Кремний — важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким

Марганец повышает прочность чугуна.

Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая красноломкость (образование трещин в горячих отливках). Она ухудшает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму.

Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость (образование трещин в холодных отливках). В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FeC) и серый (свободный углерод в виде графита).

Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом. Он обычно идет на переплавку в сталь или на получение ковкого чугуна и поэтому называется передельным.

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,3—1,2%) жидкотекуч и используется для художественного литья.

Минеральные вяжущие вещества. Общие сведения. Свойства Минеральные вяжущие представляют собой порошкообразные вещества, способные при смешивании с водой (иногда с растворами солей) образовывать вязкопластичную легкоформуемую массу, постепенно затвердевающую в камневидное тело.

В строительстве вяжущие чаще используют в смеси с заполнителями для экономии вяжущего и улучшения некоторых свойств искусственного камня. Различают следующие виды смесей на основе вяжущих веществ:

— вяжущее (например, гипсовое) тесто — смесь вяжущего (гипса) с водой; отвердевшее гипсовое тесто называют гипсовый камень;
— растворная смесь, состоящая из вяжущего, воды и песка; после затвердевания смеси образуется строительный раствор;
— бетонная смесь, включающая в себя вяжущее, воду, песок и щебень (или гравий); затвердевшую бетонную смесь называют бетоном.

Минеральные вяжущие в зависимости от их способности твердеть (набирать прочность) в определенных условиях делят на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие твердеют и длительное время сохраняют прочность только на воздухе; в воде они сильно размокают. Причина снижения прочности в воде заключается в сравнительно высокой растворимости компонентов искусственного камня. К этой группе относят: гипсовые и магнезиальные вяжущие, растворимое стекло, воздушную известь. Иногда к воздушным вяжущим относят глину. Однако это не совсем обосновано, так как глиняное тесто затвердевает исключительно за счет высыхания и не изменяет при этом свой химический состав, что характерно для твердения всех минеральных вяжущих. В сельском строительстве глина и сейчас используется как местный связующий материал в штукатурных растворах для сухих условий эксплуатации, кладочных растворах для бытовых печей, своеобразных бетонах с армирующим наполнителем из соломы, тростника, прутьев. В современном индустриальном строительстве глину применяют как пластифицирующую добавку в цементные штукатурные и кладочные растворы.

Гидравлические вяжущие твердеют и сохраняют прочность как на воздухе, так и в воде. Для эффективного протекания процесса твердения необходимо, чтобы в твердеющем материале постоянно была вода. Иначе течение химических реакций, благодаря которым материал становится прочнее, приостанавливается. Эту группу образуют гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности, глиноземистый и расширяющиеся цементы, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее и др. Число разновидностей гидравлических вяжущих непрерывно растет в результате использования новых видов сырья и применения современных способов производства. Сырьем для производства минеральных вяжущих являются различные горные породы, главным образом осадочного происхождения, и некоторые массовые побочные продукты металлургической, энергетической, химической и других отраслей промышленности.В наибольших объемах используются карбонатные (известняк, мел, доломит, мергель, магнезит), сульфатные (гипс, ангидрит), кремнеземистые (диатомит, трепел, опока), глинистые и высокоглиноземистые (бокситы) горные породы

33) Воздушная известь. Воздушной известью называют воздушное вяжущее, получаемое умеренным (не до спекания *) обжигом карбонатных горных пород, содержащих не более 6% глинистых примесей (известняки, мел, ракушечник). При обжиге основным процессом является разложение карбоната кальция:СаС03 + 42,5 ккал =СаО + С02.Продукт обжига — комовая негашеная известь — обладает вяжущими свойствами и является полуфабрикатом. Из комовой извести на заводах и стройках можно приготовить три технических продукта: молотую негашеную известь (молотую кипелку), гашеную известь-пушонку и известковое тесто. Последние два продукта получают путем гашения комовой извести водой.Спекание характеризуется появлением жидкой фазы.

34) Гипсовые вяжущие вещества. Гипсовые вяжущие — группа воздушных вяжущих веществ, в за­твердевшем состоянии состоящих из двуводного сульфата кальция (CaSO₄ • 2Н₂О), включает в себя собственно гипсовые вяжущие (далее для краткости — гипс) и ангидритовые вяжущие (ангидритовый цемент и эстрихгипс). Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат сульфатные горные породы, содержащие преимущественно минерал двуводный гипс.

35) Теория твердения минеральных вяжущих.В 1923 г. была сформулирована теория твердения А.А. Бажова, которая в значительной мере обобщила взгляды Ле-Шателье и Михаэлиса. ААБайков выделил в процессе твердения три периода: период подготовительный — образование раствора, пересыщенного по отношению к продуктам гидратации; период коллоидации (схватывание), когда возникающие новообразования не могут растворяться в насыщенной жидкой фазе и выделяются в виде тонкодисперсных коллоидных частиц, минуя растворение. При этом масса теряет пластичность, но не приобретает пока прочности, так как между гидратными частицами отсутствует прочное сцепление;

Период кристаллизации (твердение), в течение которого происходит перекристаллизация коллоидных частиц в кристаллы, которые со временем растут и срастаются друг с другом.

Эта теория и в наши дни признается большинством исследователей, хотя в механизм протекания отдельных этапов твердения внесен ряд уточнений с учетом возможностей современных методов исследований. Приведенные теории являются общими для всех минеральных вяжущих материалов.

36) Состав портландцемента. Состав и свойства портландцемента. Портландцементом назы­вается вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, полу­чаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необ­ходимого количества гипса и добавок.

Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых других ма­териалов (мергеля, нефелинового шлама, доменного шлака), взя­тых в соотношении, которое обеспечивает образование в клинкере силикатов кальция, алюмииатной и алюмоферритиой фаз. Клин­кер — один из важнейших компонентов портландцемента, от его состава зависят основные свойства цемента, полученного на его основе.

Портландцемент (ГОСТ10178) выпускают без добавок или с активными минеральными добавками, отвечающими требовани­ям ОСТ 21-9.

К основным свойствам портландцемента относятся: прочность (активность), сроки схватывания, равномерность изменения объ­ема, тонкость помола, плотность, водопотребность, водоотделение,

37) Разновидности портландцемента. Гидрофобный портландцемент
При перемешивании с водой гидрофобные оболочки на зернах цемента разрушаются, не мешают твердению, пластифицируют цемент.
Гидрофобный цемент улучшает структуру цементного камня, повышает его плотность, что приводит к повышению морозостойкости и водонепроницаемости растворов и бетонов.
Гидрофобный и пластифицированный цементы выпускают тех же марок, что и обычный портландцемент.
Обычный цемент, брошенный в сосуд с водой, тонет, а гидрофобный распределяется по поверхности воды в виде пленки.
Белый портландцемент (ГОСТ 965—78) — вяжущее вещество, твердеющее на воздухе и в воде, получаемое измельчением белого маложелезистого клинкера, минеральных добавок и гипса. Выпускают марок 400 и 500.
По степени белизны белый портландцемент подразделяют на три сорта: 1, 2, 3-й с коэффициентом отражения соответственно не менее 80; 75; 68 %.
Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, конец — не позднее, чем через 12 ч после затворения водой.
Тонкость помола: через сито с сеткой должно проходить не менее 88 % массы просеиваемой пробы цемента.
Белый портландцемент применяют для архитектурно-отдеючных работ, а также в качестве связующего при приготовлении малярных составов. На его основе при тщательном смешивании или совместном помоле со щелочестойкими пигментами получают цветные портландцементы.
Цветной портландцемент (ГОСТ 15825—80) — вяжущее вещество, твердеющее на воздухе и в воде, получаемое путем совместного тонкого измельчения белого или цветного клинкера, минеральных (не более 15%) и органических красителей, и активной минеральной добавки (не более 6%).
Органичекие пигменты вводят в количестве не более 0,5 % от массы цемента. Красящие добавки должны быть свето- и щелочестойкими.
Для производства цветных портландцементов обычно используют клинкер белого портландцемента или цветной клинкер, а также отделенные клинкеры с пониженным содержанием оксидов железа и марганца.
Цветные портландцементы получают также, вводя в процессе приготовления в сырьевую смесь оксиды некоторых металлов.
Эффективное окрашивание дают оксиды хрома (желю-зеленый цвет), марганца (голубой и бархатно-черный), кобальта (коричневый). При этом получают окрашенные клинкеры редких цветов, трудно достигаемых при изготовлении цветных портландцементов смешиванием с пигментами.
Цветной портландцемент выпускают марок 300, 400, 500 желтого, розового, красного, коричневого, зеленого, голубого и черного цветов.
Начало схватывания цемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее 12 ч от начала затворения.
Тонкость помола: при просеивании через сито с сеткой № 008 должно проходить не менее 90 % от массы пробы.
Применяют цветной портландцемент для архитектурно-отделочных работ,а также в качестве связующего при приготовлении малярных составов, для индустриальной отделки стеновых панелей, подоконников, лестничных ступеней, в дорожных работах.
Шлакопортландцемент (ГОСТ 10178—85) получают тонким измельчением портландцементного клинкера (79...20%), природного гипса (до 5 %) и доменного гранулированного (быстроохлажденного) шлака (21...80%).
Доменные шлаки — массовые побочные продукты при выплавке чугуна; их химический состав близок составу клинкера; электротермофосфатпые шлаки применяют наравне с доменными, так как их химический состав почти одинаков.
Самостоятельно шлаки не твердеют, но в присутствии портландцемента и гипса они проявляют вяжущие свойства.
По сравнению с портландцементом шлакопортландцемент более стоек в мягких и минерализованных водах, более жаростоек, интенсивно твердеет при тепловой и влажностной обработке, но медленно схватывается и твердеет при пониженных температурах, менее морозостоек.
Марки шлакопортландцемента: 300, 400 и 500.
Шлакопортландцемснт экономически выгоднее портландцемента.
Кроме обычного выпускают также быстротвердеющий и сульфатостойкий шлакопортлапдцементы.
Шлакопортландцемент применяют для бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных конструкций, для сборных конструкций с использованием тепловлажностной обработки, для приготовления кладочных и штукатурных растворов.
Недопустимо применять цемент для бетона и раствора, от которых требуется повышенная морозостойкость, для работ при пониженных температурах без искусственного обогрева, а также в сухую и жаркую погоду без соблюдения влажностного режима твердения.

38) Прочность портландцемента. Прочность портландцемента - важная физико-механическая характеристика, от которой в основном зависит прочность бетонов и растворов в различных условиях твердения. Прочность (активность) и марку цемента согласно ГОСТ 310.4-81 определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4х4х16см, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава в пропорции 1:3 на нормальном песке при водоцементном отношении В/Ц=0,4 и консистенции, характеризуемой расплывом стандартного конуса не менее 106-115 мм через 28 суток твердения. Первые сутки образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 суток в воде комнатной температуры. Образцы призмы первоначально испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие

39) Тяжелый бетон. Материалы для его изготовления. Тяжелый бетон, применяемый для изготовления фундаментов, колонн, балок, пролетных строений мостов и других несущих элементов и конструкций промышленных и жилых зданий и инженерных сооружений, должен приобретать определенную прочность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке и экономичной • Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент, быстротвер-деющий портландцемент (БТЦ) и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (прочности, морозостойкости, химической стойкости, водонепроницаемости и др.), а также технологии изготовления изделий, их назначения и условий эксплуатации.

• Для приготовления бетонной смеси применяется питьевая, а также любая вода, не содержащая вредных примесей (кислот, сульфатов, жиров, растительных масел, сахара), препятствующих нормальному твердению бетона. Нельзя применять воды болотные и сточные, а также воды, загрязненные вредными примесями, имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфаты в расчете на ионы S04 более 2700 мг/л и всех других солей более 5000 мг/л. Морскую и другую воду, содержащую минеральные соли, можно применять, если общее количество солей в ней не превышает 2%.

40)Материалы для легких бетонов. В качестве вяжущего для легких бетонов применяют все виды цементов и другие вяжущие не ниже М 300. Желательно использовать высокоактивные вяжущие, расход которых на 1 м³ бетона будет меньше, чем малоактивных вяжущих. Цементный камень в легких бетонах является самой тяжелой частью их, и сокращение расхода цемента введет к снижению объемной массы бетона.Исходя из необходимости получения бетонной смеси требуемого качества минимальные расходы вяжущего на 1 м³ легких бетонов должны быть не меньше величин, приведенных в табл. 7.В случае применения высокоактивных цементов, когда требуемая прочность бетона может быть достигнута при малых расходах вяжущего для увеличения количества цементного теста в бетонную смесь необходимо вводить тонкомолотые добавки. В бетоны низких марок с малым расходом вяжущего (а иногда и с недостаточным расходом мелких фракций заполнителя), характеризующихся низкой удобоукладываемостью, желательно вводить гидрофобизирующие поверхностно-активные добавки (мылонафт и др.).

41) Легкие бетоны. Их особенности. Важнейшими задачами являются повышение эффективности и качества строительства. Одним из путей повышения эффективности, т. е. снижения стоимости и сокращения сроков строительства, является уменьшение массы и увеличение размеров ограждающих и несущих конструкций. Эту проблему решает применение легких бетонов для стен, покрытий, перегородок и других элементов зданий.Использование легкого бетона для стен в виде крупных блоков и панелей вместо кирпича приводит к уменьшению массы здания, сокращению трудоемкости возведения стен на 60-70% и снижению стоимости монтажа (включая стоимость механизации) по сравнению с кладкой на 25-30%. В результате уменьшения массы стен создается возможность облегчить фундаменты и каркас здания и соответственно снизить транспортные расходы не менее чем на 40-60%. Применение легкого железобетона для перекрытий, помимо значительного уменьшения массы и увеличения размеров деталей, а также экономии трудовых затрат, позволяет упростить технологию изготовления этих деталей и снизить расход стали на арматуру. Эффективность применения легкого бетона для перегородок определяется в основном возможностью значительного укрупнения этих элементов. Трудоемкость возведения таких перегородок на 12-15% ниже, чем обычных перегородок из мелких плит. Замена тяжелого бетона легким в элементах сборных несущих конструкций (колонн, балок) приводит к снижению их массы на 25-50%.

42) Прочность бетонов. Важнейшим свойством бетона является прочность. Лучше всего бетон сопротивляется сжатию. Поэтому конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал сжимающие нагрузки. И только в некоторых конструкциях учитывается прочность на растяжение или на растяжение при изгибе. Прочность при сжатии. Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой (которые определяют в возрасте 28 суток). В зависимости от времени нагружения конструкций прочность бетона может определяться и в другом возрасте, например 3; 7; 60; 90; 180 суток.В целях экономии цемента, полученные значения предела прочности не должны превышать предел прочности, соответствующей классу или марке, более чем на 15%

43) Ячеистые бетоны. искусственный пористый материал на основе минеральных вяжущих и кремнезёмистого заполнителя.

Предназначен в основном для строительной теплоизоляции: утепление по железобетонным плитам перекрытий и чердачных перекрытий, в качестве теплоизоляционного слоя многослойных стеновых конструкций зданий различного назначения; для теплозащиты поверхностей оборудования и трубопроводов при температуре до 400°С; жаростойкие ячеистые бетоны применяются для теплоизоляции оборудования с температурой поверхности до 700°С.

44) Пористость тяжелых бетонов. Тяжелые бетоны замешиваются на цементном вяжущем наполнителе.
Плотность тяжелых бетонов колеблется от 1800 до 2500кг/м³.
Пористость тяжелого бетона 6-15%, в зависимости от рода заполнителей, состава бетона и методов уплотнения.
Морозостойкость тяжелых бетонов не менее 50Мрз.
Усадка тяжелого бетона зависит от водоцементного отношения. Оптимальное значение водоцементного отношения тяжелого бетона А=0,3.Марки высокопрочных бетонов начинаются с показателя М450. Такие бетоны замешиваются на основе цемента высоких марок, промытого песка и щебня путем приготовления жестких или малоподвижных смесей в бетономешалках принудительного действия. Для укладки высокопрочных бетонов и формирования бетонных изделий используют интенсивное уплотнение — обязательное вибрирование. Значительный эффект при производстве высокопрочного бетона дают пластификаторы.

45) Свойства бетонной смести. Бетонная смесь состоит из цементного теста, мелкого и крупного заполнителя. Каждый из этих компонентов влияет на вязкопластичные свойства смеси. Так, если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой; если цементного теста — более пластичной и текучей. Существенно влияет на свойства бетонной смеси и вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее получается тесто и соответственно пластичнее бетонная смесь.

Одно из основных свойств бетонной смеси — тиксотропия — спо­собность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях (напри­мер, вибрации) и вновь загу­стевать при прекращении этого воздействия. Механизм тиксотропного разжижения заключается в том, что при вибрировании силы внутрен­него трения и сцепления между частицами уменьша­ются и бетонная смесь стано­вится текучей. Это свойство широко используют при ук­ладке и уплотнении бетон­ной смеси.

Удобоукладываемость - обобщенная техническая характеристика вязкопластичных свойств бетонной смеси. Под удобоукладываемостью понимают способность бетонной смеси под действием определенных приемов и механизмов легко укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь. Удобоукладываемость смесей в зависимости от их кон­систенции оценивают по подвижности или жесткости.

Подвижность служит характеристикой удобоукладываемости пла­стичных смесей, способных деформироваться под действием собствен­ного веса. Подвижность характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Для этого металли­ческую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой шты­кованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси — ОК, значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности.

Жесткость — характеристика удобоукладываемости бетонных сме­сей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). Ее определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора – вискозиметра.

В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и по­движные бетонные смеси.

Жесткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды и соответственно пониженное количество цемента в сравнении с по­движными смесями у бетонов равной прочности. Жесткие смеси требуют интенсивного механического уплотнения: длительного вибри­рования, вибротрамбования и т. п. Используют такие смеси при изготовлении сборных железобетонных изделий в заводских условиях (например, на домостроительных комбинатах); в построечных условиях жесткие смеси применяют редко.

Подвижные смеси отлича­ются большим расходом воды и соответственно цемента. Эти смеси представляют со­бой густую массу, которая лег­ко разжижается при вибри­ровании. Подвижные смеси можно транспортировать бетонона­сосами по трубопроводам.

Связность — способность бетонной смеси сохранять од­нородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. При механических воздей­ствиях часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх. Круп­ный заполнитель, плотность которого обычно больше плотности рас­творной части (смеси цемента, песка и воды), опускается вниз. Легкие заполнители (керамзит и др.), наоборот, могут всплывать. Все это делает бетон неоднородным, снижая его прочностные показа­< и>

Указанные свойства бетонной смеси обеспечиваются правильным подбором состава бетона

46). Классификация бетонов. В настоящее время в строительстве используют различные виды бетона. Разобраться в их многообразии помогает классификация бетонов. Бетоны классифицируют по средней плотности, виду вяжущего вещества и назначению.

· Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов. По плотности бетоны делят на особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/ куб. м.; тяжелые - 1800...2500; легкие -500... 1800; особо легкие - менее 500 кг/куб, м.
Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях - стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон).
Тяжелые бетоны с плотностью 2100...2500 кг/ куб. м. получают на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз). Облегченный бетон с плотностью 1800...2000 кг/ куб.м. получают на щебне из горных пород с плотностью 1600...1900 кг/куб, м.
Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза,туф).
К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях.