Будівельне матеріалознавство

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний Гірничий Університет

Курсова робота

Будівельне матеріалознавство

Виконала:

Паншина Т.Ю.

Дніпропетровськ 2015

Вступ

камінь наповнювач деформація конструкція

Особливе місце серед будівельних матеріалів займають матеріали на основі мінеральних в'яжучих речовин. Найголовнішими серед таких матеріалів є бетони. Бетон - композиційний матеріал, який отримують шляхом формування і твердіння раціонально підібраної суміші, що складається з в'яжучої речовини, дрібного і великого заповнювачів і спеціальних добавок. Бетони класифікують за різними показниками. За густиною бетони поділяють на: - особливо важкі (с0 ? 2500 кг/м 3); - важкі (2200 < с0 < 2500 кг/м 3); - полегшені (1800 < с0 < 2200 кг/м 3); - легкі (1200 < с0 < 1800 кг/м 3); - особливо легкі (500 < с0 < 1200 кг/м 3). За видом в'яжучої речовини бетони бувають: цементні; силікатні (вапняно-кремнеземисті), гіпсові, мішані (цементно-вапняні, вапняно-шлакові тощо); спеціальні (жаростійкі, хімічностійкі тощо).

За видом заповнювача бетони розрізняють: - щільні (щебінь, гравій з щільних порід), - пористі (керамзит, аглопорит, спучений перліт та вермікуліт, жужільна пемза тощо); - спеціальні (андезит, рудні матеріали тощо). Бетони в сучасному будівництві знайшли самий високий попит і займають найбільш поважне місце серед інших будівельних матеріалів, тому що мають наступні переваги: - широка і різноманітна сировинна база для їх виготовлення; - широкі архітектурні можливості, що дозволяють виготовляти вироби різноманітні за формою, розмірами, кольором, фактурою і структурою; - великий діапазон властивостей (міцність, морозостійкість, теплопровідність, густина тощо), які надають можливість їх широкого застосування.

За призначенням бетони поділяють: для звичайних бетонних або залізобетонних конструкцій, гідротехнічних споруд, стін будівель, що опалюються, для підлог. Для того, щоб отримати бетон, який відповідає всім необхідним вимогам за місцем його використання, треба правильно підібрати вихідні компоненти, точно розрахувати склад бетонної суміші, вибрати раціональний спосіб його укладання, забезпечити належний догляд під час твердіння. Кожен компонент, який входить до складу бетону, впливає на його якість і довговічність.

1. Загальні відомості

Бетоном називається штучний камінь, що утворився в результаті твердіння раціонально підібраної, добре перемішаної і ущільненої суміші мінеральної в'яжучої речовини, води та наповнювача. Суміш цих матеріалів до початку твердіння називають бетонною сумішшю. В результаті взаємодії між в'яжучою речовиною і водою утворюється нова сполука у вигляді клейкого тіста, яке покриває тонким шаром зерна дрібного і крупного наповнювача, а після твердіння перетворює бетонну суміш в міцний монолітний камінь - бетон.

Наповнювачі (пісок, щебінь чи гравій) займають до 80-85 % об'єму бетону і утворюють його жорсткий скелет. Застосовуючи наповнювачі з різними властивостями можна отримати бетони з різноманітними фізико-механічними показниками. Заповнювачами називають пухку суміш мінеральних або органічних зерен природного чи штучного походження. У бетоні ці зерна скріплюються в'яжучим речовиною, утворюючи міцне камневидное тіло. Заповнювачі в бетоні займають до 80-85 % об'єму і, отже, дозволяють різко скоротити витрату цементу або інших в'яжучих, є найбільш дорогої і дефіцитної складовою частиною бетону. Цементний камінь при твердінні зазнає об'ємні деформації. Усадка його досягає 2 мм/м. Із-за нерівномірності усадочних деформацій виникають внутрішні напруження, тріщини.

Дрібні тріщини можуть бути невидимі неозброєним оком, але вони різко знижують міцність і довговічність цементного каменю. Заповнювач створює в бетоні жорсткий скелет, сприймає на себе усадочні напруги і зменшує усадку звичайного бетону приблизно в 10 разів у порівнянні з цементним каменем. Жорсткий скелет з високоміцного заповнювача збільшує міцність бетону, підвищує його модуль пружності (тобто зменшує деформації конструкцій при додатку навантаження), знижує повзучість. Легкі пористі заповнювачі зменшують середню щільність бетону і його теплопровідність. Спеціальні особливо важкі заповнювачі (чавунна дріб, залізна руда) роблять бетон надійним захистом від радіоактивного випромінювання. За крупності зерен розрізняють дрібний заповнювач (пісок), складається з частинок розмірами 0,16...5 мм, і великий заповнювач (гравій або щебінь) з розмірами частинок 5...70 мм. Крупний заповнювач в залежності від форми частинок називають щебенем (шорсткі частки неправильної форми) або гравієм (гладкі округлі частинки). За походженням наповнювачі бувають природними та штучними. Природні наповнювачі отримують шляхом видобутку і переробки гірських порід. До штучних заповнювачів відносять попутні продукти промисловості (доменні та паливні шлаки, золу ТЕС), а також спеціально виготовляються-керамзитовий гравій, щебінь із спученого перліту.

Останнім часом починають використовувати «вторинні» заповнювачі, що виділяються з відслужили свій термін бетонних і залізобетонних конструкцій дробленням і розсівом. Зерновий склад заповнювачів вирішальним чином впливає на отримання заданої міцності бетону при мінімальній витраті цементу. В бетонної суміші цементне тісто витрачається на обволікання поверхні зерен і заповнення щілин (пустот) між ними. В ідеальному випадку найменший витрата цементу досягається в тому випадку, коли і питома поверхня, і пустотність зерен заповнювача прагнуть до мінімуму. Питома поверхня тим менше, чим більше зернистість.

На відміну від питомої поверхні обсяг пустот в заповнювачі теоретично не залежить від крупності зерен. Для зменшення пустотності наповнювача до його складу вводять зерна меншого розміру, які заповнюють проміжки між більш великими частками. Однак це збільшує питому поверхню заповнювача і, отже, може призвести до перевитрати в'яжучого для обгортування зерен. Тому співвідношення між зернами різних розмірів в заповнювачі повинно бути оптимальним, при якому обсяг порожнеч і сумарна поверхня зерен вимагають мінімального витрати цементу для отримання нерасслаиваемой бетонної суміші певної легкоукладальності, а бетон - заданої щільності і міцності. Зерновий склад заповнювачів визначають за результатами просіювання проби через стандартний набір, що включає в себе 10 звт з отворами, мм: 70; 40; 20; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 і 0,16. Межа між дрібним і великим заповнювачами проходить по зерну 5 мм. Сукупність зерен, розмір яких знаходиться в межах розмірів отворів двох сусідніх , називають фракцією заповнювача. Заповнювачі постачають поліфракціоними, тобто складаються із зерен різних фракцій, і монофракціоними.

Наприклад, щебінь з розмірами зерен 5...40 мм є поліфракціоним: він складається з зерен фракцій 5...10; 10...20 і 20...40 мм. Форма зерен заповнювача впливає на легкоукладальність бетонних та розчинних сумішей. Кращі в цьому відношенні зерна округлої або кубовидної форми. Пластинчасті, подовжені, так звані лещадні, зерна заповнювача укладаються в бетоні в строго орієнтованому положенні, як правило, горизонтальному. Це робить структуру бетону неоднорідною, а його властивості - неоднаковими в різних напрямках. Тому вміст зерен лещадної форми обмежується стандартами.

Шорсткість поверхні зерен заповнювачів впливає на властивості бетонної суміші і міцність бетону. Бетонна суміш, виготовлена на заповнювачах з гладкою поверхнею, наприклад на гравії, володіє хорошою легкоукладальністю. Суміші на заповнювачах з шорсткою поверхнею, у зокрема на щебені, укладаються гірше, але бетон набуває велику міцність, ніж бетон на гравії. Це пояснюється кращим зчепленням шорсткого заповнювача з цементним каменем. Від щільності заповнювачів залежить щільність бетону.

Для виробництва важкого бетону використовують наповнювачі, виготовлені з гірських порід з середньою щільністю 1,8...2,8 г/см3. Заповнювачі, у яких рс< 1,8 г/см3, відрізняються помітною пористістю, тим більшої, чим менше їх середня щільність. Такі пористі заповнювачі використовують для приготування легких бетонів. Міцність - найважливіша характеристика заповнювача. Її оцінюють за межі міцності вихідної гірської породи в насиченому водою стані. Марки породи по міцності-М20...М140. Марка означає мінімальний межа міцності породи при стисканні, виражений в МПа. Породи, у яких межа міцності менше 20 МПа, відносять до слабких різницями. Зміст слабких різниць у щебені обмежується стандартами. Міцність щебеню і гравію характеризують маркою, яка визначається за подрібнюваністю щебеню (гравію) при стисненні (роздавлюванні) проби зерен в сталевому циліндрі. Чим слабкіше заповнювач, тим більше виявляється після такого випробування роздроблених зерен. Основними ознаками для класифікації бетонів є середня щільність, вид в'яжучої речовини, структура, вид наповнювача та призначення бетону. За щільністю бетони поділяються на особливо важкі - більше 2500 кг/м3, важкі - 1800 - 2500 кг/м3, легкі - 500 - 1800 кг/м3 та особливо легкі (теплоізоляційні) - менше 500 кг/м3. За видом в'яжучої речовини бетони поділяють на цементні, силікатні, гіпсові, асфальтобетонні, полімерцементні.

Силікатні бетони отримують з суміші вапна і піску з наступним твердінням в автоклавах. Залежно від структури бетони поділяють на щільні та пористі. В щільному бетоні всі проміжки між зернами наповнювача займає в'яжуча речовина. Легкі бетони виготовляють із застосуванням природних чи штучних наповнювачів або піно- чи газоутворювачів. За призначенням бетони поділяють на конструкційні - для бетонних та залізобетонних несучих конструкцій будівель і споруд; гідротехнічні - для будівництва гребель, шлюзів, облицювання каналів та ін.; бетон для стін будівель і легкого перекриття; дорожні - для доріг та аеродромів; спеціальні - хімічно стійкі, жаростійкі, декоративні, бетонополімери та інші.

2. Підбір польового складу бетону

Залізобетонні вироби що виготовляють касетним способом.

Збірні залізобетонні конструкції (збірний залізобетон) являють собою великорозмірні залізобетонні елементи, виготовляються на заводах ЗБВ або ККД. Основна перевага таких конструкцій - високомеханізовані і автоматизовані методи їх виробництва при належному контролі за якістю; на будівельному майданчику ці елементи тільки монтують, що різко скорочує терміни будівництва, підвищує продуктивність праці і дозволяє широко застосовувати нові ефективні матеріали (легкі та ніздрюваті бетони, оздоблювальну кераміку, пластмаси і ін.).

Основні операції при виробництві залізобетонних виробів: приготування бетонної суміші, виготовлення арматурних виробів, армування та формування виробів та їх прискорене твердіння. Бетонну суміш готують у бетонозмішувальному цеху заводу за технологією, описаною в 11.2.3, арматуру - в арматурному цеху. Надходить на завод арматурну сталь (в бухтах або прутках) на спеціальних верстатах очищають від іржі, правлять і реэ/добу на стрижні заданої довжини. Необхідну форму стрижнів надають на згинальних верстатах. Окремі стержні і дріт з'єднують у сітки і каркаси на зварених контактним зварюванням верстатах-автоматах. Готові сітки і каркаси передають у формувальний цех, де їх укладають у форми. Напрягаемую арматуру натягують на анкери форм з допомогою домкратів або методом термічного натягу.

Формування виробів - один з найважливіших технологічних переділів. Він складається з збірки форм, установки арматури, укладання бетонної суміші у форму і ущільнення. Якість залізобетонних виробів в значній мірі залежить від міцності і жорсткості форм, які повинні забезпечити отримання виробів точно заданих розмірів з правильними обрисами і з гладкою лицьовою поверхнею. При масовому виготовленні застосовують тільки металеві форми. Перед укладанням арматури і бетону форми очищають і покривають мастильним матеріалом, що перешкоджає зчепленню бетону з металом форми. Бетонна суміш з бетонозмішувального цеху надходить в приймальний бункер бетоноукладачах, який подає її в форму і розрівнює. Бетонну суміш ущільнюють на виброплощадках або за допомогою поверхневих, глибинних і зовнішніх вібраторів. Рідше використовують прийоми ущільнення центрифугуванням, вибропрессованием і прокатом. Для прискорення твердіння вироби піддають тепловлаж-поверхневої обробці. Сутність тепловологісної обробки полягає в нагріванні бетонної суміші до температури 40...90 °С таким чином, щоб вона не втрачала вологу. Застосовують наступні види тепловологісної обробки: пропарювання при нормальному тиску і температурі 40...90 °С, контактний нагрів і електропрогрів до 100 °С. Пропарювання в автоклавах застосовують для риликатобетонных виробів.

Найбільш поширене пропарювання при нормальному тиску в камерах безперервної або періодичної дії, де вироби нагрівають насиченим пором. Камери безперервного дії являють собою тунель, в якому вироби у формах, встановлених на вагонетках, проходять послідовно зони підігріву, ізотермічної витримки та охолодження. Ці камери (горизонтальні або вертикальні) використовуються головним чином при конвеєрної технології. У камери періодичної дії вироби завантажують краном і встановлюють в декілька рядів по висоті. Потім камеру закривають кришкою і подають насичену пару. З камер пропарювання періодичної дії широке застосування мають камери ямного типу глибиною до 2 м. Найбільш раціональний розмір камер пропарювання в плані повинен відповідати кратним розмірами виробів, які подаються в камеру у формах або на піддонах. Пар в камеру подають так, щоб забезпечити швидкість підйому температури не більше 20...35 °С у годину до максимальної 70...85 °С.

При цій температурі виріб прогрівається на всю товщину і витримується в такому стані 6...8 год. Після ізотермічної витримки починають поступове охолодження виробу. Тривалість пропарювання залежить від різновиду бетону властивостей цементу і становить близько 12...15 годин для пластичних і 4...8 годин - для жорстких бетонних сумішей. За цей час бетон набирає відпускну (не менше 70 % марочної) або розпалубочну міцність. Застосування швидко-твердіючих цементів, добавок прискорювачів твердіння та інші прийоми дозволяють скорочувати тривалість ізотермічної витримки і зменшувати загальний час пропарювання. Після витягання з форм вироби проходять технічний контроль на відповідність вимогам ДСТУ або ТУ. Якість залізобетонних виробів контролюють працівники ВТК заводу, перевіряючи зовнішній вигляд, форму і розміри виробів, фактичну міцність. Від кожної партії відбирають виробів зразки випробовують на міцність. Вироби, що задовольняють вимогам стандарту, маркірують незмивною фарбою. У маркуванні вказують: марку виробу, міцність (клас) бетону, найменування заводу-виготовлювача та ін. На кожну партію виробів складають паспорт у двох примірниках: для споживача та заводу-виробника.

Способи виробництва залізобетонних виробів. Залізобетонні вироби виготовляють способами: стендовим, агрегатно-потоковим, конвеєрним і вибропрокатным. При стендовому способі вироби виготовляють у нерухомих формах (на стенді). Механізми (бетоноукладачі, вібратори та ін.) по черзі подають до стенду для виконання необхідних операцій. Виріб, перебуваючи в стаціонарній формі протягом всього виробничого циклу (до моменту затвердіння бетону), залишається на місці. У той же час технологічне обладнання для виконання окремих операцій з укладання арматури, бетонної суміші і ущільненню переміщається послідовно від однієї форми до іншої. Цим способом виготовляють, як правило, великогабаритні вироби (ферми, колони, балки) на полігонах.

Касетний спосіб - варіант стендового способу, основою якого є формування виробів в стаціонарно встановлених касетах, складаються з декількох вертикальних металевих форм-відсіків. У форму закладають арматурний каркас і заповнюють її бетонною сумішшю. Теплову обробку виробляють контактним обігрівом через стінки форм. Після теплової обробки стінки форм розсовують і вироби виймають мостовим краном. Касетним способом виготовляють внутрішні несучі стінові панелі, панелі перекриттів, балконні плити та інші залізобетонні вироби, що мають габарити, відповідні розмірам відсіків касетних установок.

У касетних установках застосовують рухливі бетонні суміші з осадкою конуса 7-9 см і вище з граничною крупністю заповнювача 20 мм. Виготовлення виробів проводять наступним чином. Після очищення, змащення й складання касетних установок у формувальні відсіки встановлюють арматурні каркаси і закладні деталі. Потім їх заповнюють бетонною сумішшю. Ущільнення бетонної суміші здійснюють вібрацією.

В залежності від конструкції касетної установки вібрація бетонної суміші може передаватися через арматурний каркас, виброгребенку, шляхом вібрації внутрішніх розділювальних стінок, а також за рахунок вібрації днища відсіку касетної форми. Після ущільнення верхню поверхню відформованих виробів і загладжують покривають кришками, матами або полімерними плівками в цілях запобігання випаровування вологи з бетону під час теплової обробки. Установки зі складним серцевиною призначені для формування і термообробки об'ємних елементів ліфтових шахт, секцій колекторів і пішохідних переходів. Цикл виготовлення виробів становить 6 ч. Одночасно можуть формуватися 2 елемента ліфтових шахт або 2 секції колекторів, або 1 секція пішохідних переходів.

Відмінною особливістю установок для виготовлення об'ємних елементів є наявність складаються сердечників, які виконують функції внутрішніх формотворчих елементів. В робочому стані конфігурація сердечників відповідає формі і розмірам внутрішнього обриси вироби. У цьому положенні здійснюється формування і теплова обробка виробів. Ущільнення бетонної суміші здійснюється за Допомогою навісних вібраторів. Після закінчення теплової обробки сердечник з допомогою крана витягується з виробу, при цьому його формотворні елементи (стінки) складаються автоматично. Кінематика механізму сердечника забезпечує при розпалубки безперешкодний висновок вироби з закріплених на його стінках формотворчих елементів. Установка складається з: 1 - станина, 2 - Роздільна стінка, 3 - відсік для Формування панелі, 4 - відсіки для парі; 5 - фіксуючі упором; 6 - крайня утеплена стінка; 7 - Механізм стиску касети; 8 - привід; 9 - наполегливий дотискний гвинт. Ця установка працює наступним чином: у підготовлену форму укладають бетонну суміш з одночасною вібрацією. Після термообробки вироби на сердечник краном встановлюють випрессовону траверсу, заводять пальці у вушка зовнішніх щитів, включають гідроциліндр, який через тяги повертає важелі траверси. Важелі повертають і одночасно піднімають зовнішні щити, а ті, у свою чергу, раму. Рама тисне на виріб, піднімаючи його на висоту 160 мм. Відбувається відрив вироби від сердечника. Далі в зворотному порядку знімають траверсу, відкривають зовнішні борту, а виріб знімають краном з сердечника і встановлюють на конвеєр обробки.

Размещено на Allbest.ru