганец 2 %, С-кремний до 1%, х-хром, н-никель, ю-алюминий, д-медь и т.д.)

Серые чугуны маркируются так: С4 150-350(150-предел прочности на растяжение R_р=150МПа, R_и-350МПа)

24.
Понятие конструкционных и строительных материалов охватывает множество различных материалов, применяемых для изготовления деталей конструкций, зданий, мостов, дорог, транспортных средств, а также бесчисленных других сооружений, машин и технических изделий. Возможность создания какой-либо конструкции и ее работоспособность зависят от наличия материалов с подходящими механическими свойствами. Например, для изготовления современного автомобиля необходимы легированные стали, а металлический самолет стал реальностью лишь с появлением технологичных и прочных алюминиевых сплавов. Для гидроэлектростанций необходимы те сорта бетона и цемента, из которых можно построить долговечные плотины. Современные высотные здания выглядели бы по-другому, если бы не было стеклянных материалов. Историю культуры часто делят на каменный, бронзовый и железный века - по тем материалам, из которых изготавливались орудия труда и оружие. В наши дни в распоряжении конструктора имеется широкий спектр материалов: чугуны, стали и сплавы цветных металлов, керамические, каменные материалы, бетон, стекло и полимеры. Разработка и применение таких материалов - профессиональное занятие инженера-технолога и инженера-конструктора.
ЧУГУНЫ И СТАЛИ
Серый чугун, содержащий 3,5-4% углерода, около 1% кремния и столько же марганца, - самый распространенный в мире литейный материал, применяемый для изготовления блоков и головок цилиндров, редукторных корпусов, тормозных барабанов, станин металлорежущих станков и многих других изделий. Белый чугун представляет собой более твердую форму серого с содержанием 2,5% углерода, менее 1% кремния и менее 1% марганца. Углерод входит в состав чугуна в виде карбидов (цементита). Белый чугун весьма тверд, но, как и серый, малопластичен. Он используется в основном в качестве износостойкого материала, например для шаров и броневых плит мельниц, размалывающих минералы. Белый чугун можно термообработкой превратить в т.н. ковкий чугун. Ковкий чугун гораздо более пластичен, чем серый и белый, но менее прочен и не так тверд. Ковкие чугуны применяются в основном для сложных отливок, таких, как трубопроводная арматура, цепи, крепеж для строительных лесов. Высокопрочные чугуны получают из серых путем модифицирования их кристаллической структуры для получения шаровидного графита. Чугун с шаровидным графитом широко применяется в автомобильной промышленности (коленчатые и распределительные валы, кронштейны, ступицы, суппорты тормозных систем, шестерни главной передачи и т.д.), в металлургии (изложницы), в тяжелом машиностроении (детали турбин, прокатные валки), в транспортном и сельскохозяйственном машиностроении. Самый распространенный вид стали, применяемой в строительстве зданий и мостов, - это конструкционная сталь, содержащая 0,1-0,25% углерода и легирующие элементы, такие, как марганец и кремний, в количествах менее 1%. Предел текучести таких сталей свыше 250 МПа, предел прочности при растяжении свыше 450 МПа. Относительное удлинение, как правило, больше 20%. Тонколистовые стали для автомобильных кузовов и бытовой техники содержат лишь около 0,05% углерода. Они менее прочны, нежели конструкционные стали, но более пластичны, что позволяет обрабатывать их методами холодного штампования и высадки. В процессе формообразования их прочность повышается (деформационное упрочнение), чем компенсируется влияние пониженного содержания углерода. Содержание примесей контролируется, в частности, содержание серы и фосфора поддерживается на уровне ниже 0,02%, при котором эти элементы не снижают вязкости и пластичности материала.

Легированные стали. Легированные стали - это стали с добавкой элементов, улучшающих те или иные свойства: прочность, ударную вязкость, сопротивление ползучести или коррозионную стойкость. Закаленные и отпущенные стали применяются для аэрокосмических и автомобильных деталей, крупных турбин, скальпелей и ножей, режущего инструмента и других изделий, от которых требуется высокая прочность. Отдельную группу составляют нержавеющие стали. Такие стали содержат много хрома (обычно свыше 12%) и могут содержать другие легирующие элементы, например никель и молибден. Они обладают повышенной коррозионной стойкостью. Типичная область их применения - химико-технологическая аппаратура, оборудование пищевой промышленности и всевозможные декоративные металлические изделия. Нержавеющие стали представляют собой сложные сплавы, и некоторые из них могут быть термообработаны на высокую прочность. Они применяются в виде отливок, а также полуфабрикатов, получаемых формообразованием в холодном или нагретом состоянии - листового проката, толстых листов, труб, прутков и проволоки.
См. также МЕТАЛЛОВ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА. Еще одна группа сталей - жаростойкие (окалиностойкие) сплавы. Они отличаются высоким содержанием хрома, молибдена или никеля и применяются в паровых котлах, газотурбинных установках, авиационных двигателях, печах и печных конвейерах - всюду, где температура может составлять 400-1400° C. Самой важной характеристикой таких сталей является сопротивление ползучести при высоких температурах. Важное значение имеет также сопротивление окислению (окалиностойкость). К специальным сталям относятся инструментальные стали. Они содержат много углерода (0,8-2,0%) и достаточно много легирующих элементов для образования не только твердого мартенсита, но и твердых карбидов. Типичные легирующие элементы таких сталей - хром, молибден, вольфрам и ванадий. Инструментальные стали обычно термообрабатываются на высокую прочность. Некоторые из инструментальных сталей, т.н. быстрорежущие, способны сохранять свою твердость в режущих инструментах до температур, достигающих 600° C. Содержание легирующих элементов в инструментальных сталях обычно выше, чем в любых других легированных сталях. Прочность на растяжение таких материалов составляет 1400-2800 МПа. Ударная вязкость инструментальных сталей, как правило, низка.

25. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ
Цветные металлы и их сплавы широко применяются в технике. К наиболее важным цветным металлам относятся алюминий, медь, магний, никель, титан и (в меньшей степени) мягкие металлы - олово, свинец и цинк. В сплавах часто используются такие металлы, как сурьма, висмут, кадмий, ртуть, кобальт, хром, молибден, вольфрам и ванадий. Последние четыре металла условно относят к ферросплавам, хотя они могут содержать железо лишь в виде примеси.
Алюминий. Чистый алюминий широко применяется там, где важное значение имеет высокая электропроводность, например в проводах для линий электропередачи (ЛЭП). Алюминиевые сплавы пригодны также для опор ЛЭП, поскольку конструкции, выполненные из таких сплавов, стойки к атмосферной коррозии. Алюминиевые сплавы можно разделить на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Сплавы, упрочнение которых термической обработкой не удается, обычно содержат кремний, магний и марганец. Сплавы же, упрочняемые термической обработкой, содержат медь, цинк и определенные сочетания магния с кремнием. Предел текучести сплавов, не упрочняемых термообработкой, составляет 50-280 МПа, а их прочность на растяжение лежит в пределах от 100 до 350 МПа. Предел текучести термообрабатываемых сплавов может превышать 500 МПа, а прочность на растяжение - 550 МПа. Термообрабатываемые сплавы (из которых наиболее известны дуралюмины и авиаль) чаще всего применяются в аэрокосмической промышленности, где требуется высокая прочность при малой массе. Но алюминиевые сплавы широко применяются и практически во всех транспортных средствах - легковых автомобилях, автобусах, железнодорожных вагонах и даже морских и речных судах.
Медь. Поскольку медь довольно легко восстанавливается из руды, она явилась одним из первых металлов, которыми научился пользоваться человек. Это произошло, по-видимому, раньше 4000 до н.э. У меди высокая электропроводность, и она была первым материалом, примененным для передачи электричества. Она до сих пор широко применяется в бытовой электропроводке и электрооборудовании. Предел текучести чистой меди составляет около 170 МПа, а прочность на растяжение - около 280 МПа; относительное удлинение обычно превышает 35%. Холодная прокатка и волочение повышают указанные характеристики меди. Жесткость меди примерно вдвое меньше, чем стали. Медь чаще всего применяется в виде сплавов, в первую очередь с цинком и оловом. В сплавах с цинком, называемых латунями, содержание цинка составляет от 2 до 40%. Прочность латуней, как правило, повышается с увеличением содержания цинка. Весьма распространена т.н. патронная латунь с 30% цинка. Ее предел текучести составляет ок. 280 МПа, а прочность на растяжение - ок. 530 МПа. Сплавы меди с оловом, называемые бронзами, были одними из первых медных сплавов, использовавшихся человеком. Содержание олова в бронзах - от 2 до 30%. Используются также тройные сплавы меди с оловом и цинком. Другие широко применяемые сплавы меди - с никелем или с никелем и цинком. Такие сплавы типа нейзильбера отличаются высокой коррозионной стойкостью, а также прочностью. Высокопрочные медные сплавы содержат алюминий, кремний или бериллий. Путем термической обработки их предел текучести можно повысить до 1000 МПа и более, а прочность на растяжение - до 1300 МПа. Эти сплавы применяются там, где требуются коррозионно-стойкие, немагнитные, неискрящие материалы с высокими электропроводностью и прочностью. Многие медные сплавы, особенно с оловом и никелем, предпочитаются инженерами за их коррозионную стойкость в таком оборудовании, как теплообменники, перегонные аппараты, испарители, конденсаторы и трубопроводы. В бытовых системах для горячей воды часто используются медные трубки.
Магний. Как и алюминий, магний широко применяется в промышленности благодаря своей низкой относительной плотности (около 1,7, меньше, чем у алюминия). Он часто применяется в виде отливок, и в этом случае его предел текучести составляет от 85 до 140 МПа, а прочность на растяжение - от 140 до 280 МПа. У магниевого проката (прутка, профилей, листа) предел текучести и прочность на растяжение несколько выше. Магниевые сплавы менее пластичны, чем алюминиевые и медные (относительное удлинение составляет 4-15%). Наиболее важная область их применения - аэрокосмическая промышленность, где большие преимущества дает их легкость. Аэрокосмические магниевые материалы - это по большей части термообрабатываемые специальные сплавы. В сплавах с магнием чаще всего используются алюминий, марганец и цинк (обычно в малых количествах, хотя содержание алюминия может достигать 10%). После термообработки предел текучести таких сплавов может составлять до 310, а прочность на растяжение - до 390 МПа.
Титан. Титановые сплавы начали применяться в качестве конструкционных материалов лишь после Второй мировой войны. Производство титана затрудняется тем, что он очень активно взаимодействует с кислородом, водородом и азотом, а также (при высоких температурах) почти со всеми материалами плавильных тиглей. Тем не менее в настоящее время выпускается и применяется целый ряд титановых сплавов. Благодаря своей легкости (плотность ок. 4,5 г/см3) и высокой прочности, превышающей прочность алюминиевых и магниевых сплавов, титановые сплавы находят применение в ответственных деталях аэрокосмической техники. Но титан довольно дорог, что ограничивает его применение. Технический титан имеет предел текучести более 400 МПа, прочность на растяжение от 500 до 630 МПа, относительное удлинение ок. 20%. Почти весь производимый титан используется в виде сплавов, улучшаемых термической обработкой. Обычные легирующие элементы титана - алюминий, ванадий, молибден и олово. Самый распространенный титановый сплав - с 6% алюминия и 4% ванадия - применяется в аэрокосмической промышленности. Его предел текучести составляет ок. 900 МПа, а прочность на растяжение - более 1000 МПа. Прочность этого сплава можно повысить путем сложной термообоработки. Будучи стойкими к некоторым кислотам, титановые сплавы применяются в соответствующей аппаратуре. Кроме того, такие сплавы находят применение как материалы трубных коммуникаций и арматуры, деталей корпуса и обшивки высокоскоростных военных самолетов.
Никель. Никель редко применяется в чистом виде, но его сплав с хромом и молибденом широко используется для высокотемпературных деталей и элементов конструкций. Такой сплав характеризуется высоким сопротивлением ползучести и высокой коррозионной стойкостью в диапазоне температуры от 800 до 1100° C. Типичное применение хромомолибденовых сплавов никеля - лопатки турбин и другие высокотемпературные компоненты. Никель применяется также в некоторых медно-никелевых сплавах для повышения коррозионной стойкости меди.
Другие металлы. Олово, цинк и свинец используются главным образом для повышения коррозионной стойкости сплавов, причем олово и цинк - чаще всего в виде антикоррозионных покрытий для стальных изделий. Принцип такой "протекторной" защиты в том, чтобы корродировало покрытие, а не сталь. Цинковые "гальванические" покрытия наносят электролитическим осаждением. Свинец без дополнительных компонентов используется в качестве коррозионно-стойкого материала в виде труб и листов. Свинец применяется вместе с оловом в виде припоев, особенно в электронной промышленности. Содержание свинца в таких припоях может составлять от 50 до близкого к 100%. Цинк используется в легкоплавких сплавах для литья под давлением в некоторых отраслях промышленности, особенно в автомобильной. Прочность этих сплавов невысока, зато они пригодны для литья в сложные формы.

Особенности обработки цветных металлов

Цветные металлы прочны и долговечны, способны переносить высокие температуры. Недостаток только один — способность корродировать и разрушаться под воздействием кислорода.

Одним из самых эффективных методов защиты цветного металла от атмосферной коррозии считается нанесение защитных лакокрасочных материалов. Существуют три группы средств для защиты металлических поверхностей: грунтовки, краски и универсальные препараты «три в одном». Грунтовка — незаменимое средство борьбы с атмосферным окислением, одно- или двухслойное грунтование производится перед окрашиванием, помимо защитных свойств сообщая финишному покрытию лучшую адгезию к основанию. При выборе состава важно знать, что для разных металлов используются разные грунтовки

Для алюминиевых оснований используют специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски. Медь, латунь и бронзу обычно не красят — эти металлы поставляются на рынок с заводской обработкой, защищающей поверхность и подчеркивающей ее красоту. Если же целостность такого «фирменного» покрытия со временем нарушается, его лучше полностью удалить с помощью растворителя, после чего основание следует отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.

26. Коррозия металлов и способы защиты от неё.

Термин коррозия происходит от латинского слова corrodere, что означает разъедать, разрушать.
Коррозия - это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.
Коррозия металлов - разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ
Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом. В трудах древнегреческого историка Геродота (V век до нашей эры) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии
В зависимости от характера коррозии и условий ее протекания применяются различные методы защиты. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае, а также экономической целесообразностью.
Легирование Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите. Этим способом является получение сплавов, которое называется легирование. В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия имеет место, хотя и с малой скоростью.

Защитные пленки Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами, поэтому они препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит процесс коррозии.
Для снижения смачиваемости водой лакокрасочные покрытия иногда, в свою очередь, защищают восковыми составами или кремнийорганическими соединениями. Лаки и краски наиболее эффективны для защиты от атмосферной коррозии.

Грунтовки и фосфатирование Часто под лакокрасочный слой наносят грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионноактивной
Силикатные покрытия Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали, коэффициент теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Эмалирование осуществляют нанесением на поверхность изделий водной суспензии или сухим напудриванием. Вначале на очищенную поверхность наносят грунтовочный слой и обжигают его в печи. Далее наносят слой покровной эмали и обжиг повторяют. Наиболее распространены стекловидные эмали - прозрачные или загашенные.
Цементные покрытия Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Поскольку коэффициенты теплового расширения портландцемента и стали близки, то он довольно широко применяется для этих целей. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, - высокая чувствительность к механическим ударам.
Покрытие металлами Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами: горячее покрытие - кратковременное погружение в ванну с расплавленным металлом; гальваническое покрытие - электроосаждение из водных растворов электролитов; металлизация - напыление; диффузионное покрытие - обработка порошками при повышенной температуре в специальном барабане;
Ингибиторы Применение ингибиторов - один из самых эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы - это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Ингибирующее воздействие на металлы, прежде всего на сталь, оказывает целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.

27. Минеральные вяжущие вещества

Общие сведения и их классификация. Минеральными вяжущими называются порошкообразные вещества, за исключением растворимого стекла, способные при смешивании с водой давать пластичную массу теста, которая постепенно схватывается и затвердевает, превращаясь в камни.

Схватывание – это физико-химический процесс, в результате которого тесто, приготовленное на вяжущем постепенно теряет свою подвижность без приобретения прочности.

Твердение – это физико-химический процесс, в результате которого схватившееся тесто приобретает прочность.

По условиям твердения вяжущие подразделяются на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие схватываются (твердеют) и длительно сохраняют свою прочность только на воздухе. К ним относятся: воздушная известь, гипсовые вяжущие вещества, магнезиальные вяжущие вещества, растворимое стекло

Гидравлические вяжущие схватываются, твердеют и длительно сохраняют прочность на воздухе и под водой. К ним относятся: гидравлическая известь, портландцемент

Каждое вяжущее имеет свои сроки схватывания и твердения.

Минеральные вяжущие вещества стали применять за 3000 лет до нашей эры. Сначала был известен гипс, потом известь. Использовали также необожженную глину. В Египте гипс широко использовался для кладочных и штукатурных растворов для строительства пирамид. В Китае известь использовалась для строительства некоторых участков Великой Китайской стены. Известь широко использовалась в Греции. На Руси минеральные вяжущие стали использовать в 10 веке для строительства крепостных стен, церквей, монастырей. В Беларуси известковые растворы использовались при возведении Борисо-Глебского храма, Ефрасиньевского монастыря, Спаского собора.

Гидравлические вяжущие возникли во второй половине 18 начале 19 веков. Портландцемент был изобретён в 1824-1825 гг. Существует около 100 видов различных вяжущих. В Беларуси выпускается около 30 видов цемента и других вяжущих

28. Строительная воздушная известь – это воздушное вяжущее вещество получаемое путём обжига известняков, содержащих не более 6% глины, при температуре 1000-1200◦

Сырьё: плотные известняки, мел(на заводах Беларуси), известняк-ракушечник, доломитизированные известняки и т.д. Т.е. породы содержащие кальций(CO₃) и небольшое количество магмы (MgCO₃) и глины не более 6%

После обжига получается комовая негашёная известь в виде пористых комков.

CaCo₃ -> CaO+CO₂

MgCO₃ -> MgO+CO₂

CaO и MgO – активные составляющие негашёной извести

Комовую негашёную известь можно размалывать в порошок и получается молотая негашёная известь (Смирновская), которая применяется для получения саморазогревающихся зимних растворов, т.к. при соединении её с водой выделяется много тепла. Но чаще комовую известь гасят водой и получается гашёная или гидратная известь.

CaO+H₂O=Ca(OH)₂+Q

MgO+H₂O=Mg(OH)₂+Q

Ca(OH)₂ Mg(OH)₂ - гашёная известь

Гашение извести может быть: в порошок (известь-пушинка, воды и извести поровну),в известковое тесто (воды в 3-4 раза больше), известковое молоко (воды в 10 раз больше)

Известь гасят в известегасильных машинах или ямах.

Гашение извести – экзотермический процесс, опасный процесс, с выделением большого количества тепла. Надо помнить, что гашение нужно осуществлять при избытке воды, сыпать известь в воду, а не наоборот, чтобы воды было больше.

Воздушная известь твердеет только на воздухе и прочность известковых растворов невелика

Ca(OH)₂+CO₂=CaCO₃+H₂O

Mg(OH)₂+CO₂=MgCO₃+H₂O

Воздушная известь. Различают 3 сорта.

Сорт	CaO+MgO	Непогасившиеся зёрна
І	>90%	<7%
ІІ	>80%	<11%
ІІІ	>70%	<14%

Воздушная известь широко применяется для кладочных и штукатурных растворов, изготовление селикатного кирпича, селикатного бетона, искусственных камней и т.д.

Гипсовые вяжущие вещества получаются термообработкой с последующим измельчением природного гипсового камня. CaSO₄+2H₂O – природный гипс (двуводный)

В зависимости от температуры обработки гипсового камня различают: строительный гипс(температура 110-180◦), высокопрочный гипс (температура 700-1000◦, эстрих-гипс)

Строительный гипс варят в котлах, после чего продукт тонко измельчается, он представляет собой порошок светло-серого цвета, у которого ρ_Ист.=2,6-2,75 г/см₃ и ρ_Нас 800-1000кг/м₃

При обжиге: CaSO₄*2H₂O(t= 110-180◦)=CaSO₄*0,5H₂O+1,5H₂O; CaSO₄*0,5H₂O – полуводный гипс(строительный)

Качество гипса определяется: тонкостью помола(ІІІ – тонкого помола, ІІ – среднего помола, І – грубого помола), сроки схватывания(определяются лабораторным путём. Различают: А – быстросхватывающийся, Б – нормальносхватывающийся, В – медленносхватывающийся)

У нормальносхватывающегося гипса начало схватывания не ранее 6 минут, конец – не позднее 30 минут. Проектную прочность набирает за 2 часа. При твердении увеличивается в объёме. При увлажнении теряет прочность до 60%, поэтому применяют только в сухих помещениях. Прояность гипса соответствует его марке.

Различают гипс по прочности Г2, Г3, Г4…Г25(мПа)

Марка гипса записывается так: Г5БІІ

Строительный гипс широко применяется при ремонтных работах для заделки трещин, щелей, изготовлении перегородочных плит и панелей, акустических и декоративных плит, архитектурных декоративных отливок.

29. Магнезиальные вяжущие получаются умеренным обжигом при температуре 700-800◦ природных магнезитов и доломитов.

Магнезит - MgCO₃

Доломит - MgCO₃*CaCO₃

MgCO₃ -> (t) MgO+CO₂

MgCO₃*CaCO₃ -> (t) MgO+CO₂+CaCO₃

Твердеет только на воздухе при положительных температурах не ниже 12◦, сильно гигроскопичен, нельзя долго хранить, хорошо сцепливается с древесиной, применяется для производства фибролита(теплоизоляционный материал), ксилолита(для полов), искусственного мрамора и т.д.

Растворимое стекло (жидкое, селикатное)

Получается путём варки в стекловарных печах при температуре1300-1400◦, чистого кварцевого песка, кальцемированноый соды или сернокислого натрия (реже потаж К₂СО₃), сваренная масса затем резко охлаждается и распадается на куски(селикат-глыба), которая разваливается затем в горячей воде под давлением пара и образуется жидкое стекло (вязкая жидкость, хорошо сцепливающаяся в различными строительными материалами), твердеет при высыхании на воздухе, после твердения нерастворим в воде, применяется для кислотоупорных и жароупорных растворов, бетонов и обмазок, для гидроизоляции, для искусственного закрепления грунта(селикатизация).

Жидкое стекло применяют для производства кислотоупорного цемента, при смешивании его с кремнистым натрием0 не боится кислот, но боится щелочей. Применяется в химической промышленности.

30. Гидравлические вяжущие вещества

Гидравлическая известь: получается обжигом при t=900-1000 известняков с содержанием глины от 6 до 20%. После обжига сырья получается комовая негашеная известь, в которой часть CaO свободна, а часть связана с составными частями глины.
Глина: Al₂O₃*SiO₂*Fe₂O₃
CaO*SiO₂; CaO*Al₂O₃; 2Cao*Fe2O₃ – способны к гидравлическому твердению.
Гидравлическая известь(порошок желтоватого цвета) схватывается не только на воздухе, но и под водой, но для этого от 10 до 21 дня она сначала должна твердеть на воздухе.
Применяется гидравл. известь для кладочных и штукатурных растворов во влажных условиях, изготовления искусственных камней.
Портландцемент – является продуктом тонкого помола клинкера, полученного при обжиге до спекания природных или искусственных сырьевых масс, состоящих из известняков и глин.
Сырье: мергель, известняк с примесью глин 25%, мел+25%.
Изобретатели портландцемента: Егор Челиев, Джозеф Асприн (1824-1825)
Существуют 2а способа производства портландцемента: мокрый и сухой.
Краткая схема производства портландцемента по мокрому способу:
1) Добыча сырья.
2) Грубое и мелкое дробление сырья.
3) Перемешивание шлама в шлам-бассейне.
4) Обжиг шлама во вращающихся печах при t=1400-1450, получение клинкера.
5) Выдерживание клинкера на складах для устранения примесей (2-3 недели).
6) Помол клинкера.
7) Выдерживание на складах (2-3 недели).
8) Упаковка и отгрузка на производство в специальных вагонах и автомобилях цементовозах или бумажных многослойных мешках(5, 10, 15 кг).
Краткая схема производства портландцемента по сухому способу:
Сырье: мергель или сухие известняки и глины.
1) Добыча сырья
2) Грубое и тонкое дробление
3) Гранулирование и получение порошка.
4) Обжиг гранул в вертикальных или укороченных вращающихся печах.

5) Получение клинкера.
Химический и минералогический состав клинкера портландцемента:
3CaO*SiO₂– C₃S – трехкальциевый силикат (40-65%)
2CaO*SiO₂– C₂S – двухакальциевый силикат (15-40%)
3CaO*Al₂O₃– C₃Al – трехкальциевый алюминат (2-15%)
4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃–C₄AF – четырехкальциевый аммоферит (10-20%)
Кроме того есть: Ca(OH)₂ и Mg(OH)₂

С₃S – быстро твердеет за счет выделения тепла, особенно в первые 3 дня, оказывает решающее влияние на прочность цемента.
C₂S – медленно твердеет, выделяет мало тепла, набирает прочность на протяжении многих лет.
C₃A – твердеет быстрее первого минерала, выделяет много тепла. Сильно боится сернистых соединией, вызывает цементную бациллу.
C₄AF – твердеет медленнее чем первый и быстрее, чем второй.

31. Твердение портландцемента:
Твердеет на воздухе и под водой
На воздухе: Ca(OH)₂+CO₂+CaCo₃+H₂O – реакция карбонизации
3CaO*SiO₂+(h+1)H₂O=2CaO*SiO₂*hH₂O+Ca(OH)₂
2CaO*SiO₂+hH₂O=2CaO*SiO₂*hH₂O
3CaO*Al₂O₃+6H₂O=3CaO*Al₂O₃*6H₂O
4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃+hH₂О=3CaO*Al₂O₃*6H₂O+CaO+Fe₂O₃*(h-6)H₂O
Проектную прочность (марочную) набирает 28 дней. За неделю примерно 70%. В дальнейшем набирает прочность медленно, в течении многих лет.
Св-ва портландцемента:
ρ_Н=(1000-1100)
ρ_И=(3,05-3,15) г/см³
- тонкость помола определяется ситовым анализом
-удельная поверхность=(2500-300) см²/г

- водопотребность - нормальная густота =(24-28)%
- сроки схватывания: Начало схватывания не ранее 45 минут, конец не позднее 10 часов
- конец твердения 28 суток
- равномерность изменения объема
- прочность. Характеризуется маркой (400,500,550,600) 400-R_СЖ=40мПа
- коррозия цементного камня. Различают 3 вида:
1) под действием пресной воды, которая размывает и уносит Ca(OH)₂
2) под действием минеральных вод, содержащих соли, щелочи и т.д., которые образуют растворимые в воде соединения или соединения, не обладающие способностью твердеть.
3)под действием сернистых соединений (самая опасная), при этом при соединении сернистых солей с С₃А образуется цементная бацилла, которая при твердении увеличивается в объеме во много раз больше чем остальной цемент и разбивает цементный камень.
Для защиты от коррозии используют:
1) Облицовка керамическими, синтетическими плитами, битумная обмазка, синтетическая смазка.
2)применение специальных цементов
Применение, транспортировка и хранение:
Цемент является основным вяжущим, применяется для растворов бетонов надземных, подземных и подводных сооружений. Производят в специальных машинах или ваннах, оборудованных автоматической погрузо-разгрузкой. Хранят в закрытых складах с полом над землей. При хранении прочность цемента снижается:
3мес – 15-20%

6мес – 20-30%
1 год – более 50%

32. Разновидности портландцемента:
1) Пластифицированный пц: Дает пластичные растворы и бетоны, обладающие водонепроницаемостью и морозостойкостью.
2) Гидрофобный пц: Водоотталкивающий. Можно дольше хранить без потери прочности, легче транспортируется.
3) Быстротвердеющий: 2а способа получения: 1) увеличение тонкости помола 2) подбор состава клинкера
3) Сульфатостойкий: Получают путем сокращения в клинкере С₃А. Для бетонов, работающих в сульфатной среде.
5) Белые и цветные цементы: Белый получают из белых известняков и белых глин. Цветные получают из белых, с добавлением пигмента. Применяют для архитектурно-декоративных работ.
6) Смешанные: Шлакопортландцемент, пуццелановый. Шлакопортландцемент изготавливают при добавлении в обычный пц молотого шлака. Пуццелановая добавка – это аморфный кремнезем.
Эти добавки вступают в химическую реакцию с клинкерными минералами, поэтому прочность цемента сильно не снижается, а стоимость снижается сильно.
Применяют также специальные цементы:
7) Глиноземнистый пц: При твердении выделяет много тепла, набирает марочную прочность 3 дня. Применяется для аварийных и срочных работ, но не для сернистых водоемов, не для массивных конструкций, не для паропрогрева.
8) Расширяющийся: Рекомендуется для заделки стыков.