Пористости цементного камня и кирпича

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Виды керамических кирпичей. Влияние капиллярной пористости и технологических пустот на свойства кирпича

2. Виды пористости цементного камня, их влияние на прочность цементного камня

Задача

Список литературы

1. Виды керамических кирпичей. Влияние капиллярной пористости и технологических пустот на свойства кирпича

Самым распространенным кирпичом является общеизвестный красный или керамический кирпич, который получают путем обжига глин и их смесей.

Керамический кирпич можно изготовить двумя различными способами. Первый - пластичный метод, когда глиняную массу, влажность которой должна быть 17-30 %, при помощи специального оборудования выдавливают из ленточного пресса и после обжигают. Второй метод несколько иной и различается тем, что сырец формируют под прессом из глиняной массы не высокой влажности - 8-10%.

Производители кирпича используют чаще первый метод производства кирпича, так как кирпич, произведенный вторым способом, не рекомендуется применять в помещениях с высокой влажностью, что соответственно снижает его популярность.

Керамический кирпич разделяют на два основных вида: строительный и лицевой (облицовочный). Строительный кирпич применяется в строительстве фундамента, стен зданий и т.д., а лицевой, соответственно, в облицовке зданий и отделке помещений.

Керамический кирпич разделяют также на полнотелый, и пустотелый. Полнотелый кирпич - это кирпич, в котором отсутствуют какие-либо пустоты. Сплошной керамический кирпич имеет форму параллелепипеда размером 250?120?65 мм с прямыми ребрами, четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями.

Логично, что пустотелый кирпич, иначе называемый - целевой или эффективный, имеет такое название, если в нем присутствуют различной формы и размеров сквозные пустоты. Чем больше пустот в кирпиче, тем он теплее и легче. Наличие пустот делает этот кирпич менее прочным, более легким и теплым, на его изготовление идет меньше сырья. Пустотелый кирпич применяют для кладки облегченных наружных стен, перегородок, заполнения каркасов высотных и многоэтажных зданий и иных ненагруженных конструкций.

Поры - один из важнейших элементов структуры большинства строительных материалов - представляют собой воздушные ячейки в материале размером от долей микрона до сантиметра. Количество, размер и характер пор (замкнутые или сообщающиеся) во многом определяют свойства материала. Крупные поры размером более 1 см называют пустотами.

Пористость - степень заполнения объема материала порами, %

Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:

Пористость является основной структурной характеристикой, определяющей такие свойства материала как водопоглощение, теплопроводность, акустичекие свойства, морозостойкость, прочность.

Тепловые свойства кирпичу придает пористость самого материала, а внутренние поры способствуют лучшей изоляции звука. Развитие современной технологии направлено на создание поризированного (насыщенного порами) кирпича. Это второй, новейший, способ обеспечения легкости и теплоты кирпича - поризация. Наличия большего числа мелких пор в кирпиче достигают, добавляя в глиняную массу при его формовке сгораемые включения - торф, мелко нарезанную солому, опилки или уголь, от которых после обжига остаются лишь маленькие пустоты в массиве. Зачастую полученный таким образом кирпич называют легким или сверхэффективным. Поризованный кирпич обеспечивает лучшую тепло- и звукоизоляцию, по сравнению с щелевым.

Фактура поверхности керамического кирпича может быть гладкой, либо рельефной.

Наружные стены из сплошного кирпича имеют надлежащие термические сопротивления при сравнительно большой толщине: 2 - 2,5 кирпича или 52-64 см. Стены получаются тяжелыми - масса 1 м² стены составляет 800-1000 кг. Такие стены нередко обладают излишней прочностью.

Производство пустотелых стеновых изделий требует меньше затрат на сырье и топливо, а поскольку ускоряются сушка и обжиг тонкостенных изделий, то соответственно повышается производительность сушилок и печей. Применение пустотелых керамических изделий позволяет уменьшить толщину наружных стен и снизить материалоемкость ограждающих конструкций на 20-30%, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание.

Пустотелый кирпич и керамические камни изготавливают из легкоплавких глин или глино-трепельных смесей с выгорающими добавками и без них. Пустоты в кирпиче и камнях располагают перпендикулярно или параллельно постели, они могут быть круглыми и прямоугольными.

Кирпич маркируется несколькими параметрами, некоторые из них обозначаются латинскими буквами. Буква F обозначает морозостойкость, этот параметр очень важен для средней полосы России (не ниже 35). Буквой М обозначается норма прочности на сжатие, то есть чем больше строительный объект, тем больше должен быть цифровой показатель. В параметрах любого кирпича также указывается цифра, которая говорит о его теплопроводности, водопоглощении, а также должны быть указаны марка, размер, вес одного кирпича, и общее количество кирпичей на одном поддоне. Стоит также отметить, что вес одного готового кирпича в соответствии с ГОСТ не должен превышать 4,3 кг.

Широкое разнообразие керамического кирпича позволяет применять его в самых разнообразных областях, от закладки фундамента, строительстве межкомнатных перегородок и несущих стен до облицовки зданий, отделки каминов и печей, а также во внутренней отделке помещений.

2. Виды пористости цементного камня, их влияние на прочность цементного камня

Пористость - степень заполнения объема материала порами. Пористость - величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала.

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 (сталь, стекло) до 90...98 % (пенопласт)

Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2...5 мм). По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду.

Величина пористости в значительной мере влияет на прочность материала. Строительный материал тем слабее сопротивляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные показывают, что при увеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.

Величина прочности также зависит от размеров пор. Она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых материалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.

В.Н. Юнг ввел представление о цементном камне как о микро бетоне, состоящем из гелевых и кристаллических продуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой получается в виде гелевидной массы, состоящей в основном из субмикрокристалличких частичек гидросиликата кальция. Геле подобная масса пронизана относительно крупными кристаллами Са(ОН)₂. Такое своеобразное "комбинированное" строение предопределяет специфические свойства цементного камня, резко отличающиеся от свойств других материалов: металлов, стекла, гранита и т.п.

Цементный камень включает:

1. Продукты гидратации цемента:

· гель гидросиликата кальция и другие новообразования, обладающие свойствами коллоидов;

· относительно крупные кристаллы Са(ОН)₂ и этрингита;

2. непрореагировавшие зерна клинкера, содержание которых уменьшается по мере гидратации цемента;

3. поры:

· поры геля (менее 0,1 мкм);

· капиллярные поры (от 0,1 до 10 мкм), расположенные между агрегатами частиц геля;

· воздушные поры (от 50 мкм до 2 мм), заполненные воздухом, засосанным вследствие вакуума, вызванного контракцией, либо вовлеченным при добавлении специальных воздухововлекающих веществ, повышающих морозостойкость.

Поры геля представляют собой микропоры менее 0,1 мкм. Вода, заполняющая поры геля (сокращенно "вода геля"), имеет с твердой фазой физико-химическую связь, так как адсорбционный слой воды имеет толщину до 0,15 мкм. Вода геля замерзает при низкой температуре (по некоторым данным при -78⁰С) и не переходит в лед даже при сильных морозах. Следовательно, поры геля не сказываются отрицательно на морозостойкости цементного камня и бетона. Вода, адсорбированная в порах, уменьшает живое сечение и без того малых гелевых пор, поэтому водопроницаемость цементного геля весьма мала. Часть воды затворения, не уместившейся в порах геля, располагается вне геля и образует капиллярные поры.

Капиллярные поры имеют больший эффективный диаметр, чем поры геля, и доступны для воды при обычных условиях насыщения. При значительном объеме капиллярных пор, пронизывающих цементный камень, бетон имеет низкую морозостойкость и большую проницаемость, плохо сопротивляется химической коррозии и не защищает надежно стальную арматуру.

Пористость цементного камня П_общ слагается из гелевой, капиллярной и воздушной пористости:

П_общ=П_г+П_кап+П_возд

Прочность цементного камня определяется активностью цемента и пористостью, которая, в свою очередь, зависит от В/Ц и степени гидратации цемента. Следовательно, зависимость прочности цементного камня и бетона от В/Ц выражает в сущности связь прочности со структурой, характеризуемой пористостью. По экспериментальным данным зависимость пористость - прочность линейная.

Проницаемость цементного камня определяется его пористостью и наличием трещин. Проницаемость зависит от капиллярных пор, пронизывающих цементный камень (зависимость параболическая). Коэффициент проницаемости геля очень мал, он значительно меньше, чем гранита, мрамора и других плотных материалов. Коэффициент проницаемости цементного камня с объемом капиллярных пор не более 15%, хотя и выше, чем цементного геля (полностью гидратированного цемента), но все же весьма невелик и примерно такой же, как коэффициент проницаемости плотных каменных материалов. Однако усадочные трещины, появляющиеся во время твердения бетона, а также при действии нагрузки, атмосферных факторов (замораживание и оттаивание, попеременное увлажнение и высыхание), могут сильно увеличить проницаемость. Наличие "клинкерного фонда " в виде не полностью гидратированных частиц цемента способствует зарастанию трещин и восстановлению монолитности.

Морозостойкость цементного камня определяется не общей, а капиллярной его пористостью, поскольку вода, содержащаяся в порах цементного геля не переходит в лед даже при сильных морозах. Гиперболическая кривая, изображающая зависимость показателя морозостойкости от капиллярной пористости, характеризует возможность значительного повышения морозостойкости путем уменьшения объема капиллярных пор. цементный камень кирпич пористость

Долговечность цементного камня - способность цементного камня сохранять необходимый уровень строительно-технических свойств при длительной эксплуатации. Исходя из термодинамической устойчивости продуктов твердения цемента, можно было бы сделать предположение о высокой (сотни и тысячи лет) долговечности цементного камня, однако прямых подтверждений такой стабильности цементного камня нет, поскольку портландцемент был изобретён лишь в 1824 г., а лабораторный прогноз долговечности ненадёжен. Кроме того, существует большое число трудноучитываемых факторов, способствующих разрушению цементного камня при длительной эксплуатации, обусловленных, прежде всего, его щелочной природой (рН>12), а также пористой структурой, проницаемостью её для газов, воды и растворов, т.е. цементный камень склонен к химическому взаимодействию с окружающей средой.

Модель структуры цементного камня можно упрощённо представить как состоящую из трёх составляющих: не прореагировавших с водой полиминеральных частиц клинкера, продуктов гидратации цементных минералов - цементного геля (CSH-геля) и пор разного размера: пор геля и капиллярных пор, а также контракционных пор, образовавшихся из-за уменьшения суммарного объёма твердеющей системы: цемент-вода. Структура цементного камня включает также воздушные поры (пустоты), образовавшиеся при перемешивании цементного теста.

Капиллярные поры различаются по форме и размеру, формируя на ранних стадиях гидратации взаимосвязанную систему, распределённую по объёму цементного камня. Капиллярные поры - это та часть общего объёма системы цемент-вода, которая не заполнена продуктами гидратации. Капиллярная пористость зависит от водоцементного отношения В/Ц исходной смеси и от степени гидратации цемента. Поскольку абсолютный объём продуктов гидратации в 1,5-2 раза превышает объём входных не гидратированных фаз, эти продукты занимают часть начального порового пространства, а по мере гидратации цемента объём капиллярных пор уменьшается. При достижении определённой степени гидратации цементный гель блокирует капиллярные поры в формируются структуре, поскольку средний размер микропор цементного геля 1,5-2,0 нм на несколько порядков меньше размера капиллярных пор. Поры геля занимают около 28% общего объёма цементного геля. Размер капиллярных пор находится в широких пределах - от десятков нанометров до 100 мкм и более, а объём капиллярных пор может достигать 40% и более в зависимости от В/Ц, характеристик цемента (фазового состава, дисперсности), степени гидратации цементных минералов, условий твердения и т.д.

Капиллярная пористость цементного камня тем больше, чем выше начальное значение В/Ц и чем меньше степень гидратации активных фазовых составляющих цемента. Во всех случаях, в ходе гидратации цемента значение общей и капиллярной пористости цементного камня снижается, а капиллярные поры замещаются микропорами геля и порами, образующимися вследствие химической усадки (контракции).

Основным приёмом повышения коррозионной стойкости цементного камня необходимо считать снижение его капиллярной пористости. Именно эта характеристика включена в современные нормы для бетона (ENV-206) в виде определения показателей, характеризующих «плотность» бетона, в качестве основного показателя долговечности бетона. Под «плотностью» бетона в данном случае понимают характеристику его пористости (отсутствие или минимальное содержание капиллярных пор), определяющую его низкую проницаемость для воды и водных растворов.

Задача

Нормальный расчетный состав бетона плотностью 2300 кг/м³ определен соотношением 1:0,5:1,65:3,0. При пробном замесе 1 м³ бетона для достижения требуемой подвижности бетонной смеси добавили 13 литров воды. Определить окончательный состав бетона.

Исходя из начальных условий, масса 1 м³=2300 кг, отсюда следует:

Цемента 1 часть-374 кг

Песка 0,5 частей-187 кг

Щебня 1,65 частей-617 кг

Воды 3 части-1122 кг

Добавляем 13 литров воды, т.е. 13 кг:

Цемента-374 кг

Песка-187 кг

Щебня-617 кг

Воды-1135 кг

Зная новую массу смеси 2313 кг, определяем процентное содержание составляющих:

Цемента-16%

Песка-8%

Щебня-27%

Воды-49%

Объем смеси после добавления воды составил 1,013 м³ (т.к. плотность воды - 1000 кг/м³), зная массу и объем, определим плотность смеси после разбавления: 2313:1,013=2283,3 кг/м³.

Новый состав бетона -1:0,5:1,7:3,1.

Нормальная густота гипсового теста равна 59%. Сколько необходимо взять гипса и воды для получения 10 кг гипсового теста нормальной густоты?

Если обозначить через "Х"

необходимое количество гипса, то количество воды составит 0,59Х. В сумме должно быть 10 кг, т.е.

Х+0,59Х=10

Х=10/1,59=6,3

т.е. необходимое количество гипса-6,3 кг

необходимое количество воды-10-6,3=3,78 кг

Список литературы

1. Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов "Строительные материалы". Москва, Стройиздат 1986год.

2. К.Н. Попов, М.Б. Каддо "Строительные материалы и изделия". Высшая школа 2001 год.

3. Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин "Материаловедение". Учебник для ВУЗов. Издательство МГТУ им. Э.Н. Баумана, 2001.

4. Ананьев В.П., Потапов А.Д. Основы геологии, минералогии и петрографии. Высшая школа 1999.

5. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. Стройиздат. 1986г.

Размещено на Allbest.ru